摘要：21世紀過去的十年，是互聯網業務覆蓋領域迅猛擴張，業務飛速發展的十年。運營商也感受到了產業轉型和被邊緣化的陣痛。傳輸管道智能化改造有助于運營商發揮規模優勢，實現流量收益和管道價值的緊密耦合。物聯網業務平臺為運營商管道智能化改造提供了絕好的實驗環境，針對物聯網業務的智能管道改造可以大致分成按需提供接入技術、連續可控的融合接入能力提供和網絡能力開放三個階段。
1 引言
21世紀過去的十年，是互聯網業務覆蓋領域迅猛擴張，業務飛速發展的十年。互聯網應用已經滲透進人們日常生活的點點滴滴，改變著人們生活方式的方方面面。應用的發展同時伴隨內容的極大豐富：視頻業務向著高清化發展、P2P內容愈發普遍、云計算更有海納百川的“野心”。移動通信技術更將互聯網產業引入全新的層面，隨著智能手機終端硬件能力、軟件能力和網絡能力的不斷提升，互聯網真正實現了位置上“無處不至”和業務上“無所不為”的全覆蓋。
互聯網公司的欣欣向榮，映襯著運營商的默默無聞。伴隨著移動通信進入3G時代，運營商漸漸感受到產業轉型的陣痛。一方面傳統語音業務持續萎縮，而數據業務及收入的放量增長并不足以填平語音業務下滑所造成的差額；另一方面，經過十數年的高速增長之后，全球移動和寬帶用戶數量增長開始放緩，飽和趨勢越發明顯。照此看來，通信運營商網絡與業務分離將成大勢所趨。
互聯網的發展并不意味著傳統網絡運營商會被邊緣化。通過服務轉型，擁有“第三方”傳輸網絡和用戶等優質資源的運營商仍可在全新的信息產業生態系統中發揮舉足輕重的作用。運營商需要從提供語音通信業務與上網管道的傳統業務模式中擺脫出來，重構新網絡體系結構下的業務服務模式。在對業務數據進行分類與識別的基礎上，運營商可以為用戶業務提供更經濟的傳輸管道和更貼近需求的策略和服務質量，最終轉型成為網絡能力可開放、QoS指標可量化、資源可動態、按需配置的智能化信息基礎設施服務提供商。考慮到業務延續性，這一轉型過程很難直接到現有的業務平臺上實現，而仍處于發展初期的物聯網業務恰好是最佳的智能管道業務部署和驗證平臺，同時也為運營商獲得物聯網產業鏈上的優勢位置打下堅實的基礎。
2 淺析量收剪刀差與移動互聯網時代下的運營商策略
隨著互聯網業務發展和終端智能化程度的提高，用戶對網絡的使用頻度也越來越頻密，業務數據量不斷提升，于是就出現了運營商所謂的“流量收入剪刀差”不斷擴大的困局。根據權威數據顯示，截至2010年底，中國電信寬帶接入業務收入是2004年4.6倍。寬帶流量卻是2004年的41倍，接近收入增長倍數10倍。
“量收剪刀差”是否是一個描述運營商網絡負荷和運營收入關系的合適參數呢？通過分析可知，要保證流量和收入的同幅度增長，最簡單的方法就是使用單一費率的按流量計費，例如中國移動現有的1元/MGPRS無套餐資費標準。不用任何網絡升級，甚至還可以取消各種復雜的資費套餐，就可以解決“量收剪刀差”的問題，但相信沒有任何運營商會采納這一解決方案，相反數據流量越大，流量單價越便宜卻是普遍的共識，固網運營商更大多采用包月的互聯網接入資費。因此，我們至少可以得出“量收剪刀差”并不能準確體現運營商網絡運營的現實問題這一結論。
運營商真正感到擔憂的可能是在移動互聯網新環境下對業務控制能力的缺失和對數據流量的被動承載。可以預見，隨著移動互聯網服務的繼續豐富，網絡帶寬與QoS能力的繼續提升，運營商傳統上的語音短信業務很可能被互聯網業務提供商滲透甚至取代。運營商服務被限定在接入和傳輸層面，對用戶來說成為越便宜越好的“生活成本”，這顯然不符合運營商對自身在移動互聯網時代的定位和預期。
相比于互聯網企業，運營商顯得 閉和保守，缺乏靈活與創新，不可能去不斷適應一個又一個全新的互聯網商業模式。與其說運營商應努力縮小“量收剪刀差”，不如說運營商應改變原有對網絡流量粗放的管理方式，實現流量收益和管道價值的緊密耦合。因此，運營商不能跟隨在互聯網企業后面談變化、談創新，而是應該立足于自身規模優勢以及網絡和用戶資源，將服務思路從傳統意義上為用戶提供通信服務和互聯網接入，轉變成為用戶差異化的通信和信息化需求提供高效適用的信息基礎設施支撐。通過重新認準定位，可以更加精確的把握自身優勢資源和創新方向，智能管道概念的提出和實驗是運營商應對互聯網環境新挑戰的最新嘗試。
3 智能管道關鍵技術和部署方法
智能管道是網絡運營商面對互聯網競爭環境對自己運營系統全面改造的一個形象化的統稱。智能管道通過為硬管道引入“軟實力”，以適應用戶、終端、業務趨向復雜的運營環境構造業務可識別，網絡資源可控制、可調度和網絡能力可開放的適應于互聯網業務提供的信息基礎設施和對應的服務。改造對象并不只局限在傳輸管道，而是從網絡設施和網絡功能兩個維度進行相互依存、協同并舉的優化和升級。網絡設施方面指的是管道，包含接入網、核心網和業務網的端到端控制信道和業務管道。網絡功能體現智能，主要包括在用戶和業務感知、策略控制、資源調度和網絡能力開放。
圖1所示的智能管道能力模型中相關的關鍵技術包含以下幾個方面：
圖1 智能管道能力模型示意圖
(1)靈活接入能力：用戶可以在不同位置采用不同終端，根據業務需求和簽約約束，選擇最高性價比的寬帶接入方式(固定，3G/LTE，Wi-Fi)。
(2)差異化服務能力：端到端差異化管理能力，保障業務體驗，優化網絡流量。差異化的服務體現在對用戶分等級或針對特定業務質量體驗的提升。差異化服務的最終狀態應該指向動態的按需服務。
(3)資源調度能力：根據用戶價值和業務體驗需求調配資源，保證業務體驗所需的合理資源。資源調度的依據可以是簽約、開放的策略平臺或網絡探測到的動態信息。
(4)多維感知能力：收集用戶、業務和網絡感知信息，進行離線分析，并作為業務資源動態調度決策的輸入參數。
(5)管道開放能力：將管道的差異化服務和按需指配能力作為API進行開放，包括用戶和SP/CP，自行或合作運營一些增值服務，讓服務對象不再直接面對硬管道，而是感受可靠、高效的信息基礎設施服務體驗。
智能管道建設是一個長時間的過程，每推進一步都要考慮現實和未來需求的平衡，即每應用一項智能管道技術，在驗證其是否滿足現有用戶和業務需求之外，還要考慮該技術對未來新用戶和新業務會產生怎么樣的影響。物聯網業務做為運營商未來潛在的藍海市場，是智能管道不能回避的服務對象。同時，作為運營商未來市場發展的三個重要方向中的兩個，物聯網和智能管道的結合或許可能會發生令人驚奇的“化學反應”。
從智能管道的角度來看，新技術方案需要經由實際業務運行進行驗證，直接通過現網運營的人與人業務(如話音、短信和上網等)進行實驗，必然要承擔相應的風險，顧慮難免比較多，而物聯網業務這樣一個全新的業務是絕佳的實驗平臺，有利于加速推動智能管道的技術創新；同時物聯網業務種類相對有限，用戶需求明確，便于運營商進行提取和整理，物聯網業務終端數量和數據量也完全能滿足研究的統計需求。
從物聯網業務角度來看，物聯網終端行為的隨機性較低，可控性較強。因此將目前智能管道比較成熟的技術應用到物聯網業務中，可能會獲得比普通人與人業務好得多的優化效果，勢必將大大提高物聯網用戶的體驗滿意度，運營商網絡的價值得以充分展示，扭轉業界對運營商網絡“傻管道”的固有觀念。以智能管道驅動物聯網產業，讓獲得實際利益的物聯網用戶有動力不斷深入發掘自身需求，合作開發出更新更好的管道使用方式和網絡能力開放方式，把物聯網業務從一開始就做成運營商的新的強勢產品。
4 物聯網業務模型
按照不同的業務流量特征，可以把物聯網業務分為移動視頻監控、智能抄表、一般監控、突發報警、移動支付幾類。
4.1 移動視頻監控類
移動視頻監控是指前端(攝像頭)采集的信號通過移動網絡傳送到業務服務中心。用戶通過手機終端對監控現場進行查詢和控制。手機終端主要實現客戶端的視頻查看和瀏覽功能，以及實時的控制功能，無線網絡主要承載從網絡側下載的視頻，上行主要承載終端對視頻源的控制信號。
移動視頻監控業務，廣泛用于公安指揮車、交通事故勘探車、消防武警現場指揮車和海關、油田、礦山、水利、電力、金融、海事，以及其它的緊急、應急指揮系統，主要作用是將現場的實時圖像傳輸回指揮中心，使指揮中心的指揮決策人員如身臨其境，提高決策的準確性和及時性，提高工作效率。上述領域中，可以歸納為移動視頻監控類的業務，包括移動全球眼業務，輸配電設備監控等各類監控業務中緊急情況下啟動的視頻監控業務，智能醫療中上傳人體圖像的應用。
4.2 智能抄表類
智能抄表類業務的實現方式是指在一段時間內上傳大量數據，可以是網絡端請求的上傳，也可以是終端周期性的定時上傳。上述領域中，電網智能抄表業務屬于智能抄表類外，未來的智能水表，智能燃氣表也屬于智能抄表類。此外，智能公交刷卡系統的結算業務也屬于智能抄表類，智能電子收費系統每日結算方式的業務屬于智能抄表類，移動支付終端上傳信息也可歸于智能抄表類業務。
4.3 一般監控類
一般監控類業務的特征是指終端會上傳小量數據，上述領域中，屬于一般監控類的業務包括：
(1)智能電網的輸配電設備監控。(2)智能交通中的車務通業務。(3)智能物流中的車輛跟蹤，貨品監控。(4)環境保護中的污染源、水質、大氣監控。(5)工業監控中的油井遠程監控。(6)醫療衛生中的家庭遠程監控。(7)精細農牧業中的農業監控。(8)金融服務中的移動售貨機發送貨品信息。(9)公共安全服務中的路燈監控。
一般監控業務是M2M業務中應用最為廣泛的一類，大多數的監控業務都可以歸結到這一類。
4.4 突發報警類
突發報警類業務屬于突然發生的緊急業務，具有比一般業務更高的優先級，所告警的信息需要馬上被看到。上述領域中屬于突發報警類的業務包括智能電網中的低電壓和變壓器設備防盜預警業務，電梯衛士業務，自動售貨機貨品缺失報警業務。一般監控業務達到緊急情況下也會觸發突發報警業務，例如危險源的泄露，智能家居中的安防報警等。
突發報警業務的實現方式有兩種，一種是上傳視頻來報警，另一種是上傳數據進行報警。
4.5 移動POS類
與其他業務相比，移動POS類業務屬于交互類的業務，具有特殊的業務交互過程。用戶在使用該業務過程中，可能要經過多種數據的交換。比如，首先要對身份進行驗證，通過后才能進行支付過程，如果不能通過，可以有重驗證過程。在支付過程中，也有移動終端和業務中心的交互，根據不同的交互結果，產生的數據是不相同的。
表1從數據流量、服務質量(QoS)、移動性和能力開放4方面分析了物聯網業務對運營商網絡服務可能的需求點。
表1 物聯網業務網絡能力需求分析
從表1中可見，抄表類業務周期性的產生較大的數據量，對核心網的數據面造成擁塞的影響；一般監控類業務數據量雖低，但會頻繁向終端發送小量的數據包以檢測其實時狀態，這一行為造成極大的信令面開銷，同時這兩類業務的終端接入點固定、傳統的“Best effort”服務能力即能滿足業務需求。因此，此類業務數據應從移動網絡中分流出去，一方面可以解決比較寶貴的無線和核心網資源。另一方面，通過降低流量成本也可以為用戶提供更具性價比的網絡服務。
有關網絡能力開放方面，3GPP現有研究提出了幾種針對物聯網應用需求對網絡服務進行改進和開放的解決方案，包括低移動性、時間受控和網絡監測服務等。但就目前而言，業務提供商對運營商網絡能力的需求，運營商開放網絡能力提供方法等問題仍不明朗，仍有待后續研究進一步揭示。
5 基于智能管道的物聯網應用網絡體系結構
針對物聯網業務實現智能管道的部署，可能會對智能管道這一項目乃至對運營商在轉型期間的整體布局帶來令人驚異的收獲。因為物聯網業務類型較少、終端行為簡單，少量的優化調整可帶來全面的質量提升，此外，無論是企業自身或第三方SP部署物聯網業務，都必須重新與運營商協商通信基礎設施服務的提供方式，多行業間物聯網數據互通更是不能離開運營商這個“獨立的第三方管道”。運營商勢必獲得更多的主動權。
根據上文的分析，物聯網業務可以分為對服務質量要求不高的普通監控和抄表類業務，有服務質量要求和移動性要求的視頻監控、突發報警和移動支付類業務。如圖2所示，根據目前運營商具備的接入技術，我們可以使用Wi-Fi接入(可根據部署場景酌情考慮FEMTO)將普通監控和抄表類業務的數據分流出去，只提供最基礎的鑒權等管理功能，減少此類業務對3G/LTE接入網和核心網的壓力，同時也通過較低資費水平吸引更多的用戶。較為寶貴的3G/LTE網絡資源優先保障視頻監控、突發報警和移動支付類的物聯網業務，再加上一些網絡能力的綜合使用，可以給高端用戶良好的業務體驗。通過對物聯網業務的分流，可以獲得擴大普通用戶基數和提升高端用戶認可度的雙重收益。
圖2 不同接入承載不同類型的物聯網業務示意圖
利用不同的接入技術實現對不同業務的分流是智能管道應用的開端。接下去的工作可以向著接入融合和能力開放的方向進行，物聯網智能管道應用的中遠期部署與運營商整體智能管道建設方向是一致的，可以互相借鑒，互相滲透。
所謂接入融合就是將多種接入技術有機地結合起來，讓用戶可以在兼具多種優點的接入服務中進行靈活的選擇。物聯網業務早期必須在BE模式的Wi-Fi接入和價格昂貴的3G/LTE接入中做二選一。一旦簽約，業務和管道即成綁定，無法根據對業務需求的進一步細分來動態微調業務可獲得的網絡服務。而接入融合的目標是在Wi-Fi和3G/LTE之間按照服務質量高低和移動性能力強弱組織一條連續的接入服務譜系，讓每一個業務都找到自己最合適的接入服務。融合接入涉及的關鍵技術包括多種接入技術間的互操作、業務數據流的靈活控制，以及融合PCC等(見圖3)。
圖3 物聯網多接入融合結構
Wi-Fi和LTE接入間的互操作是3GPP SA2工作組在R11階段的重點工作內容，相關的研究課題包括：
(1)LOBSTER。主要研究采用S2b和S2c接口的WLAN接入場景時，選擇接近用戶的ePDG和網管盡快的實現數據分流，同時保證業務連續性。
(2)SaMOG。研究WLAN作為可信任的非3GPP接入，經由支持GTP的S2a接口接入EPC網絡涉及的連接建立、地址分配、QoS、切換管理和去激活等一系列的流程。
(3)IFOM。研究用戶終端在不同的接入連接間共享PDN連接和IP地址的相關機制。IFOM支持同一應用的不同流走不同的接入。
(4)MAPCON。研究如何維護同時建立在不同接入上的不同PDN連接，以及PDN連接在不同接入上的切換。
(5)3GPP-BBFFMCWorkshop。研究固網接入EPC網絡(可信任的或不可信任的)的場景，解決固網接入時的架構、安全和QoS控制(固移融合的策略控制)等問題。
所謂能力開放指的是構建在多接入融合基礎之上的統一的網絡能力開放平臺。能力開放平臺在早期可能僅是3G/LTE系統的專利，隨著多接入的日益融合，能力開放平臺發出的操作指令可以適配成為不同網元都可以對應識別的網絡控制信令。在不違反一般規律的前提下，無論物聯網終端選擇怎樣的接入，漫游到什么位置，都應能適用其請求的網絡能力需求，并通過網元的具體行為反映在用戶體驗方面。可以說在統一的產業生態下進行關鍵能力的交換過程，組成物聯網參與者之間的全部關系。能力開放的研究難點體現在如何選擇向用戶開放的網絡能力，以及如何實現一個可以根據用戶需求和網絡實際進行調整的能力開放服務平臺。
物聯網業務特征明顯，有關物聯網業務對網絡能力的需求已經在3GPP SA1研究完成(R10階段)，3GPP SA2工作組正在開展相關解決方案的研究，工作項目代號為SIMTC。R10階段完成了針對物聯網終端擁塞控制的解決方案，目前正按照給定的優先級順序逐次解決各個優化需求。R11階段預計完成尋址和標識等基礎性問題，有關針對機器類通信網絡能力優化的議題要到R12后考慮。
能力開放平臺的問題還處在預研階段。主要考慮通過簽約、Web遠程適配和網絡動態反饋的方式將網絡能力API提供給SP/CP進行調用，開發出更加有吸引力的業務。就物聯網業務而言，首先是引導用戶將物聯網業務部署到運營商的網絡中，通過初步運營活動收集的業務數據向用戶推薦適用的網絡能力，借此逐步推進能力開放平臺的成型和成熟。圖4所示的是物聯網業務提供的網絡能力開發體系架構。
圖4 物聯網業務提供網絡能力開發體系架構
6 結束語
面對未來移動互聯時代的競爭和運營，運營商與其盲從互聯網企業進行創新，不如潛心發揮其規模優勢；與其強調“量收剪刀差”，不如努力實現流量收益和管道價值的緊密耦合。物聯網業務平臺為運營商管道智能化改造提供了絕好的實驗環境，運營商物聯網業務和管道智能改造的相互促進，可能會產生令人驚奇的“化學反應”。
運營商利用物聯網業務提供的契機催化了其自身管道智能化建設。反過來，智能化的管道將反作用于未來互聯網、物聯網、企業網和運營商傳統業務網絡的業務提供方式。未來處于云端的業務網絡可能僅提供原子服務，原子服務在管道入口加以標準化和組合，傳送到終端呈現給用戶，服務于用戶個性化、情境化的需求。
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