未來(lái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)研究

宣恒農(nóng)　劉田田　張潤(rùn)馳　趙冬　苗春玲

摘 要： 多媒體網(wǎng)絡(luò)、智能網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)使互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展面臨挑戰(zhàn)。針對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)狀，指出了進(jìn)行未來(lái)網(wǎng)絡(luò)研究的必要性；簡(jiǎn)要描述了未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的概念；回顧了未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的研究規(guī)劃；闡明了國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，其中包括：物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算、云安全和系統(tǒng)級(jí)故障診斷等；在此基礎(chǔ)上分析了未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)，預(yù)測(cè)其發(fā)展前景，以及在發(fā)展中有待解決的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞： 未來(lái)網(wǎng)絡(luò)； 物聯(lián)網(wǎng)； 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)； 云計(jì)算； 系統(tǒng)級(jí)故障診斷

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2014）03-01-02

0 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)已成為一種涉及多學(xué)科、高科技的應(yīng)用領(lǐng)域，其性質(zhì)從一個(gè)以科研為主的網(wǎng)絡(luò)逐步演變?yōu)槿蛞?guī)模的信息基礎(chǔ)設(shè)施。上世紀(jì)90年代以來(lái)，以Internet為代表的互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入高速發(fā)展階段之后，出現(xiàn)了多媒體網(wǎng)絡(luò)、智能網(wǎng)絡(luò)等，與原有互聯(lián)網(wǎng)的矛盾逐漸凸顯，這些矛盾已經(jīng)影響到網(wǎng)絡(luò)的可持續(xù)發(fā)展，這使得對(duì)新一代網(wǎng)絡(luò)的研究提上日程，于是催生出“未來(lái)網(wǎng)絡(luò)（Future Network）”[1]，如今未來(lái)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究成了炙手可熱的新領(lǐng)域。未來(lái)網(wǎng)絡(luò)也叫“下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN，Next Generation Network）”或“下一代互聯(lián)網(wǎng)（Next Generation of Internet）”，學(xué)術(shù)界至今未有明確的定義[2]。

1 未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的研究規(guī)劃

1993年美國(guó)政府提出了“NGII（Next Generation Internet-

Initiative）”計(jì)劃，該計(jì)劃的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)規(guī)模更大、速度更快的下一代網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提供更為先進(jìn)、實(shí)時(shí)性更高的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)，實(shí)現(xiàn)更快速的交換和路徑選擇，同時(shí)保證網(wǎng)絡(luò)信息的可靠性和安全性。

2005年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)設(shè)立了兩項(xiàng)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃：未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)計(jì)劃（FIND）和全球網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新環(huán)境計(jì)劃（GENI）。2007年歐盟啟動(dòng)第七框架計(jì)劃，建立歐洲未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)研究和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（FIRE），投入達(dá)4000萬(wàn)歐元。

我國(guó)為了徹底改變互聯(lián)網(wǎng)落后于人的現(xiàn)狀，抓住未來(lái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展機(jī)遇，國(guó)家級(jí)的戰(zhàn)略研究項(xiàng)目“中國(guó)下一代互聯(lián)網(wǎng)國(guó)家示范工程項(xiàng)目（CNGI）”于2003年醞釀并啟動(dòng)。以此搭建我國(guó)第一個(gè)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，致力于未來(lái)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的研究。

2 未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)[3-4]較早的定義是由MIT Auto ID Center 在1999年提出的：在現(xiàn)有計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用RFID、無(wú)限數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，構(gòu)造一個(gè)以實(shí)現(xiàn)物品自動(dòng)識(shí)別和信息互聯(lián)共享功能，并且能夠覆蓋世界萬(wàn)事萬(wàn)物的未來(lái)超級(jí)網(wǎng)絡(luò)，即物聯(lián)網(wǎng)。

2009年，IBM提出“智慧的地球”，全世界為之沸騰，物聯(lián)網(wǎng)再次掀起熱潮，許多國(guó)家將發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)納入重大信息發(fā)展戰(zhàn)略之中。

“智慧的地球”利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)試圖改變政府、公司和個(gè)人之間的交互方式，從而實(shí)現(xiàn)更廣泛的互聯(lián)互通以及更深入的智能化。物聯(lián)網(wǎng)在歐洲受到了歐盟委員會(huì)的高度重視已被正式立為歐洲戰(zhàn)略性發(fā)展計(jì)劃，作為全球第一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，《歐盟物聯(lián)網(wǎng)行動(dòng)計(jì)劃》于2009年正式出臺(tái)，該計(jì)劃標(biāo)志著歐盟國(guó)家層面上將物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)提上日程。同年，中國(guó)國(guó)務(wù)院總理溫家寶提出“感知中國(guó)”之后，物聯(lián)網(wǎng)也成了我國(guó)的研究熱點(diǎn)，國(guó)內(nèi)各大電信運(yùn)營(yíng)商紛紛將物聯(lián)網(wǎng)作為未來(lái)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的重點(diǎn)發(fā)展方向。此外，新加坡公布了“智慧2015”，澳大利亞、法國(guó)、德國(guó)等都在加快未來(lái)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)步伐[5-6]。

2.2 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)

數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)[7]是指數(shù)據(jù)中心內(nèi)部通過(guò)高速鏈路以及交換機(jī)連接大量服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的核心是由數(shù)萬(wàn)臺(tái)高性能服務(wù)主機(jī)按照新型拓?fù)溥B接而成，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)為各類(lèi)用戶(hù)提供大數(shù)據(jù)處理服務(wù)。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和存儲(chǔ)技術(shù)，結(jié)合“設(shè)備虛擬化”理念，承載了網(wǎng)絡(luò)中大部分的服務(wù)請(qǐng)求和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量，提供高效率的大數(shù)據(jù)運(yùn)算功能，為客戶(hù)業(yè)務(wù)提供高性?xún)r(jià)比的數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，體現(xiàn)了一種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)集中化的思想。

目前，全球數(shù)據(jù)中心總量大約為350萬(wàn)個(gè)，主要集中分布在美國(guó)、歐洲、日本和中國(guó)等地區(qū)。其中，美國(guó)和歐洲的數(shù)據(jù)中心數(shù)量幾乎占據(jù)全球總量的一半。關(guān)于數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的研究成果有軟件定義數(shù)據(jù)中心（DCN）、“OpenFlow”網(wǎng)絡(luò)交換模型[9]、國(guó)內(nèi)學(xué)者劉曉茜等人提出的“雪花結(jié)構(gòu)模型”[10]等。在未來(lái)一段時(shí)期內(nèi)，虛擬化，高速化，集中化，支持大數(shù)據(jù)將是數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)可預(yù)見(jiàn)的發(fā)展趨勢(shì)。

2.3 云計(jì)算

云計(jì)算[11]是一種可以調(diào)用的虛擬化資源池，這些資源池可以根據(jù)負(fù)載動(dòng)態(tài)重新配置，以達(dá)到最優(yōu)化使用的目的。云計(jì)算由Web服務(wù)和網(wǎng)格的演化、發(fā)展而來(lái)，故而云計(jì)算與這兩者有很多相似之處。目前，世界級(jí)大公司亞馬遜、微軟、谷歌、英特爾等均提出“云計(jì)劃”，例如Google的云計(jì)算平臺(tái)和云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序、IBM和Google聯(lián)合進(jìn)行的“藍(lán)云”計(jì)劃、亞馬遜云計(jì)算AWS（Amazon Web Service）計(jì)劃等[12]。

2.4 云安全與系統(tǒng)級(jí)故障診斷

在未來(lái)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究和發(fā)展過(guò)程中，傳統(tǒng)的反病毒模式已不能滿(mǎn)足新型網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的安全需求，應(yīng)運(yùn)而生的是云安全技術(shù)（Cloud security technology）。云安全技術(shù)的思想就是通過(guò)云端的服務(wù)器，即時(shí)搜集海量的病毒庫(kù)信息，對(duì)使用者的本地端進(jìn)行及時(shí)有效的保護(hù)，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)共享信息的目的。

相比傳統(tǒng)的反病毒技術(shù)，云安全技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)：一方面，云中病毒樣本是從大量客戶(hù)端收集的，相比傳統(tǒng)病毒庫(kù)更全面，提高了查殺病毒的能力和處理效率；另一方面，傳統(tǒng)用戶(hù)在病毒查殺時(shí)需要耗費(fèi)大量計(jì)算機(jī)資源，而云安全技術(shù)將查殺病毒放在服務(wù)端，節(jié)省了計(jì)算機(jī)用戶(hù)本地的資源耗費(fèi)，客戶(hù)端體積更小，功能更強(qiáng)。

為了使未來(lái)網(wǎng)絡(luò)能夠健康的發(fā)展，“系統(tǒng)級(jí)故障診斷”扮演著不可缺少的角色。系統(tǒng)級(jí)故障診斷的大致思想是：讓系統(tǒng)中的處理機(jī)相互測(cè)試，通過(guò)對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行邏輯分析確定故障處理機(jī)?，F(xiàn)有的系統(tǒng)級(jí)故障診斷研究成果包括：基于PMC模型的DSD算法，基于Hopfield算法的Compete算法、集團(tuán)算法、基于PMC模型的遺傳算法、人工免疫診斷算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷算法，以及筆者提出的方程診斷算法[13-14]等。筆者首次建立PMC方程模型的定義（即PMC模型的方程描述），針對(duì)傳統(tǒng)的圖論診斷算法離不開(kāi)t-可診斷性和相信大多數(shù)（即假定系統(tǒng)中故障機(jī)的臺(tái)數(shù)少于處理機(jī)總臺(tái)數(shù)的一半）的特點(diǎn)，引入絕對(duì)故障基等概念，并充分運(yùn)用集團(tuán)工具，在不以t-可診斷性和相信大多數(shù)作前提假設(shè)的情況下，找到了求PMC模型全體相容故障模式的具體方法——方程診斷算法。

3 未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)

未來(lái)網(wǎng)絡(luò)在不久的將來(lái)究竟會(huì)發(fā)展成什么樣，我們不妨根據(jù)當(dāng)前的研究現(xiàn)狀，對(duì)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展前景作一個(gè)合理的預(yù)測(cè)。

3.1 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大和用戶(hù)數(shù)的激增

隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算以及多媒體技術(shù)大規(guī)模的發(fā)展與應(yīng)用，用戶(hù)和終端規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大。若以城域網(wǎng)為單位，用戶(hù)規(guī)模超千萬(wàn)、終端規(guī)模超億將成為未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的重要特征。PC的普及以及寬帶費(fèi)用的降低，使得一切都不是問(wèn)題，未來(lái)網(wǎng)絡(luò)全民時(shí)代的到來(lái)自然將不再是傳說(shuō)。美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì) （National Science Foundation）預(yù)測(cè)，截止到2020年，全球未來(lái)網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)將增加到50億。

3.2 未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的智能性

未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的智能性主要表現(xiàn)為，通過(guò)模擬人腦的思維活動(dòng)，為用戶(hù)提供更加方便、直觀(guān)、友好的應(yīng)用。目前，關(guān)于未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的智能化不僅體現(xiàn)在觸屏電腦、查閱資料、簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和簡(jiǎn)單的智能控制方面，未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的智能化發(fā)展空間還十分廣闊，如智能性決策系統(tǒng)、分布知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)、智能性分布控制系統(tǒng)、智能代理技術(shù)等。未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的智能化將為人們的生活帶來(lái)極大的便利，還需要進(jìn)一步加強(qiáng)研究和探索。

3.3 網(wǎng)絡(luò)多媒體

未來(lái)網(wǎng)絡(luò)把人們所需要的多種形式信息轉(zhuǎn)換成具有文字、圖形、圖像和聲音等多種信息形式。目前，數(shù)字?jǐn)z像輸入、壓縮解壓、語(yǔ)音聲控輸入等多媒體信息傳輸技術(shù)，視頻存儲(chǔ)、語(yǔ)音存儲(chǔ)等多媒體存儲(chǔ)技術(shù)，彩顯、彩打等多媒體利用控制技術(shù)，以及n4MX芯片等多媒體處理技術(shù)的發(fā)展，為多媒體技術(shù)和未來(lái)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合和發(fā)展，提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的多媒體性將為人類(lèi)日益豐富多彩的生活提供極大的便利和保障，成為未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的重點(diǎn)發(fā)展方向之一。

4 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，世界各國(guó)紛紛開(kāi)展關(guān)于未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的研究，在未來(lái)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)性能、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心等方面取得了許多重大成果。在進(jìn)展迅速的同時(shí)，未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的安全性、路由可擴(kuò)展性、信息甄別等是未來(lái)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)程中首先要解決的問(wèn)題。以現(xiàn)有的研究成果為基礎(chǔ)，繼續(xù)推進(jìn)并加大開(kāi)發(fā)研究力度，增進(jìn)全球范圍的交流合作，必將實(shí)現(xiàn)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，為全球網(wǎng)絡(luò)體系帶來(lái)一個(gè)劃時(shí)代的技術(shù)飛躍。

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