全网IP化对于移动互联网发展的促进作用

黄恒

【摘要】 2009年我国3G牌照发放以来，移动互联网高速发展，截止2012年移动通信用户已达到11亿多户，其中3G用户超过2.34亿户，3G用户渗透率已经超过了20%，2013年3G业务快速增长与移动通信刚性需求等因素推动我国3G用户发展加速，预计2013年中国3G用户将增长1.5-1.8亿户，用户规模突破3亿户，用户渗透率超过30%。移动互联网的高速发展引发信息通信产业深刻变革

【关键词】 互联网时代 电信运营商 全网IP化 移动互联网

一、引言

我国3G牌照发放以来，各电信运营商的3G用户规模快速增长，用户渗透率逐步提高，但电信业赖以生存的各个方面都在经受空前严峻的挑战：大量互联网新业务的出现，使得电信运营商的话音业务和有限的增值业务不断贬值与被边缘化；智能手机、平板电脑和智能电视等大量新型终端的出现，在带来巨大的网络流量和信令压力的同时，引领了信息通信业务的发展，也使得运营商的传统主导性和重要性逐渐降低；产业链的重点和利润向上层业务与终端转移，以苹果、谷歌为代表的新型、轻型运营商凭借技术、业务和商业模式的创新，大举进入电信服务业，并获取了大部分利润。电信企业要怎样转型，由电信化企业转型为移动互联网企业适应新业务、新形势的发展需求，变的越来越迫切。

根据爱立信的统计，从2009年第四季度开始，移动通信数据流量就已经超过了语音流量。根据预测到2015年全球的移动数据业务比2011年增加26倍，届时移动数据流量中将有60%为视频业务。2010年中国移动公司的忙时数据流量占到全网41%的带宽，中国移动本身的数据流量2012年已经超过了整个移动话音流量。“电信业务正在趋向于互联网化。”

电信业务趋向于互联网化不仅仅来自于内部的转型需求，更多的还来自于外部竞争压力所迫。腾讯推出微信、小米推出米聊、苹果的iMessage、Viber提供免费电话、aceTime支持iphone和ipad用户的免费电话以及视频通话，这些免费的应用给运营商带来了冲击。正如中国移动集团总裁李跃所说：“互联网商业模式对我们的竞争，十年来从来没有间断过，始终给公司巨大压力。如果没有政府的保护，电信运营商没有各种进入门槛，我们的语音业务，就有可能被互联网公司取代。”随着智能手机快速普及，用户使用移动智能终端比例大幅增长，2013年预计使用智能手机的比例将超过50%。

二、微信等移动互联网OTT业务快速发展对于运营商移动网络的影响

业务需求越来越多样化，帶来时延短、速度快、流量大等特点，从去年开始，以腾讯微信为代表的OTT业务（指互联网公司越过运营商，发展基于互联网的业务）开始蚕食电信运营商传统语音、短信业务市场。根据工信部今年数据显示，由于微信、微博等业务的替代效应，运营商的点对点短信业务量有了明显的下滑，但OTT业务的快速发展对于电信运营商的网络信令资源的占用又成几何式的增长，终于引发了今年4月份中移动与腾讯同台论战，并引起了微信是否应该收费的全民关注。

以下我们从技术层面解析下为什么微信OTT业务快速发展会严重挤占电信运营商的网络信令资源，电信运营商可以通过什么方式改变此现状。

随着这两年智能手机快速普及，类似手机QQ、手机微博、微信等手机应用软件的使用，会带来大规模小数据量的频繁交互，该类业务流量的建立和释放一般是通过信令信道承载的。

那么，频繁的小流量数据交互大量消耗信令信道资源，导致信令量的增幅远大于业务流量的增幅。简单来说，这些应用会周期性地向应用服务器发送报文保证用户永远在线的状态，引起已释放的连接重建。为了保持永远在线的状态，各种应用客户端会向服务器不断发送“心跳”，保持其“永远在线”状态。

根据统计，智能终端上这类软件所引发的无线信令流量是传统非智能终端的10倍以上，这进一步增加了智能手机产生的信令。同时，必然会影响终端与网络之间的空中接口的信令处理能力，那么一旦信令信道发生拥塞，就会导致空口资源的调度失控。这时，即便空口资源是空闲的，终端也无法使用。这种情况很容易引发雪崩效应，当终端申请不到空口资源或链接不上网络，就会不断重试，导致信令信道更加拥塞，直到瘫痪。

三、移动核心网网络的演进对于移动互联网的改变

那么我们讨论下相应的信令风暴在国内各运营商的网络中各有什么影响呢，当前国内三大运营商核心网侧设备绝大部分已完成设备硬件升级，核心网网元设备已升级至软交换设备，实现了控制与承载相分离，但国内网络升级的模式是2G网络与3G网络叠加组网，还未全网升级至3G网络，只是部分局向完成了IP化升级，相关网元内部实现了信令IP化承载，全网绝大部分网元之间的信令还是承载在原有2G、2.5G的TDM网络上。因此当前类似微信这样“永远在线”的应用，对信令的占用更多的是在传统2G、2.5G的网络上，如果“心跳”过快过多，就会导致运营商的网络出现问题，甚至瘫痪，但在3G网络应该游刃有余了，下面我们分析下不同时代的网络结构下用户的上网方式：

让我们先从2G网络聊起吧，遥远的2G时代（10来年以前），数据通信设备还未普及时，这个时期还没有针对数据通讯的分组交换设备，移动网络主要分为接入网和核心网。接入网就是2G时代的基站（大家随处可见的大铁架子）和基站控制中心，手机用户通过最近的基站，注册并可以使用短信和通话等服务。 核心网就是完成各种电路交换，帮助海量用户接通电话或者短信的核心设备（可以理解为云端核心的服务器）。通过电路交换域可以上网么？答案是可以的，可以通过附加模块使用数据服务，但是速率非常低，十几K。关于升级？接入网的设备众多，部署艰难，费用昂贵，相对而言设备制造商的利润也高，一卖就是以万台为单位，遍布全国。核心网设备智能化程度高，设备数量少，容易直接升级换代，反而容易成为购买基站后的赠品。以上的特征从2G到4G都适用，即：运营商升级核心网比较容易，升级接入网很艰难。

2.5G到底是什么：大部分用户经常有疑问：同样的手机，同样的语音短信服务，为啥开通了上网服务的号码就是2.5G，其实手机，基站，电路域都没有硬件上的变化，只是增加了分组交换设备（分组域），把需要上网服务的手机用户引导到这边来实现。分组交换域的主要设备就是GPRS服务节点（SGSN和GGSN），它让希望享受上网服务的2G用户可以直接接入互联网（通过BSS，SGSN，GGSN，再到WAP网关或3W网关）。所以作为我们通讯设备商来說，其实只有2G和3G的区别，2G接入网可以和3G核心网互通（比如上图），3G接入网也可以连通2G核心网。2.5G更多的是个形象比喻，可以GPRS上网的2G用户。大家观察上图，最明显的特征是：BSS（2G接入网）同时和电路域及分组域相连，公用空中信道。也就是说，上网所占用的信道过多，总信道容量是一定的，确实可能导致传统语音短信与上网服务难以共存。举个例子：空中信道的功率是可以由运营商随时设置的，以前丰泽大楼上网的同事很多，当打电话的同事一多，手机上网有时就不灵了，打电话给网管后台进行特殊设置，就可以解决局部网络拥塞问题。这也折射出接入网容易成为业务性能瓶颈。 3G网络有什么好处，会不会发生信道拥塞？3G网络对于2.5G网络上的进化在于：电路域进一步把语音和信令分离，引入多媒体网关，能力更强，且统统把底层协议改造成基于全IP。这个并不太重要，重要的是海量的2G接入网鸟枪换炮成3G接入网。所谓3G或4G的核心技术，都是在接入网上的寻址方式革命，理论上可以把信道总量，资源及连通效率提高数十倍以上（4G更高）。

四、全网IP化对于移动互联网发展的促进作用

3G时代是否会发生信令拥塞事故？

接入网的容量即能力大幅提升，基于IP的全网互通，目前的压力理应不再是瓶颈，但如果实时海量数据业务成十倍的提升，也有可能迎来新的拥塞故障。核心网的全IP升级和容量提升相对容易很多，通常不会成为业务瓶颈。 用户上网的信令流程是怎样的？很简单，通过信令来回握手建立协议上下文，然后数据包就可以飞来飞去了，除非一方断开数据链路。

因此要支撑当前人们使用类似微信这样“永远在线”的智能应用的业务需求，还需要运营商修好内功，做好网络升级部署，适应网络技术的演变，市场的快速发展，做出相应的变革实现移动互联网快速转型。

人们建立了移动互联网来对通信进行革新，同时为电信运营商、应用开发商、服务提供商及其客户带来众多想所未想的机会。但移动互联网不仅仅是使互联网移动起来，它还为数以百万计的移动电话用户提供了个性化的、基于位置和时间的随时随地的服务。

互联网协议（IP）技术是推动移动互联网成为现实的动力，它能够顺畅处理移动网络上所有类型的通信。人们付出了巨大努力来开发支持新型实时移动互联网服务的新IP标准。有许多工作组，其中包括第三代合作项目（3GPP）和互联网工程任务组（IETF），都在努力构建一种支持移动通信的全球IP网络。

这一工作考虑到了以前所获得的经验，即任何通信种类的发展都是一个渐进的过程和自然的结果。移动互联网将建立在现有的和即将出现的技术之上，从无线应用协议（WAP）和通用分组无线业务（GPRS）到高速第三代（3G）业务。

为了理解全IP网，有必要先来了解IP。IP是正在持续发展的一组重要技术，互联网协议第6版（Ipv6）将有望实现几乎无限的地址容量。作为一种能够传输数据、话音和视频且不会牺牲质量或性能的真正的多媒体技术，IP已经显示出了巨大的潜力。移动网的IP化对于网络发展意义十分重大，它能够有效提升网络的性能、新业务支持能力和用户体验，并且保证移动网的长期演进和发展。

构建更安全的架构：区别于传统的TDM网络，IP网络具有灵活的自主路由寻址能力，这样可以很方便实现移动网元之间的备份功能，保证BSC/RNC实现到主备MGW/SGSN的备份，或者BTS/NodeB到BSC/RNC的备份，这样在这些网元节点故障情况下，业务能够得到恢复保护。更高的容量和带宽：HSPA技术引发高达5倍于GSM的传输带宽需求，传统SDH方案面临资源瓶颈，并且扩容难度较大。采用IP组网方式能够为基站提供FE/GE接口，FE相当于50个E1的带宽，基本上可以一劳永逸满足基站的带宽要求。同时，整个网络能够提供10GE以上的带宽，接入更多的基站，而且保证接入基站同时可以接入更多的其它业务。更低的建设和维护成本：传统E1、SDH、微波建设和扩容成本较高，HSPA技术将引发传输成本飚升，网络需要持续扩容；而且基于TDM方式传输资源难以共享，带宽资源利用效率低。采用IP组网方式后续端口扩容少，相比传统的TDM组网，IP设备成本和网络维护人力成本低。更高的复用效率，可提供差异化服务：传统TDM组网方式采用刚性管道模式，不同接口之间的带宽无法共享，带宽资源复用效率较低；而且不能针对业务进行分类传输管理和差异化服务。基于IP分组的组网方式可以在链路上进行带宽复用，有效提升带宽资源的利用效率。

IP组网支撑更丰富的业务，提升用户体验：从实用经验来看，传统SDH组网很好适应了语音业务的承载，但是对于多业务支持，特别是IP业务支持方面能力较弱。基于IP的组网不仅可以解决语音业务的承载，而且可以实现综合业务承载，提供网络资源利用效率，实现增值。基于IP的弹性管道（200ms缓存、WRED流控技术支撑）很好适应了数据业务的TCP流量机制，传送效率和速度更快，能够提升用户体验。可平滑演进支撑全扁平化的移动网络架构，支撑FMC架构：基于IP的组网天然可以支持基站之间的本地交换，RNC/BSC之间的本地交换，这样可以支撑构建一个完全扁平化的移动网络架构（LTE/SAE：致力于推进移动网络的扁平化）。

根据移动互联网的技术发展趋势与我司移动网络演进的方向，集团总部针对移动网络全网IP化的进程进行了统一的部署，明确了中国联通IP化改造的安排。计划2013-2015年完成移动核心网IP化改造，IP化的推进将有效降低移动长途网络建设投资，最终实现现有5张长途网的整理，将简化现有分层的网络结构，提升投资效益，降低网络运行成本，节省传输带宽，降低承载网络建设成本，将为公司网络升级至4G打下坚实的基础。

五、我司集团总部对于全网IP化进程部署

按照集团总部移动网络IP化的演进，整个过程将分三步：第一步将全网范围内实现移动语音网的IP化，第二步将分区域按需求实现无线接入侧的IP化，第三步将根据发展需求稍后考虑信令及无线全IP化，逐步实现核心网、承载网、接入网全网的IP化进程，如图1所示。

可以预见在我司完成全网IP化网络改造后，将使我们能够发挥移动互联网服务的全部潜力。随着现有移动技术之外的更多IP技术的出现，所有之前设想的服务都将变为现实。用户正在普遍使用移动数据服务，利用现在许多网络中的分组交换，移动电话用户完全能够利用移动互联网的“实时在线”IP连接。现在，用户可以通过移动门户网站来获得成套的移动互联网服务，利用WAP支持和超文本传输协议（HTTP）用户可浏览信息并轻松畅游其间，利用电子邮件进行信息传递是一种重要的应用，利用手机视频软件可以获得各种多媒体视频信息，利用移动定位将使应用能够提供位置特定信息，如最新的交通情况。这些应用使移动互联网服务不同于普通的互联网服务将会极受欢迎，将会反过来促进IP技术的发展。