智能管道技术.docx

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智能管道技术

一．智能管道的背景

随着全球加速步入移动互联网时代，行业生态环境发生了重大改变。

电信行业已从服务与单一应用的传统模式，进入到各种差异性应用共存发展的时代，用户、终端及内容与应用提供商和运营商都深入参与，运营商网络面临前所未有的挑战。

数据显示，全球移动宽带用户数今年将突破10亿，在2015年之前将达到38亿，预计今年我国移动互联网用户数将超过传统互联网用户数。

从全球移动网络中语音和数据流量的状况来看，2009年末数据流量已超过语音流量，2011年数据流量已经超过语音流量的两倍。

三网融合下，运营商正在持续不断地开展宽带大提速行动，无论是固定宽带还是移动宽带。

然而，在各种新型终端和多媒体应用大量涌现的背景下，宽带提速只是三网融合初期运营商所采用的一种简单手段。

然而，体现运营商差异化竞争能力的关键不是宽带到底有多宽，而是宽带网络的性能好不好。

因此，运营商正推动着宽带网络从粗放式发展阶段走向智能化阶段。

中国移动提出了可称为“智能管道”的策略控制架构（PCC）方案，以应对IP流量冲击，实现差异化、精细化管控和网络运营。

二．智能管道技术的定义

--智能管道技术的定义和说明摘自--烽火科技DPI系统技术报告

什么是智能管道？

在互联网和数据通信过程中，通信数据流要经过三个相对独立的部分：

终端、管道和业务提供节点或网络。

管道完成用户/终端的接入认证、鉴权、业务交付，通常由运营商来运营，也就是目前的电信网络。

随着业务提供越来越多地由互联网来承担，电信网络的管道化趋势逐渐显现。

对用户而言，业务价值更多依赖于终端和互联网或云端业务网络能力，电信网络的价值被挤压为提供终端与互联网间的比特流传送管道。

智能化管道就是要避免终端与互联网对电信网络的管道化效应，对现有网络进行改造，增加智能，提升电信网络在端到端通信中的价值。

具体到网络架构和技术路线而言，就是对现有电信网络进行智能化改造，增加智能策略管理节点和管道识别各种业务流的能力，使网络对各种不同业务做到可视化、可区分、可控制。

在此基础上，结合用户类别、状态以及网络状况采取不同的优化、计费、QoS控制、路由、业务使能或触发等策略，从而提升用户体验和管道价值。

三．构建智能管道的意义和关键技术

（一）构建智能管道的意义

构建智能管道，最大的作用就是形成一个全新的产业环境。

在这个由“云、管、端”构成的新通信架构中，通过智能管道，智能管道核心可以对整个网络的资源实现合理和充分的调度，运营商利用这一条件，构建一个全新的产业环境，进而在用户、应用开发者、服务提供者和网络资源之间建立一个支持可持续发展的新体系。

在这个新体系中，智能管道核心可对整个网络的资源实现合理和充分的调度，从而更加灵活地提供业务创新空间。

建设“智能管道”，已成为运营商必然的选择。

因为它能帮助运营商重建在互联网产业链中失落的话语权。

智能管道的核心，一是识别不同的业务类型，进行控制和计费；二是通过深度包检测技术，判断用户的类别，提供不同水平的网络服务。

与传统IP网络基于IP包和路由策略实现的差异化带宽供给不同，智能管道需要运营商能够对整个网络的资源实现调度，从而建设端到端的智能管道。

而由于大量高带宽业务的存在，所谓端到端更多地是指用户到服务器的端到端概念。

因此，智能管道拥有四个层次：

1、能够实现对丰富应用的优先级设置;2、能够对不同的通信服务进行优先级设置;3、能够对不同的服务种类进行区分;4、可以通过网络优化，实现对接入质量的优先级设置。

（二）构建智能管道的三大关键技术

--智能管道三大关键技术的总结摘自--2011-09-26通信世界周刊

目前网络上的流量呈现出了严重的不均衡性：

少数“重量级”用户和P2P下载等低价值业务占用了大量网络资源；系统忙闲时流量差异大，导致系统利用率低；同一覆盖地区的固定移动网络之间以及不同移动网络之间负载不均。

传统的通信管道无法对流量实施差异化经营，打造对业务流可管可控的智能管道，做好流量精细化运营，是解决这一问题的现实手段。

智能管道的核心能力是对融合网络的可管可控，因此，多网协同的融合架构是打造智能管道的基础，对用户、业务和网络状态信息的感知是前提，策略控制与计费（PCC）功能是核心技术手段。

1.基于EPC的多网协同融合架构

全业务运营情况下，很多地区同时具有固定接入、2G接入、3G接入，未来还会有4G接入，支持固定移动多网协同与运营是智能管道的基本能力之一。

要想实现多网协同，就必须有融合的网络架构，由统一的核心网屏蔽和管理多种接入网络之间的差异，实现用户在多网之间的移动性管理和会话管理，保证用户在网络间切换时的业务连续性。

融合的网络架构必须能够向前和向后兼容以及平滑演进。

3GPP定义的SAE/EPC架构目前向上能支持IMS系统，向下能够支持GERAN、UTRAN、E-UTRAN、eHRPD、i-WLAN、Femto等接入技术，并提供不同接入技术之间的切换和互通，是业界公认的移动分组域网络演进方向。

目前3GPP和BBF正在分阶段地开展固网接入EPC的标准化工作，预计在未来1~2年内可以完成。

基于多网协同的融合架构，通过在网络侧部署接入网络选择功能服务器，根据WLAN、2G、3G、LTE等接入系统的忙闲状态和各种业务的特点，向终端动态下发网络选择策略和IP流路由策略，由网络指示终端就各种业务流优先选择哪个网络进行传输，例如将低QoS要求的业务从高负载的移动蜂窝网络卸载到WLAN网络中，从而在保证用户体验的同时，实现固网和移动网络之间、移动网络内部的流量均衡和智能流量管理。

此外，还可以利用本地分流技术方案，将数据网关功能下移，根据用户的接入位置为用户选择最合适的网关，从而实现路由优化，减少迂回流量和重复处理，提高网络资源使用效率和传输效率。

2.业务检测与网络状态感知

要想根据流量状况对业务流进行管理调度，首先要能感知网络忙闲状态并能识别出不同的业务流，也就是要实现“管道可视化”。

目前，业务流检测可以依靠DPI技术。

DPI除了对IP包4层以下的内容进行分析外，还增加了应用层分析，依靠特征库可以识别各种业务应用及其内容。

对于检测出来的业务流，可以由DPI设备根据预配置的策略进行正常转发、阻塞、限制带宽、标记优先级等处理。

在部署了策略与计费控制架构（PCC）的场景下，也可以将业务流的信息反馈到策略控制节点，由策略控制节点统一决策并指示策略执行节点执行相应策略。

网络状态的感知应当具体到用户所在小区，理论上可以通过无线网管从基站采集；或者通过基于DPI的网络监测设备，根据探测到的小区吞吐量、用户数、包处理时延等信息进行推算；或者由基站通过网络主设备实时上报到网络状态分析系统。

对网络状态信息进行周期性收集和分析，再结合用户位置信息，可以作为制定流量管理策略的依据。

3.增强的PCC技术

PCC是3GPP定义的通用策略与计费控制架构及功能，部署在分组域核心网侧，支持固定/移动各种接入技术，可以实现业务流级别的QoS策略控制、计费控制等功能。

PCC架构主要包括策略和计费规则功能PCRF及策略和计费执行功能PCEF两个关键功能实体。

PCRF是一个中心控制器，作为整个网络控制策略的中心控制节点，包含策略控制决策和基于流的计费控制功能，向PCEF提供关于业务数据流检测、门控、基于QoS和基于流计费的网络控制策略规则。

PCEF一般位于分组数据网关上，根据PCRF下发的规则执行业务数据流检测、业务流的QoS处理、业务数据用量的测量，以及在线计费和离线计费的交互等。

具体来看，PCRF可以根据用户和网络的综合信息，再依据运营商预定义的用户优先级规则、业务优先级规则、接入网络优先级规则、公平使用规则等策略逻辑，为用户的业务会话制定特定的策略控制规则，并发给PCEF执行。

这些信息可以包括以下内容：

用户签约信息、用户业务数据用量信息、应用服务器或业务检测设备提供的业务特征信息和QoS要求、网络状态分析系统提供的网络忙闲状态信息、数据网关提供的接入技术类型，以及用户当前位置等多维度输入信息。

特别的，对于多网协同的融合网络，PCEF可以分散部署在每个接入技术的网络中，而PCRF应该提供一套统一完整的策略，以便做好移动和固网之间的QoS映射和费用折算，保障用户使用不同接入技术时业务体验的一致性。

利用上述基于PCC的智能策略控制机制，可以在保障整个网络内部资源的合理分配和公平使用的同时，实现差异化服务和精细化运营。

四．智能管道建设思路

（一）国内外智能管道建设的实际情况

--国内外智能管道建设实际情况的总结摘自--通信世界周刊

目前很多国外运营商都已经展开了智能管道的建设，尤其是数据业务发达地区如欧洲、日本、香港等地一些高端运营商开展得比较领先。

其大都结合自身网络状况，有计划、有步骤地进行智能管道建设：

在初期无线带宽还相对较窄的阶段，移动运营商更关注宝贵的无线资源价值，更关注针对不同业务采用不同的计费方式，所以内容计费业务开展比较普遍；固定宽带运营商更关注P2P业务的带宽控制，避免其无休止地消耗网络资源，挤占其他业务的服务质量。

随着移动终端能力的提升，HSPA、LTE等宽带无线接入技术的引入，P2P、流媒体等高带宽业务逐步流行，移动运营商逐步考虑引入PCRF策略控制节点对不同业务的带宽和计费策略进行统一管理和控制，以缓解增量不增收的扩容压力。

随着智能管道建设的不断推进，有些运营商如沃达丰又引入了移动视频业务的优化技术来提升用户体验。

总之，运营商智能管道的建设应从基本技术引入开始，结合自身实际需求，有计划有步骤地展开。

从国内外业务的开展来看，内容计费作为最基本的能力已得到了最广泛的应用，此外，在欧洲FUP策略应用较多，在国内则更关注于忙时忙区、业务限速等策略，如何快速开展灵活差异的套餐运营也成为运营商关注的重点。

国外先进运营商都不约而同地采用了先移动后固网的建设思路，原因是3GPP有非常系统的发展路线图和建设思路，并且已经从框架层面充分考虑到了固网移动的融合，结合目前国内运营商的现状，类似的建设思路是可取的。

目前，国外先进运营商都已经普遍在移动网上实现了PCC架构，实现了智能网络的初级阶段，虽然还需要进一步强化固移融合和统一的策略调度，但已经给运营商提供了非常灵活的业务运作空间。

（二）中国移动智能管道建设的技术路线选择

作为共同目标，三大运营商需考虑利用智能管道技术实现网络资源优化，基于用户及业务的区分服务发掘新的商业模式，并提高网络运营利润率。

三大运营商现有网络基础设施及发展策略互有差异，其智能管道的技术路线各有侧重。

中国移动目前最迫切的问题是不断增加2G接入网的流量压力，因此需考虑如何实现基于用户和业务的区分服务，优化现有2G网络资源。

此外可以考虑策略性地引导部分用户的业务流到TD-SCDMA网络及Wi-Fi接入网以缓解2G网络流量压力。

作为中长期目标，中国移动可考虑将Cache、CDN等内容分发技术及云计算理念引入智能管道体系，并和OTT业务运营商合作实现端到端的智能管道解决方案及新的商业模式。

在智能管道的运营模式上，中国移动采取了“管道＋平台”的模式，即除了提供其擅长的通道外，将同时开放网络平台，为第三方业务服务商提供接口，这也是目前欧美主流运营商广泛采取的策略。

比起前几年“综合信息服务提供商”的转型口号，“管道＋平台”的模式提出表明运营商在转型过程中理性的回归，说明管道仍然是电信运营商的生存根基，是核心竞争力所在。

简单的说，中国移动的智能管道建设是通过部署流量控制、资源管理、策略控制、感知分析等承载控制层系统，对网络资源进行更好的管控，相当于给原有的网络增加了一个“大脑”，这也是管道智能化建设的核心。