全網(wǎng)IP化對于移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的促進作用

黃恒

【摘要】 2009年我國3G牌照發(fā)放以來，移動互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展，截止2012年移動通信用戶已達到11億多戶，其中3G用戶超過2.34億戶，3G用戶滲透率已經(jīng)超過了20%，2013年3G業(yè)務(wù)快速增長與移動通信剛性需求等因素推動我國3G用戶發(fā)展加速，預(yù)計2013年中國3G用戶將增長1.5-1.8億戶，用戶規(guī)模突破3億戶，用戶滲透率超過30%。移動互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展引發(fā)信息通信產(chǎn)業(yè)深刻變革

【關(guān)鍵詞】 互聯(lián)網(wǎng)時代 電信運營商 全網(wǎng)IP化 移動互聯(lián)網(wǎng)

一、引言

我國3G牌照發(fā)放以來，各電信運營商的3G用戶規(guī)?？焖僭鲩L，用戶滲透率逐步提高，但電信業(yè)賴以生存的各個方面都在經(jīng)受空前嚴峻的挑戰(zhàn)：大量互聯(lián)網(wǎng)新業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，使得電信運營商的話音業(yè)務(wù)和有限的增值業(yè)務(wù)不斷貶值與被邊緣化；智能手機、平板電腦和智能電視等大量新型終端的出現(xiàn)，在帶來巨大的網(wǎng)絡(luò)流量和信令壓力的同時，引領(lǐng)了信息通信業(yè)務(wù)的發(fā)展，也使得運營商的傳統(tǒng)主導(dǎo)性和重要性逐漸降低；產(chǎn)業(yè)鏈的重點和利潤向上層業(yè)務(wù)與終端轉(zhuǎn)移，以蘋果、谷歌為代表的新型、輕型運營商憑借技術(shù)、業(yè)務(wù)和商業(yè)模式的創(chuàng)新，大舉進入電信服務(wù)業(yè)，并獲取了大部分利潤。電信企業(yè)要怎樣轉(zhuǎn)型，由電信化企業(yè)轉(zhuǎn)型為移動互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)適應(yīng)新業(yè)務(wù)、新形勢的發(fā)展需求，變的越來越迫切。

根據(jù)愛立信的統(tǒng)計，從2009年第四季度開始，移動通信數(shù)據(jù)流量就已經(jīng)超過了語音流量。根據(jù)預(yù)測到2015年全球的移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)比2011年增加26倍，屆時移動數(shù)據(jù)流量中將有60%為視頻業(yè)務(wù)。2010年中國移動公司的忙時數(shù)據(jù)流量占到全網(wǎng)41%的帶寬，中國移動本身的數(shù)據(jù)流量2012年已經(jīng)超過了整個移動話音流量?！半娦艠I(yè)務(wù)正在趨向于互聯(lián)網(wǎng)化?！?/p>

電信業(yè)務(wù)趨向于互聯(lián)網(wǎng)化不僅僅來自于內(nèi)部的轉(zhuǎn)型需求，更多的還來自于外部競爭壓力所迫。騰訊推出微信、小米推出米聊、蘋果的iMessage、Viber提供免費電話、aceTime支持iphone和ipad用戶的免費電話以及視頻通話，這些免費的應(yīng)用給運營商帶來了沖擊。正如中國移動集團總裁李躍所說：“互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)模式對我們的競爭，十年來從來沒有間斷過，始終給公司巨大壓力。如果沒有政府的保護，電信運營商沒有各種進入門檻，我們的語音業(yè)務(wù)，就有可能被互聯(lián)網(wǎng)公司取代?！彪S著智能手機快速普及，用戶使用移動智能終端比例大幅增長，2013年預(yù)計使用智能手機的比例將超過50%。

二、微信等移動互聯(lián)網(wǎng)OTT業(yè)務(wù)快速發(fā)展對于運營商移動網(wǎng)絡(luò)的影響

業(yè)務(wù)需求越來越多樣化，帶來時延短、速度快、流量大等特點，從去年開始，以騰訊微信為代表的OTT業(yè)務(wù)（指互聯(lián)網(wǎng)公司越過運營商，發(fā)展基于互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)）開始蠶食電信運營商傳統(tǒng)語音、短信業(yè)務(wù)市場。根據(jù)工信部今年數(shù)據(jù)顯示，由于微信、微博等業(yè)務(wù)的替代效應(yīng)，運營商的點對點短信業(yè)務(wù)量有了明顯的下滑，但OTT業(yè)務(wù)的快速發(fā)展對于電信運營商的網(wǎng)絡(luò)信令資源的占用又成幾何式的增長，終于引發(fā)了今年4月份中移動與騰訊同臺論戰(zhàn)，并引起了微信是否應(yīng)該收費的全民關(guān)注。

以下我們從技術(shù)層面解析下為什么微信OTT業(yè)務(wù)快速發(fā)展會嚴重擠占電信運營商的網(wǎng)絡(luò)信令資源，電信運營商可以通過什么方式改變此現(xiàn)狀。

隨著這兩年智能手機快速普及，類似手機QQ、手機微博、微信等手機應(yīng)用軟件的使用，會帶來大規(guī)模小數(shù)據(jù)量的頻繁交互，該類業(yè)務(wù)流量的建立和釋放一般是通過信令信道承載的。

那么，頻繁的小流量數(shù)據(jù)交互大量消耗信令信道資源，導(dǎo)致信令量的增幅遠大于業(yè)務(wù)流量的增幅。簡單來說，這些應(yīng)用會周期性地向應(yīng)用服務(wù)器發(fā)送報文保證用戶永遠在線的狀態(tài)，引起已釋放的連接重建。為了保持永遠在線的狀態(tài)，各種應(yīng)用客戶端會向服務(wù)器不斷發(fā)送“心跳”，保持其“永遠在線”狀態(tài)。

根據(jù)統(tǒng)計，智能終端上這類軟件所引發(fā)的無線信令流量是傳統(tǒng)非智能終端的10倍以上，這進一步增加了智能手機產(chǎn)生的信令。同時，必然會影響終端與網(wǎng)絡(luò)之間的空中接口的信令處理能力，那么一旦信令信道發(fā)生擁塞，就會導(dǎo)致空口資源的調(diào)度失控。這時，即便空口資源是空閑的，終端也無法使用。這種情況很容易引發(fā)雪崩效應(yīng)，當(dāng)終端申請不到空口資源或鏈接不上網(wǎng)絡(luò)，就會不斷重試，導(dǎo)致信令信道更加擁塞，直到癱瘓。

三、移動核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的演進對于移動互聯(lián)網(wǎng)的改變

那么我們討論下相應(yīng)的信令風(fēng)暴在國內(nèi)各運營商的網(wǎng)絡(luò)中各有什么影響呢，當(dāng)前國內(nèi)三大運營商核心網(wǎng)側(cè)設(shè)備絕大部分已完成設(shè)備硬件升級，核心網(wǎng)網(wǎng)元設(shè)備已升級至軟交換設(shè)備，實現(xiàn)了控制與承載相分離，但國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)升級的模式是2G網(wǎng)絡(luò)與3G網(wǎng)絡(luò)疊加組網(wǎng)，還未全網(wǎng)升級至3G網(wǎng)絡(luò)，只是部分局向完成了IP化升級，相關(guān)網(wǎng)元內(nèi)部實現(xiàn)了信令I(lǐng)P化承載，全網(wǎng)絕大部分網(wǎng)元之間的信令還是承載在原有2G、2.5G的TDM網(wǎng)絡(luò)上。因此當(dāng)前類似微信這樣“永遠在線”的應(yīng)用，對信令的占用更多的是在傳統(tǒng)2G、2.5G的網(wǎng)絡(luò)上，如果“心跳”過快過多，就會導(dǎo)致運營商的網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題，甚至癱瘓，但在3G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該游刃有余了，下面我們分析下不同時代的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下用戶的上網(wǎng)方式：

讓我們先從2G網(wǎng)絡(luò)聊起吧，遙遠的2G時代（10來年以前），數(shù)據(jù)通信設(shè)備還未普及時，這個時期還沒有針對數(shù)據(jù)通訊的分組交換設(shè)備，移動網(wǎng)絡(luò)主要分為接入網(wǎng)和核心網(wǎng)。接入網(wǎng)就是2G時代的基站（大家隨處可見的大鐵架子）和基站控制中心，手機用戶通過最近的基站，注冊并可以使用短信和通話等服務(wù)。 核心網(wǎng)就是完成各種電路交換，幫助海量用戶接通電話或者短信的核心設(shè)備（可以理解為云端核心的服務(wù)器）。通過電路交換域可以上網(wǎng)么？答案是可以的，可以通過附加模塊使用數(shù)據(jù)服務(wù)，但是速率非常低，十幾K。關(guān)于升級？接入網(wǎng)的設(shè)備眾多，部署艱難，費用昂貴，相對而言設(shè)備制造商的利潤也高，一賣就是以萬臺為單位，遍布全國。核心網(wǎng)設(shè)備智能化程度高，設(shè)備數(shù)量少，容易直接升級換代，反而容易成為購買基站后的贈品。以上的特征從2G到4G都適用，即：運營商升級核心網(wǎng)比較容易，升級接入網(wǎng)很艱難。

2.5G到底是什么：大部分用戶經(jīng)常有疑問：同樣的手機，同樣的語音短信服務(wù)，為啥開通了上網(wǎng)服務(wù)的號碼就是2.5G，其實手機，基站，電路域都沒有硬件上的變化，只是增加了分組交換設(shè)備（分組域），把需要上網(wǎng)服務(wù)的手機用戶引導(dǎo)到這邊來實現(xiàn)。分組交換域的主要設(shè)備就是GPRS服務(wù)節(jié)點（SGSN和GGSN），它讓希望享受上網(wǎng)服務(wù)的2G用戶可以直接接入互聯(lián)網(wǎng)（通過BSS，SGSN，GGSN，再到WAP網(wǎng)關(guān)或3W網(wǎng)關(guān)）。所以作為我們通訊設(shè)備商來說，其實只有2G和3G的區(qū)別，2G接入網(wǎng)可以和3G核心網(wǎng)互通（比如上圖），3G接入網(wǎng)也可以連通2G核心網(wǎng)。2.5G更多的是個形象比喻，可以GPRS上網(wǎng)的2G用戶。大家觀察上圖，最明顯的特征是：BSS（2G接入網(wǎng)）同時和電路域及分組域相連，公用空中信道。也就是說，上網(wǎng)所占用的信道過多，總信道容量是一定的，確實可能導(dǎo)致傳統(tǒng)語音短信與上網(wǎng)服務(wù)難以共存。舉個例子：空中信道的功率是可以由運營商隨時設(shè)置的，以前豐澤大樓上網(wǎng)的同事很多，當(dāng)打電話的同事一多，手機上網(wǎng)有時就不靈了，打電話給網(wǎng)管后臺進行特殊設(shè)置，就可以解決局部網(wǎng)絡(luò)擁塞問題。這也折射出接入網(wǎng)容易成為業(yè)務(wù)性能瓶頸。 3G網(wǎng)絡(luò)有什么好處，會不會發(fā)生信道擁塞？3G網(wǎng)絡(luò)對于2.5G網(wǎng)絡(luò)上的進化在于：電路域進一步把語音和信令分離，引入多媒體網(wǎng)關(guān)，能力更強，且統(tǒng)統(tǒng)把底層協(xié)議改造成基于全IP。這個并不太重要，重要的是海量的2G接入網(wǎng)鳥槍換炮成3G接入網(wǎng)。所謂3G或4G的核心技術(shù)，都是在接入網(wǎng)上的尋址方式革命，理論上可以把信道總量，資源及連通效率提高數(shù)十倍以上（4G更高）。

四、全網(wǎng)IP化對于移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的促進作用

3G時代是否會發(fā)生信令擁塞事故？

接入網(wǎng)的容量即能力大幅提升，基于IP的全網(wǎng)互通，目前的壓力理應(yīng)不再是瓶頸，但如果實時海量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)成十倍的提升，也有可能迎來新的擁塞故障。核心網(wǎng)的全IP升級和容量提升相對容易很多，通常不會成為業(yè)務(wù)瓶頸。 用戶上網(wǎng)的信令流程是怎樣的？很簡單，通過信令來回握手建立協(xié)議上下文，然后數(shù)據(jù)包就可以飛來飛去了，除非一方斷開數(shù)據(jù)鏈路。

因此要支撐當(dāng)前人們使用類似微信這樣“永遠在線”的智能應(yīng)用的業(yè)務(wù)需求，還需要運營商修好內(nèi)功，做好網(wǎng)絡(luò)升級部署，適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的演變，市場的快速發(fā)展，做出相應(yīng)的變革實現(xiàn)移動互聯(lián)網(wǎng)快速轉(zhuǎn)型。

人們建立了移動互聯(lián)網(wǎng)來對通信進行革新，同時為電信運營商、應(yīng)用開發(fā)商、服務(wù)提供商及其客戶帶來眾多想所未想的機會。但移動互聯(lián)網(wǎng)不僅僅是使互聯(lián)網(wǎng)移動起來，它還為數(shù)以百萬計的移動電話用戶提供了個性化的、基于位置和時間的隨時隨地的服務(wù)。

互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）技術(shù)是推動移動互聯(lián)網(wǎng)成為現(xiàn)實的動力，它能夠順暢處理移動網(wǎng)絡(luò)上所有類型的通信。人們付出了巨大努力來開發(fā)支持新型實時移動互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的新IP標(biāo)準(zhǔn)。有許多工作組，其中包括第三代合作項目（3GPP）和互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF），都在努力構(gòu)建一種支持移動通信的全球IP網(wǎng)絡(luò)。

這一工作考慮到了以前所獲得的經(jīng)驗，即任何通信種類的發(fā)展都是一個漸進的過程和自然的結(jié)果。移動互聯(lián)網(wǎng)將建立在現(xiàn)有的和即將出現(xiàn)的技術(shù)之上，從無線應(yīng)用協(xié)議（WAP）和通用分組無線業(yè)務(wù)（GPRS）到高速第三代（3G）業(yè)務(wù)。

為了理解全IP網(wǎng)，有必要先來了解IP。IP是正在持續(xù)發(fā)展的一組重要技術(shù)，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第6版（Ipv6）將有望實現(xiàn)幾乎無限的地址容量。作為一種能夠傳輸數(shù)據(jù)、話音和視頻且不會犧牲質(zhì)量或性能的真正的多媒體技術(shù)，IP已經(jīng)顯示出了巨大的潛力。移動網(wǎng)的IP化對于網(wǎng)絡(luò)發(fā)展意義十分重大，它能夠有效提升網(wǎng)絡(luò)的性能、新業(yè)務(wù)支持能力和用戶體驗，并且保證移動網(wǎng)的長期演進和發(fā)展。

構(gòu)建更安全的架構(gòu)：區(qū)別于傳統(tǒng)的TDM網(wǎng)絡(luò)，IP網(wǎng)絡(luò)具有靈活的自主路由尋址能力，這樣可以很方便實現(xiàn)移動網(wǎng)元之間的備份功能，保證BSC/RNC實現(xiàn)到主備MGW/SGSN的備份，或者BTS/NodeB到BSC/RNC的備份，這樣在這些網(wǎng)元節(jié)點故障情況下，業(yè)務(wù)能夠得到恢復(fù)保護。更高的容量和帶寬：HSPA技術(shù)引發(fā)高達5倍于GSM的傳輸帶寬需求，傳統(tǒng)SDH方案面臨資源瓶頸，并且擴容難度較大。采用IP組網(wǎng)方式能夠為基站提供FE/GE接口，F(xiàn)E相當(dāng)于50個E1的帶寬，基本上可以一勞永逸滿足基站的帶寬要求。同時，整個網(wǎng)絡(luò)能夠提供10GE以上的帶寬，接入更多的基站，而且保證接入基站同時可以接入更多的其它業(yè)務(wù)。更低的建設(shè)和維護成本：傳統(tǒng)E1、SDH、微波建設(shè)和擴容成本較高，HSPA技術(shù)將引發(fā)傳輸成本飚升，網(wǎng)絡(luò)需要持續(xù)擴容；而且基于TDM方式傳輸資源難以共享，帶寬資源利用效率低。采用IP組網(wǎng)方式后續(xù)端口擴容少，相比傳統(tǒng)的TDM組網(wǎng)，IP設(shè)備成本和網(wǎng)絡(luò)維護人力成本低。更高的復(fù)用效率，可提供差異化服務(wù)：傳統(tǒng)TDM組網(wǎng)方式采用剛性管道模式，不同接口之間的帶寬無法共享，帶寬資源復(fù)用效率較低；而且不能針對業(yè)務(wù)進行分類傳輸管理和差異化服務(wù)?；贗P分組的組網(wǎng)方式可以在鏈路上進行帶寬復(fù)用，有效提升帶寬資源的利用效率。

IP組網(wǎng)支撐更豐富的業(yè)務(wù)，提升用戶體驗：從實用經(jīng)驗來看，傳統(tǒng)SDH組網(wǎng)很好適應(yīng)了語音業(yè)務(wù)的承載，但是對于多業(yè)務(wù)支持，特別是IP業(yè)務(wù)支持方面能力較弱?；贗P的組網(wǎng)不僅可以解決語音業(yè)務(wù)的承載，而且可以實現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)承載，提供網(wǎng)絡(luò)資源利用效率，實現(xiàn)增值?；贗P的彈性管道（200ms緩存、WRED流控技術(shù)支撐）很好適應(yīng)了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的TCP流量機制，傳送效率和速度更快，能夠提升用戶體驗。可平滑演進支撐全扁平化的移動網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，支撐FMC架構(gòu)：基于IP的組網(wǎng)天然可以支持基站之間的本地交換，RNC/BSC之間的本地交換，這樣可以支撐構(gòu)建一個完全扁平化的移動網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（LTE/SAE：致力于推進移動網(wǎng)絡(luò)的扁平化）。

根據(jù)移動互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展趨勢與我司移動網(wǎng)絡(luò)演進的方向，集團總部針對移動網(wǎng)絡(luò)全網(wǎng)IP化的進程進行了統(tǒng)一的部署，明確了中國聯(lián)通IP化改造的安排。計劃2013-2015年完成移動核心網(wǎng)IP化改造，IP化的推進將有效降低移動長途網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資，最終實現(xiàn)現(xiàn)有5張長途網(wǎng)的整理，將簡化現(xiàn)有分層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提升投資效益，降低網(wǎng)絡(luò)運行成本，節(jié)省傳輸帶寬，降低承載網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，將為公司網(wǎng)絡(luò)升級至4G打下堅實的基礎(chǔ)。

五、我司集團總部對于全網(wǎng)IP化進程部署

按照集團總部移動網(wǎng)絡(luò)IP化的演進，整個過程將分三步：第一步將全網(wǎng)范圍內(nèi)實現(xiàn)移動語音網(wǎng)的IP化，第二步將分區(qū)域按需求實現(xiàn)無線接入側(cè)的IP化，第三步將根據(jù)發(fā)展需求稍后考慮信令及無線全IP化，逐步實現(xiàn)核心網(wǎng)、承載網(wǎng)、接入網(wǎng)全網(wǎng)的IP化進程，如圖1所示。

可以預(yù)見在我司完成全網(wǎng)IP化網(wǎng)絡(luò)改造后，將使我們能夠發(fā)揮移動互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的全部潛力。隨著現(xiàn)有移動技術(shù)之外的更多IP技術(shù)的出現(xiàn)，所有之前設(shè)想的服務(wù)都將變?yōu)楝F(xiàn)實。用戶正在普遍使用移動數(shù)據(jù)服務(wù)，利用現(xiàn)在許多網(wǎng)絡(luò)中的分組交換，移動電話用戶完全能夠利用移動互聯(lián)網(wǎng)的“實時在線”IP連接?，F(xiàn)在，用戶可以通過移動門戶網(wǎng)站來獲得成套的移動互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，利用WAP支持和超文本傳輸協(xié)議（HTTP）用戶可瀏覽信息并輕松暢游其間，利用電子郵件進行信息傳遞是一種重要的應(yīng)用，利用手機視頻軟件可以獲得各種多媒體視頻信息，利用移動定位將使應(yīng)用能夠提供位置特定信息，如最新的交通情況。這些應(yīng)用使移動互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)不同于普通的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)將會極受歡迎，將會反過來促進IP技術(shù)的發(fā)展。