全網IP化對于移動互聯網發展的促進作用

黃恒

【摘要】 2009年我國3G牌照發放以來，移動互聯網高速發展，截止2012年移動通信用戶已達到11億多戶，其中3G用戶超過2.34億戶，3G用戶滲透率已經超過了20%，2013年3G業務快速增長與移動通信剛性需求等因素推動我國3G用戶發展加速，預計2013年中國3G用戶將增長1.5-1.8億戶，用戶規模突破3億戶，用戶滲透率超過30%。移動互聯網的高速發展引發信息通信產業深刻變革

【關鍵詞】 互聯網時代 電信運營商 全網IP化 移動互聯網

一、引言

我國3G牌照發放以來，各電信運營商的3G用戶規模快速增長，用戶滲透率逐步提高，但電信業賴以生存的各個方面都在經受空前嚴峻的挑戰：大量互聯網新業務的出現，使得電信運營商的話音業務和有限的增值業務不斷貶值與被邊緣化；智能手機、平板電腦和智能電視等大量新型終端的出現，在帶來巨大的網絡流量和信令壓力的同時，引領了信息通信業務的發展，也使得運營商的傳統主導性和重要性逐漸降低；產業鏈的重點和利潤向上層業務與終端轉移，以蘋果、谷歌為代表的新型、輕型運營商憑借技術、業務和商業模式的創新，大舉進入電信服務業，并獲取了大部分利潤。電信企業要怎樣轉型，由電信化企業轉型為移動互聯網企業適應新業務、新形勢的發展需求，變的越來越迫切。

根據愛立信的統計，從2009年第四季度開始，移動通信數據流量就已經超過了語音流量。根據預測到2015年全球的移動數據業務比2011年增加26倍，屆時移動數據流量中將有60%為視頻業務。2010年中國移動公司的忙時數據流量占到全網41%的帶寬，中國移動本身的數據流量2012年已經超過了整個移動話音流量。“電信業務正在趨向于互聯網化。”

電信業務趨向于互聯網化不僅僅來自于內部的轉型需求，更多的還來自于外部競爭壓力所迫。騰訊推出微信、小米推出米聊、蘋果的iMessage、Viber提供免費電話、aceTime支持iphone和ipad用戶的免費電話以及視頻通話，這些免費的應用給運營商帶來了沖擊。正如中國移動集團總裁李躍所說：“互聯網商業模式對我們的競爭，十年來從來沒有間斷過，始終給公司巨大壓力。如果沒有政府的保護，電信運營商沒有各種進入門檻，我們的語音業務，就有可能被互聯網公司取代。”隨著智能手機快速普及，用戶使用移動智能終端比例大幅增長，2013年預計使用智能手機的比例將超過50%。

二、微信等移動互聯網OTT業務快速發展對于運營商移動網絡的影響

業務需求越來越多樣化，帶來時延短、速度快、流量大等特點，從去年開始，以騰訊微信為代表的OTT業務（指互聯網公司越過運營商，發展基于互聯網的業務）開始蠶食電信運營商傳統語音、短信業務市場。根據工信部今年數據顯示，由于微信、微博等業務的替代效應，運營商的點對點短信業務量有了明顯的下滑，但OTT業務的快速發展對于電信運營商的網絡信令資源的占用又成幾何式的增長，終于引發了今年4月份中移動與騰訊同臺論戰，并引起了微信是否應該收費的全民關注。

以下我們從技術層面解析下為什么微信OTT業務快速發展會嚴重擠占電信運營商的網絡信令資源，電信運營商可以通過什么方式改變此現狀。

隨著這兩年智能手機快速普及，類似手機QQ、手機微博、微信等手機應用軟件的使用，會帶來大規模小數據量的頻繁交互，該類業務流量的建立和釋放一般是通過信令信道承載的。

那么，頻繁的小流量數據交互大量消耗信令信道資源，導致信令量的增幅遠大于業務流量的增幅。簡單來說，這些應用會周期性地向應用服務器發送報文保證用戶永遠在線的狀態，引起已釋放的連接重建。為了保持永遠在線的狀態，各種應用客戶端會向服務器不斷發送“心跳”，保持其“永遠在線”狀態。

根據統計，智能終端上這類軟件所引發的無線信令流量是傳統非智能終端的10倍以上，這進一步增加了智能手機產生的信令。同時，必然會影響終端與網絡之間的空中接口的信令處理能力，那么一旦信令信道發生擁塞，就會導致空口資源的調度失控。這時，即便空口資源是空閑的，終端也無法使用。這種情況很容易引發雪崩效應，當終端申請不到空口資源或鏈接不上網絡，就會不斷重試，導致信令信道更加擁塞，直到癱瘓。

三、移動核心網網絡的演進對于移動互聯網的改變

那么我們討論下相應的信令風暴在國內各運營商的網絡中各有什么影響呢，當前國內三大運營商核心網側設備絕大部分已完成設備硬件升級，核心網網元設備已升級至軟交換設備，實現了控制與承載相分離，但國內網絡升級的模式是2G網絡與3G網絡疊加組網，還未全網升級至3G網絡，只是部分局向完成了IP化升級，相關網元內部實現了信令IP化承載，全網絕大部分網元之間的信令還是承載在原有2G、2.5G的TDM網絡上。因此當前類似微信這樣“永遠在線”的應用，對信令的占用更多的是在傳統2G、2.5G的網絡上，如果“心跳”過快過多，就會導致運營商的網絡出現問題，甚至癱瘓，但在3G網絡應該游刃有余了，下面我們分析下不同時代的網絡結構下用戶的上網方式：

讓我們先從2G網絡聊起吧，遙遠的2G時代（10來年以前），數據通信設備還未普及時，這個時期還沒有針對數據通訊的分組交換設備，移動網絡主要分為接入網和核心網。接入網就是2G時代的基站（大家隨處可見的大鐵架子）和基站控制中心，手機用戶通過最近的基站，注冊并可以使用短信和通話等服務。 核心網就是完成各種電路交換，幫助海量用戶接通電話或者短信的核心設備（可以理解為云端核心的服務器）。通過電路交換域可以上網么？答案是可以的，可以通過附加模塊使用數據服務，但是速率非常低，十幾K。關于升級？接入網的設備眾多，部署艱難，費用昂貴，相對而言設備制造商的利潤也高，一賣就是以萬臺為單位，遍布全國。核心網設備智能化程度高，設備數量少，容易直接升級換代，反而容易成為購買基站后的贈品。以上的特征從2G到4G都適用，即：運營商升級核心網比較容易，升級接入網很艱難。

2.5G到底是什么：大部分用戶經常有疑問：同樣的手機，同樣的語音短信服務，為啥開通了上網服務的號碼就是2.5G，其實手機，基站，電路域都沒有硬件上的變化，只是增加了分組交換設備（分組域），把需要上網服務的手機用戶引導到這邊來實現。分組交換域的主要設備就是GPRS服務節點（SGSN和GGSN），它讓希望享受上網服務的2G用戶可以直接接入互聯網（通過BSS，SGSN，GGSN，再到WAP網關或3W網關）。所以作為我們通訊設備商來說，其實只有2G和3G的區別，2G接入網可以和3G核心網互通（比如上圖），3G接入網也可以連通2G核心網。2.5G更多的是個形象比喻，可以GPRS上網的2G用戶。大家觀察上圖，最明顯的特征是：BSS（2G接入網）同時和電路域及分組域相連，公用空中信道。也就是說，上網所占用的信道過多，總信道容量是一定的，確實可能導致傳統語音短信與上網服務難以共存。舉個例子：空中信道的功率是可以由運營商隨時設置的，以前豐澤大樓上網的同事很多，當打電話的同事一多，手機上網有時就不靈了，打電話給網管后臺進行特殊設置，就可以解決局部網絡擁塞問題。這也折射出接入網容易成為業務性能瓶頸。 3G網絡有什么好處，會不會發生信道擁塞？3G網絡對于2.5G網絡上的進化在于：電路域進一步把語音和信令分離，引入多媒體網關，能力更強，且統統把底層協議改造成基于全IP。這個并不太重要，重要的是海量的2G接入網鳥槍換炮成3G接入網。所謂3G或4G的核心技術，都是在接入網上的尋址方式革命，理論上可以把信道總量，資源及連通效率提高數十倍以上（4G更高）。

四、全網IP化對于移動互聯網發展的促進作用

3G時代是否會發生信令擁塞事故？

接入網的容量即能力大幅提升，基于IP的全網互通，目前的壓力理應不再是瓶頸，但如果實時海量數據業務成十倍的提升，也有可能迎來新的擁塞故障。核心網的全IP升級和容量提升相對容易很多，通常不會成為業務瓶頸。 用戶上網的信令流程是怎樣的？很簡單，通過信令來回握手建立協議上下文，然后數據包就可以飛來飛去了，除非一方斷開數據鏈路。

因此要支撐當前人們使用類似微信這樣“永遠在線”的智能應用的業務需求，還需要運營商修好內功，做好網絡升級部署，適應網絡技術的演變，市場的快速發展，做出相應的變革實現移動互聯網快速轉型。

人們建立了移動互聯網來對通信進行革新，同時為電信運營商、應用開發商、服務提供商及其客戶帶來眾多想所未想的機會。但移動互聯網不僅僅是使互聯網移動起來，它還為數以百萬計的移動電話用戶提供了個性化的、基于位置和時間的隨時隨地的服務。

互聯網協議（IP）技術是推動移動互聯網成為現實的動力，它能夠順暢處理移動網絡上所有類型的通信。人們付出了巨大努力來開發支持新型實時移動互聯網服務的新IP標準。有許多工作組，其中包括第三代合作項目（3GPP）和互聯網工程任務組（IETF），都在努力構建一種支持移動通信的全球IP網絡。

這一工作考慮到了以前所獲得的經驗，即任何通信種類的發展都是一個漸進的過程和自然的結果。移動互聯網將建立在現有的和即將出現的技術之上，從無線應用協議（WAP）和通用分組無線業務（GPRS）到高速第三代（3G）業務。

為了理解全IP網，有必要先來了解IP。IP是正在持續發展的一組重要技術，互聯網協議第6版（Ipv6）將有望實現幾乎無限的地址容量。作為一種能夠傳輸數據、話音和視頻且不會犧牲質量或性能的真正的多媒體技術，IP已經顯示出了巨大的潛力。移動網的IP化對于網絡發展意義十分重大，它能夠有效提升網絡的性能、新業務支持能力和用戶體驗，并且保證移動網的長期演進和發展。

構建更安全的架構：區別于傳統的TDM網絡，IP網絡具有靈活的自主路由尋址能力，這樣可以很方便實現移動網元之間的備份功能，保證BSC/RNC實現到主備MGW/SGSN的備份，或者BTS/NodeB到BSC/RNC的備份，這樣在這些網元節點故障情況下，業務能夠得到恢復保護。更高的容量和帶寬：HSPA技術引發高達5倍于GSM的傳輸帶寬需求，傳統SDH方案面臨資源瓶頸，并且擴容難度較大。采用IP組網方式能夠為基站提供FE/GE接口，FE相當于50個E1的帶寬，基本上可以一勞永逸滿足基站的帶寬要求。同時，整個網絡能夠提供10GE以上的帶寬，接入更多的基站，而且保證接入基站同時可以接入更多的其它業務。更低的建設和維護成本：傳統E1、SDH、微波建設和擴容成本較高，HSPA技術將引發傳輸成本飚升，網絡需要持續擴容；而且基于TDM方式傳輸資源難以共享，帶寬資源利用效率低。采用IP組網方式后續端口擴容少，相比傳統的TDM組網，IP設備成本和網絡維護人力成本低。更高的復用效率，可提供差異化服務：傳統TDM組網方式采用剛性管道模式，不同接口之間的帶寬無法共享，帶寬資源復用效率較低；而且不能針對業務進行分類傳輸管理和差異化服務。基于IP分組的組網方式可以在鏈路上進行帶寬復用，有效提升帶寬資源的利用效率。

IP組網支撐更豐富的業務，提升用戶體驗：從實用經驗來看，傳統SDH組網很好適應了語音業務的承載，但是對于多業務支持，特別是IP業務支持方面能力較弱。基于IP的組網不僅可以解決語音業務的承載，而且可以實現綜合業務承載，提供網絡資源利用效率，實現增值。基于IP的彈性管道（200ms緩存、WRED流控技術支撐）很好適應了數據業務的TCP流量機制，傳送效率和速度更快，能夠提升用戶體驗。可平滑演進支撐全扁平化的移動網絡架構，支撐FMC架構：基于IP的組網天然可以支持基站之間的本地交換，RNC/BSC之間的本地交換，這樣可以支撐構建一個完全扁平化的移動網絡架構（LTE/SAE：致力于推進移動網絡的扁平化）。

根據移動互聯網的技術發展趨勢與我司移動網絡演進的方向，集團總部針對移動網絡全網IP化的進程進行了統一的部署，明確了中國聯通IP化改造的安排。計劃2013-2015年完成移動核心網IP化改造，IP化的推進將有效降低移動長途網絡建設投資，最終實現現有5張長途網的整理，將簡化現有分層的網絡結構，提升投資效益，降低網絡運行成本，節省傳輸帶寬，降低承載網絡建設成本，將為公司網絡升級至4G打下堅實的基礎。

五、我司集團總部對于全網IP化進程部署

按照集團總部移動網絡IP化的演進，整個過程將分三步：第一步將全網范圍內實現移動語音網的IP化，第二步將分區域按需求實現無線接入側的IP化，第三步將根據發展需求稍后考慮信令及無線全IP化，逐步實現核心網、承載網、接入網全網的IP化進程，如圖1所示。

可以預見在我司完成全網IP化網絡改造后，將使我們能夠發揮移動互聯網服務的全部潛力。隨著現有移動技術之外的更多IP技術的出現，所有之前設想的服務都將變為現實。用戶正在普遍使用移動數據服務，利用現在許多網絡中的分組交換，移動電話用戶完全能夠利用移動互聯網的“實時在線”IP連接。現在，用戶可以通過移動門戶網站來獲得成套的移動互聯網服務，利用WAP支持和超文本傳輸協議（HTTP）用戶可瀏覽信息并輕松暢游其間，利用電子郵件進行信息傳遞是一種重要的應用，利用手機視頻軟件可以獲得各種多媒體視頻信息，利用移動定位將使應用能夠提供位置特定信息，如最新的交通情況。這些應用使移動互聯網服務不同于普通的互聯網服務將會極受歡迎，將會反過來促進IP技術的發展。