自互联网产生以来,网络体系架构就被誉为网络研究“皇冠上的明珠”,美国也依托 TCP/IP 架构成为全球网络技术与标准的领导者。因此,网络架构已成为互联网“下半场”决胜的关键,尤其是网络体系架构(如协议体系、根域名、流量交换模式等)涉及各国在全球互联网的地位与核心利益,已成为世界各国布局的重点。美国国家科学基金会(NSF)于 2010 年启动未来互联网体系架构(FIA)计划,对 NDN、XIA、MobilityFirst、Nebula 等项目提供支持;欧盟和日本也同步启动了FIRE、4WARD、SAIL、AKARI 等一系列未来网络体系结构相关项目。2018 年,国际电信联盟(ITU)成立了网络 2030 焦点组,专门攻关研究 2030 年及以后的未来网络架构、需求、使用场景和网络功能。
在此大背景下,北京邮电大学、网络通信与安全紫金山实验室、江苏省未来网络创新研究院等单位前瞻性研判相关挑战和技术趋势,从工业互联网、车联网、全息全感网络等未来网络典型场景的需求出发,自主并原创性地提出了“服务定制网络”(SCN)体系架构。在兼容 OSI(开放式系统互联)7 层模型的基础上,SCN 通过“革新式”的技术途径定义了新型网络承载(转发)、网络操作系统(控制)、云网超融合(业务)三大功能平面。新型网络承载平面。对应 OSI 架构 1—3 层,解决传统设备“封闭僵化不确定”问题。通过 1—3 层协议的跨层间协同与开放,实现网络的“开放弹性可预期”,提供确定性能力。网络操作系统平面。对应 OSI 架构 1—3 层,解决传统网管“不可管不可控”问题。通过控制与转发分离,分布式与集中式融合,实现“全网可管控”,提供差异化能力。云网超融合平面。对应 OSI 架构 3—7 层,解决传统应用服务“被动感知质量”问题;通过以“以应用服务为中心”渐进式重构 3—7 层协议栈,实现应用服务“主动表达需求”,提供按需使用能力。
国际上,美国国防部高级研究计划局(DARPA)正积极建设面向工业的新型网络。2020 年 12 月起,DARPA 发布 PRONTO项目,由美国国家工程院院士 Nick McKeown 等牵头构建一张服务于“工业 4.0”等场景的新型架构网络。目前,该项目已由 AT&T、英特尔(Intel)、Google、开放网络基金会、斯坦福大学、普林斯顿大学等企业、高校、机构联合,并基于软件定义、可编程白盒交换机等技术构建了覆盖美国 11 个节点的试验网络。
分析发现,DARPA 正在开展的新型网络技术研究与我国 CENI 相关发展思路基本一致。通过提前布局与近 10 余年锲而不舍的努力,我国已实现新型网络体系架构、网络操作系统等核心技术由跟跑到并跑,并在大网操作系统和确定性网络技术方面处于领先水平。因此,对于面向全球新一轮网络技术与产业变革机遇,我国需要依托前期优势基础,进一步加强对未来网络核心技术研究的支持,重点对网络体系架构、端到端低时延确定性、网络操作系统、网络交换芯片、异构云网融合、可编程网络等关键技术进行突破,从根本上改变核心关键技术受制于人的局面,增强我国核心关键技术的国际认可度和影响力,并促进关键技术与产业的融合。
在网络通信领域,开源已成为技术发展的必然选择和重要基础,是推进各个领域不断融合发展的重要力量,以及实现技术革新与产业演进的最佳途径。开源发展至今,已不仅仅是一种发展模式,它已经演化成了一种商业模式,实际上是一种“各尽所能,各取所需”的良性技术生态体系;越是在新兴领域,开源比例越大。因此,发展自主可控的网络技术体系需要借助开源模式实现市场布局,通过引导开源事实标准,改变国际生态格局,吸纳多个国家、企业、个人广泛参与,提升国际影响力。
探索建立自主可控的开源模式。我国自发开源企业需要建立稳定的开源商业模式:针对国际基金会顶级开源项目,建立社区反馈和联动机制;建立自主开源生态,重点在网络、通信、操作系统等基础软件领域探索开源。
建立可持续发展的开源运营机制。国内开源联盟组织持续推进与企业的开源运营合作,借助联盟标准化与行业推广优势,推动我国自发开源项目应用;开源基金会形成稳定的决策机制,项目孵化流程,为国内开源项目运营提供有力的知识产权托管,以及法律、协作支撑。
面向全球加大力度促进开源国际化合作。吸引国外知名开源项目在华成立中文社区或成立合资企业;吸引全球开源网络基金会在华设立分支机构;国内企事业单位和高校承接、主办更多的国际开源技术交流活动,鼓励聘请全球开源大师、精英来华工作,奖励开发者参与开源社区贡献开源项目;支持和扶持中国开源项目走向海外,面向全球贡献智慧。
面对新IM电竞,IM电竞官网型网络技术攻关与变革的重大历史机遇,江苏省及南京市政府自 2011 年开始,将北京邮电大学、中国科学院计算技术研究所、清华大学 3 支团队引入南京并成立未来网络创新研究院,组织开展未来网络架构与关键技术研究;进而,成立网络通信IM电竞,IM电竞官网与安全紫金山实验室,集聚核心科研人员 1 000 余人。通过多方协作、“集中力量办大事”的创新机制,网络通信与安全紫金山实验室成功在未来网络核心技术方面取得了多项重大突破。
尽管我国在若干网络技术上暂时处于领先地位,但美国整体技术基础实力雄厚,技术方向的前瞻性和共识力比较强。因此,需要进一步凝聚国内优势力量,将未来网络技术体系列为国家实验室的重要使命内容,坚持习近平总书记“四个面向”的战略部署,加快网络与通信领域的科技创新,聚焦工业互联网、算力互联网、空天互联网、车联网、国防信创网络等重大需求场景,以确保我国能继续保持领先,掌握网络发展的话语权和技术标准的引领。
网络正从消费型向生产型互联网转变,将出现重大变革机遇。面向互联网“下半场”发展的挑战与机遇,只有通过布局并掌握原创性的核心技术才能实现网络技术的领跑与产业生态的自主可控。新型网络体系架构是我国发展自主可控网络技术体系一个难得的历史机遇,也是中华民族为人类社会进步作贡献的重要历史机遇。通过相关科学家和科研力量近10年的探索,未来网络试验设施为原创性技术的突破打下了坚实的基础;为了充分发挥网络大科学装置的价值,应集中产学研各方力量,充分开展多方合作,构建未来网络战略新型产业。
(作者:刘韵洁、黄韬、汪硕,北京邮电大学 信息与通信工程学院、网络通信与安全紫金山实验室;《中国科学院院刊》供稿)