柳 晶（上海貝爾股份有限公司，上海 201012）

0 前言

在純語(yǔ)音通信的年代，運(yùn)營(yíng)商投資建設(shè)固定語(yǔ)音交換機(jī)，放號(hào)給終端用戶，從而帶來了更多的通話時(shí)長(zhǎng)，運(yùn)營(yíng)商的收入也隨之成正比地增長(zhǎng)。

現(xiàn)在進(jìn)入了寬帶數(shù)據(jù)通信的時(shí)代，語(yǔ)音業(yè)務(wù)持續(xù)萎縮，而IP數(shù)據(jù)量增長(zhǎng)得很快，為了應(yīng)對(duì)激增的IP數(shù)據(jù)流量，運(yùn)營(yíng)商投入巨資打造了龐大的IP網(wǎng)絡(luò)。投資和流量在高速增長(zhǎng)，但運(yùn)營(yíng)商的收益并沒有獲得對(duì)應(yīng)的增長(zhǎng)，以中國(guó)移動(dòng)為例，2010年數(shù)據(jù)量同步提升112%，但接入的收入僅僅增長(zhǎng)了49.4%，量收失衡帶來了很大的成本壓力。那么如何找到新的商業(yè)模式，來挖掘IP基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的潛能，讓運(yùn)營(yíng)商的利潤(rùn)有所增長(zhǎng)，業(yè)界正急切地尋找著答案。

目前看來可以從2方面入手，一是提高運(yùn)營(yíng)商的收入來源，達(dá)到開源的目的；另一個(gè)則是減少不必要的網(wǎng)絡(luò)開銷，達(dá)到節(jié)流的目的。無論是開源還是節(jié)流，都需要IP運(yùn)營(yíng)商對(duì)網(wǎng)絡(luò)具備更強(qiáng)的控制能力，更清楚地知道網(wǎng)絡(luò)內(nèi)發(fā)生了什么，更精細(xì)地做好流量經(jīng)營(yíng)，而這一切都需要智能管道作為技術(shù)基礎(chǔ)。

本文從開源和節(jié)流2方面來討論如何打造IP智能管道。

1 如何來實(shí)現(xiàn)開源

運(yùn)營(yíng)商可以把這個(gè)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的能力開放出來，讓上層的應(yīng)用提供商（ACP）（如阿里巴巴、土豆網(wǎng)等）通過調(diào)用應(yīng)用程序接口（API）來控制一部分IP基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的功能，既然應(yīng)用提供商得到了一定的控制權(quán)，那么它就要向運(yùn)營(yíng)商付出一定的費(fèi)用，于是運(yùn)營(yíng)商就可以從收益豐厚的互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中切得一塊蛋糕。

網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)必然是全I(xiàn)P數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，那么運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)能力的開放就是IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)能力的開放，具體而言則是IP QoS控制能力的開放。QoS包含了帶寬、丟包率、時(shí)延、抖動(dòng)等概念，上層的應(yīng)用提供商通過API發(fā)送消息到運(yùn)營(yíng)商的QoS控制網(wǎng)元，最終給特定的業(yè)務(wù)用戶設(shè)置期望的IP QoS，也就是設(shè)定帶寬、丟包率、時(shí)延等參數(shù)。

1.1 應(yīng)用場(chǎng)景a：特定業(yè)務(wù)流的QoS提升

有些應(yīng)用網(wǎng)站對(duì)高端用戶收取一定的費(fèi)用，比如包月費(fèi)，提供高質(zhì)量的內(nèi)容服務(wù)。為了更好的用戶體驗(yàn)，傳送內(nèi)容的資源自然是越多越好。于是應(yīng)用網(wǎng)站在發(fā)送內(nèi)容前，就可以調(diào)用API要求運(yùn)營(yíng)商的IP網(wǎng)絡(luò)給這個(gè)用戶的相關(guān)承載分配更多的IP資源（如帶寬）。運(yùn)營(yíng)商分配了高帶寬資源后，記下這次API調(diào)用，據(jù)此向應(yīng)用網(wǎng)站收取一定的費(fèi)用，那么用戶交給網(wǎng)站的費(fèi)用中就有一部分到了運(yùn)營(yíng)商手里。付費(fèi)用戶獲得了順暢的服務(wù)，收費(fèi)網(wǎng)站提升了用戶的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，運(yùn)營(yíng)商得到了額外的收益，形成了多贏的局面。

例如，某用戶在視頻網(wǎng)站上登陸之后，網(wǎng)站知道他是付費(fèi)用戶，同時(shí)記錄下該用戶的IP地址及端口號(hào)。當(dāng)該用戶需要看高清視頻時(shí)，視頻網(wǎng)站通過調(diào)用API，向運(yùn)營(yíng)商提出要求，從視頻網(wǎng)站服務(wù)器地址到這個(gè)用戶IP地址的IP流，給予高帶寬，低時(shí)延的服務(wù)。運(yùn)營(yíng)商根據(jù)API給這個(gè)IP流（由視頻服務(wù)器地址和用戶地址定義）分配更大的帶寬，從而讓高清視頻可以流暢地播放。

1.2 應(yīng)用場(chǎng)景b：用戶業(yè)務(wù)等級(jí)的提升

這個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景指的是臨時(shí)性地給用戶一段時(shí)間的帶寬加速，把用戶的總體服務(wù)等級(jí)提升一下。比如說手機(jī)用戶A和固定用戶B正在進(jìn)行視頻共享，覺得網(wǎng)速太慢，帶寬瓶頸一般出在用戶A上，那么他可以進(jìn)入運(yùn)營(yíng)商的PORTAL，要求使用臨時(shí)性地服務(wù)等級(jí)提升（如從銀牌用戶提升到金牌用戶，用戶的最大帶寬從512 kbit/s提升到2 Mbit/s），用戶A可以獲取更多的無線帶寬資源；用戶A還要設(shè)定臨時(shí)提升的時(shí)長(zhǎng)，他估計(jì)視頻共享時(shí)長(zhǎng)不超過0.5 h，因此把臨時(shí)提升的時(shí)長(zhǎng)設(shè)為0.5 h，那么在接下來的0.5 h中，視頻共享的業(yè)務(wù)體驗(yàn)就會(huì)好很多，0.5 h之后運(yùn)營(yíng)商自動(dòng)把用戶A的服務(wù)等級(jí)降回原來的等級(jí)，不會(huì)過多地使用運(yùn)營(yíng)商的IP帶寬資源，同時(shí)用戶A也可以用最經(jīng)濟(jì)的方法（0.5 h提升）來得到關(guān)鍵業(yè)務(wù)（視頻共享）的高質(zhì)量體驗(yàn)。

1.3 固網(wǎng)寬帶接入的QoS開放架構(gòu)

固定接入網(wǎng)絡(luò)中，運(yùn)營(yíng)商需要控制的是BRAS和/或IP路由器。上層的應(yīng)用提供商調(diào)用API，API exposure據(jù)此來控制策略管理相關(guān)的網(wǎng)元（如Radius server）。Radius server通過RADIUS CoA消息給IP設(shè)備（如BRAS）動(dòng)態(tài)地設(shè)置用戶接入的QoS，從而最終體現(xiàn)應(yīng)用提供商的IP QoS要求。運(yùn)營(yíng)商完成QoS資源分配后，記錄下本次API的調(diào)用，據(jù)此向上層應(yīng)用提供商收取相關(guān)的費(fèi)用。

1.4 無線寬帶接入的QoS開放架構(gòu)

目前3GPP定義了PCC架構(gòu) （見圖1），以控制GPRS/WCDMA/TD-SCDMA/LTE無線用戶接入的QoS。

SPR一般和HLR合設(shè)，它存儲(chǔ)了運(yùn)營(yíng)商對(duì)各個(gè)用戶靜態(tài)配置的QoS等級(jí)，比如可對(duì)高端用戶在SPR中事先配置高等級(jí)的QoS參數(shù)。SPR通過Sp接口把事先配置的用戶業(yè)務(wù)等級(jí)信息（如金、銀牌用戶）傳遞給PCRF。Sp接口沒有標(biāo)準(zhǔn)化，具體內(nèi)容由運(yùn)營(yíng)商決定。

AF是PS域的上層應(yīng)用部分，AF根據(jù)應(yīng)用相關(guān)的信息，通過基于DIAMETER的Rx接口向PCRF動(dòng)態(tài)發(fā)送QoS請(qǐng)求，比如用戶想通過PS域發(fā)起Voice over IMS業(yè)務(wù)，上層的AF得知是Voice業(yè)務(wù)請(qǐng)求，會(huì)向PCRF發(fā)出適用于Voice的低時(shí)延、低抖動(dòng)，但帶寬不高的QoS請(qǐng)求。

PCRF是整個(gè)PCC架構(gòu)的核心，它根據(jù)SPR中靜態(tài)配置的QoS等級(jí)、移動(dòng)終端發(fā)上來的原始QoS請(qǐng)求、AF下發(fā)的和業(yè)務(wù)相關(guān)的QoS請(qǐng)求以及網(wǎng)管設(shè)備發(fā)來的相關(guān)信息，綜合考慮，最終得出適合用戶的QoS策略，比如用戶該獲得多少無線帶寬，丟包率是多少，并通過基于DIAMETER的Gx接口將它發(fā)給PCEF（即GGSN）。PCRF的功能一般是由單獨(dú)設(shè)立的物理設(shè)備完成。

PCEF是實(shí)施QoS策略的邏輯功能單元，它接受來自PCRF的QoS策略，其策略體現(xiàn)在無線接入網(wǎng)空口資源分配命令中，從而把PCRF決定的QoS策略在無線側(cè)實(shí)施；此外QoS策略還會(huì)被PCEF映射成IP包的DSCP頭，從而控制了上行到外部IP網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流的 QoS。在 GPRS/WCDMA/TD-SCDMA系統(tǒng)中，由GGSN來完成相應(yīng)的PCEF邏輯功能。

上層的應(yīng)用提供商想對(duì)某個(gè)應(yīng)用配置特定的帶寬等QoS資源時(shí)，就向API exposure發(fā)出API請(qǐng)求，API exposure將API轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的Rx接口消息，來控制PCRF設(shè)備。從標(biāo)準(zhǔn)的PCC架構(gòu)來看，API exposure起到了AF的作用。PCRF根據(jù)3GPP的標(biāo)準(zhǔn)向GGSN發(fā)送Gx接口消息傳遞用戶的QoS策略信息，從而最終設(shè)定無線用戶的接入資源。

1.5 API簡(jiǎn)介

電信業(yè)最初是使用Parlay-X接口向第三方開放其SMS和語(yǔ)音呼叫系統(tǒng)能力，而現(xiàn)在的趨勢(shì)是使用基于HTTP的RESTful風(fēng)格的API，Web開發(fā)者可以很容易地使用這些API來進(jìn)行編程。

REST（REpresentation State Transfer）是一種風(fēng)格或者是一些原則，用于松耦合的Web應(yīng)用程序中。REST中資源是以URI的形式來表現(xiàn)的，在QoS能力開放的API中，資源就是IP流。對(duì)資源的各種各樣的操作，也就是對(duì)IP流的各種操作最終歸結(jié)為4個(gè)verb（也可稱為HTTP方法）：GET表示獲取資源；PUT表示修改資源；POST表示創(chuàng)造新的資源；而DELETE表示刪除資源。

Tudou視頻網(wǎng)站如果想為nai@auto.com這個(gè)用戶的視頻下載流分配下行1 Mbit/s的帶寬，可以調(diào)用下列API：

既然視頻網(wǎng)站為了這1 Mbit/s帶寬給運(yùn)營(yíng)商付了相關(guān)的費(fèi)用，那么就要確保1 Mbit/s帶寬只為tudou視頻下載流使用，用戶同時(shí)使用的普通上網(wǎng)業(yè)務(wù)還是使用原來的best effort QoS資源。因此API中要包含視頻server IP地址和用戶自己的IP地址，由這些地址來定義視頻下載的IP流，于是運(yùn)營(yíng)商的PCRF只會(huì)把1 Mbit/s帶寬分配給這些視頻下載的IP流。

當(dāng)視頻下載完，需要釋放剛才分配的相關(guān)資源時(shí)，可以調(diào)用下列API：

注：request id 1234是分配相關(guān)資源時(shí)，API exposure網(wǎng)元生成的標(biāo)示，上層的第三方應(yīng)用只需要輸入此id值，就知道要釋放本次分配的資源。

2 如何來實(shí)現(xiàn)節(jié)流

節(jié)流，就是抑制運(yùn)營(yíng)商“討厭”的IP數(shù)據(jù)流（如P2P業(yè)務(wù)、忙時(shí)的大帶寬應(yīng)用等），通過減少這些數(shù)據(jù)流，降低運(yùn)營(yíng)商IP設(shè)備的投資，從而達(dá)到節(jié)流的目的。

2.1 如何識(shí)別“討厭”的IP流

識(shí)別IP流的方法很多，比如DPI可以發(fā)現(xiàn)哪些IP流是和P2P相關(guān)的，但是DPI并不能知道當(dāng)時(shí)無線網(wǎng)絡(luò)的忙閑狀態(tài)，如果在網(wǎng)絡(luò)空閑的時(shí)候去限制P2P的視頻下載對(duì)運(yùn)營(yíng)商而言也沒什么意義；無線側(cè)的網(wǎng)管信息可以大致得出網(wǎng)絡(luò)忙閑的情況，但是無線側(cè)并不知道用戶所使用的業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)忙時(shí)，只能一刀切地限制流量，不能做到有的放矢專門限制某些帶寬吞噬者（如P2P用戶）。因此使用DPI或者無線網(wǎng)管信息，都不能真正地發(fā)現(xiàn)“討厭”的IP流。

可以使用另一種方式，引入一臺(tái)專門的監(jiān)控設(shè)備來監(jiān)控?zé)o線用戶的媒體層的信息，分析用戶使用的業(yè)務(wù)，找到帶寬吞噬者；同時(shí)監(jiān)控相關(guān)的控制接口，分析無線信令的消耗情況，并通過分析數(shù)據(jù)包的丟失率和延遲率，確認(rèn)無線網(wǎng)絡(luò)是忙還是閑，具體的架構(gòu)如圖2所示。

通過監(jiān)控相關(guān)的GPRS分組域接口 （圖2中藍(lán)色線），既可以確定用戶使用了哪些業(yè)務(wù)，使用的帶寬有多大，也可以分析出無線小區(qū)的忙閑狀態(tài)；此外它通過分光的方式讀取相關(guān)接口消息，準(zhǔn)實(shí)時(shí)地分析相關(guān)接口消息，不像DPI那樣位于IP路由的轉(zhuǎn)發(fā)路徑中，不消耗IP轉(zhuǎn)發(fā)的資源，成本比DPI低很多。

通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備獲取了無線網(wǎng)絡(luò)忙閑信息和用戶使用的業(yè)務(wù)信息之后，運(yùn)營(yíng)商可以使用這些信息，對(duì)處于繁忙小區(qū)的帶寬吞噬者使用限制帶寬的策略，減少其對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)資源的消耗，降低繁忙小區(qū)的流量峰值，從而節(jié)省無線設(shè)備的投資，達(dá)到節(jié)流的目的。

2.2 使用PCC架構(gòu)來節(jié)流

PCC架構(gòu)是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)，其中的PCRF發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)的Gx接口消息給GGSN設(shè)備，來控制無線用戶的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的接入資源。如圖2所示，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備將網(wǎng)絡(luò)忙閑信息和帶寬吞噬者的信息發(fā)給PCRF（圖2中綠色箭頭），PCRF會(huì)根據(jù)運(yùn)營(yíng)商配置的策略對(duì)忙區(qū)中消耗大量資源的用戶進(jìn)行策略更新，降低他們的帶寬使用 （通過黃色線表示的Gx接口控制GGSN來實(shí)現(xiàn)），從而防止無線IP網(wǎng)絡(luò)被過度地使用。

2.3 使用ANDSF設(shè)備來節(jié)流

目前國(guó)內(nèi)三大運(yùn)營(yíng)商都部署了大量的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，來為宏網(wǎng)減少流量壓力。但是否使用Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的決定權(quán)完全在終端用戶手中，運(yùn)營(yíng)商無法左右用戶的行為；而且終端用戶要想使用Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，需要打開Wi-Fi搜索功能，費(fèi)時(shí)費(fèi)電，不利于用戶使用Wi-Fi。為了解決這2個(gè)問題，國(guó)際規(guī)范組織引入了ANDSF（Access Network Discovery and Selection Function）這一網(wǎng)元。ANDSF位于運(yùn)營(yíng)商的核心網(wǎng)絡(luò)中，終端會(huì)向ANDSF定期發(fā)送用戶位置信息，ANDSF會(huì)根據(jù)位置查找用戶所處的位置是否有Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，并向終端發(fā)送相關(guān)Wi-Fi的信息，指導(dǎo)用戶接入Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)。此外運(yùn)營(yíng)商還可以在ANDSF上配置相關(guān)的策略，更精細(xì)地指導(dǎo)用戶向Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)分流。

網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備依舊可以把網(wǎng)絡(luò)忙閑信息和帶寬吞噬者（如P2P使用者）的信息傳送給ANDSF，根據(jù)運(yùn)營(yíng)商的策略，ANDSF可以向位于繁忙小區(qū)中的帶寬吞噬者推送相關(guān)的策略（標(biāo)準(zhǔn)的S14接口），要求這些高流量用戶使用Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，減少宏網(wǎng)的負(fù)擔(dān)。

2.4 使用智能推送設(shè)備來節(jié)流

隨著智能終端的普及，推送業(yè)務(wù)使用量越來越大。如果推送業(yè)務(wù)集中在忙時(shí)向用戶群發(fā)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶來的流量壓力很大。所以運(yùn)營(yíng)商可以在網(wǎng)絡(luò)中部署智能推送服務(wù)器。此服務(wù)器接收來自推送業(yè)務(wù)的推送請(qǐng)求，然后綜合網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備傳來信息 （圖3中綠色箭頭），當(dāng)網(wǎng)絡(luò)忙時(shí)，可以要求推送業(yè)務(wù)暫緩進(jìn)行；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)流量下降時(shí)，向推送業(yè)務(wù)發(fā)送可以推送的指示（圖3中黑色箭頭），推送業(yè)務(wù)向終端推送內(nèi)容。作為回報(bào)，運(yùn)營(yíng)商可以給推送服務(wù)比較低的資費(fèi)，推送時(shí)使用更好的帶寬服務(wù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

在寬帶IP通信時(shí)代，運(yùn)營(yíng)商不甘心淪為純粹的管道供應(yīng)商，需要加強(qiáng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的控制，向智能管道演進(jìn)。業(yè)界提出了開放IP網(wǎng)絡(luò)QoS控制能力的思路和實(shí)施方案，希望運(yùn)營(yíng)商能借此進(jìn)入利潤(rùn)豐厚的Web業(yè)務(wù)領(lǐng)域，提升自己在產(chǎn)業(yè)鏈中的地位，進(jìn)而增加營(yíng)業(yè)收入；同時(shí)使用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備，可以監(jiān)控?zé)o線網(wǎng)絡(luò)的忙閑狀態(tài)并定位帶寬吞噬者的ID，以此為基礎(chǔ)可以在忙時(shí)限制帶寬吞噬者對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的濫用，從而降低無線網(wǎng)絡(luò)的峰值壓力，節(jié)省IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的投資。