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本书全面而系统地阐述了3GUMTS和4GLTE核心网，以及IMS的技术原理及应用，描述了网络架构、协议、安全、各种信令流程和业务提供等内容。3G核心网包括电路交换（CS）域技术和分组交换（PS）域技术；4GLTE核心网为演进的分组核心（EPC）；IP多媒体子系统（IMS）在分组域上提供VoIP业务，以及呈现、组管理和多媒体会议等业务。

第一部分移动核心网综述

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

1.2.1UMTS网络标准化发展过程5

1.2.2LTE网络标准化发展过程8

1.2.35G网络标准化发展过程11

1.32GGSM网络13

1.3.1GSM网络历史和现状13

1.3.2GSM系统的网络结构14

1.42.5GGPRS网络17

1.4.1GPRS网络概况17

1.4.2GPRS网络结构18

1.4.3GPRS演进到EGPRS20

1.53GUMTS核心网CS＆PS＆IMS20

1.5.1UMTS概述20

1.5.2UMTSR99网络结构20

1.5.3UMTSR4网络结构22

1.5.4UMTSR5网络结构24

1.5.5UMTSR6＆R7网络结构26

1.64GLTE核心网EPC＆IMS27

1.6.1LTE网络概述27

1.6.2LTE网络结构27

1.75G网络架构28

1.7.15G网络概述28

1.7.25G网络架构29

第二部分UMTS核心网CS和PS

第2章UMTSCS和PS核心网协议32

2.1UMTSR99接口协议体系32

2.2UMTSR4接口协议体系34

2.3UMTS核心网与无线接入网间接口协议34

2.3.1GSMA接口34

2.3.2GPRSGb接口36

2.3.33GIu接口37

2.4UMTS核心网协议描述42

2.4.1基于No.7的信令协议42

2.4.2Sigtran协议栈46

2.4.3H.248协议47

2.4.4BICC48

2.4.5Nb接口49

2.4.6GTP协议50

第3章UMTSCS和PS核心网基础51

3.1网络编码51

3.1.1GSM网LAI和CGI51

3.1.2GPRS网RA和RAI52

3.1.3UMTS网中SA和SAI52

3.1.4CS核心网编码52

3.1.5PS核心网编码54

3.1.6E.164/E.212/E.21455

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（NOMⅠ）58

3.3.2网络操作模式Ⅱ（NOMⅡ）59

3.3.3网络操作模式Ⅲ（NOMⅢ）59

3.4移动性管理状态60

3.4.1GSM移动台状态60

3.4.2GPRS移动性管理状态60

3.4.33GPS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

3.7GSM/GPRS/UMTSCS/UMTSPS65

第4章UMTSCS和PS核心网信令流程66

4.1CS和PS位置更新66

4.1.1CS域开关机时位置更新（IMSI附着）66

4.1.2CS域普通位置更新67

4.1.3PS域开关机时位置更新（GPRS附着／显式分离）70

4.1.4PS域路由区更新74

4.1.5周期性位置更新75

4.22G与3G安全机制76

4.2.12G安全机制76

4.2.23G安全机制80

4.2.32G/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

4.3CS呼叫控制流程87

4.3.1局内3G用户呼叫3G用户88

4.3.23G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

4.4PS会话管理流程94

4.4.1PDPContext激活95

4.4.2PDPContext去激活98

4.4.3PDPContext修改99

4.4.4PDPContext保留过程和RAB重建99

4.4.53GPSQoS协商100

4.5CS和PS切换103

4.5.13GCS域切换流程103

4.5.23GPS域切换流程107

4.5.33GRNC迁移109

4.5.42G/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

4.7.1GSM移动智能网及结构118

4.7.2GPRS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

第5章LTE网络结构与协议128

5.1LTE网络架构128

5.1.1非漫游架构128

5.1.2漫游架构129

5.2EPC协议栈131

5.3EPC协议汇总132

5.4S1接口协议133

5.5X2接口协议136

5.6GTP协议137

5.7S6a接口消息138

5.8网元功能138

5.8.1E-UTRAN138

5.8.2MME139

5.8.3S-GW（ServingGateway）139

5.8.4P-GW（PDNGW）140

5.8.5PCRF140

5.8.6HSS141

5.8.7SGSN141

5.9节点选择功能141

5.9.1P-GW选择141

5.9.2S-GW选择142

5.9.3MME选择143

5.9.4SGSN选择143

5.9.5PCRF选择143

第6章LTE核心网概念与特性144

6.1EPS系统中的标识144

6.2EPS系统的承载与QoS145

6.2.1EPS承载架构145

6.2.2QoS参数146

6.2.3标准QCI属性147

6.2.4EPS默认承载和专用承载148

6.2.5EPS承载建立149

6.3UE的IP地址分配150

6.4EPS状态管理151

6.4.1NAS协议151

6.4.2EMM152

6.4.3ECM153

6.4.4EMM和ECM状态转换154

6.4.5ESM156

6.5用户数据存储157

6.6EPS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

6.9ISR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IMSI165

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

7.2.1UE发起的去附着171

7.2.2MME发起的去附着172

7.2.3HSS发起的去附着174

7.3S1释放（S1Release）175

7.4业务请求（ServiceRequest）176

7.4.1UE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（TrackingAreaUpdate）178

7.5.1跟踪区更新过程的触发178

7.5.2TAU过程，ServingGW不变，MME不变179

7.5.3TAU过程，ServingGW改变，MME改变180

7.6GUTI重分配182

7.7切换182

7.7.1E-UTRAN内基于X2的切换——MME和SGW不变182

7.7.2E-UTRAN内基于S1的切换——MME和SGW不变185

7.7.3E-UTRAN内基于S1的切换——MME和SGW改变186

7.7.4E-UTRAN到UTRANIu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

7.8.4PGW发起的承载改变193

7.8.5UE请求的承载资源修改195

7.9多PDN的支持196

7.9.1概述196

7.9.2UE发起的PDN连接建立196

7.9.3UE发起的PDN去连接198

第四部分IMS网络技术

第8章IMS网络体系和功能202

8.1IMS的分层体系202

8.2IMS的网络结构和网元功能203

8.3IMS接口协议体系211

8.4IMS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

8.5.3UE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

8.5.6IMS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（UserProfile）222

8.7IMS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

8.10IMS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

8.11SIP信令压缩236

8.12IMS计费238

第9章IMS注册过程241

9.1P-CSCF的发现241

9.2Cx接口消息及应用场景242

9.3S-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

9.7Path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

10.2IMS会话初始呼叫处理过程271

10.3S-CSCF服务模式及会话情形的判定271

10.4IMS会话建立流程272

10.5IMS会话释放流程276

10.6主叫和被叫的身份277

10.7TelURI与ENUM号码279

10.8主叫用户的位置信息280

10.9S-CSCF的原始对话标识281

10.10会话路由及Via、Route、Record-Route和Contact282

10.11IMS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

10.12PSI/AS会话的路由290

10.13IMS与PSTN/PLMN网络的互通292

10.13.1IMS与PSTN/PLMN网络互通模型和协议292

10.13.2IMS用户发起的会话295

10.13.3PSTN用户发起的会话296

第11章IMS的安全体系298

11.1IMS网络的安全体系概述298

11.2IMS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ISIM305

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

11.2.6IMS网络中的私密性保护307

11.3安全联盟（SA）的建立308

11.3.1IPsec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

11.4IMS网络域的安全314

11.4.1基于IP传输的网络域安全（NDS/IP）314

11.4.2IKE协议316

第12章IMS网络与SBC317

12.1扩展的IMS架构和SBC的定位317

12.2NAT穿越和SBC318

12.2.1IMS网络中NAT穿越问题318

12.2.2NAT穿越解决方案320

12.2.3SBC解决方案320

12.3IMS网络部署和SBC321

第13章IMS业务323

13.1IMS业务特点323

13.2补充业务——呼叫转移324

13.3Centrex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多媒体会议概述328

13.5.2Web会议建立流程示例329

13.6呈现业务（PresenceService，PS）330

13.6.1Presence业务概念330

13.6.2Presence业务功能实体331

13.6.3Presence业务实现流程333

13.7组管理335

13.7.1组管理概念335

13.7.2XDM功能和架构336

13.7.3XDM客户端操作流程示例338

13.8即时消息业务（InstantMessage，IM）339

13.8.1即时消息概念339

13.8.2IM体系架构340

13.8.3PageModeIM流程341

13.8.4SessionModeIM流程343

13.9PoC业务345

13.9.1PoC概念345

13.9.2PoC业务架构和功能实体346

第五部分业务融合

第14章业务融合概述352

14.13G/4G业务分类352

14.2LTE时代语音解决方案353

第15章CSFB355

15.1CSFB架构355

15.2移动性管理355

15.2.1TAI列表和LAI分配355

15.2.2EPS/IMSI联合附着过程356

15.3MO呼叫和MT呼叫过程357

15.3.1支持PSHO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

15.4SGs接口短消息流程363

15.4.1空闲模式下用户发起的短消息（MOSMS）过程363

15.4.2激活模式下用户发起的短消息（MOSMS）过程364

15.4.3空闲模式下终止于用户的短消息（MTSMS）过程364

15.4.4激活模式下终止于用户的短消息（MT-SMS）过程366

第16章VoLTE367

16.1VoLTE架构367

16.1.1VoLTE系统架构图367

16.1.2新增设备功能368

16.1.3新增接口370

16.1.4VoLTE的QoS保障370

16.1.5IMSAPN371

16.2语音呼叫连续性（VCC）371

16.2.1VCC概述371

16.2.2R8SRVCC372

16.2.3R10SRVCC375

16.3SRVCC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

16.3.4E-UTRAN发起的SRVCC过程377

16.4SMS和IM互通381

16.4.1SMS和IM互通概述381

16.4.2IMSUE注册流程382

16.4.3IMSUE发送消息流程382

16.4.4IMSUE接收消息流程383

第六部分5G网络展望

第17章5G网络及其关键技术386

17.15G需求和网络功能映射386

17.2NFV/SDN概述387

17.2.1NFV概述387

17.2.2SDN概述389

17.2.3NFV/SDN架构下的移动核心网390

17.35G组网设计391

17.3.15G网络平台视图391

17.3.25G网络组网视图392

17.45G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

庞韶敏：硕士，长期在网通集团研究院、摩托罗拉公司、大唐联诚信息系统技术有限公司等知名企业从事通信核心网方面的技术工作，参与了摩托罗拉TD-LTE系统核心网培训教程编制他和摩托罗拉IMS方面标准工作，以及网通企业标准制定工作和中国通信标准化协会工作；出版相关技术专访著3部，发表论文若干。

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