具體描述
內容簡介
《LTE叢書:EPC原理與實踐》以理論聯係實際為主要指導方針,係統而全麵地介紹瞭EPC網絡的係統架構、實現原理,以及現網中EPC網絡各網元實現原理及組網的實際應用。《LTE叢書:EPC原理與實踐》結閤中國國內目前的EPC網絡實際建設情況,通過大量的案例演示來介紹EPC網絡原理,為初學者及對EPC網絡技術感興趣的讀者提供瞭理論聯係實際的橋梁,便於讀者深入淺齣地理解EPC網絡整體實現方案及信令過程,同時也使得讀者能夠更好地瞭解EPC組網結構並掌握部分運營維護相關技能。
內頁插圖
目錄
原理篇
第1章 EPC網絡概述
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1.1 EPC網絡的由來
1.1.1 什麼是EPC
1.1.2 EPC:從何而來
1.1.3 EPC:強在哪裏
1.2 EPC網絡架構
1.2.1 邁嚮LTE
1.2.2 基本EPC網絡架構
1.2.3 引入PCC的EPC網絡架構
1.2.4 LTE/EPC與GERAN和UTRAN的互操作架構
1.2.5 LTE/EPC與CDMA網絡互操作架構
1.2.6 LTE/EPC與WLAN網絡互操作架構
第2章 EPS網絡提供的業務
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2.1 數據上網業務
2.2 語音業務
2.2.1 雙模雙待
2.2.2 CSFB
2.2.3 VoLTE
2.2.4 SRVCC
2.3 短消息業務
2.3.1 SMSOverIP
2.3.2 SMSOverSGs
第3章 EPS網絡中的網元與接口
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3.1 EPS網絡中的網元
3.1.1 eNodeB
3.1.2 MME
3.1.3 SGW
3.1.4 PGW
3.1.5 HSS
3.1.6 PCRF
3.2 主要業務接口
3.2.1 S1-MME接口
3.2.2 基於GTP的接口
3.2.3 S6a接口
3.2.4 PCC相關的主要接口
第4章 EPC網絡的重要概念和特性
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4.1 用戶標識GUTI
4.2 跟蹤區
4.3 PDN連接與EPS承載
4.4 QoS與PCC
4.4.1 EPS承載QoS相關參數
4.4.2 用戶平麵業務流的處理
4.4.3 PCC的QoS管控
4.4.4 IP網絡中的QoS實現
4.5 MME池組
4.5.1 基本介紹
4.5.2 初始的負荷分擔
4.5.3 負荷重分配
4.6 節點選擇功能
4.6.1 EPC網絡中的DNS
4.6.2 MME的選擇
4.6.3 SGW的選擇
4.6.4 PGW的選擇
4.6.5 SGW+PGW的組閤選擇
第5章 EPC網絡協議
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5.1 GTP
5.1.1 用戶平麵的GTPv1協議
5.1.2 GTPv2協議
5.2 Diameter
5.2.1 消息結構
5.2.2 Diameter消息格式
5.2.3 Diameter節點
5.2.4 Diameter消息的路由
5.2.5 S6a接口的Diameter
5.3 NAS
5.3.1 EMM流程
5.3.2 ESM流程
5.3.3 UE狀態管理
5.3.4 UE狀態實例
5.4 SCTP
5.5 S1AP
5.5.1 E-RAB的管理
5.5.2 UE上下文的管理
5.5.3 S1接口的建立
5.5.4 小結
第6章 EPC網絡的典型信令流程
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6.1 初始附著流程
6.1.1 LTE終端的EPS附著及默認承載建立過程
6.1.2 跨MME的EPS附著及默認承載建立過程
6.2 專有承載建立流程
6.3 專有承載去激活流程
6.4 S1連接釋放流程
6.5 業務請求及尋呼流程
6.6 跨MME的跟蹤區更新流程
6.7 去附著流程
6.8 LTE網絡內部切換流程
6.8.1 X2接口切換
6.8.2 S1接口切換流程
實踐篇
第7章 EPC産品的典型架構
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7.1 MME産品的典型架構
7.1.1 MME闆卡的構成及功能
7.1.2 MME內部的包轉發流程
7.2 SAE-GW産品的典型架構
7.2.1 SAE-GW闆卡的構成及功能
7.2.2 SAE-GW內部的包轉發流程
第8章 EPC網絡工程實踐
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8.1 EPC網絡工程基本信息
8.1.1 MME物理連接圖
8.1.2 MME邏輯拓撲圖
8.2 IP地址需求及分配
8.3 IP地址規範實例
8.3.1 物理端口IP地址分配
8.3.2 業務地址分配
8.4 思科MME配置實例
8.4.1 配置順序
8.4.2 配置所需數據
8.4.2 底層連通性相關的配置
8.4.3 業務相關配置
第9章 EPC網絡的常見故障及案例
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9.1 EPC網絡故障排查流程
9.1.1 S1接口故障排查流程
9.1.2 S6a接口故障排查流程
9.1.3 S5/S10/S11接口故障排查流程
9.1.4 E-UTRAN附著故障排查流程
9.1.5 EPS承載相關故障排查流程
9.1.6 用戶數據麵故障排查流程
9.2 EPC網絡常見故障原因代碼分析
9.2.1 移動性管理原因代碼分析
9.2.2 會話管理原因代碼分析
9.2.3 常見故障原因代碼分析
9.3 EPC網絡故障分析案例分享
9.3.1 UE開機後法附著LTE網絡
9.3.2 UE開機後可以附著LTE網絡但是不能瀏覽網頁
9.3.3 MME之間跟蹤區更新(Tracking Area Update)不成功
9.3.4 用戶成功附著並建立PDN連接及默認承載,但有時法使用任何數據業務
9.3.5 用戶成功附著到LTE網絡後,每半小時會去附著一次
縮略語
參考文獻
前言/序言
LTE叢書:EPC原理與實踐 摘要 《LTE叢書:EPC原理與實踐》是一部深度剖析LTE(長期演進)核心網(EPC,Evolved Packet Core)設計、原理、關鍵技術與實際應用的著作。本書旨在為移動通信領域的工程師、技術研究人員、項目經理以及對下一代移動通信技術感興趣的讀者提供全麵、詳實的指導。EPC是LTE網絡的核心,承載著用戶數據傳輸、業務管理、安全策略執行等多項關鍵功能,其穩定性和效率直接影響著LTE網絡的整體性能。本書將EPC的復雜體係結構分解為易於理解的模塊,並結閤最新的行業發展趨勢,深入探討其工作機製、關鍵技術、性能優化以及未來的演進方嚮。 引言 隨著移動通信技術的飛速發展,用戶對移動數據業務的需求呈爆炸式增長。3G時代雖然帶來瞭分組交換的巨大進步,但其數據速率和網絡容量已難以滿足日益增長的業務需求。LTE作為4G時代的代錶性技術,以其高數據速率、低時延、大連接能力等優勢,徹底改變瞭移動通信的麵貌。而EPC,作為LTE網絡的“大腦”和“神經中樞”,是實現這些優勢的關鍵所在。理解EPC的原理和實踐,對於成功部署、優化和維護LTE網絡至關重要。 本書的編寫目標是填補當前市場上EPC相關技術的深度與廣度上的空白,提供一本既有紮實的理論基礎,又不失實踐指導意義的參考書籍。我們希望通過本書,幫助讀者建立起對EPC的係統性認知,掌握其核心技術,並能夠將其應用於實際的網絡建設和優化工作中。 第一部分:EPC體係結構與核心組件 第一章:LTE網絡架構概述 1.1 LTE網絡演進的必要性: 從2G、3G到LTE,移動通信技術演進的驅動力,用戶需求的變化,以及技術進步帶來的機遇。 1.2 LTE整體網絡架構: 介紹LTE網絡由接入網(E-UTRAN)和核心網(EPC)組成的整體框架,以及它們之間的接口。 1.3 EPC在LTE網絡中的地位與作用: 詳細闡述EPC作為數據傳輸、用戶管理、業務承載、策略控製等核心功能的承載者,其在保障網絡性能、提供業務體驗中的關鍵作用。 1.4 EPC核心組件簡介: 對EPC中的主要網元(MME, SGW, PGW, HSS, PCRF, SPDF等)進行初步介紹,為後續章節的深入講解奠定基礎。 第二章:EPC核心網元詳解 2.1 MME (Mobility Management Entity): 2.1.1 MME的功能與職責: 用戶注冊、尋呼、切換管理、Attach/Detach流程、UE上下文管理等。 2.1.2 MME的關鍵接口: S1-M, S6a, S13, Gn/Gp (用於2G/3G互通) 等接口的協議和作用。 2.1.3 MME的部署與容量考慮: MME的冗餘設計、負載均衡、容量規劃等實際部署問題。 2.2 SGW (Serving Gateway): 2.2.1 SGW的功能與職責: 用戶平麵數據傳輸、路由選擇、切換錨點、本地移動性管理等。 2.2.2 SGW的關鍵接口: S1-U, S4, S5/S8 等接口的協議和作用。 2.2.3 SGW的部署與性能優化: SGW的部署模型、數據包轉發效率、QoS的實現等。 2.3 PGW (Packet Data Network Gateway): 2.3.1 PGW的功能與職責: IP地址分配、策略執行、計費、與外部IP網絡的連接、QoS策略的強製執行等。 2.3.2 PGW的關鍵接口: S5/S8, SGi 等接口的協議和作用。 2.3.3 PGW的部署與服務質量保障: PGW與外部網絡的互聯互通、IP地址池管理、QoS的精細化控製。 2.4 HSS (Home Subscriber Server): 2.4.1 HSS的功能與職責: 用戶數據管理、鑒權、授權、用戶簽約信息存儲、漫遊信息管理等。 2.4.2 HSS的關鍵接口: S6a, S6d, S13 等接口的協議和作用。 2.4.3 HSS的數據庫設計與數據一緻性: HSS的分布式部署、數據同步機製。 2.5 PCRF (Policy and Charging Rules Function): 2.5.1 PCRF的功能與職責: 策略控製、服務質量(QoS)策略的定義與執行、計費策略的定義與執行。 2.5.2 PCRF的關鍵接口: Gx, Rx 等接口的協議和作用。 2.5.3 PCRF的策略管理與應用: 動態策略更新、業務區分、流量管理。 2.6 SPDF (Subscription Permanent Data Function): 2.6.1 SPDF的功能與職責: 存儲用戶永久性數據,為MME和HSS提供用戶簽約信息。 2.6.2 SPDF與HSS的關係: SPDF作為HSS的組成部分或獨立實體,數據管理流程。 第三章:EPC關鍵接口與協議棧 3.1 控製麵接口: 3.1.1 S1-M (E-UTRAN to MME): 承載移動性管理信令,如Attach, Detach, Paging, Handover等。 3.1.2 S6a (MME to HSS): 用戶鑒權、簽約信息查詢、用戶位置更新等。 3.1.3 S13 (MME to HSS): 用戶身份鑒權。 3.1.4 S4 (SGSN to SGW): 2G/3G核心網與EPC的互通接口,承載用戶數據和控製信令。 3.1.5 S5/S8 (SGW to PGW): EPC內部SGW與PGW之間的接口,在同一運營商網絡內為S5,在不同運營商網絡(漫遊)為S8。 3.1.6 Gx (PGW to PCRF): PGW與PCRF之間的接口,用於策略控製和計費規則的協商。 3.1.7 Rx (Application Function to PCRF): 應用服務器與PCRF之間的接口,用於策略的觸發。 3.2 用戶麵接口: 3.2.1 S1-U (E-UTRAN to SGW): 用戶數據傳輸,Tunneling(GTP-U)的使用。 3.2.2 S5/S8 (SGW to PGW): 用戶數據傳輸。 3.2.3 SGi (PGW to PDN): PGW與外部IP網絡(如互聯網、企業內網)的接口。 3.3 核心協議棧: 3.3.1 GTP (GPRS Tunneling Protocol): GTP-C (控製麵) 和 GTP-U (用戶麵) 的協議結構、功能和封裝機製。 3.3.2 Diameter協議: 在LTE核心網中的應用,如S6a, Gx接口的信令交互。 3.3.3 IP協議棧: IPv4/IPv6地址分配、IP封裝、路由。 第二部分:EPC關鍵技術與流程 第四章:用戶接入與移動性管理 4.1 用戶接入流程(Attach Procedure): 4.1.1 UE與eNodeB的連接建立: RRC連接建立,NAS信令的傳遞。 4.1.2 UE與MME的交互: 注冊、身份認證(IMSI, GUTI)、簽約信息獲取。 4.1.3 UE與SGW/PGW的交互: P-GW建立、IP地址分配、默認承載激活。 4.1.4 NAS (Non-Access Stratum) 信令詳解: Attach Request/Accept, Authentication Request/Response, Security Mode Command/Complete等。 4.2 用戶去接入流程(Detach Procedure): 正常Detach、隱式Detach。 4.3 LTE中的移動性管理: 4.3.1 小區切換(Intra-LTE Handover): 測量報告、切換命令、準備切換、執行切換、完成切換。 4.3.2 切換錨點(SGW and PGW)的作用: 切換過程中用戶麵數據的連續性。 4.3.3 2G/3G/LTE跨係統切換: 移動性管理流程的復雜性。 4.3.4 Paging (尋呼) 流程: UE處於空閑模式下的尋呼機製。 第五章:承載管理與QoS保障 5.1 EPS承載(EPS Bearer): 5.1.1 EPS承載的定義與類型: 默認承載(Default Bearer)和專用承載(Dedicated Bearer)。 5.1.2 承載的生命周期: 承載的建立、修改、釋放。 5.1.3 承載參數詳解: QoS Class Identifier (QCI), Allocation and Retention Priority (ARP), GBR/Non-GBR等。 5.2 QoS(Quality of Service)在EPC中的實現: 5.2.1 QoS的端到端保障: 從eNodeB到SGW再到PGW的用戶麵QoS保障。 5.2.2 PCRF在QoS中的作用: 策略驅動的QoS管理。 5.2.3 流量分類與策略執行: 基於QCI、ARP等參數進行流量優先級調度。 5.3 計費(Charging)機製: 5.3.1 計費的類型: 在綫計費、離綫計費。 5.3.2 計費數據生成與采集: Charging Data Record (CDR) 的生成。 5.3.3 PCRF在計費中的作用: 計費規則的定義與應用。 第六章:安全機製與策略控製 6.1 LTE安全架構: 6.1.1 網絡安全目標: 機密性、完整性、認證。 6.1.2 安全協議: NAS安全、RRC安全。 6.1.3 UE與EPC之間的加密與完整性保護: AS(Access Stratum)和NAS(Non-Access Stratum)的加密與完整性。 6.2 用戶認證流程: 6.2.1 AKA (Authentication and Key Agreement): 認證過程中的密鑰協商與生成。 6.2.2 SIM/USIM卡的作用: 存儲鑒權參數。 6.2.3 MME和HSS的認證交互: S6a接口的認證過程。 6.3 策略控製(Policy Control): 6.3.1 PCRF的功能細化: 策略規則的定義、應用與管理。 6.3.2 策略規則與承載的關係: QoS策略、計費策略、流量限製策略。 6.3.3 PCC(Policy and Charging Control)架構: PCC框架在EPC中的應用。 第三部分:EPC實踐與演進 第七章:EPC部署與性能優化 7.1 EPC網絡部署策略: 7.1.1 核心網元集中部署與分布式部署: 考慮因素與優缺點。 7.1.2 冗餘與高可用性設計: MME、SGW、PGW的冗餘配置。 7.1.3 容量規劃與擴展性: 如何根據業務增長進行容量擴展。 7.2 EPC性能瓶頸分析與優化: 7.2.1 用戶麵吞吐量優化: SGW/PGW轉發效率、鏈路聚閤。 7.2.2 控製麵信令處理能力優化: MME處理能力、信令擁塞管理。 7.2.3 移動性管理優化: 切換成功率、切換時延。 7.2.4 QoS策略優化: 確保關鍵業務的QoS。 7.3 EPC網絡監控與故障排除: 7.3.1 關鍵性能指標(KPI)監控: 吞吐量、時延、切換成功率、MME/SGW/PGW負載等。 7.3.2 日誌分析與告警係統: 故障定位與排除。 第八章:EPC與2G/3G網絡的互通 8.1 2G/3G核心網與EPC互通的必要性: 語音迴落、業務連續性、漫遊等。 8.2 SGSN (Serving GPRS Support Node): 8.2.1 SGSN在2G/3G網絡中的作用: 移動性管理、用戶數據管理。 8.2.2 SGSN與EPC的接口(S4): 信令與數據傳輸。 8.3 GGSN (Gateway GPRS Support Node): 8.3.1 GGSN在2G/3G網絡中的作用: IP地址分配、與外部網絡的連接。 8.3.2 GGSN與PGW的映射關係: 承載管理與IP分配。 8.4 跨係統切換與數據穿透: 2G/3G嚮LTE切換,LTE嚮2G/3G切換時的流程。 第九章:EPC的演進與未來趨勢 9.1 5G核心網(5GC)架構介紹: 9.1.1 5GC的關鍵網元: SMF, UPF, AMF, UDM, PCF等。 9.1.2 5GC的服務化架構(SBA): 基於微服務和API的設計。 9.1.3 5GC的雲原生特性: 容器化、虛擬化。 9.2 EPC嚮5GC的演進路徑: 9.2.1 獨立組網(SA)與非獨立組網(NSA): 5G部署模式。 9.2.2 核心網的融閤與改造: EPC嚮5GC的平滑過渡。 9.3 新興技術在EPC中的應用: 9.3.1 網絡功能虛擬化(NFV)與軟件定義網絡(SDN): 如何賦能EPC的靈活性和可編程性。 9.3.2 網絡切片(Network Slicing): 為不同業務提供定製化網絡資源。 9.3.3 邊緣計算(MEC): 降低時延,提升業務體驗。 附錄 附錄A:EPC常用術語錶 附錄B:EPC相關標準與規範 附錄C:案例分析(可選) 結語 《LTE叢書:EPC原理與實踐》力求以嚴謹的學術態度和豐富的實踐經驗,為讀者呈現一個清晰、係統、深入的EPC知識體係。通過對EPC架構、核心組件、關鍵技術、實際流程以及未來演進的全麵闡述,本書將幫助讀者深刻理解LTE網絡的核心動力,掌握EPC的網絡構建、優化和管理的關鍵技能。我們相信,本書將成為LTE領域不可或缺的參考工具,助力行業在下一代移動通信技術的浪潮中乘風破浪。