關(guān)于未來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系創(chuàng)新的思考

劉韻潔 黃 韜 汪 碩

1 北京郵電大學 信息與通信工程學院 北京 100876

2 網(wǎng)絡(luò)通信與安全紫金山實驗室 南京 211111

1837 年，莫爾斯制造出了世界第一臺有線電報機，首次實現(xiàn)了通過電信號來傳輸文字信息；隨后，電報、電話等以電和磁為載體的通信技術(shù)迅速普及，人類通信方式產(chǎn)生重大變革，開啟了現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的大發(fā)展。2021 年是中國共產(chǎn)黨成立 100 周年。經(jīng)過中國幾代人的努力，我國網(wǎng)絡(luò)通信產(chǎn)業(yè)也發(fā)生了翻天覆地的巨大變化。1994 年底，我國上網(wǎng)用戶尚不足 1 萬人。截至 2021 年 8 月，我國已建成全球規(guī)模最大的信息通信網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)民規(guī)模 10.11 億，互聯(lián)網(wǎng)普及率達 71.6%；光纖網(wǎng)絡(luò)全面覆蓋城鄉(xiāng)，光纖用戶占比達 94.1%，位居世界第一①中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心.第48次中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展狀況統(tǒng)計報告.(2021-09-15)[2021-12-20].http://www.cnnic.cn/hlwfzyj/hlwxzbg/hlwtjbg/202109/P020210915523670981527.pdf.；開通 5G 通信基站超過 96.1 萬個。如今，互聯(lián)網(wǎng)概念已經(jīng)深入人心，互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用也時時刻刻影響著人們的生活，“未來網(wǎng)絡(luò)”也成了“十四五”時期重要的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，是推動人類社會進步的關(guān)鍵所在之一。

1 網(wǎng)絡(luò)演進歷程與趨勢

20 世紀 50 年代，學術(shù)界開始對數(shù)據(jù)分組交換、分布式網(wǎng)絡(luò)、排隊論等一系列技術(shù)展開探索和研究；1969 年，面向科研計算機互聯(lián)需求的小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)雛形；1996 年開始，隨著萬維網(wǎng)的大規(guī)模應(yīng)用，Internet（互聯(lián)網(wǎng)）一詞廣泛流傳?；ヂ?lián)網(wǎng)基于 IP（互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議）“細腰”的設(shè)計理念成功容納了各種不同的底層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和豐富的上層應(yīng)用，迅速風靡全世界。在應(yīng)用迅速發(fā)展的同時，全球網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展與建設(shè)正向著“融合、軟硬分離、可定制、智能”的趨勢發(fā)展與變革。

1.1 過去：分離式的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本高、利用率低，多網(wǎng)融合發(fā)展成為必然

回顧全球電信運營商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)歷史，每當出現(xiàn)一種電信業(yè)務(wù)，運營商就要建設(shè)一個網(wǎng)絡(luò)；隨著新業(yè)務(wù)的不斷增加，網(wǎng)絡(luò)也就越建越多。這不僅造成嚴重的重復投資，而且網(wǎng)絡(luò)的維護、管理成本也越來越高，更重要的是難以方便快捷地提供各種新業(yè)務(wù)和新應(yīng)用。因此，如何建設(shè)一個能夠支撐多種業(yè)務(wù)、滿足大部分用戶需求的融合網(wǎng)絡(luò)成為長期困擾互聯(lián)網(wǎng)業(yè)界的問題。1980—2000 年，我國在近 20 年發(fā)展中，也遇到了相同的挑戰(zhàn)。為了滿足不斷涌現(xiàn)出的大量新興業(yè)務(wù)需求，我國先后建設(shè)了電話網(wǎng)、電報網(wǎng)、傳真網(wǎng)等，后來又建設(shè)了公用分組交換網(wǎng)（X.25）、數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)（DDN）、異步傳輸模式（ATM）網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)。如何建設(shè)一個統(tǒng)一的、能提供所有電信業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，一直是一代又一代電信界和網(wǎng)絡(luò)界科技工作者的夢想。但是，全球范圍的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）和寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（B-ISDN）卻都以失敗告終——當時的 IP 技術(shù)無法解決網(wǎng)絡(luò)融合的問題，也就是說，僅靠電路交換技術(shù)、ATM 技術(shù)、IP 技術(shù)無法實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)融合的目標和夢想。

1999 年初，為了避免走傳統(tǒng)運營商一個業(yè)務(wù)建設(shè)一個網(wǎng)的老路，中國聯(lián)通開展了多網(wǎng)融合的技術(shù)攻關(guān)，創(chuàng)新性地將 IP 和 ATM 技術(shù)進行有效融合，形成兼有兩種技術(shù)優(yōu)勢的新方案。即：利用 ATM 的流量工程技術(shù)（TE）作為實時業(yè)務(wù)的技術(shù)保障，通過軟件和虛擬化技術(shù)，設(shè)計多個虛擬路由器來承擔不同的 IP 業(yè)務(wù)。最終，中國聯(lián)通成功建成多業(yè)務(wù)統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)平臺，同時將語音、互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)、視頻和移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)承載在一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺上。如此大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)平臺，承載如此眾多的業(yè)務(wù)，這在全世界尚屬首次。

中國聯(lián)通的此次嘗試為多網(wǎng)融合的目標探索了一條可行的途徑，而采用虛擬化路由器的技術(shù)路線也成為我國發(fā)展軟件定義網(wǎng)絡(luò)的早期思想。如今，隨著復雜多變的業(yè)務(wù)發(fā)展，以及日益稀缺的資源，更加需要能夠在一張網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上支撐更多種業(yè)務(wù)，通過網(wǎng)絡(luò)融合來節(jié)約建設(shè)成本與資源——高效能、低成本的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)已成為未來網(wǎng)絡(luò)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵趨勢之一[1]。

1.2 現(xiàn)在：傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)“盡力而為”的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)阻礙互聯(lián)網(wǎng)與物理世界融合，網(wǎng)絡(luò)開放、可定制成為重要基礎(chǔ)

得益于郵件、視頻、多媒體等上層應(yīng)用的快速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)在消費領(lǐng)域獲得了巨大的成功。目前，互聯(lián)網(wǎng)正在從“消費型”互聯(lián)網(wǎng)向“生產(chǎn)型”互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)變，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迫切需要與工業(yè)、制造、汽車等物理世界的要素相融合，以滿足工業(yè)級應(yīng)用的大帶寬、低時延、確定性抖動等精確可控的網(wǎng)絡(luò)需求[2]；但是，在實現(xiàn)確定性等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)時遇到了重大挑戰(zhàn)?；ヂ?lián)網(wǎng)在應(yīng)用方面是非常開放的，可以說互聯(lián)網(wǎng)的成功是得益于開放。然而，現(xiàn)在面臨的轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)型互聯(lián)網(wǎng)的挑戰(zhàn)和困難主要來源于網(wǎng)絡(luò)能力與資源的不開放，并且網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的整個產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系是封閉、不開放、不可定制的。①架構(gòu)不開放問題。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)著力解決“消費型”互聯(lián)網(wǎng)的大連接問題，網(wǎng)絡(luò)的控制功能與網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)的協(xié)議緊耦合，因而無法通過快速、平滑升級網(wǎng)絡(luò)功能來實現(xiàn)確定性、內(nèi)生智能等新的網(wǎng)絡(luò)能力。② 設(shè)備不可定制問題。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)芯片等硬件體系大多不可編程，難以滿足新興業(yè)務(wù)應(yīng)用“差異化、個性化”的網(wǎng)絡(luò)需求。

為了實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的開放、可定制，我國提前展開布局。2010 年，由中國工程院潘云鶴、鄔賀銓、李國杰、劉韻潔等院士聯(lián)合向國家提出了“未來網(wǎng)絡(luò)試驗設(shè)施”大科學裝置項目的建議；2018 年，國家發(fā)展和改革委員會正式批復江蘇省未來網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新研究院作為法人單位，從自主可控的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與技術(shù)角度探索我國未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展途徑。① 控制與承載分離，實現(xiàn)開放化網(wǎng)絡(luò)?；凇拔磥砭W(wǎng)絡(luò)試驗設(shè)施”（CENI）重大基礎(chǔ)設(shè)施項目，科研團隊在全球首次采用白盒交換機代替核心路由器構(gòu)建廣域骨干網(wǎng)，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)承載、網(wǎng)絡(luò)控制的分離，并且可平滑兼容現(xiàn)有傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議（TCP/IP）技術(shù)體系，可有效滿足各類實體經(jīng)濟業(yè)務(wù)對于網(wǎng)絡(luò)的確定性等新需求。所謂設(shè)備的白盒化是指網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是開放透明的，是可定制、可編程、可重構(gòu)的；隨著技術(shù)的進步，可定制的粒度會越來越細，芯片會提供越來越多可定制的能力。② 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，實現(xiàn)差異化服務(wù)。CENI 團隊自主研制了全球首個大網(wǎng)級網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)——“司絡(luò)”（CNOS），其可滿足差異化網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的可定制、可重構(gòu)需求，實現(xiàn)分鐘級網(wǎng)絡(luò)開通和業(yè)務(wù)開通。目前，CNOS 已在 400 多個城市 1 100 多個節(jié)點的大規(guī)模骨干網(wǎng)中穩(wěn)定運行 3 年以上，其技術(shù)已處于國際領(lǐng)先水平。

目前，白盒化的發(fā)展理念已得到美國電話電報公司（AT&T）、谷歌（Google）、微軟（Microsoft）等公司和國內(nèi)三大運營商——中國電信、中國聯(lián)通、中國移動的廣泛認可，已成為當前網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域最為主流的發(fā)展趨勢之一。這個趨勢的產(chǎn)生是多網(wǎng)融合目標發(fā)展的第二階段，也是“簡單、高效能、低成本”這一發(fā)展理念的延續(xù)。由于整個地球可提供的資源是有限的，技術(shù)的發(fā)展應(yīng)盡量利用有限的物理資源，凡是能用軟件來實現(xiàn)的，盡量用軟件來做。因此，在這個原則下，才使得軟件化、開放化等理念能夠在實際應(yīng)用中得到廣泛支持并實現(xiàn)持續(xù)演進。

1.3 未來：業(yè)務(wù)驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)演進，智能、網(wǎng)算存一體成為發(fā)展關(guān)鍵

業(yè)界預測，全息傳送、交互式游戲、超級自動化、分布式云、車路協(xié)同、無人機、機器人等已成為未來網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的主流發(fā)展趨勢>②5G確定性網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟.5G確定性網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)白皮書.(2020-02-15)[2021-12-20].https://pmo32e887-pic2.ysjianzhan.cn/upload/5GDN_industry_white_paper_cn.pdf.。未來網(wǎng)絡(luò)將在提供超低時延（ms 級）、超高通量帶寬（>1 Tbit/s）、超大規(guī)模連接（>1 000 億連接）等基礎(chǔ)能力的同時，需要更加緊密地與應(yīng)用服務(wù)融合，“以網(wǎng)絡(luò)資源為中心”的網(wǎng)絡(luò)將轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詰?yīng)用服務(wù)為中心”的網(wǎng)絡(luò)，并向智能化、網(wǎng)算存一體等方向發(fā)展。

（1）與人工智能深度融合，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)智能化。目前，互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用已通過手機、邊緣計算等實現(xiàn)了終端的泛在智能化，但是網(wǎng)絡(luò)依然缺少智能，“傻瓜式”對網(wǎng)絡(luò)資源的調(diào)度進行決策，造成資源利用率低下。因此，未來網(wǎng)絡(luò)需要依靠網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)這一大腦，與大數(shù)據(jù)、人工智能等手段結(jié)合[3,4]，實現(xiàn)智能化網(wǎng)絡(luò)控制，把網(wǎng)絡(luò)資源利用率從 50% 提升到 90% 以上，大幅提升網(wǎng)絡(luò)的能效。

（2）網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲深度融合，實現(xiàn)網(wǎng)算存一體。目前，網(wǎng)絡(luò)只有傳輸交換功能，雖然有內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（CDN）、對等網(wǎng)絡(luò)（P2P）等技術(shù)手段，但是網(wǎng)絡(luò)本身沒有存儲與計算能力，這導致存在大量信息冗余與網(wǎng)絡(luò)時延。未來，網(wǎng)絡(luò)將成為整個人類社會一個宏觀的泛計算機系統(tǒng)，可按照需求去部署傳輸、存儲、計算等能力；網(wǎng)絡(luò)將原生結(jié)合云計算/邊緣計算[5]，在廣域范圍實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲的超融合一體化，使各種應(yīng)用服務(wù)資源（如算力、數(shù)據(jù)、內(nèi)容等）在運營商“云、邊、端”多個層次，甚至跨多運營商的廣域網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)進行智能動態(tài)分布和按需連接協(xié)同。

2 “網(wǎng)絡(luò)與物理世界融合”是中國建立自主可控網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)生態(tài)的重大機遇

在消費領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)與人文世界緊密融合，取得了很大的成功，在此基礎(chǔ)上，網(wǎng)絡(luò)正在加速和物理世界實現(xiàn)新的融合。未來網(wǎng)絡(luò)將類似于人類的神經(jīng)、血液系統(tǒng)一樣，成為人類的一個大的信息系統(tǒng)，實現(xiàn)人文世界、物理世界和信息世界的整體融合；網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男畔㈩愃朴谘簜鬏敔I養(yǎng)一樣，能夠通過數(shù)據(jù)流把信息輸送給全世界，充分發(fā)揮出數(shù)據(jù)信息的價值。因此，網(wǎng)絡(luò)與物理世界的深度融合將成為我國建立自主可控網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)生態(tài)的重大機遇，能夠改變我國網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展一直受制于人、核心產(chǎn)業(yè)跟隨的被動局面；工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、國防信創(chuàng)網(wǎng)絡(luò)、空天互聯(lián)網(wǎng)等將成為網(wǎng)絡(luò)與物理世界融合的典型應(yīng)用場景，而滿足確定性、多云融合、智驅(qū)安全等需求將成為構(gòu)建自主可控網(wǎng)絡(luò)體系的重要目標。

2.1 確定性需求，推動企業(yè)內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)等的確定性升級

新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)賦能工業(yè)制造升級已成為一個重要發(fā)展趨勢。許多工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用、車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，如云化可編程邏輯控制器（PLC）遠程控制、遠程機械臂控制、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)上傳和控制指令下發(fā)等需要 200 μs 的時延抖動保障③因為工業(yè)控制應(yīng)用一般以每200 μs一次周期性地發(fā)送控制指令，如果時延抖動大于200 μs，將會丟包導致生產(chǎn)事故。。然而，現(xiàn)有傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)難以滿足工業(yè)級應(yīng)用端到端超低時延和抖動的確定性需求。因此，面對未來工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中云化控制、工廠互聯(lián)等時間敏感應(yīng)用場景，構(gòu)建“準時、準確”控制的端到端確定性網(wǎng)絡(luò)體系具有重要價值[6]。CENI 平臺已具備在廣域網(wǎng)實現(xiàn)端到端時延抖動小于 30 μs 的能力，在業(yè)界處于領(lǐng)先水平。

2.2 多云協(xié)同需求，助推企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展

企業(yè)、政府、高校等的業(yè)務(wù)上云已經(jīng)成為數(shù)字化社會轉(zhuǎn)型與發(fā)展的必然選擇。然而，目前我國企業(yè)上云比例只有 40%，遠低于歐美發(fā)達國家。自建自用、不共享的私有云、邊緣云體系嚴重阻礙我國數(shù)字化發(fā)展的進程。因此，跨運營商的多網(wǎng)、多云、多邊間的信息與通信技術(shù)（ICT）能力協(xié)同將成為提升上云率的關(guān)鍵，亟待將邊緣云、公有云、私有云等網(wǎng)絡(luò)資源、云資源都開放出來，提升用戶體驗。面對多云協(xié)同需求，需要進一步借助于區(qū)塊鏈/智能合約在技術(shù)層面所提供的可信任性，形成多中心化甚至去中心化的云網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，構(gòu)建多云操作系統(tǒng)，從而實現(xiàn)真正的分布式網(wǎng)絡(luò)。

2.3 智驅(qū)安全需求，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與安全的一體化設(shè)計

傳統(tǒng)碎片化、獨立部署設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)安全功能已難以滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等場景所需的高效、安全、智能的網(wǎng)絡(luò)安全保障能力，中心控制式網(wǎng)絡(luò)安全能力也難以有效地支撐海量接入、高彈性高分布式的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。因此，需要構(gòu)建與人工智能、分布式防御等深度融合的智驅(qū)安全網(wǎng)絡(luò)體系，以支持“全分布式安全網(wǎng)絡(luò)”功能在公有云、私有云、混合云及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等場景的大規(guī)模快速部署，實現(xiàn)全集群 TB 級別分布式拒絕服務(wù)攻擊（DDoS）秒級快速防護；并通過定制的機器學習算法[7]④華為.通信網(wǎng)絡(luò)2030白皮書.(2021-10-13)[2021-12-20].https://www-file.huawei.com/-/media/CORP2020/pdf/giv/industry-reports/Communications_Network_2030_cn.pdf.，實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)攻擊的自動化多級監(jiān)測、主動式流量緩和及全分布式網(wǎng)絡(luò)聯(lián)防，服務(wù)整個互聯(lián)網(wǎng)的安全、快速發(fā)展。

2.4 網(wǎng)絡(luò)自動駕駛需求，將成為未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的新階段

網(wǎng)絡(luò)的自動化和智能化轉(zhuǎn)型已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域未來的重大變革趨勢[8]。隨著網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)飛速發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴大，用戶對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的帶寬、時延、可靠性等方面都提出了更加嚴苛的需求。依靠固定規(guī)則與策略的技術(shù)手段已無法滿足動態(tài)資源分配、故障定位、流量預測等業(yè)務(wù)的運維管理需求。因此，需要通過人工智能、深度學習、大數(shù)據(jù)等手段，推動網(wǎng)絡(luò)智能化發(fā)展，逐步減少和消除人工操作，逐步向自服務(wù)、自維護、自優(yōu)化的無人值守網(wǎng)絡(luò)演進；通過數(shù)據(jù)建模、語義驅(qū)動、網(wǎng)絡(luò)數(shù)字孿生等技術(shù)手段，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)全生命周期的閉環(huán)自動化控制與 99% 以上的極致資源與能源利用率。

3 如何建立具有國際影響的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系

3.1 探索新型網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)與技術(shù)體系

自互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生以來，網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)就被譽為網(wǎng)絡(luò)研究“皇冠上的明珠”，美國也依托 TCP/IP 架構(gòu)成為全球網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與標準的領(lǐng)導者。因此，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已成為互聯(lián)網(wǎng)“下半場”決勝的關(guān)鍵，尤其是網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)（如協(xié)議體系、根域名、流量交換模式等）涉及各國在全球互聯(lián)網(wǎng)的地位與核心利益，已成為世界各國布局的重點。美國國家科學基金會（NSF）于 2010 年啟動未來互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)（FIA）計劃，對 NDN、XIA、MobilityFirst、Nebula 等項目提供支持；歐盟和日本也同步啟動了FIRE、4WARD、SAIL、AKARI 等一系列未來網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)相關(guān)項目[1]。2018 年，國際電信聯(lián)盟（ITU）成立了網(wǎng)絡(luò) 2030 焦點組，專門攻關(guān)研究 2030 年及以后的未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、需求、使用場景和網(wǎng)絡(luò)功能[9]。

在此大背景下，北京郵電大學、網(wǎng)絡(luò)通信與安全紫金山實驗室、江蘇省未來網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新研究院等單位前瞻性研判相關(guān)挑戰(zhàn)和技術(shù)趨勢，從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、全息全感網(wǎng)絡(luò)等未來網(wǎng)絡(luò)典型場景的需求出發(fā)，自主并原創(chuàng)性地提出了“服務(wù)定制網(wǎng)絡(luò)”（SCN）體系架構(gòu)[9]。在兼容 OSI（開放式系統(tǒng)互聯(lián)）7 層模型的基礎(chǔ)上，SCN 通過“革新式”的技術(shù)途徑定義了新型網(wǎng)絡(luò)承載（轉(zhuǎn)發(fā)）、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（控制）、云網(wǎng)超融合（業(yè)務(wù)）三大功能平面。① 新型網(wǎng)絡(luò)承載平面。對應(yīng) OSI 架構(gòu) 1—3 層，解決傳統(tǒng)設(shè)備“封閉僵化不確定”問題。通過 1—3 層協(xié)議的跨層間協(xié)同與開放，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的“開放彈性可預期”，提供確定性能力。②網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)平面。對應(yīng) OSI 架構(gòu) 1—3 層，解決傳統(tǒng)網(wǎng)管“不可管不可控”問題。通過控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離，分布式與集中式融合，實現(xiàn)“全網(wǎng)可管控”，提供差異化能力。③云網(wǎng)超融合平面。對應(yīng) OSI 架構(gòu) 3—7 層，解決傳統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)“被動感知質(zhì)量”問題；通過以“以應(yīng)用服務(wù)為中心”漸進式重構(gòu) 3—7 層協(xié)議棧，實現(xiàn)應(yīng)用服務(wù)“主動表達需求”，提供按需使用能力。

國際上，美國國防部高級研究計劃局（DARPA）正積極建設(shè)面向工業(yè)的新型網(wǎng)絡(luò)。2020 年 12 月起，DARPA 發(fā)布 PRONTO⑤PRONTO.DARPA Pronto Homepage.[2021-10-20].https://prontoproject.org/.項目，由美國國家工程院院士 Nick McKeown 等牽頭構(gòu)建一張服務(wù)于“工業(yè) 4.0”等場景的新型架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。目前，該項目已由 AT&T、英特爾（Intel）、Google、開放網(wǎng)絡(luò)基金會、斯坦福大學、普林斯頓大學等企業(yè)、高校、機構(gòu)聯(lián)合，并基于軟件定義、可編程白盒交換機等技術(shù)構(gòu)建了覆蓋美國 11 個節(jié)點的試驗網(wǎng)絡(luò)。

分析發(fā)現(xiàn)，DARPA 正在開展的新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究與我國 CENI 相關(guān)發(fā)展思路基本一致。通過提前布局與近 10 余年鍥而不舍的努力，我國已實現(xiàn)新型網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)等核心技術(shù)由跟跑到并跑，并在大網(wǎng)操作系統(tǒng)和確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面處于領(lǐng)先水平。因此，對于面向全球新一輪網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)變革機遇，我國需要依托前期優(yōu)勢基礎(chǔ)，進一步加強對未來網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)研究的支持，重點對網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)、端到端低時延確定性、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)交換芯片、異構(gòu)云網(wǎng)融合、可編程網(wǎng)絡(luò)等關(guān)鍵技術(shù)進行突破，從根本上改變核心關(guān)鍵技術(shù)受制于人的局面，增強我國核心關(guān)鍵技術(shù)的國際認可度和影響力，并促進關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的融合。

3.2 重視軟件化、開源發(fā)展趨勢，建立開放的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展生態(tài)

在網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，開源已成為技術(shù)發(fā)展的必然選擇和重要基礎(chǔ)，是推進各個領(lǐng)域不斷融合發(fā)展的重要力量，以及實現(xiàn)技術(shù)革新與產(chǎn)業(yè)演進的最佳途徑。開源發(fā)展至今，已不僅僅是一種發(fā)展模式，它已經(jīng)演化成了一種商業(yè)模式，實際上是一種“各盡所能，各取所需”的良性技術(shù)生態(tài)體系；越是在新興領(lǐng)域，開源比例越大。因此，發(fā)展自主可控的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系需要借助開源模式實現(xiàn)市場布局，通過引導開源事實標準，改變國際生態(tài)格局，吸納多個國家、企業(yè)、個人廣泛參與，提升國際影響力。

（1）探索建立自主可控的開源模式。我國自發(fā)開源企業(yè)需要建立穩(wěn)定的開源商業(yè)模式：① 針對國際基金會頂級開源項目，建立社區(qū)反饋和聯(lián)動機制；② 建立自主開源生態(tài)，重點在網(wǎng)絡(luò)、通信、操作系統(tǒng)等基礎(chǔ)軟件領(lǐng)域探索開源。

（2）建立可持續(xù)發(fā)展的開源運營機制。國內(nèi)開源聯(lián)盟組織持續(xù)推進與企業(yè)的開源運營合作，借助聯(lián)盟標準化與行業(yè)推廣優(yōu)勢，推動我國自發(fā)開源項目應(yīng)用；開源基金會形成穩(wěn)定的決策機制，項目孵化流程，為國內(nèi)開源項目運營提供有力的知識產(chǎn)權(quán)托管，以及法律、協(xié)作支撐。

（3）面向全球加大力度促進開源國際化合作。吸引國外知名開源項目在華成立中文社區(qū)或成立合資企業(yè)；吸引全球開源網(wǎng)絡(luò)基金會在華設(shè)立分支機構(gòu)；國內(nèi)企事業(yè)單位和高校承接、主辦更多的國際開源技術(shù)交流活動，鼓勵聘請全球開源大師、精英來華工作，獎勵開發(fā)者參與開源社區(qū)貢獻開源項目；支持和扶持中國開源項目走向海外，面向全球貢獻智慧。

3.3 集中力量辦大事，開展多方合作

面對新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)攻關(guān)與變革的重大歷史機遇，江蘇省及南京市政府自 2011 年開始，將北京郵電大學、中國科學院計算技術(shù)研究所、清華大學 3 支團隊引入南京并成立未來網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新研究院，組織開展未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)研究；進而，成立網(wǎng)絡(luò)通信與安全紫金山實驗室，集聚核心科研人員 1 000 余人。通過多方協(xié)作、“集中力量辦大事”的創(chuàng)新機制，網(wǎng)絡(luò)通信與安全紫金山實驗室成功在未來網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)方面取得了多項重大突破。

盡管我國在若干網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上暫時處于領(lǐng)先地位，但美國整體技術(shù)基礎(chǔ)實力雄厚，技術(shù)方向的前瞻性和共識力比較強。因此，需要進一步凝聚國內(nèi)優(yōu)勢力量，將未來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系列為國家實驗室的重要使命內(nèi)容，堅持習近平總書記“四個面向”的戰(zhàn)略部署，加快網(wǎng)絡(luò)與通信領(lǐng)域的科技創(chuàng)新，聚焦工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、算力互聯(lián)網(wǎng)、空天互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、國防信創(chuàng)網(wǎng)絡(luò)等重大需求場景，以確保我國能繼續(xù)保持領(lǐng)先，掌握網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的話語權(quán)和技術(shù)標準的引領(lǐng)。

4 結(jié)束語

本文詳細分析了未來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢，網(wǎng)絡(luò)正從消費型向生產(chǎn)型互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)變，將出現(xiàn)重大變革機遇。面向互聯(lián)網(wǎng)“下半場”發(fā)展的挑戰(zhàn)與機遇，只有通過布局并掌握原創(chuàng)性的核心技術(shù)才能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的領(lǐng)跑與產(chǎn)業(yè)生態(tài)的自主可控。新型網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)是我國發(fā)展自主可控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系一個難得的歷史機遇，也是中華民族為人類社會進步作貢獻的重要歷史機遇。通過相關(guān)科學家和科研力量近10年的探索，未來網(wǎng)絡(luò)試驗設(shè)施為原創(chuàng)性技術(shù)的突破打下了堅實的基礎(chǔ)；為了充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)大科學裝置的價值，應(yīng)集中產(chǎn)學研各方力量，充分開展多方合作，構(gòu)建未來網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)略新型產(chǎn)業(yè)。