网络智能化是承载“三网融合”重任的基石

1 引言

Everything over IP and IP over Everything——“什么（应用）都可以用IP来承载，IP也可以跑在任何网络上”，这句十多年前的预言，实际在网络技术上真正促成了今天中国的“三网融合”。“三网融合”已渐渐成为当下的热点话题，但大家谈论最多的词语还是“带宽”，似乎是有了带宽就有了“三网融合”。在电信领域，一个宽带网络大提速的运动正在全面铺开。早在2009年5月，北京联通就宣布，到2012年家庭入户带宽要超过20Mbit/s；同样，上海电信也同期发布了新闻公告，到2012年上海市家庭入户带宽也要超过20Mbit/s。至于广电系统，随着以省为单位的有线网络整合和有线网络的改造，部分有线宽带入户带宽声称会达到100Mbit/s，另外广电网络的3Tnet概念也呼之而出。这一次，三网融合确实吹响了网络“宽带”的大跃进！对广大网民来说这是一个喜讯。但大带宽包月这样的作法对电信运营商来讲则是一个急功近利的做法。20Mbit/s也好，100Mbit/s也好，都仅是指接入带宽，如果城域网，骨干网，IDC等带宽没有跟上，网民还是得不到端到端的高带宽，在互联网上在线观看高清视频仍遥不可及。为此电信运营商还得继续进行端到端网络带宽扩容。另一方面，包月的大带宽总有一天可以让互联网上的在线高清视频如鱼得水，而由于把全部带宽都拿去“包月”了，运营商就可能没有足够的带宽来发展自身的IPTV高清视频业务，电信运营商因此被管道化，将陷入增量不增收的困境。今天，互联网上的流媒体视频呈现爆炸式增长的趋势。据不完全统计，互联网上10%以上的流量是来自视频网站，37%和40%是P2P视频下载或者在线视频观看流量，另外一大部分是各种各样的在线视频流媒体。整个互联网视频发展全都得益于大带宽发展，而高速互联网的连接得益于包月制，虽然目前看包月制模式对电信运营商的网络扩容和业务增长来说是致命的。

没有足够的接入带宽就无法传送（高清）视频节目，更谈不上什么“三网融合”了。毕竟按照现在的压缩标准，每套高清电视节目需要8Mbit/s的网络传输带宽，加上互联网的上网带宽，每户至少要10Mbit/s，如果每户有多个机顶盒（电视机），每户20Mbit/s差不多是刚刚好。这20Mbit/s的带宽其实是接入带宽，即“最后一公里”的带宽，但视频内容，特别是高清视频内容的传送要求端到端的带宽保证，而目前的网络还很难做到全网任意节目源（网络任意位置）的端到端高带宽保证。这需要在端到端带宽资源的管理、网络建设和优化、云计算和内容中心等方面下功夫，仅有大宽带的接入是远远不够的。

2 不同高清视频传送方式对网络的要求

高质量的高清线性电视（Linear-TV）的网络传送方式可以分为3大类：广播方式、组播方式、点播方式。这3种方式对网络端到端的带宽要求各不相同。

广播方式是将所有的高清电视频道内容同时传送到所有的用户机顶盒，用户通过事先购买相应频道的密钥解码相应频道观看。广播方式传送高清电视节目所需要的端到端网络带宽是依据节目栏目数而定的，且端到端恒定，其带宽等于节目频道数乘以每频道所需的平均带宽，如100个高清频道×8Mbit/s=800Mbit/s。由于800Mbit/s是指端到端的带宽，这就要求用户的接入（最后一公里）带宽也要大于800Mbit/s，目前这在电信网络（含FTTx）上是无法实现的。目前，只有有线同轴电缆可以采纳广播方式来进行高清电视传送。广播方式下视频的传送可以是IP网络也可以不是。广播方式传送视频是单向的，并且频道是有线的和定时播放的，所以在当今强调个性化的时代，这种方式当然是力不从心了。而且，这只是“一网”运作而已。

组播方式也是单向和定时播放，类似于一种可选择的广播方式。在骨干网上组播方式所需的传送带宽也是依据网络中所有用户当时所选节目栏目总数而定的。比如，总的节目栏目是500个（高清频道），此时整个网络中用户总共选择观看的节目栏目数为120个，那么此时骨干网上总共所需带宽为120个高清频道×8Mbit/s = 960Mbit/s。与广播方式不同的是，可供用户选择的频道数是500个。在极端情况下，500个高清频道需用带宽为500个高清频道×8Mbit/s = 4Gbit/s，这在今天骨干网带宽普遍能达到10Gbit/s的条件下是完全没问题的。更重要的是，组播方式在用户接入网仅仅传送用户当时选择的高清频道内容。当然，如果允许每户有n个机顶盒（多个电视），那也仅仅是在用户接入网传送用户当时选择的n个高清频道内容，即n×8Mbit/s，这在今天宽带改造后每户可达20Mbit/s或更高的接入带宽条件下，是完全可行的，也是电信运营商不二的选择。这就是通常所说的IPTV高清视频传送方式。

点播方式是最为灵活、完全个性化的终极视频传送方式。点播方式对带宽的需求是端到端的，即从节目源到用户机顶盒，每套节目都需要独自的端到端带宽。相对于接入网而言，所需的最大带宽等于同一户中机顶盒的个数×每频道带宽，与组播方式一样，所以也不成问题。但对于骨干网而言，总带宽等于此刻所有参与点播用户所点播的节目总数×每频道带宽。比如，一个居民区有1万户，其中有3000户同时在点播节目，其所需的总带宽为3000个点播用户×8Mbit/s = 24Gbit/s，这其中可能有很多人同时点播相同的节目。如此大的带宽也只够3000个用户同时点播，点播方式的所需的骨干网或者城域网带宽是巨大的，这给点播方式的应用推广带来了障碍。技术上解决这个难题的方法大致有3大类：P2P/P4P方式，内容缓存方式，分布式CDN方式。其关键点在于“尽量”让视频内容发布靠近用户端，减少对骨干网或者城域网的带宽压力。点播方式的应用非常广泛，很多视频应用都采用点播方式，如电视点播，IPTV的点播窗口，交互式电视，时移电视和回看电视等，还有互联网上的流媒体视频在线观看（互联网TV）等。目前，据不完全统计，互联网上超过80%的流量都是以点播方式传送的视频流媒体内容（以下载为主）。点播方式，特别是高清视频的点播所需的骨干网带宽极高，现有的网络骨干网带宽不能完全满足。只有配合P2P/P4P，内容缓存，分布式CDN等技术之一，并经过精心设计的大容量城域网/骨干网网络架构，才有可能实现全体网民的高清视频点播（在线观看）。随着网络技术的发展和网络带宽的不断增长，在20Mbit/s的入户带宽的接入网中，完全可以实现1～2套高清视频节目的点播。韩国的宽带网络就是互联网直接播放高清视频方面一个很好的例子。韩国80%人口都在首尔，韩国政府在2000年代中期直接注资运营商，鼓励发展以太网双绞线和光纤到户的大宽带网络，涌现了多家宽带网络运营商，互联网发展非常迅速，现在韩国90%以上的家庭都实现了超过3[FS:Page]5Mbit/s以上的带宽接入。这促进了互联网在韩国的发展，尤其是在线视频，用户已经可以通过互联网直接下载和在线观看高清电视。但韩国的电信运营商也面临着很严酷的现实：电信运营商自身的IPTV业务没有预留可保证QoS的带宽，要发展自营的IPTV就需要与互联网视频服务商共享带宽，丧失了竞争优势。除了宽带接入（管道）收入外，其他业务很难与互联网OTT应用和内容服务商竞争，业务没有了新的增长点，最终导致了部分中小宽带网络运营商被收购兼并。

3 适应高清视频传输的网络建设

在了解了高清视频（电视）的3种不同传送方式对网络端到端带宽的不同要求之后，我们对现阶段大带宽网络建设和有线网络改造在带宽方面的应用和管理模式有了更深入的认识。首先，在接入网达到20Mbit/s入户的情况下，每户可以也只能投放2～3套高清视频节目，运营商很自然会想到要把这部分带宽预留下来，使这2～3套高清视频节目由自己来投放。相反，一旦把这部分带宽或者是说把20Mbit/s的带宽全部放给互联网用作互联网的上网带宽，那么互联网上的那些流媒体视频，包括高清视频等就会立刻占满整个带宽，那时运营商将被完全管道化、边缘化，围绕视频业务的视频内容点播、广告插入等互联网价值链上的上下游附加产值也将与运营商告别。不但如此，接入带宽扩容后还会造成运营商骨干网和城域网的大量扩容，增量不增收。

可见，有了20Mbit/s的接入带宽，也必须避免接入网络的“粗犷式经营”，即简单地把全部的接入带宽以包月制的模式卖给用户（这种模式也称为“透明管道模式”）。此时，运营商仅仅是获取了固定的月租费，而对用户是谁、用户在用什么业务、用户在看什么内容等一概不知也不管。电信运营商的正确发展模式应该是把接入网的20Mbit/s带宽管起来，走精细化经营的道路。20Mbit/s的带宽要进行分段使用：按用户、业务、应用，实现精细化管理使用（这种模式也称为“彩色管道模式”）。在彩色管道模式下，每个用户的接入带宽被运营商分段使用。一部分带宽（如2～3Mbit/s）保证用于互联网上网；另一部分带宽（如几百kbit/s～3Mbit/s左右）以一定的QoS保证用于提供给与本运营商合作的内容和应用提供商，运营商会参与这些内容和应用提供商收益的分成；余下的大宽带是端到端的全程全网的高质量QoS保证的带宽，将被用于运营商自营的高清视频业务，从而最大利益化这部分质量最好的接入带宽。要做到这一点，其前提是运营商的网络必须具备很高的网络智能，必须能够做到用户感知、业务感知、应用和内容感知。而网络智能化来自于网络架构中的业务控制层，因此，运营商必须重视业务控制层，增加业务控制层的智能化水平，做到对用户、业务、应用的感知。在网络建设或网络改造的初期就要对网络作充分细致的规划，选用先进的智能化的网关设备，配置一整套完整的相关设备和网络管理、运营支撑系统。在业务控制层中，宽带网络网关（Broadband Network Gateway）是大宽带网络智能化的关键设备。宽带网络网关BNG在国际上已经标准化定义好了，属于业务路由器中的一个重要功能。今天，先进的宽带网络网关（BNG）设备必须具备如下关键能力：首先要能提供上联到核心网的大容量接口（40GE/100GE）、大量的下联到PON/OLT或CMTS的10GE端口；其次是大规模的队列及其管理能力用于高效能、高性能地对用户、业务、应用和内容的感知并提供层次化的QoS的能力；再次是具有主备系统切换能力的系统高可靠性；最后是面向视频业务，提供视频缓存以支持快速频道切换和视频丢帧错帧重传能力，以及大规模组播能力。具备上述关键能力的宽带网络网关的业务控制层才能真正实现对用户、业务、应用和内容的感知，对业务的控制管理，才能真正实现网络带宽精细化经营的彩色管道模式。
在面向三网融合而实施的网络转型中，对于正在运营中的网络，在网络架构中引入业务控制层这一概念的演进并不复杂。实际上只需更新少量陈旧的BRAS网关设备，从10G平台向40G或以上平台演进，提高业务处理性能和业务容量，不断完善传统业务路由器的功能，增强业务不中断路由功能（NSR），L2/3业务的冗余保护能力，针对每用户、每业务、每应用的层次化QoS控制，就可实现网络智能化的转化。为这些更改而引入的设备就是BNG，还有一些管理工具，例如对用户的管理，对QoS的控制，对队列的管理等。BNG可以与核心设备配合使用，核心设备就像邮政系统的枢纽中心，无论谁的邮件，来自哪里，都只是根据邮政编码进行转发即可；而BNG是边缘设备，对用户、业务、应用和内容要进行一定的感知和管理，对所有的流量贴上邮政编码进行标识，并可通过精细化的QoS控制提供每用户及每业务的QoS。BNG通常和CMTS或者PON的OLT设备直接相连，一般可以控制1万以内的用户数。

4 结束语

网络智能化是承载“三网融合”重任的基石。从互联网发展的经验来看，有线运营商的视频广播等传统电视业务也和电信运营商的传统电信业务一样慢慢地会渐渐弱化而失去竞争力，被互联网的相关应用所替代。将带宽贱卖之后，将面临无法回收带宽做IPTV业务的境地，其最终结果会对IPTV业务的推广不利。这就要求电信运营商要管好有限的接入网络资源，提高网络的智能化，充分挖掘网络智能化资源增加自营业务的竞争力并创造更大的价值，同时不断开拓新的业务模式，这才是电信运营商正确的“三网融合”网络建设策略。