吳根1，張宏科2

　　(1.科學(xué)技術(shù)部高技術(shù)研究發(fā)展中心;2.北京交通大學(xué))

　　隨著互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量和應(yīng)用規(guī)模的不斷擴(kuò)大，其原始設(shè)計(jì)思想受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)，逐漸暴露出安全性、移動性、可擴(kuò)展性、資源利用率、用戶體驗(yàn)差等一系列嚴(yán)重問題，因此，對新型互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的研究得到各國日益重視。本文在對國內(nèi)外相關(guān)研究的現(xiàn)狀與趨勢進(jìn)行梳理分析的基礎(chǔ)上，提出了我國進(jìn)一步加強(qiáng)新型互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究的原則建議。

　　當(dāng)前，網(wǎng)絡(luò)空間已經(jīng)成為陸、海、空和太空之后的人類第五疆域，在國家政治、經(jīng)濟(jì)、文化、教育等社會生活的各個(gè)方面均發(fā)揮著舉足輕重的作用。截至2018年6月，全球互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)達(dá)到40.21億，相當(dāng)于世界人口的53%;我國網(wǎng)民數(shù)也已達(dá)8.02億，互聯(lián)網(wǎng)普及率達(dá)到57.7%，是名副其實(shí)的“網(wǎng)絡(luò)大國”?？墒?，現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系源于50年前的設(shè)計(jì)，隨著互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量和應(yīng)用規(guī)模不斷擴(kuò)大，其原始設(shè)計(jì)思想受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)，逐漸暴露出安全性、移動性、可擴(kuò)展性、資源利用率、用戶體驗(yàn)差等一系列嚴(yán)重問題。為解決這些問題，世界各國紛紛設(shè)立研究計(jì)劃，業(yè)界也提出多種技術(shù)方案。

　　一、國際研究態(tài)勢

　　當(dāng)前，新型互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究受到世界各國普遍重視，已成為信息網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域最重要和最迫切的研究問題。

　　美國FIND(Future Internet Design，未來互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì))計(jì)劃針對不同角度對未來網(wǎng)絡(luò)需求，支持新型體系架構(gòu)、路由機(jī)制、無線傳感網(wǎng)絡(luò)和光纖網(wǎng)絡(luò)等50多個(gè)項(xiàng)目的研究。美國GENI(Global Environment for Network Innovations，全球網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新環(huán)境)計(jì)劃在2008年提出了SDN及OpenFlow技術(shù)，現(xiàn)已成為新型網(wǎng)絡(luò)研究的熱點(diǎn)。美國NASA啟動SCaN(Space Communications and Navigation，空間通訊與導(dǎo)航)計(jì)劃，通過實(shí)現(xiàn)深空網(wǎng)、近地網(wǎng)和空間網(wǎng)互聯(lián)互通進(jìn)而打造下一代空間網(wǎng)絡(luò)。美國FIA(Future Internet Architecture，未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu))計(jì)劃資助NDN、MobilityFirst、NEBULA、XIA、ChoiceNet五個(gè)主要項(xiàng)目，從不同方面研究新型互聯(lián)網(wǎng)體系。2012年，美國啟動US IGNITE計(jì)劃(點(diǎn)燃計(jì)劃)，進(jìn)一步完善信息網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用的基礎(chǔ)研究。2015年，美國陸軍啟動了WIN-T項(xiàng)目，研發(fā)自組織、自愈合的新型綜合軍用網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，美國的商業(yè)公司啟動OneWeb項(xiàng)目和O3b項(xiàng)目，開始超大規(guī)模衛(wèi)星組網(wǎng)以及互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)研究。

　　在亞洲，日韓等國也相繼啟動了新型互聯(lián)網(wǎng)研究。日本于2006年啟動了AKARI(微光計(jì)劃)項(xiàng)目，設(shè)計(jì)全新的互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)。2010年，日本啟動NWGN(New Generation Network，新一代互聯(lián)網(wǎng))研究與發(fā)展計(jì)劃，目標(biāo)是覆蓋新一代網(wǎng)絡(luò)研究各領(lǐng)域的核心技術(shù)成果。2008年，韓國設(shè)立FIF(Future Internet Forum，未來互聯(lián)網(wǎng)論壇)，以針對未來互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)開展研究，積極探討新型網(wǎng)絡(luò)體系與機(jī)制。

　　在歐盟，德國啟動了G-Lab計(jì)劃，研究未來互聯(lián)網(wǎng)的新應(yīng)用以及相應(yīng)的新技術(shù)。2014年，歐盟FP-7計(jì)劃陸續(xù)啟動了一系列H2020項(xiàng)目，比如：2014年的H2020-ICT項(xiàng)目關(guān)注信息通信技術(shù)，2015年的H2020-VITAL項(xiàng)目關(guān)注新型天地一體化網(wǎng)絡(luò)，2016年的H2020-SEC項(xiàng)目關(guān)注網(wǎng)絡(luò)安全，2017年進(jìn)一步設(shè)立H2020-FI項(xiàng)目關(guān)注未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

　　二、我國研究現(xiàn)狀

　　從“十一五”開始，我國973計(jì)劃和863計(jì)劃相繼啟動了一系列項(xiàng)目。

　　“十一五”期間，973計(jì)劃的“一體化可信網(wǎng)絡(luò)與普適服務(wù)體系基礎(chǔ)研究”項(xiàng)目，創(chuàng)造性地提出并設(shè)計(jì)了以“四種標(biāo)識”和“三種映射”為特征的未來互聯(lián)網(wǎng)新體系機(jī)理與架構(gòu)，改進(jìn)了互聯(lián)網(wǎng)的安全性、移動性、路由可擴(kuò)展性，以及可控可管性等能力;“多域協(xié)同寬帶無線通信基礎(chǔ)研究”項(xiàng)目，主要探索從根本上提高頻譜資源利用率，力爭實(shí)現(xiàn)寬帶無線通信技術(shù)體系及核心關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新;“可測可控可管的IP網(wǎng)的基礎(chǔ)研究”項(xiàng)目主要探究現(xiàn)有IP網(wǎng)的可測可控可管性;“新一代互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議基礎(chǔ)研究”項(xiàng)目，從互聯(lián)網(wǎng)基本組成、工作原理和實(shí)現(xiàn)機(jī)理上，進(jìn)行新一代互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議和算法設(shè)計(jì)的研究;“認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究”項(xiàng)目,圍繞認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的適變性、無線網(wǎng)絡(luò)多域環(huán)境的認(rèn)知性,以及認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)管理與控制的自主性三大科學(xué)問題展開研究;“信息服務(wù)的模型與基礎(chǔ)研究”項(xiàng)目，在信息服務(wù)的表達(dá)性和適配性兩個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題的研究上形成重要創(chuàng)新成果，改變了傳統(tǒng)信息服務(wù)研究的特定性和表觀性，為互聯(lián)網(wǎng)信息處理的本征研究奠定了重要理論基礎(chǔ)。

　　“十二五”期間，973計(jì)劃繼續(xù)支持了“面向服務(wù)的未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與機(jī)制研究”和“可重構(gòu)信息通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)體系研究”。前者以面向服務(wù)為核心的設(shè)計(jì)理念，以服務(wù)內(nèi)容命名驅(qū)動路由和數(shù)據(jù)傳輸，在體系結(jié)構(gòu)和核心機(jī)理層面進(jìn)行針對性的研究;后者側(cè)重于構(gòu)建一個(gè)功能可動態(tài)重構(gòu)的基礎(chǔ)物理網(wǎng)絡(luò)，為不同業(yè)務(wù)構(gòu)建滿足其需求的邏輯承載網(wǎng)，以解決目前網(wǎng)絡(luò)層“靜態(tài)、僵化”導(dǎo)致的功能瓶頸。2013年，支持了“智能協(xié)同寬帶無線網(wǎng)絡(luò)理論基礎(chǔ)研究”和“智慧協(xié)同網(wǎng)絡(luò)理論基礎(chǔ)研究”兩個(gè)項(xiàng)目。前者重點(diǎn)研究了寬帶無線網(wǎng)絡(luò)資源的智能協(xié)同理論與機(jī)制;后者研發(fā)了全新的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)以及相關(guān)理論機(jī)制，創(chuàng)建了以三層(智慧服務(wù)層、資源適配層和網(wǎng)絡(luò)組件層)、兩域(實(shí)體域、行為域)為典型特征的智慧協(xié)同標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)體系模型與總體架構(gòu)。

　　同期，863計(jì)劃則在未來一體化標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)和示范方面進(jìn)行支持。2008年支持了目標(biāo)導(dǎo)向類課題“身份與位置分離的新型路由關(guān)鍵技術(shù)與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”，研究身份與位置標(biāo)識分離的新型路由尋址體系結(jié)構(gòu)及解決方案。2010年啟動了“三網(wǎng)融合演進(jìn)技術(shù)與系統(tǒng)研究”重大項(xiàng)目，將“面向三網(wǎng)融合的創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)”列為重要研究內(nèi)容。2015年立項(xiàng)的“未來一體化標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)和示范”項(xiàng)目主要探究了一體化標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)，并進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

　　進(jìn)入“十三五”，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃在2016年支持了“天地一體化網(wǎng)絡(luò)信息安全保障技術(shù)”和“網(wǎng)絡(luò)空間擬態(tài)防御技術(shù)機(jī)制研究”兩個(gè)項(xiàng)目。前者主要從物理層、運(yùn)行層、數(shù)據(jù)層3個(gè)層面分析天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)面臨的威脅，并對抗干擾、安全接入、安全傳輸?shù)劝踩Ｕ霞夹g(shù)進(jìn)行研究;后者主要從擬態(tài)防御的科學(xué)問題和理論框架等方面對網(wǎng)絡(luò)空間的安全問題進(jìn)行探究。2017年，支持了“地址驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)安全管控體系結(jié)構(gòu)及其機(jī)理研究”項(xiàng)目。該項(xiàng)目以IPv6為基礎(chǔ)，從源地址認(rèn)證的角度入手，力圖提高現(xiàn)有IPv6網(wǎng)絡(luò)的安全性。

　　此外，2013年2月，國務(wù)院8號文件將“未來網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)施(CENI)”項(xiàng)目列入“國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中長期規(guī)劃”;2016年12月，國家發(fā)改委立項(xiàng)支持“國家發(fā)展改革委關(guān)于未來網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)設(shè)施(簡稱CENI項(xiàng)目)重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目”。

　　雖然我國持續(xù)開展相關(guān)領(lǐng)域研究，但總體來講，我國互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相對于發(fā)達(dá)國家自主創(chuàng)新能力依然不足，互聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)長期受西方發(fā)達(dá)國家主導(dǎo)和控制，對我國網(wǎng)絡(luò)空間主權(quán)造成了重大威脅，使得信息化和網(wǎng)絡(luò)安全方面的任務(wù)和挑戰(zhàn)日益復(fù)雜多元。特別是在“互聯(lián)網(wǎng)+”的大背景下，隨著我國智能制造、高鐵等核心技術(shù)的對外輸出，迫切需要新型自主安全可控的網(wǎng)絡(luò)體系與系統(tǒng)，需要在智慧協(xié)同網(wǎng)絡(luò)的理論研究和技術(shù)方面的持續(xù)深入研究，為我國核心支柱產(chǎn)業(yè)提供安全保障和技術(shù)支撐。

　　三、對策建議

　　不論是搶占國際科學(xué)發(fā)展前沿，還是滿足國家重大戰(zhàn)略需求，創(chuàng)建自主可控、安全可信、滿足國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展需要的全新互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)與機(jī)制都迫在眉睫。因此建議：

　　堅(jiān)持前瞻性布局，系統(tǒng)性部署。瞄準(zhǔn)國際前沿，圍繞搶占智慧協(xié)同網(wǎng)絡(luò)研究的國際學(xué)術(shù)制高點(diǎn)和未來信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)市場的潛在需求，從基礎(chǔ)研究的源頭出發(fā)，進(jìn)行前瞻性、系統(tǒng)性部署，而不是僅針對某一項(xiàng)技術(shù)需求進(jìn)行短期布局，不能以短期內(nèi)是否能夠應(yīng)用作為基礎(chǔ)研究布局的依據(jù)。在自主可控的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)、融合互聯(lián)網(wǎng)/移動網(wǎng)/空間網(wǎng)的天地一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)虛擬化及智慧路由系統(tǒng)等方向上需系統(tǒng)規(guī)劃。

　　新布局兼顧與前期研究基礎(chǔ)的銜接?？蛇x取前期研究基礎(chǔ)好、創(chuàng)新性強(qiáng)、已經(jīng)形成階段性突出成果的項(xiàng)目繼續(xù)支持，加快促進(jìn)前期研究成果的推廣和示范應(yīng)用，凝聚和培養(yǎng)優(yōu)勢研究團(tuán)隊(duì)，形成對行業(yè)和領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)的長效支撐。

　　在新一代互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)機(jī)制和體系結(jié)構(gòu)方向上部署基礎(chǔ)研究項(xiàng)目。希望通過此類部署，產(chǎn)生一批對互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展具有突破性的基本原理、機(jī)制和結(jié)構(gòu)，為解決新的應(yīng)用環(huán)境中網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性、安全性和可監(jiān)管性，性能與效能、用戶體驗(yàn)等問題提供基本原理和技術(shù)支撐。部署的研究內(nèi)容和主要方向可包括新一代適應(yīng)大規(guī)模、大數(shù)據(jù)和人工智能網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)機(jī)制和體系結(jié)構(gòu)，包含靈活簡潔的互聯(lián)機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)的性能、效率和用戶體驗(yàn)，網(wǎng)絡(luò)的安全性和可控可管性，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的靈活性，以及網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的可擴(kuò)展性等。

　　本報(bào)告為國家軟科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目“基于新一代信息技術(shù)的產(chǎn)業(yè)變革基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建”(編號：2014GXS6K238)后續(xù)研究成果之一。

　　本文特約編輯：姜念云