业务网络和IP化论文

摘要：文章主要采用文献资料检索方法，先检索国内与移动通信、数据中心等相关的研究报告、学术论文、图书杂志、文集文章等，对相关研究成果进行系统化的梳理及总结分析，并围绕移动通信层面互联网的数据中心系统设计及实现开展深入研究与探讨，以期为后续更多技术专家和学者对此类课题的实践研究提供有价值的参考。下面是小编精心推荐的《业务网络和IP化论文 (精选3篇)》，仅供参考，希望能够帮助到大家。

业务网络和IP化论文 篇1：

多样化业务需求与全维网络能力的映射

摘要：提出一种通用的业务需求与网络能力映射方法，通过网络能力自组织和业务需求自映射灵活适配业务发展需求。构建全维可定义网络能力模型，抽象和分解网络各层能力，并从通信主体、网络功能、网络资源、网络安全4 个维度以及30多种具体元素实现网络能力开放可定义和动态演进发展。针对复杂的综合性业务需求，“动态地”选择和组合网络能力，对比业务需求与网络能力间匹配度，采用最优能力组合重构复合型网络服务，设计直观的0-1 映射矩阵形式，支撑映射实现。

关键词：业务需求;全维可定义网络能力;映射;网络能力组合

近年來，电子、计算机和人工智能等技术的飞速发展催生了大量新型的网络业务，远程医疗、车联网、全息通信、虚拟现实(VR) /增强现实(AR)、智慧家庭等业务不断涌现。全新业务随着技术的成熟和升级将逐渐普及，并将改变社会形态与人们的生活方式。与传统网络业务大不相同，新型业务对未来网络提出更高的要求，是网络发展的一项重要挑战。以远程手术为例，医师在远程操作多个协同的医疗设备对患者进行治疗时，需要与用户的身体直接交互。这对安全性提出极高的要求。治疗过程需要手、眼、耳、鼻等多个器官同时参与控制与反馈。不同类型的信息传输及传输性能也要求精准同步。医疗影像视频传输和手术现场画面的实时观察要求分辨率在4K 以上，这对网络的时延及可靠性要求也很高。未来业务包含的信息维度逐步增加，协同性逐渐增强，性能要求也越来越高。因此，只有实现多种网络能力的编排组合，才能够有效支撑更精、更尖、更高的网络业务，提升用户体验质量(QoE)。

与此同时，网络的能力也随着技术的进步和硬件的升级不断完善。在传统互联网协议(IP)网络的尽力而为转发能力基础上，源路由、多标识寻址、智能路由、确定性转发、内生安全等全新网络能力先后出现，打破已有网络能力的单一架构，不断扩展网络的能力维度，丰富网络能力的实现形式，提高网络能力支撑业务的力度。

面向多样化业务需求和差异化网络的能力，如何实现两者之间的匹配，并通过组合优化选择合适的网络能力为业务需求提供高效的支撑是一个关键的问题。运营商通过端到端服务质量(QoS)管理完成对业务关键质量指标(KQI)的监测和控制，将上层的用户感受折射到业务质量模型，再映射到反映特定网络能力属性的网络关键性能指标(KPI)，调整和优化各项指标，满足业务需求，提升QoE[1]。文献[2]定义视频流和长期演进(LTE)语音服务影响 QoS 和QoE的 KPI 与KQI，并分析 QoS 和QoE之间的数学关系，通过 QoS 和QoE的关联关系预测达到规定QoE级别的概率，以衡量用户的业务体验。文献[3]利用机器学习的方法分析 KQI 与 KPI 之间的关系，得到影响 KQI 的 KPI，以及 KPI 劣化导致 KQI 劣化的概率，完成 KPI 劣化小区感知，实现问题定位，提升网络优化的主动化、事先化、自动化。在大型网络中构建业务需求与网络能力映射关系时，我们可以采用数学建模的方式，即通过系统抽象和数学推导得出映射函数，解决实际问题。文献[4]以网络效用最大化为目标构建从服务到连接和从连接到路径的多对多映射数学模型，将路径带宽合理分配给各个服务，使得所有服务的效用之和达到最优。

已有网络映射的研究主要针对特定场景下局部业务需求与网络能力映射，缺乏普遍适用的业务需求与网络能力映射方法。局部业务需求与网络能力映射的方式操作简单，但适用性差，且只考虑单一的业务需求。随着业务形态的丰富和多样化，业务需求迅速增长且不断复杂化。当前有限数量的网络能力形式單一、动态性差、效能低、运维僵化，直接导致业务需求与网络能力之间的差距日益扩大，难以采用灵活的网络能力组合匹配未来多元化业务的需求。因此，人们急需一种普遍适用的映射机制，以全面覆盖单一化和复杂化业务需求的映射。本文提出一种通用的业务需求与网络能力映射模型，通过网络能力自组织和业务需求自映射灵活适配业务发展需求，基于“以网络为核心”的设计理念，抽象和分解网络各层能力，从通信主体、网络功能、网络资源、网络安全4 个维度进行细粒度划分，获得30多种网络能力元素，实现全维度网络能力可定义。灵活地扩展网络能力类型能够支持全维度可定义网络能力模型的动态加载和演进发展。根据不同的业务需求“动态地”选择网络能力，灵活地组合网络能力，分析对比业务需求与网络能力之间的匹配度，采用最优能力组合重构复合型网络服务，可以有效支撑未来网络专业化、多样化业务需求，实现业务需求到网络能力的映射。

1多样化业务需求

随着网络规模的不断扩张以及经济、政治、教育、医疗等专业领域的发展，新型的业务场景开始涌现。新业务场景可以分为消费类业务场景和生产类业务场景，如图1 所示。消费类业务场景目标是为用户提供极致的服务体验，满足人类社会智慧化需求，包括 AR/VR、远程医疗、智慧家庭、全息通信等;生产类业务场景是传统产业与网络基础设施融合的产物，该场景的目标是促进生产力的大力发展，包括车联网、工业互联网、智能电网等。业务类型的丰富对网络提出了多样化功能性需求和性能性需求，具体反映为不同维度、类型的网络能力。新型的业务需求推动技术发展，促进了网络能力的动态演进。

新型业务对网络的功能性需求不断增加，不仅体现在已有功能的全面增强，同时也体现在新的功能性需求。大量的人、手机、传感器、医疗设备，甚至数据、计算作为通信主体接入网络进行通信，网络需要支持数目巨大且类型各异的连接。不同的业务对网络传输质量有不同的需求。例如，安全可靠的远程医疗需要确定性的时延和传输抖动保证，全息通信要求网络支持高通量传输。网络需要根据业务的特性提供定制化、可预测的接入和传输服务，以保证服务质量的确定性和差异化。处于动态变化的业务场景，例如车联网，对移动性支持有超高的要求。网络的发展融入了存储和计算，需要实时感知业务需求和网络状态，进行高效全局的资源管控和编排，优化网络利用率，提升QoE。未来业务场景的复杂化导致更多的安全漏洞，无法通过 IP 网络“补丁式”的安全方案保障，需要设计内生安全机制，使网络具备内在自免疫、可进化的安全能力，提供高可靠性和隐私性服务。

业务的专业化、智能化使得业务的性能需求更加精准和高效。典型的性能需求包括带宽、时延、抖动及丢包率等。业务超高通量传输需要超大带宽的支持。 4K 视频的传输需要 12 Gbit/s 的带宽。大规模科学实验数据传输对带宽的需求已达到100 Gbit/s 。抖动是与时延密切相关的业务需求。降低时延、保证有界抖动有助于提供高准确性和高可靠性服务。远程医疗、车联网、工业互联网等业务有明确的端到端时延、抖动的需求：远程手术要求网络传输的基础时延控制在 200 ms以内;车联网自动驾驶要求端到端时延小于5 ms;工业互联网的控制业务要求微秒级的时延抖动。精细化控制类业务，比如工业控制、智能电网继电保护等，对丢包率敏感。关键指令的丢失将导致严重后果。因此，精细化控制类业务要求丢包率控制在10-3以下[5]。

2全维可定义网络能力

网络技术的发展带来丰富的网络能力。网络维度不断扩

展，能力逐步增强。然而，当前网络能力结构僵化、提供方式单一、协调性差，导致网络对新型业务的支持能力低下。为此，本文打破传统面向终端设计网络能力的方式，以网络为中心，构建全维可定义网络能力模型，抽象分解网络各层能力，细粒度划分网络能力的维度和类别，支持网络能力的灵活扩展，实现多元化网络能力的开放可定义和动态演进发展，为业务需求与网络能力的映射奠定基础[6]。

全维可定义网络能力模型构建网络能力空间，如图2 所示。整体空间划分通信主体、网络功能、网络资源、网络安全 4个维度。每个维度包括不同网络能力类型，一种能力类型支持多种实现形式的能力元素(共30多种)。每个维度的网络能力可以随时更新新型的网络能力，并能及时删除旧网络能力，以保持网络能力模型的动态可扩展性。下面我们对每个维度做具体说明。

(1)通信主体

通信主体是指网络中参与数据传输行为的主体，包括数据发送方、转发方和接收方。不同的通信主体采用不同的身份标识(ID)进行数据传输。当前网络采用 IP地址作为寻址标识。随着工业互联网、卫星网络、车联网等多元化网络融合与互联需求的发展，通信主体的种类不断丰富，支持人(身份)、位置(经纬度、速度、方向)、服务(应用)、物(物联网标签)、内容(视频、文件、图片)等多样化标识并存，实现了大规模网络设备和元素的互通。

(2)网络功能

网络功能是指数据在通信主体间完成传递转发设备所承载的功能，包括寻址(定长寻址、变长寻址)、路由(距离矢量路由、链路状态路由)、转发(尽力而为转发、约束路径转发)、 QoS 队列(先进先出、优先级队列、加权公平队列)、拥塞控制(基于显示拥塞反馈、量化拥塞通知)等能力。随着技术的发展，网络功能不断优化和完善。面对海量的异构通信主体，网络支持多模式接入和连接。为满足专业化、精细化及差异化的业务需求，网络提供可规划、可预期和可定制的数据传输，以保障时延、吞吐量、抖动、丢包率等性能指标，提升用户体验。

(3)网络资源

网络资源是指数据传输依赖的资源，包括链路(无线、光纤、电缆)、计算(边缘计算、云计算)、存储(内存、硬盘)、地址(互联网协议第4 版、互联网协议第6 版)等。报文中分配的地址占用地址空间资源，数据在通信主体间传输时占用带宽形式的链路资源。轉发设备采用网络处理器及片上内存的计算和存储资源处理报文。硬件升级与软件优化导致网络资源发生了巨大的变化：资源类型不断丰富，多种异构资源并存。资源在网络中的部署位置比较灵活，适合协同调度。资源容量得到提升，体积变小，便于处理。

(4)网络安全

网络安全维度的网络能力能够保障网络设施、信息和传输的安全，包括可信性(源地址验证、身份验证)、隐私性(加密)、可靠性(完整性校验)和可溯源性(概率包标记法、日志记录)。可信性保证网络信息能够被授权实体访问并合法使用;隐私性保护能够防止信息泄露及非法利用;可靠性通过实时监测，解决网络异常，保证高效正常运行;可溯源性在面对网络攻击时能够快速定位和追踪攻击的源头。随着业务场景的复杂化，外挂式安全技术无法应对网络协议不统一、终端多样化带来的安全隐患，亟须采用内生安全机制[7]。

3业务需求到网络能力的映射

业务需求与网络能力映射是映射概念在网络服务业务中的具体化。在互联网络中，不同业务面临差异化需求。单个业务实现需要满足的所有条件形成业务需求集合，集合中的每个元素代表一项具体的业务需求。相应地，网络的快速演进不断丰富网络能力，聚集网络具备的全部能力并构成全维网络能力集合。集合中的每个元素代表一项网络支持能力。业务需求与网络能力映射是为了利用特定网络能力支持业务实现，需要在业务需求集合和网络能力集合两者的元素之间建立对应关系。这种对应关系体现在：一项业务需求需要通过一系列网络能力才能得到满足，同时一种网络能力能够支持多种业务需求。通过选择和组合适当的网络能力，依据合理的顺序执行网络能力，可满足业务需求，实现业务需求到网络能力的映射。

从业务使用者(用户)的角度看，多样化业务需求需要选择合适的网络能力。通过业务需求和网络能力映射，用户从网络运营商提供的可选网络能力方案中选择一种，并为相应的网络能力付费，支持业务实现。从网络运营商的角度，网络具备全维能力。不同的网络能力对业务需求的支持度不同。通过业务需求和网络能力映射，网络运营商为用户提供满足业务需求的网络能力方案和定价，以实现网络能力商品化。

3. 1映射要素

业务需求与网络能力映射的3 个要素是原象、象和映射法则。其中，原象是业务实现应该满足的需求元素，象是网络具备的能力元素，映射法则是指原象和象之间对应关系的生成原则。映射法则的产生包括映射形式和映射机制两部分。映射形式包括原象与象一对一、多对一、一对多和多对多 4种映射关系。相较于原始的映射定义，映射形式扩展了一对多、多对多两种。映射机制可解决如何将原象和象代表的业务需求元素与网络能力元素进行合理对应的问题。

3.2映射形式

假设业务实现 D具备 M项业务需求，采用集合表示为D =d1 ，d2 ， …，dM。网络具备 N项能力，采用集合表示为 R =r1 ，r2 ， …，rN。定义矩阵 A =Adr，d∈D，r∈ R为业务需求和网络能力的映射矩阵。Adr = 1表示网络能力 r能够支持业务需求 d;Adr =0 表示网络能力 r不能支持业务需求 d。业务需求与网络能力间对应关系也可以描述为： D = A × RT 。

图3 表示业务需求 D =D1 ，D2 ，D3与网络能力 R =R1 ，R2 ，R3 ，R4映射关系的示例。对应的0-1映射矩阵为：

0-1矩阵形式能够直观地表示业务需求和网络能力之间的复杂映射关系，为灵活的网络能力组合满足业务需求提供有效支撑。矩阵的行代表映射的原象，矩阵的列代表映射的象。矩阵中“1”在行向量和列向量的位置(由下标决定)决定了映射函数的原象和象的对应关系。0-1映射矩阵行向量或列向量中“1”的总数量反映了不同的映射形式。当映射矩阵列向量中“1”的总数量多于一个时，映射形式为多对一，表示一项业务需求需要多种网络能力才能够满足;当映射矩阵行向量中“1”的总数量多于一个时，映射形式为一对多，表示一种网络能力能够支撑多项业务需求;当映射矩阵中所有列向量和行向量的“1”总量都为一个时，映射形式为一对一，表示业务需求与网络能力是一一对应的;当映射矩阵列向量和行向量中的“1”的总数量均多于一个时，映射形式为多对多，表示多项业务需求需要多种网络能力才能够满足。

3.3映射机制

本文基于业务需求与网络能力间的匹配度设计映射机制。当业务实现规定需求指标时，业务需求与网络能力间的匹配度被定义为：在当前网络状态下，给定网络能力所获得的业务需求指标与规定需求指标间的差值。针对功能性业务需求，当网络执行业务需求规定的网络能力时，定义指标的差值为0，否则差值为1;针对性能性业务需求，定义指标的差值为可达性能指标值与规定性能指标值间的差值。

假设业务 D 规定的需求指标为 Ind =[ Ind1 ，Ind2 ，Ind3 ， …，IndM]。支持业务实现的网络能力集合共有 K种，表示为Rk， 1≤ k ≤ K。采用Rk获得的业务需求指标为 Ind Rk=[ Ind1Rk，Ind2Rk，Ind3Rk， …，IndMRk]。闵可夫斯基距离可用来衡量两个需求指标向量间的相似度，即业务需求与网络能力的匹配度：

Gk = p ，其中 W =α1 ，α2 ， …，αM 是业务需求集合 D对应的优先级权重系数集合。αl 数值越大，优先级越高，且满足 α l = 1。对比 K个闵可夫斯基距离值，最小值 k* = mink Gk对应的网络能力为与业务需求匹配度最高的网络能力Rk*。利用业务需求集合 D 和网络能力集合Rk* 生成映射矩阵。

3.4映射步骤

基于映射三要素，业务需求与网络能力的映射步骤包括原象生成、象生成和映射法则生成3 个步骤，如图4 所示。

第1 步：原象生成

针对用户侧提交的业务需求，拆分复合型业务需求，聚类相似的业务需求，形成业务需求集合 D;根据业务的特性，生成业务需求指标集合 Ind 以及需求权重因子集合 W。

第2 步：象生成

网络能力随着业务执行而动态变化，为了更加准确地匹配业务需求，需要提供实时的网络能力状态。利用场景感知

等方式，获得动态的网络能力空间 Spa;利用集合标识网络

能力 C =C 1 ; C2 ; …; CI，其中 Ci 表示第i种维度的网络能

力，包括通信主体、网络功能、网络资源、网络安全等多个维度。每个维度的网络能力具体包括多种网络能力元素。

第3 步：映射法则生成

映射法则的生成主要包括网络能力组合、业务需求与网络能力匹配度计算和映射矩阵的生成。

(1)网络能力编排

网络能力组合过程包括：依次分析业务需求 dm，从网络能力空间的各维度中选择支持业务需求的单个或多个网络能力，形成网络能力组合 Rm = rj ，rj∈ Spa;遍历业务需求集合，将M 项网络能力组合合并，保留具有关联关系的网络能力，删除具有互斥关系的网络能力，形成全新的网络能力集合Rk = ∪ Rm 。由于存在不同类型的网络能力均支持同一业务需求的情况，因此网络能力组合 Rm 的数量可能大于1。通过灵活编排，可最终获得 K 个网络能力组合Rk，1 ≤ k ≤ K。

(2)业务需求与网络能力匹配度计算

假设业务 D 规定的需求指标为

Ind =Ind 1 ，Ind2 ， …， IndM，网络能力组合Rk获得的业务需求指标为 Ind Rk，我们利用闵可夫斯基距离Gk来衡量需求指标向量 Ind Rk和 Ind 间的距离。

(3)映射矩阵生成

对比 K个闵可夫斯基距离值，选择最小值 k* = mink Gk对应的网络能力为与业务需求匹配度最高的网络能力Rk* =r 1 ，r2 ， …，rN。利用业务需求集合 D 和网络能力集合Rk* 生成 M行、N列的映射矩阵A。矩阵元素Am，n = 1 表示网络能力rn支持业务需求 dm，Am，n = 0表示网络能力rn不支持业务需求 dm。

4映射实例

本节以边缘计算场景下任务卸载调用网络资源维度的网络能力来分析业务需求与网络能力映射。任务卸载主要涉及计算资源和链路资源。其中，计算资源支持边缘计算、云计算和云边协同计算3 种网络能力元素，链路资源包括无线前向链路和光纤回程链路2 种网络能力元素。

如图5 所示，部署区域中共有1 个云服务中心和4 个基站。基站通过光纤回程链路连接到云中心，并且回程容量为Rbac=10 Mbit/s。基站具备边缘计算能力，用户均匀地分布在基站覆盖范围中。由于用户侧计算容量有限，任务将被卸载至边缘服务器或者云中心执行。规定数据包的产生传输均以时隙 TS = 1× 10-3 s 为单位。用户在时隙 TS 以概率δ 产生数据包，数据包大小为 F=20 kbit 。任务到达边缘服务器或云服务器的过程服从泊松分布，到达率为λmec和λC。

边缘服务器和云服务器具备不同的计算容量。数据包在服务器中的服务时间服从均值为1/μ的指数分布，其中μ 表示服务速率，并满足μC = 2μmec =3 packet/slot 。服务时间的概率密度函数(PDF)表示为：fTsv，x (t)= μx exp -μxt，x∈{ mec ，C }。

任务卸载的开销与数据包到达率有关。设置边缘服务器与云服务器的单位开销系数为εx ，x ∈{ mec ，C }，并且滿足ε C = ε mec =2 unit/packet 。用户侧提出业务需求：以最小化时延和最小化开销为目标实现数据包处理，并且业务需求以最小时延为主，规定优先级权重系数α =0.7。

网络运营商为用户的业务需求提供了3 种网络能力组合。

(1)边缘计算：用户通过无线链路将数据包传输至边缘服务器，完成数据包处理;

(2)云计算：用户通过无线链路将数据包传输至基站，基站通过回程链路将数据包上传至云服务器，完成数据包处理;

(3)云边协同计算：用户通过无线链路将数据包传输至基站，同时数据包以协同概率θ 选择边缘服务器进行处理，并以概率(1- θ) 选择通过回程链路上传至云服务器进行处理[8]。

采用随机几何理论和排队论分析任务卸载的时延和开销性能，通过仿真对比3 种网络能力组合的匹配度，可实现不同应用场景下业务需求与网络能力的映射。

边缘服务器和云服务器的数据包处理符合 M/M/1的队列系统。数据包处理时延包括排队时延和服务时延。根据排队论理论[9]，平均处理时延为1/(μ- λ)，其中λ 和μ分别表示数据包到达率和服务速率。

相应地，第1 种网络能力方式的总时延等于边缘计算的平均处理时延：

第2 种网络能力方式的总时延等于云计算的平均处理时延与回程链路传输时延之和。任务到达云服务器的速率服从泊松过程，满足λC = 4λ mec。总时延表示为：

第3 种网络能力方式的总时延包括边缘计算时延和云计算时延两种情况，具体可表示为：

计算卸载的开销与服务器的数据包到达率有关，第1 种网络能力方式的开销等于边缘计算的开销：

第2 种网络能力方式的开销等于云计算的开销：

第3 种网络能力方式的开销等于边缘计算开销和云计算开销之和：

用户的业务需求是保证最小化时延和开销。以时延和开销为指标，基于两者的优先级关系设计业务需求与网络能力的匹配函数 G (z )= αT(z )+ (1- α)C (z )。将公式(1)和(4)、(2)和(5)，以及(3)和(6)分别代入匹配函数，以仿真分析3 种网络能力方式在不同数据包到达率设置下的匹配函数。

图6 对比了时延指标需求优先级权重系数分别为α =1 和α =0.7的匹配函数。α= 1是传统网络能力满足单一业务需求的方法，只关注时延指标。从图6 中可以看出，只有在数据包达到率极低的情况下，选择边缘计算获得的匹配函数最小，即λ mec ≤ 0.2 packet/slot。当增加数据包达到率时，λ mec> 0.2 packet/slot，选择云计算获得的匹配函数最小;由于大量数据包卸载到中心云服务器会增加服务开销，同时导致数据包堆积，因此云计算网络能力组合不适用于业务密集和负载均衡的场景。

综合考虑时延和开销的需求指标，在α =0.7的情况下，当数据包到达率增加时，匹配度值会随着时延和开销的增加而不断增加。当数据包到达率较小时， λ mec<

0.5 packet / slot，选择边缘计算获得的匹配函数最小。原因在于边缘服务器距离用户近，服务器计算容量足够支撑少量的计算任务，并且边缘服务器的开销远小于云中心服务器。在稀疏业务场景下，用户可以选择第1 种网络能力方式，就近采用边缘服务器卸载计算任务。

当数据包到达率逐渐增大时，即λmec ≥0.5 packet/slot，将数据包卸载到计算容量较小的边缘服务器会导致数据包处理堆积，排队等待时长增加，从而导致总时延增加。当选择将数据包卸载到云服务器时，虽然回程链路传输会带来额外的时延，并且中心云服务器的开销大，但是云服务器的大计算容量能够补偿回程链路带来的时延，减轻开销的影响。在密集业务场景下，用户可以选择第2 种网络能力方式，采用中心云服务器卸载计算任务。

网络中数据包的生成和处理都处于动态变化中，服务器的负载也随之变化。图 6中，云边协同计算方式的匹配度位于边缘计算和云计算两者中间。当网络中云中心服务器负载较大，并且数据包的到达率高时，可以选择云边协同计算的方式，满足用户最小化时延和开销的要求，同时通过调节协同概率θ，实现网络的负载均衡。

以负载均衡场景下的任务卸载为例，业务需求集合表示为 D={时延最小化，开销最小化}，网络能力组合表示为 R={边缘计算，云计算，前向链路，回程链路}，业务需求与网络能力的映射矩阵表示为：

5结束语

本文提出一种普遍适用的业务需求与网络能力的映射方法。该方法可构建全维可定义网络能力模型，从通信主体、网络功能、网络资源、网络安全等多个维度细粒度划分和定义网络能力，支持网络能力的扩展演进;针对多样化业务需求，通过动态网络能力组合、业务需求与网络能力匹配度计算和映射矩阵生成3 个具体步骤形成业务需求到网络能力的映射，以灵活适配业务发展需求。

参考文献

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[9] KLEINROCK L. Queueing systems： theory， vol.1 [M]. New York： Wiley， 1975

作者简介

范琮珊，中国科学院计算机网络信息中心助理研究员;主要研究领域为未来网络和边缘计算;已发表论文10余篇。

周旭，中国科学院计算机网络信息中心研究员、先进网络与技术发展部主任;主要研究领域为未来网络架构、 5G、边缘计算等;主持科技部、工信部、发改委、中科院等重大项目10余项;获得部级科学技术奖一等奖1 次、二等奖1 次;发表论文 60余篇，申请专利50余项，主持或参与制定国际标准和行业标准5 项。

任勇毛，中国科学院计算机网络信息中心研究员、先进网络部网络体系结构与系统实验室主任;主要研究领域为计算机网络协议及体系结构;主持国家自然科学基金2 项、北京市自然科学基金2 项，国家重点研发计划子课题、国家科技重大专项子课题等10余项科研项目;发表论文70余篇，申请发明专利10余项，提交 ITU-T 国际标准提案2 项。

作者：范琮珊 周旭 任勇毛

业务网络和IP化论文 篇2：

移动通信互联网数据中心设计与实现分析

摘 要：文章主要采用文献资料检索方法，先检索国内与移动通信、数据中心等相关的研究报告、学术论文、图书杂志、文集文章等，对相关研究成果进行系统化的梳理及总结分析，并围绕移动通信层面互联网的数据中心系统设计及实现开展深入研究与探讨，以期为后续更多技术专家和学者对此类课题的实践研究提供有价值的参考。

关键词：移动通信;互联网;数据中心;设计;实现

1 方案设计

1.1 总体方案层面

移动通信层面互联网的数据中心系统整体设计方案选定层次化、模块化结构，前端系统业务网络及后端的管理网络分离，业务承载着网络，依照实际功能，做好业务区的有效划分，为各个业务分区的用户提供相应差异化的服务。业务网络及运维管理系统网络有效分离，确保业务网络极具安全性及高性能。前端的业务网络内含业务接入、网络连接等系统模块，而后端则以管理系统模块为主;数据中心由专用路由系统交换装置、多层交换装置、安全网关、IDS组成，为移动客户提供极具安全性、可用性、高密度性、高性能的网络结构;数据库的服务装置集群包括NT高端两台服务装置及共享的磁盘柜群集结构，以主备接入的交换装置、双网卡为主，促使双联路故障问题的自动化处理得以实现;服务装置经SAS5e独立卡连接至磁盘柜;而节点服务装置则直接经心跳线实施心跳测定，心跳测定可靠性及效率得到提升，防止网络宽带被占用;门户网站、接口服务装置、后台管理、用户自主服务装置集群类似于数据库的服务装置;采集代理的服务装置、系统运行专用监控服务装置、流量流向精确分析服务装置等，确保满足服务装置MCIDC的建设需求[1]。

1.2 网络结构层面

移动通信层面互联网的数据中心系统实践中，其网络结构设计方法以前端的业务网络及后台的管理网络有效分离、模块化、通道分离等为主，设计集成云计算、虚拟存储、虚拟主机等技术特征的业务网络。(1)在网络结构设计方法以前端的业务网络及后台的管理网络有效分离层面。为确保网络的可维护性、可扩展性、安全性得以提升，该系统的网络结构以前台的业务网络及后台的管理网络为主，前台的业务网络系统功能主要为网络系统用户提供各项服务，包含SSL加速、安全，SP则提供下载铃声、彩信、游戏等服务;后台的管理网络系统功能即系统维护技术员为客户们提供KVM带外的数据维护、存储、管理、远程接入各项服务，因该系统需要连接备份的数据中心、银行、DCN网络等，故后台的管理网络需提供对应的接口。(2)在模塊设计层面。前台的业务网络内含网络连接系统及业务接入两个模块，业务接入功能模块内含各种业务分区，可为各个业务区的用户提供相应差异形式的服务，参照业务用户的现实需求，把它划分成普通类型客户区、VIP客户区。普通客户区提供基础性的业务，VIP客户区则内含自有业务、增值应用业务区、ADC-SI等。根据实际功能，可把客户划分成自有、主机托管、增值应用、ADC-SI等业务区;随意业务区域所容纳业务服务装置为不同类型;业务模块经网络连接其余 Internet模块，随时可扩展，灵活度极高。(3)在分离业务通道层面。发挥通道分离作用，有效分离存储、业务、维护及控制各个通道。系统内每台服务装置均配若干网卡，所有网卡均连接对应的网络，两个网卡负责连接前台的业务网络，另外一个网卡则连接后台的管理网络，数据中心整体网络系统安全性可得到保障。

1.3 后台管理层面

(1)在网络管理层面。系统内部IT环境复杂性突出，管理监控有着较多设备，实际应用极具复杂性，且较多的应用环节涉及较多故障层次。为保证系统整体维持正常运行状态，须构建IT整套监控系统，实时监控关键设备，确保问题得以及时发现，向管理员及时发出响应的警告信息，快速处理各项问题。统计分析业务数据流量，为业务管理计费功能模块提供了计费数据源，涉及应用软件、数据库、客户机、服务装置、网络装置、线路等IT各项资源管理，是信息系统安全且高效运作的重要基础。系统管理不可仅依赖系统维护技术员手工操作，须整套系统管理软件协助系统管理者完成IT系统监视及维护，须有效构建IT网络完整化监控系统，端至端系统的监控管理即可实现，减少故障时间，最大化地发挥系统性能，实现自动化实操。(2)在资源管理层面[2]。资源管理支持灵活呈现及管理系统机房资源，以运维中心、机房、机架、机位为一体化管理模式，流程化监管IP、机位、带宽、端口、设备等;系统提供装置模板，在线自动监控资源具体情况，资源的自动监控功能模块围绕IP及端口资源，可实现自动监控和及时报警，系统资源状态若和具体在线状态处于不吻合状态，系统会自动报警给操作员予以确认。为开展多地市、多运维系统中心、多机房等各项机房资源之间统一化的监管，须设计树型系统架构，无缝且灵活地支持系统运维资源的规模化扩展。(3)在业务管理层面。基于现实服务，以产品实际类别为业务管理核心模式，业务内含套餐、产品和相对较多的具体业务，为用户提供套餐、服务和产品等。(4)在运营管理层面。运营管理功能模块内含资料、计费及账务、流程及工单、内容、统计及查询管理等系统管理功能，支持MCIDC 产品服务，新业务扩展力相对较足。

2 具体实现

2.1 系统功能层面

(1)资料管理。可为用户提供全面的财务管理服务，引入合同及账户。基于各项基础业务、合同、账户和客户等，有效落实资料管理，确保满足用户查询及更新业务信息层面的需求。(2)流程及工单层面管理。业务实现以扩展为基础，对业务加以控制。(3)统计及查询管理层面。可提供丰富的报表模板，促使生成各种业务报表;信息结合采集，涉及业务、运营、管理、服务所有报表，注重查询手段的丰富性，方便运营人员、管理者、业务员、客户等了解业务，做好相应调整工作。

2.2 运行监控层面

移动通信层面互联网的数据中心系统实践中，运行监控具有设定网络服务、服务器、网络设备、流量流向精确分析等系统功能。(1)网络装置的运行监控层面。在网络装置运行监控基础上，MCIDC 网络设备可维持稳定运行及监控状态[3];对指定路由器、交换机上面CPU和内存的利用率等进行实时监控;实时监控网络设备上的物理及VLAN 端口状态;实时监控系统网络装置物理端。(2)在系统端口实际出入流量层面。能够搜索特定时间端口实际流量信息，实施端口总体流量的统计，提供相应流量的趋势图;支持10G系统端口有效监控流量;采集、呈现及分析专家信息数据，可自动调整设备重启所致端口序号改变现行;支持多图的监控页面。(3)在服务装置的运行监控层面。服务装置运行监控以 Agent 高级的服务装置监控为基本采集手段，可支持多种常规操作平台及数据材料。(4)在网络服务的运行监控层面。网络服务的运行监控可响应检查TCP任意服务系统，可实施时延分析，响应检查Smtp服务。

2.3 运维层面

(1)在考勤管理层面。移动通信层面互联网的数据中心系统，其考勤管理内含轮班、办公班，可合理安排和变更考勤计划、上下班及交接打卡各项操作。同时，支持考勤详细说明、统计、IP地址打卡及限制。(2)在仓库管理层面。内含网络装置、办公设施等管理，可实施入/出库操作，入库日志及备件统计。(3)在公告管理层面。公告管理功能模块包括告警、信息发布、置顶等。同时，支持设置重要级别、短消息自动群发、图形化机房的出入化管理[4]。在图形化的机房系统出入管理实践中，可自动扫描二代身份证;可人工录入其余证件、视频出入快照、自动检查机房的出入人员实际权限、持门禁卡的发放管理、统计机房出入等。(4)在机房值班层面。机房值班可做好巡检安排及详细记录。

3结语

总体上，移动通信层面互联网的数据中心系统实践中，应当注重总体方案的有效设计，移动通信层面互联网的数据中心系统整体设计方案选定层次化、模块化结构，前端系统业务网络及后端的管理网络应注重科学分离;而数据库的服务装置集群包括NT高端两台服务装置及共享的磁盘柜群集结构，应当以主备接入的交换装置、双网卡为主，设计好网络结构及后台管理。同时，结合自身应用需求，注重系统功能合理优化及设计，做好移动通信层面互联网的数据中心系统实践工作，以保证移动通信层面互联网的数据中心系统整体设计实现效果，维持系统整体可靠且稳定的运行状态。

Design and implementation analysis of mobile communication Internet data center

Xu Qibin

(Hubei Province Xinye Communication Service Co.， Ltd.， Wuhan 430051， China)

Key words：mobile communication; Internet; data centre; design; implementation

[參考文献]

[1]李业谦.VXLAN技术下的数据中心通信网络设计及实现[J].无线互联科技，2020(3)：909-910.

[2]杨阳，李印，孙丽玫，等.数据中心基础设施认证体系研究综述[J].工程建设标准化，2020(1)：664-665.

[3]王瑞雪，熊学涛，翁思俊.中国移动数据中心SDN网络架构及关键技术[J].移动通信，2019(7)：711-712.

[4]陈长流，寇巍巍，叶帅华，等.BIM技术在互联网数据中心工程中的应用实践[J].工程质量，2019(3)：889-890.

(编辑王雪芬)

作者简介：徐其彬(1979—)，男，湖北孝感人，中级工程师(经理助理)，学士;研究方向：互联网技术。

作者：徐其彬

业务网络和IP化论文 篇3：

构建精细化和差异化运营的智能网络体系

摘要　文章认为随着用户需求的提高、终端和业务的多样化、网络流量的增长以及产业竞争的加剧，构建精细化和差异化运营的智能网络体系是大势所趋。其中，网络实现广覆盖、高带宽、扁平化是基础，网络多维度感知、网络资源动态调配是核心手段，网络开放互动促进产业纵深是关键，基于用户体验的业务质量保证是强力保障。

关键词　精细化;差异化;智能网络体系;用户体验;动态资源调配;开放互动

信息技术特别是移动通信和互联网及其融合技术不断发展，用户个性化需求不断提高，智能终端逐步普及，带来了数据流量的快速增长。流缝的增长不仅给网络承载带来了巨大压力，同时又形成流量增长与收入和利润增长之间的矛盾。根据思科公司发布的数据，2010年全球移动数据流量比2009年增长159%，达到每月237 PB(Petabyte);预计到2015年，全球移动数据流量将达到每月6.3 EB(Exabyte)。但收入增长却并未与流量迅猛增长成正比提高，Analysys Manson公司的数据预测显示，2011年至2015年，每GB移动宽带流量的收入将从2010年的20美元降至2015年的5美元。

既要面对支撑终端、业务的高负荷压力的网络建设和维护责任，同时又要应对增量不增收的运营压力，现实对运营商的运营能力提出了前所未有的挑战。为避免管道同质化、网络效率低、用户体验差、用户黏度低等多种不利因素带来的影响，进行精细化和差异化的智能网络运营已成为众多运营商共同的战略选择。这不仅仅是运营商面对挑战的解决方案，也更是运营商对自身网络价值的再思考和再定位。

运营商作为网络的天然建设、维护和运营者，其最为核心的价值点就是网络。即围绕网络，最终形成以网络为核心的服务体系。运营商应紧紧以网络为核心，打造产业核心竞争力，提升网络运营能力，拓宽产业发展深度和维度，保障用户体验质量，实现精细化运营，以构建全方位可管、可控、多方共赢的智能网络服务体系。

智能网络体系结构如图1所示。总的来看，精细化和差异化运营的智能网络体系主要体现为广覆盖、高带宽、扁平化的硬能力建设。利用多维度感知实现动态资源调配，开放互动形成产业纵深以及基于用户体验的业务质量保证这4个方面。

1　广覆盖、高带宽、扁平化网络的实现

网络实现广覆盖、商带宽、扁平化是提供用户无缝接入和快速享受优质服务，实现吸引、感知用户和开展业务的先决条件和基础。目前主要侧重于通过多网协同、网络升级和结构优化等手段来实现。

(1)多网协同

随着3G业务的快速发展，智能终端的大量普及使用，移动网络数据流量增长极快，移动网络无线资源受限问题逐渐突出。合理利用多个网络、多种接入技术的优势，满足用户无缝切换业务体验的需求日益强烈。

随着国际标准研究的快速推进，国际标准组织开始对移动网络与无线局域网(WLAN)等非3GPP接入网络间的融合接入、认证以及业务互操作等方面进行探讨和研究。目前3GPP已经在进行与宽带论坛(BBF)接入的互操作(TR23.829)研究，分别考虑了漫游和非漫游场景下的可信和非可信WLAN场景，以及相关场景下的业务流程。图2所示为BBFWLAN与3GPP演进的分组核心网(EPC)互通示意图。

与此同时，全球各大运营商积极部署和试商用WLAN网络，对WLAN与WCDMA融合网络统一认证的网络架构、网元功能、接口要求、关键信令流程等进行充分验证和试验，以期为下一步的业务融合和业务连续性支持奠定基础。

可以看到，以WLAN网络为代表的非3GPP接入在分流网络流量、缓解网络压力方面比较适合作为移动网络的有效补充。通过技术的演进和发展，通信网正在逐渐形成多网协同融合发展的态势。多网协同既能有效地缓解网络拥塞，又能扩大网络的覆盖范围，实现网络的广覆盖，而且还能降低流量成本，提高经济效益。

(2)网络升级

技术进步使得网络一方面朝着网络带宽越来越高方向发展，另一方面又朝着网络结构逐渐优化方向发展。表1所示为固网和移动网接人升级情况。

以中国联通网络为例，在固网方面，中国联通2011年度展开了2500万线无源光网络(PON)的集采招标工作，以1500万线的千兆比无源光网络(GPON)采集成为目前全球最大规模的GPON招标;在移动网络方面，中国联通2011年已经实现在中国56座主要城市推出高速分组接入增强(HSPA+)的网络服务，使得下行速率可达到21.6 Mb/s。中国联通网络的持续升级为智能网络体系的构建奠定了非常坚实的发展基础。

(3)结构优化

随着IP多媒体子系统(JMs)和EPC技术研究的深入和产品的日益成熟，IMS、EPC开始逐渐推进网络的IP化，使得网络系统向高传输速率、低时延、扁平化、增强的系统能力、高网络资源利用率等方面演进发展。

在网络基础能力的发展和建设上，无线、有线协同实现网络的广覆盖，网络结构优化实现网络的高容量、扁平化。

通过提升硬能力，实现广覆盖才能为用户提供无处不在、无时不在的网络接入，保证用户简单有效的快速接人体验，同时分流共存网络流量，缓解网络压力，减少网络拥塞;实现高带宽才能提供更高的网络容量，保证网络传输速率，提供用户畅快的网络使用体验;实现扁平化则为支撑更广泛的业务应用，提供用户更多的使用选择和提高网络的管理、资源有效利用提供了可能。

2　多维度感知网络动态资源的调配

利用多维度感知网络实现网络资源动态调配是运营商真正理解网络、理解用户、理解业务的手段，是精细化和差异化运营的核心理念。

运营商面对正逐渐显现的管道同质化、网络效率低、用户体验差等问题，要实现对整个网络的资源充分合理的调配，保障用户体验和内容，服务提供商(CP/SP)业务的传输。提升网络价值，选择多维度感知网络实现动态资源调配的技术策略是做好精细化和差异化运营的核心技术保证。尤其是随着智能终端的逐渐普及和物联网应用的逐渐增多，面向未来多达500亿的连接。更加要求能够进行多维度的感知。图3为多维度感知示意图。多维度感知具体包括用户可识别、位置可知晓、流量可统计、带宽可管控、行为可感知、业务可区分等几个方面。

目前，无论是在3GPP还是在国际电信联盟电信标准部门(ITU-T)都在着手多维度感知的相应研究。其中ITU-TSG13的下一代网络(NGN)架构已经开展对终端用户的接入、位置信息等的研究;而3GPP则在针对智能手机应用、机器对机器通信(M2M)应用等厅面开展研究工作，并结合对业务和终端的感知，为网络的感知提

供实时的数据基础，以便于网络状态的精确描述和管理控制。这些研究为实现多维度感知提供了技术基础。

固网和移动网分别采用不同的架构来进行动态资源调配以实现差异化和精细化的策略控制。表2为固网和移动网策略控制架构比较。

国际上AT&T公司一方面通过取消原有无限量数据包月套餐，实行数据分级计费不封顶，对数据每用户平均收益[ARPU)进行精细运营;另一方面，通过区分用户对不同智能终端的使用需求，优化相应流量模式。Orange公司于2010年4月开始陆续在法国、西班牙等6个分市场对后付费用户的业务和费用需求特征进行区分标识，分别配套相应的业务与资费套餐，通过资费对用户需求进行有效隔离。中国的三大运营商也在进行不同程度的策略和计费控制(PCC)方面的研究和部署试验。

可以看到，在多维度感知网络的条件下，运营商实现对动态资源的调配能力，是制订精细化和差异化经营策略的技术和理论基础，是能否提供和管理细分业务能力的核心，是网络运营能力的最重要体现。

3　开放互动形成的产业纵深拓展

开放互动形成的产业纵深拓展即是以开放和共赢的心态来解决用户需求多样化，提高用户黏度。开放互动形成的产业纵深拓展是形成产业良性循环和可持续发展的关键。

由于长尾理论的存在，运营商打破传统的“封闭的花园”，构建网络服务体系的开放互动，是产业链纵深发展、服务领域拓宽的必由之路。

通过开放和互动，既可以提供全方位、多维度、个性化业务，又可以有效地降低业务成本，提高品牌知名度，形成合作共赢的良性循环。

图4为开放互动的示意图。具体而言，开放互动是通过业务能力、网络交互能力、基于用户数据挖掘的营销能力等方面的能力开放，融合自有业务，应用平台、SP/CP、第三方聚合平台和其他开放网络，以实现产业纵深拓展。

能力开放包括：

(1)业务能力开放

业务能力开放包括呼叫、短信、定位等基础网络能力的开放，统一通信、下载、流媒体的开放，以广阔的产业纵深尽可能地提高业务的使用率。提高业务效益。

(2)网络交互能力开放

网络交互能力开放即网络承载和核心控制层的能力开放，其可为电信运营商灵活、开放的差异化经营提供可能。

(3)基于用户数据挖掘的营销能力开放

基于用户数据挖掘的营销能力开放为运营商提供广泛的数据来源和强大的数据分析能力，为精准营销提供保障。

目前，业内正在推动可控的网络能力开放。相比较运营商局限在内部的自行调节而言，在承载和核心控制层引入能力开放互动，对推动和形成网络的可管、可控，实现精细化、差异化的运营显得尤为重要和意义深远。在移动互联网由传统移动通信的封闭系统走向开放体系的大趋势下，实现网络能力的开放与互动有利于运营商深度挖掘精细化、差异化运营的潜力。

核心业务能力的开放方面，英国电信通过其Pdbbit计划，构建Mushup平台。支持Flex/Flash、REST和PHP编程环境，为PSTN/VoIP/Web实现呼叫控制、消息传递、鉴权、路由和联系人列表等功能的RibbitAPI。内容和服务的开放聚合方面，AT&T从2010年开始就开始对用户开放未授权的苹果和Android应用商店，并在2011年逐渐兼容诸如Amazon等公司的其他应用程序平台。在拓展营销方面，Orange公司为合作伙伴提供区分优先级的接入，开放营销渠道和营销能力。在拓宽产业纵深方面，德国电信与第三方在能源、医疗、媒体分发和汽车等方面谋求合作发展。

以开放互动的心态求发展，一方面可在解决个性化需求时寻求有力的合作联盟，另一方面可加深产业纵深，实现领域的拓宽，拓展新的发展模式;不仅可实现合作共赢，更强化了运营商作为网络管道拥有者的运营优势。因此，开放互动形成产业纵深拓展是运营商实现全业务的差异化和精细化运营的关键。

4　基于用户体验的业务质量保证

基于用户体验的业务质量保证是进行网络管理和维护、提升运营服务质量的强力保障和支撑。

在着力打造以网络为核心的互联网产业链条，实现精细化和差异化运营，满足用户细分、客户需求的情况下，运营商的综合服务质量的要求也变得更高。但是，由于数据业务尤其是移动终端数据业务所具有的终端移动、传输信道不稳定、跨网传输复杂、管理部门分散等诸多特点，传统的通过网络关键性能指标(KPI)的运维体系已无法提供有效的质量监测和评估，主要存在以下不足：

缺少基于用户体验的感受类指标。传统网络质量考核体系不能很好地反映用户感知。

缺少服务质量(QoS)、KPI、KQI的关联分析模型，无法量化评估业务质量和有效评价服务等级。

缺少分布采集、集中分析的整体解决方案，无法实现端到端的业务全流程跟踪监测，难以快速定位。

因此，这就要求运营商在网络运营时能够综合考虑终端、传输等多方面因素，建设端到端数据质量监测系统，具体措施如下：

以端到端多接口数据采集与关联分析为基础，通过对网络各接口的信令流程和业务流程的采集和分析，从业务全流程定位影响业务质量的各种原因。

建立不同业务的体验质量(QOE)指标体系和多业务端到端的QoE-KQI-KPI的映射模型，实现数据业务的用户感知评估体系。

以提升端到端业务质量为目标，全流程信令检测分析为手段，网络和设备调整为基础，实现基于用户感知的智能优化。

图5为以移动互联网为例的QoE监控体系。图5中，一方面通过指标模型与自动化监测工具相结合，实现用户感知和智能优化;另一方面导入QoE指标参数和评估模型，采集全流程业务、信令数据，实现基于QoE的智能评估和故障诊断;最终提供分析数据作为市场营销和网络调度策略控制决策依据。

基于用户体验的业务质量保证，不仅是传统设备保障为中心的网络建设维护模式的转变，更是帮助运营商准确了解运营状况和发展趋势，客观评估影响业务质量和用户体验的各类因素，高效解决网络问题、提升用户体验质量的重要保障。

5　闭环智能网络体系的构建

综上所述，基于广覆盖、高带宽、扁平化的网络建设，利用多维度感知实现动态资源调配，开放互动形成产业纵深以及基于用户体验的业务质量保证这4个部分无论是在技术能力还是实际应用方面都已有所积累，而且在实现精细化和差异化运营中都分别承担着重要的角色。但他们之间又不是相互独立存在的，而是相辅相成的。他们互为基础形成如图6所示的闭环智能网络体系。其中：

广覆盖、高带宽、扁平化的硬实力是能力基础，是进行多维度感知，实现动态资源调配的基本要求。

多维度感知网络，实现网络资源动态调配是核心手段，是提供网络能力的开放互动的技术依据。

开放互动形成产业纵深是形成闭环智能网络体系的关键组成，是基于用户体验的业务质量保证的着眼点和落脚点。

基于用户体验的业务质量保证是闭环保障，为建设和优化网络基础设施能力提供重要指导。

通过这一套闭环体系，运营商既能为用户提供无处不在、无时不在、无缝便捷的网络服务。也能提供更多、更丰富的满足用户多样化、个性化需求的业务，同样运营商也可以更好地理解、设计和规划网络。提升网络效率。

6　结束语

精细化和差异化运营的闭环智能网络体系的构建不仅是运营商长期以来应对技术创新、用户需求变化的手段升级，是集合终端、网络、业务、用户等多层次管理和运营经验的总结，更是电信产业不断发展对自身价值和定位的重新思考和认识。虽然构建以智能网络为核心、用户体验为根本的精细化和差异化纵深运营体系将带来极大的变革和前所未有的压力，但也体现了运营商长期以来不断夯实自身实力、整合产业资源、改进运营理念以提升运营内涵的积极心态和开拓精神。

作者：唐雄燕 甘震 周光涛