书籍先容

3G UMTS与4G LTE核心网——CS，PS，EPC，IMS概况

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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  移动核心网发展演进 4
1.3  2G GSM网络 7
1.3.1  GSM网络历史和现状 7
1.3.2  GSM系统的网络结构 8
1.4  2.5G GPRS网络 11
1.4.1  GPRS网络概述 11
1.4.2  GPRS网络结构 12
1.4.3  GPRS演进到EGPRS 14
1.5  3G UMTS核心网CS＆PS＆IMS 14
1.5.1  UMTS概述 14
1.5.2  UMTS R99网络结构 14
1.5.3  UMTS R4网络结构 16
1.5.4  UMTS R5网络结构 18
1.5.5  UMTS R6＆R7网络结构 20
1.6  4G LTE核心网EPC＆IMS 21
1.6.1  LTE网络概述 21
1.6.2  LTE网络结构 21
第二部分  UMTS核心网CS＆PS
第2章　UMTS CS＆PS核心网协议 24
2.1  UMTS R99接口协议体系 24
2.2  UMTS R4接口协议体系 26
2.3  UMTS核心网与无线接入网间接口协议 26
2.3.1  GSM A接口 26
2.3.2  GPRS Gb接口 28
 
2.3.3  3G Iu接口 29
2.4  UMTS核心网协议描述 34
2.4.1  基于No.7的信令协议 34
2.4.2  Sigtran协议栈 38
2.4.3  H.248协议 39
2.4.4  BICC 40
2.4.5  Nb接口 41
2.4.6  GTP协议 42
第3章　UMTS CS＆PS核心网基础 43
3.1  网络编码 43
3.1.1  GSM网LAI和CGI 43
3.1.2  GPRS网RA和RAI 44
3.1.3  UMTS网中SA和SAI 44
3.1.4  CS核心网编码 44
3.1.5  PS核心网编码 46
3.1.6  E.164/E.212/E.214 47
3.2  移动台类型 49
3.3  网络操作模式 50
3.3.1  网络操作模式I（NOM I） 50
3.3.2  网络操作模式II（NOM II） 51
3.3.3  网络操作模式III（NOM III） 51
3.4  移动性管理状态 52
3.4.1  GSM移动台状态 52
3.4.2  GPRS移动性管理状态 52
3.4.3  3G PS域移动性管理状态 55
3.5  手机终端和用户卡 55
3.6  终端开机过程 56
3.7  GSM/GPRS/UMTS CS/UMTS PS 57
第4章　UMTS CS＆PS核心网信令流程 58
4.1  CS和PS位置更新 58
4.1.1  CS域开关机时位置更新（IMSI附着） 58
4.1.2  CS域普通位置更新 59
4.1.3  PS域开关机时位置更新（GPRS附着／显式分离） 62
 
4.1.4  PS域路由区更新 66
4.1.5  周期性位置更新 67
4.2  2G与3G安全机制 68
4.2.1  2G安全机制 68
4.2.2  3G安全机制 72
4.2.3  2G/3G网络共存时双模手机鉴权加密机制 77
4.2.4  临时身份识别（TMSI/P-TMSI） 79
4.3  CS呼叫控制流程 79
4.3.1  局内3G用户呼叫3G用户 80
4.3.2  3G用户呼叫外网用户 83
4.3.3  外网用户呼叫3G用户 84
4.3.4  彩铃业务实现流程 85
4.4  PS会话管理流程 86
4.4.1  PDP Context激活 87
4.4.2  PDP Context去激活 90
4.4.3  PDP Context修改 91
4.4.4  PDP Context保留过程和RAB重建 91
4.4.5  3G PS QoS协商 92
4.5  CS＆PS切换 95
4.5.1  3G CS域切换流程 95
4.5.2  3G PS域切换流程 99
4.5.3  3G RNC迁移 101
4.5.4  2G/3G互操作 103
4.6  短信业务 105
4.6.1  移动始发短信流程 106
4.6.2  移动终止短信流程 107
4.6.3  短信提醒流程 108
4.7  移动智能网 109
4.7.1  GSM移动智能网及结构 110
4.7.2  GPRS移动智能网 112
4.7.3  移动智能网的业务触发机制 113
4.7.4  主要CAP消息先容 114
4.7.5  预付费业务处理流程 115
 
第三部分  LTE核心网EPC
第5章  LTE网络结构与协议 120
5.1  LTE网络架构 120
5.1.1  非漫游架构 120
5.1.2  漫游架构 121
5.2  EPC协议栈 123
5.3  EPC协议汇总 124
5.4  S1接口协议 125
5.5  X2接口协议 128
5.6  GTP协议 129
5.7  S6a接口消息 130
5.8  网元功能 130
5.8.1  E-UTRAN 130
5.8.2  MME 131
5.8.3  S-GW（Serving Gateway） 131
5.8.4  P-GW（PDN GW） 132
5.8.5  PCRF 132
5.8.6  HSS 133
5.8.7  SGSN 133
5.9  节点选择功能 133
5.9.1  P-GW选择 133
5.9.2  S-GW选择 134
5.9.3  MME选择 135
5.9.4  SGSN选择 135
5.9.5  PCRF选择 135
第6章  LTE核心网概念与特性 136
6.1  EPS系统中的标识 136
6.2  EPS系统的承载与QoS 137
6.2.1  EPS承载架构 137
6.2.2  QoS参数 138
6.2.3  标准QCI属性 139
6.2.4  EPS默认承载和专用承载 140
6.2.5  EPS承载建立 141
6.3  UE的IP地址分配 142
6.4  EPS状态管理 143
6.4.1  NAS协议 143
6.4.2  EMM 144
6.4.3  ECM 145
6.4.4  EMM＆ECM状态转换 146
6.4.5  ESM 148
6.5  用户数据存储 149
6.6  EPS安全机制 151
6.7  策略控制与计费（PCC） 153
6.8  负载均衡与容灾功能 154
6.9  ISR功能 155
第7章  LTE核心网信令流程 157
7.1  附着（Attach） 157
7.1.1  附着流程，用户身份标识为IMSI 157
7.1.2  附着流程，MME可能改变 159
7.1.3  附着过程中的S1AP消息和NAS消息分析 162
7.2  去附着（Detach） 163
7.2.1  UE发起的去附着 163
7.2.2  MME发起的去附着 164
7.2.3  HSS发起的去附着 166
7.3  S1释放（S1 Release） 167
7.4  业务请求（Service Request） 168
7.4.1  UE发起的业务请求 168
7.4.2  网络发起的业务请求 169
7.5  跟踪区更新（Tracking Area Update） 170
7.5.1  跟踪区更新过程的触发 170
7.5.2  TAU过程，Serving GW不变，MME不变 171
7.5.3  TAU过程，Serving GW改变，MME改变 172
7.6  GUTI重分配 174
7.7  切换 174
7.7.1  E-UTRAN内、基于X2的切换——MME和SGW不变 174
7.7.2  E-UTRAN内基于S1的切换——MME和SGW不变 177
7.7.3  E-UTRAN内基于S1的切换——MME和SGW改变 178
7.7.4  E-UTRAN到UTRAN Iu模式下的RAT间切换 180
7.8  会话管理 182
7.8.1  专用承载激活 182
7.8.2  专用承载去激活，在ECM-Connected状态下 184
7.8.3  专用承载去激活，其他情况 185
7.8.4  PGW发起的承载改变 185
7.8.5  UE请求的承载资源修改 187
7.9  多PDN的支撑 188
7.9.1  概述 188
7.9.2  UE发起的PDN连接建立 188
7.9.3  UE发起的PDN去连接 190
第四部分  IMS网络技术
第8章　IMS网络体系和功能 194
8.1  IMS的分层体系 194
8.2  IMS的网络结构和网元功能 195
8.3  IMS接口协议体系 203
8.4  IMS漫游和GPRS漫游 205
8.5  地址与标识 207
8.5.1  私有用户标识IMPI 207
8.5.2  公有用户标识IMPU 208
8.5.3  UE端IMPI和IMPU的获得 208
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 209
8.5.5  全球可路由的用户代理统一资源标识符（GRUU） 211
8.5.6  IMS网元的标识 213
8.5.7  公共业务标识（PSI） 214
8.6  用户配置数据（User Profile） 214
8.7  IMS用户数据的组成 216
8.8  应用服务器（AS） 218
8.9  应用服务器的工作模式 220
8.10  IMS的业务触发机制 221
8.10.1  业务触发架构和业务触发点（SPT） 221
8.10.2  过滤规则（iFC）的定义 223
8.10.3  业务触发控制算法 225
8.10.4  业务触发举例 226
8.11  SIP信令压缩 228
8.12  IMS计费 230
第9章　IMS注册过程 233
9.1  P-CSCF的发现 233
9.2  Cx接口消息及应用场景 234
9.3  S-CSCF的指配 238
9.4  传输协议 240
9.5  注册与注销概述 240
9.6  用户初始注册 242
9.7  Path消息头和Service-Route消息头 248
9.8  用户重注册 249
9.9  注册保存信息 249
9.10  隐式注册 250
9.11  注册状态／事件的订阅和通知 252
9.12  网络发起的重认证 255
9.13  第三方注册 256
9.14  用户发起的注销 257
9.15  网络发起的注销 258
第10章　IMS会话过程 261
10.1  会话阶段划分 261
10.2  IMS会话初始呼叫处理过程 263
10.3  S-CSCF服务模式及会话情形的判定 263
10.4  IMS会话建立流程 264
10.5  IMS会话释放流程 268
10.6  主叫和被叫的身份 269
10.7  Tel URI与ENUM号码 271
10.8  主叫用户的位置信息 272
10.9  S-CSCF的原始对话标识 273
10.10  会话路由及Via、Route、Record-Route和Contact 274
10.11  IMS会话建立详细过程 275
10.11.1  主叫始发段过程 275
10.11.2  中间段路由过程 278
10.11.3  被叫接收段过程 280
10.12  PSI/AS会话的路由 282
10.13  IMS与PSTN/PLMN网络的互通 284
10.13.1  IMS与PSTN/PLMN网络互通模型和协议 284
10.13.2  IMS用户发起的会话 287
10.13.3  PSTN用户发起的会话 288
第11章　IMS的安全体系 290
11.1  IMS网络的安全体系概述 290
11.2  IMS网络的访问接入安全机制 292
11.2.1  用户和网络的认证和授权 292
11.2.2  鉴权向量的生成和ISIM 297
11.2.3  用户的重认证 298
11.2.4  完整性保护 298
11.2.5  网络拓扑隐藏 299
11.2.6  IMS网络中的私密性保护 299
11.3  安全联盟（SA）的建立 300
11.3.1  IPsec 原理概况 300
11.3.2  安全联盟（SA）的含义 301
11.3.3  安全联盟的建立过程 302
11.4  IMS网络域的安全 306
11.4.1  基于IP传输的网络域安全（NDS/IP） 306
11.4.2  IKE协议 308
第12章　IMS的承载控制与NAT 309
12.1  IMS端到端的QoS体系 309
12.2  IMS承载控制体系的演进 311
12.3  IMS的SBLP承载控制体系 312
12.3.1  相关功能实体 313
12.3.2  Gq和Go接口功能和消息 315
12.4  IMS的SBLP承载控制过程 316
12.5  前提（Precondition）机制 322
12.6  IMS承载控制体系对GPRS网络的要求 326
12.7  扩展的IMS架构和SBC的定位 328
12.8  NAT穿越和SBC 329
12.8.1  IMS网络中NAT穿越问题 329
12.8.2  NAT穿越解决方案 331
12.8.3  SBC解决方案 331
12.9  IMS网络部署和SBC 332
第五部分  IMS业务和业务融合
第13章　IMS业务实现 336
13.1  3G/4G业务分类 336
13.2  IMS业务特点 337
13.3  补充业务——呼叫转移 338
13.4  Centrex业务 339
13.5  多媒体彩铃业务 341
13.6  多媒体会议业务 342
13.6.1  多媒体会议概述 342
13.6.2  Web会议建立流程示例 343
13.7  呈现业务（Presence Service，PS） 344
13.7.1  Presence业务概念 344
13.7.2  Presence业务功能实体 345
13.7.3  Presence业务实现流程 347
13.8  组管理 349
13.8.1  组管理概念 349
13.8.2  XDM功能和架构 350
13.8.3  XDM客户端操作流程示例 352
13.9  即时消息业务（Instant Message，IM） 353
13.9.1  即时消息概念 353
13.9.2  IM体系架构 354
13.9.3  Page Mode IM流程 355
13.9.4  Session Mode IM流程 357
13.10  PoC业务 359
13.10.1  PoC概念 359
13.10.2  PoC业务架构和功能实体 360
第14章　CS/IMS业务融合 364
14.1  SMS和IM互通 364
14.1.1  SMS和IM互通概述 364
14.1.2  IMS UE注册流程 365
14.1.3  IMS UE发送消息流程 365
14.1.4  IMS UE接收消息流程 366
14.2  语音呼叫连续性（VCC） 367
14.2.1  VCC概述 367
14.2.2  R7版本VCC 367
14.2.3  R8版本SR-VCC 370
附录A  缩略语 374
参考文献 382

序言/前言：
前    言
随着技术的进步和人类自身的发展，人类对通信的终极需求是实现任何人可以在任何时间、任何地点与其他任何人进行任何方式的沟通。由于移动通信的许多技术特征还不能很好地满足这一需求，使其成为当前通信领域发展最快、应用最广和最前沿的技术之一。
移动通信发展到现在，用户不仅要求有稳定、低廉的语音通信，而且还要求能够进行包括数据、视频、文本和图像等在内的多媒体通信，并且用户对移动宽带的需求呈爆炸性增长态势。针对这些需求，移动通信发展到了3G时代，而且正在开创4G时代。
当今，共有WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA三种3G技术体制并存。WCDMA标准化工作由3GPP负责；cdma2000标准化工作由3GPP2负责；TD-SCDMA的主要优势和贡献在空中接口，而核心网与WCDMA相同。UMTS是基于WCDMA的3G标准，在本书中，UMTS核心网服务于WCDMA和TD-SCDMA两种3G技术。UMTS核心网的CS域提供语音业务；PS域提供分组业务，即网页浏览、流媒体和FTP等数据类业务。在3GPP R5之后，UMTS核心网出现了IMS，IMS基于分组域提供VoIP以及众多的多媒体业务，打破了只有CS域提供语音业务的限制。
人们对带宽的需求是无止境的，为了突破3G网络带宽的限制，4G LTE网络使用了OFDM/FDMA技术。LTE有FDD-LTE和TD-LTE两大阵营，二者的区别就在于空中接口标准不一致，但LTE核心网EPC是一致的。在本书中，LTE核心网服务于TD-LTE和FDD-LTE两种4G技术。
本书的内容安排大致如下：第一部分对移动核心网技术进行了概述，包括2G GSM网络、2.5G GPRS网络、3G UMTS网络和4G LTE网络；第二部分阐述了UMTS核心网的电路域和分组域（CS和PS），具体包括网络架构和接口协议，以及用户标识、安全机制、移动性管理和业务提供等关键技术点；第三部分阐述了LTE核心网EPC，包括网络架构、接口协议、用户标识、默认承载与专用承载、状态管理、安全机制和移动性管理，重点先容了核心网的信令流程，如附着、去附着、会话管理、TAU和切换等；第四部分阐述了IMS，具体包括网络架构、接口定义、协议体系、安全机制、用户标识、信令压缩、资源管理、组网路由、业务提供、计费方案、互连互通和网络融合等；第五部分集中先容了3G/4G业务的分类及IMS业务，包括Presence、即时消息（IM）、组管理和POC等，还先容了CS/IMS业务融合技术，如SMS和IM互通，以及语音呼叫连续性VCC技术。
本书条例清晰、逻辑性强、内容充实、涵盖范围广，具有较强的技术性和实用性。本书先容的内容主要基于各标准化组织最新发布的标准或草案，参考了大量的有关文献，并结合了编辑丰富的工作经验编写而成。本书引用的部分资料和图表是为了常识内容的阐述和传授，无侵权意图，特此声明。
本书由庞韶敏和李亚波编著。特别感谢电子工业出版社宋梅编辑为本书出版所做的大量耐心细致的工作。非常感谢唐雄燕、何奎、刘明和张歆浩对本书编写工作的支撑。在此还要感谢本书中所参考和引用的诸多资料的有关机构和编辑。
由于编者水平和视野所限，以及编写时间仓促，加之移动通信技术发展日新月异，对于书中存在的不足之处，敬请各界同仁批评指正。

                                                               编著者