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【摘 要】 近期中国移动更是要在2013年建成4G的商用网络。但是要了解4G网络就必须先对3G的组网有详细的认识。本文阐述了移动核心网的演进过程，并对将来移动通信核心网的发展方向进行分析。
【关键词】 交换网 中国移动核心网 3GPP 演进和发展
1.1 核心网的出现和发展
在早期的模拟通信网络由于规模小、应用场景单一，没有专门的核心网的概念。随着移动通信的出现，通信网络中出现了专门的接入网、核心网、承载网、业务网、支撑网、传送网等分工。而核心网就是原来的交换机在移动通信中的延续。
1.2移动通信核心网的演进
移动核心网网络架构的演进，主要取决于以下两个因素：
（1）无线接入技术的演进，以及无线网与核心网之间的接口功能演进。
（2）核心网自身技术的演进，满足日益增长的业务需求。
在2G时代，无线接入技术在GSM规范下没有大规模的改动，同时业务也是以话音为主，此阶段核心网技术也没有太大变化。
随着无线技术由2G向3G演进，为保障2G网络到3G网络的平滑过渡，国际上成立了3GPP组织。3GPP主要是制订以GSM核心网为基础，UTRA为无线接口的第三代技术规范。
1.3 3GPP的各版本内容
3GPP使用并行版本体制，所有版本如下：
1.3.1 R99版本
最早出现的各种第三代规范，主要内容为：
（1）新型WCDMA无线接入。
（2） 3GPP标准为业务的开发提供了三种机制：针对IP业务的CAMEL功能、开放业务结构和会话启始协议。
99版本对主要增强了GSM中的业务功能，但在核心网方面与GSM核心网没有太大区别。
1.3.2 R4版本
R99之后的3GPP规范被命名为Release4。R4增加了一些接口协议的增强功能和特性。中国的TD-SCDMA在这个版本中正式成为国际标准。
R4在核心网上的主要特性为：
（1）电路域的呼叫与承载分离，引入软交換。
（2）支持七号信令基于不同网络的方式来传输，如MTP，IP和ATM网传输。
（3）在业务上对99版本做了进一步增强。
1.3.3 R5版本
3GPP R5完成对IP多媒体子系统（IMS）的定义。R5的完成将为全IP网络提供了建设标准。
R5在核心网方面的主要特性包括：
（1）用M3UA传输七号信令、IMS业务实现、紧急呼叫增强以及网络安全性的增强。
（2）在业务应用上：支持基于IP的多媒体业务、CAMEL Phase4、全球文本电话（GTT）以及Push业务。
IMS是R5的一个主要特性，它定位在完成现有电路域不能提供的多媒体业务，而不是代替现已成熟的电路域，所以IMS可以由之前版本平滑演进。
1.3.4之后版本
R6版本增加了部分IMS业务特性、IMS与其他网络的互通规范和WLAN接入等特性； R7版本加强了对固定、移动融合的标准化制订，要求IMS支持xDSL、cable等固定接入方式；R8版本在无线技术上引入了LTE， LTE 接入新核心网EPC（Evolved Packet Core）。通常所说的4G就是从R8版本开始的。
2. 中国移动的核心网发展
运营商正式商用的技术滞后于标准的研究。中国移动的核心网发展经历了GSM、R99、R4，目前正在进行R5的IMS的建设。
2.1 GSM/GPRS技术下的移动核心网
2.1.1 GSM/GPRS技术下的移动核心网的网络情况
移动核心网在GSM初期只有MSC、HLR等网元，给用户提供的主要是单一的语音业务。
随着用户对移动性数据业务的需求，GSM技术体制中引入了GPRS技术，通过分组交换功能来给用户提供数据业务。SGSN和GGSN就是GPRS核心网的主要功能网元。GPRS给用户提供接入通道，由Internet和业务平台来实现用户的业务需求。
2.1.2 GSM/GPRS体制下移动核心网的特点
由于此时语音的交换和传输主要基于TDM这种时分复用的技术，将铜缆划分不同的时隙，每个时隙一个信道。但其根本上仍要求各系统端到端的连接，在网元增多时，网络复杂度成级数增长。
GPRS支持数据业务，但更像是GSM核心网的一个“补丁”。用户终端与GPRS核心网的互通通过过在TDM时隙中以帧中继方式来实现分组数据包的传输。
2.2 R99和R4技术下的移动核心网
2.2.1 R99和R4技术下的移动核心网的网络情况
这个阶段最重要的是引入了控制和承载分离的软交换技术。将原来的核心网主要功能实体MSC分成MSC Server和MGW两个网元，分别处理控制信令和语音承载。另外，在核心网之间用IP承载替代原TDM承载。
2.2.2 R99和R4技术下的移动核心网的特点
软交换在标准中是3G的核心网，属于3G技术在GSM中的超前应用。
此时网络中物理链路共享，通过IP路由实现各网元互联。网络建设的难点也不再是TDM技术下的端到端互联导致的网络复杂，而转为对于共享的物理链路的安全性和不同业务的QOS保障机制。
另外，随着无线带宽的增加移动数据业务势必急速发展。在技术规范中就将核心网分成CS域和PS域：其中CS域对应原来GSM网络；PS域对应原来GPRS网络。
此时的核心网，处理数据业务的PS域核心网和处理语音业务的CS域核心网并重。
2.3 R5技术下的移动核心网
2.3.1 R5技术下的移动核心网的网络情况
R5版本主要内容是完成了对IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒体子系统）的定义，为各运营商引入IMS网络创造了便利条件。 IMS被称为比软交换更“软”的软交换，是因为它在控制与承载分离的基础上，更进一步的将控制中的“呼叫控制”和“业务控制”分离。即IMS核心网设备仅处理呼叫建立和连接控制相关的信令，而对于业务控制信令由专门的业务平台来实现。
引入IMS域后，核心网存在3个域：
（1） 电路域（CS域）：提供传统的话音业务、短信业务，以及将来的可视电话、视频会议、视频留言、多媒体彩铃业务等。
（2） 分组域（PS域）：提供移动终端与数据业务网之间的分组数据传送服务。
（3） IMS 域：依靠不同的业务应用服务平台，能够为用户灵活地提供各种业务，包括目前电路域所提供的话音业务，在将来甚至可以取代电路域。
2.3.2 R5技术下的移动核心网的特点
从IMS后，核心网存在的三个不同域的内容上看，虽然IMS域可以替代CS域提供话音业务，但是其技术标准尚不完备，技术障碍未突破。对于运营商来说，CS域仍会与IMS域并存一段时期。
目前国内各运营商都具备全业务运营的资格，而移动通信领域CS域和PS域一方面在网运行时间较长、技术成熟，另一方面它们可以完全满足现有各业务需求。所以各运营商对于IMS的定位于解决固网通信用户的业务需求（作为对固网核心网的升级）。
3. 移动的核心网的演进和发展方向
3.1 4G情况下的移动核心网
随着3GPP近几年的研究和无线技术的进步，目前R6＼R7＼R8的具体内容也相继公布。R6＼R7主要完善了IMS网络的相关技术标准，R8提出了新的无线技术LTE。因此R8的提出意味着4G网络即将到来。
对应4G的无线技术，核心网需要建设相应的EPC域。SAE 是EPC 中的重要功能实体；由MME 和SAE-GW 構成。其中SAE-GW 由S-GW和P-GW构成。
从根本上说，EPC 实际上是一个分组域，但域内的各逻辑网元功能发生了改变，与无线接入网的接口协议也发生了改变。
3.2 核心网将来的分化和演进趋势
从核心网的演进情况上看，随着软交换、IMS的出现，可以看出核心网也渐渐在向呼叫接入控制层和业务应用层分化。
传统意义上的核心网逐渐只负责呼叫接入控制功能，成为一个“通道提供者”；而分化出去的应用层由各类业务平台来实现，和用户一起成为“通道使用者”。
这种情况的出现，最主要的原因是IP承载方式的引入，导致原来端到端的、物理层信道专用的连接方式变为物理链路共享的分组连接方式。从硬件层面的物理链路共享延伸到逻辑层面的通道共享，就是这种分化产生的由来。
其实GPRS/PS域核心网就是按照这种思路设计的，而将来移动通信的核心网，也正是基于目前的PS域网络演进而来。
正像当年的模拟交换网分化出专门的接入网、核心网、承载网、业务网、支撑网、传送网等网络的分工一样，目前也正在进行着网络的又一次分化，这次分化后网络的分工更为细致和明确。随着各种业务应用作为通信网络的“通道使用者”从“通道提供者”中分离出来后，新业务的开发将不用专门考虑“通道”本身的特点。这样大大降低了新业务的开发门槛，有利于推动通信网络的又一次发展。
（作者单位：中国移动通信集团设计院有限公司黑龙江分公司）
【关键词】 交换网 中国移动核心网 3GPP 演进和发展
1.1 核心网的出现和发展
在早期的模拟通信网络由于规模小、应用场景单一，没有专门的核心网的概念。随着移动通信的出现，通信网络中出现了专门的接入网、核心网、承载网、业务网、支撑网、传送网等分工。而核心网就是原来的交换机在移动通信中的延续。
1.2移动通信核心网的演进
移动核心网网络架构的演进，主要取决于以下两个因素：
（1）无线接入技术的演进，以及无线网与核心网之间的接口功能演进。
（2）核心网自身技术的演进，满足日益增长的业务需求。
在2G时代，无线接入技术在GSM规范下没有大规模的改动，同时业务也是以话音为主，此阶段核心网技术也没有太大变化。
随着无线技术由2G向3G演进，为保障2G网络到3G网络的平滑过渡，国际上成立了3GPP组织。3GPP主要是制订以GSM核心网为基础，UTRA为无线接口的第三代技术规范。
1.3 3GPP的各版本内容
3GPP使用并行版本体制，所有版本如下：
1.3.1 R99版本
最早出现的各种第三代规范，主要内容为：
（1）新型WCDMA无线接入。
（2） 3GPP标准为业务的开发提供了三种机制：针对IP业务的CAMEL功能、开放业务结构和会话启始协议。
99版本对主要增强了GSM中的业务功能，但在核心网方面与GSM核心网没有太大区别。
1.3.2 R4版本
R99之后的3GPP规范被命名为Release4。R4增加了一些接口协议的增强功能和特性。中国的TD-SCDMA在这个版本中正式成为国际标准。
R4在核心网上的主要特性为：
（1）电路域的呼叫与承载分离，引入软交換。
（2）支持七号信令基于不同网络的方式来传输，如MTP，IP和ATM网传输。
（3）在业务上对99版本做了进一步增强。
1.3.3 R5版本
3GPP R5完成对IP多媒体子系统（IMS）的定义。R5的完成将为全IP网络提供了建设标准。
R5在核心网方面的主要特性包括：
（1）用M3UA传输七号信令、IMS业务实现、紧急呼叫增强以及网络安全性的增强。
（2）在业务应用上：支持基于IP的多媒体业务、CAMEL Phase4、全球文本电话（GTT）以及Push业务。
IMS是R5的一个主要特性，它定位在完成现有电路域不能提供的多媒体业务，而不是代替现已成熟的电路域，所以IMS可以由之前版本平滑演进。
1.3.4之后版本
R6版本增加了部分IMS业务特性、IMS与其他网络的互通规范和WLAN接入等特性； R7版本加强了对固定、移动融合的标准化制订，要求IMS支持xDSL、cable等固定接入方式；R8版本在无线技术上引入了LTE， LTE 接入新核心网EPC（Evolved Packet Core）。通常所说的4G就是从R8版本开始的。
2. 中国移动的核心网发展
运营商正式商用的技术滞后于标准的研究。中国移动的核心网发展经历了GSM、R99、R4，目前正在进行R5的IMS的建设。
2.1 GSM/GPRS技术下的移动核心网
2.1.1 GSM/GPRS技术下的移动核心网的网络情况
移动核心网在GSM初期只有MSC、HLR等网元，给用户提供的主要是单一的语音业务。
随着用户对移动性数据业务的需求，GSM技术体制中引入了GPRS技术，通过分组交换功能来给用户提供数据业务。SGSN和GGSN就是GPRS核心网的主要功能网元。GPRS给用户提供接入通道，由Internet和业务平台来实现用户的业务需求。
2.1.2 GSM/GPRS体制下移动核心网的特点
由于此时语音的交换和传输主要基于TDM这种时分复用的技术，将铜缆划分不同的时隙，每个时隙一个信道。但其根本上仍要求各系统端到端的连接，在网元增多时，网络复杂度成级数增长。
GPRS支持数据业务，但更像是GSM核心网的一个“补丁”。用户终端与GPRS核心网的互通通过过在TDM时隙中以帧中继方式来实现分组数据包的传输。
2.2 R99和R4技术下的移动核心网
2.2.1 R99和R4技术下的移动核心网的网络情况
这个阶段最重要的是引入了控制和承载分离的软交换技术。将原来的核心网主要功能实体MSC分成MSC Server和MGW两个网元，分别处理控制信令和语音承载。另外，在核心网之间用IP承载替代原TDM承载。
2.2.2 R99和R4技术下的移动核心网的特点
软交换在标准中是3G的核心网，属于3G技术在GSM中的超前应用。
此时网络中物理链路共享，通过IP路由实现各网元互联。网络建设的难点也不再是TDM技术下的端到端互联导致的网络复杂，而转为对于共享的物理链路的安全性和不同业务的QOS保障机制。
另外，随着无线带宽的增加移动数据业务势必急速发展。在技术规范中就将核心网分成CS域和PS域：其中CS域对应原来GSM网络；PS域对应原来GPRS网络。
此时的核心网，处理数据业务的PS域核心网和处理语音业务的CS域核心网并重。
2.3 R5技术下的移动核心网
2.3.1 R5技术下的移动核心网的网络情况
R5版本主要内容是完成了对IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒体子系统）的定义，为各运营商引入IMS网络创造了便利条件。 IMS被称为比软交换更“软”的软交换，是因为它在控制与承载分离的基础上，更进一步的将控制中的“呼叫控制”和“业务控制”分离。即IMS核心网设备仅处理呼叫建立和连接控制相关的信令，而对于业务控制信令由专门的业务平台来实现。
引入IMS域后，核心网存在3个域：
（1） 电路域（CS域）：提供传统的话音业务、短信业务，以及将来的可视电话、视频会议、视频留言、多媒体彩铃业务等。
（2） 分组域（PS域）：提供移动终端与数据业务网之间的分组数据传送服务。
（3） IMS 域：依靠不同的业务应用服务平台，能够为用户灵活地提供各种业务，包括目前电路域所提供的话音业务，在将来甚至可以取代电路域。
2.3.2 R5技术下的移动核心网的特点
从IMS后，核心网存在的三个不同域的内容上看，虽然IMS域可以替代CS域提供话音业务，但是其技术标准尚不完备，技术障碍未突破。对于运营商来说，CS域仍会与IMS域并存一段时期。
目前国内各运营商都具备全业务运营的资格，而移动通信领域CS域和PS域一方面在网运行时间较长、技术成熟，另一方面它们可以完全满足现有各业务需求。所以各运营商对于IMS的定位于解决固网通信用户的业务需求（作为对固网核心网的升级）。
3. 移动的核心网的演进和发展方向
3.1 4G情况下的移动核心网
随着3GPP近几年的研究和无线技术的进步，目前R6＼R7＼R8的具体内容也相继公布。R6＼R7主要完善了IMS网络的相关技术标准，R8提出了新的无线技术LTE。因此R8的提出意味着4G网络即将到来。
对应4G的无线技术，核心网需要建设相应的EPC域。SAE 是EPC 中的重要功能实体；由MME 和SAE-GW 構成。其中SAE-GW 由S-GW和P-GW构成。
从根本上说，EPC 实际上是一个分组域，但域内的各逻辑网元功能发生了改变，与无线接入网的接口协议也发生了改变。
3.2 核心网将来的分化和演进趋势
从核心网的演进情况上看，随着软交换、IMS的出现，可以看出核心网也渐渐在向呼叫接入控制层和业务应用层分化。
传统意义上的核心网逐渐只负责呼叫接入控制功能，成为一个“通道提供者”；而分化出去的应用层由各类业务平台来实现，和用户一起成为“通道使用者”。
这种情况的出现，最主要的原因是IP承载方式的引入，导致原来端到端的、物理层信道专用的连接方式变为物理链路共享的分组连接方式。从硬件层面的物理链路共享延伸到逻辑层面的通道共享，就是这种分化产生的由来。
其实GPRS/PS域核心网就是按照这种思路设计的，而将来移动通信的核心网，也正是基于目前的PS域网络演进而来。
正像当年的模拟交换网分化出专门的接入网、核心网、承载网、业务网、支撑网、传送网等网络的分工一样，目前也正在进行着网络的又一次分化，这次分化后网络的分工更为细致和明确。随着各种业务应用作为通信网络的“通道使用者”从“通道提供者”中分离出来后，新业务的开发将不用专门考虑“通道”本身的特点。这样大大降低了新业务的开发门槛，有利于推动通信网络的又一次发展。
（作者单位：中国移动通信集团设计院有限公司黑龙江分公司）