面向移動互聯網發展的3G Teleco 2.0

摘要:面向移動互聯網,電信運營商的運營模式必須向Teleco2.0演進。IP多媒體子系統(IMS)將主要用于為企業大客戶服務,而面向消費大眾的娛樂化網絡新媒體業務將基于智能結點重疊網/分布式業務網絡(INON/DSN)。核心網將向扁平化演進,從I-HSPA 到系統結構演進(SAE),甚至進一步直接用互聯網做核心網?？蛻舳思娱T戶模式配合云計算可以使廉價手機訪問基于超文本傳輸協議(HTTP)的互聯網。包月是用戶唯一能夠接受模式,廉價合理的價格將促進移動互聯網大發展。

關鍵詞:第3代移動通信;智能結點重疊網;分布式業務網絡;包月

Abstract: Mobile Internet will be the killer application of 3G. For the mobile Internet, the business model of telecom operators has to evolve to Teleco2.0. IP Multimedia Subsystem (IMS) will be used mainly for VIP and enterprise customers. Mass-oriented entertainment and new media services will be based on the Intelligent Node Overlay Node (INON)/Distribution Service Network (DSN). The core network will be flat, with an evolution route from Internet High Speed Packet Access (I-HSPA) to System Architecture Evolution (SAE), and even the Internet can be used as the core network. The low-cost mobile phone can be accessed to HTTP Internet by using “client end software + portal” model with cloud computing. Flat rate will be the only fee model to be accepted by customers, and cheap and reasonable prices will contribute to the development of mobile Internet.

Key words: 3G; INON; DSN; flat rate

隨著中國3個運營商3G網絡首期部署的快速進展,3G業務市場競爭即將全面展開。競爭的焦點是移動互聯網。各移動運營商主張面向移動互聯網執行開放政策。但是不同運營商對此的理解和策略是不同的。從傳統的Teleco 1.0過渡到Teleco 2.0是顛覆性的變革,從經營理念、運營模式、收費模式到網絡體系結構都要變。多數運營商并沒有做好準備。

對運營商而言,在互聯網沖擊下,目前盡快轉向移動互聯網[1],加速向Teleco2.0過渡,才能前途光明。

1 從IMS到INON/DSN

目前移動運營商的2G/3G網絡都采用一個基于IP/MPLS的可管理的IP核心網,在其上建立IP多媒體子系統(IMS)平臺提供各種應用業務。IMS采用會話啟動協議(SIP),客戶機/服務器結構,實現了與接入無關的能為移動與固定業務共用的融合的核心網,能夠為使用2.5G、3G、無線局域網(WLAN)和各種固定寬帶接入等不同終端的用戶提供各種融合的業務。支持從公共交換電話網(PSTN)、IP語音(VoIP)、網絡電視(IPTV)到各種多媒體應用。電信運營商希望采用這一個統一的平臺支持從消費型服務業到生產性和公共服務業的各種應用。這種結構為運營商搭建“帶圍墻的花園”,主導產業鏈提供網絡基礎。這傳承了Teleco1.0的模式,但是不能滿足面向移動互聯網的Teleco 2.0的需求。IMS集中控制封閉的結構可以為企業大客戶等對服務質量(QoS)和安全有特殊需求的客戶提供服務。對于面向開放的移動互聯網是不合適的。互聯網開放、自治、無所不在的本性,為大眾娛樂和新媒體提供了廣闊的發展空間。真正實現了以客戶為中心。網絡的價值規律取決于其運營模式,即數字內容的產生和分發交付方法。傳統的廣播網絡,按照Sarnoff定律,網絡的價值正比于聽眾的數量。而對于互聯網這種交換式網絡按照Metcalfe定律其網絡價值與其所連接的節點數的平方成正比。互聯網社區業務的發展進一步增加了創造價值的維度。

根據Reed定律,隨著社區用戶的數量增加,社區小組業務的收益以幾何級數增加。網絡價值正在從Sarnoff定律轉移到Metcalfe定律再到Reed定律所表述的狀態。只有保持網絡的開放性才能體現出其最大價值。

近年來基于P2P的網絡電話、內容下載和流媒體發展迅速,P2P成為互聯網上提供視音頻業務的主要模式。P2P業務是以重疊網的方式運營在公共互聯網上的,IMS采用客戶機/服務器體系架構不能支持P2P業務。解決P2P的管理問題需要以重疊網的方式建立分布式管理系統,這就是智能結點重疊網(INON)。平行于IP多媒體子系統,在公共互聯網上建立INON分布管理平臺,提供支撐環境[2]。以重疊網的方式建立的分布式管理系統如圖1所示。

智能節點重疊網是覆蓋在IP核心網上的傳統的彈性重疊網(RON)技術與分布式哈希表(DHT)技術相結合的新型重疊網技術,包括自動組網、網絡資源管理、路由優化等關鍵技術。其基本結構是保持TCP/IP協議不變,原來的3層變成3-層,在其上建立一個智能結點重疊網做為3+層,在此分布式管理平臺上提供流量監控、流量控制、QoS、病毒防止和安全性等服務。智能結點重疊網的另外一個任務是為各種P2P應用提供支撐環境。它可以為在互聯網上采用不同協議和軟件的各種P2P業務,提供統一的支撐環境。主要是提供P2P CDN和P2P SIP。智能結點重疊網如圖2所示。

中國移動看到了面對Teleco 2.0需求,IMS的局限性,開展移動互聯網計劃WIISE的研究,并且發布了分布式業務網絡(DSN)白皮書[3]。平行于在可管理IP網上的IMS,開展在公共移動互聯網上建立DSN(相當于前述的INON)的研究。發展DSN重點在于提供分布式管理和支撐環境,應對未來移動互聯網和網絡新媒體的需求。這不僅順應了發展趨勢,更搶占了先機。目前DSN的概念尚在發展演化中,但保持互聯網的開放性是非常重要的,DNS應該能夠支持互聯網上的各種應用,從今天的P2P流媒體,各種Web2.0應用到未來的網絡新媒體、Web3.0語義網等。重點是鼓勵和支持互聯網上層出不窮的各種新應用而不是自己去發展一些應用。這樣就能夠形成一個健康的產業鏈。

今天一些運營商在3G網絡建設中只想著IMS是不夠的,多花錢還會誤事。

2 核心網的扁平化

目前中國布設的TD-SCDMA和WCDMA等3G網絡在網絡架構方面仍沿用了3GPP R99的結構,即基站上下行的數據經無線網絡控制器(RNC)、服務通用分組無線業務支持節點(SGSN)等網元與業務平臺相連。這種網絡結構要求每一個網元都對數據包進行拆解-封裝-轉發[4]。當空口具有高速分組接入(HSPA)能力時,成百上千小區所匯集的HSPA數據就對各網元尤其是RNC的數據處理能力提出了很高要求。以高速數據分組接入(HSDPA)最大峰值速率14.4 Mb/s為例,一個1 500個扇區的HSDPA網絡所產生的數據量為21.6 Gb/s。目前業界RNC的數據吞吐量僅達到1 Gb/s。今天各運營商建設的3G網絡與2G共用核心網,其帶寬和數據處理能力遠遠不能滿足HSPA高數據率的需求。當數據負荷激增時運營商將面對RNC/SGSN的擴容的巨大壓力。此外在每一個節點處對數據包的重新拆裝會導致在每一節點都要引入額外的時延。結果會產生較長的網絡時延。對于移動互聯網應用,這種多層次的網絡結構是沒有必要的。使網絡扁平化不僅可以簡化設備降低成本,還可以減少時延。I-HSPA應運而生。這種架構把基站通過Gi/Gn口直接連接到GGSN節點(通向互聯網和數據業務的網關)[5]。I-HSPA原理如圖3所示。

直接鏈路可為用戶數據流建立信道,從而繞過了傳統架構中的RNC以及SGSN,節省了傳輸成本。還可以避免當數據負荷激增時運營商對RNC/SGSN的擴容投資。另外,Gi/Gn由城域以太網提供以太網專線,以太網專線的成本要遠遠低于E1/T1專線,建設傳輸網絡所需的建設成本得到大幅降低。同時由于減少了傳輸路徑,數據的往返時延也大大減少。往返傳輸時間(RTT)可以減少到25 ms以下。網絡扁平化在LTE/SAE中得到進一步體現。

但是不論I-HSPA還是SAE仍然保持一個可管理的IP核心網。不論連接基站的接入網還是連接接入網關和MME/UPA的演進的分組核心網EPC都還是移動運營商的可管理的專網。核心網網關通過接入網關的SGi接口連接互聯網。移動運營商在基于IP/MPLS的可管理的IP核心網EPC上通過IMS平臺提供各種應用業務。這種結構為運營商搭建“帶圍墻的花園”,主導產業鏈提供網絡基礎。這傳承了Teleco 1.0的模式,但是仍不能滿足面向移動互聯網的Teleco 2.0的需求。

面向移動互聯網,網絡體系結構最簡單有效的方法是基站直接接入互聯網,不再保留可管理的IP核心網EPC,將移動性管理等功能放到互聯網上去做。與這種結構最接近的是WiMAX NRM R1的B結構。在B結構中不使用ASN網關,其功能由互聯網上的交換機和路由器來實現。可惜WiMAX為了進3G盡量向蜂窩移動通信靠攏,采用了與LTE接近的C結構,保留了ASN網關和可管理的核心網(ASN、CSN),采用IMS提供服務。而這恰恰丟掉了其自身的優勢[6]。

3 從門戶加客戶端軟件到云計算

由于屏幕小、計算能力弱一般手機只能訪問瀏覽幾萬個WAP網站,而近二百萬個互聯網上的HTTP網站則不能訪問。大大限制了其應用。iPhone等高檔智能手機支持HTTP可以訪問互聯網網站,但由于屏幕小,需采用滑窗方式選擇收看使用不便。門戶加客戶端模式的成功出現改變了這一狀況,這將對移動互聯網發展產生重大影響。門戶網站具有導航與協議和格式轉換能力。下載安裝其客戶端軟件,不僅可以瀏覽WAP網站,還可以登陸訪問瀏覽HTTP網站,以適合手機的格式觀看。不僅可以收看WAP的視頻節目,還可以收看HTTP視頻共享網站的視頻內容?？梢灾С指鞣NWeb2.0應用。基本克服了手機上網的主要問題。UCWEB是中國最成功的門戶網站,2008年其安裝激活的客戶端已經達到6 000萬戶。

這種模式將更多的計算力從手機移到網絡側,隨著移動互聯網用戶增多,寬帶視頻業務增多,對門戶網站的協議轉換、格式轉換和內容存儲能力需求將急劇增加,解決方法是采用云計算平臺。這種云計算平臺將同時提供前述的INON/DSN功能,為移動互聯網提供支撐環境。對運營商而言誰能盡快形成這種支撐環境對發展移動互聯網至關重要。

為了克服一些手機由于生產量小沒有客戶端支持或用戶不會下載安裝客戶端軟件的限制,運營商應該訂制和鼓勵開發生產低成本高性能手機,在其中預置客戶端軟件,簡化操作提供“一鍵上網”服務。將大大提高競爭力,推進移動互聯網,從而推動3G的發展。

4 收費模式應包月為主

在移動互聯網時代,電信運營商提供基礎傳輸業務仍然是有利可圖的。到2011年中國移動的移動互聯網用戶如果達到1億人,每人每月接入費以50元人民幣計,年收入可達600億元人民幣。

實踐證明,互聯網用戶能夠接受的主要收費模式是包月。固網寬帶業務是在提供包月不封頂業務后才得到快速發展。移動互聯網也是一樣,2006年底和黃在英國率先提供包月接入業務,一年后包月業務席卷歐美,移動互聯網流量激增。目前電信運營商對Skype對話音業務的沖擊已經不甚介意,歐美運營商允許數據包月用戶使用Skype電話。隨著3G HSPA的部署,容量大幅度提高,帶寬成本降低使得實行包月制成為可能。中國手機上網若能將資費調整到20元人民幣包月(2 GB流量封頂),或與話音打包必能推動移動互聯網的快速發展。而對于筆記本電腦上網而言,100元人民幣包月不封頂是廣大用戶可以接受的價格。目前中國3大運營商制訂的價格標準仍然偏高,不足以推動移動互聯網的大發展。

移動互聯網是發展趨勢,誰能盡快轉向移動互聯網來發展網絡和業務,誰就能在競爭中取勝?？芍^是“順勢者昌,搶占先機者為王!”

5 參考文獻

[1] 侯自強. 互聯網沖擊和電信變革 [C]//2007中國互聯網大會, 2007年9月24日, 北京.

[2] 侯自強. 面向消費者的NGN [J]. 現代電信科技, 2007,37(7):7-12.

[3] 中國移動分布式業務網絡(DSN)技術白皮書 [R]. 北京: 中國移動研究院, 2009.

[4] 3GPP TR 23.882 0.10.1. 3GPP System architecture evolution(SAE): Report on technical options and conclusions[S]. 2006.

[5] KYNASLAHTI A. I-HSPA,Nokia/UMTS Forum [R]. 2006.

[6] 侯自強. 寬帶無線接入和移動互聯網——論寬帶移動通信網絡結構的演進 [J]. 中國通信月刊, 2007(7):3-12.

收稿日期:2009-05-05

作者簡介

侯自強,中國科學院聲學研究所DSP工程中心研究員,信息產業部通信科技委委員。中國網通集團(香港)有限公司獨立董事。曾任中國科學院秘書長、中國科學院聲學研究所所長。