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摘要：
近年来，以移动互联网、云计算、大数据、智能终端等为代表的新一代信息技术产业快速突破和创新，互联网应用范围已经远远超越了互联网设计之初，它已经渗透到社会经济生活的各个方面。为适应不断创新的网络应用，网络技术也在不断地创新和演进。特别是随着互联网企业的加入，网络技术进入了新的一轮创新高潮。高速化、虚拟化、开放化、智能化、融合化成为网络发展的重要趋势。
关键词：
网络技术；技术创新；SDN；NFV
随着网络技术和应用的不断发展，社会各行各业都在互联网上加速架构。互联网业务的快速发展也促进了网络技术的创新进程。光传输网络、移动通信网、数据通信网、固定宽带接入等核心技术快速演进，新一代光网络、新一代移动通信、未来网络等新领域快速发展，高速宽带、智能融合、天地一体的新型网络通信基础设施加速构建。
1网络承载众多期待，催生新技术
当前互联网规模惊人、应用广泛，用户量巨大，已经远远超出了其解决异构网络互联的原始设计目标。特别是随着移动互联网、云计算、大数据的兴起，新兴业务对网络提出更高的要求。网络需要具备高速大容量、按需供给、随需而变以及灵活健壮的特性。伴随着业务发展，对网络的需求大致可以分为三个阶段：第一阶段是1996年至1999年，网络需求聚焦满足异构接入、地址充分；第二阶段是2000年至2010年，在原有需求的基础上，新增了安全性和服务质量保证的需求，同时可管可控成为了重点；第三阶段为2010年以后，随着业务规模和种类的剧增，新增了虚拟化、智能化和开放化需求。与此同时，业务的巨大需求催生新技术的快速突破。不同阶段的网络新技术在一定程度上满足了当时业务的需求，如图1所示。在移动/固定接入方面，码分多址、正交频分多址、MIMO技术、GPON实现突破，宽带接入水平已出现质的飞跃。满足超高流量密度、超高连接数密度、超高移动性、融合泛在接入需求的5G技术标准化工作在积极推进中[1]。在光传送技术方面，传送网技术发展经历了从低速到高速，从时分复用（TDM）、波分复用（WDM）、分组传送的发展历程。密集波分复用大幅提升光网络传输速率，已成为当前骨干传送网的主流技术。分组传送网技术（PTN）在城域传送网中得到广泛应用，超100Git/s产业化进程加快。为满足云计算、数据中心互联等新兴业务的高动态、差异化服务和开放可编程需求，传送网架构也逐渐向软件定义传送网（SDTN）演进[2]。在数据通信技术方面，上世纪90年代，随着互联网的快速普及，IP技术以其简单高效、统计复用的技术特点，成为最具影响力、应用最广的数据通信技术，1998年IPv6标准体系的建立解决了地址可扩展性问题。MPLS[3]的出现支持点到点的专线业务,有效支持了服务质量管理以及流量工程。SDN（软件定义网络）[4]/NFV（网络功能虚拟化）[5]促进网络开放和弹性，已逐渐步入成熟阶段，并成为网络技术创新的重点方向。
2SDN/NFV技术迅猛发展，新兴技术初露矛头
SDN/NFV作为当前网络热门技术，已经成为了当前的产业大趋势。SDN通过控制平面和转发平面的解耦，重新定义网络架构，实现网络可编程及重构，并提供给更强的网络掌控能力；而NFV通过改变传统网元结构与状态，采用符合工业标准的x86架构构建云资源池，以虚拟机的方式承载网元的功能，使运营商的网络与业务管理更加灵活和高效。近年来，运营商正面临来自OTT巨大的竞争压力，其产业价值正逐步从管道向内容、从通信网向互联网、从话音服务向信息服务转移，网络面向互联网化的网络架构演进。SDN/NFV作为推动网络架构向互联网化网络架构演进的关键技术，能够促使“互联网应用被动适应网络”向“网络主动、快速、灵活适应互联网应用”根本性转变，其网络和资源的部署将打破传统组网思路的制约，转向以云化IDC为核心的新架构。SDN/NFV技术所带来的网络可控可管性增强、网络功能的多样性和灵活性以及成本的降低正是目前处在转型中的运营商所亟需的能力。目前，SDN/NFV技术快速发展，已逐渐步入成熟阶段。在SDN方面，在广泛应用于数据中心内部组网的基础上，国内外先进运营商已开始基于WAN业务场景下的试点应用，其主要应用场景为IP和光网络下的SDN协同控制、基于SDN的IP跨域互联、网络功能即服务以及改进MPLS路由优化。在NFV方面，先进运营商也已完成边缘网络部署NFV的PoC概念验证，其主要应用场景集中在城域接入网中的BRASE、DPI、移动核心网中的PDSN、IMS以及无线网络侧的基站虚拟化。距离大规模的商用，SDN/NFV技术还有一定差距。SDN商用需求最早出现在数据中心内部。从数据中心走向“大网”的过程中，SDN需要更多的考虑到路由协议的差异性以及控制器的扩展性、兼容性问题，接口的标准化和互操作性已成为决定SDN能否进一步发展的重要因素。特别是SDN控制器的东西向接口，如果SDN设备之间仍需要还原为IP路由协议进行互联，其对网络架构创新影响力将十分有限，SDN将回到数据中心成为一个数据设备内部的优化技术。目前，在东西向接口标准化方面，由于IETF和ITU均未涉及此研究领域，其研究还刚刚起步；NFV的应用场景主要集中在边缘网络。相比ASCI芯片，x86架构芯片作为通用芯片具有良好的可编程性，但由于其转发技术原理原因，其核心转发能力较低成为限制NFV应用的重要瓶颈。中国电信的大流量的压力测试数据显示，使用x86的NFV通用设备相比传统设备转发能力下降30%~40%，目前还不具备规模商用条件。此外，量子通信、可见光通信、浮空通信平台等新兴技术快速发展，成为值得关注的网络技术发展新方向。量子通信利用量子态和纠缠效应进行信息或密钥传递，能够提供无法被窃听和破解的绝对安全性保证。当前，量子通信主要应用于密钥分发，从理论协议到器件系统等各方面初步成熟。我国试点应用和星地量子通信等方面发展迅速；可见光通信利用可见光进行数据传输，使用LED灯调制光波信号来传送信息，可实现1Gbit/s的传输速率。目前，多个国际标准化组织均立项研究可见光通信。但整体看，国内外可视光通信还处在研究和试制阶段，尚没有成熟的超高速可见光通信技术及相关产品；浮空通信利用无人机、热气球、飞艇等在低空提供宽带无线接入，从而为更多尚未联网或网络条件不稳定偏远地区用户提供廉价的上网服务，或帮助受灾断网地区迅速恢复网络。
3创新驱动力发展变化，互联网企业成为重要驱动因素
在相当一段时间内，传统通信设施制造商和网络运营商主导主要网络技术组织（IETF、ITU、3GPP），其产业聚集度越来越高，技术创新愈发乏力。2010年以来，以谷歌为代表互联网企业加入网络技术产业生态，运营商和制造商主导的相对封闭的技术产业生态逐渐被打破。互联网企业正从需求方加速向技术供给方转变，成为推动新一轮网络技术创新的重要驱动力。当前，国内外互联网企业在积极主导和参与网络开源或标准化组织，Google、Facebook等积极参与SDN开源项目和标准化组织，阿里巴巴占据ONF四个领域的两个主席职位。此外，为了更好服务自身应用以及拓展新兴业务，众多互联网企利用网络新技术优势，积极参与网络基础设施建设。以谷歌为例，谷歌开展GoogleFiber计划开展千兆接入光纤网络建设，利用热气球构建浮空通信平台，在咖啡厅与企业驻地建设公共Wi-Fi热点，投资建设跨太平洋海底光缆等；脸谱（Facebook）选择基于无人机的平流层通信平台作为技术研发方向，并于2014年收购了研制太阳能无人机的公司，正式组建无人机项目团队，计划利用一千架无人机组成庞大的无人机网络，向全球提供方便的互联网接入。随着谷歌、脸书等互联网公司在网络建设上的探索与创新，其摆脱运营商/设备商部署和验证新技术的能力亦有所加强。
4高速化、虚拟化、开放化、智能化、融合化成为网络创新的重要趋势
4.1高速化是网络发展的永恒主题
互联网业务对于带宽需求具有“贪婪性”。随着高清视频、虚拟现实、增强现实、云桌面、在线游戏等极致体验业务快速发展，大容量、高速率成为网络发展的核心方向。在移动接入网络方面，码分多址、正交频率复用、多输入多输出以及智能天线技术等核心技术大幅提升网络传输速率数据，下行传输数据从100kbit/s提升至百兆水平。此外，目标实现100Mbit/s-1Gbit/s体验速率以及热点区域数十Tbit/s/km2的流量密度的5G技术已处在研发阶段。在固定接入网络方面，“光进铜退”促使固定接入速率大幅提升。从56kbit/s的固话模拟信号接入，到ADSL/ADSL2+的2Mbit/s至24Mbit/s接入，再到100Mbit/s的FTTH光纤入户，更大带宽、更低成本、多业务承载成为可能。在光传输网络方面，光传输容量日新月异。密集波分复用以及高效相位调制技术大幅度提升光传输系统容量，2.5G/10G/40GWDM/OTN设备相继推出，100G设备已成熟并广泛应用于骨干和城域网络，其OTN交叉容量可达32T；400G标准立项，预计2020年实现规模商用。基于多子载波超级信道技术的1T探索研究广泛开始，多模多芯空间复用成为重点方向，其有望突破单光纤信息传输的“香农极限”。在IP网络方面，核心路由器经历了10G/100G/400G以及T级发展阶段。高端核心路由器集群形态代表路由领域的高端技术，其利用背靠背集群、2+X集群使单框转发容量提升2到X倍，从而实现超大容量及更高速率。
4.2虚拟化成为网络发展核心趋势
受云计算思想影响，网络虚拟化概念最初由一些领先的运营商提出。希望能够降本增效，通过快速推出有价值的服务，提升网络价值。在未来网络演进方面，网络虚拟化也是解决可管可控、服务质量、网络扩展、以及绿色节能等当前网络热点问题的重要技术。在可控可管方面，网络虚拟化支持基于资源切片的分业务承载和管控，有效提高网元、链路的利用率，减少拥塞情况出现。在服务质量方面，资源切片可以解决虚拟网络的QoS问题[5]，支持普通业务与个性化业务的优先级机制。在网络扩展方面，利用网元设备“多虚一”与“一虚多”，可提升虚拟网络的组网灵活性和网络能力。在绿色节能方面，虚拟网络的按需弹性资源调度提高了网络资源的利用率。随着NFV技术的逐渐成熟，基于x86的通用设备促使网络服务与具体的硬件有效分离，网络虚拟化有望得到真正实现。以NFV为代表的网络虚拟化技术有助于实现网络资源的统一架构管理与调度，在降低成本的同时提供更好的弹性和敏捷性，以适应业务需求的变化。不仅在未来网络研究还是企业实际部署方面，网络虚拟化都具有巨大的潜在价值，已成为支撑企业网络演进和商业转型的重要技术手段，也是网络未来发展的核心趋势。
4.3软件定义加速网络开放化进程
由于传统通信网络采用“垂直一体化”的封闭架构，网络与业务是紧耦合模式。“烟囱”式网络的建设模式导致多张IP网络独立建设同时运维，资源不能开放共享，其效率相对低下。另一方面，传统网络设备大多为各厂商独有设计开发，具有固化、封闭式的特征。2010年以来，谷歌率先研发基于开放理念的SDN技术并应用于实际，该技术采用开放可编程的接口为上层应用提供按需分配的网络资源及服务，进而实现网络能力开放。这样的方式打破了现有网络对业务封闭的问题，是一种突破性的创新。随着开放化理念的进一步深入，软件与硬件加速解耦，硬件设备资源的逻辑抽象和对外开放（API）助力网络开放化进程。以SDN/NFV技术为基础的新型网络开放架构有望代替封闭的传统网络架构，其中基于ICT资源融合编排的网络功能定制平台是网络实现更加开放化的核心。通过SDN技术实现网络设备硬件和软件的解耦合、NFV技术实现IT资源的虚拟化，对全局网络和IT资源的统一管控和编排成为可能，把计算、存储、网络资源真正融的网络与IT融合编排平台，是实现网络能力开放、业务创新的核心。目前的SDN/NFV还只是开放化的初级形态，随着网络技术产业生态的逐步开放，泛“SDN”技术将快速发展。网络设备、网络技术、网络能力的逐步开放已成为未来网络演进的重要趋势，未来将极大促进网络技术、产业和服务发展。
4.4智能化是网络发展的重要趋势
智能化的网络是运营商实现智能流量调度、资源动态管控以及业务灵活开展的重要基础。近年来，国内外运营商以实现业务精细化运营为目标，大力开展智能管道建设。通过提升网络管控和感知能力，运营商目标具备根据业务/用户的智能灵活计费能力、基于PCC商用运营的管控能力、对数据流量的压缩、引导、干预等多种优化手段，以支持流量经营业务。随着智能管道的发展，其对资源的管控和流量的智能调度已得到主流运营商的普遍认同，网络智能化理念已率先在智能管道落地。另一方面，随着SDN技术的不断成熟和落地，通过SDN智能化的集中管控成为实现流量智能调度和业务灵活开通的重要手段。针对网络拥塞问题，SDN技术作为运营商实现管道智能管控的创新技术，其通过智能化的集中管控实现网络流量优化，大幅提升运维效率及带宽利用率。同时，可以看到在建立企业智能专线上，利用SDN技术实现链路智能动态调度从而实现业务灵活开通，成为近期运营商进行SDN创新实践新方案。在基于传统网络条件下，企业专线开通时间长，资源不能动态调整，增值业务单独设备支撑，专线业务质量无法端到端管控。由于SDN技术使用的链路动态可重构，在支撑业务方面，专线可以实现快速发放、带宽动态调整以及接入设备用户自服务。当前，中国移动、中国联通、中国电信纷纷把利用SDN技术实现企业智能专线、管云（专线+云）一体化业务作为未来智能化业务的发展方向。
4.5异构网络加速融合与协同发展
在移动接入方面，为满足多样化的无线接入场景以及2G/3G/4G网络融合接入需要，5G网络在接入平面充分考虑异构网络的融合。5G实现接入网的的云化体系，将包括高速无线局域网技术、短距离连接技术以及物联网通信技术等在内的新型接入技术融合到统一的体系架构下，以显著提升用户在各种场景下的数据接入能力。传统网络光网络和IP网络建设和运维相对独立。在流量动态变化的条件下，光网络和IP网络缺乏协同。随着SDN技术从IP网络向光网络渗透，其采用集中控制策略可有效简化现有光网络复杂和私有的控制管理协议，并通过开放网络和应用层接口实现与IP网络融合与协同。光层可根据IP层需求提供带宽和路由灵活可调的物理层通道，实现统一规划和计算路由，有效提升业务质量和用户体验、网络可靠性以及网络资源的利用率。此外，随着以CDN、IDC为代表的互联网应用基础设施快速发展，应用层网络节点规模、网络互联规模、流量规模等逐渐扩大，顶级应用层网络已经成为全球Tier-1级核心网络，应用基础设施扮演越来越重要的角色。在骨干网络性能与业务调度策略方面，运营商和互联网企业未来将有更多合作的空间。基础网络与应用基础设施的协同需求越发强烈。
5结语
随着全球网络技术快速升级演进，重大技术变革加速孕育。新技术和新理念不断引入到网络发展和建设中，并影响到不同层次网络基础能力的建设，使网络呈现出高速化、虚拟化、开放化、智能化、融合化趋势。本文针对目前网络技术的发展情况，梳理分析得出网络发展的重要趋势。未来将进一步跟踪热门以及战略新兴技术，分析研判全球网络技术发展的趋势和重点方向。
作者：沈辰 张爱丽 岳鹂 单位：中国信息通信研究院 工业和信息化部应急通信保障中心
