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第一部分 移动核心网综述 2

第1章 移动核心网概述 2

1.1 移动网络技术发展历程 2

1.2 移动网络标准化发展过程 5

1.2.1 UMTS网络标准化发展过程 5

1.2.2 LTE网络标准化发展过程 8

1.2.3 5G网络标准化发展过程 11

1.3 2G GSM网络 13

1.3.1 GSM网络历史和现状 13

1.3.2 GSM系统的网络结构 14

1.4 2.5 G GPRS网络 17

1.4.1 GPRS网络概况 17

1.4.2 GPRS网络结构 18

1.4.3 GPRS演进到EGPRS 20

1.5 3G UMTS核心网CS＆PS＆IMS 20

1.5.1 UMTS简介 20

1.5.2 UMTS R99网络结构 20

1.5.3 UMTS R4网络结构 22

1.5.4 UMTS R5网络结构 24

1.5.5 UMTS R6＆R7网络结构 26

1.6 4G LTE核心网EPC＆IMS 27

1.6.1 LTE网络简介 27

1.6.2 LTE网络结构 27

1.7 5G网络架构 28

1.7.1 5G网络简介 28

1.7.2 5G网络架构 29

第二部分 UMTS核心网CS和PS 32

第2章 UMTS CS和PS核心网协议 32

2.1 UMTS R99接口协议体系 32

2.2 UMTS R4接口协议体系 34

2.3 UMTS核心网与无线接入网间接口协议 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核心网协议描述 42

2.4.1 基于No.7 的信令协议 42

2.4.2 Sigtran协议栈 46

2.4.3 H.2 48协议 47

2.4.4 BICC 48

2.4.5 Nb接口 49

2.4.6 GTP协议 50

第3章 UMTS CS和PS核心网基础 51

3.1 网络编码 51

3.1.1 GSM网LAI和CGI 51

3.1.2 GPRS网RA和RAI 52

3.1.3 UMTS网中SA和SAI 52

3.1.4 CS核心网编码 52

3.1.5 PS核心网编码 54

3.1.6 E.1 64/E.2 12/E.2 14 55

3.2 移动台类型 57

3.3 网络操作模式 58

3.3.1 网络操作模式　Ⅰ （NOM Ⅰ） 58

3.3.2 网络操作模式Ⅱ （NOM Ⅱ） 59

3.3.3 网络操作模式Ⅲ（NOM Ⅲ） 59

3.4 移动性管理状态 60

3.4.1 GSM移动台状态 60

3.4.2 GPRS移动性管理状态 60

3.4.3 3G PS域移动性管理状态 63

3.5 手机终端和用户卡 63

3.6 终端开机过程 64

3.7 GSM/GPRS/UMTS CS/UMTS PS 65

第4章 UMTS CS和PS核心网信令流程 66

4.1 CS和PS位置更新 66

4.1.1 CS域开关机时位置更新（IMSI附着） 66

4.1.2 CS域普通位置更新 67

4.1.3 PS域开关机时位置更新（GPRS附着/显式分离） 70

4.1.4 PS域路由区更新 74

4.1.5 周期性位置更新 75

4.2 2G与3G安全机制 76

4.2.1 2G安全机制 76

4.2.2 3G安全机制 80

4.2.3 2G/3G网络共存时双模手机鉴权加密机制 85

4.2.4 临时身份识别（TMSI/P-TMSI） 87

4.3 CS呼叫控制流程 87

4.3.1 局内3G用户呼叫3G用户 88

4.3.2 3G用户呼叫外网用户 91

4.3.3 外网用户呼叫3G用户 92

4.3.4 彩铃业务实现流程 93

4.4 PS会话管理流程 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保留过程和RAB重建 99

4.4.5 3G PS QoS协商 100

4.5 CS和PS切换 103

4.5.1 3G CS域切换流程 103

4.5.2 3G PS域切换流程 107

4.5.3 3G RNC迁移 109

4.5.4 2G/3G互操作 111

4.6 短信业务 113

4.6.1 移动始发短信流程 114

4.6.2 移动终止短信流程 115

4.6.3 短信提醒流程 116

4.7 移动智能网 117

4.7.1 GSM移动智能网及结构 118

4.7.2 GPRS移动智能网 120

4.7.3 移动智能网的业务触发机制 121

4.7.4 主要CAP消息介绍 122

4.7.5 预付费业务处理流程 123

第三部分 LTE核心网EPC 128

第5章 LTE网络结构与协议 128

5.1 LTE网络架构 128

5.1.1 非漫游架构 128

5.1.2 漫游架构 129

5.2 EPC协议栈 131

5.3 EPC协议汇总 132

5.4 S1接口协议 133

5.5 X2接口协议 136

5.6 GTP协议 137

5.7 S6a接口消息 138

5.8 网元功能 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 节点选择功能 141

5.9.1 P- GW选择 141

5.9.2 S- GW选择 142

5.9.3 MME选择 143

5.9.4 SGSN选择 143

5.9.5 PCRF选择 143

第6章 LTE核心网概念与特性 144

6.1 EPS系统中的标识 144

6.2 EPS系统的承载与QoS 145

6.2.1 EPS承载架构 145

6.2.2 QoS参数 146

6.2.3 标准QCI属性 147

6.2.4 EPS默认承载和专用承载 148

6.2.5 EPS承载建立 149

6.3 UE的IP地址分配 150

6.4 EPS状态管理 151

6.4.1 NAS协议 151

6.4.2 EMM 152

6.4.3 ECM 153

6.4.4 EMM和ECM状态转换 154

6.4.5 ESM 156

6.5 用户数据存储 157

6.6 EPS安全机制 159

6.7 策略控制与计费（PCC） 161

6.8 负载均衡与容灾功能 162

6.9 ISR功能 163

第7章 LTE核心网信令流程 165

7.1 附着（Attach） 165

7.1.1 附着流程，用户身份标识为IMS1 165

7.1.2 附着流程，MME可能改变 167

7.1.3 附着过程中的S1AP消息和NAS消息分析 170

7.2 去附着（Detach） 171

7.2.1 U E发起的去附着 171

7.2.2 MME发起的去附着 172

7.2.3 HSS发起的去附着 174

7.3 S 1释放（S 1Release） 175

7.4 业务请求（Service Request） 176

7.4.1 UE发起的业务请求 176

7.4.2 网络发起的业务请求 177

7.5 跟踪区更新（Tracking Area Update） 178

7.5.1 跟踪区更新过程的触发 178

7.5.2 TAU过程，Serving GW不变，MME不变 179

7.5.3 TAU过程，Serving GW改变，MME改变 180

7.6 GUTI重分配 182

7.7 切换 182

7.7.1 E-UTRAN内基于X2的切换——MME和SGW不变 182

7.7.2 E-UTRAN内基于S1的切换——MME和SG W不变 185

7.7.3 E-UTRAN内基于S1的切换——MME和SG W改变 186

7.7.4 E-UTRAN到UTRAN Iu模式下的RAT间切换 188

7.8 会话管理 190

7.8.1 专用承载激活 190

7.8.2 专用承载去激活——在ECM-Connected状态下 192

7.8.3 专用承载去激活——其他情况 193

7.8.4 PGW发起的承载改变 193

7.8.5 UE请求的承载资源修改 195

7.9 多PDN的支持 196

7.9.1 概述 196

7.9.2 UE发起的PDN连接建立 196

7.9.3 UE发起的PDN去连接 198

第四部分 IMS网络技术 202

第8章 IMS网络体系和功能 202

8.1 IMS的分层体系 202

8.2 IMS的网络结构和网元功能 203

8.3 IMS接口协议体系 211

8.4 IMS漫游和GPRS漫游 213

8.5 地址与标识 215

8.5.1 私有用户标识（IMPI） 215

8.5.2 公有用户标识（IMPU） 216

8.5.3 UE端IMPI和IMPU的获得 216

8.5.4 私有用户标识、公有用户标识和业务签约信息的关系 217

8.5.5 全球可路由的用户代理统一资源标识符（GRUU） 219

8.5.6 IMS网元的标识 221

8.5.7 公共业务标识（PSI） 222

8.6 用户配置数据（User Profile） 222

8.7 IMS用户数据的组成 224

8.8 应用服务器（AS） 226

8.9 应用服务器的工作模式 228

8.10 IMS的业务触发机制 229

8.10.1 业务触发架构和业务触发点（SPT） 229

8.10.2 过滤规则（iFC）的定义 231

8.10.3 业务触发控制算法 233

8.10.4 业务触发举例 234

8.11 SIP信令压缩 236

8.12 IMS计费 238

第9章 IMS注册过程 241

9.1 P-CSCF的发现 241

9.2 Cx接口消息及应用场景 242

9.3 S-CSCF的指配 246

9.4 传输协议 248

9.5 注册与注销概述 248

9.6 用户初始注册 250

9.7 Path消息头和Service-Route消息头 256

9.8 用户重注册 257

9.9 注册保存信息 257

9.10 隐式注册 258

9.11 注册状态/事件的订阅和通知 260

9.12 网络发起的重认证 263

9.13 第三方注册 264

9.14 用户发起的注销 265

9.15 网络发起的注销 266

第10章 IMS会话过程 269

10.1 会话阶段划分 269

10.2 IMS会话初始呼叫处理过程 271

10.3 S-CSCF服务模式及会话情形的判定 271

10.4 IMS会话建立流程 272

10.5 IMS会话释放流程 276

10.6 主叫和被叫的身份 277

10.7 Tel URI与ENUM号码 279

10.8 主叫用户的位置信息 280

10.9 S-CSCF的原始对话标识 281

10.10 会话路由及Via、Route、Record-Route和Contact 282

10.11 IMS会话建立详细过程 283

10.11.1 主叫始发段过程 283

10.11.2 中间段路由过程 286

10.11.3 被叫接收段过程 288

10.12 PSI/AS会话的路由 290

10.13 IMS与PSTN/PLMN网络的互通 292

10.13.1 IMS与PSTN/PLMN网络互通模型和协议 292

10.13.2 IMS用户发起的会话 295

10.13.3 PSTN用户发起的会话 296

第11章 IMS的安全体系 298

11.1 IMS网络的安全体系概述 298

11.2 IMS网络的访问接入安全机制 300

11.2.1 用户和网络的认证和授权 300

11.2.2 鉴权向量的生成和ISIM 305

11.2.3 用户的重认证 306

11.2.4 完整性保护 306

11.2.5 网络拓扑隐藏 307

11.2.6 IMS网络中的私密性保护 307

11.3 安全联盟（SA）的建立 308

11.3.1 IPsec原理简介 308

11.3.2 安全联盟（SA）的含义 309

11.3.3 安全联盟的建立过程 310

11.4 IMS网络域的安全 314

11.4.1 基于IP传输的网络域安全（NDS/IP） 314

11.4.2 IKE协议 316

第12章 IMS网络与SBC 317

12.1 扩展的IMS架构和SBC的定位 317

12.2 NAT穿越和SBC 318

12.2.1 IMS网络中NAT穿越问题 318

12.2.2 NAT穿越解决方案 320

12.2.3 SBC解决方案 320

12.3 IMS网络部署和SBC 321

第13章 IMS业务 323

13.1 IMS业务特点 323

13.2 补充业务——呼叫转移 324

13.3 Centrex业务 325

13.4 多媒体彩铃业务 327

13.5 多媒体会议业务 328

13.5.1 多媒体会议简介 328

13.5.2 Web会议建立流程示例 329

13.6 呈现业务（Presence Service， PS） 330

13.6.1 Presence业务概念 330

13.6.2 Presence业务功能实体 331

13.6.3 Presence业务实现流程 333

13.7 组管理 335

13.7.1 组管理概念 335

13.7.2 XDM功能和架构 336

13.7.3 XDM客户端操作流程示例 338

13.8 即时消息业务（Instant Message， IM） 339

13.8.1 即时消息概念 339

13.8.2 IM体系架构 340

13.8.3 Page Mode IM流程 341

13.8.4 Session Mode IM流程 343

13.9 PoC 业务 345

13.9.1 PoC概念 345

13.9.2 PoC业务架构和功能实体 346

第五部分 业务融合 352

第 14章 业务融合概述 352

14.1 3G/4G业务分类 352

14.2 LTE时代语音解决方案 353

第15章 CSFB 355

15.1 CSFB架构 355

15.2 移动性管理 355

15.2.1 TAI列表和LAI分配 355

15.2.2 EPS/IMSI联合附着过程 356

15.3 MO呼叫和MT呼叫过程 357

15.3.1 支持PS HO的MO呼叫过程 357

15.3.2 支持PS切换的激活模式下MT呼叫过程 360

15.4 SGs接口短消息流程 363

15.4.1 空闲模式下用户发起的短消息（MO SMS）过程 363

15.4.2 激活模式下用户发起的短消息（MO SMS）过程 364

15.4.3 空闲模式下终止于用户的短消息（MT SMS）过程 364

15.4.4 激活模式下终止于用户的短消息（MTSMS）过程 366

第16章 VoLTE 367

16.1 VoLTE架构 367

16.1.1 VoLTE系统架构图 367

16.1.2 新增设备功能 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 语音呼叫连续性（VCC） 371

16.2.1 VCC简介 371

16.2.2 R8 SRVCC 372

16.2.3 R10 SRVCC 375

16.3 SRVCC相关流程 376

16.3.1 与 SRVCC相关的E-UTRAN附着过程 376

16.3.2 与SRVCC相关的业务请求过程 376

16.3.3 与SRVCC相关的PS域切换流程 376

16.3.4 E-UTRAN发起的SRVCC过程 377

16.4 SMS和IM互通 381

16.4.1 SMS和IM互通简介 381

16.4.2 IMS UE注册流程 382

16.4.3 IMS UE发送消息流程 382

16.4.4 IMS UE接收消息流程 383

第六部分 5G网络展望 386

第17章 5G网络及其关键技术 386

17.1 5G需求和网络功能映射 386

17.2 NFV/SDN概述 387

17.2.1 NFV简介 387

17.2.2 SDN简介 389

17.2.3 NFV/SDN架构下的移动核心网 390

17.3 5G组网设计 391

17.3.1 5G网络平台视图 391

17.3.2 5G网络组网视图 392

17.4 5G网络关键技术 394

17.4.1 网关控制转发分离 394

17.4.2 按需定制的移动网络 394

17.4.3 按需组网和网络切片 396

17.4.4 网络能力开放 398

17.4.5 移动边缘计算 401

17.4.6 以用户为中心的无线接入网 403

附录A缩略语 405

参考文献 413