論網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制發(fā)展范式的變革——網(wǎng)絡(luò)之網(wǎng)絡(luò)

鄔江興

專題：新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

論網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制發(fā)展范式的變革——網(wǎng)絡(luò)之網(wǎng)絡(luò)

鄔江興

（解放軍戰(zhàn)略支援部隊(duì)信息工程大學(xué)，河南 鄭州 450002）

多樣性和多元性是宇宙發(fā)展的第一特征。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展始終未能脫離基于單一體制自我演進(jìn)或更替換代發(fā)展的基本范式，極大地制約了以“人網(wǎng)物”為對(duì)象、計(jì)算/存儲(chǔ)/傳送一體化為手段的多元、多維融合新世界對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制與相關(guān)服務(wù)的創(chuàng)新需求。從思維視角和方法論層面出發(fā)，提出了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制與支撐環(huán)境相分離的多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展范式。結(jié)合云計(jì)算的場(chǎng)景，展望了多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)商業(yè)運(yùn)作新模式和應(yīng)用場(chǎng)景。

網(wǎng)絡(luò)之網(wǎng)絡(luò)；多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；新思維視角；新方法論；新實(shí)踐規(guī)范；網(wǎng)絡(luò)模態(tài)；多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)云計(jì)算平臺(tái)；應(yīng)用展望

1 多元性和多樣化是宇宙發(fā)展的基本特征

迄今為止，廣袤的宇宙空間中能被科學(xué)界認(rèn)定存在高級(jí)智慧生物的星球只有地球。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)構(gòu)成這個(gè)星球無(wú)機(jī)和有機(jī)世界的化學(xué)元素有上百種之多，其中天然存在的有94種，科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室人工合成的有24種。到目前為止，化學(xué)元素周期表中的118種元素通過(guò)排列組合，已經(jīng)形成了無(wú)法估量、多種多樣的化合物。這說(shuō)明宏觀世界、介觀世界或者微觀世界的可持續(xù)發(fā)展都離不開(kāi)多元化或多樣性（polyphyly and diversity）特征的支撐，甚至有人將其稱為宇宙發(fā)展的第一特征[1]。毫無(wú)疑問(wèn)，多元化、多樣性既是自然界也是人類社會(huì)進(jìn)步或變革的基本動(dòng)力之一，地球生物發(fā)展史表明，通過(guò)物種間的互補(bǔ)與制衡構(gòu)成一個(gè)和諧共存的生態(tài)發(fā)展格局，沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)性的演進(jìn)累積和推陳出新的變革延續(xù)，自然界會(huì)因?yàn)槲锓N同質(zhì)化而無(wú)可避免地走向凋亡[2]。因此，繁榮物種及生態(tài)圈多樣性是自然界生命發(fā)展的必然使命與要求。

網(wǎng)絡(luò)世界遵循自然界基本規(guī)律的演進(jìn)與變革無(wú)疑是正確的發(fā)展道路，而單一體制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展道路肯定無(wú)法支撐五彩繽紛的已知或未來(lái)服務(wù)需求，必須構(gòu)建開(kāi)放、競(jìng)爭(zhēng)、互補(bǔ)、多樣性、多元化的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)生態(tài)環(huán)境，才能充分釋放網(wǎng)絡(luò)體制與應(yīng)用業(yè)務(wù)及商業(yè)模式的創(chuàng)新活力。

2 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制與應(yīng)用服務(wù)領(lǐng)域特征強(qiáng)相關(guān)

回顧網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展史，既有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制總是與已知或可以設(shè)想到的服務(wù)領(lǐng)域應(yīng)用特征強(qiáng)關(guān)聯(lián)，不同服務(wù)領(lǐng)域既存在個(gè)性化也存在共性化的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制及相關(guān)業(yè)務(wù)需求。理論上不可能有一種“超級(jí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制”可以有效地支持現(xiàn)有或未來(lái)所有的應(yīng)用服務(wù)領(lǐng)域，這本來(lái)已是不爭(zhēng)共識(shí)，但消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)體制取得的巨大成功給人們?cè)斐闪艘环N普遍錯(cuò)覺(jué)，似乎“50多年前提出的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體制只要通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（Internet Engineering Task Force，IETF）或國(guó)際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Union，ITU）組織不斷豐富RFC（request for comments）（目前總數(shù)已超過(guò)9 000個(gè)）或相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，繼續(xù)沿襲自我演進(jìn)方式就能很好地滿足信息通信或相關(guān)領(lǐng)域不斷提出的新業(yè)務(wù)發(fā)展需求”[3]。但是消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)的成功存在以下4個(gè)不容忽視的重要前提。

（1）微電子技術(shù)的進(jìn)步使得用戶終端、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)字化和軟/硬件智能化水平不斷提升，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)門(mén)檻在大幅度降低，在計(jì)算機(jī)技術(shù)泛在化應(yīng)用的基礎(chǔ)上，由同一網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施通過(guò)虛擬化技術(shù)提供多業(yè)務(wù)融合服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與業(yè)務(wù)的相對(duì)分離，提高了業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)靈活性。

（2）相當(dāng)一個(gè)歷史時(shí)期以來(lái)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的主體對(duì)象是社會(huì)人，即提供toC服務(wù)，社會(huì)人對(duì)通信服務(wù)的要求除了尚未解決的嗅覺(jué)、味覺(jué)、觸覺(jué)等信息感知及跨地域傳送與交互問(wèn)題，就是語(yǔ)音、視頻、文本或圖片等聽(tīng)、視覺(jué)類的多媒體業(yè)務(wù)，共同的特征是對(duì)時(shí)延、相位、時(shí)延抖動(dòng)、誤碼率不敏感或具有較高的容忍度，在終端側(cè)提供足夠緩沖能力、網(wǎng)絡(luò)側(cè)具有平均2倍左右的交換與傳送平均帶寬條件下，應(yīng)用“盡力而為的分組轉(zhuǎn)發(fā)方式”就能較好地滿足用戶體驗(yàn)質(zhì)量（quality of experience，QoE）[4]要求。

（3）“由網(wǎng)絡(luò)邊緣提供服務(wù)的商業(yè)模式”，使得toC的多媒體服務(wù)發(fā)展不再只取決于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商單方面的積極性或市場(chǎng)作為，“網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)分離”的商業(yè)模式創(chuàng)造了“互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供者（Internet service provider，ISP）”和“互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容提供者（Internet content provider，ICP）”等細(xì)分領(lǐng)域市場(chǎng)構(gòu)架，極大地釋放了全社會(huì)應(yīng)用服務(wù)創(chuàng)新激情并加速提升了行業(yè)信息化的積極性，誕生了不少專注互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的龍頭企業(yè)。

（4）互聯(lián)網(wǎng)的泛在化、同質(zhì)化發(fā)展很大程度上源于經(jīng)濟(jì)全球化、網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代的強(qiáng)力推動(dòng)作用，商業(yè)和社會(huì)大環(huán)境的剛需影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)本身的進(jìn)步意義，其實(shí)踐規(guī)范就是如何解決網(wǎng)絡(luò)規(guī)?；瘮U(kuò)展、泛在化應(yīng)用和承載經(jīng)濟(jì)性等帶來(lái)的工程技術(shù)問(wèn)題。

然而，時(shí)至今日，微電子和計(jì)算機(jī)軟/硬件技術(shù)進(jìn)步正在放緩，摩爾定律和登納德縮放比例定律已觸碰芯片制程工藝、功率密度、合格率等“天花板”問(wèn)題，既有的網(wǎng)絡(luò)體制可能無(wú)法再指望通過(guò)微電子或CPU等核心器件性能的不斷躍升，滿足各類基于虛擬化或硬件加速技術(shù)的承載業(yè)務(wù)性能要求；源于數(shù)字電報(bào)分組交換的互聯(lián)網(wǎng)“盡力而為”傳送方式，雖然以犧牲資源利用率和有效性為代價(jià)勉強(qiáng)滿足toC多媒體服務(wù)的QoE要求，但很難滿足產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代低時(shí)延、確定性服務(wù)、算力網(wǎng)、傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)甚至車(chē)聯(lián)網(wǎng)等toX業(yè)務(wù)在服務(wù)質(zhì)量（quality of service，QoS）方面的嚴(yán)苛要求。特別是基于內(nèi)容尋址、命名數(shù)據(jù)尋址、多標(biāo)識(shí)尋址、地球空間坐標(biāo)尋址、模糊需求尋址、算力資源尋址、高速移動(dòng)尋址、低碳排放路徑尋址等遠(yuǎn)超傳統(tǒng)“五元組”編址/尋址和路由控制能力的新型尋址方式的提出，使得ISP和ICP間技術(shù)與商業(yè)界限日趨模糊，“網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)分離”“業(yè)務(wù)由網(wǎng)絡(luò)邊緣提供”的消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)承載模式已無(wú)法適應(yīng)可設(shè)想到但尚在清晰過(guò)程中的業(yè)務(wù)發(fā)展需要。

互聯(lián)網(wǎng)無(wú)可爭(zhēng)辯的貢獻(xiàn)是用“端到端”的虛擬化和智能處理技術(shù)，一體化地把原本要用多個(gè)物理專網(wǎng)才能提供的toC多媒體服務(wù)置于統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架下；隨著可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)[5]、軟件定義網(wǎng)絡(luò)（software defined network，SDN）[6]、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（network functions virtualization，NFV）[7]等技術(shù)的提出，互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)剛性化的缺陷得到一定程度彌補(bǔ)，但不能解決從消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)向多樣化垂直應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)型的難題。

總之，50多年來(lái)基于IP互聯(lián)網(wǎng)體制的技術(shù)與工程研究，始終專注于toC領(lǐng)域的應(yīng)用方面，重點(diǎn)解決一體化的多媒體服務(wù)問(wèn)題，其成功的商業(yè)化運(yùn)作至今仍然未超出給定目標(biāo)領(lǐng)域服務(wù)特征的范疇。所以說(shuō)，即使是商業(yè)成就斐然的消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)，在面對(duì)服務(wù)特征存在諸多不同的產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)，既有的發(fā)展范式（paradigm）正在遭遇前所未有的挑戰(zhàn)[8]。與庫(kù)恩的觀點(diǎn)[9]不同，筆者以為：即使發(fā)生范式的變革也并不意味著原有范式徹底失去意義。事實(shí)上，在人類科學(xué)進(jìn)步歷程中從未發(fā)生過(guò)新范式徹底否定舊范式的情景，即便是在迎來(lái)基于大數(shù)據(jù)和人工智能的第四發(fā)展范式之際，也不存在否定前3種范式的必要，只是各自適應(yīng)范疇不同。

3 數(shù)字化時(shí)代垂直行業(yè)應(yīng)用推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展范式新變革

范式的概念與理論由美國(guó)著名科學(xué)哲學(xué)家托馬斯·庫(kù)恩在1962年一篇長(zhǎng)篇論文中首次提出，并在隨后出版的《科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)（）》一書(shū)中得到系統(tǒng)闡述[9]。筆者認(rèn)為，最重要貢獻(xiàn)之一在于：把以往貌似堆積無(wú)序的科學(xué)進(jìn)展歷史“建構(gòu)”出一個(gè)結(jié)構(gòu)，一個(gè)關(guān)于“范式”的結(jié)構(gòu)，從而發(fā)現(xiàn)了“科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)”。范式的變革往往發(fā)生在原有范式無(wú)法解決的難題時(shí)才會(huì)應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)字化時(shí)代人類社會(huì)、網(wǎng)絡(luò)世界、物理世界“人網(wǎng)物”三元萬(wàn)物互聯(lián)，人們不再滿足局限于toC領(lǐng)域的多媒體服務(wù)，個(gè)性化或分眾化特征顯著的垂直行業(yè)應(yīng)用將成為網(wǎng)絡(luò)世界的“應(yīng)用藍(lán)海”，這意味著既有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制自我演進(jìn)或更新?lián)Q代的發(fā)展范式，必須從思維視角、方法論和實(shí)踐規(guī)范層面進(jìn)行徹底的變革。

3.1 新思維視角

數(shù)字化時(shí)代隨著toB、toM、toX等垂直行業(yè)多元化應(yīng)用需求的出現(xiàn)，現(xiàn)有消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)體制難以繼續(xù)使用“打補(bǔ)丁”的演進(jìn)方式來(lái)滿足，經(jīng)典的“業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)分離提供方式”也不再能滿足相關(guān)領(lǐng)域的服務(wù)等級(jí)協(xié)定（service level agreement，SLA）要求[10]。例如，工業(yè)領(lǐng)域大量的傳感器和執(zhí)行部件需要給定時(shí)延、給定時(shí)延抖動(dòng)、給定周期等確定性或時(shí)間敏感的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；企業(yè)內(nèi)部不同加工設(shè)備群、不同工藝流程、不同生產(chǎn)線組織需要由不同技術(shù)規(guī)范的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)支撐（盡管目前的現(xiàn)狀是多數(shù)由工業(yè)系統(tǒng)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程中缺乏全球性標(biāo)準(zhǔn)所致）；軍事系統(tǒng)由于兵種間的特殊性不可能用一種網(wǎng)絡(luò)體制滿足各方面的用網(wǎng)需求；企事業(yè)和政府機(jī)關(guān)單位內(nèi)部因?yàn)闃I(yè)務(wù)關(guān)系也需要多樣性網(wǎng)絡(luò)提供專門(mén)化服務(wù)；由不同類型傳感器和執(zhí)行單元采用多種互聯(lián)協(xié)議構(gòu)成的物聯(lián)網(wǎng)，也很難用單一的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制支撐；基于云和邊緣計(jì)算技術(shù)的5G承載網(wǎng)絡(luò)，即便采用同構(gòu)切片方式也很難應(yīng)對(duì)垂直行業(yè)多樣性或多元化之需求等。

此外，信息通信基礎(chǔ)設(shè)施向“云網(wǎng)算”融合、地球空間智聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（6G）方向轉(zhuǎn)型已成為產(chǎn)業(yè)界廣泛共識(shí)。基于分布式異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)和虛擬化等相關(guān)技術(shù)的云計(jì)算平臺(tái)[11]，正在使傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)與信息通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)朝著“一切皆為服務(wù)”的融合模式發(fā)展，除了回歸網(wǎng)絡(luò)即服務(wù)（network as a service，NaaS）外還引入了基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（infrastructure as a service，IaaS）、平臺(tái)即服務(wù)（platform as a service，PaaS）、軟件即服務(wù)（software as a service，SaaS）等新應(yīng)用體驗(yàn)，試圖將廣義計(jì)算能力（計(jì)算、存儲(chǔ)、交換、傳輸?shù)龋┩ㄟ^(guò)互聯(lián)網(wǎng)作為商品資源進(jìn)行流通，必然會(huì)產(chǎn)生許多與當(dāng)前大眾或普遍服務(wù)類型和提供方式不同的新興應(yīng)用需求[12]。

必須強(qiáng)調(diào)指出，即使是數(shù)字時(shí)代，圍繞人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)之信息交互永遠(yuǎn)都是剛需，因而toC領(lǐng)域的傳統(tǒng)多媒體服務(wù)不僅不可或缺，而且還需要加快發(fā)展包括嗅覺(jué)、味覺(jué)、觸覺(jué)等人類其他感官信息傳送和交互在內(nèi)的更高級(jí)形態(tài)的智能化服務(wù)。所以，新的思維視角只可能更為寬廣，而不能也不應(yīng)當(dāng)再對(duì)多元化或多樣性需求作“選擇性無(wú)視”。

3.2 新方法論

回顧人類信息通信技術(shù)發(fā)展史不難看出，其經(jīng)歷了3個(gè)標(biāo)志性階段。一是面向規(guī)?；瘜I(yè)服務(wù)，獨(dú)立建設(shè)和運(yùn)營(yíng)電報(bào)、電話、電視等專用網(wǎng)絡(luò)[13]，基本特征是“網(wǎng)絡(luò)即服務(wù)”，方法論是“圍繞一類服務(wù)構(gòu)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)”[14]；二是面向大眾普遍服務(wù)，建設(shè)和運(yùn)營(yíng)綜合電報(bào)、電話、視頻服務(wù)的廣域網(wǎng)絡(luò)[15]，基本特征是“一體化的網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)環(huán)境”，方法論是“基于標(biāo)準(zhǔn)化容器的業(yè)務(wù)封裝”；三是在終端或業(yè)務(wù)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)化、智能化前提下，網(wǎng)絡(luò)提供“以智能用戶終端為服務(wù)對(duì)象”的語(yǔ)音、文本、圖像等多媒體數(shù)據(jù)文件傳送與交互功能，基本特征是“業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)相對(duì)分離”、業(yè)務(wù)由網(wǎng)絡(luò)邊緣提供、網(wǎng)絡(luò)完成多媒體文件數(shù)據(jù)包的“盡力而為傳送”等，方法論是“基于路由表的分組交換”[16]。

數(shù)字經(jīng)濟(jì)、海陸空天多維萬(wàn)物智聯(lián)或數(shù)字孿生、元宇宙時(shí)代必然會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制提出更加多樣性或多元化的需求，已有網(wǎng)絡(luò)發(fā)展范式之方法論缺乏更高維度、更多應(yīng)用領(lǐng)域的指導(dǎo)意義。新的方法論應(yīng)當(dāng)聚焦于“如何在一個(gè)技術(shù)物理環(huán)境中支持多元化或多樣性的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制及業(yè)務(wù)的共生共存、演進(jìn)與變革兼容并蓄”問(wèn)題提供“方法之方法”，且無(wú)須涉及任何已有或潛在的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)、尋址方式、路由控制、傳送模式、協(xié)議體系、業(yè)務(wù)形態(tài)乃至技術(shù)演進(jìn)路線等實(shí)踐規(guī)范層面的內(nèi)容。面向全新的思維視角，新方法論是“構(gòu)建一個(gè)多維多元共生的融合環(huán)境，支持多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制的動(dòng)態(tài)加載和自主演進(jìn)”。這個(gè)融合環(huán)境與化學(xué)元素周期表?yè)碛卸喾N網(wǎng)絡(luò)基線技術(shù)元素類似，用這些元素的“化合物”可以形成支撐多元化或多樣性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制及相關(guān)業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)能力，滿足不同網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)基線技術(shù)資源的組合需求。

這種網(wǎng)絡(luò)模式非常類似當(dāng)前以分布式異構(gòu)計(jì)算“云平臺(tái)”提供多樣化商業(yè)服務(wù)，所不同的是如何為各種應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)體制或服務(wù)提供規(guī)模化、高可利用率的路由計(jì)算、協(xié)議解析、傳送制式、多模接入、安全隔離、計(jì)算存儲(chǔ)等網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施資源，需要解決的工程化問(wèn)題與“云平臺(tái)”十分相似，集中在網(wǎng)絡(luò)基線資源的管理與調(diào)度方面。隨之而來(lái)的商業(yè)化問(wèn)題不僅是互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商（ISP）或內(nèi)容提供商（ICP），需要更名并定位于“多元網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)提供商（network service provider，NSP）”或“多元網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容提供商（network content provider，NCP）”，而且要重新賦予ISP新內(nèi)涵，并將這一縮寫(xiě)名稱賦予為所有NSP提供網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)的新型運(yùn)營(yíng)商，即“基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)提供商（infrastructure service provider，ISP）”。

3.3 新實(shí)踐規(guī)范

由于范式?jīng)Q定基礎(chǔ)理論，基礎(chǔ)理論決定具體理論，理論決定模型，模型決定模式。我國(guó)知名學(xué)者陳世清認(rèn)為，“范式是學(xué)說(shuō)的坐標(biāo)，是開(kāi)展科學(xué)研究、建立科學(xué)體系、運(yùn)用科學(xué)思想的坐標(biāo)、參照系與基本方式”[17]。既然網(wǎng)絡(luò)體制發(fā)展范式的坐標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑S多元共生融合環(huán)境，那么新的實(shí)踐規(guī)范必然圍繞如何用一體化環(huán)境支持多元化或多樣性網(wǎng)絡(luò)體制的工程化實(shí)現(xiàn)問(wèn)題展開(kāi)，即需要開(kāi)發(fā)“網(wǎng)絡(luò)之網(wǎng)絡(luò)”技術(shù)，用一個(gè)諸如云平臺(tái)的“網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施”為上層“應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)模態(tài)（如IPv4/IPv6、標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)、命名數(shù)據(jù)網(wǎng)（named data networking，NDN）、地球空間剖分網(wǎng)絡(luò)等）”提供“池化”的計(jì)算、存儲(chǔ)、傳送、交換、路由、接入等可商化流通的軟/硬件與連接對(duì)象資源[18]。顯然，“網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施”與具體“應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)模態(tài)”之間是弱相關(guān)甚至不相關(guān)的。換言之，新的實(shí)踐規(guī)范欲要達(dá)成的工程技術(shù)目標(biāo)是：建構(gòu)一個(gè)能夠支撐各類應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)模態(tài)及相關(guān)業(yè)務(wù)“快速生長(zhǎng)或部署”之上的“開(kāi)放、透明、統(tǒng)一、彈性、智能、安全隔離”的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，以及可健康持續(xù)發(fā)展的技術(shù)與產(chǎn)業(yè)生態(tài)環(huán)境。筆者將其命名為“多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)環(huán)境（polymorphic intelligent network environment，PINE）”，簡(jiǎn)稱多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)[19]，多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)環(huán)境如圖1所示。

圖1 多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

綜上所述，與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展范式研究坐標(biāo)不同，多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展范式將研究坐標(biāo)鎖定在“如何為各種類型應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)模態(tài)提供一體化、可共享、安全的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施資源環(huán)境”上，因而能充分激發(fā)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)體制及關(guān)聯(lián)服務(wù)的“自由”創(chuàng)新活力，加速應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)模態(tài)多樣性生態(tài)環(huán)境構(gòu)建。值得注意的是，多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)環(huán)境支持靜態(tài)/動(dòng)態(tài)、有線/無(wú)線等各種接入或中繼鏈路，支持天基、陸基、空基、?；褥o止或機(jī)動(dòng)部署的網(wǎng)絡(luò)元素，支持多模態(tài)終端混合標(biāo)識(shí)接入，支持多模態(tài)接口協(xié)議解析等。

多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的對(duì)比如圖2所示，與現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)相比，多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)環(huán)境支持各種網(wǎng)絡(luò)模態(tài)（網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制）以類似“應(yīng)用插件”的形式進(jìn)行快速部署（或撤收），可解決“目前單一技術(shù)體制商業(yè)運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)固有性質(zhì)，自然地排斥或拒絕新興網(wǎng)絡(luò)體制試驗(yàn)和示范，而專門(mén)建設(shè)的新型試驗(yàn)網(wǎng)又無(wú)法獲得真實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景驗(yàn)證”的成熟度壁壘問(wèn)題，極大地降低新興網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用快速進(jìn)入市場(chǎng)的門(mén)檻，促進(jìn)形成網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)發(fā)展與市場(chǎng)應(yīng)用“三位一體”協(xié)同發(fā)展格局。從而可從根本上改變擁有先發(fā)技術(shù)優(yōu)勢(shì)的網(wǎng)絡(luò)體制和背負(fù)龐大先期投資包袱的運(yùn)營(yíng)商，無(wú)法避免地陷入封閉式自我演進(jìn)或“穿衣戴帽封裝承載”的同質(zhì)發(fā)展模式，自覺(jué)或不自覺(jué)地排斥或“矮化”新興應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)模態(tài)的導(dǎo)入。更重要的是，以PINE為基礎(chǔ)可以營(yíng)造網(wǎng)絡(luò)模態(tài)與業(yè)務(wù)應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施一體化發(fā)展的全新生態(tài)環(huán)境。

圖2 多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的對(duì)比

4 基于多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)的云計(jì)算平臺(tái)

云計(jì)算平臺(tái)也稱為云平臺(tái)，無(wú)論是以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為主的存儲(chǔ)型云平臺(tái)，或以數(shù)據(jù)處理為主的計(jì)算型云平臺(tái)，還是計(jì)算與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)兼顧的綜合云平臺(tái)，都是提供計(jì)算（包括必要支撐環(huán)境）、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)等軟/硬資源服務(wù)的平臺(tái)[20]。作為一個(gè)技術(shù)物理實(shí)體，云計(jì)算平臺(tái)通常以以太網(wǎng)或FC-SAN、IB-SAN等交換機(jī)組成的網(wǎng)絡(luò)為核心，連接眾多分布式的、向用戶隱藏實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)的異構(gòu)（或同構(gòu)）計(jì)算、存儲(chǔ)或接入節(jié)點(diǎn)資源構(gòu)成一個(gè)綜合服務(wù)系統(tǒng)，采用虛擬化、動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展、按需部署、異構(gòu)冗余等技術(shù)措施，最終以整體形式呈現(xiàn)給用戶，具有靈活性好、可用性強(qiáng)、可靠性高、性價(jià)比突出等特點(diǎn)[21]。

云計(jì)算平臺(tái)在技術(shù)分類上屬于分布式同構(gòu)/異構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)，因而數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)（data center network，DCN）或數(shù)據(jù)中心互聯(lián)（data center inter-connect，DCI）網(wǎng)絡(luò)的功能與性能，會(huì)直接影響系統(tǒng)內(nèi)在的服務(wù)效能與質(zhì)量。具體如下。

●質(zhì)及不可靠性使每次通信和傳送都可能伴隨網(wǎng)絡(luò)不可用的風(fēng)險(xiǎn)，既包括交換、傳輸、域名等設(shè)備的不確定故障，也包括誤碼率、丟包率、擁塞率等與業(yè)務(wù)無(wú)關(guān)或相關(guān)的性能問(wèn)題。通信異常對(duì)性能的最大影響是，當(dāng)一個(gè)計(jì)算任務(wù)分布在多個(gè)節(jié)點(diǎn)上并行或協(xié)同處理時(shí)，任何一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的通信異常都會(huì)嚴(yán)重影響整個(gè)任務(wù)的執(zhí)行性能，通信異常時(shí)即使采用重傳機(jī)制也只是保證了系統(tǒng)的可用性，而對(duì)任務(wù)處理性能的影響則是不可逆的[22]。因此云平臺(tái)理論上要求其內(nèi)在網(wǎng)絡(luò)不僅具有很高的可靠性與可用性，還能通過(guò)業(yè)務(wù)端與網(wǎng)絡(luò)端的聯(lián)合優(yōu)化保證傳輸流量擁塞可能導(dǎo)致的丟包率符合通信指標(biāo)要求。

●通信時(shí)延。網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)延的大小通常與云平臺(tái)節(jié)點(diǎn)的規(guī)模、地域分散程度、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼?jí)數(shù)、交換機(jī)/路由器性能、傳輸技術(shù)類型和節(jié)點(diǎn)側(cè)?網(wǎng)絡(luò)側(cè)協(xié)議棧處理性能強(qiáng)關(guān)聯(lián)，其直接影響是造成協(xié)同度或并行度要求高的任務(wù)處理性能與算法設(shè)計(jì)間存在不可預(yù)測(cè)的偏差。此外，一些計(jì)算任務(wù)看起來(lái)流量或帶寬要求不高的控制數(shù)據(jù)但卻有著極強(qiáng)的實(shí)時(shí)性或及時(shí)性要求，假如無(wú)法置于節(jié)點(diǎn)內(nèi)高速緩存或內(nèi)存中時(shí)，僅通過(guò)網(wǎng)絡(luò)支撐節(jié)點(diǎn)間傳送機(jī)制而不考慮業(yè)務(wù)層與網(wǎng)絡(luò)層的聯(lián)合優(yōu)化機(jī)制，則很難在規(guī)?；W(wǎng)絡(luò)環(huán)境中獲得低時(shí)延的預(yù)期效果，從而使得協(xié)同計(jì)算或處理性能不確定。

●確定性時(shí)延。網(wǎng)絡(luò)傳輸路徑復(fù)雜度和協(xié)議棧處理效率除了影響節(jié)點(diǎn)間的通信時(shí)延外，還會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的時(shí)延不確定性。在執(zhí)行大規(guī)模并行或協(xié)同計(jì)算任務(wù)時(shí)，這種時(shí)延不確定性會(huì)給節(jié)點(diǎn)間任務(wù)或進(jìn)程同步性能帶來(lái)麻煩。因此，凡是分布計(jì)算系統(tǒng)，理論上期望能提供通信時(shí)延確定甚至精確的網(wǎng)絡(luò)傳送或傳輸功能，以便通過(guò)算法優(yōu)化抵消時(shí)延不確定造成的影響[23]。

●多樣化通信模式。一個(gè)分布式系統(tǒng)的理想通信模式至少應(yīng)同時(shí)包括點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)、廣播3類，否則節(jié)點(diǎn)間通信或數(shù)據(jù)分發(fā)開(kāi)銷(xiāo)會(huì)嚴(yán)重影響分布式計(jì)算性能。遺憾的是，目前云平臺(tái)基于點(diǎn)到點(diǎn)“捆綁”機(jī)制等效的多播、廣播通信模式與理想目標(biāo)差距甚遠(yuǎn)。

●可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。分布式云?jì)算系統(tǒng)互連或互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)無(wú)論是局域型還是廣域型通常是靜態(tài)配置或剛性部署的。這對(duì)于同構(gòu)型節(jié)點(diǎn)而言，如果說(shuō)尚能滿足基本使用要求，則對(duì)異構(gòu)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)其效能很難精準(zhǔn)優(yōu)化。因此，近年來(lái)國(guó)際上對(duì)動(dòng)態(tài)可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展十分重視，但尚未在云計(jì)算領(lǐng)域見(jiàn)到相關(guān)研究與應(yīng)用報(bào)告。

●軟件定義互連[24]。理論上計(jì)算任務(wù)不同，系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)節(jié)點(diǎn)算法和連接關(guān)系也應(yīng)有所不同，節(jié)點(diǎn)間如果沒(méi)有時(shí)延、傳輸帶寬、傳送協(xié)議、通信模式、連接拓?fù)洹⒔尤敕绞降溶浖啥x或可調(diào)節(jié)的參數(shù)和功能支持，欲要提供更高效能計(jì)算服務(wù)也存在不容小覷的挑戰(zhàn)。

總而言之，造成上述問(wèn)題的本質(zhì)原因之一是，單一構(gòu)造或同質(zhì)化的網(wǎng)絡(luò)無(wú)法同時(shí)滿足分布式異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)所需要的多樣化的網(wǎng)絡(luò)通信或數(shù)據(jù)傳送服務(wù)。多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)環(huán)境具有“網(wǎng)絡(luò)之網(wǎng)絡(luò)”的構(gòu)造屬性，可以以“網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施”方式提供多樣化的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制，基于多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)的云計(jì)算平臺(tái)如圖3所示，為云計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)節(jié)點(diǎn)同時(shí)提供盡力而為、時(shí)延敏感、確定性時(shí)延、單播/多播/廣播通信模式、高可靠通信、安全隔離、軟件定義互連、可重構(gòu)交換及可定制化連接協(xié)議等多種應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)模態(tài)和服務(wù)，能顯著改善分布計(jì)算系統(tǒng)的功能和性能，為云計(jì)算或邊緣計(jì)算等技術(shù)增添新的發(fā)展內(nèi)涵與外延[25]。

5 多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用展望

正如本文前面已提到的那樣，多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場(chǎng)景與云計(jì)算使用場(chǎng)景十分類似，對(duì)“生長(zhǎng)”其上的“應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)模態(tài)”隱藏了“網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施”軟/硬件資源的技術(shù)實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，并最終以整體形式呈現(xiàn)給具體應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)模態(tài)。其技術(shù)與商業(yè)形態(tài)與移動(dòng)通信領(lǐng)域鐵塔服務(wù)公司非常相似，后者可以為多個(gè)運(yùn)營(yíng)商提供所需要的站址、鐵塔、桿路、管道、光纜、供電、管理甚至傳輸控制、“白盒交換”與“白盒基站”等軟/硬件資源，既不用關(guān)心各運(yùn)營(yíng)商究竟采用3G、4G、5G或者其他技術(shù)制式，也無(wú)須關(guān)注服務(wù)對(duì)象各自采用的網(wǎng)絡(luò)體制，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商自行管理分享或共享網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施基線技術(shù)資源，根據(jù)來(lái)自應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)模態(tài)的資源需求，“網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施”運(yùn)營(yíng)商調(diào)整或提升支撐環(huán)境的服務(wù)質(zhì)量或能力，并確保網(wǎng)絡(luò)模態(tài)間具有可預(yù)期的安全隔離度[26]。

圖3 基于多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)的云計(jì)算平臺(tái)

多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)應(yīng)用模式可分為兩種方式，如圖4所示。大中型企事業(yè)單位可以獨(dú)立建設(shè)私有的多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)，將原先基于“局域網(wǎng)+服務(wù)器”形式的多個(gè)或多種垂直業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)遷移到“多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)+云服務(wù)平臺(tái)”上（如圖4（a）所示），也可以由NSP通過(guò)收取服務(wù)費(fèi)的方式合作建設(shè)用戶級(jí)程控交換機(jī)（private branch exchange，PBX）形態(tài)的多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)云服務(wù)平臺(tái)（如圖4（b）所示）。小微型企業(yè)則可以采用支付服務(wù)費(fèi)或租用費(fèi)的方式使用NSP自建的多模態(tài)云平臺(tái)服務(wù)，并可由需求決定使用和管理多少種或多少個(gè)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)模態(tài)以及加/卸載相關(guān)服務(wù)等。毫無(wú)疑問(wèn)，傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商可以通過(guò)增量部署方式將現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施升級(jí)到多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，使之同時(shí)具有NSP、新內(nèi)涵ISP甚至NCP，從而獲得基于多樣性應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)體制的業(yè)務(wù)發(fā)展優(yōu)勢(shì)。

圖4 多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)應(yīng)用模式

總之，凡是有多樣化網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)需求的應(yīng)用場(chǎng)景，都可以基于多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施形態(tài)的信息物理系統(tǒng)。顯然，多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)解決了長(zhǎng)期以來(lái)在垂直應(yīng)用個(gè)性化與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)統(tǒng)一化方面存在的嚴(yán)重對(duì)立問(wèn)題，適應(yīng)了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)演進(jìn)與變革兼容并蓄多樣化、可持續(xù)發(fā)展之要求，不僅顛覆了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)體制發(fā)展范式，更是開(kāi)創(chuàng)了新的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)物理形態(tài)，促進(jìn)了上下游產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)游戲規(guī)則的重大轉(zhuǎn)變。

6 結(jié)束語(yǔ)

網(wǎng)絡(luò)世界演進(jìn)與變革本應(yīng)遵循多元化和多樣性的宇宙基本發(fā)展規(guī)律，但受到過(guò)往科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)力以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展階段性等諸多主、客觀因素影響。網(wǎng)絡(luò)科技界不得不在“受限條件下尋求最優(yōu)解”，加之某種網(wǎng)絡(luò)發(fā)展范式一旦成為業(yè)界普遍共識(shí)且存在似乎足夠大的技術(shù)演進(jìn)空間，人們習(xí)慣上傾向于選擇“戴著鎖鏈的舞者”角色。特別是50多年來(lái)，基于IP的消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與工程研究在“屢屢唱衰”之中似乎總能“逢兇化吉”取得出乎意料的成功，使得人們很難跳出既有網(wǎng)絡(luò)發(fā)展范式前行動(dòng)力是否真正枯竭的“思維桎梏”。

進(jìn)入21世紀(jì)第3個(gè)10年以來(lái)，在面對(duì)服務(wù)特征存在諸多差異化需求的產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)，消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)演進(jìn)不可避免地會(huì)觸碰難以逾越的發(fā)展壁壘。本文從思維視角、方法論和實(shí)踐規(guī)范層面討論網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制發(fā)展的新范式，試圖摒棄“新桃換舊符”的傳統(tǒng)模式，徹底打破網(wǎng)絡(luò)龍頭企業(yè)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化組織至高無(wú)上的“制技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)權(quán)”，嚴(yán)格約束后者的作用和責(zé)任僅在“為多樣性網(wǎng)絡(luò)制訂標(biāo)準(zhǔn)”的范疇內(nèi)，讓市場(chǎng)和用戶自主選擇或創(chuàng)造適用的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)體制。作為一種自然支持各種應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)在“網(wǎng)絡(luò)之網(wǎng)絡(luò)”上“共生共存、演進(jìn)與變革兼容并蓄”的新發(fā)展范式，PINE不僅能為多種應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)模態(tài)提供“基線技術(shù)”實(shí)現(xiàn)所需要的軟/硬件資源，而且可以支撐建設(shè)運(yùn)營(yíng)管理與應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)模態(tài)及業(yè)務(wù)創(chuàng)立、技術(shù)演進(jìn)與換代弱相關(guān)甚至無(wú)關(guān)的變革性目標(biāo)的達(dá)成。最后，本文展望了多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)商業(yè)運(yùn)作新模式和應(yīng)用場(chǎng)景。

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Revolution of the development paradigm of network technology system—network of networks

WU Jiangxing

PLA Strategic Support Force Information Engineering University, Zhengzhou 450002, China

Polyphyly and diversity are the first criterion of the development of the universe. At present, the development of network technology has not been divorced from the basic paradigm of self-evolution based on a single system or self-replacement, which has greatly restricted the innovation demand of the network technology system and related services characterized with “human-network-thing” as the object, the integration of computing, storage and transmission as the means, and multi-dimensional and multi-dimensional integrated new world. From the perspective of thinking and methodology, a multimodal network development paradigm that separates the network technology system from the supporting environment was proposed. Combined with the scenarios of cloud computing, the new modes and application scenarios of polymorphic network business operation were prospected.

network of networks, polymorphic intelligent network environment, new thinking perspective, new methodology, new practice norm, network modality, polymorphic network cloud computing platform, application prospect

The National Key Research and Development Program of China (No.2019YFB1802501)

TP393

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2022140

2022?05?06；

2022?06?11

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（No.2019YFB1802501）

鄔江興（1953? ），男，解放軍戰(zhàn)略支援部隊(duì)信息工程大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，中國(guó)工程院院士，國(guó)家數(shù)字交換系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心主任，長(zhǎng)期從事計(jì)算技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全、通信網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)研究工作，曾獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)獎(jiǎng)1項(xiàng)、一等獎(jiǎng)3項(xiàng)、二等獎(jiǎng)4項(xiàng)，2018年以來(lái)出版中英文專著4種。