智能管道內涵和關鍵技術研究

曲振華（工業和信息化部電信研究院，北京100083）

0 前言

隨著智能終端、移動互聯網、物聯網的快速發展，應用內容極大豐富，數據業務流量的增長速度之快超乎想象，用戶個性化需求不斷提高，原來以電信運營商為中心的產業鏈正不斷地向服務提供商和終端提供商傾斜，整個信息通信網的應用和智能向云端和終端側聚集，網絡面對傳統業務低值化的同時更面臨著被“啞管道”的嚴峻挑戰。電信運營商應主動求變，根據競爭環境，國內三大運營商、國外主流運營商都紛紛提出網絡智能管道化的概念，并根據網絡基礎，結合自身發展需求，制定并實施網絡智能管道化的發展戰略及舉措，將網絡智能管道化作為網絡能力增強和提升的重要方向。

1 智能管道的內涵和特征

網絡智能管道化是指通過增強網絡感知能力、智能管控和差異開放等能力，為用戶和業務提供商提供按需適配的差異化服務，實現網絡資源的合理分布和高效利用，最終提升網絡價值和用戶體驗。

網絡智能管道化具有多維感知、智能管控、差異開放等特征。

1.1 網絡智能管道化的基礎

網絡感知能力是網絡智能化的能力基礎，網絡可從用戶/業務提供商、終端、網絡、業務應用4個維度進行實時采集，并將采集信息傳送給智能管控系統，如圖1所示。目前網絡具備一定網絡感知能力，包括基于VLAN、DHCP option、VPN等技術的用戶識別和業務區分能力，以及部分網元采用的深度監測技術DPI。

感知用戶/業務提供商包括公眾用戶和業務提供商兩大類，感知公眾用戶包括用戶偏好、身份、場景、位置、需求、行為等信息的采集，感知業務提供商包括類型、需求、能力等信息的采集；感知終端包括識別終端類型、能力、非法接入等信息；感知網絡包括承載網、接入網類型、網絡流量、端口、接口協議等與網絡有關的信息；感知業務應用包括識別業務類型、區分業務內容和業務等級。業務類型包括自營業務、合作業務、第三方獨立業務等，業務內容包括語音業務和數據業務。

1.2 智能管道化的核心

感知分析功能是保障服務質量、提升網絡資源利用率的根本。感知分析功能是指網絡通過對采集到的用戶和業務等信息進行分析，并將分析結果輸出到策略控制功能，實現策略動態調整與制定，全網統籌調配網絡資源。

策略控制網絡資源是智能管道改善用戶體驗的核心。策略控制功能根據感知的用戶、流量、應用等信息，通過策略執行功能進行靈活的網絡資源控制及計費，實現按用戶自助服務、網絡運營管理等需求進行策略制定和下發，融合策略控制功能可實現固定網絡和移動網絡的統一策略控制。

流量調度功能是實現網絡智能管道化的基礎。流量調度功能是指根據輸入的策略對網絡的流量流向進行調度，實現對資源狀況、網絡流量、業務流向等信息的分析和管理，達到對網絡資源高效指配和管理的目的，可對P2P、視頻等消耗大量網絡資源的應用進行有效控制和管理，提升網絡資源的效率。

1.3 網絡智能管道化的關鍵

網絡資源和能力的開放將產生附加價值。網絡可根據業務提供商需求和網絡現狀，深層次開放網絡傳送、認證能力、內容分發、網絡存儲、計費模式、能力設置、網絡設備、安全級別、業務平臺、基礎數據、API等能力，使用戶和業務提供商進行自我業務定制、參與業務提供，達到降低業務成本，縮短業務提供周期，同時，對網絡進行深度運營，以鼓勵合作伙伴調用網絡開放的能力，創新或合作發展更多樣的業務，從而增加網絡的價值和收入，最終產生基于服務和內容的附加價值。

2 網絡智能管道化的關鍵技術

網絡智能管道化涉及網絡的核心網、承載網、接入網、運營支撐系統、終端等多個環節，主要包括智能管控、網絡開放、自助指配、流量控制、內容分發等關鍵技術。

2.1 智能管控

智能管控是智能管道實現業務層和承載層聯動的關鍵，實現網絡智能管道化的核心和基礎。網絡引入策略管控系統和機制，依據業務的實際需求動態地控制底層網絡資源的配給，根據上層業務平臺及認證系統的各類信息請求，生成控制策略，調整優先級策略，下發到承載網及移動分組域的邊緣設備，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。國內外主流電信運營商已開展流量和策略管理系統相關研究與實踐，實現合理和充分地調度網絡的資源，充分挖掘收入增長潛力。智能管控系統包括感知分析、策略控制、流量調度等功能。

2.1.1感知分析技術提升網絡的感知能力

感知分析技術可多維度、多粒度、全方位采集終端、網絡各層面、業務應用、用戶/合作伙伴的狀態信息。目前移動互聯網已進入高速發展的階段，用戶需求和行為特征逐漸呈現多樣化和個性化趨勢，要求網絡能夠根據用戶和業務的等級、身份和需求等提供差異化和定制化的高質量服務，包括DPI技術、用戶行為分析技術、智能DNS技術、接入網優化技術等。

2.1.2策略控制技術提升網絡的策略管控能力

PCC通過網絡感知分析的結果作為策略調度和執行的依據和基礎，動態制定調整并發送相應的策略和規則給流量調度系統，流量調度系統根據收到的調度策略和規則進行流量調度。

移動網絡策略控制主要以3GPP的策略和計費控制（PCC）架構為核心，固定網絡策略控制以TISPAN和ITU-T的資源和準入控制（RACS）架構為核心。

目前，以3GPP為代表的移動網絡策略控制、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架構，直到R10的增強PCC，目前整個框架已基本完成。PCC架構主要由策略和計費規則功能（PCRF）、策略和計費執行功能（PCEF）以及用戶策略數據庫（SPR）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。PCC可以基于業務、用戶、使用流量、位置/時間、接入類型等多個維度進行管控，考慮現網業務的需求，結合廠家設備成熟度，PCC可分階段部署，具有PCC系統的移動網絡如圖2所示。

圖2 具有PCC系統的移動網絡

目前PCC技術還處于前期研究、探索、試點階段，但相對而言移動網絡比固定網絡發展速度要快一些，同時標準組織正在致力于推出基于固定移動融合的策略控制架構。融合策略控制系統的研究主要在3GPP和BBF開展，主要涉及WLAN和Femto接入EPC核心網時的策略控制的實現。互通方式的研究基本結束，融合方式的研究預計2012年3月完成。國內外通信廠商也有相應的產品原型跟進，但尚不完善，缺乏通用性。

2.1.3流量優化調度技術提升網絡的流量控制能力

流量優化調度技術是通過流量運營分析支撐平臺將分散在Radius、GGSN等各基礎網元的用戶上網日志進行集中分析和挖掘，并支撐精細化流量資費和營銷策略，如開展流量價值小區分析等。網絡流量優化調度技術主要包括流量壓縮技術、流量控制技術、內容引導技術等。

2.1.3.1網絡流量壓縮技術

流量壓縮技術針對終端瀏覽類的流量進行壓縮，對壓縮內容進行適配，優化相關傳輸協議，可實現提高傳輸效率、提升用戶體驗、緩解擴容壓力。可通過新增流量壓縮網關，引入終端普遍支持的壓縮算法，流量壓縮需要引起額外系統開銷，可能會造成一定延遲，需要考慮和Web緩存系統進行配合使用。隨著網絡規模的不斷發展，可通過定制終端瀏覽器引入增強的壓縮算法和HTTP協議優化的應用，進一步提高用戶體驗，應用效果一定程度上依賴瀏覽器的推廣進程。網絡流量壓縮架構如圖3所示。

各大國內外移動運營商都部署了流量壓縮系統，優化流量，提高用戶體驗。為了應對移動網絡下瀏覽類流量劇增對網絡帶來的壓力和提高用戶體驗，部署流量優化壓縮系統已經成為全球運營商的一致選擇。

2.1.3.2網絡流量控制技術

流量控制技術的原理是優先丟掉低價值業務的流量，保證高價值業務流量的質量，根據現網問題和業務發展從出口向網絡邊緣縱深發展進行流量控制系統部署。流量控制系統架構如圖4所示。

目前我國電信運營商省網出口基本已經部署了流控系統，考慮當前WLAN分流作用尚不明顯，所以短期主要在2G網絡移動接入網關處部署流控系統。隨著網絡規模的發展，一方面考慮WLAN分流作用已突顯，在WLAN接入網關部署流控系統，另外，電信運營商各省可根據移動數據業務流量情況考慮在移動接入點部署流控系統。

2.1.3.3內容引導技術

內容引導加速部署基于統一的分布式緩存系統和全網策略決策控制中心，實現諸多業務訪問的統一引導和分發。

電信運營商均已建設各自的Web Cache和P2P Cache網絡，初期進一步建設形成分布式Cache系統，支持IDC簽約內容的一點接入全網分發，同時隨著P4P技術的使用，并部署配套設備。隨著網絡規模的不斷發展，根據自營業務需求擴展邊緣節點數量和能力，向自營業務下載量大的提供CDN分發服務，如視頻、音樂；隨著網絡的進一步發展，將基于基礎設施積累的熱點內容進行聚合和增值，如多屏分發，個人網盤。當前運營商均有自建的內容分發網絡CDN、Cache網絡，需要不斷擴容和新增相關設備以提升用戶對發展迅猛的數據業務的需求。

2.2 網絡開放和自助指配

網絡智能管道能力開放和自助指配是在智能管道體系架構逐步成熟的基礎上，通過向用戶或第三方開放網絡資源和能力，實現具體業務與QoS控制的結合、用戶自主自助選擇業務，獲得按需的資源分配和服務提供，使用戶根據需要即時調整網絡資源，進而為最終用戶提供靈活自由的QoS按需控制服務。目前在國際國內，智能管道能力開放和自助指配都尚無成熟規范，而用戶和應用提供商具有實際而迫切的需求。

世界主流電信運營商，如Vodafone、Verizon、Orange、Telefonica、Sprint等都在探索、實踐網絡能力的開放，相關標準組織也廣泛參與，從自身職責角度進行相關的標準制定及技術推動，以保證移動網絡能力開放的統一性及安全性。GSMA制定了一項名為OneAPI的計劃，致力于為全球移動電信運營商定義一個通用API集，以便為應用開發商提供開放的網絡能力，并解決其中的安全管理、策略實施、支付調解、商業戰略和業務模式等重大問題。

網絡資源和能力的深層次開放，使第三方更方便地調用網絡的資源和能力，主要涉及基于表述性狀態轉移（REST）技術的業務能力開放應用程序接口（API）技術等。

表述性狀態轉移（REST）是一種針對網絡應用的設計和開發方式，指的是一組架構約束條件和原則，是一種新的基于Web的架構風格，并定義一系列的設計準則，目的是為了降低開發的復雜性，提高系統的可伸縮性。其主要設計準則包括網絡上的所有事物都被抽象為資源、每個資源對應一個唯一的資源標識符、通過通用的連接器接口對資源進行操作、對資源的各種操作不會改變資源標識符、所有的操作都是無狀態的。

基于REST技術的業務能力開放API技術吸收和借鑒了互聯網的開放模式，具備了開放、融合的特性，整合通信網與互聯網2種異構環境下的各類元素，將傳統電信網能力通過封裝，形成REST風格的統一API接口，向應用開放基礎通信能力，并將通信網絡的網絡和業務能力以適合應用的模式向其進行開放，向各類應用提供統一的能力調用方法。基于REST的電信業務能力開放架構圖如圖5所示。

我國電信運營商已經在中國通信標準化協會CCSA主導研究并制定了 《基于表述性狀態轉移（REST）技術的業務能力開放應用程序接口（API）系列標準》、《基于表述性狀態轉移（REST）技術的業務能力開放平臺技術要求》等行業標準，從而推動我國網絡能力的開放。

自助指配技術實現用戶自主、自助選擇業務，獲得按需的資源分配和服務提供，使用戶根據需要即時調整網絡資源。

網絡自助指配技術是實現按需向用戶提供網絡資源的關鍵步驟，是網絡智能化能力的直接反映。自助指配可以實現用戶自主、自助選擇業務，獲得按需的資源分配和服務提供，使用戶能根據需要即時調整網絡資源，讓用戶在調整期間享受高帶寬的體驗，包括用戶相關資源信息的靈活獲取、自助資源的個性化呈現以及用戶指配請求的實時執行。

自助指配的實現需要IT系統、資源系統和網管系統等支撐系統的協同配合，自助指配能力提升應關注終端管理和終端即插即用技術，由傳統基于SNMP協議的模式，向更為靈活的基于業務/用戶和XML技術的管理模式轉變。自助服務提供的服務內容包括瀏覽業務套餐，用戶訂購業務套餐，查詢流量使用情況，用戶查詢話單記錄，用戶查詢產品訂購關系，用戶退訂產品。網絡自助指配技術架構圖如圖6所示。

目前，我國電信運營商在通信標準化協會（CCSA）主導研究制定的《智能型網絡總體框架和要求》對自助指配有明確的要求，從而推動網絡自助指配技術的發展和實施。

2.3 網絡數據中心和內容分發網絡

網絡數據中心（IDC）是電信部門利用已有的互聯網通信線路、帶寬資源，建立標準化的電信專業級機房環境，為企業、政府提供服務器托管、租用以及相關增值等方面的全方位服務。

隨著網絡不斷的智能化和開放，IDC將具有新的內涵和概念，IDC需求將日益增強。網絡開放的數據和信息可存儲在公共的IDC，方便第三方調用，也可提供高端的數據傳輸服務和高速接入服務。IDC將逐步成為網絡的重要基礎設施和基礎資源。

網絡的另一個重要基礎能力是內容分發能力。內容分發網絡（CDN）是在現有網絡基礎上搭建起來的一層智能虛擬網絡，針對視頻業務訪問量大、數據量大、網絡帶寬小、網點分布不均的特點，可以使網絡性能得到改善，業務服務質量得到提升。現有網絡單純通過擴容、建設基礎傳輸及承載能力，從物理意義上提升網絡帶寬，不僅成本高昂，而且無法跟上互聯網視頻業務發展的步伐，不能很好地緩解視頻類業務增長與網絡性能下降之間的矛盾。CDN的基本思路是盡可能避開互聯網上有可能影響數據傳輸速度和穩定性的瓶頸和環節，使內容傳輸得更快、更穩定。通過在網絡各處放置節點服務器所構成的在現有的互聯網基礎之上的一層智能虛擬網絡，CDN系統能夠實時地根據網絡流量和各節點的連接、負載狀況以及到用戶的距離和響應時間等綜合信息將用戶的請求重新導向離用戶最近的服務節點上。其目的是使用戶可就近取得所需內容，解決Internet擁擠的狀況，提高用戶訪問網站的響應速度。CDN支撐高價值業務的智能快速分發。CDN架構如圖7所示。

2.4 安全機制和優先服務機制

網絡智能管道化差分的安全機制和優先服務技術可保證用戶敏感信息在不同類型的業務上，具有不同的安全級別，針對不同類型的業務和不同信用度的機構開放不同級別的敏感信息，保證用戶發送的信息具備不同的加密級別，并根據不同密級要求對傳送的信息進行加密處理，保證特殊業務只對指定的群體開放，不泄露、不超界。隨著網絡智能化的安全機制、優先服務機制等能力的增強，將來也有可能作為重要的服務能力向第三方或應用提供服務和支撐。

網絡智能化涉及的系統復雜、用戶種類多、業務豐富，區分不同的安全級別和優先服務需要相應的安全機制和保障技術，可利用傳統的技術，如HTTP digest鑒權加密技術，也可通過開發新的安全技術區分智能化后網絡的業務和應用。

3 結束語

網絡智能管道化將實現用戶可識別、業務可區分、流量可管控、網絡可管理，并成為用戶首選、網絡規模和能力領先的網絡。從用戶體驗角度出發，需要達到業務自動適配、接入靈活便捷、快速響應的自助服務、滿足個性化需求，確保用戶的綜合感知良好。從網絡發展方面，要體現帶寬規模提升、接入靈活協同、資源快速支配、質量重點保障的端到端差異化服務。

網絡智能管道化技術將面臨許多難題和新的挑戰，同時隨著網絡智能化的不斷發展，還將引入或引發很多新的技術，新技術發展還不成熟，但對現有網絡影響較大，需要不斷跟蹤并深入研究網絡智能管道化涉及的技術。

［1］3GPP TS 23.203 Policy and charging control architecture ［S/OL］.［S/OL］.［2012-01-09］.http://www.docin.com/p-105041653.html.

［2］智能型網絡總體框架和要求［R］.北京：工信部電信研究院通信標準研究所，2011.

［3］基于表述性狀態轉移（REST）技術的電信業務能力開放平臺技術要求［S/OL］.［S/OL］.［2012-01-09］.http://www.cqvip.com/QK/97902A/201103/38382588.html