（CWW）随着科技革命和产业变革的深入发展，一个以算力为核心生产力的时代加速到来。算力已成为全社会数智化转型的基石，将影响数字经济的发展速度。网络作为连接用户、数据、算力的“主动脉”，与算力的融合共生不断深入，算力网络的概念由此而生。
面向家庭场景，为用户提供更精细、更丰富、更贴心的算力网络服务，成为通信运营商共同的追求。家庭接入网关作为运营商连接家庭用户网络的重要触点，自然成为解决家庭用户算力需求的关键。除此之外，随着家宽用户市场规模趋于饱和，运营商面临增量不增收的困境，如何提升单用户的ARPU值、降低家宽业务的建设运维成本，也成为运营商亟待解决的难题。
(资料图)
下面以某省移动公司家庭接入网关数据统计为例进行分析。在其现网1753万家宽用户中，有近200万依旧使用SFU设备接入，而SFU设备存在支持速率低、管控能力弱且不支持3层路由功能和插件部署等弊病，在现有基于插件开通增值业务的解决方案下，只能通过更换终端硬件加以解决。即便是占比最大的智能网关也有不足之处，如设备型号多、版本多、版本升级频率低，造成功能插件适配困难，直接影响新业务试点和规模化推广。此外，终端硬件都存在8~10年固有生命周期，功能越多意味着设备规格越高，造价也越高，使得分摊成本居高不下。而单点的硬件规格资源终究是有限的，无法满足未来多业务并发对硬件性能的需求，这将成为影响算力的瓶颈。
针对上述问题，云网关解决方案借助云计算、NFV和SDN等技术，破除业务与硬件绑定，化解终端算力瓶颈，降低家庭接入网关硬件规格要求，达成灵活部署开通增值业务、有效降低建设维护成本的目标。
云网关技术方案
云网关核心是利用NFV和SDN技术，基于硬件网关3层及以上功能边缘云化、终端白盒化的思路，将PPPoE、NAT、增值业务插件等功能上云，实现家庭接入网关终端功能大幅精简，使业务不再受硬件接口和系统的限制。
技术逻辑
云网关技术涉及三大功能组件，分别是云网关、白盒网关和云网关能力平台，逻辑架构如图1所示，相关组件功能如下。
云网关：将硬件网关功能虚拟化上云，以容器化方式部署；负责用户拨号，管理下挂终端，对宽带上网流量进行调度。
白盒网关：完成基本的光电转换，网络控制和管理均交由云端处理，本地硬件大幅精简。
云网关能力平台：解决云网关资源统一配置及网络编排问题，提供业务开通配置管理和业务监控，实现增值业务便捷、快速部署。
图1云网关逻辑架构
业务逻辑
按照理想组网模式，白盒网关或智能网关通过TR069协议对接RMS系统，实现纳管和配置下发，转变成云网关配置，用户访问网络流量经白盒网关接入，沿OLT上行至云网关。云网关一方面通过能力平台对接省侧IT、IP支撑系统，为业务开通提供配置管理和业务监控，完成传统的PPPoE拨号认证；另一方面，根据云网关能力平台的服务编排，结合云化插件应用、业务云网关，对流量进行精准识别分流，将访问本地边缘云的流量直接终结在边缘DC，将访问第三方加速服务的业务流量通过对接第三方POP点完成流量转发，对普通互联网的流量继续通过原有路径转发至CMNET访问。
云网关组网方案如图2所示，云网关实现了以下4项能力。
一是突破边缘算力瓶颈，将家庭网络延伸至边缘云，为用户提供丰富的增值业务。
二是双速网络，用户访问边缘DC上的业务带宽不受签约带宽限制，直达PON网络技术峰值速率，实现边缘云局域网式体验。
三是云化插件应用，可快捷灵活部署在云平台，解决插件适配难、适配慢困境，助力增值业务快速部署开通。
四是智能分发，通过协同业务网关、插件业务应用、CDN网络，优化流量转发路径，实现高效转发、智能转发。
图2云网关组网方案
组网方案
由于云网关的部署依赖云池资源，并且涉及与接入网和城域网的对接，需要基于运营商网络情况制定适合的网络方案。结合主流运营商网络架构和云资源池部署情况，目前推荐以下2种组网方式，如图3所示。
图3试点组网方案拓扑结构
●方案1——云网关对接CR
云网关对接地市城域网CR设备，将用户家宽流量引入云网关，可新建专用BRAS满足云网关用户的3A认证和普通互联网流量汇聚转发，避免流量重复绕转CR设备。
该方案的优点有两个：一是可根据运营商策略在试点地市范围内灵活选取用户升级到云网关用户，不再受BRAS覆盖用户限制，能够覆盖更广阔的用户范围；二是结合现有云池部署情况，大部分地市城域网CR节点有云资源池，便于组织云网关所需要的云池资源。
该方案的缺点也有两个：一是CR设备作为城域网的骨干汇聚出口设备，端口造价较城域网其他设备翻倍，用户流量经CR绕转引入会增加网络建设成本，不利于超大规模部署；二是如针对云网关用户引入专用BRAS，建网成本也将相应增加，并伴随着云网关用户数增加需要占用更多的BRAS设备和CR端口资源。
●方案2——云网关对接BRAS
云网关对接现有城域网BRAS设备，由BRAS将其覆盖范围内的云网关用户流量导入云网关，相关的用户3A认证和普通互联网流量汇聚转发沿用原BRAS设备。
该方案的优点有两个：一是与逻辑拓扑结构较为接近，流量绕转少，网络建设成本较方案1明显降低；二是边缘云更贴近用户，能进一步提升用户的云上应用服务感知，且能实现本地流量本地终结。
该方案的缺点有三个：一是云网关用户范围被限定，只有与云网关对接的BRAS下，家宽才可升级云网关模式，如果目标用户分散，则需要云网关与多个BRAS设备对接；二是需要更多的边缘云池资源支持，尤其是能下沉到BRAS节点机房，结合运营商边缘云现状和规划，大部分地市暂不具备条件；三是如果涉及BRAS与边缘云池异局址，则需要解决传输互联链路和引入更多传输时延的问题。
●方案对比
根据运营商云资源池建设现状和规划情况，初期云网关项目试点建议采用方案1——云网关对接CR方案。主要原因如下：一是支持覆盖升级云网关模式用户范围广，基本涵盖地市范围内的家宽用户，能更灵活地选取目标用户开展增值业务试点，展现云网关产品价值；二是更容易解决部署云网关所需的服务器资源，推荐充分利用已建设的地市级云池。
后期随边缘云池资源建设推进、云网关模式用户规模增加，则推荐采用方案2——云网关对接BRAS。相关理由如下：一是能大量减少流量绕转，有效节省网络侧建设成本；二是能够更好发挥边缘云贴近用户的优点，进一步提升用户上云感知。
云网关产品价值及意义
云网关的产品价值可以通过助力降本增效和赋能新业务两个方面来体现。
云网关助力降本增效云网关不仅支持现有家庭接入网关静默平滑升级，保护已有投资，增加功能特性；还能支撑新装/替换用户降低终端设备成本，实现降本增效目标。
●现有家庭接入网关可静默升级云网关模式
现有家庭接入网关可根据设备类型选择运行模式，进行静默升级，目前的云网关方案能支持全量的现有接入终端设备。升级后接入网关设备便可不强依赖终端硬件插件能力即能实现网络质量监测和增值业务快速部署，如图4所示。另外还能通过降低对接入网关硬件的性能需求，延长现有设备寿命，进一步节省终端建设成本。
图4现有网关静默升级云网关方案
●新装家庭接入网关采用白盒网关
针对新装机的家宽用户，家庭接入网关终端设备可直接采用白盒网关。结合白盒网关研发情况，其造价较传统设备降低约20%~30%，而且随着采购规模的扩大和产业链的支持，造价将进一步降低。基于插件业务功能云化，通过白盒网关+云网关的形式，以最低终端成本满足家宽基础及增值业务承载。白盒网关系统功能架构如图5所示。
图5白盒网关系统功能架构
●降本效果评估
通过对运营商家宽业务进行全流程分析，并参考东部省份的最新建设维护成本数据，下面以某省建设100万家庭接入终端为例，对比传统网关解决方案与云网关解决方案的用户造价。其中建设的100万家庭接入终端中，50万为新用户，其余为存量用户。造价分析过程如表1所示。
注：1.云网关平台网络、云池成本估算按照规模化部署和现有运营商集采价格进行估算。2.云网关解决方案考虑存量50万终端中，25万因设备性能需替换（参考浙江省调研数据比例），可通过升级云网关解决性能瓶颈问题，节省终端硬件替换。
通过上面表格分析可知，云网关解决方案较传统网关解决方案在建设维护方面节约大概30%的成本支持，降本效果明显。
云网关赋能新业务
云网关可以通过增值插件云化部署和云上服务局域网化实现新业务赋能。
●增值插件云化部署
以云网关为载体，插件功能云端实现，破解网关适配周期长、硬件瓶颈问题，解决现有智能家庭网关平滑迁移场景化宽带业务以及老旧SFU、HGU非智能终端不可订购增值业务问题，助力业务规模化推广。
下面以场景化宽带业务为例，分析云网关模式下场景化宽带流量，如图6所示。用户流量通过PON网络接入后，经BRAS流入云网关，由于在云网关的业务网关侧部署了场景化宽带相关功能应用，对流量进行分类筛选：将绿色上网业务经过护苗模块过滤后访问网络，实现上网管控；将访问境内外在线教育、各类学术网站的流量疏导到教育加速平台，实现教育加速；将各类游戏流量疏导到游戏加速平台，实现电竞加速。
图6云网关模式下场景化宽带流量
●云上服务局域网式体验借助云网关高速率、大流量、低时延的双速网络特性，让云NAS、云游戏、云电脑等云上虚拟化走进用户家中。
云NAS：基于家庭光宽带、边缘云资源、云网关，为家庭用户提供“极速、安全、可靠、便捷、共享”的数字存储服务，实现家庭多成员数据统一存储、管理、共享、备份，并可通过电脑、电视、手机等终端浏览、存取，业务逻辑如图7所示。
图7云NAS业务逻辑
云游戏：结合云网关双速网络特性，将游戏业务部署在云网关后的业务网关上，解决制约云游戏发展的时延和带宽“致命瓶颈”，让云游戏更贴近家庭主机般的用户体验。云游戏业务逻辑如图8所示。
图8云游戏业务逻辑
云主机：依托优质边缘云网资源及先进桌面虚拟化技术，通过APP或远程登录使用户在家中即可享受与实体PC一样的配置和使用体验，用户可以随时随地通过云电脑移动办公、休闲娱乐，享受“口袋电脑”的便捷，业务逻辑如图9所示。
图9云主机业务逻辑
●价值收益分析云网关产品助力现有终端服务能力提升，破解网关插件适配难、业务推广难的困境，快速支撑创新业务落地，并结合边缘云增值应用，为用户提供更为丰富的增值产品，满足各类家庭算力需求，实现能力和营收双突破。
一方面，支撑产品能力提升。云网关技术能有效提升现有终端的增值业务服务能力，解耦硬件，延长终端使用寿命。具体能力提升对比如表2所示。
表2 家庭网关能力提升对比
另一方面，支撑市场业务创收。通过云网关技术赋能新业务，结合目前已成熟业务产品，能够有效提升家宽ARPU值，并创建更优的服务品牌形象。下面以目前可商用部署的应用为例，分析云网关部署后可能带来的增值业务收入，云网关赋能新业务收益分析如表3所示。
表3 云网关赋能新业务收益分析（每千万用户）
注：1.业务用户渗透率参照行业相关数据。2.场景化宽带、云游戏、云电脑、云NAS参照市场相关产品定价。
面向家庭算力网络的云网关解决方案，不仅彻底解耦了家宽用户业务与硬件终端的强绑定，将家庭局域网边界延伸至运营商云端，为用户提供各类增值服务（如云游戏、云NAS、云电脑等），同时还能帮助运营商优化家宽网络架构，降低家宽网关新装和维护成本，突破终端网关单点算力瓶颈及业务适配难关，满足业务灵活部署、开通需求，支撑新兴业务和运营模式。
