面向智能管道的网络能力开放探讨

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付费下载自CNKI论文期刊网。发表于《信息通信技术》2012年02期。

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【作者中文名】 周光涛; 霍龙社; 甘震; 唐雄燕;

【作者简介】

周光涛 工学博士，高级工程师，现任中国联通研究院核心网研究室主任，主要从事下一代网络技术和业务研究工作，重点研究领域涉及未来网络架构研究、移动核心网络以及下一代互联网等。

霍龙社 工学博士，高级工程师，现任中国联通研究院核心网室高级研究工程师，主要从事移动通信和多媒体网络研究工作，重点研究方向为移动核心网网络能力开放、策略管控和网络融合等。

甘  震 工学硕士，中国联通研究院核心网研究室工程师。主要从事移动核心网的技术和业务研究工作，重点研究方向为移动核心网网络能力开放、策略管控和EPC网络演进等。

唐雄燕 工学博士，教授级高级工程师，现任中国联通研究院副总工程师，北京邮电大学兼职教授、博士生导师。主要专业领域为宽带通信、光纤传输、接入网、下一代网、业务平台技术等。

【作者单位】 中国联通研究院;

【关键词】 智能管道; 能力开放; 策略和计费控制;

【摘要】 文章从智能管道的发展需求入手,深入分析和总结了国外电信运营商部署方案,指出网络能力开放和互动将成为智能管道演进的关键阶段,并提出在3GPP PCC(Policy and Charging Control)架构的基础上构建电信网络能力开放平台的解决思路,最后对网络能力调用的应用场景进行了讨论。

引言

随着信息技术特别是移动通信和互联网及其融合技术的不断发展，以及用户需求的不断提高和多元化，电信业务种类也越来越丰富多彩，在给用户带来随时随地多媒体通信和视听享受等生活便利的同时，对运营商网络资源的利用方面也提出了更高的要求。

目前网络上的资源利用呈现出了严重的不均衡性，主要表现在少数用户和特定应用等低价值业务占用了大量网络流量资源而造成其他用户接入体验差，即时消息类业务频繁的心跳和状态更新消息占用大量无线和核心网信令资源却不带来相应的流量收入，系统忙闲时流量差异较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等。这些问题严重影响网络资源的公平使用，导致用户体验无法保障，伴随而来的是运营商在产业链中不断地被管道化和边缘化。

此外互联网业务的深入发展，特别是移动互联网时代的到来，运营商既要面对支撑丰富终端／业务的高负荷压力的网络建设和维护责任，同时又要应对增量不增收的运营压力，着实对运营商的运营能力提出了前所未有的挑战。为避免管道同质化、网络效率低、用户体验差、用户黏度低等多种不利因素带来的影响，运营商进行精细化和差异化的智能网络运营已经成为共同的战略选择。

运营商作为网络的天然建设、维护和运营者，其最为核心的价值点就是网络，即围绕网络，最终形成以网络为核心的服务体系的价值体现。紧紧以网络为核心，打造产业核心竞争力，提升网络运营能力，拓宽产业发展深度和维度，保障用户体验质量，实现精细化运营，以期构建全方位可管、可控、多方共赢的智能网络服务体系[1]。构建精细化和差异化运营的智能网络体系主要体现在广覆盖、高带宽、扁平化的硬能力建设、多维度感知实现动态资源调配、开放互动形成产业纵深以及基于用户体验的业务质量保证等几个方面。

1  国外智能管道的部署实践

虽然“智能管道”的概念目前受到业界的广泛讨论和关注，但是迄今为止关于智能管道在业界尚没有一个统一和标准的定义。诸如爱立信、华为、中兴和上海贝尔等设备商借力“智能管道”概念的提出，意在布局网络、运营支撑等方面提供技术解决方案，虽然侧重点不同，均强调在网络通道上设置控制点，通过区分用户和业务类型，灵活设置服务优先级、实施QoS策略，从而实现对网络、内容和服务的精细化运营与管控，以此提升通道的价值，向流量要收益[2]。

自2009年开始，国内外多家运营商陆续进行了策略和计费控制(PCC，Policy and Charging Control)相关的实验，展示运营商对精细化和差异化流量经营的关注和需求，通过资费调整、流量梳理、网络升级甚至商业模式转型等多种手段结合，形成了别具特色、各有侧重的智能管道部署策略[3]。比如，AT&T为了减轻iPhone等智能终端用户带来的数据流量压力，采用了智能管道策略，从网络管理和流量经营入手提升网络效率，进而发挥中间管道作用，显示中立与开放的态度。 Orange的侧重点则是强调面向B2C和B2B的管道体验创新，其核心是以庞大的用户规模为基础，通过网络接入与客户关系构建运营商核心优势，通过多屏融合能力营造差异化优势。沃达丰将“智能管道”战略作为未来几年发展战略的重要组成部分，其战略规划由三部分组成：一是建设高效管道，实现资源的智能控制；二是建设智能管道，侧重为第三方提供基于电信独有资产和能力的开放平台等；三是为用户提供具有统一入口的整合服务。在具体的实施推进中，沃达丰较注重各部分的协同发展。

基于国外运营商的实践经验，智能管道的发展将以广覆盖、高带宽、扁平化的能力为基础和以基于用户体验的业务质量为保障，经历从静态到动态的差异化控制策略，再到智能管道的能力开放、双向互动，最后实现固移融合的统一策略控制等几个阶段，如图1所示。

一方面，智能管道实施思路主要通过在传统的通信管道中注入智能化技术来实现对网络的可管可控，从而在利用最优化网络资源配置和调度的条件下为产业链中各方用户提供差异化服务的同时，为运营商带来最有效的价值提升。从技术实现手段上看，强调对用户、业务和网络状态信息的感知作为前提，而基于PCC(策略控制与计费)功能的动态差异化策略控制和精细化流量管理则是核心技术手段。

另一方面，智能管道的部署正在经历从基于静态配置的差异化QoS控制向基于PCC的动态差异化策略控制的演进过程，现阶段各运营商的PCC部署仍主要是通过在核心网相关网元中引入DPI功能实现对业务流量的感知来被动实现，尚无法做到由用户或应用系统通过与网络的互动来实时按需定制自己的差异化管道需求，其下一步演进方向为面向多方互动的PCC能力开放。此外，对于同时拥有固定、移动多张网络资源的全业务运营商来说，构建多网协同的融合网络架构则是打造智能管道的基础。

2  网络能力开放的基本需求

由于长尾理论的存在和优质的网络资源是电信运营商天然的财富，运营商打破传统的“封闭的花园”[4]、构建网络服务体系的开放互动，是产业链纵深发展、服务领域拓宽的必由之路。通过开放和互动，可以在提供全方位、多维度、个性化业务的同时，又有效地降低业务成本，并提高品牌知名度、形成合作共赢的良性循环。

具体而言，通过如图2所示的三方面的能力开放为基础，融合自有业务/应用平台、SP/CP以及第三方聚合平台和其它开放网络之间的交互，以期实现产业纵深的拓展。

具体的能力开放包括：

1) 业务能力开放，包括呼叫、短信、定位等基础网络能力的开放，统一通信、下载、流媒体的开放，以广阔的产业纵深尽可能地提高业务的使用率，提高业务效益。

2) 网络的交互能力，实现网络承载和核心控制层的能力开放，为实现灵活开放的差异化经营提供可能。

3) 基于用户数据挖掘的营销渠道和能力开放，以广泛的数据来源和强大的数据分析能力，为提供精准的营销提供有力保障。

未来的趋势将是管道和业务相分离，移动互联网上越来越多的应用和业务将由外部第三方应用服务商来提供，运营商自营业务将逐渐减少，从而失去对附着于管道之上的业务的把持权，而转向专注于对其所拥有的网络资源即管道的经营。在这种情况下，运营商有必要对自己拥有的管道资源进行精细化管理，从而实现管道资源的货币化，最基本前提就是网络能力的开放。

这里的网络能力主要指的是对运营商拥有的网络带宽等资源进行指配和调度以及相应QoS控制的能力，因此也可以称之为针对网络资源的策略管控能力，亦即PCC能力。也就是说，外部第三方应用开发商或用户可以通过运营商提供的开放能力API接口，随时随地按需定制自己对于运营商管道的能力需求，例如未来某个时间段传输某业务需要定制要求的带宽及相应的QoS保障，当然也愿意按照相应的定价来支付费用。

以开放互动的心态，一方面为解决个性化需求提供了有力的合作联盟，另一方面加深产业纵深，实现业务领域的拓宽，奠定了新的发展模式，不仅实现了合作共赢，更强化了运营商作为网络管道拥有者的运营优势。

3  网络能力开放的平台架构

PCC技术作为3GPP在R7阶段定义的网络资源与计费策略控制架构[5]，如图3所示，通过业务流承载资源保障以及流计费策略[6]，为用户提供差异化的服务。

基于PCC架构的动态QoS控制机制能够实现更为灵活的策略控制，进而实现精细化运营。

以PCC 架构为基础的动态差异化服务技术是一个端到端的过程，需要涉及到HLR、SGSN、GGSN、RAN等现网网元和PCRF、SPR等新增网元。另外，依靠PCC架构实现动态差异化服务需要PCC架构中逻辑网元AF(应用功能)提供业务相关信息。

为了将基于PCC的智能管道资源调度和策略管控能力向互联网上的第三方应用开发商和用户开放，需要激活PCRF上的Rx接口，使其对互联网应用开放并能够接受调用。然而Rx接口虽然早已定义，但是却迟迟未能广泛使用，主要原因在于PCC架构是由3GPP定义的，而3GPP主要是由电信运营商和设备商参与的标准化组织，其所制订的标准目前尚不能被电信业之外更广泛的互联网应用开发者所了解和接受。

一方面，PCC架构中对于Rx接口和AF功能实体的定义，默认AF应用功能实体需要对移动通信网中PCC和QoS的控制机制进行深入了解，并在此基础上将应用系统对于网络资源和QoS的需求转换成PCRF能够识别的数据格式，然后通过基于Diameter协议的Rx接口进行传递。事实上，互联网应用开发者不可能对这些技术细节有很深入的了解，只愿意通过他们自己更为熟悉的术语来表达他们对网络能力的需求，从而导致他们缺乏实现3GPP所定义的AF功能的动力。

另一方面，PCRF是隐藏于运营商移动核心网内部的功能网元，除了对运营商自营业务(例如IMS)之外，还没有对外网进行开放，因此外部互联网应用即使实现了AF功能，也无法对其进行寻址，也就更谈不上与其对接和调用了。

为了解决这个问题，可以考虑在3GPP PCC架构的基础上构建电信网络能力开放平台。这里的电信网络能力主要指的是基于PCC的策略管控、网络资源调度和QoS控制能力，因此称之为智能管道能力开放平台，简称iPOP(Intelligent Pipe capability Open Platform)，如图4所示。

智能管道能力开放平台(iPOP)的最基本思想在于在运营商核心网的PCC架构之上，构建统一的面向第三方互联网应用的网络能力开放和调用平台。

对于互联网应用开发者来说，iPOP就是一个统一的访问、调用和指配运营商网络管道能力的入口点。iPOP与PCRF之间的交互仍采用Rx接口，但需要根据需求进行相应的扩充和增强。第三方应用可以使用熟悉的互联网协议来调用iPOP提供的API，通过互联网应用能够理解的语言向iPOP提出对于运营商网络的资源调配和QoS保障等能力需求，然后iPOP再将这些需求转换成核心网中PCRF能处理的策略需求，通过Rx接口传递给PCRF，并与周边系统进行交互。

从上面描述可以看出，iPOP本质上起着运营商网络中PCC和QoS控制机制与外部互联网应用之间的一个桥梁和中介作用，其作用不仅限于协议翻译和转换功能，而应是一个综合性的网络能力提供和开放平台，为满足用户对管道的资源调整和QoS需求，需要进行网络资源的管理以及网络能力的抽象，而资源的调度策略需要与运营商的计费策略、用户的签约级别等密切相关，与其他周边系统进行交互。   

4  网络能力开放的应用场景

智能管道能力开放平台(iPOP)应用场景，主要体现在用户对iPOP的访问方式不同，大致可分为以下四种情况。

1) 用户通过运营商自营iPOP门户定制管道能力。当用户不针对某个特定应用而只是根据使用时间、带宽等因素对网络能力有特定需求时，可通过访问运营商自营的iPOP门户来进行自定制。

2) 互联网应用提供商通过自己的iPOP门户定制管道能力。互联网应用提供商(SP)针对特定应用的网络承载能力提出需求，可以通过与iPOP交互，来定制自己所经营业务的管道能力。这些能力与用户属性无关，只要访问该互联网应用提供商的指定业务，所有用户都可以得到相应的网络能力保障。

3) 用户通过互联网应用iPOP门户来定制针对特定应用的管道能力。某些互联网应用提供商可以根据其所经营业务的技术特性和市场策略，与运营商联合面向用户推出具有差异化服务质量的业务产品。

4) 用户资源利用感知和提醒能力。平台定期了解用户资源利用情况，并通过邮件、自助门户以及短消息推动等方式，提醒用户可以在某个热点地区或时间段来调整自己的带宽、QoS等网络能力。

5  结束语

智能管道的目标是实现网络资源配置和调度的最优化，为产业链中各方用户提供差异化服务的同时，为运营商带来最有效的价值提升。

电信运营商通过将管道能力优化和开放，让用户自主选择差异化的网络服务的同时，更重要的是让更多的内容和服务提供商认识到可以借助管道提升用户体验，从而共同推进宽带产业的健康发展。

参考文献
[1]     唐雄燕,甘震,周光涛.构建精细化和差异化运营的智能网络体系[J].中兴通信技术,2012,18(1):8-12
[2]     赵慧玲,徐向辉,陈运清,等.智能管道构建思路探讨[J].电信科学,2011,(3):7-11
[3]     孙丽娟,方义松,廖晓红.“智能管道”决胜移动互联网时代[J].中国电信业,2011,(4):60-64
[4]    舒文琼.管道变法[J].通信世界,2011,(13):14
[5]     3GPP  TS  23.203.Pol icy  and  charging  control architecture[S]
[6]   3GPP TS 23.107. Quality of Service (QoS) concept and architecture[S]