全維可定義的多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)體系研究

胡宇翔，伊鵬，孫鵬浩，鄔江興

（國(guó)家數(shù)字交換系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450002）

1 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和應(yīng)用的不斷發(fā)展，特別是大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等的出現(xiàn)和應(yīng)用，互聯(lián)網(wǎng)迎來(lái)了加速裂變式的新一輪革命，促使社會(huì)各方面發(fā)生顛覆性變化，并深刻改變著人類世界的空間軸、時(shí)間軸和思想維度[1]。然而，面對(duì)互聯(lián)網(wǎng)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)深度融合發(fā)展帶來(lái)的專業(yè)化服務(wù)承載需求，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)內(nèi)涵的發(fā)展卻未能充分支撐網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用外延的拓展，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)及由此構(gòu)建的技術(shù)體系存在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)僵化、IP 單一承載、未知威脅難以抑制等基礎(chǔ)性問(wèn)題，對(duì)質(zhì)量、安全、融合、擴(kuò)展、可管可控、效能、移動(dòng)等的支持能力低下，無(wú)法通過(guò)有限的資源動(dòng)態(tài)靈活地滿足泛在場(chǎng)景下各類型、各層次用戶對(duì)智慧化、多元化、個(gè)性化、高頑健、高效能等高質(zhì)量用網(wǎng)體驗(yàn)的需求[2]。

近10 多年來(lái)，為打破上述網(wǎng)絡(luò)發(fā)展困境、創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，世界各國(guó)均已在新型網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域開(kāi)展基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵技術(shù)攻研布局[3-4]，例如，美國(guó)不斷通過(guò)發(fā)布相關(guān)發(fā)展計(jì)劃或戰(zhàn)略來(lái)引導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展方向，先后啟動(dòng)了規(guī)模宏大的GENI、FIND、FIA 等計(jì)劃，并于2016 年啟動(dòng)“網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)研發(fā)計(jì)劃”，將高容量計(jì)算及基礎(chǔ)設(shè)施、大規(guī)模數(shù)據(jù)管理與分析、機(jī)器人與智能系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)安全與信息保障、軟件設(shè)計(jì)與生產(chǎn)等作為研發(fā)重點(diǎn)。2018 年9 月20 日，美國(guó)發(fā)布《國(guó)家網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)略》，概述了美國(guó)網(wǎng)絡(luò)的4 項(xiàng)支柱、10 項(xiàng)目標(biāo)與42 項(xiàng)優(yōu)先行動(dòng)。歐盟也將保持其在國(guó)際上科技和產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的發(fā)展重點(diǎn)之一聚焦在了信息網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，并先后啟動(dòng)了FIRE 和FIRE+計(jì)劃，資助相關(guān)研究累計(jì)超過(guò)400 余項(xiàng)。同時(shí)，歐盟發(fā)布“地平線 2020（Horizon 2020）”科研計(jì)劃。2018 年，國(guó)際電信聯(lián)盟成立Network 2030 焦點(diǎn)組（Focus Group on Technologies for Network 2030），旨在探索面向2030 年及以后的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)新技術(shù)發(fā)展。日本先后啟動(dòng)NWGN 和JGN2+計(jì)劃等，并提出泛在戰(zhàn)略U-Japan，即建設(shè)泛在的物聯(lián)網(wǎng)；日本發(fā)布的《科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新綜合戰(zhàn)略2016》聚焦超智能社會(huì)建設(shè)，綜合部署人工智能技術(shù)、設(shè)備系統(tǒng)、應(yīng)用的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化。我國(guó)也對(duì)新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域給予了高度的關(guān)注和重視，明確將“加快構(gòu)建高速、移動(dòng)、安全、泛在的新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施”列為重要任務(wù)，先后啟動(dòng)了國(guó)家“863”計(jì)劃、“973”計(jì)劃、重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目，并啟動(dòng)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“未來(lái)網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)設(shè)施”項(xiàng)目，以加快推進(jìn)新型網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施研發(fā)和升級(jí)。

在此背景下，目前學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界也在不斷努力探索未來(lái)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。AT&T 運(yùn)營(yíng)商提出的Domain2.0 網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型計(jì)劃和Vision 2020 計(jì)劃，通過(guò)SDN/NFV 技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施從“以硬件為中心”轉(zhuǎn)向“以軟件為中心”，實(shí)現(xiàn)了基于云架構(gòu)的開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)，也驗(yàn)證了軟件定義轉(zhuǎn)發(fā)、軟件定義互連、軟件定義硬件等理念和技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)?、協(xié)議、軟硬件、接口等進(jìn)行全維度定義。文獻(xiàn)[5]提出了一種協(xié)議無(wú)關(guān)、目標(biāo)設(shè)備無(wú)關(guān)和具備現(xiàn)場(chǎng)可重配置能力的數(shù)據(jù)平面編程語(yǔ)言P4，通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離機(jī)制，對(duì)計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行靈活調(diào)度和管理，基于功能可重構(gòu)、可編程等方法實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放、可擴(kuò)展和自演化能力。近年來(lái)，以內(nèi)容標(biāo)識(shí)[6]、空間坐標(biāo)標(biāo)識(shí)[7]、身份標(biāo)識(shí)[8]等為中心的新型尋址路由等技術(shù)發(fā)展迅速，已在部分行業(yè)網(wǎng)絡(luò)中初步應(yīng)用并取得良好效果，顯示出了多樣化尋址與路由的強(qiáng)大生命力。Clark 等[9]提出的網(wǎng)絡(luò)“知識(shí)平面”概念，意圖基于人工智能與認(rèn)知系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自配置、自適應(yīng)、自修復(fù)。Mestres 等[10]提出了知識(shí)定義網(wǎng)絡(luò)的概念，通過(guò)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)并基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行分析決策，進(jìn)而優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)配置和性能，一系列利用網(wǎng)絡(luò)以及人工智能（AI,artificial intelligence）和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML,machine learning）等整合的認(rèn)知技術(shù)，向自動(dòng)化性能管理和功能維護(hù)的“零接觸”網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。針對(duì)隨機(jī)故障或漏洞后門擾動(dòng)時(shí)的靜態(tài)性、確定性和相似性問(wèn)題，我國(guó)鄔江興院士團(tuán)隊(duì)[11]提出了擬態(tài)構(gòu)造技術(shù)并已在路由交換、域名服務(wù)等方面進(jìn)行設(shè)備開(kāi)發(fā)與試點(diǎn)應(yīng)用，運(yùn)用創(chuàng)新的系統(tǒng)構(gòu)造技術(shù)為解決網(wǎng)絡(luò)廣義頑健控制問(wèn)題開(kāi)辟了一條新途徑。

本文從網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造的角度來(lái)提升網(wǎng)絡(luò)的功能、性能、效能、安全等性質(zhì)，建立從底層到上層全維度可定義的靈活、通用“魔方”網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并以此為基礎(chǔ)提出了一種網(wǎng)絡(luò)各層功能多模態(tài)呈現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)——全維可定義的多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)（PINet,polymorphic smart network），支持尋址路由、交換模式、互連方式、網(wǎng)元形態(tài)、傳輸協(xié)議等的全維度定義和多模態(tài)呈現(xiàn)，支持互聯(lián)網(wǎng)的演進(jìn)式發(fā)展，從根本上滿足網(wǎng)絡(luò)智慧化、多元化、個(gè)性化、高頑健、高效能的業(yè)務(wù)需求。

2 多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)愿景與目標(biāo)

隨著互聯(lián)網(wǎng)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)深度融合發(fā)展，“互聯(lián)網(wǎng)+”“工業(yè)4.0”等成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)命脈領(lǐng)域的新支柱，互聯(lián)網(wǎng)在當(dāng)前社會(huì)中扮演的角色日益增多，使用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)的專業(yè)化、個(gè)性化需求不斷提升；多元化終端類型、接入方式不斷發(fā)展，人-人、人-機(jī)、機(jī)-機(jī)、網(wǎng)-網(wǎng)通信等成為常態(tài)，要求網(wǎng)絡(luò)必須為海量業(yè)務(wù)提供多元、個(gè)性、智慧、高效、頑健的服務(wù)。以此為導(dǎo)向，多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)旨在打造一個(gè)具有多模態(tài)功能呈現(xiàn)、全方位覆蓋、全業(yè)務(wù)承載、智慧化管理控制和內(nèi)生安全特性的新型網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)，如圖1 所示。

圖1 PINet 愿景與目標(biāo)

1)多模態(tài)功能呈現(xiàn)

面向?qū)I(yè)化、個(gè)性化服務(wù)承載需求，基于全維可定義的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)各層功能的多模態(tài)呈現(xiàn)，支持尋址路由、交換模式、互連方式、網(wǎng)元形態(tài)、傳輸協(xié)議等的全維度定義和多模態(tài)呈現(xiàn)。通過(guò)各種網(wǎng)絡(luò)模態(tài)間的互聯(lián)互通、協(xié)同組合、無(wú)縫切換，提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的多元化能力和對(duì)于用戶需求的個(gè)性化適應(yīng)能力。

在此，多模態(tài)體現(xiàn)為尋址路由、交換模式、互連方式、網(wǎng)元形態(tài)、傳輸協(xié)議等網(wǎng)絡(luò)要素的多種模態(tài)，其中，尋址路由體現(xiàn)為基于IP、內(nèi)容、身份、地理空間等標(biāo)識(shí)的多種尋址路由模態(tài)，交換模式體現(xiàn)為分組交換、新型電路交換等模態(tài)，互連方式體現(xiàn)為光纖、同軸等有線鏈路或Wi-Fi、LTE 等無(wú)線鏈路模態(tài)，網(wǎng)元形態(tài)體現(xiàn)為骨干級(jí)、匯聚級(jí)、接入級(jí)等的各種功能、性能、外形等不同的各種節(jié)點(diǎn)模態(tài)，傳輸協(xié)議體現(xiàn)為面向各種業(yè)務(wù)、場(chǎng)景、功能等需求的各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

2)全方位覆蓋

全方位覆蓋能力包含全方位空間覆蓋能力和全方位場(chǎng)景覆蓋能力。全方位空間覆蓋能力以多樣化通信手段為基礎(chǔ)，使網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)范圍延伸到自海底至深空的寬廣空間范圍，形成覆蓋陸、海、空、天等的超廣域互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)；全方位場(chǎng)景覆蓋能力能夠適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求，實(shí)現(xiàn)地域性高密度大容量覆蓋、混合接入速率覆蓋等，強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)場(chǎng)景適應(yīng)能力。

3)全業(yè)務(wù)承載

針對(duì)工業(yè)控制、遠(yuǎn)程醫(yī)療、智能家居等新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)功能要素的全方位解構(gòu)，以網(wǎng)元設(shè)備、協(xié)議控制、承載方式、網(wǎng)絡(luò)接口等全要素開(kāi)放和結(jié)構(gòu)定義，極大增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)于上層業(yè)務(wù)需求的適應(yīng)能力，通過(guò)各種網(wǎng)絡(luò)元素的靈活組合最終實(shí)現(xiàn)對(duì)具有高可靠低時(shí)延、全息信息傳送、大容量巨連接等全業(yè)務(wù)承載。

4)智慧化管理控制

網(wǎng)絡(luò)功能的不斷豐富化、多樣化為網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。通過(guò)引入網(wǎng)絡(luò)智慧化管理控制機(jī)制，一方面可以減少網(wǎng)絡(luò)對(duì)人工管理的依賴，靈活高效地實(shí)現(xiàn)全維可定義網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化功能定義及資源規(guī)劃，提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維效率；另一方面，網(wǎng)絡(luò)智慧化也可以基于人工智能等技術(shù)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)化資源配置和運(yùn)維策略，突破傳統(tǒng)算法局限性，提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率和服務(wù)效率。

5)內(nèi)生安全

網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)生安全性能夠以內(nèi)生防御的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造機(jī)制應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中軟硬件設(shè)計(jì)過(guò)程中不可避免的安全漏洞及后門等安全威脅，從網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造層面將傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的附加式安全模塊替代為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生性安全能力，實(shí)現(xiàn)“高可信、高可用、高可靠”三位一體的網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)。

3 多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)

自然界中的種種現(xiàn)象啟示人們：結(jié)構(gòu)決定功能，結(jié)構(gòu)決定性能，結(jié)構(gòu)決定效能，結(jié)構(gòu)決定安全。以碳原子為例，圖2 所示4 種物質(zhì)都是由碳原子以不同排列結(jié)構(gòu)組成，其功能、性狀卻千差萬(wàn)別：金剛石是自然界最硬的物質(zhì)，而石墨卻可以作為潤(rùn)滑材料；C60常態(tài)下不導(dǎo)電，石墨烯卻已被用于研發(fā)超級(jí)電池。1959 年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者費(fèi)曼在美國(guó)物理學(xué)年會(huì)上做了一次重要演講，題為《在底部還有很大空間》。此次演講中，費(fèi)曼指出，未來(lái)人類的技術(shù)目標(biāo)可以采用“由下而上的方法”，通過(guò)一個(gè)原子一個(gè)原子的排列來(lái)制造物品，“當(dāng)我們對(duì)單位尺寸的物體加以控制的話將極大擴(kuò)充我們獲得物性的范圍”。類似地，若人們能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)中的功能元素以一種細(xì)粒度的組織方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)重構(gòu)，那么網(wǎng)絡(luò)功能和效用也將得到極大的擴(kuò)展。

圖2 碳原子的不同排列方式形成性狀功能截然不同的材料

信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)過(guò)程的本質(zhì)也是通過(guò)資源組合向上提供服務(wù)的過(guò)程，基于上述碳原子排列組合的啟發(fā)，本文從網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造的角度來(lái)提升網(wǎng)絡(luò)的功能、性能、效能、安全等性質(zhì)，將“結(jié)構(gòu)可定義”貫穿網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)層面，采用軟硬件協(xié)同處理、資源動(dòng)態(tài)組合、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等網(wǎng)絡(luò)功能元素的細(xì)粒度控制與靈活組合手段，建立從底層到上層全維度可定義的靈活、通用“魔方”網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)按照功能、性能、效能、安全等需求定義。進(jìn)一步地，以網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)全維可定義為基礎(chǔ)，本文提出了一種網(wǎng)絡(luò)各層功能多模態(tài)呈現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)——全維可定義的多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)（PINet,full-dimensional defined polymorphic smart network），支持尋址路由、交換模式、互連方式、網(wǎng)元形態(tài)、傳輸協(xié)議等的全維度定義和多模態(tài)呈現(xiàn)，支持互聯(lián)網(wǎng)的演進(jìn)式發(fā)展，從根本上滿足網(wǎng)絡(luò)智慧化、多元化、個(gè)性化、高頑健、高效能的業(yè)務(wù)需求。

基于上述研究思路，本文給出了PINet 的功能層次參考模型。它將傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的7 層參考模型整合為全維可定義功能平面的數(shù)據(jù)層、控制層和服務(wù)層，支持從底層到上層的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、異構(gòu)互連、尋址路由、資源調(diào)度和功能編排等功能全維度可定義和功能多模態(tài)呈現(xiàn)，支持IP、身份、內(nèi)容、地理空間等多模態(tài)標(biāo)識(shí)的協(xié)同尋址路由；同時(shí)，該模型還新引入了2 個(gè)平面，其中，智慧平面實(shí)施“感知-決策-適配”一體的網(wǎng)絡(luò)智慧決策與擬合；內(nèi)生安全平面以基于動(dòng)態(tài)異構(gòu)冗余的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造技術(shù)為手段，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元頑健構(gòu)造、網(wǎng)絡(luò)頑健控制和服務(wù)頑健提供。

圖3 所示模型中，多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)層由多種異構(gòu)的全維可定義功能基礎(chǔ)平臺(tái)組成，為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的全維可定義特性、多模態(tài)異構(gòu)兼容性、智慧感知性和內(nèi)生式安全性提供基礎(chǔ)功能支撐和保證；控制層主要實(shí)現(xiàn)多模態(tài)尋址與路由等功能，針對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)需求靈活定制多樣化路由；服務(wù)層結(jié)合上層用戶需求和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力提供網(wǎng)絡(luò)智慧化資源調(diào)度與業(yè)務(wù)承載。

圖4 給出了多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)體系框架。它以基于全維可定義功能平臺(tái)的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為基礎(chǔ)，以“多模態(tài)尋址路由、網(wǎng)絡(luò)智慧化、內(nèi)生安全構(gòu)造”為使能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能開(kāi)放架構(gòu)下核心技術(shù)的承載與聯(lián)動(dòng)，建立網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的自組織、功能的自調(diào)節(jié)和業(yè)務(wù)的自適配等機(jī)制，支持網(wǎng)絡(luò)內(nèi)在功能結(jié)構(gòu)對(duì)資源分配和業(yè)務(wù)適配的映射調(diào)度。

圖3 多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)的功能層次參考模型

多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)形態(tài)如圖5 所示，它由多個(gè)網(wǎng)絡(luò)功能基礎(chǔ)平臺(tái)共同構(gòu)成數(shù)據(jù)層，支持靜態(tài)/動(dòng)態(tài)、有線/無(wú)線鏈路，支持多模態(tài)終端標(biāo)識(shí)的混合接入，支持多模態(tài)異構(gòu)接口協(xié)議接入；在控制層，它支持IP、內(nèi)容、身份和地理空間位置等多模態(tài)異構(gòu)標(biāo)識(shí)的共存共管、協(xié)同路由、按需切換，實(shí)現(xiàn)面向多樣化服務(wù)的多模態(tài)尋址與路由；在服務(wù)層，它通過(guò)建立“感知-決策-執(zhí)行”一體的網(wǎng)絡(luò)智慧化管理、傳輸與控制閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)智慧化的資源調(diào)度、功能編排、流量?jī)?yōu)化、運(yùn)維管理等。

4 多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)建模

PINet 的本質(zhì)是在全維可定義的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，由業(yè)務(wù)需求自頂向下逐層進(jìn)行功能擬合直至實(shí)現(xiàn)資源細(xì)粒度劃分的過(guò)程。本文提出了PINet 的3 層擬合模型，分別實(shí)施由業(yè)務(wù)需求驅(qū)動(dòng)的業(yè)務(wù)與服務(wù)擬合、服務(wù)與路由擬合、路由與資源擬合，如圖6所示，具體介紹如下。

1)PINet 服務(wù)層：業(yè)務(wù)與服務(wù)擬合。采用服務(wù)動(dòng)態(tài)編排與業(yè)務(wù)自適應(yīng)承載等機(jī)制，將多樣化、個(gè)性化的用戶業(yè)務(wù)需求擬合至多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)模型S，形成網(wǎng)絡(luò)服務(wù)策略。

2)PINet 控制層：服務(wù)與路由擬合。采用多模態(tài)尋址路由的互聯(lián)互通和按需切換等機(jī)制，形成滿足具體業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)行為特征等要求的路由。

圖4 多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)體系框架

圖5 多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)形態(tài)

3)PINet 數(shù)據(jù)層：路由與資源擬合。對(duì)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)洹f(xié)議、軟硬件、接口等進(jìn)行全維度定義，將路由功能映射為精細(xì)化、可定義的網(wǎng)絡(luò)資源組合。

4.1 多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)層機(jī)理

多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)層對(duì)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)?、協(xié)議、軟硬件、接口等進(jìn)行全維度定義，從而為多元化、個(gè)性化應(yīng)用提供了精細(xì)化、可定義的網(wǎng)絡(luò)組件和服務(wù)，為實(shí)現(xiàn)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)智慧化、高頑健、靈活性、多樣性等特性提供基礎(chǔ)支撐。

開(kāi)放架構(gòu)下的全維可定義構(gòu)件及其運(yùn)行平臺(tái)首先應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性，即相關(guān)構(gòu)件能夠在保持新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議或應(yīng)用增量部署的同時(shí)也能夠保證原有應(yīng)用的正常運(yùn)行；其次，構(gòu)件必須具有可變化的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，即分組處理的方式以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的運(yùn)行方式可以動(dòng)態(tài)改變；最后，在構(gòu)件結(jié)構(gòu)可變的基礎(chǔ)上，構(gòu)件要能夠以某種“柔性”的方式對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)一步地，柔性是構(gòu)件針對(duì)應(yīng)用要求對(duì)其內(nèi)在結(jié)構(gòu)、資源做出隱性調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)效果對(duì)應(yīng)用需求的動(dòng)態(tài)和緊密跟隨。

圖6 多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)的3 層擬合模型

具體來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)層功能可以由節(jié)點(diǎn)狀態(tài)信息、資源服務(wù)能力和功能實(shí)例定義。其中，N表示網(wǎng)絡(luò)中所有物理節(jié)點(diǎn)in的集合，則節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息可表示為，包括節(jié)點(diǎn)位置、節(jié)點(diǎn)類型、節(jié)點(diǎn)可信度、節(jié)點(diǎn)故障率等，為節(jié)點(diǎn)ni在信息類型j的信息內(nèi)容；資源服務(wù)能力可表示為C=(CC,CS,CT)，包括計(jì)算CC（邏輯運(yùn)算、浮點(diǎn)運(yùn)算等）、存儲(chǔ)SC（RAM 存儲(chǔ)、TCAM 存儲(chǔ)等）、傳輸TC（帶寬、時(shí)延、分組丟失率等），其中每一類服務(wù)能力的具體劃分以下標(biāo)j表示，例如即節(jié)點(diǎn)in在傳輸資源CT的第j類能力上的提供能力；功能實(shí)例E=(EC,ES,ET)對(duì)應(yīng)于節(jié)點(diǎn)的資源服務(wù)能力，即計(jì)算功能實(shí)例CE（邏輯運(yùn)算、浮點(diǎn)運(yùn)算等）、存儲(chǔ)功能SE（RAM 存儲(chǔ)、TCAM 存儲(chǔ)等）、傳輸功能ET（帶寬、時(shí)延、分組丟失率等），并且以即節(jié)點(diǎn)in在傳輸資源實(shí)例TE的第j類能力上的服務(wù)實(shí)例。

數(shù)據(jù)層的功能即可表示為以映射函數(shù) ?(·)完成特定狀態(tài)下從服務(wù)路徑需求到數(shù)據(jù)平面服務(wù)實(shí)例向量組合的映射，即

4.2 多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)的控制層機(jī)理

多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)的控制層主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)多模態(tài)尋址路由等功能，對(duì)上承載服務(wù)層，對(duì)下控制數(shù)據(jù)層。多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)的控制層融合了現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中多樣、多變的路由服務(wù)并進(jìn)行抽象歸納，建立由IP 標(biāo)識(shí)、內(nèi)容標(biāo)識(shí)、身份標(biāo)識(shí)和地理空間標(biāo)識(shí)等多模態(tài)異構(gòu)標(biāo)識(shí)空間尋址與路由模型，針對(duì)不同路由的服務(wù)特性靈活承載服務(wù)層需求，從而實(shí)現(xiàn)上層業(yè)務(wù)不同網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、用戶需求、服務(wù)類型和安全等需求的自主智能網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)空間模態(tài)切換方法。

為了對(duì)多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)的路由尋址方式進(jìn)行表征，本文引入路由模態(tài)特征（RMF,routing mode feature）的概念。路由模態(tài)特征可由不同路由模態(tài)的尋址方式ad、路由算法ra、頑健特性rf 等區(qū)分，RMF 可表示為

多模態(tài)路由是基于多樣化應(yīng)用的業(yè)務(wù)特征要求和網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)行為驅(qū)動(dòng)構(gòu)建的、具有多種RMF 承載能力的路由機(jī)制。從滿足業(yè)務(wù)要求的角度看，多模態(tài)路由要求網(wǎng)絡(luò)路由應(yīng)當(dāng)呈現(xiàn)出功能支持多樣化、安全功能支持多樣化、服務(wù)質(zhì)量功能支持多樣化等的多模態(tài)特性。對(duì)于具體路由機(jī)制，具有同類要求的一組業(yè)務(wù)流，通過(guò)確保其性能要求的特定路由形態(tài)予以承載，這樣，控制層針對(duì)不同類別的業(yè)務(wù)流就需要實(shí)現(xiàn)多種模態(tài)的路由承載，從而形成多模態(tài)路由機(jī)制。服務(wù)路徑建立后，路徑的傳送能力繼續(xù)受認(rèn)知功能的監(jiān)測(cè)。若不能滿足應(yīng)用需求或達(dá)到路由調(diào)整的約束條件，則執(zhí)行新一輪的多模態(tài)路由計(jì)算。

基于上述定義，控制層的服務(wù)機(jī)理可以概括為將服務(wù)層的服務(wù)需求矩陣S結(jié)合控制層路由服務(wù)能力通過(guò)映射函數(shù) ?(·)映射得到服務(wù)路徑的過(guò)程，即

4.3 多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)層機(jī)理

多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)層主要實(shí)施用戶業(yè)務(wù)需求與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力之間的擬合，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、功能編排等自適應(yīng)的承載。具體來(lái)說(shuō)，服務(wù)層首先將用戶網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行抽象化建模，依據(jù)業(yè)務(wù)基本參數(shù)與效益期望等指標(biāo)對(duì)用戶發(fā)起的業(yè)務(wù)進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃，并依賴業(yè)務(wù)與服務(wù)之間的擬合關(guān)系實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)需求到智慧化服務(wù)策略的映射，采用服務(wù)動(dòng)態(tài)編排與業(yè)務(wù)自適應(yīng)承載等機(jī)制，形成智慧化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)策略。

業(yè)務(wù)需求模型I主要包括業(yè)務(wù)基本參數(shù)Bi與效益期望Ei。其中，業(yè)務(wù)基本參數(shù)Bi={si,oi,vi,…}，

si為源節(jié)點(diǎn)，oi為目的節(jié)點(diǎn)，vi為業(yè)務(wù)等級(jí)；效益期望Ei包括網(wǎng)絡(luò)效益期望、用戶效益期望和運(yùn)維效益期望，定義為

其中，δ為時(shí)延約束，ε為最大分組丟失率，λ為最大抖動(dòng)值，tzap為頻道轉(zhuǎn)換時(shí)間，tsync為業(yè)務(wù)同步誤差，K1為協(xié)調(diào)系數(shù)1，K2為協(xié)調(diào)系數(shù)2，為運(yùn)營(yíng)收益，為等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)收益。綜上，業(yè)務(wù)需求模型I可表示為

服務(wù)模型S包括服務(wù)性能指標(biāo)與必要的功能需求。性能指標(biāo)，其中τ為吞吐率，δ為時(shí)延，ε為分組丟失率，λ為抖動(dòng)，α為誤碼率；功能需求，其中為服務(wù)所需網(wǎng)絡(luò)功能，為網(wǎng)絡(luò)功能依賴關(guān)系，為網(wǎng)絡(luò)功能依賴資源類型。綜上，服務(wù)模型可表示為

基于上述定義，多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)服務(wù)層的總體工作機(jī)理可表述為量化業(yè)務(wù)描述指標(biāo)，通過(guò)業(yè)務(wù)描述到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模型之間的映射關(guān)系實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)需求的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)定制，其中映射關(guān)系通過(guò)映射函數(shù) ? (·)實(shí)現(xiàn)，業(yè)務(wù)指標(biāo)到服務(wù)模型的擬合映射可表示為

5 多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)

5.1 網(wǎng)絡(luò)全維可定義技術(shù)

隨著網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)形態(tài)的不斷豐富，業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求越來(lái)越多樣和多變。而傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)僵化、網(wǎng)元結(jié)構(gòu)封閉、資源/功能配置僵化，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)在的能力與結(jié)構(gòu)對(duì)業(yè)務(wù)需求的適應(yīng)性差，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)對(duì)融合、泛在、質(zhì)量、安全、擴(kuò)展、移動(dòng)等的支持能力低下，業(yè)務(wù)需求與網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)能力之間的差距越發(fā)顯著。

網(wǎng)絡(luò)全維可定義技術(shù)通過(guò)打破傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)剛性架構(gòu)，建立網(wǎng)絡(luò)各層功能全維度可定義的開(kāi)放、靈活、通用架構(gòu)，通過(guò)將“軟件定義”思想從服務(wù)層下沉到控制層、數(shù)據(jù)層，能夠?qū)﹂_(kāi)放架構(gòu)下基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的軟硬件、協(xié)議、接口、芯片等進(jìn)行全維可定義，真正在各層面實(shí)現(xiàn)功能可定義，資源高效自動(dòng)適配，支持各層功能在全維可定義功能平臺(tái)上的動(dòng)態(tài)加載和演進(jìn)發(fā)展，支持異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的柔性互連，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)自組織和業(yè)務(wù)自適配來(lái)動(dòng)態(tài)靈活適配業(yè)務(wù)發(fā)展需求，從而為網(wǎng)絡(luò)的柔性化組織和功能多模態(tài)呈現(xiàn)提供平臺(tái)支撐。

如圖7 所示，網(wǎng)絡(luò)全維可定義技術(shù)包括軟件定義硬件（SDH,software-defined hardware）、軟件定義互聯(lián)（SDI,software-defined interconnection）、軟件定義計(jì)算（SDC,software-defined computation）、軟件定義功能編排（SDO,software-defined orchestration）、軟件定義轉(zhuǎn)發(fā)（SDF,software-defined forwarding）、軟件定義協(xié)議（SDP,software-defined protocol）、擬態(tài)計(jì)算（MSC,mimic computing）/領(lǐng)域?qū)Ｓ眉軜?gòu)（DSA,domain-specific architecture）等。它通過(guò)建立網(wǎng)絡(luò)連接、硬件、協(xié)議、轉(zhuǎn)發(fā)等全維可定義的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)連接、節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)等層面全鏈條可定義，從而使網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行機(jī)理不再受制于單一功能或技術(shù)，并使網(wǎng)絡(luò)具備多維資源的柔性組織和適配能力，在服務(wù)靈活性和業(yè)務(wù)適應(yīng)性上滿足多樣化業(yè)務(wù)需求，自然適應(yīng)未來(lái)業(yè)務(wù)的復(fù)雜不確定演進(jìn)。

圖7 網(wǎng)絡(luò)全維可定義的技術(shù)內(nèi)涵

全維可定義技術(shù)可改變當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)固化的運(yùn)行模式，由其作為“網(wǎng)絡(luò)功能構(gòu)件市場(chǎng)”機(jī)制的提供者，允許多樣化應(yīng)用動(dòng)態(tài)裝配、構(gòu)建與之匹配的定制化服務(wù)構(gòu)件鏈，動(dòng)態(tài)部署個(gè)性化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)業(yè)務(wù)的靈動(dòng)適配。此時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的功能和工作機(jī)理將不再受制于具體的協(xié)議，其服務(wù)能力不再依賴節(jié)點(diǎn)的初始植入設(shè)計(jì)，其服務(wù)能力空間將超越已知協(xié)議和機(jī)制的限制，從而實(shí)現(xiàn)由已知協(xié)議定義的網(wǎng)絡(luò)到需求驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)形態(tài)和服務(wù)能力轉(zhuǎn)變，充分滿足新型網(wǎng)絡(luò)不斷演進(jìn)的業(yè)務(wù)需求。

首先，為了保護(hù)現(xiàn)有業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)施能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，開(kāi)放架構(gòu)下的全維可定義構(gòu)件及其運(yùn)行平臺(tái)必須具有良好的穩(wěn)定性，即構(gòu)件能夠在保持新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議或應(yīng)用增量部署的同時(shí)也能夠保證原有應(yīng)用的正常運(yùn)行；其次，為了保證網(wǎng)絡(luò)能夠在多維評(píng)價(jià)指標(biāo)上呈現(xiàn)良好的變化以滿足業(yè)務(wù)的變化以及新型應(yīng)用的部署，構(gòu)件必須具有可變化的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，即分組處理的方式以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的運(yùn)行方式可以動(dòng)態(tài)改變；最后，在構(gòu)件結(jié)構(gòu)可變的基礎(chǔ)上，構(gòu)件要能夠以某種“柔性”的方式對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)一步地，柔性是構(gòu)件針對(duì)應(yīng)用要求對(duì)其內(nèi)在結(jié)構(gòu)、資源做出的隱性調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)效果對(duì)應(yīng)用需求的動(dòng)態(tài)、緊密跟隨。

圖8 給出了PINet 的軟件定義數(shù)據(jù)層處理流程，它包括軟件定義幀解析、軟件定義數(shù)據(jù)分組處理、軟件定義交換調(diào)度與隊(duì)列管理。軟件定義幀解析可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)分組多樣化的封裝模式，支持多模態(tài)的數(shù)據(jù)幀格式；軟件定義數(shù)據(jù)分組處理則基于協(xié)議無(wú)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)層抽象處理模型，通過(guò)軟硬件協(xié)同實(shí)現(xiàn)協(xié)議無(wú)關(guān)數(shù)據(jù)分組處理，靈活支持標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議以及各種自定義協(xié)議等。軟件定義交換結(jié)構(gòu)與隊(duì)列管理可支持多種交換設(shè)備互通共存，可定義傳輸端口數(shù)、端口類型、端口流量控制等。

圖8 軟件定義的數(shù)據(jù)層處理流程

5.2 多模態(tài)尋址與路由技術(shù)

現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的單一化IP 尋址路由機(jī)制存在能力簡(jiǎn)單而薄弱、安全和移動(dòng)性差等諸多弊端，而隨著網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)形態(tài)的不斷豐富，業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求越來(lái)越多樣和多變，基于IP 的尋址路由能力卻是有限的和確定的，與豐富多樣的上下層功能之間存在巨大的反差，無(wú)法滿足多元化和專業(yè)化的高效高質(zhì)量服務(wù)需求。

多模態(tài)尋址與路由技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中內(nèi)嵌新型的尋址與路由功能要素，支持IP、內(nèi)容標(biāo)識(shí)、身份標(biāo)識(shí)、地理空間標(biāo)識(shí)等多模態(tài)標(biāo)識(shí)的共存與協(xié)同，采用計(jì)算和數(shù)據(jù)分離方法將基于上述標(biāo)識(shí)的多種尋址與路由機(jī)制自然配合、聯(lián)合起效、融為一體，從而在根本上突破傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)IP 單一承載的制約瓶頸，滿足多元化和專業(yè)化的高效服務(wù)需求。具體來(lái)說(shuō)，多模態(tài)尋址與路由技術(shù)面向多模態(tài)標(biāo)識(shí)空間靈活組網(wǎng)與高效擴(kuò)展需求，支持跨模態(tài)的資源協(xié)同與資源分解，實(shí)現(xiàn)面向多樣化標(biāo)識(shí)空間的協(xié)議定義與適配，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、用戶需求、服務(wù)類型、安全需求具有不同粒度要求的多模態(tài)尋址路由的按需切換和互聯(lián)互通。

多模態(tài)尋址與路由的基本邏輯示意如圖9 所示，支持終端以多模態(tài)標(biāo)識(shí)混合接入，基于全維可定義網(wǎng)絡(luò)功能基礎(chǔ)平臺(tái)實(shí)施基于多模態(tài)標(biāo)識(shí)的混合尋址與路由（如圖9 中基于IP、地理位置、內(nèi)容、身份標(biāo)識(shí)等多種路由方式的結(jié)合）。在路由建立階段，用戶終端可直接指定標(biāo)識(shí)類型，或由網(wǎng)絡(luò)根據(jù)資源狀態(tài)、業(yè)務(wù)類型、安全需求等反饋標(biāo)識(shí)類型選擇結(jié)果；在數(shù)據(jù)傳輸階段，網(wǎng)絡(luò)也可智能進(jìn)行標(biāo)識(shí)空間切換。例如，出于數(shù)據(jù)安全考慮，圖9 中用戶A 建立與用戶C 的通信時(shí)指定基于地理位置的路由方式，則網(wǎng)絡(luò)尋址過(guò)程按照地理位置進(jìn)行尋址路由而非IP 等路由方式，保證了尋址過(guò)程中路由器位置在用戶可信管理區(qū)域內(nèi)。

多模態(tài)尋址與路由互通技術(shù)通過(guò)多種標(biāo)準(zhǔn)尋址路由協(xié)議以及自定義協(xié)議的互聯(lián)互通，形成“領(lǐng)域?qū)Ｓ谩⒐δ芑パa(bǔ)、多模共存、確定性能”的PINet尋址與路由機(jī)制，通過(guò)多樣化標(biāo)識(shí)空間的協(xié)同技術(shù)創(chuàng)新和優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，解決現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)存在的諸多弊端，綜合有效提升網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力、安全性、移動(dòng)性、資源利用率等。

如圖9 所示，多模態(tài)尋址與路由系統(tǒng)可支持身份標(biāo)識(shí)空間與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)融合，提升多樣化終端接入的靈活性和服務(wù)一致性，從本質(zhì)上解決終端移動(dòng)性問(wèn)題，有效提高網(wǎng)絡(luò)管控能力；支持內(nèi)容標(biāo)識(shí)空間與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)融合，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中融入計(jì)算、存儲(chǔ)和傳輸?shù)哪芰Γ诟兄獢?shù)據(jù)的內(nèi)容和預(yù)測(cè)用戶需求的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)以“內(nèi)容”為中心的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)自適應(yīng)流動(dòng)和匯聚機(jī)制，使用戶獲得高效的內(nèi)容獲取體驗(yàn)；支持地理空間標(biāo)識(shí)空間與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)融合，建立地理空間標(biāo)識(shí)與網(wǎng)絡(luò)編碼的轉(zhuǎn)換關(guān)系，通過(guò)基于地理空間標(biāo)識(shí)的快速尋址與路由生成，實(shí)現(xiàn)不同地理空間位置的互聯(lián)互通，為跨平臺(tái)的多源空間數(shù)據(jù)高效交互提供支持；支持用戶自定義標(biāo)識(shí)空間與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)融合，在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)尋址與路由功能層面上體現(xiàn)出多元融合發(fā)展，并由此構(gòu)建出基于基因信息表達(dá)的體系化網(wǎng)絡(luò)功能生成和按需演化機(jī)制，為新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新和功能的快速部署提供基礎(chǔ)環(huán)境支撐。

圖9 多模態(tài)尋址與路由邏輯示意

5.3 網(wǎng)絡(luò)智慧化管理控制技術(shù)

現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸、資源管理和運(yùn)行維護(hù)等方式僵化，在網(wǎng)絡(luò)管理復(fù)雜性倍增、運(yùn)行與維護(hù)開(kāi)銷巨大的背景下，傳統(tǒng)基于靜態(tài)策略模式的網(wǎng)絡(luò)配置和運(yùn)維等方式受限于對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)認(rèn)知的局限性，在靈活性和實(shí)時(shí)性等方面已難以適應(yīng)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的復(fù)雜性，已無(wú)法滿足復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度與適配需求。同時(shí)，現(xiàn)有用于刻畫(huà)網(wǎng)絡(luò)功能、性能等的模型和評(píng)價(jià)體系，及由此構(gòu)建的資源提供和業(yè)務(wù)承載方法均面臨深刻變化，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)效率低下，用戶體驗(yàn)差。

網(wǎng)絡(luò)智慧化管理控制技術(shù)借助人工智能、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)的蓬勃發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò)資源的廣泛普及性能提升，以網(wǎng)絡(luò)傳輸效能、節(jié)點(diǎn)運(yùn)行效能、業(yè)務(wù)承載效能和服務(wù)提供效能等為約束，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化、資源配置、功能管理與業(yè)務(wù)承載等方面進(jìn)行智能控制并自我優(yōu)化，使網(wǎng)絡(luò)具備面向泛在用網(wǎng)場(chǎng)景的“自動(dòng)駕駛”能力，能夠智能動(dòng)態(tài)適應(yīng)用戶需求的變化，在數(shù)以億計(jì)的用戶、網(wǎng)元和業(yè)務(wù)之間進(jìn)行適配協(xié)調(diào)，從而優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)功能/性能，提升用戶體驗(yàn)，降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行和維護(hù)成本，從根本上為各種類型和各種層次的業(yè)務(wù)提供多元、個(gè)性、高效的服務(wù)。

網(wǎng)絡(luò)智慧化管理控制技術(shù)綜合采用信息融合、認(rèn)知計(jì)算與協(xié)同計(jì)算等手段，在實(shí)時(shí)感知業(yè)務(wù)與資源狀態(tài)的基礎(chǔ)上構(gòu)建“感知-決策-適配”一體的智慧化管理控制閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源與上層服務(wù)的高效自適應(yīng)適配與擬合。其中，信息融合實(shí)時(shí)感知業(yè)務(wù)與資源狀態(tài)及其變化情況并將二者進(jìn)行融合；認(rèn)知計(jì)算結(jié)合網(wǎng)絡(luò)測(cè)量與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)擬合網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)與服務(wù)性能需求；協(xié)同計(jì)算統(tǒng)籌異構(gòu)計(jì)算方法實(shí)現(xiàn)智能控制與系統(tǒng)優(yōu)化。

上述邏輯的本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)資源均衡組織、調(diào)節(jié)與適配的閉環(huán)擬合決策系統(tǒng)，如圖10 所示。該系統(tǒng)由需求感知、擬合決策、資源分配、網(wǎng)絡(luò)反饋共同構(gòu)成，涉及網(wǎng)絡(luò)多維狀態(tài)感知技術(shù)、智慧化功能編排技術(shù)、智慧化流量調(diào)度技術(shù)和智慧化運(yùn)維管理技術(shù)等。

圖10 PINet 的智慧化管理控制閉環(huán)建模

網(wǎng)絡(luò)多維狀態(tài)感知技術(shù)針對(duì)信息復(fù)雜多變現(xiàn)狀建立網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施測(cè)量基準(zhǔn)，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)特性構(gòu)建全維度統(tǒng)一的測(cè)量體系，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)具有多協(xié)議層次的特性設(shè)計(jì)多協(xié)議層次的斷層掃描理論和方法，充分利用網(wǎng)絡(luò)中的異構(gòu)可編程設(shè)備，以較低的額外開(kāi)銷實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)全維度狀態(tài)的精確可定義感知。

網(wǎng)絡(luò)智慧化功能編排技術(shù)采用監(jiān)督學(xué)習(xí)等方法來(lái)構(gòu)建功能編排模型，實(shí)現(xiàn)由僵化執(zhí)行算法向業(yè)務(wù)導(dǎo)向承載的轉(zhuǎn)化；基于實(shí)時(shí)更新的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)來(lái)訓(xùn)練編排模型，進(jìn)而建立一套在線自適應(yīng)編排方案，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)彈性，提升資源利用效率。

網(wǎng)絡(luò)智慧化流量調(diào)度技術(shù)根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，運(yùn)用深度增強(qiáng)學(xué)習(xí)等方法獲得相應(yīng)的流量調(diào)度策略，生成相應(yīng)的流表規(guī)則下發(fā)到數(shù)據(jù)層來(lái)調(diào)整全網(wǎng)流量，通過(guò)不斷地學(xué)習(xí)和調(diào)整優(yōu)化時(shí)延、跳數(shù)、吞吐量等多維參數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)全局化、實(shí)時(shí)性、個(gè)性化的網(wǎng)絡(luò)流量調(diào)度。

網(wǎng)絡(luò)智慧化運(yùn)維管理技術(shù)從設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)等角度對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維管理進(jìn)行評(píng)估，基于嵌入式傳感和新型控制節(jié)點(diǎn)等手段，支持可定義的全流程運(yùn)行監(jiān)控導(dǎo)航、智能網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行自趨優(yōu)化和自愈控制，實(shí)現(xiàn)基于人工智能和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)智慧化運(yùn)維管理。

5.4 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生安全構(gòu)造技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)規(guī)?？焖倥蛎浖案鞣N網(wǎng)絡(luò)要素的復(fù)雜特性，使網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常會(huì)受到各類不確定的未知威脅或擾動(dòng)，如鏈路/節(jié)點(diǎn)故障、系統(tǒng)后門/漏洞等，從而導(dǎo)致其性能降低甚至功能喪失。網(wǎng)絡(luò)安全直接受制于其內(nèi)在功能和結(jié)構(gòu)要素，必須在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中內(nèi)嵌安全構(gòu)造機(jī)制。

網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生安全構(gòu)造技術(shù)依據(jù)“結(jié)構(gòu)決定安全”“系統(tǒng)大于部分之和”的理念，在多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)中植入基于動(dòng)態(tài)異構(gòu)冗余的內(nèi)生安全結(jié)構(gòu)，采用基于“相對(duì)正確公理”的威脅感知機(jī)制動(dòng)態(tài)改變網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行環(huán)境，將隨機(jī)性失效和人為擾動(dòng)轉(zhuǎn)化為概率可控的事件；在此基礎(chǔ)上，該技術(shù)采用基于多模裁決的策略調(diào)度和負(fù)反饋控制機(jī)制，使功能等價(jià)條件下的執(zhí)行體結(jié)構(gòu)表征具有不確定性，從根本上抑制隨機(jī)性失效和人為蓄意擾動(dòng)，從而獲得網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)生安全效應(yīng)。

圖11 基于動(dòng)態(tài)異構(gòu)冗余的內(nèi)生安全結(jié)構(gòu)

基于動(dòng)態(tài)異構(gòu)冗余的內(nèi)生安全結(jié)構(gòu)如圖11 所示，該結(jié)構(gòu)由輸入代理、可重構(gòu)的異構(gòu)執(zhí)行體集、負(fù)反饋控制器、裁決器組成。其中，輸入代理根據(jù)負(fù)反饋控制指令將輸入請(qǐng)求分發(fā)到相應(yīng)的（多個(gè)）功能等價(jià)的異構(gòu)執(zhí)行體；功能等價(jià)異構(gòu)執(zhí)行體集合提供能正常工作且獨(dú)立處理輸入請(qǐng)求的可重構(gòu)的異構(gòu)執(zhí)行體，并在大概率情況下應(yīng)當(dāng)能夠產(chǎn)生滿足給定語(yǔ)義和語(yǔ)法的輸出矢量；多模裁決器根據(jù)裁決參數(shù)或算法生成的裁決策略，研判多模輸出矢量?jī)?nèi)容的一致性情況并形成輸出響應(yīng)序列。其中，異構(gòu)元素池主要包含組成平臺(tái)、系統(tǒng)、部件或模塊、構(gòu)件等不同層面的設(shè)備，如軟件、硬件、處理器等，系統(tǒng)按照反饋策略從異構(gòu)資源池中選取異構(gòu)構(gòu)件作為一個(gè)執(zhí)行體集。

上述結(jié)構(gòu)中，多維動(dòng)態(tài)重構(gòu)的對(duì)象包括可重構(gòu)的網(wǎng)元實(shí)體或虛體資源。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可依據(jù)重組方案從異構(gòu)元素池中抽取與替換目標(biāo)等效的元素生成新的功能等價(jià)對(duì)象，或者將等效算法加載到可編程、可定義模塊中改變系統(tǒng)的運(yùn)行流程。

該結(jié)構(gòu)在節(jié)點(diǎn)層面的應(yīng)用體現(xiàn)為：節(jié)點(diǎn)采用深度可編程可重構(gòu)、資源柔性調(diào)度等技術(shù)，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行態(tài)勢(shì)的動(dòng)態(tài)感知實(shí)現(xiàn)異構(gòu)化、冗余化網(wǎng)絡(luò)功能的動(dòng)態(tài)加載和資源的動(dòng)態(tài)編排，采用面向異構(gòu)冗余單元的表決邏輯或調(diào)度策略，對(duì)節(jié)點(diǎn)資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)映射與編譯管理，動(dòng)態(tài)改變系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)或運(yùn)行機(jī)制，在有效抵御廣義不確定擾動(dòng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分組處理的流水線設(shè)計(jì)及優(yōu)化。

該結(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)層面的應(yīng)用體現(xiàn)為：在網(wǎng)絡(luò)地址、拓?fù)?、路由等要中引入?dòng)態(tài)化、冗余化、異構(gòu)化等機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)采用可編程轉(zhuǎn)發(fā)、資源組合與重構(gòu)、功能快速編排等手段，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸或流量調(diào)度等系統(tǒng)視在結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)適配和可信裁決，擾亂攻擊者攻擊鏈，在保證原有系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置完整的前提下最小化操作管理，從而獲得網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生安全效應(yīng)。

6 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)存在的結(jié)構(gòu)僵化、IP 單一承載、難以抑制未知威脅等問(wèn)題，本文從網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造的角度出發(fā)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的全維度可定義和多模態(tài)呈現(xiàn)來(lái)提升網(wǎng)絡(luò)的功能、性能、效能、安全等性質(zhì)，提出了全維可定義的多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)。本文討論了多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)的愿景和目標(biāo)、體系架構(gòu)和模型、關(guān)鍵技術(shù)等，為新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展提供了一種可能的解決思路。

本文僅給出了全維可定義的多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)體系的初步構(gòu)想和考慮，諸多新概念和新技術(shù)仍需繼續(xù)完善和探討，模型中的核心技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)也需要進(jìn)一步深入研究并開(kāi)展相關(guān)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這也是作者下一步的工作。