視頻業(yè)務(wù)暴增對分組域的影響研究

井 華，周新榮，劉廣紅（.中國聯(lián)通江蘇分公司，江蘇南京009；.中訊郵電咨詢設(shè)計(jì)院有限公司上海分公司，上海00050）

0 引言

對電信運(yùn)營商來說，流量經(jīng)營是當(dāng)前工作的重點(diǎn)，數(shù)據(jù)流量已成為收入增長的新引擎。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展及傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營商的業(yè)務(wù)拓展，運(yùn)營商也感受到了越來越大的壓力，紛紛采取行動(dòng)，加強(qiáng)智能管道建設(shè)，創(chuàng)新業(yè)務(wù)發(fā)展，甚至不惜向自己革命，目的都是一個(gè)，不能讓自己在轉(zhuǎn)型中落伍。所以，流量運(yùn)營成為了運(yùn)營商最關(guān)注的領(lǐng)域，向流量要效益、向流量要前途已經(jīng)成為了各大運(yùn)營商戰(zhàn)略思維的重點(diǎn)。

2018年上半年中國聯(lián)通大力推廣2I2C業(yè)務(wù)，與互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)騰訊、阿里推出騰訊大王卡、螞蟻寶卡對定向流量給予優(yōu)惠；全國推廣的冰激凌套餐對所有業(yè)務(wù)不限流量；還有暢視業(yè)務(wù)對沃視頻、樂視、優(yōu)酷等簽約視頻客戶端觀看標(biāo)清視頻免流量費(fèi)用。這些業(yè)務(wù)的開展使流量爆發(fā)式增長，尤其以視頻業(yè)務(wù)為主，這對網(wǎng)絡(luò)的沖擊非常大。

分組域IP承載網(wǎng)可以分為3部分：骨干層IP承載B網(wǎng)、地（市）匯聚CE網(wǎng)絡(luò)和地（市）接入U(xiǎn)TN網(wǎng)。現(xiàn)有承載網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較清晰，適合中小業(yè)務(wù)量，隨著業(yè)務(wù)量增大，承載網(wǎng)的瓶頸就暴露出來了，層級過多，效率低下，同時(shí)會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，影響用戶感知，最重要的是每一層設(shè)備都要擴(kuò)容，這大大增加了建設(shè)成本，造成投資浪費(fèi)，而且由于網(wǎng)絡(luò)分屬不同專業(yè)建設(shè)和維護(hù)，無法實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步?？偟膩碚f，現(xiàn)有分組域承載網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)已經(jīng)嚴(yán)重影響移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展。

因此，針對目前中國聯(lián)通的流量經(jīng)營策略，分組域承載網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)必須重新構(gòu)建，為后期業(yè)務(wù)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 現(xiàn)有承載網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及業(yè)務(wù)分析

以某運(yùn)營商分組承載網(wǎng)絡(luò)為例進(jìn)行分析，分組域承載網(wǎng)分為接入層、匯聚層和骨干層。目前分組域核心網(wǎng)設(shè)備主要集中設(shè)置在省會(huì)的幾個(gè)機(jī)房，省會(huì)設(shè)置有1對匯聚DCE，每個(gè)機(jī)房有1對接入Gn ACE，匯聚DCE與IP承載B網(wǎng)AR對接；接入層主要是傳輸IPRAN設(shè)備，對接無線設(shè)備；匯聚層主要是各地（市）的本地承載網(wǎng)，每個(gè)機(jī)房設(shè)置有1對接入ACE，同時(shí)每個(gè)本地網(wǎng)設(shè)置有1對匯聚DCE，DCE上行與IP承載B網(wǎng)對接，下行與IPRAN對接；骨干層主要是指IP承載B網(wǎng)，每個(gè)地（市）設(shè)置有1對AR設(shè)備，全省設(shè)置1對BR，連接本地和省會(huì)。

各本地網(wǎng)設(shè)置在核心機(jī)房的BSC/RNC上聯(lián)本地承載ACE，將2G/3G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量通過匯聚DCE經(jīng)IP承載B網(wǎng)送至省會(huì)；對于4G網(wǎng)絡(luò)流量，本地接入層無線網(wǎng)eNodeB通過分組傳送網(wǎng)將其到地（市）核心機(jī)房的IP-RAN匯聚設(shè)備RSG，再通過本地承載網(wǎng)的匯聚DCE經(jīng)IP承載B網(wǎng)送到省會(huì)分組域核心層；分組域的出口均設(shè)置在省會(huì)，通過169網(wǎng)訪問互聯(lián)網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 現(xiàn)有承載網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

從目前的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來看，2G/3G/4G流量的回傳均需要通過本地承載網(wǎng)和IP承載B網(wǎng)，在單用戶流量模型小時(shí)，對承載網(wǎng)的壓力不明顯。對于2G網(wǎng)絡(luò)用戶來說，由于本身速率低，流量不大，而且模型比較穩(wěn)定，單用戶流量基本保持在0.5～0.7 kbit/s；對于3G網(wǎng)絡(luò)用戶來說，速率雖快于2G，但也很有限，單用戶流量基本在5～8 kbit/s；對于4G網(wǎng)絡(luò)用戶來說，速率最快，流量占比最高，單用戶流量基本在12～15 kbit/s，但隨著2I2C業(yè)務(wù)、不限流量業(yè)務(wù)的開展，4G由于速率優(yōu)勢，流量增長迅猛，單用戶模型也在不斷提高，承載網(wǎng)的壓力越來越大。目前承載網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層級過多，存在投資浪費(fèi)、效率低下的問題，如果不調(diào)整其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，勢必制約業(yè)務(wù)的發(fā)展。

從圖2和圖3可以看到，2B2I用戶對4G流量貢獻(xiàn)明顯，以月均5%增幅攀升，2017年6月其在4G中流量占比已接近60%，其中騰訊王卡用戶屬于2B2I主力，用戶占比及流量占比均突破50%。

圖2 2B2I業(yè)務(wù)流量發(fā)展情況

圖3 騰訊大王卡流量發(fā)展情況

統(tǒng)計(jì)了2016年11月至2017年10月忙時(shí)4G用戶數(shù)據(jù)總流量和單用戶數(shù)據(jù)流量情況，如圖4和圖5所示，整體趨勢是在不斷增長的。

圖4 某省4G單用戶流量增長趨勢

圖5 某省4G數(shù)據(jù)流量增長趨勢

從圖4和圖5可以看出，4G忙時(shí)單用戶流量和忙時(shí)總流量基本都是從2I2C業(yè)務(wù)和不限流量業(yè)務(wù)推出后開始增長的，而且增長速度很快。其中4G忙時(shí)單用戶流量一年時(shí)間增長了1.9倍，4G忙時(shí)總流量增長了4.45倍。目前網(wǎng)絡(luò)側(cè)對4G業(yè)務(wù)的開放，只要終端支持4G，就能使用4G網(wǎng)絡(luò)，因此后續(xù)隨著2G網(wǎng)絡(luò)的退網(wǎng)（目前2G用戶占比30%）和用戶終端更新?lián)Q代，勢必造成大量的用戶往4G網(wǎng)絡(luò)遷移，又進(jìn)一步增加了承載網(wǎng)的壓力。

2 承載網(wǎng)絡(luò)調(diào)整方案

目前承載網(wǎng)絡(luò)如圖6所示，存在以下問題。

a）端到端層級多，端到端業(yè)務(wù)流經(jīng)的自治域多、跳數(shù)多，業(yè)務(wù)承載效率較低：共計(jì)要經(jīng)過4個(gè)自治域，每個(gè)自治域至少2層，最多達(dá)到10跳（UTN3層3跳+本地CE 2層2跳+B網(wǎng)骨干2層3跳+本地CE 2層2跳）；如果是漫游用戶，跳數(shù)會(huì)更多。

b）背靠背端口資源浪費(fèi)：UTN核心、地（市）AR、本地匯聚CE端口都需要擴(kuò)容，增加投資成本。

承載網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)目標(biāo)是扁平化，演進(jìn)方向如圖7所示。

骨干層目標(biāo)：IP承載B網(wǎng)只保留核心匯聚設(shè)備，原有的本地AR融入本地承載網(wǎng)/UTN。

本地網(wǎng)目標(biāo)：UTN、本地匯聚CE以及原IP承載B網(wǎng)AR，融合成一張本地承載網(wǎng)/UTN三層架構(gòu)（接入+匯聚+核心）。

調(diào)整后的網(wǎng)絡(luò)有以下優(yōu)點(diǎn)。

a）端到端層級減少：業(yè)務(wù)流經(jīng)3個(gè)自治域，5跳（本地承載網(wǎng)3跳+B網(wǎng)骨干1跳+本地承載網(wǎng)1跳）。

b）背靠背端口資源減少：原UTN核心/地（市）AR、本地匯聚CE融為1對出口設(shè)備。

調(diào)整后端到端的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖6 承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

圖7 承載網(wǎng)演進(jìn)目標(biāo)

考慮到骨干網(wǎng)采購周期長，調(diào)整比較緩慢，本地承載網(wǎng)絡(luò)融合也非一蹴而就，調(diào)整過程涉及多專業(yè)、多部門，整合力度大，因此流量回傳可以采用過渡方案，即通過本地網(wǎng)IPRAN的匯聚設(shè)備RSG直連至省會(huì)分組域匯聚DCE，這樣既解決了IP承載網(wǎng)帶寬受限的問題，同時(shí)也能緩解IP承載B網(wǎng)的擴(kuò)容壓力，節(jié)省投資，具體如圖9所示。

以南京為例，通過承載網(wǎng)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，減少了2層網(wǎng)絡(luò)層級，縮短了時(shí)延（見圖10），改善了用戶業(yè)務(wù)感知，提升了移動(dòng)網(wǎng)競爭力，同時(shí)也節(jié)省了原本用于承載網(wǎng)擴(kuò)容的240萬投資成本。

3 分組域設(shè)備調(diào)整方案

圖8 端到端的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖9 4G回傳過渡方案

圖10 承載網(wǎng)調(diào)整前后時(shí)延對比

目前分組域核心設(shè)備均集中在省會(huì)城市，所有流量均需要回傳到省會(huì)，再從省會(huì)去訪問互聯(lián)網(wǎng)。流量小的時(shí)候，對承載網(wǎng)和出口帶寬需求也小，這時(shí)候網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)看起來是合理的。但當(dāng)流量增大到一定程度時(shí)，承載網(wǎng)就會(huì)成為業(yè)務(wù)發(fā)展的瓶頸，同時(shí)流量迂回也會(huì)影響用戶的使用感知。

因此某些用戶規(guī)模比較大的城市，其流量達(dá)到某個(gè)值時(shí)，就可以考慮用戶面GGSN下沉，而這個(gè)值的取定要綜合考慮多方面的因素，比如承載網(wǎng)的擴(kuò)容投資、傳輸?shù)臄U(kuò)容投資、下沉的投資（包括機(jī)房相關(guān)配套、數(shù)通設(shè)備等），如果GGSN下沉明顯能節(jié)省投資，同時(shí)也能更好地滿足業(yè)務(wù)發(fā)展，那么下沉就是很有必要的。

對于169骨干節(jié)點(diǎn)城市，GGSN下沉的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖11所示，用戶流量出口經(jīng)GGSN可以從本地直接訪問互聯(lián)，這樣可以顯著提升用戶的使用體驗(yàn)，尤其是對一些時(shí)延要求比較高的業(yè)務(wù)。

圖11 GGSN下沉至169骨干節(jié)點(diǎn)拓?fù)鋱D

對于非169骨干節(jié)點(diǎn)城市，GGSN下沉的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖12所示。

圖12 GGSN下沉至非169骨干節(jié)點(diǎn)拓?fù)鋱D

總結(jié)來說，GGSN下沉能夠有效縮短用戶訪問互聯(lián)網(wǎng)的距離，提升用戶數(shù)據(jù)使用感知，也可節(jié)省承載網(wǎng)的投資成本。

GGSN下沉中需要注意另外一個(gè)問題，那就是視頻CDN下沉，如果視頻業(yè)務(wù)占比很高，CDN下沉能夠緩解城域網(wǎng)和169網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容壓力。

隨著網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，分組域的發(fā)展目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)虛擬化和CU分離，因此，隨著產(chǎn)品的成熟，分組域GW可以考慮采用CU分離的架構(gòu)進(jìn)行建設(shè)，C面集中部署在省會(huì)或大區(qū)，U面下沉到地（市），與GGSN下沉的思路基本一致。

CU分離的架構(gòu)如圖13所示，以下是CU分離的幾個(gè)原則和優(yōu)勢：

a）按照網(wǎng)關(guān)的控制面和用戶面分離的原則：SGW拆分成SGW-C和SGW-U，PGW拆分成PGW-C和PGW-U。

b）S5/S8邏輯接口按照控制面和用戶面分離的原則，拆分成S5/8-C和S5/8-U接口。

c）SGW-C和PGW-C合一部署作為控制面網(wǎng)關(guān)，SGW-U和PGW-U合一部署作為用戶面網(wǎng)關(guān)。

d）控制面網(wǎng)關(guān)統(tǒng)一出信令接口，簡化網(wǎng)絡(luò)部署。

e）用戶面網(wǎng)關(guān)部署到城域，甚至更低，這樣可以縮短業(yè)務(wù)訪問路徑，提升用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

圖13 3GPPCU分離架構(gòu)圖

分組域按照虛擬化和CU分離目標(biāo)建設(shè)，既可以滿足數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)快速增長的需求，后續(xù)也可以通過簡單升級支持5G，符合網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展目標(biāo)。

4 結(jié)束語

分組域是運(yùn)營商未來網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展的重點(diǎn)，面對視頻等大數(shù)據(jù)流量業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)帶來的沖擊，如何建設(shè)一張高效的網(wǎng)絡(luò)是至關(guān)重要的。提前做好網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，適當(dāng)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對業(yè)務(wù)的發(fā)展以及未來網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)是非常有必要的。

因此，不管是承載網(wǎng)絡(luò)的調(diào)整還是GW的下沉，都是為業(yè)務(wù)服務(wù)的，同時(shí)也能節(jié)省投資，提升用戶使用感知，增強(qiáng)企業(yè)的競爭力。