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NGN业务模型变化和电信变革

(2006-03-03 09:49:22)
分类: 网络演进和电信转型
  摘要:以宽带(包括未来的宽带移动无线)接入包月模式为代表的互联网运营模式强烈冲击传统电信按服务质量和使用量收费的模式。动摇了NGN业务模型的基础。

  NGN只致力于发展电信承载网是不够的。NGN采用集中控制的统一的承载网提供综合业务,解决了QoS、安全性和可管理问题。采用按服务质量和使用量收费的业务模型。NGN不能支持目前消费类宽带业务用的包月模式。此外其集中管理模式也导致削弱和丧失部分无所不在性能,不能有效地支持以P2P为代表的互联网新应用和机-机业务 。

  NGN需要并行发展具有分布管理能力的下一代互联网,利用互联网做为基层承载网,在其上应用层建立重叠网支持P2P应用和提供分布式管理。面向广大消费者提供固定和移动宽带互联网业务,支持机-机的各种应用,充分发挥互联网无所不在的优势。

关键词:下一代互联网、下一代网络、平等对接重叠网、弹性重叠网、智能结点重叠网、机-机、宽带业务.包月收费模式

一、互联网业务模式冲击NGN/IMS业务模式

  中国电信和中国网通等固网运营商目前受到来自移动通信和互联网运营模式的巨大压力,出现固网话音(不含小灵通)通话量负增长,离网率上升未来增长乏力等现象,结果是收入增长呈逐渐下降趋势,低于行业平均水平,乃致出现负增长。为了扭转这一趋势,中国电信提出转型战略。实际上整个电信业正面临变革,用“电信变革”一词更描述目前的状况可能更贴切。

  随着移动通信和宽带无线接入技术的发展,不同技术殊途同归以及NGN和IMS的融合/固定和移动通信的融合,未来运营商向全业务运营商演化已经是大势所趋。随着这方面的变革的深入发展,来自移动通信的压力将得到缓解。相对来说,这种变革比较容易。

  真正的压力来自互联网运营模式的挑战,这将是一场更深刻的变革。

固网运营商收入分析

  下表给出中国电信2003年上半年和2004年上半年收入组成的比较。从表中可以看出话音业务的增长主要依靠小灵通,但是其所占比重仍然从73.6%下降到73.1%。。如果不计小灵通固定话音业务所占比重是大幅度下滑。而宽带互联网业务收入则从6.3%增长到8.7%(未包括互联网互联收入)。可管理的数据业务和专线出租从6.1%下降到4.8%。
NGN业务模型变化和电信变革

宽带接入包月制的冲击

  从上述分析中可以看出固网运营商主要的业务增长点是宽带互联网业务。宽带互联网接入业务的主要运营模式是包月,2003年宽带接入采用包月制以后出现了快速增长的局面。包月制和电信业长期以来实行的按服务质量和使用量(计时或计流量)是完全不同的,它彻底改变了电信业务模型。为了应付这一局面中国电信和中国网通都将宽带接入的公共互联网与为企业大客户VIP服务的可管理数据业务使用的可管理的宽带IP网从物理上分开。中国电信新建ChinaNet2,中国网通则在原网通控股的CNCNet上发展可管理的IP网。问题是从上面的数据可以看出,目前可管理的数据的收入和增长速率与宽带互联网相比都差得多。

移动互联网接入包月将冲击移动通信业务模型

  移动通信长期以来一直采用电信按量计费的模式,按条收费的短信数据业务形成了价值链,带来了丰厚的利润。随着3G的兴起,移动通信进入移动互联网业务,按使用量收费的业务成为制约发展的因素。日本的移动通信运营商的移动互联网数据业务经历长期徘徊之后,在2004年中开始DoCoMo等三大运营商被迫先后采用3900日元包月的模式,结果导致用户数目和流量剧增,出现新的发展高潮。被称为移动互联网业务的第三波。见图1

NGN业务模型变化和电信变革

图1 日本移动通信市场分析

  3G移动通信移动互联网业务包月的影响是深远的,它表明移动通信一旦进入互联网接入领域,仍然将按照互联网模式进行。而它的无所不在性更强,影响更大。以互联网电话为例,固网宽带用户使用Skype电话在计算机之间通信是免费的,和固定/移动电话通话还需要缴“落地费”。对于3G移动互联网用户而言,由于3G手机包月可以一直连接在互联网上,手机之间可以用Skype通话完全不需要通过3G话音系统。这样不仅3G话音业务受到威胁,其基于按服务质量和使用量计费模型的未来的IMS系统存在的基础也受到威胁。

包月模式冲击NGN/IMS体系

  目前电信业重点发展,代表未来的NGN/IMS体系是运行在可管理的IP承载网上的,其基础是电信业按质量按使用量收费的模式。NGN/IMS体系不可能采用包月模式。NGN/IMS将主要用于企业大客户VIP。对于普通消费者宽带用户的业务主要运行在互联网上。问题是今后的IP话音业务是运行在公共互联网上还是运行在可管理的IP网上。目前NGN/IMS体系要求IP话音业务运行在可管理的IP网上,继续维持目前话音业务的收费模型。问题是如何面对做为增值业务运行在公共互联网上的免费或包月的互联网电话的挑战。尽管我国目前规定IP话音业务是基础业务只允许电信运营商运营,但是国外美国等明确V0IP是开放增值业务,而互联网是没有国界的。从另外一方面看,中国电信和中国网通等运营商已经进行了多年软交换实验,目前正准备进行商业部署。目前软交换IP电话的主要应用是替代传统的电路交换机。以中国电信为例,每年有2000万线扩容和1000多万线报废替换。电路交换机改为软交换可以降低运维成本,并不能增加收入,扭转话音业务下滑的局面。同样网络电视IPTV如果运行在可管理的IP网上,很可能也是没有发展前途的。相反,如果以P2P方式运营在公共互联网上将可能开辟出新天地。

  电信变革最重要的是回应互联网模式的挑战。在互联网模式冲击下今天固网运营商的日子不好过,明天移动运营商的日子会更不好过。面对互联网冲击,发展新应用,建立新的业务模型是电信变革的主要任务。

二、NGN仅发展电信业务网是不够的。【1、2】

NGN业务模型变化和电信变革

图2 NGN服务模型


  目前NGN的全部工作集中在电信业务网上,而将互联网接入仅仅做为一种业务。

  发展NGN的基本思路是明确的:基于IP技术,引入电信运营理念,为多个业务网络建设一个统一的承载网。为了进行有效的管理控制需要有一个统一的承载控制层,这将成为运营商的专网。在收费模型方面,是对各种业务提供区别服务,基于QoS和使用量计费。

  目前NGN正在发展中,有不同方案,一般都是将NGN分为承载、控制和业务三层。边界路由器识别出业务流,通知承载控制层按业务要求控制分配承载网资源保证服务质量,实现资源管理和规划,实现可运营、可管理。边界路由器对业务流进行合法性检查和控制,保证安全性。目前业界主流意见是采用IP/MPLS用于承载网,以移动通信3GPP的基于SIP的IMS为基础发展统一的NGN。实现移动和固定融合。

  NGN业务是基于按服务质量和使用量计费的模型,对于采用包月收费的宽带业务,其主要功能不能发挥作用,形同虚设。NGN提供的是电信业务网,其服务对象是企业、大客户、VIP等。

  此外NGN的体系结构的管理控制只在一个运营商的网络内有效,要跨越运营商的边界,需要解决接口标准和结算等一系列问题。这个问题不解决,其使用的有效性将大大降低。应该使不同运营商的可管理的IP网/NGN像PSTN一样能够方便地互通互连,方便结算。

  为此,Juniper公司提出“Infranet倡议”(Infranet Initiative),希望通过设备制造商与运营商合作解决各个运营商IP/MPLS网络之间的互联和结算,实现 IP/MPLS 网络全球任意到任意应用的功能互连, 并保证性能和安全性。Infranet的实施将大大扩大每一个运营商的NGN专网的通达能力,但是在无所不在的渗透能力方面,以及支持P2P方面Infranet还远比不上公共互联网。

  NGN/IMS提供的业务基本上还是原有业务的延伸,基本上没有开拓新的应用和新的运营模式。对于在快速发展、普及的互联网上,已经和正在发展的新应用新业务,如对等连接P2P和传感器网,机-机网络,NGN的体系结构并不能很好胜任。

  目前NGN发展只是基于IP MPLS网的集中管理控制的电信承载网,采用按服务质量和使用量收费的运营模式。NGN需要并行发展具有分布管理能力的下一代互联网,利用互联网做为基层承载网,在其上应用层建立重叠网支持P2P应用和提供分布式管理。面向广大消费者提供固定和移动宽带互联网业务,这是电信运营商未来主要的收入来源。

三、 互联网新应用—P2P和机-机【3】

  近年来互联网上对等连接P2P应用发展迅速,MP3和视频文件共享下载的P2P流已经成为宽带用户流量的主体。基于P2P的即时通信和互联网电话发展迅速,对等广播正在兴起。P2P协同计算和网格方兴未艾。而网络通信的对象正在从人-人,人-机发展到机-机,从家庭网络和传感器/执行器网络到军事上网络中心战的全球信息网格GIG。NGN是从以人-人为主的传统通信模式、体验和需求演化来的,不能有效支持这种概括起来可以称之为无所不在的互联网的新应用新模式。

  实现P2P的第一步是在互联网上进行检索,找到拥有有所需内容和计算力的结点的地址,第二步是通过互联网实现对等连接。为了充分发挥互联网无所不在的优势,不能对互联网协议进行任何修改。解决的方法是在基础的互联网上架设一个P2P重叠网。

  P2P重叠网分为“无组织的P2P重叠网”和“有组织的P2P重叠网”。两大类。目前在互联网上广泛使用的大多是无组织的P2P重叠网。当今宽带用户流量中一半以上是这种P2P流。而有组织的P2P重叠网目前还处于学术界研究阶段。如Tapestry 、Chord 、Pastry 、和 CAN 等。正在研究的新一代的P2P应用包括多播、网络存储等都运行在这种有组织P2P重叠网上。

  无组织的P2P重叠网已经演进了四代。第一代P2P网络采用中央控制网络体系结构。早期的Napster就采用这种结构。第二代P2P 采用分散分布网络体系结构。适合在自组织( ad-hoc)网上的应用,如即时通信等。第三代P2P 采用混合网络体系结构。这种模式综合第一代和第二代的优点,用分布的超级结点取代中央检索服务器。目前常用的P2P 软件BitTorrent, e donkey 和Gnutella等都属于此类。第四代P2P目前发展中。主要发展技术有动态口选择和双向下载。动态口选择。需要发展适应P2P应用的分布式管理系统。

  P2P的发展和IPv6的推广普及是密切相关的。只有采用IPv6才有可能在互联网上采用实名制,才有可能建设一个诚信、安全的P2P环境。

四、智能结点重叠网和分布式管理

4.1、发展重叠网络进行互联网的分布式管理的研究

  由于现在的互联网的规模已经非常庞大,又分别为不同运营商和机构拥有和管理,要想同步改变体系结构几乎是不可能的。而等待各个子网逐步改变又太慢。解决这些问题的方法是在保持现在的互联网继续工作的同时实现无缝的演进,近年来国际上在研究发展在互联网上重叠网,以进行分布式控制和支持P2P重叠网。与电信业发展具有集中控制的下一代网NGN的思路不同,这是一种分布式的控制管理,保持了互联网分布自治的特性。我们称之为无所不在的NGI.这方面研究工作最突出有代表性的是:弹性重叠网RON、Tapestry和Planetlab。

4.2、弹性重叠网RON【4】

  弹性重叠网RON做为应用层被重叠在现有的互联网选路层上。RON的结点监视互联网路径的性能和质量,根据这些信息决定是直接利用它来传输数据还是通过其他RON 的结点。用RON可以减少丢包率,降低时延,提高吞吐量。在几秒钟内发现路径损耗和周期性性能下降并且使之恢复正常。而目前使用的广域路由协议BGP等为此要耗费几分钟。

  RON的结点被放置的不同的自治选路域AS中,它们之间可以协同工作互相转发数据。因为AS是独立行政管理、配置和选路的,属于不同运营商,很少有共享的内部链路。AS发生的故障彼此之间是独立的一个AS域中网络出现问题,通过RON可以选择其它AS 的网络。

  RON通过主动探测和监视结点之间的链路来发现问题。如果下面互联网的路径是优化的的,就使用这路径,不需要其他结点介入。如果下面互联网路径不是优化的,RON会将数据转发到其他结点,建立最佳路径。RON的结点间交换路径的质量信息,据此建立包括丢包率、时延和吞吐量等参数的路径质量表,在此基础上通过路由协议建立转发表。每一个RON的结点通过综合主动探针探测和被动观察运行的数据传输,建立路径质量表。

  RON的第二个目标是将选路和路径选择与分布应用综合,使之具有根据应用特性来选择路径的能力。在提供多媒体会议业务时可以直接使用RON的数据库透明地构成包括所有参会成员的重叠网,提供低丢包率和时延抖动和高吞吐量。网络管理员可以利用RON路由器在若干个局域网之间构成重叠网,成为“重叠VPN”。这个概念进一步发展成为 “重叠ISP”。 “重叠ISP”向传统运营商买带宽,通过RON连接不同的传统的ISP的POP点,利用RON的选路机制,可以为用户提供更有弹性和容错能力的互联网业务。

  RON的第三个目标是提供框架,以实现管制路径选择的显式路由策略,用来管理网络中路径的选择。RON很容易对数据包进行识别分类,这样就能够实现推荐接受或强制控制转发速率。

4.3、Tapestry 和PlanetLab计划-有组织的P2P重叠网【5、6】,同时具有分布式管理功能

  4.3.1、Tapestry

  Tapestry是一种有组织的P2P重叠网,可扩展的基础设施。通过分布式的目标定位和选路(DOLR)提供高性能,可扩展和位置无关的选路,使用局部资源将消息送到最靠近的终点。目的是提高效率,减少消息时延和提高吞吐量。它即是P2P应用重叠网,也提供部分分布管理功能

  4.3.2、PlanetLab。

  这是一个全球性的民间的研究计划,建立分布全球的研究实验床,连接各处的智能结点,建立Tapestry分布式的目标定位和选路DOLR网络,发挥类似发展Linux开放源代码的开放合作精神。PlanetLab在全球互联网的主要地区设置智能结点(初期1000个),连接骨干网,构成分布的虚拟计算环境。这些结点可以实现:异常检测,鲁棒选路,储存内容分发(尽量接近数据源),数据融合,提供分散在多个独立域的高生存性存储等。而连接这些智能结点的重叠网是重叠在现在的互联网上的,便于扩展演化。构建了上百种可以在该平台上运行的全新服务。 PlanetLab主要发展各种P2P应用也提供一些分布式管理。

五、智能结点重叠网INON实现无所不在的NGI

  本文综合前述各种工作提出发展统一的智能结点重叠网INON,架构在互联网的顶部,以无缝且持续演进的方式构建,不但可以提供分布式控制,还可以支持P2P等各种的全新应用服务。智能结点重叠网做为一种概念框架可以包容前述各方面的努力,是一种正在发展中的技术。

  智能结点重叠网是一个可以支持由多个服务商提供的服务所组成的价值链的开放的、标准化的服务平台。服务可以分为两类。第一类服务是分布式控制。以互联网本身为对象的服务。这些基础设施服务将监控并解决诸如容量、可靠性、QoS和安全性等问题。第二类是用户P2P应用服务,以及为用户服务的基础设施。如网络存储、内容分配、P2P检索,对等广播等。

5.1、 智能结点重叠网络的原理和构成

  智能结点重叠网络采用分布管理模式,在网络上关键部位设置智能结点,用来监视周围网络上的资源分布和带宽利用率,传输延时,路由走向、流量模式和分布,中断和故障以及病毒感染流行等情况。智能结点之间交换这些信息,进一步实现监视和控制,即时做出响应。如提供路由探测选择、病毒发现消灭以及内容的检索、分类和管理。

  智能结点的另外一个用途是支持各种P2P应用,如做为无组织混合型P2P重叠网的超级结点提供分层检索能力或支持有组织P2P重叠网。

  智能结点拥有较强的计算能力(CPU计算力和存储容量),它向网络核心注入大量计算资源。与当今的互联网静态地将应用和数据分配到指定位置的具体设备中不同,智能结点重叠网可以动态分配计算和存储能力,这样就可以按照用户的需要将计算力放置在最佳地理位置上(距离近或连接带宽较宽)

5.2、智能结点的布设和运营模式

  在一些重要站点不同运营商网络的结点是重合的,在这些站点设置智能结点连接各运营商的网络,可以监视各个网络的资源分布和带宽用率,传输路由走向、流量模式和分布,中断和故障以及病毒感染流行等情况。智能结点之间交换这些信息,从而即时做出响应实现分布控制。

  智能结点设备可以由许多不同的服务提供商,分布安装于多个不同站点,进行维护并提供给用户。拥有并操作这些设备的服务供应商组成联盟可以是一个拥有并管理互联网现有基础设施的类似于联盟的实体。

  智能结点互相连接在互联网上构成一个重叠网,执行单个、多个以及开放服务提供平台功能的标准。对于不同的功能,这些标准尚在发展中。例如在Planetlab计划中共享网络计算力资源时,这些标准将包括虚拟机器接口,以提供借以编写服务的API。该接口将为每种应用业务提供自己的虚拟机器,针对该业务计算资源被组织成为“片断”,不同的应用业务运行在不同的片段上。每个片断都由分布在多个分散物理机器中的计算、内存和储存组成。重叠网的资源必须可以按照需要以经济高效的方式灵活使用。客户(可以包括用户或服务提供商)只需按照使用量支付费用,如同使用水电等公用设施服务一样。这将形成一种新的生态系统。

  智能结点重叠网的布设和运营对于运营商的发展是至关重要的。智能结点重叠网是建立在应用层上的,从产业链看属于增值业务,具体的业务模式目前还没有形成。对于虚拟运营商来说这是一个机会,是有待开拓的新市场。对于电信运营商来说掌握分布管理对于提高基础网络运营效率和可靠性,提供新业务一代P2P业务都是至关重要的。NGN必须扩大内涵必须发展用于分布式控制的智能结点重叠网。支持P2P等新一代应用。

5.3 、CNGI提供了发展智能结点重叠网的实验床。

  我国实施CNGI计划大规模布设IPv6骨干网为发展P2P应用,建立诚信安全具有分布管理能力的P2P网络环境提供了机会。一方面在CNGI的IPv6网上一开始就实行实名制发展建立网络新秩序,另外一方面在CNGI上以无缝和持续演进的方式建立智能结点重叠网,支持P2P应用并且提供分布式管理。CNGI发展的IPv6终端和IPv6用户网(家庭网,传感器网等)可以通过在现有IPv4有线/无线接入网和城域网中建立IPv6隧道连接到IPv6骨干网P2P平台。这样就可以获得足够的通达能力,发展基于P2P的各种新应用。


结束语

  以宽带(未来的移动无线)接入包月模式为代表的互联网运营模式强烈冲击传统电信按服务质量和使用量收费的模式。动摇了NGN业务模型的基础。

  NGN只致力于发展电信承载网是不够的。NGN采用集中控制的统一的承载网提供综合业务,解决了QoS、安全性和可管理问题。采用按服务质量和使用量收费的业务模型。不能支持目前消费类宽带业务用的包月模式。此外集中管理模式也导致削弱和丧失部分无所不在性能,不能有效地支持以P2P为代表的互联网新应用和机-机业务。

  NGN需要并行发展具有分布管理能力的下一代互联网,利用互联网做为基层承载网,在其上应用层建立重叠网支持P2P应用和提供分布式管理。面向广大消费者提供固定和移动宽带互联网业务,支持机-机的各种应用,充分发挥互联网无所不在的优势。


(作者单位:中国科学院声学研究所高性能网络实验室)

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