从功能模块结构上说，核心网主要涉及呼叫连接、计费、移动性管理和增值业务实现等方面的功能。从协议上说，核心网规定了核心交换或呼叫路由功能的网元。

核心网经历了电路域——电路域分组域并存——分组域为主电路域为辅——长期演进（long term evolution，LTE）的全互联网协议（all-internet protocol）网络的演进路线。核心网分组域承载的主要是数据业务。在2G/3G移动网络中，核心网元包括通用分组无线服务支持节点（serving general-packet-radio-service support node，SGSN）和通用分组无线服务网关支持节点（gateway general-packet-radio-service support node，GGSN），其中2G采用通用分组无线服务隧道协议（general-packet-radio-service tunnel protocol，GTP）v0，3G过渡到GTPv1协议。在4G移动网络中，核心网分组域将向演进分组核心网（evolved packet core，EPC）架构演进，数据传输采用全IP数据报文交换的方式。核心网元包括移动性管理实体（mobility management entity，MME）、服务网关（serving gateway，SGW）和分组数据网网关（packet-data-network gateway，PGW）。根据第三代合作伙伴计划（3rd Generation Partnership Project，3GPP）制定的LTE标准，核心网不对终端设备与因特网网络之间的数据进行解析。用户设备（user equipment，UE）通过无线接口连接到基站（eNodeB），eNodeB连接到服务网关SGW，SGW服务大量eNodeB并作为本地基站切换的锚点。SGW连接到一个分组数据网络的网关PGW，PGW负责UE的IP地址分配、策略执行、数据包过滤和计费。移动性管理实体MME是主要的控制平面实体，只负责控制平面的消息处理，包括维护UE移动性管理状态和建立GTP承载。用户的数据报文从eNodeB节点开始就使用GTP协议封装，即IP协议封装原始用户数据，在PGW处还原成原始的IP数据报文再传递给因特网。

①第二代移动通信系统2G（含2.5G）。它是以传送语音和数据为主的数字通信系统，核心网技术包括全球移动通信系统（global system for mobile communications，GSM）、通用分组无线服务（general packet radio service，GPRS）和码分多址（code division multiple access，CDMA）（IS95）。其中GSM、CDMA（IS95）技术分别是由欧洲和北美的标准组织提出的，主要区别体现在无线接入网，而核心网除采用的信令协议和编号方式等有所不同外，组网方式及节点设置基本上是相同的。GPRS是基于GSM体系下演进的移动分组数据承载技术。中国移动和中国联通的2G网络都采用了GSM和GPRS核心网技术。GPRS核心网主要网元是SGSN和GGSN。SGSN是指服务GPRS支持节点，主要完成接入用户请求、移动性管理和用户数据管理等功能。GGSN是指网关千兆字节系统网络（gigabyte system network，GSN）支持节点，用于GPRS网络和外部分组交换网，如因特网直接交互，是用户访问外部网络的锚点。2.5G移动核心网采用GTPv0协议（GTP是指GPRS隧道协议），控制平面和数据平面采用通用的隧道通信，隧道是由国际移动用户标志（international mobile subscriber identity，IMSI）和网络服务接入点标识符（network service access point identifier，NSAPI）共同标识的。

②第三代移动通信系统3G。国际电信联盟称之为国际移动电信2000（international mobile telecommunications-2000，IMT-2000）,包括欧洲的宽带码分多址（wideband code division multiple access，WCDMA）、中国的时分同步码分多址（time division-synchronous code division multiple access，TD-SCDMA）和北美的码分多址2000（code division multiple access 2000，CDMA2000）三大标准，TD-SCDMA标准是中国提出的3G技术标准，其核心网采用WCDMA核心网技术标准，基于GSM/GPRS网络演进。中国移动3G网络采用TD-SCDMA标准。同样3G核心网的体系结构基本相同，只是采用的信令协议和编号方式等有所不同。不论是CDMA2000还是WCDMA/TD-SCDMA，核心网演进到全IP阶段后，最终将实现融合。3G核心网架构和2.5G时保持一致，还是以SGSN加GGSN的物理结构，但是采用GTPv1协议，控制平面和数据平面采用分离的隧道，区分了GTPv1-C和GTPv1-U隧道。GTP-C负责隧道的建立更新和删除，GTP-U是负责传送用户数据的。

③第四代移动通信系统4G。严格意义上来讲，LTE只是3.9G，尽管被宣传为4G无线标准，但它其实并未被3GPP认可为国际电信联盟所描述的下一代无线通信标准高级国际移动通信（international mobile telecommunications-advanced，IMT-Advanced），因此在严格意义上它还未达到4G的标准。只有长期演进技术升级版（LTE-advanced）才满足国际电信联盟对4G的要求。4G LTE有频分双工长期演进（frequency division duplex-long term evolution，FDD-LTE）和时分双工长期演进（time division duplex-long term evolution，TDD-LTE）两大阵营，中国移动采用的是TDD-LTE，中国联通和中国电信则采用的是FDD-LTE。两种LTE技术的区别在于空中接口标准的不一致，但是LTE核心网EPC是一致的，较之前2G/3G移动核心网GPRS架构有很大变化，MME、SGW和PGW的架构对会话管理消息的控制变化很大，因此引入新的GTP控制平面协议（GTPv2-C），数据平面仍然采用GTPv1-U。

以LTE核心网架构为例，介绍核心网中各个网元和转发平面关键设备。

①移动性管理实体。提供用于LTE接入网络的主要控制及核心网络的移动性管理，包括位置更新和对用户的鉴权，如寻呼、安全控制等。

②服务网关。负责UE用户平面数据的传送、转发和路由切换等。其网元将接收到的用户数据通过GTP封装后转发给指定的PGW网元，只发送和接收GTP封装的报文，并不需要识别GTP报文的净荷。SGW服务大量的eNodeB和本地移动锚点的跨基站切换。

③分组数据网网关。管理UE和外部分组数据网络之间的连接。一个UE可以与访问多个公用数据网（public data network，PDN）的多个PGW同步连接。在EPC网络中，移动终端如果是非3GPP接入，它可以不经过MME网元和SGW网元，但一定会经过PGW网元，才能接入到PDN。

④网络缓存。分析用户请求，把用户请求输出的内容，例如超文本标记语言（hypertext markup language，HTML）页面、图片和文件另存一份；然后，如果下一个请求是相同的统一资源定位符（uniform resource locator，URL），则直接请求保存副本。

⑤深度报文检测（deep packet inspection，DPI）。一种基于应用层的流量检测和控制技术，当IP数据包通过基于DPI技术的带宽管理系统时，该系统通过深入读取IP包载荷的内容来对开放系统互连（open system interconnection，OSI）7层协议中的应用层信息进行重组，从而得到整个应用程序的内容，然后按照系统定义的管理策略对流量进行特征识别，从而完成后续的流量整形操作。

⑥归属签约用户服务器（home subscriber server，HSS）。一个集中存储用户信息和用户订阅信息的数据库，实现了用户身份验证和授权，服务于控制平面的信息。

⑦策略与计费规则功能（policy and charging rule function，PCRF）。包含策略控制决策和基于流计费控制的功能，PCRF接受来自策略与计费执行功能（policy and charging enforcement function，PCEF）、签约数据仓库（subscription profile repository，SPR）和音频（audio frequency，AF）的输入，向PCEF提供关于业务数据流检测、门控、基于服务质量（quality of service，QoS）和基于流计费（除信用控制外）的网络控制功能。结合PCRF的自定义信息做出策略控制与计费（policy control and charging，PCC）决策。PCEF主要包含业务数据流的检测、策略执行和基于流的计费功能。该功能实体位于网关，也可独立部署。

新的网络服务和应用的快速发展正在推动运营商升级其网络系统，以满足不断提高的用户需求。LTE移动核心网面临着巨大的挑战，如升级成本高、操作复杂和部署创新服务慢等。软件定义网络（software defined network，SDN）和网络功能虚拟化（network function virtualization，NFV）是移动网络演进的两大趋势，SDN的控制平面和数据平面分离的核心思想提升了网络的可编程性和自动化性，NFV实现了软件和特定硬件资源的分离和为动态部署网络功能提供了可能。SDN和NFV相结合可以加速移动运营商进行服务创新和简化网络管理。