淺析智能管道及其解決方案

喬 旸，陳曉輝，周 箴，曹 玲

烽火通信科技股份有限公司

在通信產業鏈中，以話音業務為主要收入來源的電信運營商曾經是活得最滋潤的。但近年來，隨著互聯網業務飛速發展，新興的數據業務在消費者的信息通信行為中所占比例越來越大，單用戶的ARPU值卻停步不前；同時，以谷歌、騰訊、蘋果為代表的服務和終端提供商卻在幾乎沒有對網絡帶寬進行投資的情況下，利用運營商網絡為用戶提供了豐富多彩的業務，并從中賺取了大量的利潤。

因此，運營商面臨著網絡帶寬不斷增加并不斷投資建設網絡的壓力，同時卻眼看著豐厚的利潤被產業鏈新興的崛起者輕易賺走。網絡流量飛速上升，市場回報卻上升緩慢甚至開始降低，（流）量收（入）差的擴大形成了目前電信運營商最不愿意見到的所謂“剪刀差”。

1 為什么要智能管道

為了避免成為單純的“啞管道”，使自己的投資得到應有的回報，運營商開始積極轉變。如何做好管道，如何通過創新實現管道的價值回歸成了最迫切的問題。在這種背景下，以運營商和通信設備制造商為主的通信產業界提出了“智能管道”的概念，智能管道的目的在于為用戶按需提供優化網絡資源的同時，幫助運營商在不斷增長的流量與成本控制間找到平衡，切實實現收入增長。因此，中國電信集團公司（以下簡稱中國電信）明確提出要做“智能管道的主導者”，中國移動通信集團公司（以下簡稱中國移動）也明確提出將網絡發展方式的轉變列為“十二五”發展首位，強調“要實現數據流量的精細化運營”。

關于“智能管道”，運營商提出了自己的理解。中國電信提出，智能管道要做到“用戶可識別、業務可區分、流量可調控、網絡可管理”，中國移動內部主流聲音認為，“智能管道是對各種流量產生的效益進行分析，對于高效益流量進行QoS保障，對效益低的流量僅保證接通”。但是，在“智能管道”具體如何實現的問題上，業界卻尚未達成統一，很多并非新生的概念伴隨著“智能管道”又被重新提了出來，一時間“亂花漸欲迷人眼”。

回到“剪刀差”的問題上，用戶在運營商網絡中占用的流量越來越大，但是反饋給運營商的價值卻停滯不前，新增的流量給用戶帶來了更好的用戶體驗，但利潤卻被服務提供商（service provider，SP）賺走。因此，“智能”不是目的，通過“智能”改變商業模式，將管道的價值體現出來才是“智能管道”的根本目的。

為什么會出現“剪刀差”？究其原因，傳統的“啞管道”只負責提供帶寬、運送流量，無法對不同的通信需求提供不同的用戶體驗，因此運營商被迫只能賣流量、賣帶寬。無論是偶爾上網看新聞的普通網民，還是每天24 h占滿帶寬下載電影的“影迷”，還是時常在旅途中需要大帶寬快速發送文件的商務客戶，享受的都是一樣的服務。運營商無法為不同用戶提供差異化服務，導致在議價時直接面對最低端的客戶，訂出最低價格。

2 什么是智能管道

“智能管道”要幫助運營商實現價格回歸，必須具有智能，而這個智能，就是能夠為不同的客戶、不同的業務提供差異化的服務，幫助運營商從賣流量、賣帶寬轉變為賣體驗。“智能管道”必須能區分客戶、區分業務，并能根據不同的客戶和業務提供不同的服務體驗。

舉個例子，對于偶爾上網瀏覽新聞和上網購物的用戶，可以提供資費較低的流量包月業務，僅保證較小的帶寬，不保證網絡時延，通過低價策略和“長尾效應”吸收大量低端客戶，并不斷通過新業務將其培養為高端客戶。

對于長期下載電影的娛樂型客戶，可以提供帶寬包月業務，提供足夠的帶寬，同時在網絡忙時對其下載業務進行限速，避免影響價值更高的用戶體驗。

對于希望在短時間內快速交換文件的商務用戶，可以提供加速卡業務，用戶只需付出少量的費用，就能在較短時間內得到最大帶寬、最小時延的網絡服務。

對于長期使用某些業務的用戶，例如對QQ用戶，可以推出QQ VIP用戶流量包月的優惠政策，在不增加用戶支出的同時，通過幫助騰訊吸引更多VIP用戶，來向騰訊收取費用。這可以幫助運營商將收入來源從B2C擴展到B2B。

對于對某些商品特別感興趣的客戶，可以通過分析其用戶行為向其定向發布廣告信息，從商品制造商處得到網絡流量的補貼。

對于某些家庭，可以推出特定的家庭套餐。對孩子的上網行為進行管理，屏蔽不良網站，根據家長的要求提供上網行為報表，隨時提供孩子的位置信息。

“智能管道”的應用還能列舉出很多應用，而這一切應用的前提是用戶身份可識別、業務可識別、網絡服務可動態調整。也就是說，當得知用戶的這些信息后，便可有針對性地為其提供差異化服務，通過提供不同的用戶體驗來實現價值。

3 實現智能管道的必要條件和關鍵技術

為了實現智能管道，網絡應當滿足巨大的帶寬、用戶身份和業務類型的識別、彈性和QoS、策略計費控制及資源和準入控制等幾個條件，其中網絡具備大帶寬是基礎，而其他幾個方面是實現智能管道的核心和關鍵。

3.1 巨大的網絡帶寬

為了滿足不同的用戶體驗，網絡必須提供足夠的帶寬。如果沒有足夠的帶寬支撐，不僅無法滿足低端客戶的最低連通的要求，更無法滿足高端客戶的高品質體驗，正所謂“巧婦難為無米之炊”。在這里值得一提的是，網絡的帶寬不是網絡的某一部分提供的，而是全網端到端提供的。對于一個2 Mbit/s寬帶用戶來說，為了保證其2 Mbit/s帶寬的體驗，不僅僅是在用戶終端和局端設備之間允許通過2 Mbit/s的流量，更應該是從接入層到核心層，因為網絡中的任何限制因素都會降低用戶的體驗。

當前，通信網絡設備能提供的帶寬越來越大。通信網的核心設備——路由器已經開始逐步支持40GE甚至100GE接口。而承載路由器接口的傳送網設備（例如OTN和WDM）更是突破了單波長160 Gbit/s、單光纖數十Tbit/s的容量。在用戶接入部分，隨著基于EPON/GPON甚至10 Gbit/s EPON/10 Gbit/s GPON的FTTx的不斷部署，用戶接入網絡的速率從數兆到幾十兆乃至幾百兆邁進。

3.2 用戶身份和業務類型識別

智能管道應能對其承載的業務進行區分，也能對使用這些業務的用戶身份進行區分。在這里，用戶的身份包括了終端類型、地理位置、使用習慣等一系列能將該用戶與其他用戶區分開的信息。通過用戶身份的識別，智能管道才能將提供差異化的用戶體驗變為可能。而對于業務的區分，則需要網絡設備能夠對通信過程中的關鍵信息進行識別，從用戶數據包中挖掘出需要的信息，確定用戶正在使用的業務。通過對業務和身份的識別，智能管道才能真正做到識別5W（When,Where,Who,What,How）信息。

用戶身份的識別可以通過傳統的PPPoE和IPoE協議部分實現，為了解終端類型、地理位置等信息，可對上述協議進行擴展或引入新的協議支持；對于業務類型的識別，業界普遍認為應通過引入深度包檢測 （deep packet inspection,DPI）技術來實現。由于其會增加網絡成本和復雜程度，DPI可部署在網絡邊緣離用戶較近的設備上 （例如接入基站的PTN設備、城域網的BRAS或SR設備上）。

3.3 彈性和QoS

智能管道還應是彈性的、具有靈活QoS的網絡。所謂彈性，是指網絡能夠具有帶寬的統計復用功能，利用不同用戶不會同時使用最大帶寬的客觀規律，通過較小的總帶寬滿足所有用戶的帶寬需求。如果網絡沒有彈性，網絡提供的帶寬就必須是所有用戶最大帶寬的總和。而在有彈性的網絡中，可能只需要提供總帶寬的1/3以下即可，大大減少了網絡投資。因此，要提供差異化的服務，則必須支持靈活的QoS功能。對于最重要的業務，在資源有限的情況下，網絡要提供最快速的轉發、最低的時延，完全保證帶寬需求；而對于某些較低端的業務（例如網頁瀏覽），可以降低時延的要求，僅保證連通性即可。

基于IP的數據通信網天然就是彈性的，而傳統的基于TDM的傳送網也在從剛性管道向IP化的彈性管道演進。比如當前的PTN、基于OTN的統一交換設備即結合了傳送和IP設備的優點，是傳送網的重要革命。此外，目前現網IP設備普遍支持基于DiffServ的QoS，但DiffServ能支持的質量等級數量有限，未來若要實現更加精細的基于用戶身份和業務類型的QoS，DiffServ還需要進一步改進。同時QoS與用戶身份、業務類型之間的映射關系也需要是靈活可配置的。

3.4 承載控制

承載控制系統相當于智能管道的大腦，是智能管道的關鍵。這一層關注邏輯層面，如果用水電來打比方，那么這一層就相當于在水管上安裝了水龍頭和閥門，在電路上加裝電表，使其具備一定的管控能力。也就是說，策略控制系統能夠依據業務的實際需求動態地控制底層網絡資源的配給。策略控制系統的主要功能是根據來自上層業務平臺及認證系統的各類信息請求，生成控制策略，下發到IP承載網及移動分組域的邊緣設備，再對特定流量進行動態的控制和處理，包括帶寬分配、QoS等級設定、準入控制、靈活計費等。

移動網絡控制策略方面，主要以3GPP的策略及計費控制（PCC）架構為核心。固網方面，以TISPAN和ITU-T的資源和準入控制（RACS）架構為核心。總的來說目前都還處于前期研究、探索、試點階段，但相對而言移動網比固網發展速度要快一些，同時標準組織正在致力于推出基于FMC的策略控制架構。

4 烽火通信對智能管道的考慮

烽火通信科技股份有限公司 （以下簡稱烽火通信）致力于在智能管道的建設中充分發揮專業化廠商的優勢，立足“光通信專家”的定位提供高速的網絡承載層產品和解決方案，為一切智能化手段的實施奠定良好的基礎；同時，也基于智能管道的特點對現有的產品和解決方案進行不斷優化和改進。

在超大容量傳送領域，烽火通信擁有業界成熟先進的40/100 Gbit/s解決方案，超100 Gbit/s產品的部署和開發也在進行中。40 Gbit/s WDM/OTN相繼在中國電信、中國聯合網絡通信有限公司等運營商取得應用；100 Gbit/s方面，早在2006年就已開始戰略布局，先后承擔國家“973”項目“超高速超大容量超長距離光傳送基礎研究”和國家“863”項目“100GE光以太網關鍵技術研究與系統傳送試驗平臺研制”項目，開展了對160×100 Gbit/s 2 000 km的3U光傳送系統的研究。目前，100 Gbit/s已經取得里程碑進展，解決了諸多關鍵技術難題，為后續產品的規模商用打下了堅實的基礎；在超100 Gbit/s高速傳送領域同樣未雨綢繆，已經成功完成400 Gbit/s和1 Tbit/s的實驗室測試，引領業界發展方向；此外，也積極適應智能管道發展需求，推出基于的OTN彈性化管道解決方案，即通過在OTN平臺引入統一交換架構、基于MPLS-TP的端到端OAM以及L2和L3的分組處理技術，使得OTN平臺的多業務處理能力由傳統的剛性管道實現向彈性管道的轉變，實現針對不同業務的資源調配能力和接入業務管理能力，最終實現不同QoS業務的可管、可控以及差異化管理。

針對專業化的移動回傳領域，烽火通信同時提供系列化的PTN和IP RAN產品及解決方案，通過彈性管道實現基站回傳業務的高效承載，并取得了廣泛應用。PTN是按照傳送設備思路構造的分組交換設備，其在IP/MPLS路由器的基礎上裁剪掉了無連接的IP特性，保留了MPLS的面向連接和流量工程特性，同時加入了傳送設備的OAM，是SDH和路由器業務承載方式的融合；IP RAN則是路由器為適應基站回傳網應用需求的一次進化，其在保留路由器豐富協議功能的基礎上，引入了時間/頻率同步，增強了OAM功能。在后續的發展演進中，兩者的設備形態和功能特性有趨于一致的可能；目前，烽火網絡PTN設備在全國已有幾萬端的部署，廣泛應用于2G/3G基站回傳網，并具備承載4G業務的能力。同時，IP RAN產品也已形成系列化，已在國內主要運營商進行試商用。此外，PTN和IP RAN均能提供基于DiffServ的QoS，為不同級別的業務提供不同等級的服務。

在下一代光接入領域，為滿足智能管道對于大帶寬的需求，烽火通信的PON OLT系統平臺全面優化了架構設計，大幅度提升了系統交換能力和背板帶寬，系統全面邁入 Tbit/s等 級 ，實 現 了 EPON、GPON、10 Gbit/s EPON、xGPON、WPON的靈活混插，可以支持1 Gbit/s EPON向10 Gbit/s EPON的平滑演進。配合類型豐富的ONU，可以根據客戶需要提供從幾兆到1 Gbit/s以上的各種帶寬接入速率，徹底消除接入帶寬瓶頸；在系統的可靠性方面，系統各關鍵部件均支持冗余保護。在線路保護方面，率先支持兩種線路保護方案，業界領先。在系統的QoS保障方面，針對智能管道的最新需求，提供了雙重QoS保障能力。其中基于VLAN的優先級設置是系統基本QoS功能，而通過獨有的LLID技術，基于每個業務或端口配置單獨的LLID，再為每個LLID配置不同的QoS，實現了烽火通信獨有的“虛擬ONU”功能，實現了多層次QoS管理。

此外，對于智能管道的其他關鍵技術如DPI等，烽火通信也正在進行深入研究和部署，積極跟蹤相關標準化進程，并主動與業界伙伴探討，爭取早日提供更完善的解決方案，為智能管道的端到端實現做出應有的一份貢獻。

5 結束語

綜上所述，智能管道的目的在于為用戶按需提供優化網絡資源的同時，幫助運營商在不斷增長的流量與成本控制間找到平衡，最終實現收入增長；為了實現智能管道，網絡應當滿足巨大的帶寬、用戶身份和業務類型的識別、彈性和QoS、策略計費控制/資源和準入控制等幾個關鍵條件，而其中網絡具備大帶寬是基礎，其他幾個方面是實現智能管道的核心和關鍵。

烽火通信致力于在智能管道的建設中充分發揮專業化廠商的優勢，向廣大運營商提供高速的網絡承載產品和解決方案，并基于智能管道的特點對現有的產品和解決方案進行不斷優化和完善，從而為一切智能化手段的實施奠定良好的基礎。當然，智能管道的實現不僅是指某種產品或技術上的突破，更是商業模式的整體變革，這需要在電信運營商的主導下有序進行。烽火通信將立足客戶需求，致力于幫助運營商實現價值回歸，最終實現整體產業鏈的繁榮。