2 扁平化成為移動網(wǎng)絡(luò)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(dǎo)致了移動網(wǎng)絡(luò)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(shè)備走向轉(zhuǎn)型。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)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(guān)注數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)帶來對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的沖擊，驅(qū)動未來網(wǎng)絡(luò)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(wù)發(fā)展的經(jīng)驗看，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)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(wù)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(wù)流量增加50~100倍的時候，相應(yīng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)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(luò)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(luò)的建設(shè)和運營。移動運營商面對解決數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)增量不增收困局，在選擇網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案時，重用現(xiàn)有資源、降低運維成本、縮減網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(luò)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(shè)備購置成本CAPEX。
2.2 改善用戶體驗，減少網(wǎng)絡(luò)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(luò)和面向高端的精品網(wǎng)絡(luò)。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(wù)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(wù)，從而形成互補的兩個網(wǎng)絡(luò)：大眾網(wǎng)絡(luò)、精品網(wǎng)絡(luò)，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(wù)提供高服務(wù)等級。
移動互聯(lián)網(wǎng)分化應(yīng)用和精細化運營引發(fā)對分組域設(shè)備管控能力的需求，要求網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支持網(wǎng)絡(luò)資源管理能力，能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)感知和接入控制。在這個過程中，移動網(wǎng)關(guān)成為整個分組網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)控制點和網(wǎng)絡(luò)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(guān)產(chǎn)品本身的競爭力向綜合計費，業(yè)務(wù)管理控制，業(yè)務(wù)配套整合能力延伸。內(nèi)容計費、DPI等網(wǎng)絡(luò)智能化功能需求消耗了大量的設(shè)備性能。集中部署的移動網(wǎng)關(guān)性能日漸成為網(wǎng)絡(luò)瓶頸。同時，網(wǎng)絡(luò)的扁平化，降低傳輸延遲、增強網(wǎng)絡(luò)效率、用戶業(yè)務(wù)的傳遞更加迅速，用戶的移動應(yīng)用體驗也將隨之大幅提升。
2.3 網(wǎng)絡(luò)融合的需要
與業(yè)務(wù)層面和運營層面的融合不同，網(wǎng)絡(luò)層面融合主要是共享網(wǎng)絡(luò)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(luò)融合兩種主要手段是網(wǎng)絡(luò)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(fù)雜、運維復(fù)雜的缺陷，而扁平化的網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)絡(luò)簡化允許使用更少的硬件資源，需配置的業(yè)務(wù)節(jié)點更少，服務(wù)更容易提供，大大提高了網(wǎng)絡(luò)利用效率及維護支出，以更低的成本提供服務(wù)。
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(guān)部署在網(wǎng)絡(luò)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(luò)的扁平化適合與固定網(wǎng)絡(luò)融合，一個共設(shè)備、共傳輸、策略統(tǒng)一的融合網(wǎng)絡(luò)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(wù)靈活引入，多業(yè)務(wù)運營的需要
傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)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(shè)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(shè)備具有加載多種業(yè)務(wù)處理的能力，要求業(yè)務(wù)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(wù)中心服務(wù)節(jié)點的部署相對集中。
云計算等分布式技術(shù)為業(yè)務(wù)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(luò)的計算、存儲資源，將網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性進行水平化封裝，業(yè)務(wù)架構(gòu)不關(guān)注業(yè)務(wù)本身，對業(yè)務(wù)架構(gòu)無一致性要求。分布式技術(shù)的去中心化自組織特點，使得業(yè)務(wù)節(jié)點的部署范圍擴大，趨向網(wǎng)絡(luò)邊緣。
業(yè)務(wù)的快速發(fā)展要求網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施具有足夠的靈活性和擴展性，網(wǎng)絡(luò)層面的扁平化能夠更好地適應(yīng)業(yè)務(wù)提供方式和業(yè)務(wù)流量的變化，用戶在網(wǎng)絡(luò)邊緣即可感知到網(wǎng)絡(luò)提供的豐富業(yè)務(wù)能力，使得企業(yè)能夠快速部署基礎(chǔ)設(shè)施和業(yè)務(wù)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(wù)，移動網(wǎng)絡(luò)分布式部署成為滿足網(wǎng)絡(luò)扁平化需求的主要實現(xiàn)方案之一。
3 移動網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(shè)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(shè)在一個公共的服務(wù)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(yīng)用/內(nèi)容緩存服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)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(luò)分布化架構(gòu)
運營商之間運營成本、服務(wù)質(zhì)量、資費模式等激烈的競爭，有必要綜合考慮網(wǎng)絡(luò)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(guān)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(guān)分布式部署需要考慮的關(guān)聯(lián)成本因素
基于以上扁平化的需求，移動網(wǎng)關(guān)分布式部署需要考慮的關(guān)聯(lián)成本因素主要包括：
（1）移動網(wǎng)關(guān)SGW/PGW的軟硬件成本。這部分成本與用戶數(shù)量、用戶話務(wù)模型呈線性關(guān)系。
（2）應(yīng)用和內(nèi)容緩存服務(wù)器的部署數(shù)量和部署位置。視頻業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)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(wù)體驗，也要求承載網(wǎng)絡(luò)盡量減少端到端的時延。因此，應(yīng)用和內(nèi)容緩存服務(wù)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(wù)流量呈正比關(guān)系，業(yè)務(wù)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(guān)；與移動網(wǎng)關(guān)的部署位置，應(yīng)用和內(nèi)容緩存服務(wù)器的部署位置相關(guān)。這一成本因素與業(yè)務(wù)流量呈正比關(guān)系，業(yè)務(wù)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(wù)，互不結(jié)算，同時雙方各負責(zé)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(zé)將付費方發(fā)起的業(yè)務(wù)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(guān)的部署位置、應(yīng)用和內(nèi)容緩存服務(wù)器的部署位置相關(guān)。這一成本因素與業(yè)務(wù)流量呈正比關(guān)系，業(yè)務(wù)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(guān)聯(lián)成本因素中，應(yīng)用和內(nèi)容緩存服務(wù)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(wù)流量關(guān)系密切。
根據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)前移動數(shù)據(jù)用戶的主要應(yīng)用及帶寬占用量如圖2所示。在上述應(yīng)用中，我們以表1所示的移動網(wǎng)絡(luò)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(luò)數(shù)據(jù)流量模型
根據(jù)各網(wǎng)元部署位置的不同，以EPC網(wǎng)絡(luò)為例，移動網(wǎng)絡(luò)分布式部署包括以下幾種部署方式：
（1）集中式部署：控制面網(wǎng)元MME，用戶面網(wǎng)元PGW/SGW，應(yīng)用服務(wù)器等置于網(wǎng)絡(luò)核心層。
（2）分布式移動網(wǎng)關(guān)：控制面網(wǎng)元MME，應(yīng)用服務(wù)器等置于網(wǎng)絡(luò)核心層。將PGW/SGW部署位置下移到網(wǎng)絡(luò)邊緣層，例如PGW/SGW從省級移至地市級。
精品網(wǎng)絡(luò)中這些業(yè)務(wù)流主要包括Voice，P2P等，這部分?jǐn)?shù)據(jù)流不會經(jīng)過本地網(wǎng)絡(luò)接入點和轉(zhuǎn)接網(wǎng)絡(luò)接入點轉(zhuǎn)發(fā)。與集中式部署相比較，該模型可以降低超過15%的本地業(yè)務(wù)流的傳輸成本。
（3）分布式應(yīng)用服務(wù)器
將PGW/SGW部署位置下移到網(wǎng)絡(luò)邊緣層，應(yīng)用服務(wù)器下移到網(wǎng)絡(luò)邊緣層以下。例如，集中在核心層部署的IPTV內(nèi)容服務(wù)器，采用分布式部署后可置于網(wǎng)絡(luò)邊緣層、匯聚接入層；也可以在采用分布式后應(yīng)用服務(wù)器在網(wǎng)絡(luò)核心層、網(wǎng)絡(luò)邊緣層、匯聚接入層同步部署的方式，內(nèi)容逐層分發(fā)。
訪問應(yīng)用服務(wù)器的業(yè)務(wù)流量占比30%，通過該模型，可實現(xiàn)精品網(wǎng)絡(luò)中這部分?jǐn)?shù)據(jù)流量的成本節(jié)約。
（4）分布式本地網(wǎng)絡(luò)接入點
將PGW/SGW和本地網(wǎng)絡(luò)接入點部署位置下移到網(wǎng)絡(luò)邊緣層，采用該模型，大眾網(wǎng)絡(luò)Internet業(yè)務(wù)中訪問本地網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量可實現(xiàn)成本節(jié)約。
（5）分布式應(yīng)用服務(wù)器、本地網(wǎng)絡(luò)接入點
將PGW/SGW，應(yīng)用服務(wù)器和本地網(wǎng)絡(luò)接入點部署位置下移到網(wǎng)絡(luò)邊緣層。采用該模型，可實現(xiàn)精品網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量、本地Internet數(shù)據(jù)流量的成本節(jié)約。
（6）全分布式
在上述（5）的基礎(chǔ)上，將轉(zhuǎn)接網(wǎng)絡(luò)接入點部署位置下移到網(wǎng)絡(luò)邊緣層，成為全分布式部署。
轉(zhuǎn)接網(wǎng)絡(luò)接入點的部署與互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)結(jié)算密切相關(guān)。到目前為止，互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)結(jié)算仍然沒有固定的模式。其中，一種結(jié)算方法如美國運營商Sprint，根據(jù)互聯(lián)點數(shù)量收費。轉(zhuǎn)接網(wǎng)絡(luò)接入點的分布式部署將增加互聯(lián)點數(shù)量，引起結(jié)算成本上升。
另一方面，由于互聯(lián)網(wǎng)的傳輸特點，越來越多的運營商需要更多的動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)容量。轉(zhuǎn)接網(wǎng)絡(luò)接入點的數(shù)量增加要求更多的路由器，需要配置的業(yè)務(wù)節(jié)點更多，增加了提供服務(wù)的難度。而帶靈活接口的高密度路由器可以在不增加系統(tǒng)的情況下提高網(wǎng)絡(luò)容量，服務(wù)提供商可以在不影響網(wǎng)絡(luò)拓撲的情況下增加新的用戶，因此可以減少設(shè)備數(shù)量，并使網(wǎng)絡(luò)更加簡單和穩(wěn)定，降低了投入和運營成本。
綜合比較以上部署模型，從成本角度可以得出如下結(jié)論：集中部署S/PGW方式在EPS初期進行部署，隨著業(yè)務(wù)量的增長和新業(yè)務(wù)的引進，逐漸向分布式部署方式（5）演進。
5 網(wǎng)元分布式部署促進網(wǎng)絡(luò)融合
如圖3所示，隨著移動網(wǎng)絡(luò)無線帶寬瓶頸不斷突破，產(chǎn)生了“全業(yè)務(wù)競爭”環(huán)境下的“寬帶接力棒”現(xiàn)象，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不斷從固定網(wǎng)絡(luò)向移動網(wǎng)絡(luò)平移，越來越多的運營商開始進軍固網(wǎng)/寬帶/互聯(lián)網(wǎng)市場，向全業(yè)務(wù)運營商轉(zhuǎn)型。加強網(wǎng)絡(luò)融合，各層網(wǎng)絡(luò)的“融合+共享”成為“全業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)”演進的主旋律。業(yè)務(wù)創(chuàng)新上，也從單純的移動業(yè)務(wù)到提供移動、固網(wǎng)、Internet融合的業(yè)務(wù)，實現(xiàn)移動用戶量快速增長，加強數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)/企業(yè)業(yè)務(wù)盈利能力，通過融合走出盈利困境。
圖3 “寬帶接力棒”現(xiàn)象
對于網(wǎng)絡(luò)而言，關(guān)鍵是如何從傳統(tǒng)煙筒型網(wǎng)絡(luò)向全業(yè)務(wù)融合型網(wǎng)絡(luò)演進，并具備固定、移動統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)承載能力。融合背景下的移動網(wǎng)絡(luò)分布式部署應(yīng)綜合考慮如下網(wǎng)元：
（1）移動寬帶網(wǎng)絡(luò)需要移動網(wǎng)關(guān)SGW/PGW，為移動寬帶用戶提供接入管理、移動性管理服務(wù)。
（2）SR（業(yè)務(wù)路由器），為大客戶服務(wù)的多媒體交換機，彼此間既有隔離又有交互。
（3）寬帶接入網(wǎng)關(guān)，家庭寬帶、游牧寬帶服務(wù)需要BRAS。公眾（因特網(wǎng)業(yè)務(wù)）接入后需要認證、需要管理、效益保障安全，各種控制網(wǎng)關(guān)正逐步融合。
移動網(wǎng)絡(luò)的分布式部署使得SGW/PGW的位置下移，移動與固定網(wǎng)絡(luò)層面的融合成為可能。融合網(wǎng)絡(luò)部署中應(yīng)考慮如下策略：
●可以在一個物理節(jié)點中部署SGW/PGW和固定寬帶接入網(wǎng)關(guān)。
●移動和固定用戶使用相同的因特網(wǎng)接入策略。
●移動和固定接入的策略控制和計費可以由相同的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點執(zhí)行，使用相同的接口。
●位于匯聚層的網(wǎng)關(guān)（如SGW和PGW）可以與BRAS集成。
6 分布式部署應(yīng)關(guān)注的問題
移動網(wǎng)絡(luò)的分布式部署屬于設(shè)備級別分布、網(wǎng)絡(luò)部署方面的考慮，將會帶來成本降低、網(wǎng)絡(luò)融合等優(yōu)勢，也是未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢，但是不可避免會產(chǎn)生業(yè)務(wù)連續(xù)性、移動效率、運營管理等問題。
（1）移動網(wǎng)絡(luò)的分布式部署將導(dǎo)致切換頻繁和路由迂回，影響業(yè)務(wù)連續(xù)性和移動效率。移動用戶的漫游，在進行跨區(qū)域移動時，移動網(wǎng)絡(luò)應(yīng)保證無縫的業(yè)務(wù)連續(xù)性。EPC架構(gòu)通過固定錨點PGW的方式支持終端的移動性，由歸屬地PGW為用戶提供接入地的IP地址，從而實現(xiàn)了切換過程中的IP地址不變，保證了業(yè)務(wù)在IP層面的連續(xù)性。固定錨點帶來了數(shù)據(jù)包路徑迂回的問題，加重了傳輸延時和帶寬浪費。分布式部署縮小了單一錨點覆蓋范圍，將使得路徑迂回的問題更加嚴(yán)重。另一方面，分布式部署縮小了單一SGW覆蓋范圍，增加跨網(wǎng)關(guān)切換頻率，將使得切換過程中的報文延遲、數(shù)據(jù)丟失和報文亂序更加頻繁，降低了數(shù)據(jù)服務(wù)級別?，F(xiàn)有技術(shù)可以實現(xiàn)分布式架構(gòu)下的IMS等業(yè)務(wù)的運行，然而在組網(wǎng)過程中仍然需要考慮網(wǎng)元間接口數(shù)量、負荷等進行合理部署，因此合理規(guī)劃是在組網(wǎng)時必需認真考慮的問題。
（2）運營管理?，F(xiàn)有移動網(wǎng)絡(luò)以集中式部署為主，分布式部署影響現(xiàn)有核心網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)；由于維護多個分布式節(jié)點，而增加維護成本。
7 結(jié)束語
移動網(wǎng)絡(luò)分布式部署從物理角度對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進行扁平化，在一定程度上滿足了扁平化需求。差異化的分布式方案（如區(qū)分下移網(wǎng)元）將導(dǎo)致不同的網(wǎng)絡(luò)扁平化程度，因此需要結(jié)合具體的網(wǎng)絡(luò)狀況和業(yè)務(wù)發(fā)展預(yù)期進行合理規(guī)劃。