智能管道的內涵與特征

趙慧玲，徐向輝

（中國電信股份有限公司北京研究院 北京100035）

近年來，互聯網的高速發展促使運營商網絡帶寬能力不斷增強。在固定接入網方面，用戶接入帶寬從512 kbit/s、2 Mbit/s到8 Mbit/s持續提升。隨著光進銅退的部署，固定網絡將普遍具備20 Mbit/s的接入能力，在三網融合試點城市將實現百兆接入帶寬。移動接入網也將隨著LTE等新技術的逐步引入，實現向移動寬帶互聯網時代的邁進。運營商網絡能力的增強，為其深入開展全業務經營提供了有力支撐，也促進了更豐富的創新業務不斷涌現，特別是以移動互聯網、三網融合為典型代表的新應用和新運營模式的興起，對運營商網絡提出了更高的要求和技術挑戰，主要體現在帶寬需求的激增、質量保障的按需提供、互動體驗的改進、數據流量流向不確定性的增強等方面。

在這種背景下，網絡運營商需要在做大做寬管道的基礎上，提升網絡的智能性，實現基于用戶需求和行為的智能資源匹配，使得網絡由傳統的粗放型管道向智能化管道轉變，以支撐新型業務發展，為用戶提供按需、靈活的體驗和更便捷、個性化的服務。在此過程中，運營商在產業鏈中的角色也將由透明管道的提供者轉變為智能管道的主導者。

智能管道理念在運營商中被廣泛認同，雖然當前尚缺乏標準的詮釋和完整的體系，但對相關網絡技術和應用場景的探索一直在進行。如Verizon提出了High-IQ Networks的概念，并將其列入2011年的十大業務技術趨勢[1]。

本文針對運營商網絡發展趨勢，結合國內運營商網絡實際，提出了智能管道的內涵和整體架構，探討了智能管道構建所涉及的關鍵技術和實施要點，并對智能管道所支撐的典型業務場景進行了展望。

1 智能管道的背景

（1）業務發展的多維度特征對承載網絡提出新的要求

隨著新的信息技術和應用的不斷涌現，終端的多樣化、業務種類的豐富化和通信模式的復雜化，使業務發展呈現以下特征。

·大寬帶：基于視頻的應用需消耗越來越大的帶寬。

·互動性：遠程醫療、遠程教育、SNS（社交網絡）等應用在體驗上越來越強調互動性。

·實時性：在線游戲、遠程監控、物聯網應用需要網絡支撐實時傳送需求。

1.3 麻醉方法 腰硬聯合麻醉8例，其中3例第1次腰穿失敗后立即改全身麻醉，其余121例患者均為全身麻醉。

·流量和流向的不確定性：第三方CDN、P2P、云內容等應用增長帶來數據流量流向的不確定。

·安全性：強調數據和網絡的安全。

業務發展的上述特征，對承載網絡提出了新的要求：高質量、可調控、保安全。即高質量地快速傳送數據，特別是視頻；動態調控資源，增強網絡的自適應能力，合理分配資源；智能調控流量，緩解不確定的流量流向對網絡資源的不合理消耗；提升網絡管道的安全性，解決基于數據流的惡意攻擊和信息竊取。

（2）云計算和移動互聯網的發展對管道特性提出新挑戰

云計算采用遠端處理和存儲的模式，除網絡傳送的數據量更多，對帶寬的需求增大外，網絡傳送的質量指標對用戶體驗的影響更大，要求響應速度更快，質量更好。這些都對網絡特性提出了新的挑戰——智能化，即在識別出云應用/用戶的基礎上，進行智能帶寬控制和匹配，并保障質量和通道安全。此外，網絡自身的云化發展，要求以更合理的架構、更高的效率支撐新的應用。

同時，移動互聯網終端移動性、接入便捷性、服務融合性、應用開放性、需求私密性、交互實時性等特征，要求移動網與固網融合、電信網與互聯網融合。此外，隨著移動終端智能化和高寬帶應用的日趨豐富，對網絡的控制能力提出更高的要求。

鑒于此，網絡智能化成為國內外主流電信運營商的共同取向。

（3）通信服務的內涵和外延發生了根本變化

信息技術的進步和發展，用戶的需求發生了變化，期望“多屏”生活方式，如遠程控制電視、通過手機或電腦觀看電視直播、創作視頻發布給親朋好友等。目前，Widget（微件）的個性化應用已達15 000多種，有專家預測其應用將超上百萬種。人與人之間的溝通已突破了語音與短信的局限，呈多樣化，用戶每天花費大量的時間通過社交網絡進行溝通和分享。調查表明：2010年10月，中國互聯網用戶平均每天上網9 540億小時，其中，40%花在社交網絡、15%在視頻、10%在搜索。

總之，通信服務已不再局限于語音和短信，人與人之間的各種方式的溝通和分享，人與物、物與物之間的信息互通都屬于通信服務的范疇，通信服務的內涵和外延發生了根本性變化。

（4）融合、競爭使運營商面臨巨大挑戰

國家推進信息化與工業化的深度融合以及推進通信、計算機、電視網三網融合，既是中國電信的發展機遇，也是挑戰。

隨著互聯網、媒體、電信業的深度融合，產業價值鏈正在發生轉移。移動互聯網時代，由于缺乏對終端、手機操作系統標準方面強勢的掌控力和話語權以及內容和應用主要依賴合作伙伴，中國電信在產業價值鏈中的地位正在被削弱。同時，IT、通信、媒體互聯網、電視等產業界線越發模糊，越來越多的互聯網企業、終端廠商、設備廠商進入信息通信業，使中國電信不僅面臨中國移動、中國聯通的全業務競爭，還面臨上述眾多企業的競爭。

總之，帶寬能力需要更足，云應用、互聯網視頻等高帶寬應用對接入網帶寬、骨干網絡容量提出更高要求。用戶體驗需要更佳，固網、移動網目前還不具備端到端QoS保障能力，移動網忙時忙區擁塞現象降低用戶體驗；融合服務需要更強，固網、移動網絡提供業務分離，用戶統一賬號的接入和融合服務提供能力有待增強；資源利用需要更優，對P2P、視頻等大流量應用缺乏有效控制和管理，占用空口等資源，提升視頻等業務使用CDN資源的效率，整體網絡流量價值有待優化。網絡管理需要更全，網絡管理能力需增強，應加強對資源狀況、網絡流量、用戶及業務使用情況的分析和管理，并實現對網絡資源的高效管理。

2 智能管道主導者的內涵與特征

智能管道的主導者，是指客戶感知良好、運營管理方便、業務開通靈活，通過用戶可識別、業務可區分、質量可控制、網絡可管理，提供高速協同接入、資源自助指配、速率針對性保障的差異化服務，成為客戶首選、綜合能力最強的網絡。

從客戶體驗的角度，智能管道具有方便快捷的多種接入方式、感知良好的速率和帶寬、聚焦客戶需求的自助式服務等特征。

從企業運營管理的角度，智能管道具有用戶可識別、業務可區分、質量可控制、網絡可管理；既能保證核心業務質量，又能實時控制網絡資源消耗多、效益差的業務；網絡與上層平臺協同，保障各種業務的靈活開放等特征。

綜上所述，智能管道具備規模高速覆蓋的網絡、資源快速指配的機制、接入靈活協同的能力和質量按需保障的服務，其內涵如圖1所示。

規模高速覆蓋，提供業務適配的寬帶服務。積極推進“寬帶中國·城市光網”，建設超高速（100 Mbit/s）寬帶接入網絡，城市家庭接入帶寬普遍達20 Mbit/s以上；適時引入LTE，具備高速無線接入能力；規模提升骨干網、城域網、核心網帶寬；引入 100 Gbit/s、10 Gbit/s、PON、IPv6 等新技術。

接入系統靈活，支持靈活便捷的接入服務。建成有線無線一體化、全面覆蓋的寬帶網絡，用戶可采用統一賬號靈活接入不同網絡，實現不同接入方式的協同；終端即插即用，自動適配，不同接入網絡實現統一策略控制的協同，實現體驗無差異化；引入IMS、策略控制等新技術。

資源快速指配，提高快速響應的自助服務。具備資源的靈活指配和定制化管理能力；按用戶自助需求對帶寬、時長、流量及服務等級等資源進行快速指配，提高業務自管理服務；按網絡管理要求，對用戶、業務所需資源進行定制化管理調配，包括分時段、按流量、分等級的精細管理。

質量按需保障，支持個性需求的高質服務。網絡實現對用戶信息和業務的感知及標識，差異化通道實現對重點業務及用戶個性化需求業務的端到端質量保證；通過策略控制系統實現差異化管道的動態適應性配置，優化服務能力和流量價值；對用戶進行流量限制約定，對資源消耗高、對其他業務影響大的業務流量進行管控。

3 智能管道的架構

在國際標準組織中，智能管道雖未作為明確的概念提出，但其涉及的網絡資源控制及質量保障的相關架構一直作為下一代網絡研究的焦點，包括移動網絡、固定網絡及其融合的范疇，其基本思路是通過策略控制層的引入將業務層需求與承載層處理關聯起來。以3GPP為代表的移動網絡策略控制和以TISPAN及ITU-T為代表的固定網絡策略控制的標準架構均已發布。當前，3GPP正與BBF聯合，力圖推出固定和移動融合的策略控制標準架構和接口。

3GPP從R7開始定義了PCC（策略和計費控制）架構[2]，直到R10的增強PCC，目前整個框架已基本完成。PCC架構主要由PCRF（策略和計費規則功能）、PCEF（策略和計費執行功能）以及SPR（用戶策略數據庫）邏輯實體構成，分別完成策略生成、策略執行和策略簽約功能，旨在通過網絡資源與計費策略控制，為用戶提供差異化的服務質量及靈活的計費策略，如圖2(a)所示。

TISPAN在制定NGN系列標準時，針對NGN對QoS的需求，引入了RACS（資源和準入控制）架構，重點針對固定寬帶，制定了邊界網關以下的基于接入網資源的接納控制、分配和管理，如圖2(b)所示。ITU-T定義了RACF（資源和準入控制功能）架構，提供對接入網和核心傳送網的端到端QoS控制，包括資源預留、接納控制和門控。

為了實現不同標準之間的融合，更好地支持固定和移動融合業務，3GPP正聯合BBF，從固、移策略控制系統的互通接口著手，并將進一步研究融合系統標準。

可以看到，這些標準雖然為智能管道架構提供了基礎的依據，但一方面，缺乏對實現層面的具體化，如業務層關鍵參數如何提取并傳遞到控制層、網絡層如何感知關鍵參數并按需控制底層網絡；另一方面，在實際網絡部署中，需要根據業務需求和網絡實際情況，對標準架構和接口進行簡化或適應性的選擇?；诖?，本文嘗試描述運營商網絡未來的智能管道架構，如圖3所示。

承載層是智能管道建立的基礎，無論是固定網絡還是移動網絡，均需要在具備基本的端到端QoS能力的基礎上，通過網絡感知能力的部署實現對各類流量的識別和區分，以根據控制層下發的策略對相應的流量進行處理。

與已有的業界標準架構類似，智能管道需要在運營商網絡中增加策略控制層。策略控制層的核心是融合的策略控制系統，它相當于智能管道的“大腦”，通過統一的管理，完成業務需求到網絡層的傳遞，實現對固定、移動網絡資源的統一調度和分配。

智能管道的建立需要承載層與業務層進行聯動與配合。業務層作為智能管道的需求提供者，各類業務平臺需要將其特定的業務需求告知策略控制系統，尤其對于有動態控制需求的業務。同時，業務層的一些信息，如位置平臺的用戶位置信息、認證系統的用戶屬性信息等，也可以提供給承載層的感知點，作為承載層區分流量的依據。另外，內容分發網絡在當前的業務平臺中承擔了非常重要的角色，很多視頻類業務的提供都需要依賴于它，因此內容分發的智能化控制也屬于智能管道的范疇。

4 智能管道支持的業務場景示例

對于運營商而言，智能管道業務的創新體現在為用戶帶來新的體驗。例如，針對移動用戶在熱點地區接入困難的狀況，可利用智能管道能力提供加速上網業務，實現高端用戶的優先網絡接入。這就要求依賴移動網絡的QoS機制，分配給用戶高等級關聯接入的優先級，如移動網的金等級接入，實現空口資源的優先配給。又如，面向最終用戶或后端的特定商家提供基于特定應用的優先保障服務，對于訪問特定應用（如簽約的網銀、游戲等），提供端到端的QoS保障。

對于位置變化、終端切換等場景要求一致的業務體驗，或具有動態帶寬調整需求的用戶，則需要結合網絡感知和策略控制等更復雜的智能管道機制加以保障。例如，訂購了帶寬的視頻用戶從A地轉移到B地，智能管道能夠在第一時間感知到該用戶的位置移動信息，進而下發策略將用戶之前正在觀看的視頻內容地從A地推送到B地的內容分發網絡業務提供節點上，同時在用戶接入視頻服務時告知承載層為其提供4 Mbit/s的網絡帶寬，實現了用戶資源的隨身而行；又如，用戶從家庭上班到公司，終端也由電視變為手機等移動終端，則智能管道需下發策略將用戶正在固定網絡上觀看的視頻內容推送到移動網絡上，使得用戶可以在出門后利用移動設備繼續觀看之前在家收看的視頻，實現用戶在不同類型的網絡和終端之間的無縫切換。

智能管道的目標是使用戶能夠隨時隨地獲得相應的網絡資源和QoS保障，其建設需要進一步強化承載層能力落地，使之真正能夠滿足上層業務對網絡資源的動態需求。同時，還需要在深入調研用戶需求的基礎上，進一步推進業務的創新，以充分展現智能管道為用戶帶來的優質體驗。

5 結束語

智能管道發展目標將以現網能力為基礎，以用戶體驗為導向，用3～5年時間分階段、分重點提升管道智能化，滿足客戶感知良好、運營管理方便、業務開通靈活等需求，成為客戶首選、綜合能力最強的管道，智能管道能夠全面提升運營商網絡的智能化水平，它的提出與完善將使運營商的核心競爭力逐漸演變為以用戶需求和體驗為導向的網絡能力提升，從而促使傳統運營商完成向服務提供商角色的全面轉型。智能管道的構建必將成為下一代運營商網絡建設的重大舉措之一。

1 Verizon Newscenter.Consumers take center stage on verizon high-IQnetworks.http://newscenter.verizon.com/press-releases/verizon/2011/consumers-take-center-stage.html,2011

2 3GPP TS 23.203.Policy and charging controlarchitecture（release 7）

3 RFC2475.An architecture for differentiated service,1998