互聯(lián)網(wǎng)目前面臨的3大挑戰(zhàn)

互聯(lián)網(wǎng)到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展40多年，大概可以分為兩個(gè)階段：從1969~1989年，主要是科研界研究如何實(shí)現(xiàn)基本的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸；從1990年至今，隨著Web技術(shù)和電子商務(wù)的飛速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)取得了非常巨大的成就。

然而，當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)也面臨很多挑戰(zhàn)，主要包括3方面：無法適應(yīng)新業(yè)務(wù)需求、無法適應(yīng)海量流量增長(zhǎng)、無法滿足與實(shí)體經(jīng)濟(jì)融合的需求。

為解決這些挑戰(zhàn)，互聯(lián)網(wǎng)已進(jìn)入第三個(gè)發(fā)展階段，即未來網(wǎng)絡(luò)階段。

1、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不靈活，無法適應(yīng)新涌現(xiàn)的業(yè)務(wù)需求，服務(wù)質(zhì)量難以保證，產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈難以為繼。

近些年來，微信、QQ等OTT業(yè)務(wù)的爆炸式發(fā)展對(duì)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)造成了極大沖擊。據(jù)統(tǒng)計(jì)，OTT業(yè)務(wù)流量2016年將會(huì)占據(jù)互聯(lián)網(wǎng)流量的71%左右。OTT業(yè)務(wù)之所以發(fā)展得如此快，與互聯(lián)網(wǎng)的不按流量收費(fèi)密切相關(guān)。

然而，由于運(yùn)營(yíng)商僅僅成為內(nèi)容提供商數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓艿捞峁┱?，其?duì)骨干網(wǎng)的建設(shè)投入無法得到回報(bào)。長(zhǎng)此以往，運(yùn)營(yíng)商會(huì)缺乏足夠的動(dòng)力對(duì)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施持續(xù)擴(kuò)容，進(jìn)而整個(gè)產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈會(huì)崩塌。

例如，2014年，AT&T就宣布停止在全美100個(gè)城市建設(shè)光纖骨干網(wǎng)項(xiàng)目。那么，簡(jiǎn)單地按照流量收費(fèi)是否可以解決問題？顯然，對(duì)所有OTT業(yè)務(wù)按照流量統(tǒng)一收費(fèi)會(huì)制約互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新，影響到整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈的蓬勃發(fā)展。

據(jù)調(diào)查，85%的用戶愿意為更好的業(yè)務(wù)體驗(yàn)支付最高25%溢價(jià)。也就是說，如果運(yùn)營(yíng)商可以為某些用戶提供更好的服務(wù)質(zhì)量，那么，得到高質(zhì)量服務(wù)的用戶愿意支付相關(guān)費(fèi)用。例如，2014年，Netflix同意向美國(guó)運(yùn)營(yíng)商Comcast付費(fèi)，確保其用戶獲得更快的網(wǎng)速。

然而，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)不靈活，無法便捷地滿足不同用戶對(duì)服務(wù)質(zhì)量的要求。

2、互聯(lián)網(wǎng)流量飛速增長(zhǎng)，信息冗余傳輸嚴(yán)重，難以適應(yīng)未來信息海量增長(zhǎng)的需求。

研究報(bào)告指出，2015年全球每月IP總流量達(dá)到59.9EB，預(yù)計(jì)到2019年，每月將達(dá)到168.4EB，其中視頻流量占據(jù)了80%左右。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年底，我國(guó)有232部網(wǎng)絡(luò)電視劇播放量超過10億次，說明網(wǎng)絡(luò)冗余傳輸?shù)牧髁糠浅６?。按照?dāng)前IP流量的增長(zhǎng)速度，很快互聯(lián)網(wǎng)流量就會(huì)達(dá)到現(xiàn)在的千倍量級(jí)。

運(yùn)營(yíng)商通過簡(jiǎn)單的擴(kuò)容很難適應(yīng)流量的劇增。聯(lián)通從2003年到2009年每年骨干網(wǎng)容量都在翻番，例如2007年是3000G ，2008年是6000G 。然而，據(jù)藍(lán)訊公司測(cè)試，中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)有80%的時(shí)間跨省鏈路延時(shí)大于90毫秒，網(wǎng)絡(luò)延遲非常大，處于比較擁堵的狀態(tài)。

這個(gè)結(jié)果表明，運(yùn)營(yíng)商僅僅依靠基礎(chǔ)設(shè)施擴(kuò)容并不能滿足流量的飛速增長(zhǎng)，另外，避免信息的冗余傳輸，可以大大減輕骨干網(wǎng)帶寬的壓力。

3、信息網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)行業(yè)深度融合，但現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)在實(shí)時(shí)性、安全性、靈活性等方面難以滿足應(yīng)用需求。

互聯(lián)網(wǎng)的下一個(gè)應(yīng)用藍(lán)海應(yīng)該是與實(shí)體經(jīng)濟(jì)進(jìn)行深度融合，這在中國(guó)被稱為“互聯(lián)網(wǎng) ”或者“中國(guó)制造2015”，美國(guó)稱為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，德國(guó)叫“工業(yè)4.0”，日本叫機(jī)器人新戰(zhàn)略，其目的都是提高產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效率。

麥肯錫報(bào)告稱，中國(guó)有5.6萬億美元生產(chǎn)率機(jī)遇，因?yàn)橹袊?guó)的勞動(dòng)生產(chǎn)率僅為經(jīng)合組織平均水平的15%~30%。而生產(chǎn)率下降已經(jīng)成為全球性問題，很多國(guó)家已開始推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的研究。

例如，美國(guó)的通用電氣公司于2011年在硅谷建立了全球軟件研發(fā)中心，啟動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的平臺(tái)和應(yīng)用方面的開發(fā)；2012年發(fā)布《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)：沖破思維與機(jī)器的邊界》報(bào)告，將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)稱為200年來的“第三波”創(chuàng)新與變革；2013年則宣布未來3年投入15億美元開發(fā)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。

但是，當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)無法滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的需求。例如，車聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要目標(biāo)是避免每年大量的汽車事故，這需要網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲非常小，歐盟提出爭(zhēng)取在10毫秒以下。然而，當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)在80%的時(shí)間中網(wǎng)絡(luò)延遲都高于90毫秒。

因此，面對(duì)當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)的這些挑戰(zhàn)，全球正在積極展開未來網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)的研究。比較有代表性的工作包括軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）、內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)（CCN）等。

未來網(wǎng)絡(luò)的重要發(fā)展趨勢(shì)：“服務(wù)可定制”網(wǎng)絡(luò)（SCN）

為了解決當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)面臨的3 大挑戰(zhàn)，劉韻潔院士團(tuán)隊(duì)提出了SCN網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)。SCN以提供差異化的服務(wù)質(zhì)量為主要目標(biāo)。設(shè)計(jì)原則包括簡(jiǎn)單開放、可擴(kuò)展、安全、融合、高效靈活調(diào)度網(wǎng)絡(luò)與信息資源等。

SCN的設(shè)計(jì)思路主要受交通系統(tǒng)的啟發(fā)。當(dāng)前交通系統(tǒng)可以為用戶提供不同的服務(wù)質(zhì)量，用戶可以根據(jù)自己的需求選擇不同的交通運(yùn)輸方式，例如普通火車收費(fèi)低但是速度慢，而高鐵速度快卻收費(fèi)高。但目前互聯(lián)網(wǎng)不按流量收費(fèi)，類似于交通系統(tǒng)中的普通公路不收費(fèi)，無法保障用戶的服務(wù)質(zhì)量。

因此，為了互聯(lián)網(wǎng)可持續(xù)地健康發(fā)展，解決當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)面臨的3大挑戰(zhàn)，需要為不同需求的用戶提供差異化的服務(wù)質(zhì)量保障。

SCN的體系架構(gòu)共包括5個(gè)平面（見下圖）：中間是基礎(chǔ)設(shè)施平面、控制平面和應(yīng)用平面，左側(cè)是基于云架構(gòu)的信息資源智能控制、調(diào)度和分發(fā)平面，右側(cè)是基于大數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)測(cè)量和感知平面。

圖1  “服務(wù)可定制”網(wǎng)絡(luò)（SCN）的體系架構(gòu)

“服務(wù)可定制”網(wǎng)絡(luò)（SCN）的體系架構(gòu)

基礎(chǔ)設(shè)施平面主要由計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源和網(wǎng)絡(luò)資源組成；控制平面主要提供靈活構(gòu)建不同服務(wù)質(zhì)量等級(jí)的虛擬網(wǎng)絡(luò)的功能，從而為不同用戶提供差異化的服務(wù)；基于云架構(gòu)的信息資源智能控制、調(diào)度和分發(fā)平面主要負(fù)責(zé)對(duì)內(nèi)容資源進(jìn)行智能而有序的調(diào)度，貼近用戶部署，解決海量信息重復(fù)傳輸?shù)膯栴}；基于大數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)測(cè)量和感知平面主要通過收集網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息為網(wǎng)絡(luò)智能調(diào)度、控制和安全等提供支撐。

SCN體系架構(gòu)得到了國(guó)際相關(guān)知名專家的高度評(píng)價(jià)。SDN主要提出者、美國(guó)工程院院士Scott Shenker非常贊同SCN的核心理念，澳門大學(xué)校長(zhǎng)、美國(guó)前國(guó)家科學(xué)基金委計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分部主任趙偉認(rèn)為基于SCN構(gòu)架的CENI（中國(guó)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新環(huán)境）平臺(tái)非常適合WIntenet驗(yàn)證，美國(guó)CMU教授、未來網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)XIA項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Peter Steenkiste希望XIA架構(gòu)在CENI平臺(tái)上進(jìn)行部署驗(yàn)證。

現(xiàn)狀：國(guó)內(nèi)基于“服務(wù)可定制”網(wǎng)絡(luò)（SCN）架構(gòu)的未來網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)網(wǎng)

基于SCN架構(gòu)，江蘇省未來網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新研究院牽頭建設(shè)了一個(gè)小規(guī)模未來網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)網(wǎng)，目前已經(jīng)在南京、北京、上海、廣州和西安等26個(gè)主要城市完成了部署。

在這個(gè)基于SCN的試驗(yàn)網(wǎng)中，不同的用戶可以根據(jù)特定的需求申請(qǐng)各自的虛擬網(wǎng)絡(luò)；由于不同的虛擬網(wǎng)絡(luò)相互隔離，所以用戶可以在其上進(jìn)行不同的試驗(yàn)。

目前，國(guó)內(nèi)已有80多個(gè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在我們搭建的試驗(yàn)網(wǎng)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的變革期，搭建一個(gè)大規(guī)模、國(guó)家級(jí)的試驗(yàn)網(wǎng)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的研究創(chuàng)新具有非常重要的意義。

國(guó)務(wù)院于2013年2月發(fā)布了8號(hào)文，把未來網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)設(shè)施項(xiàng)目列為國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中長(zhǎng)期規(guī)劃（2012~2030年）。

2015年8月，在國(guó)家發(fā)改委的組織下，CENI項(xiàng)目正式立項(xiàng)，江蘇省未來網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新研究院作為總牽頭單位，同時(shí)匯聚了國(guó)內(nèi)60多所高校、40多個(gè)科研院所與企業(yè)開始研發(fā)建設(shè)工作。

CENI項(xiàng)目的總體建設(shè)目標(biāo)是搭建覆蓋中國(guó)40個(gè)主要城市的骨干網(wǎng)，100個(gè)邊緣網(wǎng)絡(luò)，并在南京、北京、合肥和深圳建設(shè)4個(gè)云數(shù)據(jù)中心。從而支持各種大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新性工作，例如，骨干網(wǎng)改造提升實(shí)驗(yàn)、光與IP融合實(shí)驗(yàn)、5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)、物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)、4K/8K和VR/AR等視頻業(yè)務(wù)分發(fā)實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，以及業(yè)務(wù)編排實(shí)驗(yàn)等。

CENI試驗(yàn)網(wǎng)建成后將可以有效支撐新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和核心關(guān)鍵技術(shù)的試驗(yàn)與驗(yàn)證，帶動(dòng)未來網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的科研與產(chǎn)業(yè)化。