移動互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的核心網(wǎng)剖析及演進

內(nèi)容概要

隨著移動通信網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)融合時代的來臨，傳統(tǒng)的移動核心網(wǎng)正加速向全IP 的網(wǎng)絡(luò)遷移，具備靈活開放的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、低成本建網(wǎng)特點、海量業(yè)務(wù)提供能力以及快速業(yè)務(wù)部署能力，已成為新時代對移動核心網(wǎng)的關(guān)鍵要求。
本書分別以移動核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)演進和移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的承載的關(guān)鍵技術(shù)為兩條主線，闡述了移動核心網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展歷程、演進趨勢、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、智能感知與調(diào)度等新型能力，也分享了該領(lǐng)域內(nèi)的眾多實踐案例，同時增加了對M2M、PCC、網(wǎng)絡(luò)間互操作等關(guān)鍵技術(shù)的深入剖析，并圍繞移動業(yè)務(wù)應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)的沖擊展開討論，提出了應(yīng)對思路。
本書適合于核心網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)從業(yè)者閱讀。

作者簡介

趙慧玲，任中國電信股份有限公司云計算研究中心主任，中國電信北京研究院總工程師，任中國通信標(biāo)準協(xié)會網(wǎng)絡(luò)與交換技術(shù)工作委員會主席，中國通信學(xué)會信息通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)委員會主任委員；國家科技部聘任為國家十二五科技重點專項（寬帶網(wǎng)絡(luò)）專家組專家；國家科技部三網(wǎng)融合專家組成員；發(fā)表文章近百篇，出版技術(shù)專著12部；獲國家科技進步二等獎2項、部級科技進步一等獎3項、二等獎9項、三等獎8項。
張園
中國電信股份有限公司北京研究院網(wǎng)絡(luò)技術(shù)部副總工程師，中國通信標(biāo)準化協(xié)會CCSA TC1網(wǎng)絡(luò)總體組副組長，長期從事軟交換、IMS、LTE/EPC核心網(wǎng)以及移動網(wǎng)絡(luò)智能管道技術(shù)的研究工作。
陳運清
中國電信北京研究院副院長，教授級高級工程師，任中國電信科技委數(shù)據(jù)專業(yè)組副組長，中國通信標(biāo)準化協(xié)會TC1副主席。獲得2008年度政府特殊津貼。長期從事電信運營寬帶網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的研究，在下一代互聯(lián)網(wǎng)、IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、高智能網(wǎng)絡(luò)、多業(yè)務(wù)邊緣接入等領(lǐng)域均有深厚的研究和積累。出版《城域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)與業(yè)務(wù)運營》和《構(gòu)建運營級IPv6網(wǎng)絡(luò)》等著作。
毛聰杰
中國電信北京研究院，高級工程師，無線與移動專業(yè)專家，重點研究移動網(wǎng)智能管道技術(shù)以及LTE/EPC等
聶衡
中國電信北京研究院，高級工程師，核心網(wǎng)專業(yè)，重點研究IMS、LTE/ECP、移動智能管道技術(shù)
李昆侖
2004年畢業(yè)于吉林大學(xué)通信工程學(xué)院，畢業(yè)后從事核心網(wǎng)專業(yè)近9年時間，2011年加入中國電信北京研究院，主要從事移動核心網(wǎng)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究工作。
羅濤
北京大學(xué)計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)專業(yè)碩士，2010年加入中國電信北京研究院。目前專注于CDMA移動分組域、LTE EPC技術(shù)與PCC架構(gòu)等方面的研究，重點參與了中國電信移動智能管道項目。
周偉
中國電信北京研究院，工程師，重點研究智能管道、策略與計費控制、CDMA分組域核心網(wǎng)、LTE等。
胡曉娟
胡曉娟，中國電信北京研究院網(wǎng)絡(luò)技術(shù)部高級工程師，中國電信集團核心網(wǎng)專業(yè)B級人才，北京郵電大學(xué)通信與信息系統(tǒng)專業(yè)博士。從事軟交換網(wǎng)絡(luò)、IMS網(wǎng)絡(luò)及LTE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與業(yè)務(wù)研究。
黃倩
中國電信北京研究院，工程師，從事核心網(wǎng)專業(yè)研究，重點研究IMS核心網(wǎng)、RCS/VoLTE業(yè)務(wù)、LTE核心網(wǎng)、PCC技術(shù)等等。
高武強
中國電信北京研究院，工程師，重點研究移動分組域、智能管道相關(guān)技術(shù)等。

書籍目錄

第一篇 移動核心網(wǎng)技術(shù)發(fā)展綜述
第1 章 移動核心網(wǎng)概述........................................................................................ 2
1.1 移動通信的發(fā)展歷程..................................................................................... 3
1.2 3G 核心網(wǎng)的概況............................................................................................ 6
1.2.1 WCDMA 核心網(wǎng)技術(shù)............................................................................. 6
1.2.2 CDMA2000 核心網(wǎng)技術(shù)......................................................................15
1.3 LTE 核心網(wǎng)簡介............................................................................................21
1.4 移動核心網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展趨勢......................................................................26
本章小結(jié)...................................................................................................................28
參考文獻...................................................................................................................28
第二篇 業(yè)務(wù)篇
第2 章 移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)......................................................................................30
2.1 移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)概述...................................................................................31
2.1.1 移動互聯(lián)網(wǎng)定義...................................................................................31
2.1.2 移動互聯(lián)網(wǎng)特征...................................................................................31
2.1.3 移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢...........................................................................33
2.2 移動互聯(lián)網(wǎng)典型業(yè)務(wù)................................................................................... 35
2.2.1 典型業(yè)務(wù)及特征................................................................................... 35
2.2.2 應(yīng)用變化趨勢....................................................................................... 44
2.3 移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)對移動核心網(wǎng)的影響.................................................... 46
本章小結(jié)................................................................................................................... 48
參考文獻................................................................................................................... 49
第3 章 M2M業(yè)務(wù)................................................................................................. 50
3.1 M2M 業(yè)務(wù)場景分類..................................................................................... 51
3.1.1 監(jiān)控報警類........................................................................................... 51
3.1.2 信息推送類........................................................................................... 52
3.1.3 視頻監(jiān)控類........................................................................................... 55
3.1.4 遠程控制執(zhí)行器類............................................................................... 57
3.2 M2M 業(yè)務(wù)的特征......................................................................................... 58
3.2.1 M2M 的通用業(yè)務(wù)特征......................................................................... 59
3.2.2 M2M 的特定業(yè)務(wù)特征......................................................................... 60
3.3 M2M 業(yè)務(wù)對移動核心網(wǎng)的影響............................................................... 63
本章小結(jié)................................................................................................................... 67
參考文獻................................................................................................................... 67
第三篇 技術(shù)篇
第4 章 W&TD-SCDMA 核心網(wǎng)架構(gòu)及協(xié)議................................................ 70
4.1 概述.................................................................................................................. 71
4.2 W&TD-SCDMA 移動核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)介紹...................................... 72
4.3 網(wǎng)元主要功能和接口介紹.......................................................................... 73
4.3.1 W&TD-SCDMA 移動核心網(wǎng)邏輯網(wǎng)元及網(wǎng)絡(luò)接口........................... 73
4.3.2 電路域主要邏輯網(wǎng)元功能要求和接口介紹....................................... 76
4.3.3 分組域主要邏輯網(wǎng)元功能要求和接口介紹....................................... 78
4.3.4 歸屬位置寄存器（HLR）................................................................... 80
4.4 用戶接入呼叫流程........................................................................................80
4.4.1 電路域用戶接入呼叫流程....................................................................80
4.4.2 分組域用戶接入呼叫流程....................................................................85
4.5 現(xiàn)網(wǎng)部署實例.................................................................................................91
4.5.1 GSM 與WCDMA 共存的網(wǎng)絡(luò)拓撲實例............................................91
4.5.2 WCDMA 移動核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)...........................................................92
4.5.3 TD-SCDMA 本地網(wǎng)MSC Server/VLR 組網(wǎng)示意圖...........................93
本章小結(jié)...................................................................................................................94
參考文獻...................................................................................................................94
第5 章 CDMA2000 核心網(wǎng)架構(gòu)及協(xié)議........................................................95
5.1 概述..................................................................................................................96
5.2 CDMA2000 核心網(wǎng)架構(gòu)..............................................................................97
5.2.1 CDMA2000 核心網(wǎng)架構(gòu)......................................................................97
5.2.2 CDMA2000 網(wǎng)絡(luò)中常見的一些基本概念...........................................99
5.3 網(wǎng)元功能要求和接口要求.........................................................................101
5.3.1 電路域主要邏輯網(wǎng)元功能要求和接口介紹......................................101
5.3.2 分組域主要邏輯網(wǎng)元功能要求和接口介紹......................................104
5.4 用戶接入呼叫流程......................................................................................109
5.4.1 電路域用戶接入呼叫流程..................................................................109
5.4.2 分組域用戶接入呼叫流程..................................................................114
5.5 現(xiàn)網(wǎng)部署實例...............................................................................................121
5.5.1 CDMA2000 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)一.............................................................121
5.5.2 CDMA2000 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)二.............................................................122
5.5.3 分層次的CDMA2000 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)................................................124
本章小結(jié).................................................................................................................126
參考文獻.................................................................................................................126
第6 章 LTE/EPC 核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及協(xié)議.................................................127
6.1 LTE/EPC 核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)........................................................................128
6.2 EPC 網(wǎng)元的功能要求................................................................................. 131
6.2.1 MME 功能.......................................................................................... 132
6.2.2 S-GW 功能......................................................................................... 135
6.2.3 P-GW 功能......................................................................................... 136
6.2.4 HSS 功能............................................................................................ 138
6.2.5 PCRF 功能.......................................................................................... 140
6.2.6 HSGW 功能........................................................................................ 141
6.2.7 其他網(wǎng)元功能..................................................................................... 142
6.3 EPC 網(wǎng)絡(luò)接入的信令流程........................................................................ 142
6.3.1 用戶初次附著及去附著流程............................................................. 143
6.3.2 跟蹤區(qū)更新流程................................................................................. 149
6.3.3 切換流程............................................................................................. 151
6.3.4 業(yè)務(wù)請求流程..................................................................................... 156
6.3.5 會話管理流程..................................................................................... 158
6.4 EPC 和CDMA 的互操作.......................................................................... 160
6.4.1 EPC 和CDMA 的語音互操作方案................................................... 160
6.4.2 EPC 和CDMA 的數(shù)據(jù)互操作方案................................................... 164
6.5 EPC 和WLAN 的互操作方案................................................................. 187
6.5.1 S2a 方案.............................................................................................. 188
6.5.2 S2b 方案............................................................................................. 192
6.5.3 S2c 方案.............................................................................................. 197
6.6 3GPP/3GPP2 EPC 網(wǎng)絡(luò)的新進展............................................................ 206
本章小結(jié)................................................................................................................. 209
參考文獻................................................................................................................. 210
第7 章 移動核心網(wǎng)對移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的支持.......................................... 211
7.1 移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展對移動網(wǎng)的挑戰(zhàn)..................................... 212
7.1.1 數(shù)據(jù)流量巨大的增幅使得網(wǎng)絡(luò)面臨巨大的流量壓力...................... 212
7.1.2 OTT 業(yè)務(wù)對傳統(tǒng)業(yè)務(wù)構(gòu)成沖擊........................................................ 213
7.1.3 電信網(wǎng)絡(luò)日益“管道化”................................................................. 213
7.1.4 移動互聯(lián)網(wǎng)沖擊下網(wǎng)絡(luò)凸顯的問題..................................................214
7.1.5 應(yīng)對思路.............................................................................................215
7.2 提高網(wǎng)絡(luò)的智能化水平.............................................................................217
7.2.1 智能管道的架構(gòu).................................................................................217
7.2.2 智能管道的應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)..................................................................219
7.2.3 智能管道的典型應(yīng)用場景..................................................................222
7.3 加強網(wǎng)絡(luò)融合...............................................................................................224
7.3.1 接入網(wǎng)發(fā)現(xiàn)和選擇機制.....................................................................225
7.3.2 通過發(fā)展WLAN 實現(xiàn)流量分流和流量優(yōu)化....................................227
7.4 提高網(wǎng)絡(luò)安全性..........................................................................................228
參考文獻.................................................................................................................230
第8 章 策略與計費控制系統(tǒng)（PCC） .......................................................231
8.1 PCC 概述.......................................................................................................232
8.1.1 PCC 歷史回顧.....................................................................................232
8.1.2 PCC 整體構(gòu)架.....................................................................................233
8.2 PCC 功能實體..............................................................................................235
8.2.1 策略控制和計費規(guī)則功能（PCRF）................................................235
8.2.2 策略和計費執(zhí)行功能（PCEF） ........................................................239
8.2.3 承載綁定和事件報告功能（BBERF） .............................................244
8.2.4 流量檢測功能（TDF）......................................................................245
8.2.5 應(yīng)用功能（AF） ................................................................................245
8.2.6 用戶屬性存儲（SPR） ......................................................................246
8.3 PCC 參考點..................................................................................................246
8.3.1 Rx 參考點...........................................................................................246
8.3.2 Gx 參考點...........................................................................................247
8.3.3 Sp 參考點............................................................................................247
8.3.4 Gy 參考點...........................................................................................247
8.3.5 Gz 參考點............................................................................................248
8.3.6 S9 參考點...........................................................................................248
8.3.7 Gxx 參考點........................................................................................ 248
8.4 PCC 主要信令流程..................................................................................... 249
8.4.1 概述..................................................................................................... 249
8.4.2 IP-CAN 會話建立.............................................................................. 250
8.4.3 IP-CAN 會話終止.............................................................................. 252
8.4.4 IP-CAN 會話修改.............................................................................. 257
8.4.5 PCRF 中簽約信息的更新.................................................................. 264
8.5 策略控制的能力開放技術(shù)........................................................................ 265
本章小結(jié)................................................................................................................. 268
參考文獻................................................................................................................. 268
第9 章 移動核心網(wǎng)的智能感知與統(tǒng)計分析技術(shù)..................................... 270
9.1 感知技術(shù)原理.............................................................................................. 272
9.1.1 業(yè)務(wù)應(yīng)用感知..................................................................................... 272
9.1.2 網(wǎng)絡(luò)忙閑狀態(tài)感知............................................................................. 277
9.2 移動核心網(wǎng)智能感知的部署方案剖析.................................................. 281
9.2.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖......................................................................................... 281
9.2.2 關(guān)鍵技術(shù)分析..................................................................................... 283
9.2.3 典型應(yīng)用場景..................................................................................... 285
9.3 基于感知的統(tǒng)計分析技術(shù)........................................................................ 286
9.3.1 感知數(shù)據(jù)的采集................................................................................. 286
9.3.2 感知數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析......................................................................... 287
本章小結(jié)................................................................................................................. 293
參考文獻................................................................................................................. 294
第10 章 移動核心網(wǎng)對M2M 業(yè)務(wù)的支持.............................................. 295
10.1 支持M2M 業(yè)務(wù)的移動核心網(wǎng)架構(gòu)..................................................... 296
10.2 2G/3G 核心網(wǎng)對M2M 的業(yè)務(wù)支持..................................................... 298
10.2.1 獨立號段組網(wǎng)................................................................................... 298
10.2.2 用戶等級控制................................................................................... 299
10.2.3 通信時間控制...................................................................................299
10.2.4 Always-on 方式優(yōu)化.........................................................................300
10.2.5 分組域?qū)ず魞?yōu)化...............................................................................301
10.3 LTE/EPC 網(wǎng)絡(luò)對M2M 業(yè)務(wù)的支持.....................................................302
10.3.1 擁塞/過負荷控制方案......................................................................303
10.3.2 低移動性的優(yōu)化方案.......................................................................305
10.3.3 采用FQDN 作為終端標(biāo)識...............................................................307
10.3.4 小數(shù)據(jù)傳輸方案...............................................................................308
10.3.5 M2M 終端的觸發(fā)方案.....................................................................310
10.3.6 通信時間受控的優(yōu)化方案................................................................312
10.3.7 終端尋址方案...................................................................................313
本章小結(jié).................................................................................................................315
參考文獻.................................................................................................................315
第四篇 演進篇
第11 章 移動核心網(wǎng)向LTE/EPC 的演進...............................................318
11.1 WCDMA 向LTE/EPC 網(wǎng)絡(luò)的演進.......................................................319
11.1.1 電路域的演進...................................................................................319
11.1.2 分組域的演進...................................................................................323
11.2 CDMA 向LTE/EPC 網(wǎng)絡(luò)的演進...........................................................326
11.2.1 電路域的演進...................................................................................326
11.2.2 分組域的演進...................................................................................328
本章小結(jié).................................................................................................................333
參考文獻.................................................................................................................333

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