新型网络架构发展研究.docx

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1、一、前言通信产业是引领科技创新、驱动经济社会转型发展的核心力量，也是建设科技强国、网络强国的核心支撑。发展通信产业对于促进现代化、工业化发展，培育和壮大战略性新兴产业，提高国家通信安全保障能力及国际竞争力都具有重要意义。随着互联网承载的服务类型快速增加，网络已不仅是数据传输通道，更成为采集、传输、存储、处理于一体的信息平台，相关的新技术、新架构、新应用蓬勃发展。卫星通信、光纤通信、第五代移动通信（5G）、虚拟现实/增强现实（VR/AR）等技术和场景，也为通信服务业的创新发展提供了新增支持。伴随着新型网络的快速发展态势，网络架构与技术的需求也趋向多样化。在网络的发展与创新过程中，曾有两个阶段性的

2、问题始终约束着行业发展。互联网协议QP）地址枯竭问题,可采用无分类域间路由选择技术（CIDR）、互联网协议第6版（IPv6）技术来解决：前者通过引入网络前缀的概念来划分超网，从而进行路由聚合并减少路由表项；后者则通过IP编码地址空间增加至128位来增加IP地址数量。然而IPv6技术出现后还未实现大规模部署，也无法在体系架构层面解决原有问题。（2）为了解决网络流量激增、路由表条目爆炸式增长等问题，内容分发网络（CDN）通过多地区部署缓存节点的方式来减少网络转发流量；但节点部署成本昂贵，仅能对特定业务流量进行优化，不足以成为普适性的解决方案。对网络进行打补丁式的改进措施，在使网络逐渐臃肿的同时，无

3、法从根本上解决制约网络发展的关键问题。当前，世界各国都在积极发展网络通信领域的未来关键技术，通信产业正处于“承前启后关键时期。着眼未来需求的新型网络架构与技术受到了学术界、产业界的普遍关注。诸如信息中心网络（ICN）、软件定义网络（SDN）、云计算与白盒等新型网络架构和技术，渐渐进入了全球网络通信产业的生态链；相关的研究和创新在“竞争与合作的理念下迅速发展，逐渐形成国际性的产业浪潮。新型网络架构与通信技术不仅具有颠覆性，而且支持涌现许多新的模式、应用和产业，将引发新一轮产业技术革命甚至成为经济发展的主要动力。针对于此，本文以新型网络架构、网络和通信技术未来发展为研究切入点，梳理当前形势与需求,

4、阐述典型网络架构、关键技术及解决举措，以期为通信产业和网络技术的宏观研究提供基础参考。二、新型网络架构的内涵与主要形式（一）新型网络架构的内涵新型网络架构指依托未来新型网络与通信领域中具有重大变革前景的相关技术而形成的体系，作为战略性新兴产业的重要发展方向，具有敏捷感知、便捷管控、优质服务、灵活可扩展等新特征，将对智能制造、物联网（IOT）、天地融合网络等技术领域产生深刻影响0新型网络架构体系的核心在于，设计一种高效率、可扩展、大规模的通用基础网络架构，支持异构网络技术融合。现有方案主要分为演进式革命式技术路线：对于前者，研究人员主张对现有网络架构进行“修补（如改造网络设备或拓扑结构，更新现有

5、网络通信协议，将人工智能（AI）、区块链、大数据等新技术应用于现有网络），可暂时解决当前网络中出现的各种问题，使得现有网络架构在一定程度上适应新的发展要求；对于后者，研窕人员主张重新设计网络的策略，寻求全新的网络架构并重新设计网络协议，以此充分适应未来的发展要求。也要注意到，“革命式技术路线可更好满足未来网络的需求，但实施难度相对大;“演进式技术路线易于部署，但将使网络趋于臃肿。就已有的新型网络架构来看，信息中心网络（ICN）、可表述网络（XIA）等属于革命式方案；低轨卫星网络、服务定制网络（SCN）、全维可定义网络、多模态网络等属于演进式方案。（二）代表性的新型网络架构1.信息中心网络ICN

6、架构的设计初衷是更好地支持内容分发，采取以内容命名方式来替代以地址为中心的传统网络通信模型（见图1）；能够实现用户对信息的搜索与获取，增强互联网的安全性，支持移动性应用需求，提高数据分发和收集能力。集中式ICN架构采用扁平化的命名方式，即在名字中嵌入内容的哈希，不可读的名字需要通过集中的名字解析服务来获得路由和转发路径。分布式ICN架构采用分层的命名方式,类似于统一资源定位符的结构；分层根路径为内容发布者的名字前缀,直接基于内容名字路由，不存在任何解析过程。（B集中式图1ICN架构的基本模式2 .可表述网络XIA架构可提供多样化的网络使用模式来满足可靠通信服务需求，同时有效协调各方来共同提供网

7、络服务（见图2）,具有可演进、可信任、灵活路由等特点。将网络中的发送方或接收方均视作通信主体；对于不同的通信主体，路由器使用不同的处理方式来实现不同的网络功能；同一个应用可以包含多个不同的通信主体，据此实现多种网络功能。用户网络服务网络可信任的网络服务商3 .低轨卫星网络低轨卫星网络系统包含空间段、地面段、用户段（见图3）o空间段分为低轨卫星和星间链路，采用星上处理技术支持星上独立组网与路由；地面段分为信关站、网控中心等，实现系统运维、与地面通信网络互联等功能；用户段涵盖各类地面终端用户，如车载终端、舰载终端、卫星电话等。低轨卫星网络具有空间跨度大、覆盖范围广、抗毁能力强等优势，加之低轨卫星的

8、轨道高度低、传输延时短、路径损耗小，由多卫星组成的星座可以实现真正意义上的全球宽带卫星服务能力。4 .服务定制网络SCN主要采用SDN技术，不仅能发挥SDN数据面与控制面解耦、网络可编程的突出优势，而且可根据当前网络的实际情况来提高网络虚拟化与内容智能调度等能力。大数据分析和Al技术也可为网络信息调度、智能管理等提供有效支持。SCN架构的应用有望适应互联网业务快速发展、流量快速增长、用户需求差异化、实体经济与互联网融合等实际需求,我国己制定SCN总体方案（见图4）。安全基片服务承载网络多态寻址与路由垂构决策可动态重组协议引擎宏电路组合规则输出服务链00*0OnO图4服务定制网络框架5 .全维可

9、定义网络全维可定义网络架构以SDN、网络功能虚拟化（NFV）等作为技术创新基础，利用软件定义路由、软件定义互联、软件定义硬件、软件定义协议、软件定义芯片等模块来获得基础网络的拓扑结构、协议、软/硬件及接口的完整定义；形成开放网元设备、开放协议控制、开放网络资源、开放节点容量、开放网络接口、开放路由控制、开放存储方法等模式，为用户自主定义应用提供精细化、多样化的服务（见图5）。全维可定义网络架构还为打破封闭式垄断、消除技术障碍、改造网络基础设施、测试并应用网络架构等提供了基本环境。图5）。全维可定义网络架构还为打破封闭式垄断、消除技术障碍、改造网注：DPl表示深度报文检测。6 .多模态网络多模态

10、网络架构建立全维度可定义、灵活且通用网络结构，使得网络从底层到上层的功能能以多模态方式呈现（见图6）,由此消除现有网络基础架构、相关技术体系所存的网络结构僵化、IP承载单一、未知威胁难以抑制等基础性问题。在多模态智慧网络模型中，数据层采用软件定义互连/转发技术，提高全维可定义的灵活性与可编程性；控制层主要针对不同业务的差异化服务质量要求,实现软件定义的多模态寻址与路由等功能；服务层结合对用户及业务的细粒度感知、适配拟合，实现软件定义资源管理与功能编排，支撑网络智能决策。智衰管控如粒度感知智能决饿适配拟合全维可定义多模态智联网络服务员控制层软件定义资源管理软件定义功能编排软件定义多模态寻址与路由

11、数据层I软件定义互连II软件定义转发1图6多模态智慧网络模型三、新型网络架构发展态势（一）政策法规新型网络架构技术对经济社会发展将产生重大影响。各国积极发布政策和法规，以引导相关技术的突破与应用，从而引发新一轮全球信息网络、通信技术的激烈竞争。在美国，战略与预算评估中心提出了以“马赛克战为依托来实现决策中心战的概念构想（2020年），用于解决“网络中心战在强对抗环境下的战术通信网络受限问题；国防部高级研究计划局启动了PRC）NTO网络研窕项目（2021年），旨在发展网络细粒度可见、可验证、可闭环控制的网络试验床，用于支撑各类科学研究和试验并推动网络技术创新。欧盟H2020计划组提出了多种网络新

12、型架构：CORRE1.ATiON项目开展了未来切片与网络服务级别流量的表征和预测，PRISENoDE项目针对软件定义的雾数据中心隐私和安全感知问题提出解决方案，SEMANTlC项目研究具有移动边缘云的新一代蜂窝网络端到端切片和数据驱动自动化。与新型网络的国际进展相对应，我国推出多项政策和规划以积极参与领域的国际竞争与合作。2020年起，我国加速开展新型网络架构相关的创新研究与建设示范，以5G、数据中心、工业互联网等为重点内容。中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要提出，强化国家战略科技力量，重点发展信息通信技术，引领各项技术创新发展。（二）行业发展网络发展水平

13、较高的国家都在国家战略层面重视未来网络的创新。美国、欧盟、日本、韩国等国家和地区在网络创新环境、新型体系架构、新型网络技术等方面实施了众多研究项目。在网络创新环境方面，美国国家科学基金会提出全球网络创新环境项目（2005年），构建了新型、安全、广泛连接的互联网，以之为实验环境开展了全球性的大规模实验；欧盟在第七框架计划中设立了未来网络研究与实验项目（2007年），在物理和虚拟网络测试环境中验证了网络体系结构及协议。新型网络体系架构包括ICN、SDN等，新型网络技术涉及NFV、大数据/云计算/边缘计算等。我国的科技公司积极围绕新型网络架构及技术开展应用研究。中国电信集团有限公司重点关注网络重构，

14、推进云网协同规模扩张，持续扩大网络覆盖范围。中国移动通信集团有限公司关注新一代网络架构设计，重点在于全面实现网络功能优化（如流量调度、网络组网设计）。深圳市腾讯计算机系统有限公司推出了数据中心网络架构5.0版本，引入SDN/NFV技术为私有云客户提供多样化、可定制服务。阿里巴巴集团控股有限公司通过阿里云布局边缘计算产业，以“云+边+端一体的计算模式作为核心发展路径。华为技术有限公司的网络侧部署以全面云化为目标，推进SDN/NFV与网络云化。未来网络试验设施项目是我国通信与信息领域建设的国家重大科技基础设施，保持开放、易使用、可持续发展、大规模通用等特色，为研究未来网络创新体系结构提供简单、高效

15、、低成本的试验验证环境。面向2035年的多模态智慧网络体系，通过各种网络模态间的互联互通、协同组合、无缝切换，提高网络服务的多元化能力以及对于用户需求的个性化适应能力。（三）面临挑战客观来看，我国新型网络架构技术领域在深入发展和高效实施方面仍面临一些挑战。在统筹规划方面，当前的网络架构部署整体缺乏综合协调和整体规划。不少地方、行业都在自行开展研发工作，而产业界没有就新型网络架构发展形成共识，统一通用的行业认识、思路、建设方案等也有待形成。国家层面尚未形成促进新型感知网络基础设施建设的指导意见，相关的布局、建设、保护以及各类设施之间的协调发展等缺乏总体设计。这些问题的解决，需要政策法规的引导支持和标准制定的适时推进。在产业技术方面，我国在硬件、计算机、通信网络方面的核心技术滞后于发达国家，导致新型网络架构的技术支撑作用未能有效发挥；在作为互联网核心技术的IP协议等技术方向，已有多年未获得新进展。产业基础相对薄弱，关键技术与核心软件依赖外部供应，存在着受制于人的风险。解决产业技术短板和关键技术不足的问题，离不开加快提升自主创新能力。四、新型网络架构关键技术与攻关举措（一）新型网络架构关键技术未来网络的典型场景包括消费互联网（如VR/AR、三维视频通话、全息图像、交互式游戏），工业互联网（如精仪制造、远程工控、数字挛生），车联网（如自动驾驶、车路协同）等。这些场景及应用的出现，要