服务可定制：未来网络的重要趋势

刘韵洁/文

中国工程院院士、江苏省未来网络创新研究院院长

互联网面临的3大挑战

互联网到现在已经发展40多年，大概可以分为两个阶段：从1969~1989年，主要是科研界研究如何实现基本的数据远程传输；从1990年至今，随着Web技术和电子商务的飞速发展，互联网取得了非常巨大的成就。然而，当前互联网也面临很多挑战，主要包括3方面：无法适应新业务需求、无法适应海量流量增长、无法满足与实体经济融合的需求。为解决这些挑战，互联网已进入第三个发展阶段，即未来网络阶段。

第一、网络架构不灵活，无法适应新涌现的业务需求，服务质量难以保证，产业价值链难以为继。近些年来，微信、QQ等OTT业务的爆炸式发展对运营商网络造成了极大冲击。据统计，OTT业务流量2016年将会占据互联网流量的71%左右。OTT业务之所以发展得如此快，与互联网的不按流量收费密切相关。然而，由于运营商仅仅成为内容提供商数据传输的管道提供者，其对骨干网的建设投入无法得到回报。长此以往，运营商会缺乏足够的动力对基础网络设施持续扩容，进而整个产业价值链会崩塌。例如，2014年，AT&T就宣布停止在全美100个城市建设光纤骨干网项目。那么，简单地按照流量收费是否可以解决问题？显然，对所有OTT业务按照流量统一收费会制约互联网的创新，影响到整个互联网生态圈的蓬勃发展。据调查，85%的用户愿意为更好的业务体验支付最高25%溢价。也就是说，如果运营商可以为某些用户提供更好的服务质量，那么，得到高质量服务的用户愿意支付相关费用。例如，2014年，Netflix同意向美国运营商Comcast付费，确保其用户获得更快的网速。然而，当前网络体系架构不灵活，无法便捷地满足不同用户对服务质量的要求。

第二、互联网流量飞速增长，信息冗余传输严重，难以适应未来信息海量增长的需求。研究报告指出，2015年全球每月IP总流量达到59.9EB，预计到2019年，每月将达到168.4EB，其中视频流量占据了80%左右。据统计，2015年底，我国有232部网络电视剧播放量超过10亿次，说明网络冗余传输的流量非常多。按照当前IP流量的增长速度，很快互联网流量就会达到现在的千倍量级。运营商通过简单的扩容很难适应流量的剧增。联通从2003年到2009年每年骨干网容量都在翻番，例如2007年是3000G+，2008年是6000G+。然而，据蓝讯公司测试，中国互联网有80%的时间跨省链路延时大于90毫秒，网络延迟非常大，处于比较拥堵的状态。这个结果表明，运营商仅仅依靠基础设施扩容并不能满足流量的飞速增长，另外，避免信息的冗余传输，可以大大减轻骨干网带宽的压力。

第三、信息网络和传统行业深度融合，但现有网络在实时性、安全性、灵活性等方面难以满足应用需求。互联网的下一个应用蓝海应该是与实体经济进行深度融合，这在中国被称为“互联网+”或者“中国制造2015”，美国称为工业互联网，德国叫“工业4.0”，日本叫机器人新战略，其目的都是提高产业的生产效率。麦肯锡报告称，中国有5.6万亿美元生产率机遇，因为中国的劳动生产率仅为经合组织平均水平的15%~30%。而生产率下降已经成为全球性问题，很多国家已开始推动工业互联网的研究。例如，美国的通用电气公司于2011年在硅谷建立了全球软件研发中心，启动工业互联网的平台和应用方面的开发；2012年发布《工业互联网：冲破思维与机器的边界》报告，将工业互联网称为200年来的“第三波”创新与变革；2013年则宣布未来3年投入15亿美元开发工业互联网。但是，当前互联网无法满足工业互联网的需求。例如，车联网的一个重要目标是避免每年大量的汽车事故，这需要网络传输延迟非常小，欧盟提出争取在10毫秒以下。然而，当前互联网在80%的时间中网络延迟都高于90毫秒。

因此，面对当前互联网的这些挑战，全球正在积极展开未来网络基础架构的研究。比较有代表性的工作包括软件定义网络（Software-Defined Networking，SDN）、内容中心网络（Content-Centric Networking，CCN）等。

面向未来的服务定制网络（SCN）

为了解决当前互联网面临的3 大挑战，刘韵洁院士团队提出了SCN网络体系架构。SCN以提供差异化的服务质量为主要目标。设计原则包括简单开放、可扩展、安全、融合、高效灵活调度网络与信息资源等。

SCN的设计思路主要受交通系统的启发。当前交通系统可以为用户提供不同的服务质量，用户可以根据自己的需求选择不同的交通运输方式，例如普通火车收费低但是速度慢，而高铁速度快却收费高。但目前互联网不按流量收费，类似于交通系统中的普通公路不收费，无法保障用户的服务质量。因此，为了互联网可持续地健康发展，解决当前互联网面临的3大挑战，需要为不同需求的用户提供差异化的服务质量保障。

SCN的体系架构共包括5个平面（见下图）：中间是基础设施平面、控制平面和应用平面，左侧是基于云架构的信息资源智能控制、调度和分发平面，右侧是基于大数据的网络测量和感知平面。



服务定制网络的体系架构

服务定制网络体系架构

基础设施平面主要由计算资源、存储资源和网络资源组成；控制平面主要提供灵活构建不同服务质量等级的虚拟网络的功能，从而为不同用户提供差异化的服务；基于云架构的信息资源智能控制、调度和分发平面主要负责对内容资源进行智能而有序的调度，贴近用户部署，解决海量信息重复传输的问题；基于大数据的网络测量和感知平面主要通过收集网络状态信息为网络智能调度、控制和安全等提供支撑。

SCN体系架构得到了国际相关知名专家的高度评价。SDN主要提出者、美国工程院院士Scott Shenker非常赞同SCN的核心理念，澳门大学校长、美国前国家科学基金委计算机与网络系统分部主任赵伟认为基于SCN构架的CENI（中国网络创新环境）平台非常适合WIntenet验证，美国CMU教授、未来网络体系结构XIA项目负责人Peter Steenkiste希望XIA架构在CENI平台上进行部署验证。

基于SCN架构的未来网络试验网

基于SCN架构，江苏省未来网络创新研究院牵头建设了一个小规模未来网络试验网，目前已经在南京、北京、上海、广州和西安等26个主要城市完成了部署。在这个基于SCN的试验网中，不同的用户可以根据特定的需求申请各自的虚拟网络；由于不同的虚拟网络相互隔离，所以用户可以在其上进行不同的试验。目前，国内已有80多个创新团队在我们搭建的试验网中进行实验。

在当前网络技术的变革期，搭建一个大规模、国家级的试验网对互联网的研究创新具有非常重要的意义。国务院于2013年2月发布了8号文，把未来网络试验设施项目列为国家重大科技基础设施建设中长期规划（2012~2030年）。2015年8月，在国家发改委的组织下，CENI项目正式立项，江苏省未来网络创新研究院作为总牵头单位，同时汇聚了国内60多所高校、40多个科研院所与企业开始研发建设工作。

CENI项目的总体建设目标是搭建覆盖中国40个主要城市的骨干网，100个边缘网络，并在南京、北京、合肥和深圳建设4个云数据中心。从而支持各种大规模的网络创新性工作，例如，骨干网改造提升实验、光与IP融合实验、5G网络实验、物联网实验、4K/8K和VR/AR等视频业务分发实验、网络操作系统实验，以及业务编排实验等。CENI试验网建成后将可以有效支撑新型网络架构和核心关键技术的试验与验证，带动未来网络领域的科研与产业化。

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