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摘要：
近年來，以移動互聯網、云計算、大數據、智能終端等為代表的新一代信息技術產業快速突破和創新，互聯網應用范圍已經遠遠超越了互聯網設計之初，它已經滲透到社會經濟生活的各個方面。為適應不斷創新的網絡應用，網絡技術也在不斷地創新和演進。特別是隨著互聯網企業的加入，網絡技術進入了新的一輪創新高潮。高速化、虛擬化、開放化、智能化、融合化成為網絡發展的重要趨勢。
關鍵詞：
網絡技術；技術創新；SDN；NFV
隨著網絡技術和應用的不斷發展，社會各行各業都在互聯網上加速架構?；ヂ摼W業務的快速發展也促進了網絡技術的創新進程。光傳輸網絡、移動通信網、數據通信網、固定寬帶接入等核心技術快速演進，新一代光網絡、新一代移動通信、未來網絡等新領域快速發展，高速寬帶、智能融合、天地一體的新型網絡通信基礎設施加速構建。
1網絡承載眾多期待，催生新技術
當前互聯網規模驚人、應用廣泛，用戶量巨大，已經遠遠超出了其解決異構網絡互聯的原始設計目標。特別是隨著移動互聯網、云計算、大數據的興起，新興業務對網絡提出更高的要求。網絡需要具備高速大容量、按需供給、隨需而變以及靈活健壯的特性。伴隨著業務發展，對網絡的需求大致可以分為三個階段：第一階段是1996年至1999年，網絡需求聚焦滿足異構接入、地址充分；第二階段是2000年至2010年，在原有需求的基礎上，新增了安全性和服務質量保證的需求，同時可管可控成為了重點；第三階段為2010年以后，隨著業務規模和種類的劇增，新增了虛擬化、智能化和開放化需求。與此同時，業務的巨大需求催生新技術的快速突破。不同階段的網絡新技術在一定程度上滿足了當時業務的需求，如圖1所示。在移動/固定接入方面，碼分多址、正交頻分多址、MIMO技術、GPON實現突破，寬帶接入水平已出現質的飛躍。滿足超高流量密度、超高連接數密度、超高移動性、融合泛在接入需求的5G技術標準化工作在積極推進中[1]。在光傳送技術方面，傳送網技術發展經歷了從低速到高速，從時分復用（TDM）、波分復用（WDM）、分組傳送的發展歷程。密集波分復用大幅提升光網絡傳輸速率，已成為當前骨干傳送網的主流技術。分組傳送網技術（PTN）在城域傳送網中得到廣泛應用，超100Git/s產業化進程加快。為滿足云計算、數據中心互聯等新興業務的高動態、差異化服務和開放可編程需求，傳送網架構也逐漸向軟件定義傳送網（SDTN）演進[2]。在數據通信技術方面，上世紀90年代，隨著互聯網的快速普及，IP技術以其簡單高效、統計復用的技術特點，成為最具影響力、應用最廣的數據通信技術，1998年IPv6標準體系的建立解決了地址可擴展性問題。MPLS[3]的出現支持點到點的專線業務,有效支持了服務質量管理以及流量工程。SDN（軟件定義網絡）[4]/NFV（網絡功能虛擬化）[5]促進網絡開放和彈性，已逐漸步入成熟階段，并成為網絡技術創新的重點方向。
2SDN/NFV技術迅猛發展，新興技術初露矛頭
SDN/NFV作為當前網絡熱門技術，已經成為了當前的產業大趨勢。SDN通過控制平面和轉發平面的解耦，重新定義網絡架構，實現網絡可編程及重構，并提供給更強的網絡掌控能力；而NFV通過改變傳統網元結構與狀態，采用符合工業標準的x86架構構建云資源池，以虛擬機的方式承載網元的功能，使運營商的網絡與業務管理更加靈活和高效。近年來，運營商正面臨來自OTT巨大的競爭壓力，其產業價值正逐步從管道向內容、從通信網向互聯網、從話音服務向信息服務轉移，網絡面向互聯網化的網絡架構演進。SDN/NFV作為推動網絡架構向互聯網化網絡架構演進的關鍵技術，能夠促使“互聯網應用被動適應網絡”向“網絡主動、快速、靈活適應互聯網應用”根本性轉變，其網絡和資源的部署將打破傳統組網思路的制約，轉向以云化IDC為核心的新架構。SDN/NFV技術所帶來的網絡可控可管性增強、網絡功能的多樣性和靈活性以及成本的降低正是目前處在轉型中的運營商所亟需的能力。目前，SDN/NFV技術快速發展，已逐漸步入成熟階段。在SDN方面，在廣泛應用于數據中心內部組網的基礎上，國內外先進運營商已開始基于WAN業務場景下的試點應用，其主要應用場景為IP和光網絡下的SDN協同控制、基于SDN的IP跨域互聯、網絡功能即服務以及改進MPLS路由優化。在NFV方面，先進運營商也已完成邊緣網絡部署NFV的PoC概念驗證，其主要應用場景集中在城域接入網中的BRASE、DPI、移動核心網中的PDSN、IMS以及無線網絡側的基站虛擬化。距離大規模的商用，SDN/NFV技術還有一定差距。SDN商用需求最早出現在數據中心內部。從數據中心走向“大網”的過程中，SDN需要更多的考慮到路由協議的差異性以及控制器的擴展性、兼容性問題，接口的標準化和互操作性已成為決定SDN能否進一步發展的重要因素。特別是SDN控制器的東西向接口，如果SDN設備之間仍需要還原為IP路由協議進行互聯，其對網絡架構創新影響力將十分有限，SDN將回到數據中心成為一個數據設備內部的優化技術。目前，在東西向接口標準化方面，由于IETF和ITU均未涉及此研究領域，其研究還剛剛起步；NFV的應用場景主要集中在邊緣網絡。相比ASCI芯片，x86架構芯片作為通用芯片具有良好的可編程性，但由于其轉發技術原理原因，其核心轉發能力較低成為限制NFV應用的重要瓶頸。中國電信的大流量的壓力測試數據顯示，使用x86的NFV通用設備相比傳統設備轉發能力下降30%~40%，目前還不具備規模商用條件。此外，量子通信、可見光通信、浮空通信平臺等新興技術快速發展，成為值得關注的網絡技術發展新方向。量子通信利用量子態和糾纏效應進行信息或密鑰傳遞，能夠提供無法被竊聽和破解的絕對安全性保證。當前，量子通信主要應用于密鑰分發，從理論協議到器件系統等各方面初步成熟。我國試點應用和星地量子通信等方面發展迅速；可見光通信利用可見光進行數據傳輸，使用LED燈調制光波信號來傳送信息，可實現1Gbit/s的傳輸速率。目前，多個國際標準化組織均立項研究可見光通信。但整體看，國內外可視光通信還處在研究和試制階段，尚沒有成熟的超高速可見光通信技術及相關產品；浮空通信利用無人機、熱氣球、飛艇等在低空提供寬帶無線接入，從而為更多尚未聯網或網絡條件不穩定偏遠地區用戶提供廉價的上網服務，或幫助受災斷網地區迅速恢復網絡。
3創新驅動力發展變化，互聯網企業成為重要驅動因素
在相當一段時間內，傳統通信設施制造商和網絡運營商主導主要網絡技術組織（IETF、ITU、3GPP），其產業聚集度越來越高，技術創新愈發乏力。2010年以來，以谷歌為代表互聯網企業加入網絡技術產業生態，運營商和制造商主導的相對封閉的技術產業生態逐漸被打破?；ヂ摼W企業正從需求方加速向技術供給方轉變，成為推動新一輪網絡技術創新的重要驅動力。當前，國內外互聯網企業在積極主導和參與網絡開源或標準化組織，Google、Facebook等積極參與SDN開源項目和標準化組織，阿里巴巴占據ONF四個領域的兩個主席職位。此外，為了更好服務自身應用以及拓展新興業務，眾多互聯網企利用網絡新技術優勢，積極參與網絡基礎設施建設。以谷歌為例，谷歌開展GoogleFiber計劃開展千兆接入光纖網絡建設，利用熱氣球構建浮空通信平臺，在咖啡廳與企業駐地建設公共Wi-Fi熱點，投資建設跨太平洋海底光纜等；臉譜（Facebook）選擇基于無人機的平流層通信平臺作為技術研發方向，并于2014年收購了研制太陽能無人機的公司，正式組建無人機項目團隊，計劃利用一千架無人機組成龐大的無人機網絡，向全球提供方便的互聯網接入。隨著谷歌、臉書等互聯網公司在網絡建設上的探索與創新，其擺脫運營商/設備商部署和驗證新技術的能力亦有所加強。
4高速化、虛擬化、開放化、智能化、融合化成為網絡創新的重要趨勢
4.1高速化是網絡發展的永恒主題
互聯網業務對于帶寬需求具有“貪婪性”。隨著高清視頻、虛擬現實、增強現實、云桌面、在線游戲等極致體驗業務快速發展，大容量、高速率成為網絡發展的核心方向。在移動接入網絡方面，碼分多址、正交頻率復用、多輸入多輸出以及智能天線技術等核心技術大幅提升網絡傳輸速率數據，下行傳輸數據從100kbit/s提升至百兆水平。此外，目標實現100Mbit/s-1Gbit/s體驗速率以及熱點區域數十Tbit/s/km2的流量密度的5G技術已處在研發階段。在固定接入網絡方面，“光進銅退”促使固定接入速率大幅提升。從56kbit/s的固話模擬信號接入，到ADSL/ADSL2+的2Mbit/s至24Mbit/s接入，再到100Mbit/s的FTTH光纖入戶，更大帶寬、更低成本、多業務承載成為可能。在光傳輸網絡方面，光傳輸容量日新月異。密集波分復用以及高效相位調制技術大幅度提升光傳輸系統容量，2.5G/10G/40GWDM/OTN設備相繼推出，100G設備已成熟并廣泛應用于骨干和城域網絡，其OTN交叉容量可達32T；400G標準立項，預計2020年實現規模商用?；诙嘧虞d波超級信道技術的1T探索研究廣泛開始，多模多芯空間復用成為重點方向，其有望突破單光纖信息傳輸的“香農極限”。在IP網絡方面，核心路由器經歷了10G/100G/400G以及T級發展階段。高端核心路由器集群形態代表路由領域的高端技術，其利用背靠背集群、2+X集群使單框轉發容量提升2到X倍，從而實現超大容量及更高速率。
4.2虛擬化成為網絡發展核心趨勢
受云計算思想影響，網絡虛擬化概念最初由一些領先的運營商提出。希望能夠降本增效，通過快速推出有價值的服務，提升網絡價值。在未來網絡演進方面，網絡虛擬化也是解決可管可控、服務質量、網絡擴展、以及綠色節能等當前網絡熱點問題的重要技術。在可控可管方面，網絡虛擬化支持基于資源切片的分業務承載和管控，有效提高網元、鏈路的利用率，減少擁塞情況出現。在服務質量方面，資源切片可以解決虛擬網絡的QoS問題[5]，支持普通業務與個性化業務的優先級機制。在網絡擴展方面，利用網元設備“多虛一”與“一虛多”，可提升虛擬網絡的組網靈活性和網絡能力。在綠色節能方面，虛擬網絡的按需彈性資源調度提高了網絡資源的利用率。隨著NFV技術的逐漸成熟，基于x86的通用設備促使網絡服務與具體的硬件有效分離，網絡虛擬化有望得到真正實現。以NFV為代表的網絡虛擬化技術有助于實現網絡資源的統一架構管理與調度，在降低成本的同時提供更好的彈性和敏捷性，以適應業務需求的變化。不僅在未來網絡研究還是企業實際部署方面，網絡虛擬化都具有巨大的潛在價值，已成為支撐企業網絡演進和商業轉型的重要技術手段，也是網絡未來發展的核心趨勢。
4.3軟件定義加速網絡開放化進程
由于傳統通信網絡采用“垂直一體化”的封閉架構，網絡與業務是緊耦合模式。“煙囪”式網絡的建設模式導致多張IP網絡獨立建設同時運維，資源不能開放共享，其效率相對低下。另一方面，傳統網絡設備大多為各廠商獨有設計開發，具有固化、封閉式的特征。2010年以來，谷歌率先研發基于開放理念的SDN技術并應用于實際，該技術采用開放可編程的接口為上層應用提供按需分配的網絡資源及服務，進而實現網絡能力開放。這樣的方式打破了現有網絡對業務封閉的問題，是一種突破性的創新。隨著開放化理念的進一步深入，軟件與硬件加速解耦，硬件設備資源的邏輯抽象和對外開放（API）助力網絡開放化進程。以SDN/NFV技術為基礎的新型網絡開放架構有望代替封閉的傳統網絡架構，其中基于ICT資源融合編排的網絡功能定制平臺是網絡實現更加開放化的核心。通過SDN技術實現網絡設備硬件和軟件的解耦合、NFV技術實現IT資源的虛擬化，對全局網絡和IT資源的統一管控和編排成為可能，把計算、存儲、網絡資源真正融的網絡與IT融合編排平臺，是實現網絡能力開放、業務創新的核心。目前的SDN/NFV還只是開放化的初級形態，隨著網絡技術產業生態的逐步開放，泛“SDN”技術將快速發展。網絡設備、網絡技術、網絡能力的逐步開放已成為未來網絡演進的重要趨勢，未來將極大促進網絡技術、產業和服務發展。
4.4智能化是網絡發展的重要趨勢
智能化的網絡是運營商實現智能流量調度、資源動態管控以及業務靈活開展的重要基礎。近年來，國內外運營商以實現業務精細化運營為目標，大力開展智能管道建設。通過提升網絡管控和感知能力，運營商目標具備根據業務/用戶的智能靈活計費能力、基于PCC商用運營的管控能力、對數據流量的壓縮、引導、干預等多種優化手段，以支持流量經營業務。隨著智能管道的發展，其對資源的管控和流量的智能調度已得到主流運營商的普遍認同，網絡智能化理念已率先在智能管道落地。另一方面，隨著SDN技術的不斷成熟和落地，通過SDN智能化的集中管控成為實現流量智能調度和業務靈活開通的重要手段。針對網絡擁塞問題，SDN技術作為運營商實現管道智能管控的創新技術，其通過智能化的集中管控實現網絡流量優化，大幅提升運維效率及帶寬利用率。同時，可以看到在建立企業智能專線上，利用SDN技術實現鏈路智能動態調度從而實現業務靈活開通，成為近期運營商進行SDN創新實踐新方案。在基于傳統網絡條件下，企業專線開通時間長，資源不能動態調整，增值業務單獨設備支撐，專線業務質量無法端到端管控。由于SDN技術使用的鏈路動態可重構，在支撐業務方面，專線可以實現快速發放、帶寬動態調整以及接入設備用戶自服務。當前，中國移動、中國聯通、中國電信紛紛把利用SDN技術實現企業智能專線、管云（專線+云）一體化業務作為未來智能化業務的發展方向。
4.5異構網絡加速融合與協同發展
在移動接入方面，為滿足多樣化的無線接入場景以及2G/3G/4G網絡融合接入需要，5G網絡在接入平面充分考慮異構網絡的融合。5G實現接入網的的云化體系，將包括高速無線局域網技術、短距離連接技術以及物聯網通信技術等在內的新型接入技術融合到統一的體系架構下，以顯著提升用戶在各種場景下的數據接入能力。傳統網絡光網絡和IP網絡建設和運維相對獨立。在流量動態變化的條件下，光網絡和IP網絡缺乏協同。隨著SDN技術從IP網絡向光網絡滲透，其采用集中控制策略可有效簡化現有光網絡復雜和私有的控制管理協議，并通過開放網絡和應用層接口實現與IP網絡融合與協同。光層可根據IP層需求提供帶寬和路由靈活可調的物理層通道，實現統一規劃和計算路由，有效提升業務質量和用戶體驗、網絡可靠性以及網絡資源的利用率。此外，隨著以CDN、IDC為代表的互聯網應用基礎設施快速發展，應用層網絡節點規模、網絡互聯規模、流量規模等逐漸擴大，頂級應用層網絡已經成為全球Tier-1級核心網絡，應用基礎設施扮演越來越重要的角色。在骨干網絡性能與業務調度策略方面，運營商和互聯網企業未來將有更多合作的空間?；A網絡與應用基礎設施的協同需求越發強烈。
5結語
隨著全球網絡技術快速升級演進，重大技術變革加速孕育。新技術和新理念不斷引入到網絡發展和建設中，并影響到不同層次網絡基礎能力的建設，使網絡呈現出高速化、虛擬化、開放化、智能化、融合化趨勢。本文針對目前網絡技術的發展情況，梳理分析得出網絡發展的重要趨勢。未來將進一步跟蹤熱門以及戰略新興技術，分析研判全球網絡技術發展的趨勢和重點方向。
作者：沈辰 張愛麗 岳鸝 單位：中國信息通信研究院 工業和信息化部應急通信保障中心
