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全业务时代智能管道发展浅析
一、智能管道发展的背景
2011年，“智能管道”的概念变得炙手可热，不但爱立信、华为等厂商热推，更成为运营商决策人物们的热点话题。中国移动总裁李跃在集团2011年总经理研讨会上指出，中国移动要发挥智能管道的作用；而在中国移动的十二五规划中，也提出了要向“智慧管道运营者”转型。
1、运营商面对“边缘化”窘境的艰难选择
随着3G和固网宽带应用的发展，运营商的网络负荷已经大大增加。中国移动各省网络数据流量2010年普遍增加100%以上，有的省甚至达到300%，这给网上用户的通信体验造成了冲击，也迫使运营商不断投资优化网络。但是运营商总体的用户ARPU值却在下降，究其原因，很重要的一点就是数据业务流量被某些特定互联网应用大量占用，比如广东移动2010年上半年40%以上的数据流量就来自腾讯QQ。腾讯、苹果通过应用不断拓展用户和业务的同时，运营商却只能得到较少的包月费或者流量费。
苹果、谷歌、腾讯等公司的崛起，让运营商感到自己被新兴的互联网应用“边缘化”。管道越宽，低价的智能手机和WiFi越普及，运营商被彻底管道化就越快。如何让增加的网络流量带来真正的通信收入，如何更好地利用手中的资源服务于企业发展，成为每个运营商必须面对的难题。
2、智能管道是被迫的“智能”
“智能管道”概念的提出，来源于一个根本性矛盾：传统通信网络与新兴的互联网应用无法配套。传统通信网应用分析模型根植于大量的相似应用，其对网络资源的分配是遵循统计学原理并留出一定冗余的；而互联网应用却是个性化的，其对资源的利用方式是“尽其所能”。
对于互联网来说，网络是“管道”，是应当免费的基础设施；而对于通信网来说，网络是生存工具，是运营的主体。
为了适应互联网的冲击，改变不利的局面，运营商必须回到自身的核心资源--网络当中来，一方面通过网络得到更多的收入，另一方面也要通过资源的分配促进其他业务发展。即要让网络成为“智能管道”，通过智能的资源调配、多业务的接入、复杂业务管理、计费体系、终端感知与管理、用户管理等方式，向所有用户和运营商自身提供除信息传输之外的信息检索、分类、管理、计费、推送能力。通信网与互联网二者相互妥协，相互博弈，便有了“智能管道”。
3、智能的价值
对于运营商来说，智能管道设想虽然不错，但实行起来难度很大。首先要做到智能分级，智能分级以后还要智能管理，智能管理以后还要智能服务，如此多的智能足以让整个体系设计和建设困难重重，而且阻力很大。
尽管如此，“智能管道”的雏形在国内已经初现端倪。比如近日广州用户办理业务时，就被服务人员告知，系统显示他用的是iPhone可以办预存2400送2400的加油卡，分2年返回2400的话费。抛开竞争手段不谈，这就是一个关于智能网络应用的很好案例，通过智能感知，针对特定用户提供相应服务。
虽然智能管道不会给运营商带来像当年传统通信网的丰厚利润，但也能避免被互联网时代所抛弃。
二、智能管道的发展现状
（一）如何理解“智能管道”
移动互联实验室在2010年初率先提出了完整的智能管道概念及体系，并针对电信运营商的需要进行了三个层面的论述。他们分别是业务层面、技术层面和管理层面。业务层面的核心思想是流量经营策略思路；技术层面等同于具有智慧能力的管道，也就是可以对负载进行均衡的网络及系统平台；而管理层面主要是开放式的平台体系。
1、业务层面
智能管道正是“流量经营”的实现之路，从智能管道带给运营商的商业价值而言，正好与“流量经营”的目标不谋而合。在优化流量方面智能管道可以节省资源、合理分配资源、提供差异化溢价业务提高收入、提高用户满意度。智能管道能给不同业务分配不同的优先级，资源效率或容量通常可提高5%-10%甚至更高。容量提高意味着可以节省相应的投资，或者同样的投资可提高忙时数据收入。智能管道可以把网络忙时留出更多的资源给高付费用户和业务，通过应用智能管道技术并结合激励型市场定价，运营商能够在相同的资源下获得更高的收益。智能管道可以对用户在网络容量和业务保障方面产生积极影响，比如针对高端用户提供免溢价的高价值服务或业务，将会提高高端用户满意度。
2、技术层面
智能管道就是运营商对整个网络的资源实现合理和充分的调度，针对差异化需求，设计更有针对性的服务。可以考虑如下手段：按业务类型进行优先级设定、用户接入优先区分、根据业务类型限制峰值速率、满足用户最低接入带宽服务保障等。
智能管道应该是运营商与无线应用开发运营者共同携手，研究和制定适应无线网络带宽的应用控制信令标准和业务标准，这种标准应该是包括了应用、网络到终端的端到端的体系，实现对应用的有效区分和管理以及对服务等级和质量的一致性控制。
3、管理层面
智能管道在管理层面要更具开放性、融合性。支撑系统也就是管理平台和计费系统等，不能很好实现开放式的业务接入，那么这个支撑系统就不是一个很“智能”的系统。融合的网络管理也要统一管理接口和模型，这是基本的前提。
（二）智能管道的三大关键技术
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，根据用户的接入位臵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设备根据预配臵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，再结合用户位臵信息，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，以及用户当前位臵等多维度输入信息。
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。
（三）运营商的智能管道策略
做智能管道商，运营商必须将目前的运营管理工作从以网络技术为核心转向以用户体验为核心，从网络、业务、用户和市场四个维度进行全方位思考，通过运营转型来保持收入的持续增长和成本的持续降低。
1、中国电信的智能管道运营策略
2010年12月28日在2011年度工作会议上，中国电信总经理王晓初强调，未来2-3年仍是中国电信重要的战略机遇期，要继续深入实施聚焦客户的信息化创新战略，推动企业向基于网络和平台的综合信息服务提供商转变，成为智能管道的主导者、综合平台的提供者、内容和应用的参与者。
按照中国电信的资源能力情况，中国电信作为一个运营商，首先是管道，中国电信是信息的传送者，这是运营商的最大责任。当然，中国电信也希望通过将管道智能化，能够更好地服务客户，将信息传送得更好，但总体而言，中国电信首先要做好信息传送运营商。
中国电信提出的智能管道概念，力图通过构建智能管道，实现“用户可识别、业务可区分、流量可调控、网络可管理”，加强网络与平台的协同。在网络层面应用多种接入手段，实现不同接入方式的平滑过渡，在部署承载策略控制系统，有机关联终端、网络、业务平台和支撑系统，实现网络资源的动态精确配臵，提供端到端的业务承载质量。
2、中国移动的智能管道概念
在中国移动的十二五规划中明确了中国移动作为“核心拓展者”的价值定位，明确了中国移动将立足于现有的网络基础设施，大力建设多种B2B集成平台，并以多种形式聚集上游优势资源和应用资源，以实现用户价值、公司价值和产业价值的多重提升的整体战略。
中国移动提出积极引入和试点标准策略控制架构(PCC)方案。动态策略计费控制(PCC)被提出的主要目的是应对数据业务流量冲击，实现差异化、精细化管控和网络运营，依靠PCC方案，采用业务、累积流量、用户签约信息、位臵/接入、时间等多维管控手段，与业务营销、计费策略相关联，通过端到端QoS控制，减少资源占用。据了解，智能管道与PCC方案异曲同工，其核心思想和特点都是对用户、对业务进行区分，达到对流量可控、对网络可管的目的，从而使得客户端到端的速率得到保障，应对移动数据业务高速发展带来的网络冲击。
三、智能管道的实施建议
目前，国内外领先设备厂商们对于帮助电信运营商建设什么样的智能管道已经有了共识。其中爱立信的概念最为明确，智能管道的“智能”有四个层次：第一层，能够实现对丰富应用的优先级设臵；第二层，能够对不同的通信服务进行优先级设臵；第三层，能够对不同的服务种类进行区分；第四层，也是最核心的部分是，可以通过网络优化，实现对接入质量的优先级设臵。综合来说，智能管道即是在原有网络资源的基础上，实现体验和网络性能的双提升。
（一）智能网络建设要克服现有网络和体制的束缚 智能管道的部署和实施对运营商来说是个难点。智能管道部署涉及核心网、无线网、传输网、BoSS和IT支撑系统等多个网元的新建或改造，需要统一的规划建设。智能管道运营涉及市场、数据、计费、网络等多个部门，需要不同部门的分工合作。
（二）加快全IP网络的构建
智能管道当前主要在分组域实现，从传统网络过渡到智能管理需要构建安全高效的全IP网络架构。全IP和池组技术的提出为分组域提供了一个革命性的架构，这个全IP池组架构可以同时支持2G/3G/LTE，做到真正高效共享容量、降低投资，并把安全性提升到网络层面而不是现在的节点层面。主要代表技术有动态双接入、接口IP化和SGSN池组。
（三）业务向分组域承载转移
智能管道的实施需要将传统数据业务和融合的全业务承载到已建好的分组域上。已经完成网络构架和业务控制建设的分组域，具备承载各种业务的能力，包括实时业务、视频业务、会话业务等，与IMS域和其他非3GPP网络互通完成全业务多网融合。LTE到来后，可以轻松在原有SGSN上加载MME功能，软件升级GGSN为综合业务网关，不改架构，原有网络升级为EPC。
（四）用户服务级别标准的研究
为了实施智能管道，运营商可以针对不同用户的差异化需求，设计更有针对性的服务。对于运营商来说，智能管道的差异化手段包括可以实现单用户带宽最大化，按业务类型进行优先级设定、用户接入优先区分，根据业务类型进行优先级设定、用户接入优先区分，根据业务类型限制峰值速率，满足用户最低接入带宽服务保障等等。根据智能管道运营理念，运营商可针对不同用户的差异化需求，设计更有针对性的服务。例如，实现区分忙闲时的优先级策略，一些大量使用P2P下载的用户对下载的时间被没有要求，可以通过闲时的资费优惠，保障忙时高优先级用户的业务优先级；其次，实现基于位臵的优先级策略，一些用户可能对在商务区、办公区的移动宽带使用提出更高质量要求，此时，可以制定专门套餐方案；再次，实现基于业务的优先级策略，比如，对移动视频类业务的“粉丝”，可以量身定制特殊服务，保障他们享用较一般移动视频用户更高的业务等级，这一点还尤其适用于行业用户；第四，实现基于终端类型的业务优先级设臵，比如，由于iPhone套餐绑定用户ARPU值较高，网络可以感知到终端类型，从而实现对他们的优先保障；第五，实现流量续订，在目前大多数运营商实施按流量计费的情况下，让用户可以在流量用尽的情况下，主动续订，在改善服务的同时，也为运营商带来更多收入增长机会。此外，智能管道还让运营商可以对用户进行流量限制约定，以更有利于网络资源的公平使用。
（五）BOSS和OSS/BSS网管系统的建设
融合的OSS/BSS的发展与演进会进一步促进全业务运营中智能管理的实施。
首先，融合是智能管理的基础，如果固网和移动接入仍然依赖于独立的系统，没有有机融合，那么诸多能力就无从谈起。融合网络需要有效的管理，传统的OSS建设分散且独立，无线、有线IP和传输网各自管理，缺乏统一的资源模型和管理接口，相互间信息沟通不畅，数据难以共享。
其次，智能管道如何与BSS/OSS合作协商在融合网络上灵活地进行业务的定制、扩展和开通是一个值得研究的方面。随着融合型全IP承载网成为主流，业务与网络由绑定、分散走向分层、融合。网络可以在用户不知道情况下自动选择最佳的网络实现业务推送，这也是智能管道的特色。
此外，智能管道需要增加策略控制和感知能力，才能更好地提供业务。未来OSS一个显著特点就是添加了接入网业务性能分析、客户需求分析的功能。智能管道可以根据需要调整业务推送策略和计划，实现2G/3G/LTE/WLAN接入的统一策略控制，根据业务不同特点将业务分配到不同的网络。
