智能管道的内涵与特征

赵慧玲，徐向辉

（中国电信股份有限公司北京研究院 北京100035）

近年来，互联网的高速发展促使运营商网络带宽能力不断增强。在固定接入网方面，用户接入带宽从512 kbit/s、2 Mbit/s到8 Mbit/s持续提升。随着光进铜退的部署，固定网络将普遍具备20 Mbit/s的接入能力，在三网融合试点城市将实现百兆接入带宽。移动接入网也将随着LTE等新技术的逐步引入，实现向移动宽带互联网时代的迈进。运营商网络能力的增强，为其深入开展全业务经营提供了有力支撑，也促进了更丰富的创新业务不断涌现，特别是以移动互联网、三网融合为典型代表的新应用和新运营模式的兴起，对运营商网络提出了更高的要求和技术挑战，主要体现在带宽需求的激增、质量保障的按需提供、互动体验的改进、数据流量流向不确定性的增强等方面。

在这种背景下，网络运营商需要在做大做宽管道的基础上，提升网络的智能性，实现基于用户需求和行为的智能资源匹配，使得网络由传统的粗放型管道向智能化管道转变，以支撑新型业务发展，为用户提供按需、灵活的体验和更便捷、个性化的服务。在此过程中，运营商在产业链中的角色也将由透明管道的提供者转变为智能管道的主导者。

智能管道理念在运营商中被广泛认同，虽然当前尚缺乏标准的诠释和完整的体系，但对相关网络技术和应用场景的探索一直在进行。如Verizon提出了High-IQ Networks的概念，并将其列入2011年的十大业务技术趋势[1]。

本文针对运营商网络发展趋势，结合国内运营商网络实际，提出了智能管道的内涵和整体架构，探讨了智能管道构建所涉及的关键技术和实施要点，并对智能管道所支撑的典型业务场景进行了展望。

1 智能管道的背景

（1）业务发展的多维度特征对承载网络提出新的要求

随着新的信息技术和应用的不断涌现，终端的多样化、业务种类的丰富化和通信模式的复杂化，使业务发展呈现以下特征。

·大宽带：基于视频的应用需消耗越来越大的带宽。

·互动性：远程医疗、远程教育、SNS（社交网络）等应用在体验上越来越强调互动性。

·实时性：在线游戏、远程监控、物联网应用需要网络支撑实时传送需求。

1.3 麻醉方法 腰硬联合麻醉8例，其中3例第1次腰穿失败后立即改全身麻醉，其余121例患者均为全身麻醉。

·流量和流向的不确定性：第三方CDN、P2P、云内容等应用增长带来数据流量流向的不确定。

·安全性：强调数据和网络的安全。

业务发展的上述特征，对承载网络提出了新的要求：高质量、可调控、保安全。即高质量地快速传送数据，特别是视频；动态调控资源，增强网络的自适应能力，合理分配资源；智能调控流量，缓解不确定的流量流向对网络资源的不合理消耗；提升网络管道的安全性，解决基于数据流的恶意攻击和信息窃取。

（2）云计算和移动互联网的发展对管道特性提出新挑战

云计算采用远端处理和存储的模式，除网络传送的数据量更多，对带宽的需求增大外，网络传送的质量指标对用户体验的影响更大，要求响应速度更快，质量更好。这些都对网络特性提出了新的挑战——智能化，即在识别出云应用/用户的基础上，进行智能带宽控制和匹配，并保障质量和通道安全。此外，网络自身的云化发展，要求以更合理的架构、更高的效率支撑新的应用。

同时，移动互联网终端移动性、接入便捷性、服务融合性、应用开放性、需求私密性、交互实时性等特征，要求移动网与固网融合、电信网与互联网融合。此外，随着移动终端智能化和高宽带应用的日趋丰富，对网络的控制能力提出更高的要求。

鉴于此，网络智能化成为国内外主流电信运营商的共同取向。

（3）通信服务的内涵和外延发生了根本变化

信息技术的进步和发展，用户的需求发生了变化，期望“多屏”生活方式，如远程控制电视、通过手机或电脑观看电视直播、创作视频发布给亲朋好友等。目前，Widget（微件）的个性化应用已达15 000多种，有专家预测其应用将超上百万种。人与人之间的沟通已突破了语音与短信的局限，呈多样化，用户每天花费大量的时间通过社交网络进行沟通和分享。调查表明：2010年10月，中国互联网用户平均每天上网9 540亿小时，其中，40%花在社交网络、15%在视频、10%在搜索。

总之，通信服务已不再局限于语音和短信，人与人之间的各种方式的沟通和分享，人与物、物与物之间的信息互通都属于通信服务的范畴，通信服务的内涵和外延发生了根本性变化。

（4）融合、竞争使运营商面临巨大挑战

国家推进信息化与工业化的深度融合以及推进通信、计算机、电视网三网融合，既是中国电信的发展机遇，也是挑战。

随着互联网、媒体、电信业的深度融合，产业价值链正在发生转移。移动互联网时代，由于缺乏对终端、手机操作系统标准方面强势的掌控力和话语权以及内容和应用主要依赖合作伙伴，中国电信在产业价值链中的地位正在被削弱。同时，IT、通信、媒体互联网、电视等产业界线越发模糊，越来越多的互联网企业、终端厂商、设备厂商进入信息通信业，使中国电信不仅面临中国移动、中国联通的全业务竞争，还面临上述众多企业的竞争。

总之，带宽能力需要更足，云应用、互联网视频等高带宽应用对接入网带宽、骨干网络容量提出更高要求。用户体验需要更佳，固网、移动网目前还不具备端到端QoS保障能力，移动网忙时忙区拥塞现象降低用户体验；融合服务需要更强，固网、移动网络提供业务分离，用户统一账号的接入和融合服务提供能力有待增强；资源利用需要更优，对P2P、视频等大流量应用缺乏有效控制和管理，占用空口等资源，提升视频等业务使用CDN资源的效率，整体网络流量价值有待优化。网络管理需要更全，网络管理能力需增强，应加强对资源状况、网络流量、用户及业务使用情况的分析和管理，并实现对网络资源的高效管理。

2 智能管道主导者的内涵与特征

智能管道的主导者，是指客户感知良好、运营管理方便、业务开通灵活，通过用户可识别、业务可区分、质量可控制、网络可管理，提供高速协同接入、资源自助指配、速率针对性保障的差异化服务，成为客户首选、综合能力最强的网络。

从客户体验的角度，智能管道具有方便快捷的多种接入方式、感知良好的速率和带宽、聚焦客户需求的自助式服务等特征。

从企业运营管理的角度，智能管道具有用户可识别、业务可区分、质量可控制、网络可管理；既能保证核心业务质量，又能实时控制网络资源消耗多、效益差的业务；网络与上层平台协同，保障各种业务的灵活开放等特征。

综上所述，智能管道具备规模高速覆盖的网络、资源快速指配的机制、接入灵活协同的能力和质量按需保障的服务，其内涵如图1所示。

规模高速覆盖，提供业务适配的宽带服务。积极推进“宽带中国·城市光网”，建设超高速（100 Mbit/s）宽带接入网络，城市家庭接入带宽普遍达20 Mbit/s以上；适时引入LTE，具备高速无线接入能力；规模提升骨干网、城域网、核心网带宽；引入 100 Gbit/s、10 Gbit/s、PON、IPv6 等新技术。

接入系统灵活，支持灵活便捷的接入服务。建成有线无线一体化、全面覆盖的宽带网络，用户可采用统一账号灵活接入不同网络，实现不同接入方式的协同；终端即插即用，自动适配，不同接入网络实现统一策略控制的协同，实现体验无差异化；引入IMS、策略控制等新技术。

资源快速指配，提高快速响应的自助服务。具备资源的灵活指配和定制化管理能力；按用户自助需求对带宽、时长、流量及服务等级等资源进行快速指配，提高业务自管理服务；按网络管理要求，对用户、业务所需资源进行定制化管理调配，包括分时段、按流量、分等级的精细管理。

质量按需保障，支持个性需求的高质服务。网络实现对用户信息和业务的感知及标识，差异化通道实现对重点业务及用户个性化需求业务的端到端质量保证；通过策略控制系统实现差异化管道的动态适应性配置，优化服务能力和流量价值；对用户进行流量限制约定，对资源消耗高、对其他业务影响大的业务流量进行管控。

3 智能管道的架构

在国际标准组织中，智能管道虽未作为明确的概念提出，但其涉及的网络资源控制及质量保障的相关架构一直作为下一代网络研究的焦点，包括移动网络、固定网络及其融合的范畴，其基本思路是通过策略控制层的引入将业务层需求与承载层处理关联起来。以3GPP为代表的移动网络策略控制和以TISPAN及ITU-T为代表的固定网络策略控制的标准架构均已发布。当前，3GPP正与BBF联合，力图推出固定和移动融合的策略控制标准架构和接口。

3GPP从R7开始定义了PCC（策略和计费控制）架构[2]，直到R10的增强PCC，目前整个框架已基本完成。PCC架构主要由PCRF（策略和计费规则功能）、PCEF（策略和计费执行功能）以及SPR（用户策略数据库）逻辑实体构成，分别完成策略生成、策略执行和策略签约功能，旨在通过网络资源与计费策略控制，为用户提供差异化的服务质量及灵活的计费策略，如图2(a)所示。

TISPAN在制定NGN系列标准时，针对NGN对QoS的需求，引入了RACS（资源和准入控制）架构，重点针对固定宽带，制定了边界网关以下的基于接入网资源的接纳控制、分配和管理，如图2(b)所示。ITU-T定义了RACF（资源和准入控制功能）架构，提供对接入网和核心传送网的端到端QoS控制，包括资源预留、接纳控制和门控。

为了实现不同标准之间的融合，更好地支持固定和移动融合业务，3GPP正联合BBF，从固、移策略控制系统的互通接口着手，并将进一步研究融合系统标准。

可以看到，这些标准虽然为智能管道架构提供了基础的依据，但一方面，缺乏对实现层面的具体化，如业务层关键参数如何提取并传递到控制层、网络层如何感知关键参数并按需控制底层网络；另一方面，在实际网络部署中，需要根据业务需求和网络实际情况，对标准架构和接口进行简化或适应性的选择。基于此，本文尝试描述运营商网络未来的智能管道架构，如图3所示。

承载层是智能管道建立的基础，无论是固定网络还是移动网络，均需要在具备基本的端到端QoS能力的基础上，通过网络感知能力的部署实现对各类流量的识别和区分，以根据控制层下发的策略对相应的流量进行处理。

与已有的业界标准架构类似，智能管道需要在运营商网络中增加策略控制层。策略控制层的核心是融合的策略控制系统，它相当于智能管道的“大脑”，通过统一的管理，完成业务需求到网络层的传递，实现对固定、移动网络资源的统一调度和分配。

智能管道的建立需要承载层与业务层进行联动与配合。业务层作为智能管道的需求提供者，各类业务平台需要将其特定的业务需求告知策略控制系统，尤其对于有动态控制需求的业务。同时，业务层的一些信息，如位置平台的用户位置信息、认证系统的用户属性信息等，也可以提供给承载层的感知点，作为承载层区分流量的依据。另外，内容分发网络在当前的业务平台中承担了非常重要的角色，很多视频类业务的提供都需要依赖于它，因此内容分发的智能化控制也属于智能管道的范畴。

4 智能管道支持的业务场景示例

对于运营商而言，智能管道业务的创新体现在为用户带来新的体验。例如，针对移动用户在热点地区接入困难的状况，可利用智能管道能力提供加速上网业务，实现高端用户的优先网络接入。这就要求依赖移动网络的QoS机制，分配给用户高等级关联接入的优先级，如移动网的金等级接入，实现空口资源的优先配给。又如，面向最终用户或后端的特定商家提供基于特定应用的优先保障服务，对于访问特定应用（如签约的网银、游戏等），提供端到端的QoS保障。

对于位置变化、终端切换等场景要求一致的业务体验，或具有动态带宽调整需求的用户，则需要结合网络感知和策略控制等更复杂的智能管道机制加以保障。例如，订购了带宽的视频用户从A地转移到B地，智能管道能够在第一时间感知到该用户的位置移动信息，进而下发策略将用户之前正在观看的视频内容地从A地推送到B地的内容分发网络业务提供节点上，同时在用户接入视频服务时告知承载层为其提供4 Mbit/s的网络带宽，实现了用户资源的随身而行；又如，用户从家庭上班到公司，终端也由电视变为手机等移动终端，则智能管道需下发策略将用户正在固定网络上观看的视频内容推送到移动网络上，使得用户可以在出门后利用移动设备继续观看之前在家收看的视频，实现用户在不同类型的网络和终端之间的无缝切换。

智能管道的目标是使用户能够随时随地获得相应的网络资源和QoS保障，其建设需要进一步强化承载层能力落地，使之真正能够满足上层业务对网络资源的动态需求。同时，还需要在深入调研用户需求的基础上，进一步推进业务的创新，以充分展现智能管道为用户带来的优质体验。

5 结束语

智能管道发展目标将以现网能力为基础，以用户体验为导向，用3～5年时间分阶段、分重点提升管道智能化，满足客户感知良好、运营管理方便、业务开通灵活等需求，成为客户首选、综合能力最强的管道，智能管道能够全面提升运营商网络的智能化水平，它的提出与完善将使运营商的核心竞争力逐渐演变为以用户需求和体验为导向的网络能力提升，从而促使传统运营商完成向服务提供商角色的全面转型。智能管道的构建必将成为下一代运营商网络建设的重大举措之一。

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