本书根据核心网演进的脉络，采用浅显易懂的类比方式，描述了程控交换、七号信令、NGN网络、SIP协议、IMS网络、UMTS PS核心网、LTE EPC核心网、软件化的5G核心网等系统，并根据多年的技术理解，论述了核心网演进的基本规律，向读者描述了一张完整的核心网发展图。通过回顾核心网的历史，可以更深入地理解作者关于核心网发展的一些思考和结论。本书是在第1版的基础上修订而成的，主要增加了5G的定义、特点、标准化进程、频谱、关键技术和所面临的挑战等内容。本书面向通信从业人员，用浅显易懂的表述方式，全新地阐述了核心网的方方面面，适合高校教师、相关专业的学生、运营商、设备商，以及通信网络规划人员阅读与参考。

自 序 本书最初源于作者在通信人家园所写的连载文章——《夜话核心网》，其帖子浏览量近40万人次，在C114论坛引起极大的关注。随着文章的一篇篇发布，其对核心网技术独特的论述视角和轻松愉悦的文风受到了众多读者的关注和喜爱，很多人在帖子中留下了评语，有些虽然只有短短的一句话，但也可以看出是对作者由衷的鼓励和感谢。 本书立意原本是用来纪念作者8年的通信生涯，也许是情之所至，文中的很多感悟都引起了广大通信界朋友的共鸣，这些朋友中有大学新生、在校研究生、运营商、设备商、设计规划人员等。 本书作者硕士毕业后，在通信界混迹8年，所感所悟皆化为本书的几十万字，也许书中的某些文字段落看起来并不那么精彩，但是融入了作者的情感，也都成了整个温馨故事中的一部分。 正如“不是所有的牛奶都是特仑苏”，也不是所有的文章都有真情实感，希望本书能够成为通信界的“特仑苏”。 编著者 第二版前言 转眼间,《大话核心网》第1版已经出版3年了，在这3年中，虽然核心网的基础架构并未发生革命性的变革，但是新技术已经逐渐渗透到核心网的方方面面，新的需求也对核心网提出了新的挑战。 尤其即将到来的5G时代，将传统的人与人之间的通信，拓展到自动驾驶、工业互联网、AR/VR/MR和物联网等垂直行业中，从而将带来无限的商机，并引领人类迈入万物互联的社会。5G的应用场景对系统架构提出了巨大的挑战，我们需要用新的技术来重构现有的核心网。 目前，5G的研究取得了重大的进展，5G核心网的规范也处于标准化的阶段，未来5G核心网将区别于现有的核心网架构，大量采用一些新技术，比如C/U分离、SDN/NFV、多种接入方式、原生云和AI等都将应用到5G核心网中，从而适配5G超大带宽、海量连接和超低时延的特性。 未来5G核心网将基于数据中心（Data Center，DC），构建全集中式的云计算平台，其业务功能模块将迁移到DC中部署；通过引入C/U分离，将控制功能部署到云DC中，而用户面功能将通过MEC（移动边缘计算）构建分布式的网络，这样可以最大程度地降低用户面时延；通过引入SDN/NFV和网络切片（Network Slicing）等技术，为各种行业应用提供差异化的服务。 为适应5G核心网技术，本书对第1版做了大量修订，增加了5G技术的可能框架，5G核心网的推荐架构，以及5G核心网所面临的挑战等内容。5G技术依然在不断发展，未来5G的标准化也在进行中，因此本书也将随之做相应的修订，以满足读者对最新5G核心网技术的需求。 编著者 2017年9月 第一版前言 转眼从业CT（Communication Technology）已经8年，从年少轻狂到现在人老珠黄。经历过大悲，体验过大喜，内心有时静如止水，有时波涛澎湃。回顾过去的30多年，最幸福的事情莫过于为人夫，为人父。背负着肩上的责任，自然不敢松懈，每日在职场辛苦打拼，回家看到嗷嗷待哺的孩子，心中的压力立刻烟消云散。 晚上拖着疲惫的身躯，终于躺在床上，从业多年的辛劳历历在目，回想曾经的学生生涯，尽管是所理工院校，但是自己的文笔还算过得去，也曾吟诗作赋，对酒当歌，只是在职场多年，文笔每况愈下，当年的文艺范也越发久远，使得我心中颇为担忧。 多年来，一直有写本书的愿望，一来是给过去8年的职业生涯做个总结；二来是本书立意之日，正是妻子的生日，也是女儿满月之时，过去的一年坚持完成此书，也是想把这份礼物送给我这辈子最爱的两个女人。 尽管10年前，运营商就在惊呼管道化、ICT融合、IT（Information Technology）打败CT……但是真正让所有的CT人感受到恐慌的，恰是最近几年Android、iOS设备的广泛使用，带来诸如Facebook、Twitter、WhatsApp、微博、微信、陌陌等OTT应用的崛起，进而引起运营商短信、彩信、语音收入的大幅下滑，更为严重的是这种趋势不可扭转。 为应对IT对CT的巨大冲击，电信运营商和电信设备商纷纷选择 转型。 电信运营商：面对OTT的强势入侵，运营商自然不肯将现有利益拱手让给他人，纷纷想出奇招进行应对，例如法国电信、ATT、意大利电信、德国电信等早在6年前就已经启动向OTT转型，推出基于IMS的增值业务、IMS Based IPTV系统，以及自有的OTT业务等；但是，纵观世界范围内的电信运营商，尚未有向IT转型的成功例子。 电信设备商：爱立信成功地由电信设备提供商转型为电信服务提供商；华为则立足电信设备市场，同时向企业网市场、消费电子市场拓展；诺西（诺基亚西门子通信技术有限公司）则不断收缩业务，聚焦于无线接入网络市场；而阿朗（阿尔卡特?朗讯）和中兴则依旧在艰难探索…… 在传统电信设备商一片哀嚎的时候，三星通信（网络系统）借助其在LTE上的深厚积累异军突起，大有跻身电信设备商三强的态势。借助LTE，三星可能迅速补齐其在2G（GSM）、3G（UMTS）方面的技术短板。可以预见，未来三星不仅会在移动通信领域，而且在固网、传输、交换领域也将大放异彩。 这是一个最好的时代，也是一个最坏的时代；这是明智的时代，也是愚昧的时代；这是信任的纪元，也是怀疑的纪元；这是光明的季节，也是黑暗的季节；这是希望的春日，也是失望的冬日；我们面前应有尽有，我们面前也一无所有；我们都将直上天堂，我们也都将直下地狱…… 今日的通信人，毫无疑问在当年学生生涯中，是比较突出的一个群体，只是选择了通信这条路，注定了只能风雨兼程。历史告诉我们，变化的时代，机遇和挑战永远如影随形，无论未来如何变化，让我们成为自己心中的Better Man……

目 录 第1章 梦田：从程控交换说起 1.1 为什么需要交换 / 3 1.2 那些年追过的交换原理 / 7 1.2.1 初识程控交换 / 8 1.2.2 程控交换中的高速公路 / 10 1.2.3 数字交换基础——PCM / 11 1.2.4 时分复用 / 20 1.3 曾经的七格格——No.7信令 / 26 1.3.1 什么是格格——信令 / 27 1.3.2 格格的一家人——交换信令 / 28 1.3.3 七格格的花衣——模型 / 32 1.3.4 七格格的脸和唇 / 34 第2章 老男孩：谈谈下一代 2.1 玩概念的NGN / 43 2.2 NGN的High Level——身材 / 46 2.3 NGN的Low Level——网络接口 / 49 2.4 NGN的少帅——软交换机 / 52 2.5 NGN的全家福——关键网元 / 55 2.5.1 网元的形态 / 56 2.5.2 NGN的虎将——再话媒体网关 / 66 2.6 NGN中的普通话——SIP协议 / 71 2.6.1 时代的呼唤——SIP中的角色定义 / 72 2.6.2 SIP协议栈结构 / 79 2.6.3 SIP消息 / 80 2.6.4 典型SIP交互流程 / 85 2.7 NGN中的方言 / 89 2.8 NGN的缺憾 / 91 第3章 等待：IMS的那点事 3.1 IMS为何而来 / 95 3.2 IMS的High Level——身材 / 98 3.3 IMS的全家福 / 102 3.3.1 呼叫控制网元——CSCF / 103 3.3.2 数据库网元——HSS / 106 3.3.3 业务平台——AS应用服务器 / 108 3.3.4 互通设备——IMS/PSTN/PLMN的 互联 / 110 3.3.5 IMS网元功能——MRF（媒体资源 管理） / 111 3.4 IMS的Low Level——接口 / 112 3.5 IMS的流程 / 114 3.5.1 如何区分IMS中的用户——IMS用户 身份标识 / 114 3.5.2 如何区分IMS中的业务——PSI标识 / 115 3.5.3 IMS注册——简约而不简单 / 116 3.5.4 IMS呼叫流程 / 119 3.6 IMS如何提供业务 / 123 3.6.1 IMS的业务框架 / 125 3.6.2 AS在业务控制中的角色 / 126 3.6.3 IMS的业务引擎 / 127 3.7 生不逢时的IMS / 132 第4章 怒放的生命：PS的核心网 4.1 GSM是如何打电话的 / 137 4.2 手机上网的功臣——PS / 141 4.3 拨开PS的外衣 / 144 4.4 GPRS的协议 / 147 4.5 PS如何用来上网 / 149 第5章 我们的梦：4G的核心网——EPC 5.1 下一代的PS——EPC / 155 5.2 不得不说的LTE / 159 5.2.1 LTE的架构 / 161 5.2.2 LTE的交互流程 / 163 5.2.3 LTE物理层处理流程 / 170 5.3 EPC协议分析 / 172 5.3.1 协议架构 / 173 5.3.2 S1传输协议的问题 / 174 5.4 什么叫Bearer（承载） / 176 5.5 TD-LTE和FDD-LTE的问题 / 178 5.6 EPC的业务流程 / 180 5.6.1 UE开机Attach流程 / 181 5.6.2 UE去附着流程 / 189 5.6.3 UE发起的去附着 / 189 5.6.4 MME发起的去附着 / 191 5.6.5 HSS发起的去附着 / 191 5.6.6 专有承载流程 / 192 5.7 新旧美人赛——PS vs EPC / 201 第6章 飞得更高：软件化的5G核心网 6.1 软件改变世界 / 205 6.2 移动通信技术的发展 / 209 6.3 什么是5G / 211 6.4 5G的特点 / 215 6.5 5G的标准化进展 / 218 6.5.1 ITU / 219 6.5.2 3GPP / 223 6.6 5G的频谱 / 228 6.7 5G网络关键技术 / 230 6.8 5G架构关键技术 / 233 6.8.1 SDN（软件化） / 233 6.8.2 C-U分离 / 265 6.8.3 NFV和业务编排 / 267 6.8.4 网络切片 / 268 6.8.5 C-RAN / 270 6.8.6 基于云计算的5G架构 / 273 6.8.7 统一的数据库管理 / 274 6.9 5G面临的技术挑战 / 276 6.10 5G终端的挑战 / 280 6.10.1 多频段接入挑战 / 280 6.10.2 多连接接入的挑战 / 281 6.10.3 多天线接入挑战 / 281 6.10.4 低功耗的挑战 / 282 第7章 最初的梦想：No Core，No More 7.1 网络发展的驱动力 / 285 7.2 We ——To Be Or Not To Be / 290 后记 第1章 梦田：从程控交换说起 　1.1为什么需要交换 　1.2那些年追过的交换原理 　　1.2.1初识程控交换 　　1.2.2程控交换中的高速公路 　　1.2.3数字交换基础--PCM 　　1.2.4时分复用 　1.3曾经的七格格--No.7信令 　　1.3.1什么是格格--信令 　　1.3.2格格的一家人--交换信令 　　1.3.3七格格的花衣--模型 　　1.3.4七格格的脸和唇 第2章 老男孩：谈谈下一代 　2.1玩概念的NGN 　2.2NGN的HighLevel--身材 　2.3NGN的LowLevel--网络接口 　2.4NGN的少帅--软交换机 　2.5NGN的全家福--关键网元 　　2.5.1网元的形态 　　2.5.2NGN的虎将--再话媒体网关 　2.6NGN中的普通话--SIP协议 　　2.6.1时代的呼唤--SIP中的角色定义 　　2.6.2SIP协议栈结构 　　2.6.3SIP消息 　　2.6.4典型SIP交互流程 　2.7NGN中的方言 　2.8NGN的缺憾 第3章 等待：IMS的那点事 　3.1IMS为何而来 　3.2IMS的HighLevel--身材 　3.3IMS的全家福 　　3.3.1呼叫控制网元--CSCF（CallSessionControlFunction） 　　3.3.2数据库网元--HSS 　　3.3.3业务平台--AS应用服务器 　　3.3.4互通设备--IMS/PSTN/PLMN的互联 　　3.3.5IMS网元功能--MRF（媒体资源管理） 　3.4IMS的LowLevel--接口 　3.5IMS的流程 　　3.5.1如何区分IMS中的用户--IMS用户身份标识 　　3.5.2如何区分IMS中的业务--PSI标识 　　3.5.3IMS注册--简约而不简单 　　3.5.4IMS呼叫流程 　3.6IMS如何提供业务 　　3.6.1IMS的业务框架 　　3.6.2AS在业务控制中的角色 　　3.6.3IMS的业务引擎 　3.7生不逢时的IMS 第4章 怒放的生命：PS的核心网 　4.1GSM是如何打电话的 　4.2手机上网的功臣--PS（PocketSwitch） 　4.3拨开PS的外衣 　4.4GPRS的协议 　4.5PS如何用来上网 第5章 我们的梦：4G的核心网--EPC 　5.1下一代的PS--EPC 　5.2不得不说的LTE 　　5.2.1LTE的架构 　　5.2.2LTE的交互流程 　　5.2.3LTE物理层处理流程 　5.3EPC协议分析 　　5.3.1协议架构 　　5.3.2S1传输协议的问题 　5.4什么叫Bearer（承载） 　5.5TD-LTE和FDD-LTE的问题 　5.6EPC的业务流程 　　5.6.1UE开机Attach流程 　　5.6.2UE去附着流程 　　5.6.3UE发起的去附着 　　5.6.4MME发起的去附着 　　5.6.5HSS发起的去附着 　　5.6.6专有承载流程 　5.7新旧美人赛--PSVSEPC 第6章 飞得更高：软件化的核心网 　6.1软件改变世界 　6.2SDN的三个故事 　6.3漫谈OpenFlow 　6.4SDN的价值在哪里 　6.5SDN的问题 第7章 最初的梦想：NoCore，NoMore 　7.1网络发展的驱动力 　7.2We--ToBeOrNotToBe 　后记

陈学梁，生于20世纪80年代，毕业于重庆邮电大学，获通信专业硕士学位，长期供职于国内某知名通信公司，专注于通信网络研究，参与了核心网系统中的软交换、IMS、EPC等多个系统标准的制定，以及国际标准的推动等工作，并申请了诸多核心网的专利。