浅析智能管道及其解决方案

乔 ，陈晓辉，周 箴，曹 玲（烽火通信科技股份有限公司，湖北 武汉 430073）

0 前言

近年来，随着互联网业务的飞速发展，新兴的数据业务在消费者的信息通信行为中所占比例越来越大，而单用户的ARPU值却停步不前；同时，以谷歌、腾讯、苹果为代表的服务和终端提供商却在几乎没有对网络带宽进行投资的情况下，利用运营商网络为用户提供了丰富多彩的业务，并从中获取了大量的利润。

因此，运营商面临网络带宽不断增加，并不断投资建设网络的压力，另一方面却眼看着丰厚的利润被产业链新兴的崛起者轻易赚走。网络流量飞速上升，市场回报却上升缓慢甚至开始降低，（流）量收（入）差的扩大形成了目前电信运营商最不愿意见到的所谓“剪刀差”。

1 为什么要智能管道

为了避免成为单纯的“哑管道”，使自己的投资得到应有的回报，运营商开始积极转变。如何做好管道，如何通过创新实现管道的价值回归成了最迫切的问题。在这种背景下，以运营商和通信设备制造商为主的通信产业界提出了智能管道的概念，智能管道的目的在于为用户按需提供优化网络资源的同时，帮助运营商在不断增长的流量与成本控制间找到平衡，切实实现收入增长。因此，中国电信明确提出要做智能管道的主导者，中国移动也明确提出将网络发展方式的转变列为“十二五”发展首位，强调“要实现数据流量的精细化运营”。

关于智能管道，运营商提出了自己的理解。中国电信提出，智能管道要做到“用户可识别、业务可区分、流量可调控、网络可管理”，中国移动内部主流声音认为，“智能管道是对各种流量产生的效益进行分析，对高效益的流量进行QoS保障，对效益低的流量仅保证接通”。但是，在智能管道具体如何实现的问题上，业界却尚未达成统一，很多并非新生的概念伴随着智能管道又被重新提了出来。

用户在运营商网络中占用的流量越来越大，但是反馈给运营商的价值却停滞不前，新增的流量给用户带来了更好的用户体验，但利润却被SP赚走。因此，智能不是目的，通过智能改变商业模式，将管道的价值体现出来才是智能管道的根本目的。

为什么会出现“剪刀差”，究其原因，传统的“哑管道”只负责提供带宽、运送流量，无法对不同的通信需求提供不同的用户体验，因此运营商被迫只能卖流量、卖带宽。无论是偶尔上网看新闻的普通网民，还是每天24 h占满带宽下载电影的“影迷”，还是时常在旅途中需要大带宽快速发送文件的商务客户享受的都是一样的服务。运营商无法为不同用户提供差异化服务，导致在议价时直接面对最低端的客户，订出最低价格。

2 什么是智能管道

智能管道要帮助运营商实现价格回归，必须具有智能，而这个智能，就是能够为不同的客户、不同的业务提供差异化的服务，帮助运营商从卖流量、卖带宽转变为卖体验。智能管道必须能区分客户、区分业务，并能根据不同的客户和业务提供不同的服务体验。

对于偶尔上网浏览新闻和上网购物的用户，可以提供资费较低的流量包月业务，仅保证较小的带宽，不保证网络时延，通过低价策略和“长尾效应”吸收大量低端客户，并不断通过新业务将其培养为高端客户。

对于长期下载电影的娱乐型客户，可以提供带宽包月业务，提供足够的带宽，同时在网络忙时对其下载业务进行限速，避免影响价值更高的用户体验。

大学生的自主学习实际上是人格的自我完善和非智力因素的培养过程，是个体终身发展的基础。大学生的自身发展必须建立在自主性的基础上。自主性是现代人应具备的道德特征，是人的主体性最核心的规定，通过自主学习能够发展培养人的自主性。[1]

对于希望在短时间内快速交换文件的商务用户，可以提供加速卡业务，用户只需付出少量的费用，就能在较短时间内得到最大带宽、最小时延的网络服务。

对于长期使用某些业务的用户，例如对QQ用户，可以推出QQ VIP用户流量包月的优惠政策，在不增加用户支出的同时，通过帮助腾讯吸引更多VIP用户，来向腾讯收取费用。这可以帮助运营商将收入来源从B2C扩展到B2B。

对于对某些商品特别感兴趣的客户，可以通过分析其用户行为向其定向发布广告信息，从商品制造商处得到网络流量的补贴。

对于某些家庭，可以推出特定的家庭套餐。对孩子的上网行为进行管理，屏蔽不良网站，根据家长的要求提供上网行为报表，随时提供孩子的位置信息。

智能管道的应用还能列举出很多应用，而这一切应用的前提是：用户身份可识别、业务可识别、网络服务可动态调整。也就是说，知道用户的这些信息后，便可有针对性地为其提供差异化服务，通过提供不同的用户体验来实现价值。

3 实现智能管道的必要条件和关键技术

为了实现智能管道，网络应当满足巨大的带宽、用户身份和业务类型的识别、弹性和QoS、策略计费控制及资源和准入控制等几个条件，其中网络具备大带宽是基础，而其他几个方面是实现智能管道的核心和关键。

3.1 巨大的网络带宽

为了满足不同的用户体验，网络必须提供足够的带宽。如果没有足够的带宽支撑，不仅无法满足低端客户的最低连通要求，更无法满足高端客户的高品质体验。在这里值得一提的是，网络的带宽不是网络的某一部分提供的，而是全网端到端提供的。对于一个2 Mbit/s宽带用户来说，为了保证其2 Mbit/s带宽的体验，不仅仅是在用户终端和局端设备之间允许通过2 Mbit/s的流量，而应该是从接入到核心层，网络中的任何限制因素都会降低用户的体验。

当前，通信网络设备能提供的带宽越来越大。通信网的核心设备——路由器已经开始逐步支持40GE甚至100GE接口。而承载路由器接口的传送网设备（例如OTN和WDM）更是突破了单波长160G、单光纤数十T的容量。在用户接入部分，随着基于EPON/GPON甚至10G EPON/10G GPON的FTTx的不断部署，用户接入网络的速率从数Mbit/s向几十Mbit/s乃至几百Mbit/s迈进。

3.2 用户身份和业务类型识别

智能管道应能对其承载的业务进行区分，也能对使用这些业务的用户身份进行区分。在这里，用户的身份包括终端类型、地理位置、使用习惯等一系列能将该用户与其他用户区分开的信息。通过用户身份的识别，智能管道才能将提供差异化的用户体验变为可能。而对于业务的区分，则需要网络设备能够对通信过程中的关键信息进行识别，从用户数据包中挖掘出需要的信息，确定用户正在使用的业务。通过业务和身份的识别，智能管道才能真正做到识别5W（WHEN、WHERE、WHO、WHAT、HOW）信息。

用户身份的识别可以通过传统的PPPoE和IPoE协议实现，为了解终端类型、地理位置等信息，可对上述协议进行扩展或引入新的协议；对于业务类型的识别，业界普遍认为应通过引入深度包检测（DPI）技术来实现。由于其会增加网络成本和复杂程度，DPI可部署在网络边缘离用户较近的设备上 （例如接入基站的PTN设备、城域网的BRAS或SR设备上）。

3.3 弹性和QoS

智能管道还应是弹性的、具有灵活QoS的网络。所谓弹性，是指网络能够具有带宽的统计复用功能，利用不同用户不会同时使用最大带宽的客观规律，通过较小的总带宽满足所有用户的带宽需求。如果网络没有弹性，网络提供的带宽就必须是所有用户最大带宽的总和。而在有弹性的网络中，可能只需要提供1/3以下的总带宽即可，大大减少了网络投资。因此，要提供差异化的服务，则必须支持灵活的QoS功能。对于最重要的业务，在资源有限的情况下，网络要提供最快速的转发，最低的延时，完全保证带宽需求；而对于某些较低端的业务（例如网页浏览），可以降低时延的要求，仅保证连通性即可。

基于IP的数据通信网天然就是弹性的，而传统的基于TDM的传送网也在从刚性管道向IP化的弹性管道演进。比如当前的PTN、基于OTN的统一交换设备即结合了传送和IP设备的优点，是传送网的重要革命。此外，目前现网IP设备普遍支持基于Diffserv的QoS，但Diffserv能支持的质量等级数量有限，未来若要实现更加精细的基于用户身份和业务类型的QoS，Diffserv还需要进一步改进。同时QoS与用户身份、业务类型之间的映射关系也需要是灵活可配置的。

3.4 承载控制

承载控制系统相当于智能管道的大脑，是智能管道的关键。这一层关注逻辑层面，如果用水电来打比方，那么这一层就相当于在水管上安装了水龙头和阀门，在电路上加装电表，使其具备一定的管控能力。也就是说，策略控制系统能够依据业务的实际需求动态地控制底层网络资源的配给。策略控制系统的主要功能是根据来自上层业务平台及认证系统的各类信息请求，生成控制策略，下发到IP承载网及移动分组域的边缘设备，再对特定流量进行动态控制和处理，包括带宽分配、QoS等级设定、准入控制、灵活计费等。

移动网络控制策略方面，主要以3GPP的策略及计费控制（PCC）架构为核心。 固网方面，以TISPAN和ITU-T的资源和准入控制（RACS）架构为核心；总的来说目前还处于前期研究、探索、试点阶段，但相对而言移动比固网发展速度要快一些，同时标准组织正在致力于推出基于FMC的策略控制架构。

4 烽火通信对智能管道的考虑

烽火通信致力于在智能管道的建设中充分发挥专业化厂商的优势，立足“光通信专家”的定位提供高速的网络承载层产品和解决方案，为一切智能化手段的实施奠定良好的基础；同时，也基于智能管道的特点对现有的产品和解决方案进行不断优化和改进。

在超大容量传送领域，烽火通信拥有业界成熟先进的40/100G解决方案，超100G产品的部署和开发也在进行中。40G WDM/OTN相继在中国电信、中国联通等运营商取得应用；100G方面，早在2006年就已开始战略布局，先后承担国家973项目“超高速超大容量超长距离光传送基础研究”和国家863项目“100GE光以太网关键技术研究与系统传送试验平台研制”项目，开展了对160×100 Gbit/s 2 000 km的3U光传送系统的研究。目前，100G已经取得里程碑进展，解决了诸多关键技术难题，为后续产品的规模商用打下了坚实的基础；在超100G高速传送领域同样未雨绸缪，已经成功完成400G和1T的实验室测试；此外，也积极适应智能管道发展需求，推出基于OTN的弹性化管道解决方案，即通过在OTN平台引入统一交换架构、基于MPLS-TP的端到端OAM以及L2和L3层的分组处理技术，使得OTN平台的多业务处理能力由传统的刚性管道实现向弹性管道的转变，实现针对不同业务的资源调配能力和接入业务管理能力，最终实现不同QoS业务的可管、可控以及差异化管理。

针对专业化的移动回传领域，烽火通信同时提供系列化的PTN和IP RAN产品及解决方案，通过弹性管道实现基站回传业务的高效承载，并取得了广泛应用。PTN是按照传送设备思路构造的包交换设备，其在IP/MPLS路由器的基础上裁剪掉了无连接的IP特性，保留了MPLS的面向连接和流量工程特性，同时加入了传送设备的OAM，是SDH和路由器业务承载方式的融合；IP RAN则是路由器为适应基站回传网应用需求的一次进化，它在保留路由器丰富协议功能的基础上，引入了时间/频率同步，增强了OAM功能。在后续的发展演进中，两者的设备形态和功能特性有趋于一致的可能；目前，烽火PTN设备在全国已有几万端的部署，广泛应用于2G/3G基站回传网，并具备承载4G业务的能力。同时，IP RAN产品也已形成系列化，已在国内主要运营商进行试商用。此外，PTN和IP RAN均能提供基于Diffserv的QoS，为不同级别的业务提供不同等级的服务。

在下一代光接入领域，为满足智能管道对于大带宽的需求，烽火通信的PON OLT系统平台全面优化了架构设计，大幅度提升了系统交换能力和背板带宽，系统全面地迈入T比特等级，实现了EPON、GPON、10G EPON、XGPON、WPON的灵活混插，可以支持 1G EPON向10G EPON的平滑演进。配合类型丰富的ONU，可以根据客户需要提供从几Mbit/s到1 Gbit/s的各种带宽接入速率，彻底消除接入带宽瓶颈；在系统的可靠性方面，系统各关键部件均支持冗余保护。在线路保护方面，率先支持2种线路保护方案。在系统的QoS保障方面，针对智能管道的最新需求，提供了双重QoS保障能力。其中基于VLAN的优先级设置是系统基本QoS功能，而通过独有的LLID技术，基于每个业务或端口配置单独的LLID，再为每个LLID配置不同的QoS，实现了独有的虚拟ONU功能，实现多层次QoS管理。

此外，对于智能管道的其他关键技术，如DPI等，烽火通信也正在进行深入研究和部署，积极跟踪相关标准化进程，并主动与业界伙伴探讨，争取早日提供更完善的解决方案，为智能管道的端到端实现做出应有的贡献。

5 结束语

综上所述，智能管道的目的在于按需为用户提供优化网络资源的同时，帮助运营商在不断增长的流量与成本控制间找到平衡，最终实现收入增长；为了实现智能管道，网络应当满足巨大的带宽、用户身份和业务类型的识别、弹性和QoS、策略计费控制/资源和准入控制等几个关键条件，而其中网络具备大带宽是基础，其他几个方面是实现智能管道的核心和关键。

烽火通信致力于在智能管道的建设中充分发挥专业化厂商的优势，向广大运营商提供高速的网络承载产品和解决方案，并基于智能管道的特点对现有的产品和解决方案进行不断优化和完善，从而为一切智能化手段的实施奠定良好的基础。当然，智能管道的实现不仅是某种产品或技术上的突破，更是商业模式的整体变革，这需要在电信运营商的主导下有序进行。烽火通信将立足客户需求，致力于帮助运营商实现价值回归，最终实现整体产业链的繁荣。