2 扁平化成為移動網絡發(fā)展的必然趨勢
在UMTS特別是HSPA部署后，單用戶的數(shù)據流量和高速接入用戶數(shù)的雙邊增長，導致了移動網絡的數(shù)據流量達到了GSM時代的十倍甚至百倍以上，海量數(shù)據增長推動運營商/設備走向轉型。數(shù)據業(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)據業(yè)務帶來對現(xiàn)有網絡的沖擊，驅動未來網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)據業(yè)務發(fā)展的經驗看，數(shù)據業(yè)務流量急劇增長時，雖然整個產業(yè)鏈規(guī)模在擴大，但運營商的業(yè)務收入卻難以成線性增長。也就是說，如果移動數(shù)據業(yè)務流量增加50~100倍的時候，相應的數(shù)據業(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，最終影響到整個網絡的建設和運營。移動運營商面對解決數(shù)據業(yè)務增量不增收困局，在選擇網絡建設方案時，重用現(xiàn)有資源、降低運維成本、縮減網絡設備、縮短傳輸資源成為現(xiàn)實考慮。扁平的架構是高帶寬網絡的要求，能夠提供更高效的傳輸，網元的功能更加集中，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，減少網絡瓶頸
移動互聯(lián)網面對不同的需求：面向普通用戶的大眾網絡和面向高端的精品網絡。運營商傾向于將80%的增量不增收的低值互聯(lián)網業(yè)務及早分流到外網，以節(jié)約昂貴的內網傳輸資源，專注于高值業(yè)務，從而形成互補的兩個網絡：大眾網絡、精品網絡，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，要求網絡設備支持網絡資源管理能力，能夠實現(xiàn)業(yè)務感知和接入控制。在這個過程中，移動網關成為整個分組網絡業(yè)務控制點和網絡智能化的支撐點，特性化功能增多，對運營理解的要求增加。移動網關產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。內容計費、DPI等網絡智能化功能需求消耗了大量的設備性能。集中部署的移動網關性能日漸成為網絡瓶頸。同時，網絡的扁平化，降低傳輸延遲、增強網絡效率、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 網絡融合的需要
與業(yè)務層面和運營層面的融合不同，網絡層面融合主要是共享網絡架構和處理能力，不能直接產生最終用戶的價值。網絡融合兩種主要手段是網絡簡化和能力共享。
由于層次化拓撲結構存在性價比不高、組網復雜、運維復雜的缺陷，而扁平化的網絡通過網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，大大提高了網絡利用效率及維護支出，以更低的成本提供服務。
經過多年發(fā)展，固定寬帶接入網已經完成扁平化的部署進程。2G蜂窩移動網由于考慮對移動性的支持，同時每用戶帶寬及移動數(shù)據用戶數(shù)量均處于較低水平，移動網關部署在網絡的較高位置，與固定寬帶接入網存在較大差異。移動網絡的扁平化適合與固定網絡融合，一個共設備、共傳輸、策略統(tǒng)一的融合網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，管理整個網絡的計算、存儲資源，將網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，趨向網絡邊緣。
業(yè)務的快速發(fā)展要求網絡基礎設施具有足夠的靈活性和擴展性，網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，用戶在網絡邊緣即可感知到網絡提供的豐富業(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)內容和媒體面網元下移服務，移動網絡分布式部署成為滿足網絡扁平化需求的主要實現(xiàn)方案之一。
3 移動網絡分布式部署場景
如圖1所示，以EPC架構為分析原型，我們將IP網絡分為核心層、邊緣層、匯聚接入層。EPC控制面網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控制面網元集中部署；而EPC用戶面網元、應用/內容緩存服務器、網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 移動網絡分布化架構
運營商之間運營成本、服務質量、資費模式等激烈的競爭，有必要綜合考慮網絡部署方式，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、驅動力成為關鍵問題。
4 網元分布式部署能夠獲得成本優(yōu)勢
4.1 移動網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）應用和內容緩存服務器的部署數(shù)量和部署位置。視頻業(yè)務對網絡帶寬的需求日益增加，如果采用內容分發(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，也要求承載網絡盡量減少端到端的時延。因此，應用和內容緩存服務器的數(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)據流量大小相關；與移動網關的部署位置，應用和內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)的兩個骨干網在自己的網上免費承載對方的用戶發(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)據流量成本與移動網關的部署位置、應用和內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，應用和內容緩存服務器、傳輸鏈路、轉接數(shù)據流量成為最活躍的因素，與分布式部署的具體方式、數(shù)據業(yè)務流量關系密切。
根據統(tǒng)計，當前移動數(shù)據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所示的移動網絡分組域流量模型為例加以分析。
圖2 移動互聯(lián)網帶寬占用量
表1 移動網絡數(shù)據流量模型
根據各網元部署位置的不同，以EPC網絡為例，移動網絡分布式部署包括以下幾種部署方式：
（1）集中式部署：控制面網元MME，用戶面網元PGW/SGW，應用服務器等置于網絡核心層。
（2）分布式移動網關：控制面網元MME，應用服務器等置于網絡核心層。將PGW/SGW部署位置下移到網絡邊緣層，例如PGW/SGW從省級移至地市級。
精品網絡中這些業(yè)務流主要包括Voice，P2P等，這部分數(shù)據流不會經過本地網絡接入點和轉接網絡接入點轉發(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部署位置下移到網絡邊緣層，應用服務器下移到網絡邊緣層以下。例如，集中在核心層部署的IPTV內容服務器，采用分布式部署后可置于網絡邊緣層、匯聚接入層；也可以在采用分布式后應用服務器在網絡核心層、網絡邊緣層、匯聚接入層同步部署的方式，內容逐層分發(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)精品網絡中這部分數(shù)據流量的成本節(jié)約。
（4）分布式本地網絡接入點
將PGW/SGW和本地網絡接入點部署位置下移到網絡邊緣層，采用該模型，大眾網絡Internet業(yè)務中訪問本地網絡的數(shù)據流量可實現(xiàn)成本節(jié)約。
（5）分布式應用服務器、本地網絡接入點
將PGW/SGW，應用服務器和本地網絡接入點部署位置下移到網絡邊緣層。采用該模型，可實現(xiàn)精品網絡數(shù)據流量、本地Internet數(shù)據流量的成本節(jié)約。
（6）全分布式
在上述（5）的基礎上，將轉接網絡接入點部署位置下移到網絡邊緣層，成為全分布式部署。
轉接網絡接入點的部署與互聯(lián)網互聯(lián)結算密切相關。到目前為止，互聯(lián)網互聯(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，根據互聯(lián)點數(shù)量收費。轉接網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)網的傳輸特點，越來越多的運營商需要更多的動態(tài)的網絡容量。轉接網絡接入點的數(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)的情況下提高網絡容量，服務提供商可以在不影響網絡拓撲的情況下增加新的用戶，因此可以減少設備數(shù)量，并使網絡更加簡單和穩(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 網元分布式部署促進網絡融合
如圖3所示，隨著移動網絡無線帶寬瓶頸不斷突破，產生了“全業(yè)務競爭”環(huán)境下的“寬帶接力棒”現(xiàn)象，數(shù)據業(yè)務不斷從固定網絡向移動網絡平移，越來越多的運營商開始進軍固網/寬帶/互聯(lián)網市場，向全業(yè)務運營商轉型。加強網絡融合，各層網絡的“融合+共享”成為“全業(yè)務網絡”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、Internet融合的業(yè)務，實現(xiàn)移動用戶量快速增長，加強數(shù)據業(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
對于網絡而言，關鍵是如何從傳統(tǒng)煙筒型網絡向全業(yè)務融合型網絡演進，并具備固定、移動統(tǒng)一網絡承載能力。融合背景下的移動網絡分布式部署應綜合考慮如下網元：
（1）移動寬帶網絡需要移動網關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）寬帶接入網關，家庭寬帶、游牧寬帶服務需要BRAS。公眾（因特網業(yè)務）接入后需要認證、需要管理、效益保障安全，各種控制網關正逐步融合。
移動網絡的分布式部署使得SGW/PGW的位置下移，移動與固定網絡層面的融合成為可能。融合網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和固定寬帶接入網關。
●移動和固定用戶使用相同的因特網接入策略。
●移動和固定接入的策略控制和計費可以由相同的網絡節(jié)點執(zhí)行，使用相同的接口。
●位于匯聚層的網關（如SGW和PGW）可以與BRAS集成。
6 分布式部署應關注的問題
移動網絡的分布式部署屬于設備級別分布、網絡部署方面的考慮，將會帶來成本降低、網絡融合等優(yōu)勢，也是未來網絡發(fā)展趨勢，但是不可避免會產生業(yè)務連續(xù)性、移動效率、運營管理等問題。
（1）移動網絡的分布式部署將導致切換頻繁和路由迂回，影響業(yè)務連續(xù)性和移動效率。移動用戶的漫游，在進行跨區(qū)域移動時，移動網絡應保證無縫的業(yè)務連續(xù)性。EPC架構通過固定錨點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)務在IP層面的連續(xù)性。固定錨點帶來了數(shù)據包路徑迂回的問題，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重。另一方面，分布式部署縮小了單一SGW覆蓋范圍，增加跨網關切換頻率，將使得切換過程中的報文延遲、數(shù)據丟失和報文亂序更加頻繁，降低了數(shù)據服務級別?，F(xiàn)有技術可以實現(xiàn)分布式架構下的IMS等業(yè)務的運行，然而在組網過程中仍然需要考慮網元間接口數(shù)量、負荷等進行合理部署，因此合理規(guī)劃是在組網時必需認真考慮的問題。
（2）運營管理?，F(xiàn)有移動網絡以集中式部署為主，分布式部署影響現(xiàn)有核心網的拓撲結構；由于維護多個分布式節(jié)點，而增加維護成本。
7 結束語
移動網絡分布式部署從物理角度對網絡架構進行扁平化，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)分下移網元）將導致不同的網絡扁平化程度，因此需要結合具體的網絡狀況和業(yè)務發(fā)展預期進行合理規(guī)劃。