網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展與變革分析

況文杰+陳征望+蔡道威

摘要：網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展是有目共睹的，其進(jìn)入了一個(gè)前所未有的發(fā)展時(shí)期，在通信流量保持快速增長(zhǎng)的同時(shí)，業(yè)務(wù)應(yīng)用將呈現(xiàn)更為豐富的多樣性。依靠單項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)一步突破愈來(lái)愈難滿足上述發(fā)展的需求，技術(shù)深度融合將是今后5？10年的主要發(fā)展趨勢(shì)。另一方面，網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)正日益發(fā)展成為一個(gè)復(fù)雜巨系統(tǒng)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念與方法正遭遇巨大的挑戰(zhàn)，必須在基礎(chǔ)理論與方法、基礎(chǔ)器件、支撐軟件、終端形態(tài)、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法尋求新的基礎(chǔ)性和革命性的突破，才能使未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)滿足人類社會(huì)更為長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展需求。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)；發(fā)展；變革

1.網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)當(dāng)前的發(fā)展態(tài)勢(shì)

我國(guó)網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展正處于深度交叉與融合的階段，同時(shí)也是向著新技術(shù)革命的關(guān)鍵時(shí)期。一方面，網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域的各種單項(xiàng)技術(shù)發(fā)展已趨于性能極限，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)正呈現(xiàn)高速光互聯(lián)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、新型微電子與光電子器件、大規(guī)模射頻與天線技術(shù)密切結(jié)合與相互融合的特征，以應(yīng)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)爆炸式增長(zhǎng)與多樣性發(fā)展的應(yīng)用需求。另一方面，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展正逐漸遇到靠漸進(jìn)式改進(jìn)難以繼續(xù)發(fā)展的重大障礙：摩爾定律難以維系；傳統(tǒng)的基于“光—電—光”轉(zhuǎn)換原理的高速網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備的性能正逐步受制于功耗的限制；以IP為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)愈來(lái)愈難以實(shí)現(xiàn)業(yè)界所追求的可管、可控、可信之目標(biāo)；可方便用于移動(dòng)互聯(lián)的無(wú)線頻率資源正趨于枯竭等等，必須在網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的基本原理、基礎(chǔ)器件、資源利用方式、系統(tǒng)構(gòu)架等尋求新的基礎(chǔ)性和革命性突破，才能使未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)滿足人類社會(huì)更為長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展需求。

2.網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)與挑戰(zhàn)

（1） 互聯(lián)網(wǎng)在世界范圍內(nèi)的影響力已經(jīng)到達(dá)一定程度，且具有難以撼動(dòng)的發(fā)展慣性，也在某種程度阻礙了信息通信領(lǐng)域革命性新技術(shù)的發(fā)生。以IP為核心的技術(shù)體系仍然將主宰未來(lái)5？10年全球信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，但將面臨可擴(kuò)展性、安全性、實(shí)時(shí)性、可管理性等重大技術(shù)挑戰(zhàn)。

（2） 互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系并非一成不變，革命性的新元素不斷融合到現(xiàn)有IP技術(shù)體系。隨著不同類型的需求快速增長(zhǎng)，除引發(fā)互聯(lián)網(wǎng)流量持續(xù)快速增長(zhǎng)外，網(wǎng)絡(luò)流量的非均勻分布特性、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)內(nèi)容多樣化，使得靈活的鏈路調(diào)配能力和豐富的業(yè)務(wù)適配能力成為網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的關(guān)鍵，引發(fā)軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）以及信息中心網(wǎng)絡(luò)（ICN）等新興技術(shù)快速發(fā)展。

（3） 面向特殊應(yīng)用的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將有可能成為互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系取得率先突破的關(guān)鍵領(lǐng)域。隨著互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)行業(yè)深度融合發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)+、工業(yè)4.0等將成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)命脈領(lǐng)域的新支柱，對(duì)現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在可靠性、實(shí)時(shí)性、服務(wù)等級(jí)、業(yè)務(wù)多樣性等方面提出了一系列全新的挑戰(zhàn)，輕量化、可裁剪、軟件可定義的IP網(wǎng)絡(luò)代表了未來(lái)行業(yè)應(yīng)用的發(fā)展方向。

（4） IT技術(shù)融合步入加速發(fā)展期，技術(shù)與產(chǎn)業(yè)生態(tài)在未來(lái)10年將發(fā)生劇烈變革。信息網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具備融合感知、計(jì)算、存儲(chǔ)及處理功能，使得網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)和設(shè)備向“IT化”、“云化”和“數(shù)據(jù)中心化”演進(jìn)，平臺(tái)通用化成為電信領(lǐng)域重要的發(fā)展方向，帶來(lái)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)、設(shè)備形態(tài)變化和組網(wǎng)運(yùn)營(yíng)模式變革，OTT運(yùn)營(yíng)商、電信運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備制造商正在尋求自己在未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的全新定位。

（5）3D、虛擬現(xiàn)實(shí)、全息圖像等高帶寬新興業(yè)務(wù)的快速普及，使得網(wǎng)絡(luò)傳輸容量的進(jìn)一步快速提升仍然任重而道遠(yuǎn)。2018年全球IP流量將是2013年的4倍，高峰期流量將達(dá)到1Pbps，其中80%以上是視頻流量。P比特級(jí)傳輸、E比特級(jí)交換、千兆以上接入將逐步成為現(xiàn)實(shí)。

3.網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的潛在突破

（1） 在非精準(zhǔn)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論的不斷突破。自從Shannon在1948年發(fā)現(xiàn)信息論以來(lái)，通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)始終無(wú)法脫離該理論的制約，即使網(wǎng)絡(luò)技術(shù)極為發(fā)達(dá)的今天，Shannon信息論仍然是不可或缺的理論基礎(chǔ)。工程師們所能夠做的僅僅是使用各種工程手段，使系統(tǒng)的性能逼近Shannon信息論在各種環(huán)境約束條件下所能提供的性能界，精準(zhǔn)設(shè)計(jì)成為業(yè)界長(zhǎng)期追求的目標(biāo)。但不幸的是，這種精準(zhǔn)設(shè)計(jì)愈來(lái)愈難以適應(yīng)日益復(fù)雜的通信巨系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。以概率設(shè)計(jì)和“夠用就好”理念設(shè)計(jì)復(fù)雜的通信系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)將逐步成為必然，基于大數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)通信網(wǎng)絡(luò)是這方面的一個(gè)范例，基于大數(shù)定理及概率統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)大規(guī)模天線無(wú)線通信系統(tǒng)則是另外一個(gè)范例。

（2） 網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)關(guān)鍵器件突破。采用各種新工藝或混合工藝（如高K材料、銦磷材料、寬禁帶材料等）進(jìn)一步提升基礎(chǔ)器件的極限特性，作為通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)者當(dāng)然愿意樂(lè)享其成。通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)者通常更加注重的是在可使用的工藝上開(kāi)發(fā)出更加適用于復(fù)雜通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)器件，當(dāng)單個(gè)處理單元性能趨于極限時(shí)，并行處理是必然選擇。

（3） 網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)資源利用突破。盡管光纖通信所需的波長(zhǎng)資源在未來(lái)可能成為制約通信系統(tǒng)性能提高的關(guān)鍵因素，但無(wú)線頻譜資源的日趨匱乏已成為限制移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)容量提升的瓶頸所在，開(kāi)發(fā)毫米波、太赫茲以及可見(jiàn)光等新的頻譜資源將得到業(yè)界更為廣泛的重視。依據(jù)傳統(tǒng)的觀點(diǎn)，毫米波及更高的頻譜資源難以應(yīng)用于大范圍的無(wú)線覆蓋，但近年來(lái)的研究表明，如果采用分布式或集中式的大規(guī)模天線陣列（天線數(shù)達(dá)到數(shù)千或者數(shù)萬(wàn)），大范圍無(wú)線覆蓋仍然是可能的。如果這方面的努力是富有成效的，將開(kāi)啟無(wú)線頻譜資源利用的全新模式。

（4） 終端應(yīng)用形態(tài)突破。自從蘋果公司開(kāi)創(chuàng)了智能手機(jī)應(yīng)用的新模式以來(lái)，通信世界走向了“千機(jī)一面”的大一統(tǒng)局面，今后5？10年也正是孕育著物極必反的革命性變革的機(jī)遇期。3D、虛擬現(xiàn)實(shí)等新興業(yè)務(wù)的發(fā)展以及可折疊顯示屏（OLED）、柔性電子技術(shù)的日趨成熟，為這種變革提供了可能，孕育著嶄新形式的個(gè)人通信終端信息承載平臺(tái)的誕生。

（5） 網(wǎng)絡(luò)支撐軟件突破。根據(jù)業(yè)內(nèi)專家的預(yù)計(jì)，通信網(wǎng)絡(luò)的平臺(tái)通用化將是其未來(lái)5？10年的主要發(fā)展趨勢(shì)，現(xiàn)有的基于Linux命令行的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)難以滿足通信網(wǎng)絡(luò)的高效開(kāi)發(fā)需求，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)將成為技術(shù)的制高點(diǎn)，也將是通信網(wǎng)絡(luò)整個(gè)生態(tài)鏈中最核心的組成部分，所有的業(yè)務(wù)與應(yīng)用都需要圍繞網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)與生長(zhǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]尤肖虎.網(wǎng)絡(luò)通信融合發(fā)展與技術(shù)革命[J].中國(guó)科學(xué)：信息科學(xué)， 2017， 47： 144–148endprint