移動通信核心網

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《移動通信核心網》，龐韶敏 著，出版社： 電子工業出版社。

電子工業出版社成立於1982年10月，是工業和信息化部直屬的科技與教育出版社，享有「全國優秀出版社」、「講信譽、重服務」的優秀出版社、「全國版權貿易先進單位」、首屆中國出版政府獎「先進出版單位」等榮譽稱號。

目錄

內容簡介

本書全面而系統地闡述了3G UMTS和4G LTE核心網，以及IMS的技術原理及應用，描述了網絡架構、協議、安全、各種信令流程和業務提供等內容。3G核心網包括電路交換（CS）域技術和分組交換（PS）域技術；4G LTE核心網為演進的分組核心（EPC）；IP多媒體子系統（IMS）在分組域上提供VoIP業務，以及呈現、組管理和多媒體會議等業務。

目錄

第一部分 移動核心網綜述

第1章　移動核心網概述 2

1．1 移動網絡技術發展歷程 2

1．2 移動網絡標準化發展過程 5

1．2．1 UMTS網絡標準化發展過程 5

1．2．2 LTE網絡標準化發展過程 8

1．2．3 5G網絡標準化發展過程 11

1．3 2G GSM網絡 13

1．3．1 GSM網絡歷史和現狀 13

1．3．2 GSM系統的網絡結構 14

1．4 2．5G GPRS網絡 17

1．4．1 GPRS網絡概況 17

1．4．2 GPRS網絡結構 18

1．4．3 GPRS演進到EGPRS 20

1．5 3G UMTS核心網CS＆PS＆IMS 20

1．5．1 UMTS概述 20

1．5．2 UMTS R99網絡結構 20

1．5．3 UMTS R4網絡結構 22

1．5．4 UMTS R5網絡結構 24

1．5．5 UMTS R6＆R7網絡結構 26

1．6 4G LTE核心網EPC＆IMS 27

1．6．1 LTE網絡概述 27

1．6．2 LTE網絡結構 27

1．7 5G網絡架構 28

1．7．1 5G網絡概述 28

1．7．2 5G網絡架構 29

第二部分 UMTS核心網CS和PS

第2章　UMTS CS和PS核心網協議 32

2．1 UMTS R99接口協議體系 32

2．2 UMTS R4接口協議體系 34

2．3 UMTS核心網與無線接入網間接口協議 34

2．3．1 GSM A接口 34

2．3．2 GPRS Gb接口 36

2．3．3 3G Iu接口 37

2．4 UMTS核心網協議描述 42

2．4．1 基於No．7的信令協議 42

2．4．2 Sigtran協議棧 46

2．4．3 H．248協議 47

2．4．4 BICC 48

2．4．5 Nb接口 49

2．4．6 GTP協議 50

第3章　UMTS CS和PS核心網基礎 51

3．1 網絡編碼 51

3．1．1 GSM網LAI和CGI 51

3．1．2 GPRS網RA和RAI 52

3．1．3 UMTS網中SA和SAI 52

3．1．4 CS核心網編碼 52

3．1．5 PS核心網編碼 54

3．1．6 E．164/E．212/E．214 55

3．2 移動台類型 57

3．3 網絡操作模式 58

3．3．1 網絡操作模式Ⅰ（NOM Ⅰ） 58

3．3．2 網絡操作模式Ⅱ（NOM Ⅱ） 59

3．3．3 網絡操作模式Ⅲ（NOM Ⅲ） 59

3．4 移動性管理狀態 60

3．4．1 GSM移動台狀態 60

3．4．2 GPRS移動性管理狀態 60

3．4．3 3G PS域移動性管理狀態 63

3．5 手機終端和用戶卡 63

3．6 終端開機過程 64

3．7 GSM/GPRS/UMTS CS/UMTS PS 65

第4章　UMTS CS和PS核心網信令流程 66

4．1 CS和PS位置更新 66

4．1．1 CS域開關機時位置更新（IMSI附着） 66

4．1．2 CS域普通位置更新 67

4．1．3 PS域開關機時位置更新（GPRS附着／顯式分離） 70

4．1．4 PS域路由區更新 74

4．1．5 周期性位置更新 75

4．2 2G與3G安全機制 76

4．2．1 2G安全機制 76

4．2．2 3G安全機制 80

4．2．3 2G/3G網絡共存時雙模手機鑒權加密機制 85

4．2．4 臨時身份識別（TMSI/P-TMSI） 87

4．3 CS呼叫控制流程 87

4．3．1 局內3G用戶呼叫3G用戶 88

4．3．2 3G用戶呼叫外網用戶 91

4．3．3 外網用戶呼叫3G用戶 92

4．3．4 彩鈴業務實現流程 93

4．4 PS會話管理流程 94

4．4．1 PDP Context激活 95

4．4．2 PDP Context去激活 98

4．4．3 PDP Context修改 99

4．4．4 PDP Context保留過程和RAB重建 99

4．4．5 3G PS QoS協商 100

4．5 CS和PS切換 103

4．5．1 3G CS域切換流程 103

4．5．2 3G PS域切換流程 107

4．5．3 3G RNC遷移 109

4．5．4 2G/3G互操作 111

4．6 短信業務 113

4．6．1 移動始發短信流程 114

4．6．2 移動終止短信流程 115

4．6．3 短信提醒流程 116

4．7 移動智能網 117

4．7．1 GSM移動智能網及結構 118

4．7．2 GPRS移動智能網 120

4．7．3 移動智能網的業務觸發機制 121

4．7．4 主要CAP消息介紹 122

4．7．5 預付費業務處理流程 123

第三部分 LTE核心網EPC

第5章 LTE網絡結構與協議 128

5．1 LTE網絡架構 128

5．1．1 非漫遊架構 128

5．1．2 漫遊架構 129

5．2 EPC協議棧 131

5．3 EPC協議匯總 132

5．4 S1接口協議 133

5．5 X2接口協議 136

5．6 GTP協議 137

5．7 S6a接口消息 138

5．8 網元功能 138

5．8．1 E-UTRAN 138

5．8．2 MME 139

5．8．3 S-GW（Serving Gateway） 139

5．8．4 P-GW（PDN GW） 140

5．8．5 PCRF 140

5．8．6 HSS 141

5．8．7 SGSN 141

5．9 節點選擇功能 141

5．9．1 P-GW選擇 141

5．9．2 S-GW選擇 142

5．9．3 MME選擇 143

5．9．4 SGSN選擇 143

5．9．5 PCRF選擇 143

第6章 LTE核心網概念與特性 144

6．1 EPS系統中的標識 144

6．2 EPS系統的承載與QoS 145

6．2．1 EPS承載架構 145

6．2．2 QoS參數 146

6．2．3 標準QCI屬性 147

6．2．4 EPS默認承載和專用承載 148

6．2．5 EPS承載建立 149

6．3 UE的IP地址分配 150

6．4 EPS狀態管理 151

6．4．1 NAS協議 151

6．4．2 EMM 152

6．4．3 ECM 153

6．4．4 EMM和ECM狀態轉換 154

6．4．5 ESM 156

6．5 用戶數據存儲 157

6．6 EPS安全機制 159

6．7 策略控制與計費（PCC） 161

6．8 負載均衡與容災功能 162

6．9 ISR功能 163

第7章 LTE核心網信令流程 165

7．1 附着（Attach） 165

7．1．1 附着流程，用戶身份標識為IMSI 165

7．1．2 附着流程，MME可能改變 167

7．1．3 附着過程中的S1AP消息和NAS消息分析 170

7．2 去附着（Detach） 171

7．2．1 UE發起的去附着 171

7．2．2 MME發起的去附着 172

7．2．3 HSS發起的去附着 174

7．3 S1釋放（S1 Release） 175

7．4 業務請求（Service Request） 176

7．4．1 UE發起的業務請求 176

7．4．2 網絡發起的業務請求 177

7．5 跟蹤區更新（Tracking Area Update） 178

7．5．1 跟蹤區更新過程的觸發 178

7．5．2 TAU過程，Serving GW不變，MME不變 179

7．5．3 TAU過程，Serving GW改變，MME改變 180

7．6 GUTI重分配 182

7．7 切換 182

7．7．1 E-UTRAN內基於X2的切換――MME和SGW不變 182

7．7．2 E-UTRAN內基於S1的切換――MME和SGW不變 185

7．7．3 E-UTRAN內基於S1的切換――MME和SGW改變 186

7．7．4 E-UTRAN到UTRAN Iu模式下的RAT間切換 188

7．8 會話管理 190

7．8．1 專用承載激活 190

7．8．2 專用承載去激活――在ECM-Connected狀態下 192

7．8．3 專用承載去激活――其他情況 193

7．8．4 PGW發起的承載改變 193

7．8．5 UE請求的承載資源修改 195

7．9 多PDN的支持 196

7．9．1 概述 196

7．9．2 UE發起的PDN連接建立 196

7．9．3 UE發起的PDN去連接 198

第四部分 IMS網絡技術

第8章　IMS網絡體系和功能 202

8．1 IMS的分層體系 202

8．2 IMS的網絡結構和網元功能 203

8．3 IMS接口協議體系 211

8．4 IMS漫遊和GPRS漫遊 213

8．5 地址與標識 215

8．5．1 私有用戶標識（IMPI） 215

8．5．2 公有用戶標識（IMPU） 216

8．5．3 UE端IMPI和IMPU的獲得 216

8．5．4 私有用戶標識、公有用戶標識和業務簽約信息的關係 217

8．5．5 全球可路由的用戶代理統一資源標識符（GRUU） 219

8．5．6 IMS網元的標識 221

8．5．7 公共業務標識（PSI） 222

8．6 用戶配置數據（User Profile） 222

8．7 IMS用戶數據的組成 224

8．8 應用服務器（AS） 226

8．9 應用服務器的工作模式 228

8．10 IMS的業務觸發機制 229

8．10．1 業務觸發架構和業務觸發點（SPT） 229

8．10．2 過濾規則（iFC）的定義 231

8．10．3 業務觸發控制算法 233

8．10．4 業務觸發舉例 234

8．11 SIP信令壓縮 236

8．12 IMS計費 238

第9章　IMS註冊過程 241

9．1 P-CSCF的發現 241

9．2 Cx接口消息及應用場景 242

9．3 S-CSCF的指配 246

9．4 傳輸協議 248

9．5 註冊與註銷概述 248

9．6 用戶初始註冊 250

9．7 Path消息頭和Service-Route消息頭 256

9．8 用戶重註冊 257

9．9 註冊保存信息 257

9．10 隱式註冊 258

9．11 註冊狀態／事件的訂閱和通知 260

9．12 網絡發起的重認證 263

9．13 第三方註冊 264

9．14 用戶發起的註銷 265

9．15 網絡發起的註銷 266

第10章　IMS會話過程 269

10．1 會話階段劃分 269

10．2 IMS會話初始呼叫處理過程 271

10．3 S-CSCF服務模式及會話情形的判定 271

10．4 IMS會話建立流程 272

10．5 IMS會話釋放流程 276

10．6 主叫和被叫的身份 277

10．7 Tel URI與ENUM號碼 279

10．8 主叫用戶的位置信息 280

10．9 S-CSCF的原始對話標識 281

10．10 會話路由及Via、Route、Record-Route和Contact 282

10．11 IMS會話建立詳細過程 283

10．11．1 主叫始發段過程 283

10．11．2 中間段路由過程 286

10．11．3 被叫接收段過程 288

10．12 PSI/AS會話的路由 290

10．13 IMS與PSTN/PLMN網絡的互通 292

10．13．1 IMS與PSTN/PLMN網絡互通模型和協議 292

10．13．2 IMS用戶發起的會話 295

10．13．3 PSTN用戶發起的會話 296

第11章　IMS的安全體系 298

11．1 IMS網絡的安全體系概述 298

11．2 IMS網絡的訪問接入安全機制 300

11．2．1 用戶和網絡的認證和授權 300

11．2．2 鑒權向量的生成和ISIM 305

11．2．3 用戶的重認證 306

11．2．4 完整性保護 306

11．2．5 網絡拓撲隱藏 307

11．2．6 IMS網絡中的私密性保護 307

11．3 安全聯盟（SA）的建立 308

11．3．1 IPsec 原理簡介 308

11．3．2 安全聯盟（SA）的含義 309

11．3．3 安全聯盟的建立過程 310

11．4 IMS網絡域的安全 314

11．4．1 基於IP傳輸的網絡域安全（NDS/IP） 314

11．4．2 IKE協議 316

第12章　IMS網絡與SBC 317

12．1 擴展的IMS架構和SBC的定位 317

12．2 NAT穿越和SBC 318

12．2．1 IMS網絡中NAT穿越問題 318

12．2．2 NAT穿越解決方案 320

12．2．3 SBC解決方案 320

12．3 IMS網絡部署和SBC 321

第13章　IMS業務 323

13．1 IMS業務特點 323

13．2 補充業務――呼叫轉移 324

13．3 Centrex業務 325

13．4 多媒體彩鈴業務 327

13．5 多媒體會議業務 328

13．5．1 多媒體會議概述 328

13．5．2 Web會議建立流程示例 329

13．6 呈現業務（Presence Service，PS） 330

13．6．1 Presence業務概念 330

13．6．2 Presence業務功能實體 331

13．6．3 Presence業務實現流程 333

13．7 組管理 335

13．7．1 組管理概念 335

13．7．2 XDM功能和架構 336

13．7．3 XDM客戶端操作流程示例 338

13．8 即時消息業務（Instant Message，IM） 339

13．8．1 即時消息概念 339

13．8．2 IM體系架構 340

13．8．3 Page Mode IM流程 341

13．8．4 Session Mode IM流程 343

13．9 PoC業務 345

13．9．1 PoC概念 345

13．9．2 PoC業務架構和功能實體 346

第五部分 業務融合

第14章　業務融合概述 352

14．1 3G/4G業務分類 352

14．2 LTE時代語音解決方案 353

第15章　CSFB 355

15．1 CSFB架構 355

15．2 移動性管理 355

15．2．1 TAI列表和LAI分配 355

15．2．2 EPS/IMSI聯合附着過程 356

15．3 MO呼叫和MT呼叫過程 357

15．3．1 支持PS HO的MO呼叫過程 357

15．3．2 支持PS切換的激活模式下MT呼叫過程 360

15．4 SGs接口短消息流程 363

15．4．1 空閒模式下用戶發起的短消息（MO SMS）過程 363

15．4．2 激活模式下用戶發起的短消息（MO SMS）過程 364

15．4．3 空閒模式下終止於用戶的短消息（MT SMS）過程 364

15．4．4 激活模式下終止於用戶的短消息（MT-SMS）過程 366

第16章　VoLTE 367

16．1 VoLTE架構 367

16．1．1 VoLTE系統架構圖 367

16．1．2 新增設備功能 368

16．1．3 新增接口 370

16．1．4 VoLTE的QoS保障 370

16．1．5 IMS APN 371

16．2 語音呼叫連續性（VCC） 371

16．2．1 VCC概述 371

16．2．2 R8 SRVCC 372

16．2．3 R10 SRVCC 375

16．3 SRVCC相關流程 376

16．3．1 與SRVCC相關的E-UTRAN附着過程 376

16．3．2 與SRVCC相關的業務請求過程 376

16．3．3 與SRVCC相關的PS域切換流程 376

16．3．4 E-UTRAN發起的SRVCC過程 377

16．4 SMS和IM互通 381

16．4．1 SMS和IM互通概述 381

16．4．2 IMS UE註冊流程 382

16．4．3 IMS UE發送消息流程 382

16．4．4 IMS UE接收消息流程 383

第六部分 5G網絡展望

第17章　5G網絡及其關鍵技術 386

17．1 5G需求和網絡功能映射 386

17．2 NFV/SDN概述 387

17．2．1 NFV概述 387

17．2．2 SDN概述 389

17．2．3 NFV/SDN架構下的移動核心網 390

17．3 5G組網設計 391

17．3．1 5G網絡平台視圖 391

17．3．2 5G網絡組網視圖 392

17．4 5G網絡關鍵技術 394

17．4．1 網關控制轉發分離 394

17．4．2 按需定製的移動網絡 394

17．4．3 按需組網和網絡切片 396

17．4．4 網絡能力開放 398

17．4．5 移動邊緣計算 401

17．4．6 以用戶為中心的無線接入網 403

附錄A 縮略語 405

參考文獻 413