網(wǎng)絡體制理論方向研究與網(wǎng)絡發(fā)展第二曲線PNE

當今時代是一個顛覆性創(chuàng)新隨時有可能發(fā)生的時代，人類正在熱情地擁抱天空地一體、 “人機物網(wǎng)”的深度融合。習近平總書記強調(diào)，“必須加強科技創(chuàng)新特別是原創(chuàng)性、顛覆性科技創(chuàng)新，加快實現(xiàn)高水平科技自立自強”。這幾十年來，中國的網(wǎng)絡體制研究者一直在不斷探索，始終因為缺乏理論方向、系統(tǒng)預見性，不確定最后究竟能不能踏上理想的網(wǎng)絡彼岸而惴惴不安。因此，要想了解未來，我們需要總結(jié)歷史經(jīng)驗教訓，不斷加強科技的自主研發(fā)。

網(wǎng)絡發(fā)展第一曲線及其局限性

中國的網(wǎng)絡體制可以用范式概念來總結(jié)，來建構(gòu)一個關(guān)于網(wǎng)絡體制發(fā)展的理論體系。截至目前，其可以分成兩個階段、兩個范式。

第一個范式是以網(wǎng)絡業(yè)務為中心，端到端轉(zhuǎn)發(fā)，網(wǎng)絡即業(yè)務，業(yè)務由網(wǎng)絡提供。這個范式分為兩段，第一段是不同種類的業(yè)務，采用不同架構(gòu)的網(wǎng)絡，基于定義明確的多媒體業(yè)務來綜合設計業(yè)務網(wǎng)，像ITM（互動交易模式）。對應這個方法論，又出現(xiàn)兩個發(fā)展方向，第一個就是用多種網(wǎng)絡分別提供多媒體業(yè)務；第二個就是用5種層結(jié)構(gòu)承載室內(nèi)多媒體業(yè)務，它屬于以網(wǎng)絡業(yè)務為中心的第一范式。其問題在于網(wǎng)絡與業(yè)務強綁定，已嚴重制約業(yè)務可擴展性和經(jīng)濟性部署。

第二個范式是以業(yè)務數(shù)據(jù)透明轉(zhuǎn)化為中心，思維視角是網(wǎng)絡只負責業(yè)務數(shù)據(jù)的端到端采用，數(shù)據(jù)表達的業(yè)務是什么并不重要。這也產(chǎn)生兩種方法論，一個是網(wǎng)絡業(yè)務解耦，網(wǎng)絡使用者成為業(yè)務創(chuàng)新與服務的主體，也就是所謂的消費互聯(lián)網(wǎng)模式；第二個是控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模式可演變成的模式就像SDN（軟件定義網(wǎng)絡）。第二范式有兩種實踐規(guī)范，一種是去中心化的IP網(wǎng)絡；另一種就是控制平面，通過下發(fā)流表方式管控的SDN。它們存在的問題在于無法確保業(yè)務承載質(zhì)量，端到端的模式限制功能的可擴展性。

這兩種發(fā)展范式就形成一個網(wǎng)絡模式，可以稱之為第一曲線。但這種模式仍然存在很多不足，網(wǎng)絡業(yè)務緊耦合，業(yè)務可擴展性受限；網(wǎng)絡與業(yè)務解耦，業(yè)務承載性能受限；端到端數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模式無法適應多樣化業(yè)務場景，等等。因此， 單一體制網(wǎng)絡， 理論上就不可能支撐“存、 算、 通、感”一體化服務的要求，完全分離也無法滿足使用要求，那么未來網(wǎng)絡發(fā)展出路在哪里？

基于上述情況，從技術(shù)經(jīng)濟學視角出發(fā)，我們提出網(wǎng)絡發(fā)展范式SMV“不可能三角”通用解構(gòu)模型，試圖詮釋既往網(wǎng)絡體制發(fā)展范式的天花板問題。我們知道技術(shù)經(jīng)濟學有三個基本要素：有效性、包容性和經(jīng)濟性。網(wǎng)絡體制中的“有效性”體現(xiàn)為服務質(zhì)量承諾（Service level Agreement），所以用英文大寫 S開頭；網(wǎng)絡體制的“經(jīng)濟性”是用“復用性（Multiplexity）” 的M來表達；而“包容性”用“多樣性（Variousness）”的V來表達。

任何一種網(wǎng)絡在可擴展性前提下，都要研究它的經(jīng)濟性、有效性和包容性三者之間的關(guān)系。按照這個模型，我們發(fā)現(xiàn)“網(wǎng)絡即業(yè)務”第一發(fā)展范式存在一個問題：可支持的業(yè)務種類受限，技術(shù)經(jīng)濟上無法為每類業(yè)務興建專用網(wǎng)絡基礎(chǔ)設施；第二種綜合數(shù)字業(yè)務網(wǎng)ITM存在的問題是它的網(wǎng)絡體制不支持超越預期業(yè)務范疇的可擴展性。互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展至今，內(nèi)容在不斷變化，但它的體系架構(gòu)沒有變，這種變化ITM并不支持。而SDN只解決了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化模式剛性化的問題，模式顯得剛性化，并不能滿足如今多種體制網(wǎng)絡共生共存、獨立演進變革的要求。

因此，當前網(wǎng)絡發(fā)展范式存在5個基本矛盾，即多元化網(wǎng)絡需求與統(tǒng)一基礎(chǔ)設施之間的矛盾；統(tǒng)一基礎(chǔ)設施與多樣化業(yè)務性能之間的矛盾；網(wǎng)絡存量資產(chǎn)與網(wǎng)絡技術(shù)創(chuàng)新互為掣肘的矛盾；應用開放性與統(tǒng)一基礎(chǔ)設施安全性之間的矛盾；多元網(wǎng)絡共生共存與演進變革兼容并蓄的矛盾。

理想網(wǎng)絡的非存在性及解決方法

網(wǎng)絡發(fā)展范式存在的基本矛盾中，我們最需要解決的是不斷擴展的垂直行業(yè)、分眾化個性化應用場景與單一的“端到端”網(wǎng)絡體制的矛盾；還有多樣化應用網(wǎng)絡體制與業(yè)務發(fā)展的不確定性、需求與統(tǒng)一、基礎(chǔ)設施建設與運營的矛盾。為此，我們提出SMV空間定律，并通過從經(jīng)濟性視角出發(fā)的“不可能三角”通用解構(gòu)模型，揭示SMV空間內(nèi)理想網(wǎng)絡的非存在性。也就是說，當可擴展性被視為貫穿全生命周期的全維變量時，S、M、V三維空間內(nèi)，無法形成包含SV、MV、SM及SMV子集的完備交集，即所謂的理想網(wǎng)絡在現(xiàn)實中是不存在的。

愛因斯坦曾說，你無法在制造問題的同一思維層次上解決這個問題。 因此，我們需要跳出網(wǎng)絡與業(yè)務糾纏的研究困境，讓合適的網(wǎng)絡去匹配所需的業(yè)務，而不是想用一種網(wǎng)絡去解決所有業(yè)務問題。因此，我們可以將第一曲線的飽和區(qū)問題轉(zhuǎn)化為可解決的統(tǒng)一基礎(chǔ)設施與網(wǎng)絡多樣性的矛盾，將SMV的任意交集都映射到SMVT（加入了時間T的考量）空間。在這樣的情況下，任何單一網(wǎng)絡體制都只是SMVT四維空間中的一種應用網(wǎng)絡表達。

SMV完備交集在“微分形態(tài)”下是無法實現(xiàn)的，而僅能在“積分形態(tài)”下通過等效方式獲得。這意味著，若能在SMVT空間的任意“微分”時段內(nèi)，以生成式多體制網(wǎng)絡函數(shù)（Multisystem）的形式清晰定義并展現(xiàn)多種轉(zhuǎn)發(fā)模式，那么通過對這些多體制網(wǎng)絡變量在時間上積分，便可在SMVT空間上獲得等效的SMV完備交集。

因此，“具有演進/適應能力的理想網(wǎng)絡”概念，不僅要求在空間維度上能夠支撐多種網(wǎng)絡體制或轉(zhuǎn)發(fā)模式的共存共榮，更在時間維度（即全生命周期內(nèi)）支持各種網(wǎng)絡形態(tài)及相關(guān)業(yè)務的獨立演進與變革，從而體現(xiàn)網(wǎng)絡的動態(tài)適應性和持續(xù)進步性。

綜上所述，理想網(wǎng)絡存在性主要有六個要點：一是在SMV三維空間內(nèi)，任何尋找理想網(wǎng)絡（SMV完備交集）的努力注定是徒勞無功的；二是理想網(wǎng)絡只能等效存在于SMVT四維空間；三是SMVT空間內(nèi)任意“微分”時段都不可能存在SMV完備交集；四是任意“微分”時段的SMV不完備交集都必須能以多體制網(wǎng)絡函數(shù)表達——Multisystem（tn）；五是微分時段間的交集可以存在包含關(guān)系，但軟硬件資源可重定義、再編排、可擴展是必要條件；六是網(wǎng)絡基線技術(shù)元素化和軟硬資源動態(tài)聚合/編排方法能夠解耦多樣化網(wǎng)絡體制或轉(zhuǎn)發(fā)模式及相關(guān)承載業(yè)務之間的排他性等掣肘關(guān)系。其中，以機械技術(shù)元素化、資源動態(tài)聚合、生成式多體制為理想網(wǎng)絡必要前提和基本路徑。

第二曲線PNE及工程技術(shù)表達

當網(wǎng)絡體制發(fā)展第一個曲線趨于飽和后，我們需要及時轉(zhuǎn)換思維和起點，從第一曲線范式轉(zhuǎn)換到第二曲線范式。借用生物學多態(tài)或多形概念（包括時空維度上的演進與變革形態(tài)），我們將第二曲線的起點范式簡稱為：多模態(tài)網(wǎng)絡環(huán)境發(fā)展理論（PNE）。它的四維視角是統(tǒng)一網(wǎng)絡支撐環(huán)境取代單一體制網(wǎng)絡設施，方法論是網(wǎng)絡機械元素加上軟硬件資源的動態(tài)聚合和編排，實踐規(guī)范是既能提供“端到端”功能，也能提供Agent服務。作為新的基礎(chǔ)設施，廣義功能安全是放在首位的，所以需要內(nèi)設安全負責的網(wǎng)絡彈性系統(tǒng)。

2025年，全球?qū)?shù)字產(chǎn)品的系統(tǒng)進行網(wǎng)絡彈性測試，因此，我們開辟一條緩解多樣性應用網(wǎng)絡，即業(yè)務與統(tǒng)一基礎(chǔ)，實施建設和運營矛盾的新途徑，從而釋放網(wǎng)絡業(yè)務的創(chuàng)新活力，降低網(wǎng)絡體制的復雜度。基于領(lǐng)域?qū)Ｓ玫拇竽Ｐ?，我們可以方便地生成和部署具有功能性能保障的多樣化應用網(wǎng)絡狀態(tài)。這樣就可以徹底擺脫既要前向發(fā)展，又要后向兼容，還要保證經(jīng)濟性的無解羈絆。從2023年開始，我們對PNE進行全系統(tǒng)原理性驗證，一個核心域6個接入、100多個節(jié)點，充分證明PNE發(fā)展范式的先進性和技術(shù)的可實現(xiàn)性。

PNE的工程技術(shù)表達叫生成式多體制網(wǎng)絡（GMN）。生成式多體制網(wǎng)絡可以決定不同的應用網(wǎng)絡模態(tài)的動態(tài)呈現(xiàn)在與之相一致的基礎(chǔ)環(huán)境上，基于元素化的機械技術(shù)，它不僅可以動態(tài)生成不同構(gòu)造、不同網(wǎng)源功能、不同運管屬性的網(wǎng)絡體制，并與相關(guān)業(yè)務相匹配，還可以同時支持多種應用網(wǎng)絡模態(tài)和業(yè)務的動態(tài)加卸載、修改和運營。

云網(wǎng)一體的GMN實驗方案是借助NFV網(wǎng)絡虛擬功能化的方法把軟硬件資源磁化、網(wǎng)絡機械元素化。GMN和云網(wǎng)的技術(shù)原理高度一致，因此，在云網(wǎng)設施類嵌入GMN核心部件，我們就可以快速地部署有信任保障的GMN網(wǎng)絡。

云上GMN形態(tài)分為兩種模式。在云上用現(xiàn)有語音設施來構(gòu)建動態(tài)網(wǎng)絡，被稱為云上建筑云化的計算平臺構(gòu)造，并部署多媒體。另外還有云內(nèi)GMN形態(tài)，被稱作GMCE IN。它可以實現(xiàn)貫通虛擬資源、虛擬網(wǎng)源、物理網(wǎng)源、物理網(wǎng)卡，等等。所以，基于云邊端融合部署的GMCU網(wǎng)絡，可以在生成式體制網(wǎng)絡中快速經(jīng)濟地部署。多種應用網(wǎng)絡模態(tài)在統(tǒng)一基礎(chǔ)設施中實現(xiàn)網(wǎng)絡計算、存儲、感知等一體化定制化服務，這應該說是網(wǎng)絡體制一次革命。

截至目前，多模態(tài)網(wǎng)絡在國家戰(zhàn)略的牽引下，研究中心不僅實現(xiàn)理論技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，同時聯(lián)合河南電信、河南移動、河南聯(lián)通等運營商，在河南構(gòu)建多模態(tài)平行網(wǎng)絡的商業(yè)化運行。接下來，我們也將逐步與廣電開展GMCE IN的示范應用。

未來，對于新一代網(wǎng)絡基礎(chǔ)設施發(fā)展，引用習近平總書記的講話， 就是“敢于提出新理論、開辟新領(lǐng)域、探索新路徑”，在獨創(chuàng)獨有上下功夫。W

（作者鄔江興系中國工程院院士、國家數(shù)字交換系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心主任）

責任編輯：田可心