行動網際網路下的未來核心網路世界

序言

行動通訊技術在經歷了2G、3G 技術的發展之後，正向著更高速率的4G 技術發展，北美、歐洲、日韓等電信業者已經開始規模部署LTE 網路，兩岸三地電信業者也啟動了LTE 的試商用試驗。行動寬頻技術的發展使人們可以隨時連線網路，同時，伴隨著智慧終端機的快速普及行動網際網路應用的蓬勃發展，行動通訊及應用
已經成為人們生活的重要組成部分。

行動核心網是行動通訊業務的連線、承載和業務提供的網路。經過從第一代行動通訊技術向第四代行動通訊技術的發展，行動核心網從開始只有電路域，只具備提供語音、簡訊的窄帶業務能力，向著支援分組域和多媒體域，提供高速的行動寬頻連線和豐富的多媒體業務的行動寬頻方向發展。在4G 時代，GSM 和CDMA 兩大陣營都將選擇了走向共同的IMS ＋ EPC 的行動核心網架構。行動核心網成為承載行動網際網路應用的重要組成部分。

在網路技術演進的同時，行動網際網路業務和M2M 等新興業務替電信業者的行動網路帶來了極大的挑戰。QQ、微信等小流量常線上的社交應用在替使用者提供服務的同時，佔用了電信業者大量的訊號資源，卻替電信業者帶來了極少的流量收入；巨量的M2M 應用帶來的訊號擁塞和過負荷控制的難題又需要從網路架構和網路設定等方面加以解決；電信業者一直在積極探索透過增加網路的智慧性，在網路演進的同時，能夠實現多維度的感知和智慧的策略控制，能夠基於使用者、業務、位置、時間等開展智慧的業務控管，以加強網路的有效性，更進一步地為使用者服務；這些內容本書都列出了很好的答案。

本書聚焦電信業者行動核心網網路演進和行動網際網路業務承載的關鍵技術問題，從行動核心網技術和行動網際網路業務兩個維度出發，第一次全面、系統地介紹了多種制式的3G 核心網技術、4G 核心網技術和多種制式的3G 核心網向4G 核心網的演進方案；同時從業務維度分析了全球行動電信業者都面臨的行動網際網路業務和M2M 等業務對行動核心網帶來的挑戰和影響，提出了行動網路智慧管線的技術方案、全面介紹了行動核心網控制技術（PCC）和智慧感知技術。既有行動核心網整體技術標準及系統化的描述，又有全球電信業者的實際案例和解決方案。既有行動網際網路業務對網路的要求，又有對這些業務的詳盡分析和介紹。在4G 網路即將部署之際，本書有利於讀者對行動核心網技術進行更加了解。

本書由中國電信北京研究院核心網研究團隊聯合撰寫。書中分享了該團隊多年來對於行動核心網理論研究和實際部署的經驗，他們將中國電信在3G 網路的網路部署和演進、智慧管線能力提升的經驗歸納到本書中，是知識的提煉和歸納。相信全書對行動核心網系統的介紹會使讀者們受益。

Part 1 行動核心網技術發展整體說明
Chapter 01 行動核心網路概述
1.1 行動通訊的發展歷程 .......................................................................1-2
1.2 3G 核心網路的概況 ........................................................................1-5
1.2.1 WCDMA 核心網路技術 ........................................................... 1-6
1.2.2 CDMA2000 核心網路技術 ...................................................... 1-16
1.3 LTE 核心網路簡介 ...........................................................................1-21
1.4 行動核心網路的技術發展趨勢 .........................................................1-27
1.5 本章小結 ........................................................................................1-29
參考文獻 ........................................................................................1-29

Part 2 業務篇
Chapter 02 行動網際網路業務
2.1 行動網際網路業務概述 ...................................................................2-2
2.1.1 行動網際網路定義 ................................................................... 2-2
2.1.2 行動網際網路特徵 ................................................................... 2-2
2.1.3 行動網際網路發展趨勢 ............................................................ 2-4
2.2 行動網際網路典型業務 ...................................................................2-6
2.2.1 典型業務及特徵 ...................................................................... 2-6
2.2.2 應用變化趨勢 .......................................................................... 2-14
2.3 行動網際網路業務對行動核心網路的影 .......................................2-16
2.4 本章小結 ........................................................................................2-18

Chapter 03 M2M 業務
3.1 M2M 業務場景分類 ........................................................................3-2
3.1.1 監控警告類 ............................................................................. 3-2
3.1.2 資訊發送類 ............................................................................. 3-3
3.1.3 視訊監控類 ............................................................................. 3-6
3.1.4 遠端控制執行器類 ................................................................... 3-8
3.2 M2M 業務的特徵 ...........................................................................3-10
3.2.1 M2M 的通用業務特徵 ............................................................. 3-10
3.2.2 M2M 的特定業務特徵 ............................................................. 3-11
3.3 M2M 業務對行動核心網路的影響 ...................................................3-14
3.4 本章小結 ........................................................................................3-19
參考文獻 ................................................................................................3-19

Part 3 技術篇
Chapter 04 W&TD-SCDMA 核心網路架構及協定
4.1 概述 ...............................................................................................4-2
4.2 W&TD-SCDMA 行動核心網路的網路架構介 ................................4-3
4.3 網路裝置主要功能和介面介紹 .........................................................4-4
4.3.1 W&TD-SCDMA 行動核心網路邏輯網路裝置及網路介面 ...........4-4
4.3.2 電路域主要邏輯網路裝置功能要求和介面介紹 ......................... 4-7
4.3.3 分組域主要邏輯網路裝置功能要求和介面介紹 ......................... 4-9
4.3.4 歸屬位置暫存器（HLR） ........................................................... 4-11
4.4 使用者連線呼叫流程 .......................................................................4-12
4.4.1 電路域使用者連線呼叫流程 ..................................................... 4-12
4.4.2 分組域使用者連線呼叫流程 ..................................................... 4-17
4.5 現網部署實例 .................................................................................4-23
4.5.1 GSM 與WCDMA 共存的網路拓撲實例 ................................... 4-23
4.5.2 WCDMA 行動核心網路結構 .................................................... 4-24
4.5.3 TD-SCDMA 本機網MSC Server/VLR 網路拓樸示意圖 ............. -25
4.6 本章小結 ........................................................................................4-26

Chapter 05 CDMA2000 核心網路架構及協定
5.1 概述 ...............................................................................................5-2
5.2 CDMA2000 核心網路架構 ..............................................................5-2
5.2.1 CDMA2000 核心網路架構 ...................................................... 5-2
5.2.2 CDMA2000 網路中常見的一些基本概念 ................................. 5-5
5.3 網路裝置功能要求和介面要求 .........................................................5-7
5.3.1 電路域主要邏輯網路裝置功能要求和介面介紹 ......................... 5-7
5.3.2 分組域主要邏輯網路裝置功能要求和介面介紹 ......................... 5-10
5.4 使用者連線呼叫流程 .......................................................................5-14
5.4.1 電路域使用者連線呼叫流程 ..................................................... 5-14
5.4.2 分組域使用者連線呼叫流程 ..................................................... 5-20
5.5 現網部署實例 .................................................................................5-27
5.5.1 CDMA2000 網路拓撲結構一 .................................................. 5-27
5.5.2 CDMA2000 網路拓撲結構二 .................................................. 5-29
5.5.3 分層次的CDMA2000 網路拓撲結構 ....................................... 5-30
5.6 本章小結 ........................................................................................5-32

Chapter 06 LTE/EPC 核心網路網路架構及協定
6.1 LTE/EPC 核心網路網路架構 .............................................................6-2
6.2 EPC 網路裝置的功能要求 ................................................................6-5
6.2.1 MME 功能 ............................................................................... 6-6
6.2.2 S-GW 功能 ............................................................................. 6-9
6.2.3 P-GW 功能 ............................................................................. 6-10
6.2.4 HSS 功能 ................................................................................. 6-12
6.2.5 PCRF 功能 ............................................................................... 6-14
6.2.6 HSGW 功能 ............................................................................ 6-15
6.2.7 其他網路裝置功能 ................................................................... 6-16
6.3 EPC 網路連線的訊號流程 ................................................................6-17
6.3.1 使用者初次接入及分離流程 ..................................................... 6-17
6.3.2 追蹤區更新流程 ...................................................................... 6-24
6.3.3 切換流程 ................................................................................. 6-27
6.3.4 業務請求流程 .......................................................................... 6-32
6.3.5 階段管理流程 .......................................................................... 6-34
6.4 EPC 和CDMA 的互動操作 ..............................................................6-36
6.4.1 EPC 和CDMA 的語音互動操作方案 ........................................ 6-36
6.4.2 EPC 和CDMA 的資料互動操作方案 ........................................ 6-40
6.5 EPC 和WLAN 的互動操作方 .......................................................6-65
6.5.1 S2a 方案 .................................................................................. 6-65
6.5.2 S2b 方案 .................................................................................. 6-71
6.5.3 S2c 方案 .................................................................................. 6-75
6.6 3GPP/3GPP2 EPC 網路的新進展 .....................................................6-83
6.7 本章小結 ........................................................................................6-87
參考文獻 ................................................................................................6-88

Chapter 07 行動核心網路對行動使用者網業務的支援
7.1 行動網際網路業務的快速發展對行動網路的挑 ............................7-2
7.1.1 資料流量極大的增幅使得網路面臨極大的流量壓力 .................. 7-2
7.1.2 OTT 業務對傳統業務組成衝擊 ................................................ 7-2
7.1.3 電信網路日益「管線化」 ............................................................ 7-3
7.1.4 行動網際網路衝擊下網路凸顯的問題 ....................................... 7-4
7.1.5 應對想法 ................................................................................. 7-5
7.2 加強網路的智慧化水準 ...................................................................7-7
7.2.1 智慧管線的架構 ...................................................................... 7-7
7.2.2 智慧管線的應用關鍵技術 ......................................................... 7-9
7.2.3 智慧管線的典型應用場景 ........................................................ 7-12
7.3 加強網路融合 .................................................................................7-14
7.3.1 連線網發現和選擇機制 ............................................................ 7-15
7.3.2 透過發展WLAN 實現流量分流和流量最佳化 .......................... 7-17
7.4 加強網路安全性 ..............................................................................7-18
參考文獻 ................................................................................................7-21

Chapter 08 策略與資費控制系統（PCC）
8.1 PCC 概述 .......................................................................................8-2
8.1.1 PCC 歷史回顧 ......................................................................... 8-2
8.1.2 PCC 整體架構 ......................................................................... 8-2
8.2 PCC 功能實體.................................................................................8-4
8.2.1 策略控制和資費規則功能（PCRF） ............................................ 8-4
8.2.2 策略和資費執行功能（PCEF） .................................................... 8-9
8.2.3 承載綁定和事件報告功能（BBERF） .......................................... 8-15
8.2.4 流量檢測功能（TDF） ............................................................... 8-15
8.2.5 應用功能（AF） ......................................................................... 8-16
8.2.6 使用者屬性儲存（SPR） ............................................................ 8-16
8.3 PCC 參考點 ....................................................................................8-17
8.3.1 Rx 參考點 ............................................................................... 8-17
8.3.2 Gx 參考點 ............................................................................... 8-17
8.3.3 Sp 參考點................................................................................ 8-18
8.3.4 Gy 參考點 ............................................................................... 8-18
8.3.5 Gz 參考點 ............................................................................... 8-18
8.3.6 S9 參考點................................................................................ 8-18
8.3.7 Gxx 參考點 ............................................................................. 8-19
8.4 PCC 主要訊號流程 ..........................................................................8-19
8.4.1 概述 ........................................................................................ 8-19
8.4.2 IP-CAN 階段建立 .................................................................... 8-20
8.4.3 IP-CAN 階段終止 .................................................................... 8-23
8.4.4 IP-CAN 階段修改 .................................................................... 8-29
8.4.5 PCRF 中簽約資訊的更新 .......................................................... 8-37
8.5 策略控制的能力開放技術 ................................................................8-38
8.6 本章小結 ........................................................................................8-41
參考文獻 ................................................................................................8-41

Chapter 09 行動核心網路的智慧感知與統計分析技術
9.1 感測技術原理 .................................................................................9-3
9.1.1 業務應用感知 .......................................................................... 9-3
9.1.2 網路忙閑狀態感知 ................................................................... 9-8
9.2 行動核心網路智慧感知的部署方案剖 ...........................................9-12
9.2.1 網路架構圖 ............................................................................. 9-12
9.2.2 關鍵技術分析 .......................................................................... 9-14
9.2.3 典型應用場景 .......................................................................... 9-16
9.3 以感知為基礎的統計分析技術 .........................................................9-17
9.3.1 感知資料的擷取 ...................................................................... 9-17
9.3.2 感知資料的統計分析 ............................................................... 9-18
9.4 本章小結 ........................................................................................9-25

Chapter 10 行動核心網路對M2M 業務的支援
10.1 支援M2M 業務的行動核心網路架 ...............................................10-2
10.2 2G/3G 核心網路對M2M 的業務支 ..............................................10-4
10.2.1 獨立號段網路拓樸 ................................................................... 10-4
10.2.2 使用者等級控制 ...................................................................... 10-5
10.2.3 通訊時間控制 .......................................................................... 10-5
10.2.4 Always-on 方式最佳化 ............................................................. 10-6
10.2.5 分組域尋呼最佳化 ................................................................... 10-7
10.3 LTE/EPC 網路對M2M 業務的支援....... ......... ........ ......... ...........10-8
10.3.1 擁塞/ 過負荷控制方案 ............................................................ 10-9
10.3.2 低行動性的最佳化方案 ............................................................ 10-12
10.3.3 採用FQDN 作為終端標識 ....................................................... 10-13
10.3.4 小量資料傳輸方案 ................................................................... 10-14
10.3.5 M2M 終端的觸發方案 ............................................................. 10-16
10.3.6 通訊時間受控的最佳化方案 ..................................................... 10-18
10.3.7 終端定址方案 .......................................................................... 10-20
10.4 本章小結 ........................................................................................10-21
參考文獻 ................................................................................................10-21

Part 4 演進篇
Chapter 11 行動核心網路向LTE/EPC 的演進
11.1 WCDMA 向LTE/EPC 網路的演 ....................................................11-2
11.1.1 電路域的演進 .......................................................................... 11-2
11.1.2 分組域的演進 .......................................................................... 11-6
11.2 CDMA 向LTE/EPC 網路的演 .......................................................11-9
11.2.1 電路域的演進 .......................................................................... 11-9
11.2.2 分組域的演進 .......................................................................... 11-12
11.3 本章小結 ........................................................................................11-16
參考文獻 ................................................................................................11-17