歐陽曼，劉江,3，廖新悅，黃韜,3

（1.北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院，北京 100876；2.網(wǎng)絡(luò)與交換技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100876；3.紫金山實(shí)驗(yàn)室未來網(wǎng)絡(luò)研究中心，南京 211111）

一、前言

通信產(chǎn)業(yè)是引領(lǐng)科技創(chuàng)新、驅(qū)動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)轉(zhuǎn)型發(fā)展的核心力量，也是建設(shè)科技強(qiáng)國、網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國的核心支撐。發(fā)展通信產(chǎn)業(yè)對(duì)于促進(jìn)現(xiàn)代化、工業(yè)化發(fā)展，培育和壯大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，提高國家通信安全保障能力及國際競(jìng)爭(zhēng)力都具有重要意義。隨著互聯(lián)網(wǎng)承載的服務(wù)類型快速增加，網(wǎng)絡(luò)已不僅是數(shù)據(jù)傳輸通道，更成為采集、傳輸、存儲(chǔ)、處理于一體的信息平臺(tái)，相關(guān)的新技術(shù)、新架構(gòu)、新應(yīng)用蓬勃發(fā)展。衛(wèi)星通信、光纖通信、第五代移動(dòng)通信（5G）、虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（VR/AR）等技術(shù)和場(chǎng)景，也為通信服務(wù)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展提供了新增支持。

伴隨著新型網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展態(tài)勢(shì)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與技術(shù)的需求也趨向多樣化。在網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與創(chuàng)新過程中，曾有兩個(gè)階段性的問題始終約束著行業(yè)發(fā)展。①互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）地址枯竭問題，可采用無分類域間路由選擇技術(shù)（CIDR）[1]、互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第6 版（IPv6）技術(shù)[2]來解決：前者通過引入網(wǎng)絡(luò)前綴的概念來劃分超網(wǎng)，從而進(jìn)行路由聚合并減少路由表項(xiàng)；后者則通過IP 編碼地址空間增加至128位來增加IP地址數(shù)量。然而IPv6技術(shù)出現(xiàn)后還未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模部署，也無法在體系架構(gòu)層面解決原有問題。②為了解決網(wǎng)絡(luò)流量激增、路由表?xiàng)l目爆炸式增長等問題，內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（CDN）[3]通過多地區(qū)部署緩存節(jié)點(diǎn)的方式來減少網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)流量；但節(jié)點(diǎn)部署成本昂貴，僅能對(duì)特定業(yè)務(wù)流量進(jìn)行優(yōu)化，不足以成為普適性的解決方案。對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行“打補(bǔ)丁”式的改進(jìn)措施，在使網(wǎng)絡(luò)逐漸臃腫的同時(shí)，無法從根本上解決制約網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的關(guān)鍵問題。

當(dāng)前，世界各國都在積極發(fā)展網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域的未來關(guān)鍵技術(shù)，通信產(chǎn)業(yè)正處于“承前啟后”關(guān)鍵時(shí)期。著眼未來需求的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與技術(shù)受到了學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界的普遍關(guān)注。諸如信息中心網(wǎng)絡(luò)（ICN）、軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）、云計(jì)算與白盒等新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和技術(shù)，漸漸進(jìn)入了全球網(wǎng)絡(luò)通信產(chǎn)業(yè)的生態(tài)鏈；相關(guān)的研究和創(chuàng)新在“競(jìng)爭(zhēng)與合作”的理念下迅速發(fā)展，逐漸形成國際性的產(chǎn)業(yè)浪潮[4]。新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與通信技術(shù)不僅具有顛覆性，而且支持涌現(xiàn)許多新的模式、應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)，將引發(fā)新一輪產(chǎn)業(yè)技術(shù)革命甚至成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?。針?duì)于此，本文以新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)未來發(fā)展為研究切入點(diǎn)，梳理當(dāng)前形勢(shì)與需求，闡述典型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)及解決舉措，以期為通信產(chǎn)業(yè)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的宏觀研究提供基礎(chǔ)參考。

二、新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的內(nèi)涵與主要形式

（一）新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的內(nèi)涵

新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)指依托未來新型網(wǎng)絡(luò)與通信領(lǐng)域中具有重大變革前景的相關(guān)技術(shù)而形成的體系，作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向，具有敏捷感知、便捷管控、優(yōu)質(zhì)服務(wù)、靈活可擴(kuò)展等新特征，將對(duì)智能制造、物聯(lián)網(wǎng)（IOT）、天地融合網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生深刻影響。

新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系的核心在于，設(shè)計(jì)一種高效率、可擴(kuò)展、大規(guī)模的通用基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，支持異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合?，F(xiàn)有方案主要分為“演進(jìn)式”“革命式”技術(shù)路線：對(duì)于前者，研究人員主張對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行“修補(bǔ)”（如改造網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，更新現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，將人工智能（AI）、區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)），可暫時(shí)解決當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的各種問題，使得現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在一定程度上適應(yīng)新的發(fā)展要求；對(duì)于后者，研究人員主張重新設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)的策略，尋求全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)并重新設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議[5]，以此充分適應(yīng)未來的發(fā)展要求。

也要注意到，“革命式”技術(shù)路線可更好滿足未來網(wǎng)絡(luò)的需求，但實(shí)施難度相對(duì)大；“演進(jìn)式”技術(shù)路線易于部署，但將使網(wǎng)絡(luò)趨于臃腫。就已有的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來看，信息中心網(wǎng)絡(luò)（ICN）、可表述網(wǎng)絡(luò)（XIA）等屬于“革命式”方案；低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)定制網(wǎng)絡(luò)（SCN）、全維可定義網(wǎng)絡(luò)、多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)等屬于“演進(jìn)式”方案。

（二）代表性的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

1.信息中心網(wǎng)絡(luò)

ICN 架構(gòu)的設(shè)計(jì)初衷是更好地支持內(nèi)容分發(fā)，采取以內(nèi)容命名方式來替代以地址為中心的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信模型（見圖1）；能夠?qū)崿F(xiàn)用戶對(duì)信息的搜索與獲取，增強(qiáng)互聯(lián)網(wǎng)的安全性，支持移動(dòng)性應(yīng)用需求，提高數(shù)據(jù)分發(fā)和收集能力。集中式ICN架構(gòu)采用扁平化的命名方式，即在名字中嵌入內(nèi)容的哈希，不可讀的名字需要通過集中的名字解析服務(wù)來獲得路由和轉(zhuǎn)發(fā)路徑。分布式ICN架構(gòu)采用分層的命名方式，類似于統(tǒng)一資源定位符的結(jié)構(gòu)；分層根路徑為內(nèi)容發(fā)布者的名字前綴，直接基于內(nèi)容名字路由，不存在任何解析過程。

圖1 ICN架構(gòu)的基本模式

2.可表述網(wǎng)絡(luò)

XIA架構(gòu)可提供多樣化的網(wǎng)絡(luò)使用模式來滿足可靠通信服務(wù)需求，同時(shí)有效協(xié)調(diào)各方來共同提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（見圖2），具有可演進(jìn)、可信任、靈活路由等特點(diǎn)。將網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)送方或接收方均視作通信主體；對(duì)于不同的通信主體，路由器使用不同的處理方式來實(shí)現(xiàn)不同的網(wǎng)絡(luò)功能；同一個(gè)應(yīng)用可以包含多個(gè)不同的通信主體，據(jù)此實(shí)現(xiàn)多種網(wǎng)絡(luò)功能[6]。

圖2 XIA網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

3.低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)

低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包含空間段、地面段、用戶段（見圖3）?？臻g段分為低軌衛(wèi)星和星間鏈路，采用星上處理技術(shù)支持星上獨(dú)立組網(wǎng)與路由；地面段分為信關(guān)站、網(wǎng)控中心等，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)維、與地面通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)等功能；用戶段涵蓋各類地面終端用戶，如車載終端、艦載終端、衛(wèi)星電話等。低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)具有空間跨度大、覆蓋范圍廣、抗毀能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，加之低軌衛(wèi)星的軌道高度低、傳輸延時(shí)短、路徑損耗小，由多衛(wèi)星組成的星座可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的全球?qū)拵l(wèi)星服務(wù)能力。

圖3 低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

4.服務(wù)定制網(wǎng)絡(luò)

SCN 主要采用SDN 技術(shù)，不僅能發(fā)揮SDN 數(shù)據(jù)面與控制面解耦、網(wǎng)絡(luò)可編程的突出優(yōu)勢(shì)，而且可根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況來提高網(wǎng)絡(luò)虛擬化與內(nèi)容智能調(diào)度等能力[7]。大數(shù)據(jù)分析和AI 技術(shù)也可為網(wǎng)絡(luò)信息調(diào)度、智能管理等提供有效支持。SCN架構(gòu)的應(yīng)用有望適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)快速發(fā)展、流量快速增長、用戶需求差異化、實(shí)體經(jīng)濟(jì)與互聯(lián)網(wǎng)融合等實(shí)際需求，我國已制定SCN總體方案（見圖4）。

圖4 服務(wù)定制網(wǎng)絡(luò)框架

5.全維可定義網(wǎng)絡(luò)

全維可定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以SDN、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）等作為技術(shù)創(chuàng)新基礎(chǔ)，利用軟件定義路由、軟件定義互聯(lián)、軟件定義硬件、軟件定義協(xié)議、軟件定義芯片等模塊來獲得基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、協(xié)議、軟/硬件及接口的完整定義；形成開放網(wǎng)元設(shè)備、開放協(xié)議控制、開放網(wǎng)絡(luò)資源、開放節(jié)點(diǎn)容量、開放網(wǎng)絡(luò)接口、開放路由控制、開放存儲(chǔ)方法等模式[8]，為用戶自主定義應(yīng)用提供精細(xì)化、多樣化的服務(wù)（見圖5）。全維可定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)還為打破封閉式壟斷、消除技術(shù)障礙、改造網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、測(cè)試并應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等提供了基本環(huán)境。

圖5 全維可定義網(wǎng)絡(luò)

6.多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)

多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建立全維度可定義、靈活且通用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得網(wǎng)絡(luò)從底層到上層的功能能以多模態(tài)方式呈現(xiàn)（見圖6）[8]，由此消除現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)、相關(guān)技術(shù)體系所存的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)僵化、IP承載單一、未知威脅難以抑制等基礎(chǔ)性問題。在多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)模型中，數(shù)據(jù)層采用軟件定義互連/轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，提高全維可定義的靈活性與可編程性；控制層主要針對(duì)不同業(yè)務(wù)的差異化服務(wù)質(zhì)量要求，實(shí)現(xiàn)軟件定義的多模態(tài)尋址與路由等功能；服務(wù)層結(jié)合對(duì)用戶及業(yè)務(wù)的細(xì)粒度感知、適配擬合，實(shí)現(xiàn)軟件定義資源管理與功能編排，支撐網(wǎng)絡(luò)智能決策。

圖6 多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)模型

三、新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)發(fā)展態(tài)勢(shì)

（一）政策法規(guī)

新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展將產(chǎn)生重大影響。各國積極發(fā)布政策和法規(guī)，以引導(dǎo)相關(guān)技術(shù)的突破與應(yīng)用，從而引發(fā)新一輪全球信息網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)的激烈競(jìng)爭(zhēng)。在美國，戰(zhàn)略與預(yù)算評(píng)估中心提出了以“馬賽克戰(zhàn)”為依托來實(shí)現(xiàn)“決策中心戰(zhàn)”的概念構(gòu)想（2020 年），用于解決“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”在強(qiáng)對(duì)抗環(huán)境下的戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)受限問題；國防部高級(jí)研究計(jì)劃局啟動(dòng)了PRONTO網(wǎng)絡(luò)研究項(xiàng)目（2021年），旨在發(fā)展網(wǎng)絡(luò)細(xì)粒度可見、可驗(yàn)證、可閉環(huán)控制的“網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)床”，用于支撐各類科學(xué)研究和試驗(yàn)并推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新。歐盟H2020計(jì)劃組提出了多種網(wǎng)絡(luò)新型架構(gòu)：CORRELATION項(xiàng)目開展了未來切片與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)級(jí)別流量的表征和預(yù)測(cè)，PRISENODE 項(xiàng)目針對(duì)軟件定義的霧數(shù)據(jù)中心隱私和安全感知問題提出解決方案，SEMANTIC項(xiàng)目研究具有移動(dòng)邊緣云的新一代蜂窩網(wǎng)絡(luò)端到端切片和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化。

與新型網(wǎng)絡(luò)的國際進(jìn)展相對(duì)應(yīng)，我國推出多項(xiàng)政策和規(guī)劃以積極參與領(lǐng)域的國際競(jìng)爭(zhēng)與合作。2020年起，我國加速開展新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相關(guān)的創(chuàng)新研究與建設(shè)示范，以5G、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等為重點(diǎn)內(nèi)容?！吨腥A人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》提出，強(qiáng)化國家戰(zhàn)略科技力量，重點(diǎn)發(fā)展信息通信技術(shù)，引領(lǐng)各項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展[9]。

（二）行業(yè)發(fā)展

網(wǎng)絡(luò)發(fā)展水平較高的國家都在國家戰(zhàn)略層面重視未來網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)新。美國、歐盟、日本、韓國等國家和地區(qū)在網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新環(huán)境、新型體系架構(gòu)、新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方面實(shí)施了眾多研究項(xiàng)目。在網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新環(huán)境方面，美國國家科學(xué)基金會(huì)提出全球網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新環(huán)境項(xiàng)目（2005 年）[10]，構(gòu)建了新型、安全、廣泛連接的互聯(lián)網(wǎng)，以之為實(shí)驗(yàn)環(huán)境開展了全球性的大規(guī)模實(shí)驗(yàn)；歐盟在第七框架計(jì)劃中設(shè)立了未來網(wǎng)絡(luò)研究與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（2007 年）[11]，在物理和虛擬網(wǎng)絡(luò)測(cè)試環(huán)境中驗(yàn)證了網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及協(xié)議。新型網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)包括ICN、SDN等，新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)涉及NFV、大數(shù)據(jù)/云計(jì)算/邊緣計(jì)算等。

我國的科技公司積極圍繞新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及技術(shù)開展應(yīng)用研究。中國電信集團(tuán)有限公司重點(diǎn)關(guān)注網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，推進(jìn)云網(wǎng)協(xié)同規(guī)模擴(kuò)張，持續(xù)擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍。中國移動(dòng)通信集團(tuán)有限公司關(guān)注新一代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)在于全面實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能優(yōu)化（如流量調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)設(shè)計(jì)）。深圳市騰訊計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有限公司推出了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)5.0 版本，引入SDN/NFV 技術(shù)為私有云客戶提供多樣化、可定制服務(wù)。阿里巴巴集團(tuán)控股有限公司通過“阿里云”布局邊緣計(jì)算產(chǎn)業(yè)，以“云+邊+端”一體的計(jì)算模式作為核心發(fā)展路徑。華為技術(shù)有限公司的網(wǎng)絡(luò)側(cè)部署以全面云化為目標(biāo)，推進(jìn)SDN/NFV 與網(wǎng)絡(luò)云化。

未來網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)設(shè)施項(xiàng)目是我國通信與信息領(lǐng)域建設(shè)的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，保持開放、易使用、可持續(xù)發(fā)展、大規(guī)模通用等特色，為研究未來網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新體系結(jié)構(gòu)提供簡單、高效、低成本的試驗(yàn)驗(yàn)證環(huán)境。面向2035年的多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)體系，通過各種網(wǎng)絡(luò)模態(tài)間的互聯(lián)互通、協(xié)同組合、無縫切換，提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的多元化能力以及對(duì)于用戶需求的個(gè)性化適應(yīng)能力[12]。

（三）面臨挑戰(zhàn)

客觀來看，我國新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域在深入發(fā)展和高效實(shí)施方面仍面臨一些挑戰(zhàn)。在統(tǒng)籌規(guī)劃方面，當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)部署整體缺乏綜合協(xié)調(diào)和整體規(guī)劃。不少地方、行業(yè)都在自行開展研發(fā)工作，而產(chǎn)業(yè)界沒有就新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)發(fā)展形成共識(shí)，統(tǒng)一通用的行業(yè)認(rèn)識(shí)、思路、建設(shè)方案等也有待形成。國家層面尚未形成促進(jìn)新型感知網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見，相關(guān)的布局、建設(shè)、保護(hù)以及各類設(shè)施之間的協(xié)調(diào)發(fā)展等缺乏總體設(shè)計(jì)。這些問題的解決，需要政策法規(guī)的引導(dǎo)支持和標(biāo)準(zhǔn)制定的適時(shí)推進(jìn)。

在產(chǎn)業(yè)技術(shù)方面，我國在硬件、計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)方面的核心技術(shù)滯后于發(fā)達(dá)國家，導(dǎo)致新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的技術(shù)支撐作用未能有效發(fā)揮；在作為互聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)的IP協(xié)議等技術(shù)方向，已有多年未獲得新進(jìn)展。產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，關(guān)鍵技術(shù)與核心軟件依賴外部供應(yīng)，存在著受制于人的風(fēng)險(xiǎn)。解決產(chǎn)業(yè)技術(shù)短板和關(guān)鍵技術(shù)不足的問題，離不開加快提升自主創(chuàng)新能力。

四、新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)與攻關(guān)舉措

（一）新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)

未來網(wǎng)絡(luò)的典型場(chǎng)景包括消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)（如VR/AR、三維視頻通話、全息圖像、交互式游戲），工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)（如精儀制造、遠(yuǎn)程工控、數(shù)字孿生），車聯(lián)網(wǎng)（如自動(dòng)駕駛、車路協(xié)同）等。這些場(chǎng)景及應(yīng)用的出現(xiàn)，要求新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系具有敏銳的感知能力、靈活的路由能力、簡單的網(wǎng)絡(luò)操作能力、便捷的管控能力。建立融合、可擴(kuò)展的新型網(wǎng)絡(luò)感知體系，可支持網(wǎng)絡(luò)環(huán)境革新，表現(xiàn)出更高的速率、更低的時(shí)延、可控的時(shí)延抖動(dòng)、更低的丟包率、更靈活的業(yè)務(wù)部署能力。

1.確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)蓬勃發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)需求也出現(xiàn)顯著變化。用戶、業(yè)務(wù)的多樣化和不確定性，用戶位置的不斷移動(dòng)，業(yè)務(wù)量的強(qiáng)突發(fā)性等因素，使得多維網(wǎng)絡(luò)資源及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)也是動(dòng)態(tài)變化的。因此，研究確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來保障網(wǎng)絡(luò)的確定性，將提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率和業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量。

確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)按協(xié)議層次可分為3 類（見圖7）。①物理層采用靈活以太網(wǎng)（FlexE）技術(shù)，在以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層和物理層之間的中間層增加FlexE 墊片層，解耦業(yè)務(wù)速率和物理通道速率；通過物理層與數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)同調(diào)度，基于時(shí)隙交換來保障時(shí)延，目前主要用于5G 承載網(wǎng)場(chǎng)景。②數(shù)據(jù)鏈路層采用時(shí)間敏感型網(wǎng)絡(luò)（TSN）標(biāo)準(zhǔn)，目前主要用于工廠內(nèi)網(wǎng)/車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)等場(chǎng)景，包含3 個(gè)主要方面：對(duì)時(shí)間同步的要求高，網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備需要實(shí)現(xiàn)精確時(shí)間同步來協(xié)商時(shí)間界限；采用調(diào)度和流量整形（門控）技術(shù)，高效調(diào)度并整合具有不同的帶寬及端到端延遲需求的流量類別；利用多條路徑實(shí)現(xiàn)故障排除，預(yù)防硬件或網(wǎng)絡(luò)故障，支持通信路徑的選擇、預(yù)留和容錯(cuò)。③網(wǎng)絡(luò)層采用確定性網(wǎng)絡(luò)（DetNet）技術(shù)，在統(tǒng)計(jì)復(fù)用的基礎(chǔ)上提供確定性時(shí)延和抖動(dòng)，支持集中控制、顯性路由、抖動(dòng)消減、擁塞保護(hù)、多徑路由等功能。

圖7 確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)示意圖

2.分段路由技術(shù)

分段路由是骨干網(wǎng)SDN化的代表性技術(shù)，優(yōu)勢(shì)在于骨干級(jí)別的可擴(kuò)展性，可解決現(xiàn)有IP和多協(xié)議標(biāo)簽交換在簡化網(wǎng)絡(luò)、靈活可控方面的難題，獲得電信運(yùn)營商的充分認(rèn)可。分段路由技術(shù)在分布式智能、集中式優(yōu)化之間尋求平衡，具有使能增強(qiáng)的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)功能，支持網(wǎng)絡(luò)通過特定的轉(zhuǎn)發(fā)路徑來傳輸單播分組（而不是分組通常采用的最短路徑優(yōu)先算法）。

分段路由是源路由機(jī)制的范例，節(jié)點(diǎn)通常既可以是路由器也可以是交換機(jī)?？尚欧?wù)器或在管理程序上運(yùn)行的虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器，通過有序指令列表（稱為分段標(biāo)簽）來對(duì)分組進(jìn)行操作。分段標(biāo)簽分為局部標(biāo)簽、全局標(biāo)簽，可以表示某一個(gè)拓?fù)浠蚰骋环N指令。此外，分段路由可通過指定路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，從而對(duì)中間節(jié)點(diǎn)屏蔽相關(guān)信息，僅在入口節(jié)點(diǎn)的分段路由網(wǎng)絡(luò)制定每條信息流的狀態(tài)。為了與現(xiàn)代IP網(wǎng)絡(luò)對(duì)齊，分段路由應(yīng)用了支持等價(jià)路由的協(xié)議，即數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)可以使用網(wǎng)絡(luò)中所有可能的路徑。

3.云計(jì)算與云網(wǎng)融合技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)具有高度的響應(yīng)能力和敏捷性，才能支持快速變化的業(yè)務(wù)需求。云計(jì)算通過端到端整體方案，為客戶提供更低時(shí)延、更高帶寬、更低成本的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，快速響應(yīng)用戶請(qǐng)求并提升服務(wù)質(zhì)量[13]；使電信運(yùn)營商能夠應(yīng)對(duì)用戶需求，提供高質(zhì)量服務(wù)，促進(jìn)電信運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)業(yè)務(wù)的深度融合。云計(jì)算平臺(tái)提供了新的消費(fèi)模式，即企業(yè)可按需采購計(jì)算資源并將基礎(chǔ)設(shè)施的管理工作委托給云服務(wù)提供商。

云網(wǎng)融合指將網(wǎng)絡(luò)資源與云資源進(jìn)行統(tǒng)一定義與編排，支撐全網(wǎng)的敏捷資源感知、統(tǒng)一質(zhì)量保障、彈性規(guī)劃及管理，可為網(wǎng)絡(luò)提供更為便捷、靈活的連接能力；通過實(shí)施虛擬化、一體化的技術(shù)架構(gòu)融合，合理封裝并統(tǒng)一編排資源，為實(shí)現(xiàn)簡單、開放、融合、智能的新型信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)筑牢基礎(chǔ)。從宏觀角度看，云網(wǎng)融合是新型信息基礎(chǔ)設(shè)施的深刻變革形式，內(nèi)涵在于通過云網(wǎng)技術(shù)和生產(chǎn)組織方式的全面融合與深入創(chuàng)新，保障社會(huì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型[14]。

云網(wǎng)切片技術(shù)被視為由計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)資源組成的端到端基礎(chǔ)設(shè)施，在云網(wǎng)融合的云資源、網(wǎng)絡(luò)資源的分配與隔離方面應(yīng)用潛力良好。網(wǎng)絡(luò)切片指將物理網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)邏輯獨(dú)立的虛擬網(wǎng)絡(luò)，虛擬網(wǎng)絡(luò)根據(jù)不同的服務(wù)需求（如時(shí)延、帶寬、安全性、可靠性等）進(jìn)行獨(dú)立設(shè)定，以靈活適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景。云網(wǎng)切片在網(wǎng)絡(luò)切片的基礎(chǔ)上，結(jié)合不同業(yè)務(wù)所需的網(wǎng)絡(luò)特征、不同流量流向所產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)需求、云資源的動(dòng)態(tài)變化情況，將云資源與網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行協(xié)同一體化的管理、調(diào)度、優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)云網(wǎng)資源的端到端統(tǒng)一與隔離預(yù)留、云網(wǎng)連接的自動(dòng)化建立與優(yōu)化、云網(wǎng)服務(wù)能力的自動(dòng)化供給。

云網(wǎng)切片技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)分為資源統(tǒng)一編排、云網(wǎng)感知、自適應(yīng)調(diào)整。資源統(tǒng)一編排將云網(wǎng)資源進(jìn)行統(tǒng)一抽象化管理和網(wǎng)絡(luò)能力封裝，從復(fù)雜的物理網(wǎng)絡(luò)中抽象出簡化的邏輯網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和虛擬網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。云網(wǎng)感知采用異構(gòu)資源的多樣化感知采集方式，實(shí)現(xiàn)云網(wǎng)業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的實(shí)時(shí)獲取。自適應(yīng)調(diào)整進(jìn)一步開展云網(wǎng)服務(wù)的自動(dòng)化調(diào)整、優(yōu)化和調(diào)度。

（二）實(shí)施關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)的重要舉措

1.加強(qiáng)科技專項(xiàng)牽引

新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的快速發(fā)展需要與國家重大科研項(xiàng)目相結(jié)合。在產(chǎn)業(yè)建設(shè)方面，①實(shí)施產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)攻關(guān)，形成配置靈活、擴(kuò)展性強(qiáng)的未來網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈，致力構(gòu)建“芯片-設(shè)備-網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)-核心技術(shù)-試驗(yàn)設(shè)施-應(yīng)用示范”的未來網(wǎng)絡(luò)研發(fā)新模式；②科研項(xiàng)目應(yīng)與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需求高度融合，重大科技項(xiàng)目的產(chǎn)出成果率先應(yīng)用于城市網(wǎng)絡(luò)通信建設(shè)，在骨干網(wǎng)引入SDN技術(shù)，在城域網(wǎng)核心層進(jìn)行SDN改造以優(yōu)化流量，構(gòu)建統(tǒng)一智能管控體系和能力開放平臺(tái)；③加快發(fā)展基于IPv6 的新一代互聯(lián)網(wǎng)，合理加大網(wǎng)絡(luò)、終端、軟件系統(tǒng)等的改造升級(jí)力度，推動(dòng)IPv6平滑演進(jìn)與規(guī)?；逃茫l(fā)揮新一代互聯(lián)網(wǎng)城市建設(shè)的示范效應(yīng)，提升IPv6用戶普及率與網(wǎng)絡(luò)接入覆蓋率，爭(zhēng)取在信息通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施水平方面保持國際領(lǐng)先水平。

在科技創(chuàng)新方面，①提升重大原始創(chuàng)新和關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)能力，協(xié)同推進(jìn)原始創(chuàng)新和引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新，實(shí)施科技成果轉(zhuǎn)化行動(dòng)計(jì)劃，持續(xù)推動(dòng)高新技術(shù)成果產(chǎn)業(yè)化；②積極推進(jìn)信息通信技術(shù)人才的培養(yǎng)與選拔，加快構(gòu)建具有全球競(jìng)爭(zhēng)力的信息通信業(yè)人才制度體系，鼓勵(lì)“產(chǎn)學(xué)研”對(duì)接，推動(dòng)建立多方聯(lián)合培養(yǎng)機(jī)制，大幅提升自主創(chuàng)新能力，加速科技成果落地轉(zhuǎn)化。

在建設(shè)新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的同時(shí)，重點(diǎn)提升衛(wèi)星通信、光纖通信、SDN、AI 等網(wǎng)絡(luò)與通信相關(guān)技術(shù)，以技術(shù)突破帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，支持網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)快速轉(zhuǎn)型；賦能現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，從簡單鏈接型網(wǎng)絡(luò)向智慧可控型網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)升級(jí)，為消費(fèi)型互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、IoT、5G/第六代移動(dòng)通信（6G）、軍民功能結(jié)合網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新融合發(fā)展。

著眼我國新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的發(fā)展實(shí)際，可將新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的發(fā)展需求與重點(diǎn)科研項(xiàng)目相結(jié)合，建設(shè)本土化的網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)平臺(tái)，開展新型網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的驗(yàn)證；加強(qiáng)企業(yè)與技術(shù)研究部門的交流合作，為科研成果轉(zhuǎn)化、應(yīng)用示范驗(yàn)證提供充分的基礎(chǔ)條件。

2.推動(dòng)應(yīng)用示范驗(yàn)證

科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新的落腳點(diǎn)是產(chǎn)業(yè)發(fā)展建設(shè)。未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的研發(fā)和創(chuàng)新，既是提升區(qū)域技術(shù)水平和核心競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵組成部分，又是支持?jǐn)?shù)字經(jīng)濟(jì)與信息社會(huì)發(fā)展、增強(qiáng)國民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)保障水平的重要驅(qū)動(dòng)力。發(fā)展新型感知網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)，在前沿通信技術(shù)的基礎(chǔ)上開展驗(yàn)證和示范，有利于形成技術(shù)和產(chǎn)業(yè)高地，建立國際競(jìng)爭(zhēng)新優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)創(chuàng)新發(fā)展的長期動(dòng)力。

在消費(fèi)型互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)方面，隨著以SDN為代表的未來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)趨于成熟，新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在小規(guī)模試驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，開始在大型商用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大規(guī)模部署；通過融合SDN/NFV/云等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)手段，構(gòu)建可全局按需調(diào)度資源、網(wǎng)絡(luò)能力完全開放的運(yùn)營一體化網(wǎng)絡(luò)。

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)方面，采用SDN、邊緣計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)AI 等技術(shù)架構(gòu)解決網(wǎng)絡(luò)挑戰(zhàn)，滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)低時(shí)延、確定性時(shí)延、網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)定制、萬億級(jí)連接等方面需求。

在IoT 方面，在前期提出的“智慧中國”概念及實(shí)踐基礎(chǔ)上，積極應(yīng)用到智慧城市、智慧交通等場(chǎng)景構(gòu)建，融入大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)，連接分布在城市區(qū)域內(nèi)的大量傳感器，提供智能感知、智能分析的能力；結(jié)合數(shù)據(jù)高效傳輸，實(shí)現(xiàn)無需人為干預(yù)的物與物協(xié)同工作，為數(shù)據(jù)的可靠積累、預(yù)測(cè)感知及分析確立基礎(chǔ)。

在5G/6G 建設(shè)方面，在大規(guī)模部署5G 基礎(chǔ)設(shè)施的同時(shí)，探索6G 與AI、機(jī)器學(xué)習(xí)的融合，實(shí)現(xiàn)智能傳感、智能定位、智能資源分配、智能接口切換等能力；在空間通信、智能交互、全息、觸覺互聯(lián)網(wǎng)、情感與觸覺交流、虛擬助理、多感官混合現(xiàn)實(shí)、機(jī)器間協(xié)同、身體域網(wǎng)絡(luò)、全自動(dòng)交通等場(chǎng)景下開展驗(yàn)證和示范。

在衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)方面，開展天基網(wǎng)絡(luò)與地面網(wǎng)絡(luò)的融合建設(shè)，實(shí)現(xiàn)地球近地空間中的陸、海、空、天各類用戶與應(yīng)用系統(tǒng)之間信息的高效傳輸與共享，為未來網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域的多系統(tǒng)、多信息融合及協(xié)同提供重要平臺(tái)；帶動(dòng)信息電子、衛(wèi)星通信、5G等諸多方向的關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，形成規(guī)?；漠a(chǎn)業(yè)鏈，成為新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展示范。

五、我國新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)發(fā)展建議

（一）加強(qiáng)政策、法律、監(jiān)管方面的統(tǒng)籌實(shí)施

政府對(duì)宏觀產(chǎn)業(yè)發(fā)展引導(dǎo)與調(diào)控作用的發(fā)揮，需要健全的政策、法律制度體系。建立新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)產(chǎn)業(yè)，尤其需要市場(chǎng)、融資、人才配置、重大項(xiàng)目實(shí)施等相關(guān)方面的政策支持和法律保障。建議加強(qiáng)對(duì)未來通信網(wǎng)絡(luò)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展重大問題、政策、項(xiàng)目的管理與協(xié)調(diào)，以管理創(chuàng)新促進(jìn)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的穩(wěn)健發(fā)展。運(yùn)用各類媒介資源開展科普宣傳，增強(qiáng)社會(huì)公眾對(duì)于未來信息通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的科學(xué)認(rèn)識(shí)。定期檢測(cè)并評(píng)價(jià)信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)和技術(shù)進(jìn)展，為未來互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息通信領(lǐng)域的發(fā)展布局提供科學(xué)判斷。

（二）培育新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展生態(tài)

建議突出網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、核心平臺(tái)、數(shù)據(jù)要素、安全保障的關(guān)鍵作用，支持新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的新模式發(fā)展和企業(yè)創(chuàng)新活躍度提升，壯大產(chǎn)業(yè)規(guī)模、平衡產(chǎn)業(yè)生態(tài)，融合各行業(yè)共識(shí)，為新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展筑牢基礎(chǔ)。培育一系列自主運(yùn)營的企業(yè)級(jí)平臺(tái)，構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)平臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)和公共服務(wù)系統(tǒng)，合理引導(dǎo)工業(yè)企業(yè)業(yè)務(wù)進(jìn)入“云端”。積極發(fā)揮未來網(wǎng)絡(luò)與通信產(chǎn)業(yè)的智庫研究優(yōu)勢(shì)，以聚焦、科學(xué)的發(fā)展戰(zhàn)略來引導(dǎo)行業(yè)優(yōu)質(zhì)發(fā)展。擴(kuò)大市場(chǎng)開放力度，逐步形成有利于網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)、應(yīng)用、新業(yè)態(tài)等集聚發(fā)展的良性生態(tài)環(huán)境。

（三）推動(dòng)“產(chǎn)學(xué)研”深度合作與軍民功能結(jié)合發(fā)展

依托電信運(yùn)營商、設(shè)備廠商、互聯(lián)網(wǎng)公司、科研院所、高校的各自優(yōu)勢(shì)資源，搭建未來網(wǎng)絡(luò)教育平臺(tái)，普及未來網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域知識(shí)并提高全社會(huì)的創(chuàng)新能力。發(fā)揮科研院所、高校的技術(shù)與知識(shí)集中特色，強(qiáng)化企業(yè)創(chuàng)新主體定位，推動(dòng)“產(chǎn)學(xué)研”深度合作，聯(lián)合開展信息通信領(lǐng)域的技術(shù)專項(xiàng)研究。加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)研發(fā)和技術(shù)手段應(yīng)用，突破網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)瓶頸并加快成果轉(zhuǎn)化，實(shí)施關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，支持信息通信技術(shù)在軍民功能結(jié)合等方向的深化發(fā)展。

（四）構(gòu)建綜合創(chuàng)新的人才隊(duì)伍與科研團(tuán)隊(duì)

樹立全球視野，精準(zhǔn)引進(jìn)高層次人才。圍繞各級(jí)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)的“產(chǎn)才融合”高地建設(shè)，強(qiáng)化“雙招雙引”機(jī)制，給予新型網(wǎng)絡(luò)高端人才以“高端”支持；依托國家級(jí)人才計(jì)劃開展新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面的“引智”工作，豐富人才儲(chǔ)備并優(yōu)化梯隊(duì)結(jié)構(gòu)；構(gòu)建人才引進(jìn)網(wǎng)絡(luò)，發(fā)揮用人單位主體作用，采取“剛性”“柔性”相結(jié)合的引進(jìn)方式。支持高端人才圍繞新型網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，健全和優(yōu)化人才激勵(lì)機(jī)制，合理調(diào)整科技人員股權(quán)和分紅激勵(lì)辦法。加強(qiáng)新型網(wǎng)絡(luò)科研團(tuán)隊(duì)建設(shè)，充分發(fā)揮科研院所、高校的人才培養(yǎng)作用，構(gòu)建未來網(wǎng)絡(luò)與通信領(lǐng)域的科研高地。