精品文檔-下載后可編輯一種移動網(wǎng)絡網(wǎng)元分布式部署的設計

移動數(shù)據(jù)業(yè)務快速發(fā)展，移動寬帶網(wǎng)絡的投入成本和收入問題，對網(wǎng)絡扁平化趨勢下網(wǎng)元分布式部署提出了一定要求，本文在研究移動網(wǎng)絡分布式部署驅(qū)動力的基礎上，分析了各種移動網(wǎng)絡分布式部署模型關聯(lián)成本因素的影響，提出了部署策略。

1引言

隨著HSDPA,EV-DO以及未來LTE無線寬帶接入技術的逐步部署，限制業(yè)務發(fā)展的主要瓶頸--無線帶寬已經(jīng)發(fā)生跳躍性的變化，移動網(wǎng)絡的開放、流量和收入等多方面問題正在成為移動運營商當前面臨的重要挑戰(zhàn)，運營商對部署下一代的移動寬帶網(wǎng)絡、對網(wǎng)絡的未來演進愿望愈加迫切。驅(qū)動運營商進行分組域演進的原因有多方面，除了技術進步帶來的可行性、無線技術的升級以外，更多是來自通信產(chǎn)業(yè)的業(yè)務發(fā)展和競爭加劇所帶來的需求和壓力。在這一變革趨勢中，移動網(wǎng)絡扁平化成為網(wǎng)絡演進的熱點問題。

2扁平化成為移動網(wǎng)絡發(fā)展的必然趨勢

HSPA英文全稱為HSPAHigh-SpeedPacketAccess,WCDMA的R99和R4系統(tǒng)能夠提供的上下行速率分別為64kbps和384kbps,為了能夠與CDMA1XEV-DO抗衡，WCDMA在R5規(guī)范中引入了HSDPA,在R6規(guī)范中引入了HSUPA,HS-DPA和HSUPA合稱為HSPA.HSDPA（高速下行分組接入）在下行鏈路上能夠?qū)崿F(xiàn)高達14.4Mbit/s的速率。通過新的自適應調(diào)制與編碼以及將部分無線接口控制功能從無線網(wǎng)絡控制器轉移到基站中，實現(xiàn)了更高效的調(diào)度以及更快捷的重傳，HSDPA的性能得到了優(yōu)化和提升。HSUPA（高速上行分組接入）在上行鏈路中能夠?qū)崿F(xiàn)高達5.76Mbit/s的速度。基站中更高效的上行鏈路調(diào)度以及更快捷的重傳控制成就了HSUPA的優(yōu)越性能。

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/設備走向轉型。數(shù)據(jù)業(yè)務的增長使得商業(yè)利潤點發(fā)生轉換，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，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)絡架構和處理能力，不能直接產(chǎn)生終用戶的價值。網(wǎng)絡融合兩種主要手段是網(wǎng)絡簡化和能力共享。

由于層次化拓撲結構存在性價比不高、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，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)務架構不關注業(yè)務本身，對業(yè)務架構無一致性要求。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架構為分析原型，我們將IP網(wǎng)絡分為層、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

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)上承載對方的用戶發(fā)起的業(yè)務，互不結算，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、轉接數(shù)據(jù)流量成為活躍的因素，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

4.2移動網(wǎng)絡分布式部署方式

根據(jù)各網(wǎng)元部署位置的不同，以EPC網(wǎng)絡為例，移動網(wǎng)絡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,應用服務器等置于網(wǎng)絡層。

（2）分布式移動網(wǎng)關：控制面網(wǎng)元MME,應用服務器等置于網(wǎng)絡層。將PGW/SGW部署位置下移到網(wǎng)絡邊緣層，例如PGW/SGW從省級移至地市級。

精品網(wǎng)絡中這些業(yè)務流主要包括Voice,P2P等，這部分數(shù)據(jù)流不會經(jīng)過本地網(wǎng)絡接入點和轉接網(wǎng)絡接入點轉發(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)務流的傳輸成本。

（3）分布式應用服務器

將PGW/SGW部署位置下移到網(wǎng)絡邊緣層，應用服務器下移到網(wǎng)絡邊緣層以下。例如，集中在層部署的IPTV內(nèi)容服務器，采用分布式部署后可置于網(wǎng)絡邊緣層、匯聚接入層；也可以在采用分布式后應用服務器在網(wǎng)絡層、網(wǎng)絡邊緣層、匯聚接入層同步部署的方式，內(nèi)容逐層分發(fā)。

訪問應用服務器的業(yè)務流量占比30%,通過該模型，可實現(xiàn)精品網(wǎng)絡中這部分數(shù)據(jù)流量的成本節(jié)約。

（4）分布式本地網(wǎng)絡接入點

將PGW/SGW和本地網(wǎng)絡接入點部署位置下移到網(wǎng)絡邊緣層，采用該模型，大眾網(wǎng)絡Internet業(yè)務中訪問本地網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)流量可實現(xiàn)成本節(jié)約。

（5）分布式應用服務器、本地網(wǎng)絡接入點

將PGW/SGW,應用服務器和本地網(wǎng)絡接入點部署位置下移到網(wǎng)絡邊緣層。采用該模型，可實現(xiàn)精品網(wǎng)絡數(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）的基礎上，將轉接網(wǎng)絡接入點部署位置下移到網(wǎng)絡邊緣層，成為全分布式部署。

轉接網(wǎng)絡接入點的部署與互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)結算密切相關。到目前為止，互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)結算仍然沒有固定的模式。其中，一種結算方法如美國運營商Sprint,根據(jù)互聯(lián)點數(shù)量收費。轉接網(wǎng)絡接入點的分布式部署將增加互聯(lián)點數(shù)量，引起結算成本上升。

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)絡容量。轉接網(wǎng)絡接入點的數(shù)量增加要求更多的路由器，需要配置的業(yè)務節(jié)點更多，增加了提供服務的難度。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)絡容量，服務提供商可以在不影響網(wǎng)絡拓撲的情況下增加新的用戶，因此可以減少設備數(shù)量，并使網(wǎng)絡更加簡單和穩(wěn)定，降低了投入和運營成本。

轉接網(wǎng)絡接入點的分布式部署將引起成本上升。與分布式部署S/PGW方式比較，集中部署S/PGW方式適合于業(yè)務量較低的場景，例如部署初期或者小的網(wǎng)絡運營商OpCo.分布式部署S/PGW方式是EPC網(wǎng)絡的目標部署方式，適用于較大的網(wǎng)絡運營商OpCo中業(yè)務量較大的場景。綜合比較以上分布式部署方式，當數(shù)據(jù)業(yè)務流量達到一定規(guī)模時，將MME幾種部署在網(wǎng)絡層，將移動網(wǎng)關SGW/PGW,應用/內(nèi)容緩存服務器、本地網(wǎng)絡接入點從網(wǎng)絡層下移至網(wǎng)絡邊緣層進行分布式部署，能夠獲得成本目標。

綜合比較以上部署模型，從成本角度可以得出如下結論：集中部署S/PGW方式在EPS初期進行部署，隨著業(yè)務量的增長和新業(yè)務的引進，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)絡融合

如圖3所示，隨著移動網(wǎng)絡無線帶寬瓶頸不斷突破，產(chǎn)生了"全業(yè)務競爭"環(huán)境下的"寬帶接力棒"現(xiàn)象，數(shù)據(jù)業(yè)務不斷從固定網(wǎng)絡向移動網(wǎng)絡平移，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)務運營商轉型。加強網(wǎng)絡融合，各層網(wǎng)絡的"融合+共享"成為"全業(yè)務網(wǎng)絡"演進的主旋律。業(yè)務創(chuàng)新上，也從單純的移動業(yè)務到提供移動、固網(wǎng)、Internet融合的業(yè)務，實現(xiàn)移動用戶量快速增長，加強數(shù)據(jù)業(yè)務/企業(yè)業(yè)務盈利能力，通過融合走出盈利困境。

圖3"寬帶接力棒"現(xiàn)象

對于網(wǎng)絡而言，關鍵是如何從傳統(tǒng)煙筒型網(wǎng)絡向全業(yè)務融合型網(wǎng)絡演進，并具備固定、移動統(tǒng)一網(wǎng)絡承載能力。融合背景下的移動網(wǎng)絡分布式部署應綜合考慮如下網(wǎng)元：

（1）移動寬帶網(wǎng)絡需要移動網(wǎng)關SGW/PGW,為移動寬帶用戶提供接入管理、移動性管理服務。

（2）SR（業(yè)務路由器），為大客戶服務的多媒體交換機，彼此間既有隔離又有交互。

（3）寬帶接入網(wǎng)關，家庭寬帶、游牧寬帶服務需要BRAS.公眾（因特網(wǎng)業(yè)務）接入后需要、需要管理、效益保障安全，各種控制網(wǎng)關正逐步融合。

移動網(wǎng)絡的分布式部署使得SGW/PGW的位置下移，移動與固定網(wǎng)絡層面的融合成為可能。融合網(wǎng)絡部署中應考慮如下策略：

●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。

●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)絡節(jié)點執(zhí)行，使用相同的接口。

●位于匯聚層的網(wǎng)關（如SGW和PGW）可以與BRAS集成。

6分布式部署應關注的問