摘要：文章認(rèn)為在新型業(yè)務(wù)需求和新技術(shù)涌現(xiàn)的雙重驅(qū)動下，運營商網(wǎng)絡(luò)面臨著技術(shù)革新的挑戰(zhàn)，要求網(wǎng)絡(luò)提升智能化水平，以便快速高效地提供融合業(yè)務(wù)的承載?；跇I(yè)務(wù)需求和技術(shù)發(fā)展，文章分析了智能管道的關(guān)鍵技術(shù)方案：多維感知分析技術(shù)方案、融合策略控制技術(shù)方案、智能流量調(diào)度優(yōu)化技術(shù)方案。文章指出智能網(wǎng)絡(luò)能力提升應(yīng)向上承接業(yè)務(wù)平臺、聚合互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，向下協(xié)同用戶終端，有機(jī)構(gòu)成統(tǒng)一的“端、管、云”運營體系，為客戶提供從底層網(wǎng)絡(luò)到上層增值應(yīng)用的協(xié)同服務(wù)。

關(guān)鍵詞：智能網(wǎng)絡(luò)能力提升；感知分析；策略控制；流量優(yōu)化；融合業(yè)務(wù)

智能管道作為運營商提升網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)能力的方向，從概念提出之初就受到特別的關(guān)注。不僅國內(nèi)外運營商分別提出提升用戶體驗的業(yè)務(wù)模式和計費等商業(yè)模式，各標(biāo)準(zhǔn)組織也開展智能管道相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)研究。在ITU-T也新立項智能網(wǎng)絡(luò)能力提升(NTCE)的標(biāo)準(zhǔn)研究，主導(dǎo)了智能管道的架構(gòu)和能力需求發(fā)展趨勢。

面對新業(yè)務(wù)需求和網(wǎng)絡(luò)資源高效應(yīng)用的要求，智能管道要求網(wǎng)絡(luò)首先具有感知能力，對業(yè)務(wù)、用戶、應(yīng)用等多維度進(jìn)行感知；其次要求具有資源動態(tài)調(diào)控和按需質(zhì)量保障能力，提供用戶自主選擇業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)資源的接口。增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)性，合理分配資源；第三要求具有智能流量調(diào)控能力，緩解不可控流向流量對網(wǎng)絡(luò)資源的不合理消耗；同時要求具有網(wǎng)絡(luò)間協(xié)同能力，用戶可以方便選擇接入不同的網(wǎng)絡(luò)，并具備跨網(wǎng)絡(luò)的良好業(yè)務(wù)切換體驗。

1 智能管道總體架構(gòu)

智能管道需立足現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提升各網(wǎng)絡(luò)層面的智能能力，并面向用戶和業(yè)務(wù)應(yīng)用，按需提供業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)資源。智能管道可以為用戶提供靈活的機(jī)制，根據(jù)用戶需要請求網(wǎng)絡(luò)配置相應(yīng)資源，并可以實現(xiàn)動態(tài)調(diào)整。智能管道可以結(jié)合網(wǎng)絡(luò)能力、網(wǎng)絡(luò)性能、用戶終端、業(yè)務(wù)感知等因素調(diào)整所提供的傳送資源，優(yōu)化流量傳送機(jī)制，提升網(wǎng)絡(luò)資源。智能管道可以開放資源服務(wù)能力，為內(nèi)容和應(yīng)用按需提供傳送資源保證能力，提升用戶的業(yè)務(wù)體驗。

智能管道的總體架構(gòu)分為控制層和網(wǎng)絡(luò)層，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和控制的有機(jī)分離。其中網(wǎng)絡(luò)層包含有線，無線接入網(wǎng)、IP骨干網(wǎng)、傳送網(wǎng)、核心網(wǎng)、內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)等，并提升網(wǎng)絡(luò)的多維感知、差異化保障和資源指配功能；控制層在原有認(rèn)證系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)等基礎(chǔ)上，增加或完善融合認(rèn)證、感知分析、策略控制及流量調(diào)度等功能。同時，智能管道還需要與上層業(yè)務(wù)平臺交互，并與各種用戶終端協(xié)同，實現(xiàn)從底層網(wǎng)絡(luò)到上層增值應(yīng)用的協(xié)同服務(wù)。智能管道總體架構(gòu)如圖1所示。

2 智能管道關(guān)鍵技術(shù)方案

相對于現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)，智能管道重點增強(qiáng)了控制層的感知分析功能、策略控制功能、流量調(diào)度優(yōu)化功能，并相應(yīng)提高承載網(wǎng)絡(luò)層的感知信息收集和策略執(zhí)行功能。因此作為智能管道的關(guān)鍵技術(shù)點，以下重點探討感知分析技術(shù)方案、策略控制技術(shù)方案以及流量調(diào)度優(yōu)化技術(shù)方案。

2.1 多維感知分析技術(shù)方案

作為智能管道的重要基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)感知能力是進(jìn)行用戶識別、業(yè)務(wù)和內(nèi)容分析、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)收集的必要手段。網(wǎng)絡(luò)感知能力可以是多種維度的，包括在無線接入網(wǎng)絡(luò)中，通過基站設(shè)備和接人控制設(shè)備感知用戶行為、用戶位置、終端能力等信息；在有線接入網(wǎng)絡(luò)中，通過接入設(shè)備端口、VLAN設(shè)置感知用戶位置或者業(yè)務(wù)類型從而定位用戶需求等。

按照3GPP、ITU等標(biāo)準(zhǔn)組織的定義，有線和無線接入網(wǎng)能夠?qū)崟r感知用戶行為信息及終端能力信息，并將感知到的信息以及信息的變化報告給位于核心網(wǎng)，骨干網(wǎng)的策略控制系統(tǒng)，可感知信息如表1所示。

多維感知分析技術(shù)主要實現(xiàn)的是對網(wǎng)絡(luò)底層的感知，無法實現(xiàn)對用戶使用的業(yè)務(wù)內(nèi)容的感知，因此深度包檢測(DPI)技術(shù)越來越受到運營商的關(guān)注，尤其在帶寬和擁塞管理、報文分析、公平使用管理等方面起著越來越重要的作用。

DPI技術(shù)是利用端口號檢測、報文特征檢測、協(xié)議解析、關(guān)聯(lián)識別、行為特征檢測等技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)中傳送的數(shù)據(jù)流量進(jìn)行業(yè)務(wù)類型、業(yè)務(wù)狀態(tài)、內(nèi)容識別、用戶行為等進(jìn)行分類統(tǒng)計和標(biāo)識的技術(shù)。DPI技術(shù)目前可以實現(xiàn)對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(如Web、FTP、mail等)、流媒體(如RTSP、MMS)、P2P類(如下載、流媒體)、VoIP(如信令、數(shù)據(jù))、網(wǎng)絡(luò)游戲、即時通信、異常流量等的識別標(biāo)識，并可通過數(shù)據(jù)流的分析及控制實施有針對性的基于內(nèi)容或應(yīng)用的控制關(guān)聯(lián)。DPI設(shè)備的部署可以采用串接模式或并接模式，串接模式下DPI設(shè)備被串聯(lián)接入在被監(jiān)測鏈路中間，可實施流量的分析和控制，適合于采用直接流量控制管理的場景；并接模式通過分光設(shè)備，復(fù)制被監(jiān)測鏈路的流量到DPI設(shè)備實現(xiàn)流量分析，適合于采用連接／信令干擾的流量控制管理的場景。新的高性能多核處理器、高I／O速率的存儲技術(shù)發(fā)展可以推進(jìn)DPI設(shè)備的處理能力快速增加，包括支持40G以上的鏈路的深度分析監(jiān)測，同時分析的IP層和應(yīng)用層類型也逐步豐富和完善，包括對IPv6等新型網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的分析。

2.2 融合策略控制技術(shù)方案

作為智能管道的核心部件，策略控制技術(shù)已經(jīng)得到較快發(fā)展。策略控制技術(shù)實現(xiàn)資源分配管理、策略管理、業(yè)務(wù)管理、用戶簽約管理、計費管理等功能，能夠根據(jù)用戶屬性、業(yè)務(wù)屬性、系統(tǒng)屬性等參數(shù)，定義和觸發(fā)相應(yīng)的資源管理和計費規(guī)則，支持批量、快速的業(yè)務(wù)發(fā)布，以及用戶資源的自助申請和靈活調(diào)整，業(yè)務(wù)的按需保障。目前策略控制技術(shù)體系包括3GPP的策略和計費控制(PCC)架構(gòu)、ITU-T的資源接入控制(RACF)架構(gòu)(與TISPAN的RACS架構(gòu)類似)，以及寬帶論壇(BBF)組織的接入網(wǎng)策略控制(BPCF)架構(gòu)，其技術(shù)實現(xiàn)方案通常包括策略決策功能和策略執(zhí)行功能。

在3GPP標(biāo)準(zhǔn)的PCC架構(gòu)中，重要技術(shù)功能實體包括策略與計費規(guī)則功能(PCRF)和策略與計費執(zhí)行功能(PCEF)。PCRF提供了面向PCEF的有關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的檢測、門控、QoS和按流計費(信用度管理除外)的網(wǎng)絡(luò)控制功能，而PCEF實現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流檢測、策略實施和按流計費等功能。PCC架構(gòu)同時支持LTE、eHRPD、CDMA1x和WLAN的接入，能夠根據(jù)感知到的用戶終端信息、應(yīng)用層業(yè)務(wù)信息、DPI分析的內(nèi)容和應(yīng)用流信息、用戶行為及簽約信息等，通過策略執(zhí)行功能進(jìn)行靈活的網(wǎng)絡(luò)資源控制及計費。

ITU-T的RACF架構(gòu)支持分組網(wǎng)絡(luò)中的QoS相關(guān)資源的控制，包括資源和接納控制，適用于各種接入網(wǎng)和核心網(wǎng)技術(shù)(如xDSL、UMTS、CDMA2000、WLAN、Ethernet、MPLS、IP)。其功能包括策略決策點(PDP)和策略執(zhí)行點(PEP)，分別實現(xiàn)基于每個IP流的用戶策略制訂和用于單播或組播業(yè)務(wù)流量的策略執(zhí)行。

BBF的BPCF架構(gòu)針對寬帶多業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的資源提出策略控制的需求，目前并沒有定義具體的協(xié)議實現(xiàn)，可以采用RACF、PCC等的具體實現(xiàn)協(xié)議來完成BPCF架構(gòu)的功能。

由于固移網(wǎng)絡(luò)融合的趨勢以及FMC業(yè)務(wù)的發(fā)展，策略控制技術(shù)主要向融合性的方向發(fā)展。目前，3GPP和BBF達(dá)成協(xié)議共同開發(fā)固、移融合(FMC)的策略控制系統(tǒng)，BBF從固定寬帶網(wǎng)絡(luò)的角度提出需求，具體協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)由3GPP負(fù)責(zé)開發(fā)。融合策略控制架構(gòu)模型如圖3所示。

由于各標(biāo)準(zhǔn)組織涵蓋的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不同，其策略管理類型也不盡相同。表2所示為3類策略控制架構(gòu)中涉及的策略類型。對于融合策略控制技術(shù)而言，需完成相關(guān)策略類型的統(tǒng)一定義以及跨網(wǎng)絡(luò)映射工作。

策略控制技術(shù)中策略執(zhí)行功能主要是指網(wǎng)絡(luò)的差異化保障能力。固定網(wǎng)絡(luò)可以采用基于區(qū)分服務(wù)的QoS機(jī)制，通過用戶或業(yè)務(wù)分類識別，要求網(wǎng)絡(luò)支持多個流量類型、物理或邏輯接口多個優(yōu)先級隊列、標(biāo)記數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級等實現(xiàn)端到端基于用戶或業(yè)務(wù)的差異化傳送。移動網(wǎng)絡(luò)的無線側(cè)和分組域應(yīng)支持用戶分等級的QoS機(jī)制，基于不同的QoS參數(shù)，基站和分組域接人控制設(shè)備可以在多個用戶之間提供不同的優(yōu)先級服務(wù)，對于同一個用戶的不同業(yè)務(wù)，也可以采用相應(yīng)的調(diào)度策略、隊列管理策略、無線資源接入策略、速率整形策略以提供所需的服務(wù)質(zhì)量。

2.3 智能流量調(diào)度優(yōu)化技術(shù)方案

智能流量調(diào)度優(yōu)化技術(shù)基于對資源狀況、網(wǎng)絡(luò)流量、業(yè)務(wù)流向等信息的分析和管理，達(dá)到對網(wǎng)絡(luò)資源高效指配和管理的目的。流量優(yōu)化功能可以對P2P、視頻等大流量應(yīng)用，占用空口資源等進(jìn)行有效控制和管理。提升視頻等業(yè)務(wù)使用網(wǎng)絡(luò)資源的效率。

智能流量調(diào)度優(yōu)化的基礎(chǔ)是對流量流向的分析，目前可以通過Netflow等深度流監(jiān)測(DFI)技術(shù)結(jié)合DPI技術(shù)實現(xiàn)。DFI技術(shù)基于IP五元組、服務(wù)類型(TOS)字段、物理或邏輯端口等信息實現(xiàn)對IP數(shù)據(jù)流的測墩和統(tǒng)計功能，可以對區(qū)分出的每個數(shù)據(jù)流進(jìn)行單獨跟蹤和準(zhǔn)確計量，記錄其源端和目的端的流量流向特性，統(tǒng)計其起始和結(jié)束時間、服務(wù)類型、傳送的數(shù)據(jù)包數(shù)量、字節(jié)數(shù)量等流量信息，實現(xiàn)對IP數(shù)據(jù)流的流量流向分析。為減少對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的資源占用，可以采用抽樣的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將采集到的抽樣統(tǒng)計數(shù)據(jù)利用簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP)管理信息庫(MIB)傳送到網(wǎng)管系統(tǒng)進(jìn)行集中處理，輸出流量和流向統(tǒng)計報表。DPI與DFI技術(shù)的結(jié)合，可以提供針對P2P、視頻、Web訪問等基于應(yīng)用的流量流向分析結(jié)果。

在流量流向分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，可采用流量整形、本地化等技術(shù)手段，實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)流量的有效疏導(dǎo)和優(yōu)化。通常流量整形方式用于擁塞鏈路或資源緊張的局部網(wǎng)絡(luò)，針對某些資源消耗較大的應(yīng)用(如P2P)，采用總流量控制、速率調(diào)整等方式降低對網(wǎng)絡(luò)資源的消耗，保證其他應(yīng)用的正常訪問。但是，由于這種控制方式可能造成P2P應(yīng)用的體驗下降，并未得到較多應(yīng)用。目前P2P流量優(yōu)化技術(shù)主要關(guān)注應(yīng)用層流量優(yōu)化(ALTO)技術(shù)及與應(yīng)用無關(guān)的數(shù)據(jù)層解決方案(DECADE)。ALTO技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)運營商中引入網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的Tracker實體，直接獲取網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒛芰蜖顟B(tài)等信息，作為為上層P2P應(yīng)用服務(wù)的底層網(wǎng)絡(luò)服務(wù)界面，計算各種優(yōu)化參數(shù)指標(biāo)(例如OSPF權(quán)重、BGP協(xié)議度量、鏈路擁塞程度、QoS指標(biāo)等)，為上層P2P應(yīng)用節(jié)點的選擇提供優(yōu)化建議。DECADE技術(shù)基于緩存功能實現(xiàn)靠近用戶側(cè)的P2P流量存儲和客戶端訪問，在加速P2P網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容分發(fā)的同時降低帶寬開銷，同時通過資源控制和數(shù)據(jù)傳送協(xié)議的分離，提高緩存的命中率和傳送效率，對P2P用戶訪問的效果進(jìn)行優(yōu)化。

視頻傳送優(yōu)化技術(shù)主要解決IPTV頻道的切換時延、IPTV／視頻錯誤包重傳、視頻質(zhì)量監(jiān)控等問題，通過對視頻業(yè)務(wù)的質(zhì)量監(jiān)控和保障，端到端提升視頻業(yè)務(wù)的可靠性、快速切換、可維護(hù)性等性能。針對運營商提供的IPTV類視頻業(yè)務(wù)，可以在網(wǎng)絡(luò)中部署CDN設(shè)備或者在現(xiàn)有設(shè)備中增加緩存功能，對視頻類應(yīng)用進(jìn)行緩存，例如可通過緩存關(guān)鍵I幀并在頻道切換時進(jìn)行快速推送實現(xiàn)用戶更換頻道時的快速切換；通過實時碼流檢測，發(fā)現(xiàn)丟包錯包后重傳來提高視頻傳送的可靠性，保障用戶觀看圖像的流暢；基于CDN緩存，在訪問不同視頻內(nèi)容時，根據(jù)地理位置、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、設(shè)備負(fù)載、請求的內(nèi)容等信息，選擇不同的緩存節(jié)點和傳送路由，提升視頻業(yè)務(wù)的質(zhì)量，并可通過對視頻業(yè)務(wù)質(zhì)量檢測手段提高可維護(hù)性。

3 結(jié)束語

智能管道的目標(biāo)是在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，逐步引入多維感知分析技術(shù)、融合策略控制技術(shù)以及智能流量調(diào)度優(yōu)化技術(shù)，包括部署DPI設(shè)備、策略控制系統(tǒng)、流量優(yōu)化系統(tǒng)等，實現(xiàn)用戶可識別、業(yè)務(wù)可區(qū)分的差異化承載，滿足用戶靈活接入網(wǎng)絡(luò)、自助請求業(yè)務(wù)和資源、按需保障服務(wù)質(zhì)量等需求。同時，智能管道又不僅僅只是在基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中提升智能能力，更重要是需要與新型應(yīng)用需求、商業(yè)模式、業(yè)務(wù)策略相結(jié)合，將管道智能化的特征真正轉(zhuǎn)化為客戶的業(yè)務(wù)提供能力。因此，智能管道應(yīng)向上承接業(yè)務(wù)平臺、聚合互聯(lián)網(wǎng)成用，向下協(xié)同用戶終端，有機(jī)構(gòu)成統(tǒng)一的“端、管、云”運營體系，為客戶提供從底層網(wǎng)絡(luò)到上層增值應(yīng)用的協(xié)同服務(wù)。但是，智能管道的理念和關(guān)鍵技術(shù)方案還在不斷完善中，相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)體系也還未清晰，智能管道的自身實現(xiàn)技術(shù)、與業(yè)務(wù)平臺的交互技術(shù)、與終端的協(xié)同技術(shù)都還有待進(jìn)一步研究。