探索“三層三面”構(gòu)建的泛在超融合網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)

隨著5G網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模商用，越來越多的研究開始關(guān)注十年后的未來網(wǎng)絡(luò)愿景。目前業(yè)界普遍認(rèn)為未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展將極大的融合人工智能、區(qū)塊鏈等新興技術(shù)，到2030年將能夠提供萬億級、確定性微秒級時延的泛在智能連接與服務(wù)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，業(yè)界各方都在積極研究探索面向2030及更長遠(yuǎn)期的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

資源泛在化、體系融合化、服務(wù)智慧化

5G建設(shè)已經(jīng)駛?cè)肟燔嚨溃c經(jīng)濟(jì)社會有了充分的融合，廣泛滲透到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通等各行各業(yè)，開啟了一個萬物互聯(lián)的時代。新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)（“新基建”）的加快進(jìn)一步推動著信息產(chǎn)業(yè)的升級變革，并將在未來5~10年之間為社會發(fā)展持續(xù)注入新動能。在今年4月20日國家發(fā)改委明確的“新基建”范圍中，信息基礎(chǔ)設(shè)施包括了以5G、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)為代表的通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，以人工智能、云計(jì)算、區(qū)塊鏈等為代表的新技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施，還首次新增了以數(shù)據(jù)中心、智能計(jì)算中心為代表的算力基礎(chǔ)設(shè)施等?？梢钥闯?，“聯(lián)接+計(jì)算”是未來信息基礎(chǔ)設(shè)施的核心。綜合未來應(yīng)用場景需求和資源設(shè)施分布情況，未來網(wǎng)絡(luò)主要發(fā)展趨勢有如下三個方面。

首先，“新基建”推動信息基礎(chǔ)設(shè)施的大發(fā)展，資源泛在化成為重要特征。在云計(jì)算、邊緣計(jì)算發(fā)展的大趨勢下，未來網(wǎng)絡(luò)中靠近用戶不同距離將遍布著不同規(guī)模、多方異構(gòu)的資源節(jié)點(diǎn)，形成海量泛在化資源，為用戶提供各類智能化和個性化服務(wù)。未來各類智慧型服務(wù)，如智慧醫(yī)療、智慧交通、智能制造等，都需要依賴網(wǎng)絡(luò)能力將泛在的計(jì)算能力拉通共享，以滿足新興業(yè)務(wù)提出的“隨時、隨地、隨需、隨形”的多樣化業(yè)務(wù)需求。在計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)深度融合的大趨勢下，基于無處不在的網(wǎng)絡(luò)，將大量閑散資源連接起來進(jìn)行統(tǒng)一管理和調(diào)度，解決各類基礎(chǔ)設(shè)施釋放資源的碎片化孤島，實(shí)現(xiàn)云網(wǎng)邊端的高效協(xié)同、服務(wù)靈活動態(tài)部署和用戶智能服務(wù)質(zhì)量的一致性，是未來網(wǎng)絡(luò)面臨的一大重要問題。

其次，OICT融合化成為趨勢，原來獨(dú)立發(fā)展的各類型信息基礎(chǔ)設(shè)施正在呈現(xiàn)融合化趨勢。云網(wǎng)融合已經(jīng)是信息基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的共識特性，為企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了極大便利和服務(wù)價值。未來信息服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施正在進(jìn)一步擴(kuò)大，提供的資源、服務(wù)能力將更加豐富、更加廣泛。尤其是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的大發(fā)展，正在迫使網(wǎng)絡(luò)變革，一方面，要求本地局域網(wǎng)甚至接入網(wǎng)具備自身的智能化管控功能，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自治管理，滿足帶寬及時延需求。另一方面，也要配合云端更強(qiáng)大的存儲計(jì)算能力來支撐業(yè)務(wù)的運(yùn)行。在這種情況下，生產(chǎn)網(wǎng)系統(tǒng)、邊緣計(jì)算系統(tǒng)、園區(qū)網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)、多公有云服務(wù)等需要進(jìn)一步緊密協(xié)同，設(shè)備域、網(wǎng)絡(luò)域、數(shù)據(jù)域都會存在不同程度的融合需求。所以，未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)應(yīng)在保證基本網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)能力以及高可靠穩(wěn)定前提下，充分利用新型信息基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)信息和服務(wù)等多方面能力，以資源融合供給的形式滿足各種業(yè)務(wù)的需求。

最后，人工智能、區(qū)塊鏈等新興技術(shù)將為業(yè)務(wù)應(yīng)用深度注智、注穩(wěn)，全面賦能服務(wù)智慧化。人工智能是引領(lǐng)科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的戰(zhàn)略性技術(shù)，在解決高計(jì)算量數(shù)據(jù)分析、模型構(gòu)建、策略生成等方面具備強(qiáng)大優(yōu)勢，將賦予未來網(wǎng)絡(luò)服務(wù)新能力。同時，將大數(shù)據(jù)，區(qū)塊鏈等新技術(shù)應(yīng)用到未來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系之中，提供高確定性、高可信度、高靈活性、高安全性的應(yīng)用服務(wù)，是未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要趨勢。

“三層三面”構(gòu)建泛在超融合網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)

認(rèn)為未來網(wǎng)絡(luò)將具備高彈性、智慧化、內(nèi)生安全的特性，因此提出以“三層三面”構(gòu)建的泛在超融合網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)（Ubiquitous Hyper-Converged Network，簡稱UHCN），推動網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施從 “網(wǎng)絡(luò)連接能力平臺”向“新基建融合服務(wù)平臺”方向升級演進(jìn)。

“泛在超融合”理念吸收了IT思想，以新型網(wǎng)絡(luò)虛擬化為核心，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)在同一架構(gòu)體系下，泛在化的計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)、安全等多維資源融合，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、云基礎(chǔ)設(shè)施、算力基礎(chǔ)設(shè)施、區(qū)塊鏈基礎(chǔ)設(shè)施等各類信息基礎(chǔ)設(shè)施融合，人工智能、大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生等多種新興技術(shù)的廣泛融合，最終構(gòu)建內(nèi)生基因，實(shí)現(xiàn)云、算、數(shù)、網(wǎng)等資源和服務(wù)能力的一體化提供，支撐未來業(yè)務(wù)應(yīng)用創(chuàng)新發(fā)展。

泛在超融合網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)由“三層三面”立體式有機(jī)組合，讓未來信息基礎(chǔ)設(shè)施具備數(shù)字孿生、智能內(nèi)生、安全內(nèi)生等內(nèi)生基因，以實(shí)現(xiàn)自組織、自優(yōu)化、自學(xué)習(xí)、自免疫、自進(jìn)化等關(guān)鍵特征。

其中“三層”分別是指：泛在云網(wǎng)設(shè)施層、融合編排管理層、敏捷業(yè)務(wù)服務(wù)層。

泛在云網(wǎng)設(shè)施層作為New Underlay層，將提供無所不在的網(wǎng)絡(luò)連接與信息基礎(chǔ)資源融合供給。在廣度上實(shí)現(xiàn)空、天、地、海等多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合，在深度上提供確定性、高精準(zhǔn)等極致性能的新型網(wǎng)絡(luò)承載能力。

融合編排管理層作為New Hypervisor層，主要實(shí)現(xiàn)多維資源的原子化能力抽象與融合編排。即在計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)資源融合基礎(chǔ)上，構(gòu)建新的數(shù)字平臺，實(shí)現(xiàn)端到端服務(wù)化編排、去中心化資源交易、業(yè)務(wù)自動開通、全生命周期管理、能力生態(tài)開放。

敏捷業(yè)務(wù)服務(wù)層作為New Overlay層，提供應(yīng)用級的快速連接。通過多維度、超高精度、超細(xì)粒度的智能切片形式，服務(wù)產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、車聯(lián)網(wǎng)等未來應(yīng)用。同時，將業(yè)務(wù)能力與用戶的需求精準(zhǔn)實(shí)時匹配，并且隨需求變化而無縫切換虛擬化服務(wù)。

而 “三面”則是在跨層統(tǒng)一的基礎(chǔ)上，利用新興技術(shù)來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生基因。

首先是數(shù)字孿生，利用數(shù)字孿生技術(shù)來構(gòu)建數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)，通過仿真出來的物理網(wǎng)絡(luò)端對端軟件復(fù)本，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的評估、預(yù)測和建議，以高效的、前瞻方式為實(shí)際運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)及其相關(guān)服務(wù)提供建模、驗(yàn)證和保障；其次是智能內(nèi)生，全方位、立體化AI使能，構(gòu)建統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)智能大腦，從智能連接、智能編排基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)AI能力在網(wǎng)絡(luò)中各層級的滲透，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等無所不在的泛在智能；最后是安全內(nèi)生，包括智能主動防御、信息智能共識等，同時可以在現(xiàn)有的安全防控技術(shù)之上，將數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)與人工智能相結(jié)合，生成“網(wǎng)絡(luò)疫苗”，預(yù)先獲得“未知”攻擊的防御方法，為受保護(hù)網(wǎng)絡(luò)提供自適應(yīng)防護(hù)能力。

關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展方向

目前學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界已經(jīng)開展了面向2030年的新型網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究，重點(diǎn)聚焦空天地一體化網(wǎng)絡(luò)、高精準(zhǔn)確定性網(wǎng)絡(luò)、算力網(wǎng)絡(luò)、可信網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)方向。

空天地一體化的泛在全連接網(wǎng)絡(luò)

空天地一體化網(wǎng)絡(luò)是面向6G通信網(wǎng)絡(luò)的重要研究部分，將衛(wèi)星通信系統(tǒng)與地面互聯(lián)網(wǎng)和移動通信網(wǎng)連接起來，滿足更為廣泛、隨時隨地的連接需求，實(shí)現(xiàn)全地形、全空間立體覆蓋連接，從廣度上擴(kuò)展現(xiàn)有連接網(wǎng)絡(luò)的體系架構(gòu)。未來天地一體化網(wǎng)絡(luò)有著較廣泛的應(yīng)用前景，在全地形覆蓋、應(yīng)急通信、遠(yuǎn)洋物資追蹤等IOT服務(wù)、低速廣播服務(wù)等應(yīng)用場景上將發(fā)揮重要作用。

高精準(zhǔn)、確定性網(wǎng)絡(luò)

確定性業(yè)務(wù)需求一直都存在，傳統(tǒng)的確定性業(yè)務(wù)通常通過資源獨(dú)占方式（如傳輸專線等）來說實(shí)現(xiàn)，建設(shè)與運(yùn)營成本較高，只適用于大中型政企客戶。隨著工業(yè)、能源、車聯(lián)網(wǎng)等垂直行業(yè)、云游戲、在線VR、遠(yuǎn)程醫(yī)療等新興業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的低時延、可靠性和穩(wěn)定性提出新的要求，而這類業(yè)務(wù)的發(fā)起端與接收端都在動態(tài)變化中，用戶也難以支付長期的資源獨(dú)占費(fèi)用，因此需要考慮用新的技術(shù)方案來提供確定性的網(wǎng)絡(luò)承載方案。

為此，業(yè)界提出了多種新技術(shù)，如在“盡力而為”的IP網(wǎng)絡(luò)引入更為復(fù)雜的信令流程與算法協(xié)議，從而為特定業(yè)務(wù)提供嚴(yán)格服務(wù)保障、確定性服務(wù)指標(biāo)的高品質(zhì)業(yè)務(wù)。這將推動現(xiàn)有的綜合業(yè)務(wù)承載網(wǎng)演進(jìn)到高精準(zhǔn)服務(wù)網(wǎng)，通過精細(xì)化、精準(zhǔn)化匹配業(yè)務(wù)需求，從面向業(yè)務(wù)的精準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)資源分配、精準(zhǔn)算力、精準(zhǔn)服務(wù)感知和精準(zhǔn)保障等各方面覆蓋整個業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)的生命周期。

算力網(wǎng)絡(luò)

算力網(wǎng)絡(luò)是一種以網(wǎng)絡(luò)為平臺的新型融合資源供給方案，利用成熟可靠、超大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)控制面來傳遞計(jì)算、存儲等資源信息，并基于區(qū)塊鏈的分布式賬本來實(shí)施高頻、可信、可溯的資源交易，從而實(shí)現(xiàn)多維異構(gòu)資源的關(guān)聯(lián)、尋址、交易、調(diào)配等，并最終為用戶提供一致的服務(wù)體驗(yàn)。目前產(chǎn)業(yè)界已經(jīng)達(dá)成共識，正在積極探索以算力網(wǎng)絡(luò)為典型方案的網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲一體化融合資源供給模式，解決未來海量泛在資源碎片化的問題，為未來眾多智能算力服務(wù)提供最優(yōu)的體驗(yàn)。算力網(wǎng)絡(luò)有著較為廣闊的商業(yè)藍(lán)海，通過網(wǎng)絡(luò)連接更為開放的產(chǎn)業(yè)生態(tài)環(huán)境，使能海量資源、海量應(yīng)用、海量服務(wù)。

去中心化可信網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)安全是未來網(wǎng)絡(luò)將要面對的重要問題。目前網(wǎng)絡(luò)安全問題的本源是現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)的設(shè)計(jì)是基于相互信任的前提，面對網(wǎng)絡(luò)安全頻發(fā)的現(xiàn)狀，只能通過被動打補(bǔ)丁的形式去逐一解決。這些方案在一定程度對部分攻擊進(jìn)行了防御，但都存在中心化問題。

產(chǎn)業(yè)各方都在探索從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)層面來實(shí)現(xiàn)內(nèi)生安全。目前行業(yè)內(nèi)已經(jīng)提出多種基于區(qū)塊鏈的去中心可信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來保證終端標(biāo)識以及路由交換信息的可信性，并已經(jīng)開展試驗(yàn)網(wǎng)驗(yàn)證。該架構(gòu)使用聯(lián)盟鏈提供去中心化的IP地址分配、 所有權(quán)管理和資源映射功能，網(wǎng)絡(luò)中IP地址、AS號、域名映射關(guān)系等信息的變更可以理解為一次交易，交易會導(dǎo)致賬本狀態(tài)的改變，記錄網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)映射關(guān)系的賬本由若干個組織的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施共同維護(hù)。這種新技術(shù)引入在實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生安全，避免惡意網(wǎng)絡(luò)攻擊或者因配置失誤造成的網(wǎng)絡(luò)故障等方面提供了一種可信網(wǎng)絡(luò)的可行性實(shí)踐。

綜上所述，在面向2030年的中長期網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的研究過程中，考慮到未來信息基礎(chǔ)設(shè)施具備數(shù)字孿生、智能內(nèi)生、安全內(nèi)生等內(nèi)生基因，具備自組織、自優(yōu)化、自學(xué)習(xí)、自免疫、自進(jìn)化等關(guān)鍵特征，以“三層三面”構(gòu)建的泛在超融合網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)，這將推動網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施從 “網(wǎng)絡(luò)連接能力平臺”向“新基建融合服務(wù)平臺”方向升級演進(jìn)。
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