2  扁平化成為移動網(wǎng)絡發(fā)展的必然趨勢

      在UMTS特別是HSPA部署后，單用戶的數(shù)據(jù)流量和高速接入用戶數(shù)的雙邊增長，導致了移動網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)流量達到了GSM時代的十倍甚至百倍以上，海量數(shù)據(jù)增長推動運營商/設備走向轉(zhuǎn)型。數(shù)據(jù)業(yè)務的增長使得商業(yè)利潤點發(fā)生轉(zhuǎn)換，越來越多的運營商開始關注數(shù)據(jù)業(yè)務帶來對現(xiàn)有網(wǎng)絡的沖擊，驅(qū)動未來網(wǎng)絡扁平化的主要需求有以下幾方面。

      2.1  低成本精細化運營需要

      從目前全球移動數(shù)據(jù)業(yè)務發(fā)展的經(jīng)驗看，數(shù)據(jù)業(yè)務流量急劇增長時，雖然整個產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模在擴大，但運營商的業(yè)務收入?yún)s難以成線性增長。也就是說，如果移動數(shù)據(jù)業(yè)務流量增加50~100倍的時候，相應的數(shù)據(jù)業(yè)務收入才以10%~20%速度增長。這種現(xiàn)象會造成運營商在移動寬帶網(wǎng)絡的投入上不得不考慮成本和收入的問題，最終影響到整個網(wǎng)絡的建設和運營。移動運營商面對解決數(shù)據(jù)業(yè)務增量不增收困局，在選擇網(wǎng)絡建設方案時，重用現(xiàn)有資源、降低運維成本、縮減網(wǎng)絡設備、縮短傳輸資源成為現(xiàn)實考慮。扁平的架構(gòu)是高帶寬網(wǎng)絡的要求，能夠提供更高效的傳輸，網(wǎng)元的功能更加集中，從而降低運營成本OPEX及設備購置成本CAPEX。

      2.2  改善用戶體驗，減少網(wǎng)絡瓶頸

      移動互聯(lián)網(wǎng)面對不同的需求：面向普通用戶的大眾網(wǎng)絡和面向高端的精品網(wǎng)絡。運營商傾向于將80%的增量不增收的低值互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務及早分流到外網(wǎng)，以節(jié)約昂貴的內(nèi)網(wǎng)傳輸資源，專注于高值業(yè)務，從而形成互補的兩個網(wǎng)絡：大眾網(wǎng)絡、精品網(wǎng)絡，使得移動運營商能夠細分客戶群以合理的成本為高值業(yè)務提供高服務等級。

      移動互聯(lián)網(wǎng)分化應用和精細化運營引發(fā)對分組域設備管控能力的需求，要求網(wǎng)絡設備支持網(wǎng)絡資源管理能力，能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務感知和接入控制。在這個過程中，移動網(wǎng)關成為整個分組網(wǎng)絡業(yè)務控制點和網(wǎng)絡智能化的支撐點，特性化功能增多，對運營理解的要求增加。移動網(wǎng)關產(chǎn)品本身的競爭力向綜合計費，業(yè)務管理控制，業(yè)務配套整合能力延伸。內(nèi)容計費、DPI等網(wǎng)絡智能化功能需求消耗了大量的設備性能。集中部署的移動網(wǎng)關性能日漸成為網(wǎng)絡瓶頸。同時，網(wǎng)絡的扁平化，降低傳輸延遲、增強網(wǎng)絡效率、用戶業(yè)務的傳遞更加迅速，用戶的移動應用體驗也將隨之大幅提升。

      2.3  網(wǎng)絡融合的需要

      與業(yè)務層面和運營層面的融合不同，網(wǎng)絡層面融合主要是共享網(wǎng)絡架構(gòu)和處理能力，不能直接產(chǎn)生最終用戶的價值。網(wǎng)絡融合兩種主要手段是網(wǎng)絡簡化和能力共享。

      由于層次化拓撲結(jié)構(gòu)存在性價比不高、組網(wǎng)復雜、運維復雜的缺陷，而扁平化的網(wǎng)絡通過網(wǎng)絡簡化允許使用更少的硬件資源，需配置的業(yè)務節(jié)點更少，服務更容易提供，大大提高了網(wǎng)絡利用效率及維護支出，以更低的成本提供服務。

      經(jīng)過多年發(fā)展，固定寬帶接入網(wǎng)已經(jīng)完成扁平化的部署進程。2G蜂窩移動網(wǎng)由于考慮對移動性的支持，同時每用戶帶寬及移動數(shù)據(jù)用戶數(shù)量均處于較低水平，移動網(wǎng)關部署在網(wǎng)絡的較高位置，與固定寬帶接入網(wǎng)存在較大差異。移動網(wǎng)絡的扁平化適合與固定網(wǎng)絡融合，一個共設備、共傳輸、策略統(tǒng)一的融合網(wǎng)絡能夠降低運營成本，實現(xiàn)能力共享，向用戶提供個性化的統(tǒng)一信息解決方案。

      2.4  業(yè)務靈活引入，多業(yè)務運營的需要

      傳統(tǒng)網(wǎng)絡業(yè)務大多是以垂直的綜合方式開發(fā)。在完全垂直體系下，通過設備共享和架構(gòu)共享，實現(xiàn)部分局點處理能力共享。完全垂直體系要求部分設備具有加載多種業(yè)務處理的能力，要求業(yè)務處理符合相同的架構(gòu)，要求較高的功能分解度。層次化的組網(wǎng)模型、強管理性、以盈利為目的使得業(yè)務中心服務節(jié)點的部署相對集中。

      云計算等分布式技術為業(yè)務提供水平體系的處理能力的共享。通過構(gòu)建一個疊加網(wǎng)，管理整個網(wǎng)絡的計算、存儲資源，將網(wǎng)絡的復雜性進行水平化封裝，業(yè)務架構(gòu)不關注業(yè)務本身，對業(yè)務架構(gòu)無一致性要求。分布式技術的去中心化自組織特點，使得業(yè)務節(jié)點的部署范圍擴大，趨向網(wǎng)絡邊緣。

      業(yè)務的快速發(fā)展要求網(wǎng)絡基礎設施具有足夠的靈活性和擴展性，網(wǎng)絡層面的扁平化能夠更好地適應業(yè)務提供方式和業(yè)務流量的變化，用戶在網(wǎng)絡邊緣即可感知到網(wǎng)絡提供的豐富業(yè)務能力，使得企業(yè)能夠快速部署基礎設施和業(yè)務并盡快推向市場。

      通過實現(xiàn)內(nèi)容和媒體面網(wǎng)元下移服務，移動網(wǎng)絡分布式部署成為滿足網(wǎng)絡扁平化需求的主要實現(xiàn)方案之一。

      3  移動網(wǎng)絡分布式部署場景

      如圖1所示，以EPC架構(gòu)為分析原型，我們將IP網(wǎng)絡分為核心層、邊緣層、匯聚接入層。EPC控制面網(wǎng)元集中部署可以改善用戶移動性管理、提高設備利用率和降低運營成本，MME可以和其他的控制面節(jié)點合設在一個公共的服務器集群中，在分布式部署中EPC控制面網(wǎng)元集中部署；而EPC用戶面網(wǎng)元、應用/內(nèi)容緩存服務器、網(wǎng)絡對等接入點逐層分布部署，構(gòu)成各種具體的分布式部署模型。

      圖1  移動網(wǎng)絡分布化架構(gòu)

      運營商之間運營成本、服務質(zhì)量、資費模式等激烈的競爭，有必要綜合考慮網(wǎng)絡部署方式，促進運營競爭力的有效提升，聯(lián)系到分布式部署，其方案的優(yōu)劣、驅(qū)動力成為關鍵問題。

     4  網(wǎng)元分布式部署能夠獲得成本優(yōu)勢
      4.1  移動網(wǎng)關分布式部署需要考慮的關聯(lián)成本因素
      基于以上扁平化的需求，移動網(wǎng)關分布式部署需要考慮的關聯(lián)成本因素主要包括：
      （1）移動網(wǎng)關SGW/PGW的軟硬件成本。這部分成本與用戶數(shù)量、用戶話務模型呈線性關系。
     
      （2）應用和內(nèi)容緩存服務器的部署數(shù)量和部署位置。視頻業(yè)務對網(wǎng)絡帶寬的需求日益增加，如果采用內(nèi)容分發(fā)點下移的方法，可以有效緩解這一需求。同時，提供有競爭力的用戶業(yè)務體驗，也要求承載網(wǎng)絡盡量減少端到端的時延。因此，應用和內(nèi)容緩存服務器的數(shù)量增加、部署位置下移是主流趨勢。這一成本因素與業(yè)務流量呈正比關系，業(yè)務流量越大，該成本因素越明顯。
     
      （3）傳輸鏈路成本。這部分成本與傳輸距離遠近、數(shù)據(jù)流量大小相關；與移動網(wǎng)關的部署位置，應用和內(nèi)容緩存服務器的部署位置相關。這一成本因素與業(yè)務流量呈正比關系，業(yè)務流量越大，該成本因素越明顯。
      （4）轉(zhuǎn)接數(shù)據(jù)流量成本。目前的國際互聯(lián)付費模式有兩種：對等（Peer）和轉(zhuǎn)接（Transit）模式。
對等（Peer），指的是互聯(lián)的兩個骨干網(wǎng)在自己的網(wǎng)上免費承載對方的用戶發(fā)起的業(yè)務，互不結(jié)算，同時雙方各負責己方的國際半電路，在國際點實現(xiàn)連接。另一種可選方式是轉(zhuǎn)接（Transit）模式，即一個骨干向另一個骨干付費，收費方負責將付費方發(fā)起的業(yè)務傳送到其他骨干。其中，對等模式的數(shù)據(jù)流量成本與移動網(wǎng)關的部署位置、應用和內(nèi)容緩存服務器的部署位置相關。這一成本因素與業(yè)務流量呈正比關系，業(yè)務流量越大，該成本因素越明顯。
      （5）運維成本。主要包括擴容升級成本及需維護的局點數(shù)量。
      在以上關聯(lián)成本因素中，應用和內(nèi)容緩存服務器、傳輸鏈路、轉(zhuǎn)接數(shù)據(jù)流量成為最活躍的因素，與分布式部署的具體方式、數(shù)據(jù)業(yè)務流量關系密切。
      根據(jù)統(tǒng)計，當前移動數(shù)據(jù)用戶的主要應用及帶寬占用量如圖2所示。在上述應用中，我們以表1所示的移動網(wǎng)絡分組域流量模型為例加以分析。

 
 
      圖2  移動互聯(lián)網(wǎng)帶寬占用量

表1  移動網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流量模型

 
 
      圖3  “寬帶接力棒”現(xiàn)象