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摘要：介绍了智能管道的背景，解读了智能管道的内涵，提出了发展智能管道的总体思路，特别是对智能管道支持云计算应用的技术进行了描述，最后概要介绍了移动智能管道的实践和探索。
0 前言
近年来，互联网的高速发展促进了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接入能力，在三网融合试点城市将实现百兆接入带宽。而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。
在这种背景下，电信运营商需要在做大做宽基础管道的基础上，全面提升网络的智能承载能力，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，为客户提供便捷、丰富、差异化、高性价比的综合信息服务，这也将成为电信运营商在新的竞争形势下面临的挑战和重要目标。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。
网络增加智能性也已经成为国际标准的研究重点。在2011年10月ITU-T NGN-GSI SG13会议上，由中国电信牵头，联合中国移动、中国联通、工信部电信研究院、中兴、华为等单位共同提出的网络智能化（NICE）需求与能力标准的立项获得成功。该标准将重点研究通信网络智能能力提升的需求，明确NICE的定义和总体架构，通过多维感知、按需保障、灵活协同、资源优化、能力开放等五大能力集的描述，全面规范通信网络更加快捷、高效、安全提供通信服务时所需具备的承载层、承载控制层和业务控制层功能，并提供相关的应用案例。该标准立项在会议上经过国外专家的深入讨论获得共识，并得到了法国电信等国外运营商的鼎力支持，代表着国内外运营商和设备制造商的共同关注热点，另外在3GPP2中我们也推动了基于TDF的PCC架构的成功立项，将相关方案推到CDMA国际标准中，这标志着中国电信在网络智能研究领域位于世界先进水平，并将进一步引领和主导智能网络架构、智能网络功能规范等国际标准化工作。
本文针对运营商网络现状和发展趋势，参考国外主流运营商在智能管道方面的实践，对智能管道的内涵进行了解读，并探讨了智能管道构建的总体思路。
1 智能管道的背景
1.1 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。
a） 大宽带：基于视频的应用需消耗越来越大的带宽。
b） 互动性：远程医疗、远程教育、社交网络（SNS）等应用在体验上越来越强调互动性。
c） 实时性：在线游戏、远程监控、物联网等应用需要实时高效地信息传送。
d） 流量和流向的不确定性：第三方内容分发网络（CDN）、P2P、云内容等应用增长带来数据流量流向的不确定。
e） 安全性：蓬勃兴起的电子商务等应用要求保障信息数据的私密性和安全传送。
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。
1.2 云计算和移动互联网发展对管道特性提出新挑战
云计算、移动互联网等新技术的出现促使应用呈现新的传送模式，管道不仅需要传送更多的数据量，更需要不断提升响应速度和服务质量，增强用户黏性和应用体验。
云应用采用远端处理和存储的模式，除网络传送的数据量更多，对带宽的需求更大外，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。要求网络能够在识别出云应用/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。
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，要求网络在传送质量、固定移动融合、安全性等方面提供匹配支撑，对网络的控制能力也提出了更高的要求。
1.3 通信服务的内涵和外延发生了根本变化
随着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，微件（Widget）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。全球移动数据业务在2010年6月达到225 000 TB/月，比2009年同期增 171%，增速10倍于移动话音。2009年底移动数据流量开始超过移动话音，半年后两者之比为1.5。预测2015年会比2010年增加26倍，届时移动数据流量中60％为视频。OTT已成为网络的主导流量。此外，信息传感技术的发展，物联网、网络“云”的兴起，使人与物、物与物之间的信息沟通成为可能。
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。
1.4 融合、竞争使运营商面临巨大挑战
在国家“两化”融合、三网融合等政策的推动下，互联网、媒体、电信业正走向深度融合，产业价值链正在发生转移。移动互联网时代，由于缺乏对终端的掌控力，内容和应用主要依赖合作伙伴，传统电信运营商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，运营商面临的竞争环境已经从通信企业延伸到互联网企业、广电企业以及终端制造商。
综上所述，管道智能化能力的提升已经成为运营商亟待解决的问题。运营商应结合新技术发展和用户需求，推进管道精细化运营并优化承载能力、改善用户体验并增加业务收入，合理调用网络资源并提升流量价值，推进网络规模的扩大和智能能力的提升。
2 国外运营商的实践
国外主流电信运营商与国内类似，均面临固网宽带受到新兴运营商冲击的潜在风险以及来自产业链多方的竞争压力。因此，网络智能化已成为国内外主流电信运营商的共同取向。
以Verizon和AT&T为代表的美国运营商着力提高网络的有效性，力求有效引导和布局互联网流量，其智能化主要体现在带宽提速和分业务流量封顶2个方面。
宽带提速作为网络智能化的基础，已经成为北美主流运营商的核心策略。Verizon在固网宽带方面主推光纤到户，目前已经能够提供20M接入能力，2011年底前将提供50M接入。在移动宽带互联网方面，Verizon已经正式推出4G LTE上网，拓展了移动互联网端到端的通道能力。同时，Verizon提出了高智能网络（High-IQ Network）的概念，用视频等新业务填充扩展的带宽能力，并结合完善的CDN网络，为客户提供连续的业务体验和不同质量的服务，以提升宽带价值。
此外，北美移动运营商立足于用户终端可控的情况，通过终端结合网络侧共同部署流量监控来实现智能化，初步可实现流量封顶并为今后流量精耕细作打下基础，解决流量大增而收益停滞的问题。
其他运营商在提高网络智能性方面均有所举措，例如，Vodafone针对iPhone高端用户配置了更高的用户优先级，并在网络中进行相应的业务质量保障，从而提供差异化的用户体验。法国Orange通过部署智能管道为移动电视用户提供了优于普通用户的业务体验。其他一些欧洲运营商则通过网络对终端类型进行区分，为高ARPU值用户提供更好的服务。
3 智能管道概念解读
智能管道，是指客户感知良好、运营管理方便、业务开通灵活，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，智能管道应具备4个方面的内涵：广泛高速覆盖的网络（Wide）、资源快捷指配的机制（Instant）、接入灵活协同的能力（Smart）、质量按需保障的服务（Ensured），综合四大内涵可将智能管道称为WISE PIPE。
a） 广泛高速覆盖，提供业务适配的宽带服务。广泛高速覆盖的网络基础是带宽提速，通过推进“宽带中国.光网城市”建设，打造基于超高速（100M）接入带宽的精细化管道，以支撑更丰富的视频、云应用等大带宽高流量业务的规模发展。
b） 资源快速指配，提高快速响应的自助服务。资源快速指配的机制是指网络具备资源的灵活指配和定制化管理能力，用户可自主、自助选择业务，获得按需的资源分配和服务提供，支撑市场部门制定更灵活、高效的业务套餐和营销策略。例如支持用户按自助需求对带宽、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；同时，也支持按网络管理要求，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。
c） 接入系统灵活协同，支持便捷的接入服务。接入灵活协同的能力是指有线无线网络一体化全面覆盖，具备跨网络的用户统一账号接入和终端适配的优选接入能力，提升用户跨网络的业务切换体验。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。
d） 质量按需保障，支持个性需求的高质服务。质量按需保障的服务可以实现基于用户等级和业务QoS保障的差异化接入服务，保障关键应用的服务体验，使资源向高价值用户和业务倾斜。对资源消耗高对其他业务影响大的业务流量进行管控，缓解P2P等应用带来的网络拥塞问题，提升正常用户和应用的体验。
4 智能管道发展总体思路
智能管道的总体发展目标应以现网能力为基础，以业务需求和客户体验为导向，通过引入下一代光网络、LTE、云计算等网络新技术，以及融合策略控制、统一认证等智能管理新技术，分阶段分重点提升管道智能化，打造固移融合、创新合作的智能管道，满足客户感知良好、运营管理方便、业务开通灵活等需求。
为实现智能管道目标，在现有运营商网络基础上，应重点提升带宽提速、融合覆盖、多维感知、按需保障、自助指配等五大方面能力。
a） 宽带提速的发展思路是推进宽带中国.光网城市建设，构建高速接入和精细化管理的智能宽管道。近期，固网宽带接入网可围绕20M接入带宽能力，推进以GPON为主的FTTH网络建设。同时，引入100G、10G、IPv6等新技术，规模提升骨干网、城域网、核心网带宽。此外，在接入控制网关（BRAS/SR）、接入设备和家庭网关等处适时采用QoS、流控等技术，推动宽带接入业务逐步从粗放式运营转变到精细化运营。移动网基于用户提速和市场竞争需求，提升移动网络接入速率。通过打造移动接入精细管道，实现基于用户等级和业务QoS保障的差异化接入服务。远期应推动FTTH网络由GPON 向下一代PON技术（XG-PON1）的平滑升级，并适时引入LTE及EPC核心网络实现移动网络的高速管道接入。
b） 融合覆盖的发展思路是推进认证数据整合以及固移网络融合，构建灵活接入和跨网络协同的智能巧管道。近期应基于智能业务的需求，逐步完善AAA策略部署能力。可以采用用户账号区分业务属性的AAA静态策略控制功能，或者通过认证变更（CoA）方式提供简单的动态策略下发，满足业务需求快速响应的要求。远期构建网络层融合数据库系统，实现对网络层认证系统、策略服务系统中的用户及相关数据的集中管理，打通各种网络认证网元之间的接口。考虑业务连续性和漫游支持等关键因素，解决统一认证、移动性管理、三网切换、QoS管理和策略控制等问题，打造固移多网络协同工作能力。
c） 多维感知的发展思路是增强移动网络深度识别（DPI）能力，完善固网现有识别能力，构建用户可识别和业务可区分的智能精管道。近期重点完善现有网络的感知能力，如对IP包特定字段的识别及DPI设备的优化，提升网络对用户和特定业务的分析感知能力，实现对P2P等大流量应用的感知。为提升用户可识别、业务可区分的能力，可以考虑通过AAA用户属性或地址段划分来实现用户的区分，或者对CP/SP进行IP地址段的区分，实现对不同等级用户和合作CP/SP的识别。远期应根据业务发展的需要，通过DPI设备的深化部署，实现更靠近用户侧的应用识别，提供更精细的增值服务。同时完善IT支撑系统的感知信息分析平台功能，作为网络运营向信息运营转型的基础，实现用户行为等运营数据分析，支撑策略控制系统的灵活调整。
d） 按需保障的发展思路是新建策略控制系统，完善网络端到端QoS保障和流量优化能力，构建针对宽带用户和CP/SP业务差异化服务的智能优管道。近期通过骨干网、城域网和接入网的配合实现端到端QoS保障能力。通过P2P流量本地化和CDN等手段降低跨骨干网流量比例，减轻骨干网的扩容压力。针对合作CP/SP的业务需求，将流量优化方案应用于互联网视频、P2P下载等应用，改善用户的业务体验，提升流量价值。在移动网络的无线侧和分组域启用QoS，按需保障高价值用户或业务的质量。在移动网支持用户分等级FUP（公平使用策略），实现基于用户的流量、时长和等级控制。基于DPI的引入，实现对特定应用（如P2P）的带宽/流量控制。远期根据用户/业务/应用的智能管控需求，通过构建策略控制系统实现差异化管道的动态适应性配置，按需保障特定的客户或业务需求。
e） 自助指配的发展思路是整合用户信息、网络和IT资源，强化全业务运营能力，构建灵活快捷配置资源的智能强管道。近期固网和移动网可根据其自身特点，独立设计自助指配流程框架，不断完善现有自助服务系统，以静态和长期性资源的自助服务为切入点，逐步实现流量/时长、接入带宽、服务等级等资源的自助指配。通过网管系统功能的完善，进一步加强终端管理能力，打通运营网络到用户定制终端的端到端管理能力，逐步实现电信业务的零配置下发。远期由固移分离向多终端合一的融合性指配能力发展，为各类终端用户提供统一的指配操作体验，进而实现各类终端的零配置与即插即用。结合云计算发展，发展存储类、计算类资源的统一管理和呈现能力，提供更快捷的指配响应和更灵活的指配粒度。
5 智能管道为云计算服务
云计算的广泛部署将对网络演进产生重大影响，计算、存储等由物理固化转向逻辑虚拟，要求承载网络能够适应更灵活的资源提供需求；应用和用户更倾向于对资源的自主/自助的选择和使用，要求承载网络能够适应更快捷按需的服务提供需求；大量的计算、存储和网络交换尽量发生在就近的云计算中心内，要求承载网络能适应更扁平的互联和接入需求；云计算高度依赖网络，云服务的部署和规模化发展将进一步促进网络宽带化发展；云数据中心因为规模更大，集中度更高，出口带宽更高，可靠性要求更苛刻，对网络架构的影响相比普通的数据中心更大；一方面云数据中心的选址需要考虑当前承载网络架构，一方面随着云数据中心规模和业务量的增加以及偏远地区的部署，网络流量流向将发生重大改变，网络架构需要适应流量流向的改变。
云网络/DCI关键技术主要有3类。
a） 虚拟机感知技术。虚拟机感知是在虚拟机和承载网间生成相应的虚拟接口，实现相应的QoS、二层，安全、流量镜像等功能。
b） 二层网络多路径技术。DCI高速互联要求对多条链路进行捆绑，而传统STP技术为避免环路仅保留一条链路，会造成大量带宽浪费，需支持二层网络的多路径。
c） 跨广域网二层互联技术。IDC间如果支持虚拟机实时迁移，需要IP随MAC、MAC随虚拟机迁移，则应在跨地域的IDC机房间实现统一的二层连接。
6 移动管道的试验探索
我们积极进行了移动网络智能化的研究和试验，提出了移动网络基于业务的智能调度方案，根据网络的忙闲状态针对不同的业务进行差分服务：将有限的无线资源优先分配给视频、上网浏览等用户感知比较明显的业务，而下载等背景类业务次优先级调度。我们指导设备厂家进行了相关的设备开发；进行了现网试点，有效缓解了忙时无线资源紧张的状况，提高了网络资源的利用率，同时有效改善了网络忙时的业务体验，在CDMA网络中引入基于业务检测功能（TDF）的策略控制和计费（PCC）方案，制定了相关的企业标准，下一步将在CDMA网络中尝试采用PCC的方式基于网络忙闲状态、用户使用的业务类型、用户的终端类型等多种维度来进行网络资源的智能调度和业务保障，提高用户对业务和网络的感知，为用户提供丰富的计费套餐，并进一步提高网络资源的利用率，从而更好地为广大用户服务。
7 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。
