上海貝爾2016年信息通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)展望

上海貝爾

上海貝爾2016年信息通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)展望

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隨著“萬物互聯(lián)”時代的到來，信息通信網(wǎng)絡(luò)及其產(chǎn)業(yè)作為數(shù)字化的基石，正面臨重構(gòu)的機遇與挑戰(zhàn)。上海貝爾先知先覺，展望未來支撐通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)。

數(shù)字化生存已經(jīng)是當(dāng)今社會的主要特征，互聯(lián)網(wǎng)帶來的變革不僅改變了我們的生活方式，更是深刻改變甚至顛覆了傳統(tǒng)行業(yè)。這一變革還遠沒有停止，隨著萬物互聯(lián)時代的到來，物理世界和數(shù)字世界的融合將構(gòu)建一個全連接的數(shù)字化社會。信息通信網(wǎng)絡(luò)及其產(chǎn)業(yè)作為數(shù)字化的基石，正面臨重構(gòu)的機遇與挑戰(zhàn)?！皩拵е袊薄ⅰ盎ヂ?lián)網(wǎng)+”以及“中國制造2025”等國家戰(zhàn)略的出臺，正是應(yīng)對數(shù)字化生存所帶來挑戰(zhàn)的直接體現(xiàn)。

回顧2015年，信息消費持續(xù)升溫，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)穩(wěn)步發(fā)展，LTE建設(shè)大潮未落，5G標(biāo)準(zhǔn)研究逐漸發(fā)力，云計算、大數(shù)據(jù)熱度未減，SDN/NFV方興未艾，新業(yè)務(wù)、新技術(shù)、新需求層出不窮。鑒往知來，礎(chǔ)潤而雨，未來信息通信網(wǎng)絡(luò)將呈現(xiàn)以云網(wǎng)集成、“無限”體驗、軟件定義、增強智能、萬物互聯(lián)、開放創(chuàng)新、泛在安全以及暢行節(jié)能為特征的發(fā)展趨勢。

未來網(wǎng)絡(luò)：云網(wǎng)集成

在未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，大量的網(wǎng)絡(luò)功能將在邊緣實現(xiàn)云化，因此網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)資源的部署將轉(zhuǎn)向各種類型的數(shù)據(jù)中心，而云技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合則構(gòu)成了集成云網(wǎng)絡(luò)（CIN）。CIN支持網(wǎng)絡(luò)可編程、多租戶和彈性，并實現(xiàn)SDN、NFV和云平臺的無縫結(jié)合。低時延和高吞吐的業(yè)務(wù)必須靠近用戶，從而形成邊際云節(jié)點，并提供高帶寬連接。寬帶接入作為用戶獲取服務(wù)的手段，逐漸統(tǒng)一到“短無線”和“長有線”的融合接入方式?！岸虩o線”是指用戶終端的最終接入手段無線化，使得用戶的接入更加方便；“長有線”是指有線寬帶接入盡可能地靠近用戶終端，保障用戶接入的高帶寬需求，從而提升用戶體驗，降低建網(wǎng)成本。此外，云計算和IoT技術(shù)的普及將在網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)增強網(wǎng)絡(luò)的智能，進而加速業(yè)務(wù)的自動化過程甚至促生新的通信業(yè)務(wù)。

未來網(wǎng)絡(luò)的邊緣節(jié)點將形成統(tǒng)一的分布式數(shù)據(jù)中心，運營商采用SDN/NFV技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)的邊緣實現(xiàn)各種各樣的網(wǎng)絡(luò)功能，比如vCPE、vCDN、vRAN和vBNG等，稱為“軟邊緣”。在網(wǎng)絡(luò)的核心則充分利用硬件的高速轉(zhuǎn)發(fā)性能，實現(xiàn)簡單、面向連接、大顆粒度的業(yè)務(wù)流高速轉(zhuǎn)發(fā)，稱為“硬核心”。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)提供集中化的控制平面，貫穿整個邊緣和核心網(wǎng)絡(luò)，為各種分布式業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備建立連接。通過對網(wǎng)絡(luò)切片、操作系統(tǒng)建立網(wǎng)絡(luò)的邏輯視圖，形成各種虛擬網(wǎng)絡(luò)，從而將網(wǎng)絡(luò)真正地抽象出來。

泛在接入：“無限”體驗

未來的接入網(wǎng)絡(luò)不僅需要以經(jīng)濟成本提供用戶所需的更大業(yè)務(wù)帶寬，滿足千倍流量增長的需求，而且還需要滿足百倍于人人通信數(shù)量級的物物連接數(shù)，以及人人、人物及物物無所不在的連接需求。在云網(wǎng)集成的大背景下，未來的接入網(wǎng)絡(luò)將體現(xiàn)前所未有的融合趨勢，呈現(xiàn)出“長有線、短無線”的發(fā)展特點，即使在資源受限的情況下，也能為用戶提供隨時隨地的“無限”接入體驗，滿足帶寬、連接數(shù)的極大需求。

隨著4K極清視頻、多媒體社交網(wǎng)絡(luò)分享以及個人云應(yīng)用等新型業(yè)務(wù)的不斷豐富，個人用戶對于帶寬的需求呈現(xiàn)出爆炸式增長，對稱的百兆乃至千兆入戶在全球范圍內(nèi)也將更為普遍。對稱10G PON結(jié)合FTTH正成為寬帶網(wǎng)絡(luò)的戰(zhàn)略投入領(lǐng)域，其中XGS PON光模塊可以與10G EPON共享相同的產(chǎn)業(yè)鏈, 能夠以經(jīng)濟的成本實現(xiàn)10Gbit/s對稱帶寬；同時，基于G.989協(xié)議，確保向支持40Gbit/s帶寬的TWDM PON（NGPON2）平滑演進。PON的應(yīng)用不斷拓展到更多領(lǐng)域，利用PON可經(jīng)濟高效地為LTE乃至5G無線小型基站提供回傳或前傳，通過“補盲補熱”，大幅提升移動用戶體驗，逐步演進到“固移融合”。此外，POL無源光局域網(wǎng)將“光進銅退”推進到企業(yè)局域網(wǎng)，大幅降低機房空間、設(shè)備能耗和總投資成本，是企業(yè)新建和改造辦公網(wǎng)絡(luò)的重要選擇，成為PON未來發(fā)展的重點領(lǐng)域。

未來移動通信將主要支持移動寬帶和IoT兩大類業(yè)務(wù)，在無線接入方面存在顛覆和演進兩條技術(shù)路線，共同構(gòu)成未來5G網(wǎng)絡(luò)。5G顛覆性技術(shù)包括多載波技術(shù)UF-OFDM、超窄帶通信、大規(guī)模MIMO系統(tǒng)、超密集組網(wǎng)、毫米波通信、5G與LTE及Wi-Fi的集成等；向5G演進的LAA、FD-MIMO/BF、NB-IoT等LTE-A Pro技術(shù)，將滿足未來IoT與移動寬帶的部分需求。在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面，借助于云計算、SDN、NFV及網(wǎng)絡(luò)虛擬化等技術(shù)，5G將創(chuàng)建以用戶和業(yè)務(wù)為中心、服務(wù)虛擬化與定制化的網(wǎng)絡(luò)切片，動態(tài)適配流量拓?fù)渑c連接數(shù)，全面滿足移動寬帶與IoT等多元化業(yè)務(wù)需求。

智能連接：軟件定義

基于固定帶寬的靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)難以應(yīng)對動態(tài)變化的數(shù)據(jù)流量和帶寬調(diào)整的需求，因此，建立軟件定義的智能連接，將是承載網(wǎng)發(fā)展的重要方向。軟件定義的智能連接除需具備更高速率、更低時延、按需帶寬分配等特征外，還將引入SDN控制層實現(xiàn)全網(wǎng)狀態(tài)下的自動彈性調(diào)整。IP和光傳輸作為連接的主要元素，與光/電物理技術(shù)的發(fā)展緊密相連。為此，為提升網(wǎng)絡(luò)效率，除了優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、增加網(wǎng)絡(luò)智能外，還需采用新型材料和芯片技術(shù)，以實現(xiàn)智能連接，滿足云/數(shù)據(jù)中心間的長距離連接、5G移動前傳網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心內(nèi)的短距離連接等需求。

SDN是承載網(wǎng)實現(xiàn)軟件定義連接的重要手段，可以實現(xiàn)IP與光網(wǎng)絡(luò)在控制、管理和數(shù)據(jù)3個平面的融合，并做到IP層與光層的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔蚕怼⒕W(wǎng)絡(luò)資源統(tǒng)一管理、網(wǎng)絡(luò)連接協(xié)同配置。其次，實施IP/光網(wǎng)絡(luò)連接的按需精準(zhǔn)化動態(tài)調(diào)整，為上層業(yè)務(wù)提供虛擬動態(tài)切片網(wǎng)絡(luò)和連接。同時，運營商通過提升IP網(wǎng)絡(luò)接口和光傳輸路徑帶寬，減少網(wǎng)絡(luò)層次，并由集中化的控制單元計算最優(yōu)的路徑，為用戶提供低延時的網(wǎng)絡(luò)連接，滿足時間敏感性業(yè)務(wù)的需求。

此外，在光電技術(shù)上，采用新型的BiCMOS電路設(shè)計、鍺硅材料、硅光集成技術(shù)等，以減小器件尺寸、提高時鐘頻率、改善光路性能，提供200G/400G/500G的靈活可調(diào)高速光連接和T比特級的光系統(tǒng)，以及路由器單端口400G的接口能力。在IP業(yè)務(wù)上，軟件定義的VPN實現(xiàn)了企業(yè)VPN的快速靈活部署，緊密整合企業(yè)VPN和DC資源；引入策略驅(qū)動的修改和自動化，使分散的用戶端可根據(jù)應(yīng)用需求自助服務(wù)。

萬物互聯(lián)：網(wǎng)絡(luò)為本

網(wǎng)絡(luò)是萬物互聯(lián)之根本，“中國制造2025”、“互聯(lián)網(wǎng)+”等國家戰(zhàn)略的實施，都將以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)設(shè)施和創(chuàng)新要素，推動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。為順應(yīng)需求，網(wǎng)絡(luò)首先必須具備高可靠的通信能力；其次，物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)連接類型豐富多樣，含近程網(wǎng)絡(luò)、接入網(wǎng)絡(luò)以及業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)等，需要通信網(wǎng)絡(luò)具備異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間的無縫信息交換能力；最后，需要端到端的安全機制保障企業(yè)資產(chǎn)及業(yè)務(wù)安全。

云網(wǎng)集成的未來網(wǎng)絡(luò)結(jié)合了SDN、NFV和云計算技術(shù)，為萬物互聯(lián)提供了堅實的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。第一,邊際云同時支持低網(wǎng)絡(luò)時延和高帶寬，確保云輔助駕駛、增強現(xiàn)實等業(yè)務(wù)的實施；第二,針對物聯(lián)網(wǎng)海量終端信令開銷大的難點，利用網(wǎng)絡(luò)虛擬化中的切片功能，為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供虛擬專屬網(wǎng)絡(luò)，并優(yōu)化其信令設(shè)計；第三,邊際云提供的高性能處理能力，為大量低功耗、低處理能力的IoT終端完善了其業(yè)務(wù)功能；第四,集成云網(wǎng)絡(luò)提供高效和可信環(huán)境,全面保障物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的生產(chǎn)、交換和使用的安全。隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的不斷豐富和普及，集成云網(wǎng)絡(luò)的重要性將日益凸顯。

業(yè)務(wù)平臺：開放創(chuàng)新

云網(wǎng)集成的未來網(wǎng)絡(luò)，為運營商打造開放創(chuàng)新業(yè)務(wù)平臺提供廣闊發(fā)展空間。敏捷創(chuàng)建、自動部署、按需提供、精益運維將是業(yè)務(wù)平臺的發(fā)展趨勢。未來業(yè)務(wù)平臺將以構(gòu)建端到端網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)為中心，更加關(guān)注業(yè)務(wù)編排、網(wǎng)絡(luò)資源的統(tǒng)一調(diào)度和NFVI的管理。為此，需要將物理及虛擬的網(wǎng)絡(luò)資源統(tǒng)一抽象，根據(jù)業(yè)務(wù)需求，構(gòu)建新型的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)模型，對網(wǎng)絡(luò)資源數(shù)據(jù)進行動態(tài)分析，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)鏈的自動高效鏈接；通過實時分析業(yè)務(wù)狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)運行監(jiān)控、故障分析和恢復(fù)等措施，完成業(yè)務(wù)實現(xiàn)和業(yè)務(wù)保障的動態(tài)管理；基于OpenStack、TOSCA、USDL等技術(shù)和NETCONF/YANG等開放協(xié)議接口、以及DevOps、開源軟件等創(chuàng)新模式，實現(xiàn)開放的業(yè)務(wù)平臺。

開放的平臺提供多樣化的業(yè)務(wù)創(chuàng)新能力，更好地支持物聯(lián)網(wǎng)與移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、支撐運營商探索新型B2B業(yè)務(wù)。例如按時按需帶寬、增強網(wǎng)絡(luò)切片用戶控制、實時上下相關(guān)的服務(wù)質(zhì)量優(yōu)化、跨運營商動態(tài)虛擬網(wǎng)絡(luò)等動態(tài)使能業(yè)務(wù)；企業(yè)接入（SD-VPN、 vCPE）、IaaS（計算、存儲、桌面）和安全服務(wù)（例如防火墻、入侵檢測、入侵防護、內(nèi)容過濾和端點安全）等網(wǎng)絡(luò)擴展業(yè)務(wù)；情境感知、大數(shù)據(jù)處理及分析、增強智能等網(wǎng)絡(luò)智能業(yè)務(wù)。

泛在安全：按需定制

“中國制造2025”、“互聯(lián)網(wǎng)+”等一系列戰(zhàn)略的順利實施，互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)多樣化業(yè)務(wù)的健康發(fā)展，需要全方位的信息安全保障。采用系統(tǒng)性的安全方法，將傳統(tǒng)的安全功能進行重構(gòu)，借助于全網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，結(jié)合自動防護安全管理功能，將重構(gòu)后的安全功能推送給對安全有需求的網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用，使其能根據(jù)自身運行環(huán)境定制安全功能，實現(xiàn)動態(tài)的安全服務(wù)。

NFV增強了安全的靈活性和擴展性，SDN的集中控制則促進了對網(wǎng)絡(luò)攻擊進行自動快速地響應(yīng)。借助于NFV和SDN的技術(shù)優(yōu)勢，將傳統(tǒng)的安全功能如基于端點、邊界、網(wǎng)絡(luò)的安全進行虛擬化，結(jié)合新增加的安全功能（如安全分析、安全攻擊自動化管理等），構(gòu)建一個網(wǎng)絡(luò)安全能力中心；網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用通過SDN控制器在調(diào)用網(wǎng)絡(luò)資源的同時，根據(jù)具體安全需求向網(wǎng)絡(luò)安全能力中心請求相應(yīng)的安全服務(wù)能力，SDN控制器根據(jù)相應(yīng)的安全需求和安全策略將安全服務(wù)能力推送給網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用進行安全服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用運行結(jié)束時，其所請求的安全服務(wù)能力也會終止，從而實現(xiàn)按需供給的動態(tài)安全服務(wù)。

此外，量子密碼技術(shù)將是未來通信網(wǎng)絡(luò)安全保障的重要補充。由于傳統(tǒng)的基于大數(shù)分解的加密算法（如RSA）面臨云計算時代超高計算能力帶來的威脅，而量子技術(shù)的測不準(zhǔn)原理能防止秘密信息的泄露，從而有效地提高網(wǎng)絡(luò)安全可靠性。

綠色通信：暢行節(jié)能

當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心消耗了全球約4%的電力，是影響碳排放量的重要因素。不斷增強的終端能力、不斷增長的帶寬需求以及物聯(lián)網(wǎng)的日漸興起，帶來了千倍流量增長的難題。按現(xiàn)有的建網(wǎng)方式，能量消耗將隨流量的增長而線性增長，這不論是從可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)角度、環(huán)保立法力度不斷加大的法制角度，還是從運營商的投資角度而言，都是無法接受的。

根據(jù)GreenTouch的研究成果，綠色節(jié)能的通信技術(shù)趨勢主要有針對移動接入網(wǎng)的BCG（Beyond Cellular Green Generation）、LSAS（Large Scale Antenna System）、GTT（Green Transmission Technologies）等，針對固定接入網(wǎng)的Bi-PON、虛擬家庭網(wǎng)關(guān)、重設(shè)計P2P光收發(fā)器等，針對核心骨干網(wǎng)能源感知的智能保護、光旁路、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋬?yōu)化、邊際云等。貝爾實驗室的研究顯示，在考慮了到2020年的業(yè)務(wù)流量將急劇增長的情況下，綜合技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、器件、算法和協(xié)議等節(jié)能手段，在移動接入網(wǎng)、固定接入網(wǎng)和核心骨干網(wǎng)上的能效比2010年分別提升1萬倍、254倍和316倍，從而使得2020年端到端通信網(wǎng)絡(luò)的凈能耗將只是2010年的1/50。這表明，采用綠色通信技術(shù)，不僅能滿足未來網(wǎng)絡(luò)流量千倍增長的需求，提供給用戶無限暢行的體驗，同時還可實現(xiàn)增效節(jié)能，減少投資。

綜上所述，網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)字化生存的基礎(chǔ)，其可持續(xù)發(fā)展是永恒的話題。面對日益嚴(yán)峻的量收“剪刀差”困局，運營商只有借助互聯(lián)網(wǎng)思維和ICT技術(shù)進行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、運營重構(gòu)和產(chǎn)業(yè)鏈重構(gòu)，才能實現(xiàn)突破。作為信息傳送主體的網(wǎng)絡(luò)，將和信息處理的主體數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)緊密集成，在SDN/NFV、云技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)的支撐下，未來網(wǎng)絡(luò)的總體目標(biāo)將是一個簡單、開放、安全、可編程的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)的物理實現(xiàn)，將圍繞電信數(shù)據(jù)中心展開，逐步實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能、業(yè)務(wù)和應(yīng)用的軟件化和虛擬化，并借助云技術(shù)實現(xiàn)彈性、動態(tài)和自動化。網(wǎng)絡(luò)虛擬化為業(yè)務(wù)多樣性、運營模式多樣性以及網(wǎng)絡(luò)運營從B2C向B2B轉(zhuǎn)變提供技術(shù)支撐。