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南京未來網絡小鎮內建筑實景圖(百度)

中國工程院院士、未來網絡專家劉韻潔 (百度)

身處移動互聯時代,終端設備的更新換代讓人目不暇接,各類智能手機、手環、平板電腦、智能音箱不斷推出新品,日益改變我們的生活。互聯網自身的演進無疑是推動網絡終端發展的主要動力之一。近20年來,互聯網和我們的上網方式幾經變革,從電話線撥號上網到接入傳統寬帶,再到高速光纖寬帶和無線高速寬帶,其中歷經模擬蜂窩的1G和數字化的2G、3G、4G時代,今天,我們已經站在5G時代的門檻上。與此同時,互聯網協議的第四版即IPv4呈現向下一代互聯網核心協議IPv6加速演進的趨勢。

網絡改變世界。互聯網對社會發展產生了廣泛而深刻的影響,而我們怎樣定義網絡發展的未來呢?作為愿景之一,網速更快的5G和IP地址近似無限的IPv6已經為人們所熟知。然而,很多人可能沒有意識到,另一場比5G和IPv6更偉大的網絡變革已在悄然醞釀,它不滿足于對傳統網絡進行提速和拓展,而是針對其局限和缺陷,搭建新型網絡體系架構,充分利用人工智能' target='_blank'>人工智能技術,打造新型智能網絡。或許,業內專家是出于對智能網絡發展前景的堅定信心,認定它就是網絡發展的必然方向,干脆直呼其為未來網絡。

①突破局限 重建架構

從目前網絡發展態勢來看,5G、IPv6是近在眼前的未來,但未來網絡作為一場賽博空間的大變革,其內涵顯然要豐富得多。對未來網絡的定義,雖然從學術層面還沒有形成共識,但可以對其進行大體上的描述:它是集連接、感知、計算和數據服務為一體的網絡,將開啟新網絡時代。在中國工程院院士鄔賀銓看來,未來網絡從面向普通百姓的消費互聯網來看,它將具備易擴展、易管理、更安全的移動帶寬特性；從面向各類企業的產業互聯網來看,它將具備大帶寬、大連接、高可靠、低時延的特征。

通過與傳統互聯網的對比,我們可以更好地把握未來網絡的特點。中國工程院院士劉韻潔指出,傳統互聯網起源于20世紀六七十年代的阿帕網,是美國國防部高級研究計劃局所組建的計算機網絡,是一個學術網絡,逐漸演進為廣闊的商業網絡,現已成為日常生活、商業運行和社會發展中不可或缺的組成部分。然而,每一項技術都有其生命周期,隨著人們越來越多的使用,它存在的問題逐漸暴露出來,特別是在設計架構方面。

首先,傳統互聯網架構以IP為基礎,這就意味著核心體系架構難以修改,新的功能只能通過打補丁的方式在其他層面實施,這往往導致網絡節點臃腫和可擴展性差；其次,互聯網正在滲透到更加廣泛和深入的商業領域,例如智能制造、金融商務、家庭電器、可穿戴式設備,甚至人體植入式設備等,這就需要更加可靠的安全保證,例如,要求網絡體系架構本身就要具備安全屬性,而現有網絡層中缺乏安全機制,互聯網容易受到各種類型的攻擊；第三,用戶對互聯網的使用需求已經從簡單的端到端模式,轉變為對海量內容的獲取,這向傳統的TCP/IP 端到端網絡體系架構提出了挑戰；第四,互聯網的建設和運行、維護規模和費用逐年攀升,現有網絡結構不具備虛擬化的特征,導致了大量的資源浪費。上述問題與挑戰推動了未來網絡革命性體系架構的研究。

②國際競爭 風起云涌

劉韻潔指出,鑒于傳統網絡存在的根本缺陷,未來網絡技術已成為當今學術界和產業界研究和關注的熱點之一,不僅在學術領域有著廣闊的研究空間,而且在產業化方面也具有巨大的市場前景,同時也涉及到國家核心利益與信息安全,因此,各國都高度關注該領域的發展,并啟動了一系列相關的重大項目和研究計劃。

對一些國家和國際組織在未來網絡上的研發情況,在國家973計劃資助項目和國家自然科學基金資助項目支持下,劉韻潔與北京郵電大學教授黃韜等聯合撰文進行了深入介紹。

在文章中,劉韻潔等指出,美國關于未來網絡架構的研究項目主要由美國國家科學基金會組織和管理,已開展了包括未來互聯網設計和未來互聯網架構等研究計劃。2005年開始,未來互聯網設計方面資助了一大批研究項目,包括新型體系結構、路由機制、網絡虛擬化、內容分發系統、網絡管理、感知與測量、安全、無線移動等,旨在進行不受傳統互聯網限制的廣泛研究,之后再進行優中選優。未來互聯網架構研究計劃于2010年啟動,陸續啟動支持了多個研究項目,從內容中心網絡架構、移動網絡架構、云網絡架構、網絡安全可信機制、經濟模型等方面對未來網絡架構的關鍵機理進行探索研究。

2007 年開始,歐盟第七框架計劃陸續資助了堪稱規模龐大的未來網絡研究項目,包括未來網絡架構、云計算、服務互聯網、可靠信息通信技術、網絡媒體和搜索系統等。其中一些項目聚焦未來網絡體系結構,比如4WARD。該項目旨在提出克服現有互聯網問題的全新整體性解決方案,下設新型體系架構、網絡虛擬化、網絡管理等6 個子課題,基本覆蓋了未來網絡發展的主要研究方向。

2006年,日本國家信息通信技術研究院啟動了 AKARI研究計劃,其核心思路是摒棄現有網絡體系架構限制,從整體出發研究全新的網絡架構,并充分考慮與現有網絡的過渡問題。提出了未來網絡架構設計需要遵循的簡單、真實連接、可持續演進三大原則,并進行了包括光包交換、光路交換、包分多址、傳輸層控制等多項技術創新。

③苦練內功 奮勇爭先

在京滬高鐵南京南站至祿口國際機場的金軸之上,有一座名為未來網絡的小鎮,這里就是中國關于未來網絡研發創新的核心之地,也是全球關于此項研究的重鎮。

未來網絡小鎮核心區域規劃面積4.6平方公里,是國家科技部、教育部和江蘇省政府共同支持建設的國家通信與網絡產業創新基地。

位于未來網絡小鎮的江蘇省未來網絡創新研究院和南京未來網絡產業創新有限公司聚集了中國乃至全球的未來網絡創新資源,其中既有劉韻潔、鄔賀銓等16位院士、資深專家組成的專家委員會和7位全球頂級專家組成的顧問團隊,又匯聚了來自中科院計算所、北京郵電大學、清華大學、賓西法尼亞大學、耶魯大學、卡耐基梅隆大學、IBM、百度、甲骨文、華為等50余家項目團隊資源。

在近日于南京未來網絡小鎮舉行的第二屆全球未來網絡發展峰會開幕式上,中國通信與信息領域建設的首個國家重大科技基礎設施——未來網絡試驗設施項目啟動儀式舉行。根據規劃,在已建成中國首個未來網絡小規模試驗設施基礎上,建設國家未來網絡創新平臺,骨干節點涵蓋南京、北京、上海、天津等40個主要城市,建設88個主干網絡節點,133個邊緣網絡,并通過國際交換中心實現與互聯網以及國際網絡試驗設施互聯互通。

在鄔賀銓看來,中國在未來網絡研究和建設方面雖然面臨諸多挑戰,但是也充滿領先發展的機遇。傳統互聯網源起于美國,中國在網絡技術方面基本處在跟隨階段,但是在更加開放的未來網絡領域,中國與美國、歐盟、日本都是在差不多的時間開始關注并發力,可以說,大家起點相當。

劉韻潔持類似觀點,并進一步指出了中國未來網絡 發展過程中的幾個關鍵時間節點。

2007年,一體化可信網絡與普適服務體系基礎研究新一代互聯網體系結構和協議基礎研究等一系列研究取得成果,對未來網絡新型體系結構及路由節點模型進行了前期探索。2012 年,科技部啟動了面向未來互聯網架構的研究計劃。

2013年,國務院正式發布的《國家重大科技基礎設施建設中長期規劃(2012—2030年)》明確提出:建設未來網絡研究設施,解決未來網絡和信息系統發展的科學技術問題,為未來網絡技術發展提供試驗驗證支撐。當年8月8日,中國首個未來網絡小規模試驗設施在南京開通,并實現了與美國和歐盟等未來網絡架構的互聯。

據悉,志在充分發揮國家科教基地優勢的南京正在謀劃成立未來網絡國家實驗室,而劉韻潔等專家作為中國互聯網和未來網絡的代表性人物,被賦予更加重要的角色,中國未來網絡的建設和布局也將迎來跨越式發展的新階段。