摘要用户数量增长放缓，市场趋于饱和，用户的ARPU值直线下降，传统的电信运营商受到Internet的巨大冲击，市场竞争加剧等问题，不断督促着设备提供商和电信运营商建设更有成本优势、更强大、方便未来演进的下一代移动核心网络。通过网络融合和业务融合来减少OPEX和CAPEX，从而保护投资，通过增强基于语音的多媒体业务，促使用户更多的使用网络，提高网络利用率。为了突破现有移动核心网设备的性能瓶颈，必须向基于IP的、兼容2G/3G的移动软交换核心网演进。本文详细介绍了移动核心网的标准，R4网络结构的优点及网络逻辑结构，最后对R4的成熟度进行了分析，并最终提出了3G核心网R4的演进方案。
1、引言
目前，全球电信运营商面临的共同问题：用户数量增长放缓，市场趋于饱和，用户的ARPU值直线下降，传统的电信运营商受到Internet的巨大冲击，市场竞争加剧。这不断督促着设备提供商和电信运营商建设更有成本优势、更强大、更方便未来演进的下一代移动核心网络。通过网络融合和业务融合来减少OPEX和CAPEX，从而保护投资，通过增强基于语音的多媒体业务，促使用户更多的使用网络，提高网络利用率。为了突破现有移动核心网设备的性能瓶颈，必须向基于IP的、兼容2G/3G的移动软交换核心网演进。
2、移动核心网标准
3GPP组织制定3G移动网络的相关标准，3G网络演进分成R99，R4，R5，R6等阶段。由兼容传统的GSM，GPRS网络逐渐向全IP的网络架构进行演进，最终形成全IP的网络架构。
R99版本（3GPPTS23.002）于1999年4月形成第一个版本，2000年3月全部完成。R99的核心网继承了GSM以及GPRS核心网的网络特征，MSC负责呼叫控制建立和承载交换，同时整合VLR功能以控制用户服务数据。MSC之间的信令和话务传输使用TDM承载方式，在UTRAN与MSC之间使用ATM承载方式。对于每一个话务链接，必须创建一条独立的电路（时隙），而电路只能用于话务或信令中的一种（见图1）。
图1 R99网络结构
R4（3GPPTS23.002）于2003年完成，提出了承载独立的电路交换核心网络的概念（3GPPTS 23.205）。也就是将MSC拆分成MSC-Server和MGW两个网元，实现了呼叫控制与承载的分离。这样可以按需扩充网络的控制或承载容量，并建立IP交换骨干网，向全IP的网络架构演进（见图2）。
图2 控制与承载的分离
3、R4网络结构的优点
3.1降低成本
承载独立的核心网络能提供和传统核心网相同的服务容量，而基于IP技术的话务通信使得移动运营商的运营成本大大降低，因为网络结构中只有几台少数昂贵的MSC-Server，便于统一维护管理。而负责承载的多局所网元是相对便宜的MGW，MGW还有着体积小、耗电少、维护简单的特点，这样在机房规模、网元数量、维护人员等方面都可优化开支。
3.2提高网络利用率
呼叫控制和承载的分离使得移动运营商可根据业务需求独立地对网络容量进行扩充的优化，同时一个通用的IP交换骨干网被用于话务、数据、信令的传输，这样精简了传输网的复杂度，从而大幅提高网络资源的利用率。
3.3平滑升级
由于MSC-Server可由MSC软硬件升级而成，设备改造周期大大缩小，对现网业务影响较小。而MGW是独立的新网元，其引入不影响现网MSC的业务，只需在MSC-Server上修改数据即可。
3.4支持网络演进
考虑到IMS（IP-basedMultimediaSubsystem）被确认为移动核心网未来发展方向，R4的设备在IMS阶段仍可通用，例如大量的MGW作为话务的承载局，只需要对其部分TDM传输接口进行改造，就可直接运用于R5，R6全IP的IMS网络，保护了运营商投资。
4、R4网络逻辑结构
R4网络通过直接拆分MSC的呼叫控制和承载功能来实现，在这一过程中现网MSC到其他网元（例如SCPHLR）的接口不变，即现有业务不受影响。登网手机不会意识到单独MSC与MSC-Server/MGW的区别。因此，我们可以认为R4的网络结构是核心网内部的变化，不会对其他网元、接口、子系统产生影响，特别是对GPRS设备。
（1）MSC-Server的主要职责是链接管理。它负责所有的呼叫控制信令，例如呼叫建立、呼叫转移、位置更新、路由、切换、计费、话务统计等。同时负责“指挥”MGW。MSC-Server负责CS域中主叫和被叫的呼叫，响应网络用户层信令（3GPPTS24.008），通过Nc接口传输呼叫控制信令，通过Mc接口控制MGW。
（2）MGW（MediaGateway）同时负责来自电路交换网络的TDM承载和来自多媒体流网络的IP或ATM承载，例如话务交换、回音控制、铃音的广播等。它通过Mc接口接受来自MSC-Server的控制信令，通过Iu和Nb接口传输控制承载。
（3）Mc接口定义在MSC-Server和MGW之间，应用H.248协议以及3GPP定义的相关扩充。H.248协议由ITU-T和IETF联合开发，支持独立的呼叫控制实体和承载实体。
