基本信息
书名：4G核心网络规划与设计
定价：69.00元
作者：王晖 余永聪 张磊等
出版社：人民邮电出版社
出版日期：2016-01-01
ISBN：9787115402912
字数：
页码：
版次：1
装帧：平装
开本：
商品重量：0.4kg
编辑推荐
1.本书作者为广东省电信规划设计院有限公司具有十多年通信工程规划设计经验的高级工程师，他们参与了编制运营商4G相关技术规范，并负责运营商内部试验网络及商用网络的工程建设规划设计，对4G核心网的规划设计工作有深刻的理解。2.本书提供具体、实用的4G核心网规划设计案例。3.本书有丰富的4G及其互操作流程说明。
内容提要
随着4G技术的成熟和LTE牌照的发放，三大运营商在4络的投入预计将达到每年数千亿人民币的规模，因此4G移动通信的技术原理和规划设计知识正成为从事通信建设人员的学习热点。目前介绍4G核心网的书籍较少，一方面往往只介绍EPC或IMS网络，另一方面，现有书籍主要介绍相关技术规范和原理，缺乏对于实际工程建设规划设计的方法指引。因此本书从技术全面性和工程实用性出发，专注于4G核心网，系统全面的阐述了EPC IMS PCC的技术原理和相互联系，更贴近实际运营的有机整体的4G核心网络；同时，从理论到实践，凭借作者丰富的工程经验，基于具体案例和计算过程，细致深入的分析了4G核心网的规划测算方法和工程设计要求。本书适合从事4G核心网工程建设、运营维护领域的技术人员和高校通信相关专业的师生参考使用。
目录
作者介绍
文摘
序言
4G核心网络规划与设计 引言 随着移动通信技术的飞速发展，第四代（4G）移动通信技术以其高带宽、低延迟、更佳的用户体验等显著优势，成为了当前全球移动通信的主流。4G核心网（EPC）作为整个4G网络的“大脑”，其规划与设计直接关系到整个网络的性能、容量、可靠性以及未来的演进能力。本书旨在深入探讨4G核心网络的规划与设计理念、方法与实践，为从事移动通信网络建设、优化和研究的专业人士提供一本全面而详实的参考指南。 第一章：4G核心网络概述 本章将为读者构建对4G核心网络的整体认知框架。首先，我们将回顾移动通信技术的发展历程，重点阐述3G向4G演进的驱动因素和技术优势，为理解4G核心网的设计目标打下基础。接着，我们将详细介绍4G核心网的架构，包括其关键网元（如EPC、MME、SGW、PGW、HSS、PCRF、DRA等）的功能、接口以及它们之间的交互关系。我们会深入剖析EPC的核心功能，例如用户认证、会话管理、数据路由、策略控制等，并解释这些功能如何共同支撑起高速、稳定的移动数据服务。此外，本章还将探讨4G核心网与接入网（如eNodeB）以及其他外部网络的连接方式，以及网络安全和互联互通方面的基本考虑。通过对EPC基本组成和功能的清晰阐释，读者将能够理解4G核心网在整个移动通信生态系统中的关键地位。 第二章：4G核心网络规划原则与方法 有效的规划是成功部署4G核心网的前提。本章将深入阐述4G核心网络的规划原则，涵盖了业务需求分析、容量规划、覆盖规划、可靠性设计、成本效益分析等方面。我们将详细讲解如何从业务发展趋势、用户数量增长预测、业务类型多样化等角度出发，进行全面的需求分析，为后续的规划工作提供准确的输入。在容量规划方面，我们将介绍基于流量模型、并发用户数、业务速率等多种因素的计算方法，以及如何进行动态容量管理和弹性伸缩。覆盖规划不仅要考虑无线信号的强度和质量，更要关注核心网节点的布局、承载能力和连接效率，以确保用户能够获得一致性的服务体验。可靠性设计是核心网的重中之重，本章将详细阐述冗余备份、故障转移、负载均衡等关键技术，确保网络在各种异常情况下仍能稳定运行。最后，我们将讨论成本效益分析，如何在满足技术要求的同时，优化资源配置，降低建设和运营成本。 第三章：关键网元详细设计 本章将聚焦于4G核心网中最具代表性的关键网元，并对其设计细节进行深入剖析。 移动管理实体（MME）设计： MME是4G核心网中的控制面核心网元，负责移动性管理、用户注册、认证鉴权等关键功能。本章将详细介绍MME的体系结构、内部模块划分、关键接口（如S1-MME, S6a, Gx, Rx等）的设计要求，以及如何在MME的设计中考虑高可用性、低延迟和强大的处理能力。我们将讨论MME的负载均衡策略、容量扩展方案以及与HSS的协同工作机制。 服务网关（SGW）设计： SGW是用户面数据流的入口和出口，负责用户数据的路由和转发。本章将深入探讨SGW的架构设计，包括其数据转发路径、隧道管理、QoS（服务质量）保障机制。我们将详细分析SGW的流量处理能力、缓存策略、以及如何与PGW进行有效的配合，以实现高效的数据传输。同时，也将讨论SGW的分布式部署和高可用性设计。 分组数据网络网关（PGW）设计： PGW作为用户数据网络的接入点，是连接外部IP网络（如互联网）的关键节点。本章将详细阐述PGW的设计要点，包括IP地址分配、策略执行、计费记录、NAT（网络地址转换）等功能。我们将深入分析PGW的策略控制接口（如Gx）如何与PCRF协同工作，实现对用户业务的精细化管理。此外，还将讨论PGW的容量规划、安全防护以及与SGW的接口设计。 归属用户服务器（HSS）设计： HSS是4G核心网的数据库，存储用户的身份信息、签约信息、位置信息等。本章将详细介绍HSS的体系结构、数据模型、关键接口（如S6a, S13等）以及其在用户鉴权、位置更新等流程中的核心作用。我们将讨论HSS的可靠性设计、数据一致性维护以及与其他网元的交互方式，以确保用户数据的准确性和可用性。 策略与收费规则功能（PCRF）设计： PCRF是4G核心网中实现业务策略控制和计费规则配置的关键网元。本章将详细阐述PCRF的体系结构、功能模块、以及与PGW、SGW等网元的交互流程（如Gx, Gxa, Rp等接口）。我们将深入分析PCRF如何实现基于用户、业务、时间和位置的动态策略控制，以及如何生成和下发计费规则，以满足多样化的业务需求和商业模式。 第四章：网络容量与性能设计 容量与性能是衡量4G核心网设计成功与否的重要指标。本章将深入探讨4G核心网络的容量评估与性能优化方法。 流量预测与分析： 我们将详细讲解如何根据历史数据、业务发展趋势、用户增长预测等因素，进行准确的流量预测。涵盖对各种业务类型（如视频、社交、游戏等）的流量特征进行分析，以及理解高峰时段和低谷时段的流量变化规律。 网元容量计算： 基于流量预测结果，本章将详细介绍如何计算各个核心网元（MME, SGW, PGW等）所需的容量。我们将深入分析不同网元处理能力的关键参数，如信令处理能力、用户面吞吐量、连接数等，并给出详细的计算模型和方法。 性能瓶颈识别与优化： 本章将探讨识别核心网性能瓶颈的常用方法，包括网络监控、流量分析、故障排查等。我们将详细介绍如何通过参数调整、资源扩展、软件优化等手段，提升核心网的整体性能，如降低时延、提高吞吐量、增加用户连接数等。 QoS（服务质量）保障设计： 针对不同业务对服务质量的需求，本章将深入探讨QoS的设计理念和实现机制。我们将详细介绍4G核心网中的QoS参数（如QCI, ARP, GBR, MBR等）的含义和配置方法，以及如何通过策略控制实现不同业务的差异化服务，确保关键业务的优先级和用户体验。 第五章：网络可靠性与容灾设计 在追求高速率的同时，网络的稳定性和可靠性同样至关重要。本章将全面深入地探讨4G核心网络的可靠性与容灾设计。 冗余设计： 我们将详细介绍4G核心网中各类网元的冗余备份策略，包括双机热备、N+1备份、集群部署等。重点阐述如何在关键网元（如MME, SGW, PGW, HSS）的设计中实现无缝切换，确保在单个设备故障时，业务能够快速、平滑地转移到备用设备上。 故障检测与切换机制： 本章将深入剖析4G核心网中的故障检测机制，包括心跳检测、会话状态同步、链路状态监控等。同时，也将详细介绍各种故障切换的场景和流程，如主备切换、负载均衡切换、跨机房切换等，并分析其对业务中断时间的影响。 负载均衡策略： 合理的负载均衡能够有效分担网络压力，提高资源利用率，并增强网络的整体可靠性。本章将详细介绍4G核心网中各种负载均衡的实现方式，包括基于IP哈希、基于会话、基于连接数等多种策略，并探讨如何在不同网元之间协同实现全局负载均衡。 网络恢复与自愈能力： 除了故障切换，本章还将探讨网络恢复和自愈能力的建设。我们将讨论如何设计自动化故障诊断和修复机制，以及如何通过容灾备份来应对大规模的灾难性事件，最大程度地减少网络中断带来的损失。 第六章：网络安全设计 随着网络规模的不断扩大和业务的日益复杂，网络安全成为4G核心网设计中不可忽视的重要环节。本章将深入探讨4G核心网络面临的安全威胁以及相应的安全设计策略。 安全威胁分析： 我们将分析4G核心网可能面临的各类安全威胁，包括用户身份伪造、非法接入、DDoS攻击、数据泄露、信令劫持等，并阐述这些威胁可能带来的后果。 认证与鉴权机制： 本章将详细介绍4G核心网中的认证与鉴权流程，包括SIM卡认证、AKA（Authentication and Key Agreement）协议的应用，以及MME和HSS在认证过程中的协同工作。我们将深入分析如何确保用户身份的合法性，防止非法用户接入网络。 数据安全与隐私保护： 我们将探讨如何保护用户数据的安全和隐私，包括数据加密、访问控制、合法性检查等。重点介绍用户面和控制面数据的安全传输机制，以及如何满足相关法律法规对数据隐私保护的要求。 网络安全防护措施： 本章将介绍多种网络安全防护技术，如防火墙、入侵检测/防御系统（IDS/IPS）、安全网关等，并阐述它们在4G核心网中的应用。我们将讨论如何通过网络隔离、策略控制、流量清洗等手段，抵御各种恶意攻击。 第七章：4G核心网的演进与新技术 4G核心网的设计并非一成不变，随着技术的发展和业务需求的变化，其也面临着持续的演进。本章将展望4G核心网的未来发展趋势，并介绍相关的演进技术。 向5G的演进： 我们将探讨4G核心网与5G核心网（5GC）的兼容性问题，以及如何平滑地从4G EPC向5GC进行演进。介绍NSA（非独立组网）和SA（独立组网）模式下EPC的角色和演进路径。 网络功能虚拟化（NFV）与软件定义网络（SDN）： 本章将介绍NFV和SDN技术如何应用于4G核心网，实现网元的虚拟化部署、灵活的资源调度和智能化的网络控制，从而提高网络的灵活性、可扩展性和自动化水平。 边缘计算（MEC）： 我们将探讨MEC技术如何与4G核心网结合，将计算和存储能力推向网络边缘，降低业务时延，支持更广泛的应用场景，如增强现实（AR）、虚拟现实（VR）以及物联网（IoT）等。 网络切片： 介绍网络切片的概念及其在4G核心网中的应用潜力，尽管网络切片是5G的核心技术，但对4G EPC的演进也具有一定的指导意义。 结论 本书通过对4G核心网络规划与设计的全面深入探讨，旨在为读者提供一套系统性的知识体系和实用的操作指南。从基础概念到详细设计，从容量性能到安全可靠，再到未来的演进方向，本书力求覆盖4G核心网络建设和优化的各个关键环节。希望本书能够成为广大通信工程技术人员在4G核心网络领域学习、研究和实践的宝贵参考。 附录 4G核心网关键术语表 相关标准与协议简介 典型场景下的规划设计案例分析
读完前三分之一，我不得不承认，作者在描述网络部署的“物理现实”方面确实下了苦功。他对不同地理环境下，光缆铺设的难度和成本分析极其详尽，甚至列出了不同型号射频器件的采购周期和潜在的供应链风险。这无疑对于那些需要向财务部门汇报项目预算的同事很有用。但是，作为一个技术研发人员，我真正关心的“核心网”部分——即承载控制面和用户面的关键实体之间的智能协同，却显得异常单薄。例如，关于如何利用ePDG实现对特定企业VPN接入的策略隔离，或者S-GW如何配合PCRF进行实时的上下行带宽调整，这些构成核心网“智能”的关键点，在书中几乎找不到深入的探讨。它更像是对标准白皮书的“工程化”转述，将复杂的网络功能简化成了一个个需要被安装和配置的“盒子”。我期待的是“为什么”和“如何实现”，而不是“在哪里放”和“何时采购”。这种对技术内涵的缺失，让这本书的专业性大打折扣，更像是一本基于通用模板填充具体型号的培训材料。