宣恒農　劉田田　張潤馳　趙冬　苗春玲

摘 要： 多媒體網(wǎng)絡、智能網(wǎng)絡的出現(xiàn)使互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展面臨挑戰(zhàn)。針對互聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)狀，指出了進行未來網(wǎng)絡研究的必要性；簡要描述了未來網(wǎng)絡的概念；回顧了未來網(wǎng)絡的研究規(guī)劃；闡明了國內外研究現(xiàn)狀，其中包括：物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡、云計算、云安全和系統(tǒng)級故障診斷等；在此基礎上分析了未來網(wǎng)絡的發(fā)展趨勢，預測其發(fā)展前景，以及在發(fā)展中有待解決的問題。

關鍵詞： 未來網(wǎng)絡； 物聯(lián)網(wǎng)； 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡； 云計算； 系統(tǒng)級故障診斷

中圖分類號：TP393 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2014）03-01-02

0 引言

隨著網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)已成為一種涉及多學科、高科技的應用領域，其性質從一個以科研為主的網(wǎng)絡逐步演變?yōu)槿蛞?guī)模的信息基礎設施。上世紀90年代以來，以Internet為代表的互聯(lián)網(wǎng)進入高速發(fā)展階段之后，出現(xiàn)了多媒體網(wǎng)絡、智能網(wǎng)絡等，與原有互聯(lián)網(wǎng)的矛盾逐漸凸顯，這些矛盾已經(jīng)影響到網(wǎng)絡的可持續(xù)發(fā)展，這使得對新一代網(wǎng)絡的研究提上日程，于是催生出“未來網(wǎng)絡（Future Network）”[1]，如今未來網(wǎng)絡技術的研究成了炙手可熱的新領域。未來網(wǎng)絡也叫“下一代網(wǎng)絡（NGN，Next Generation Network）”或“下一代互聯(lián)網(wǎng)（Next Generation of Internet）”，學術界至今未有明確的定義[2]。

1 未來網(wǎng)絡的研究規(guī)劃

1993年美國政府提出了“NGII（Next Generation Internet-

Initiative）”計劃，該計劃的目標是開發(fā)規(guī)模更大、速度更快的下一代網(wǎng)絡結構，提供更為先進、實時性更高的網(wǎng)絡應用服務，實現(xiàn)更快速的交換和路徑選擇，同時保證網(wǎng)絡信息的可靠性和安全性。

2005年，美國國家科學基金會設立了兩項未來網(wǎng)絡計劃：未來互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡設計計劃（FIND）和全球網(wǎng)絡創(chuàng)新環(huán)境計劃（GENI）。2007年歐盟啟動第七框架計劃，建立歐洲未來互聯(lián)網(wǎng)研究和實驗項目（FIRE），投入達4000萬歐元。

我國為了徹底改變互聯(lián)網(wǎng)落后于人的現(xiàn)狀，抓住未來網(wǎng)絡發(fā)展機遇，國家級的戰(zhàn)略研究項目“中國下一代互聯(lián)網(wǎng)國家示范工程項目（CNGI）”于2003年醞釀并啟動。以此搭建我國第一個未來網(wǎng)絡實驗平臺，致力于未來網(wǎng)絡體系結構的研究。

2 未來網(wǎng)絡的國內外研究現(xiàn)狀

2.1 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)[3-4]較早的定義是由MIT Auto ID Center 在1999年提出的：在現(xiàn)有計算機互聯(lián)網(wǎng)的基礎上，利用RFID、無限數(shù)據(jù)通信等技術，構造一個以實現(xiàn)物品自動識別和信息互聯(lián)共享功能，并且能夠覆蓋世界萬事萬物的未來超級網(wǎng)絡，即物聯(lián)網(wǎng)。

2009年，IBM提出“智慧的地球”，全世界為之沸騰，物聯(lián)網(wǎng)再次掀起熱潮，許多國家將發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術納入重大信息發(fā)展戰(zhàn)略之中。

“智慧的地球”利用物聯(lián)網(wǎng)技術試圖改變政府、公司和個人之間的交互方式，從而實現(xiàn)更廣泛的互聯(lián)互通以及更深入的智能化。物聯(lián)網(wǎng)在歐洲受到了歐盟委員會的高度重視已被正式立為歐洲戰(zhàn)略性發(fā)展計劃，作為全球第一個物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，《歐盟物聯(lián)網(wǎng)行動計劃》于2009年正式出臺，該計劃標志著歐盟國家層面上將物聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)提上日程。同年，中國國務院總理溫家寶提出“感知中國”之后，物聯(lián)網(wǎng)也成了我國的研究熱點，國內各大電信運營商紛紛將物聯(lián)網(wǎng)作為未來移動互聯(lián)網(wǎng)的重點發(fā)展方向。此外，新加坡公布了“智慧2015”，澳大利亞、法國、德國等都在加快未來網(wǎng)絡基礎設施的建設步伐[5-6]。

2.2 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡

數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡[7]是指數(shù)據(jù)中心內部通過高速鏈路以及交換機連接大量服務器的網(wǎng)絡。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡的核心是由數(shù)萬臺高性能服務主機按照新型拓撲連接而成，通過網(wǎng)絡為各類用戶提供大數(shù)據(jù)處理服務。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡采用先進的網(wǎng)絡技術和存儲技術，結合“設備虛擬化”理念，承載了網(wǎng)絡中大部分的服務請求和數(shù)據(jù)存儲量，提供高效率的大數(shù)據(jù)運算功能，為客戶業(yè)務提供高性價比的數(shù)據(jù)服務平臺，體現(xiàn)了一種網(wǎng)絡服務集中化的思想。

目前，全球數(shù)據(jù)中心總量大約為350萬個，主要集中分布在美國、歐洲、日本和中國等地區(qū)。其中，美國和歐洲的數(shù)據(jù)中心數(shù)量幾乎占據(jù)全球總量的一半。關于數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡的研究成果有軟件定義數(shù)據(jù)中心（DCN）、“OpenFlow”網(wǎng)絡交換模型[9]、國內學者劉曉茜等人提出的“雪花結構模型”[10]等。在未來一段時期內，虛擬化，高速化，集中化，支持大數(shù)據(jù)將是數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡可預見的發(fā)展趨勢。

2.3 云計算

云計算[11]是一種可以調用的虛擬化資源池，這些資源池可以根據(jù)負載動態(tài)重新配置，以達到最優(yōu)化使用的目的。云計算由Web服務和網(wǎng)格的演化、發(fā)展而來，故而云計算與這兩者有很多相似之處。目前，世界級大公司亞馬遜、微軟、谷歌、英特爾等均提出“云計劃”，例如Google的云計算平臺和云計算的網(wǎng)絡應用程序、IBM和Google聯(lián)合進行的“藍云”計劃、亞馬遜云計算AWS（Amazon Web Service）計劃等[12]。

2.4 云安全與系統(tǒng)級故障診斷

在未來網(wǎng)絡技術的研究和發(fā)展過程中，傳統(tǒng)的反病毒模式已不能滿足新型網(wǎng)絡發(fā)展的安全需求，應運而生的是云安全技術（Cloud security technology）。云安全技術的思想就是通過云端的服務器，即時搜集海量的病毒庫信息，對使用者的本地端進行及時有效的保護，達到網(wǎng)絡共享信息的目的。

相比傳統(tǒng)的反病毒技術，云安全技術具有明顯的優(yōu)勢：一方面，云中病毒樣本是從大量客戶端收集的，相比傳統(tǒng)病毒庫更全面，提高了查殺病毒的能力和處理效率；另一方面，傳統(tǒng)用戶在病毒查殺時需要耗費大量計算機資源，而云安全技術將查殺病毒放在服務端，節(jié)省了計算機用戶本地的資源耗費，客戶端體積更小，功能更強。

為了使未來網(wǎng)絡能夠健康的發(fā)展，“系統(tǒng)級故障診斷”扮演著不可缺少的角色。系統(tǒng)級故障診斷的大致思想是：讓系統(tǒng)中的處理機相互測試，通過對測試結果進行邏輯分析確定故障處理機?，F(xiàn)有的系統(tǒng)級故障診斷研究成果包括：基于PMC模型的DSD算法，基于Hopfield算法的Compete算法、集團算法、基于PMC模型的遺傳算法、人工免疫診斷算法、神經(jīng)網(wǎng)絡診斷算法，以及筆者提出的方程診斷算法[13-14]等。筆者首次建立PMC方程模型的定義（即PMC模型的方程描述），針對傳統(tǒng)的圖論診斷算法離不開t-可診斷性和相信大多數(shù)（即假定系統(tǒng)中故障機的臺數(shù)少于處理機總臺數(shù)的一半）的特點，引入絕對故障基等概念，并充分運用集團工具，在不以t-可診斷性和相信大多數(shù)作前提假設的情況下，找到了求PMC模型全體相容故障模式的具體方法——方程診斷算法。

3 未來網(wǎng)絡的發(fā)展趨勢

未來網(wǎng)絡在不久的將來究竟會發(fā)展成什么樣，我們不妨根據(jù)當前的研究現(xiàn)狀，對未來網(wǎng)絡的發(fā)展前景作一個合理的預測。

3.1 網(wǎng)絡規(guī)模的擴大和用戶數(shù)的激增

隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算以及多媒體技術大規(guī)模的發(fā)展與應用，用戶和終端規(guī)模進一步擴大。若以城域網(wǎng)為單位，用戶規(guī)模超千萬、終端規(guī)模超億將成為未來網(wǎng)絡的重要特征。PC的普及以及寬帶費用的降低，使得一切都不是問題，未來網(wǎng)絡全民時代的到來自然將不再是傳說。美國國家科學基金會 （National Science Foundation）預測，截止到2020年，全球未來網(wǎng)絡用戶將增加到50億。

3.2 未來網(wǎng)絡的智能性

未來網(wǎng)絡的智能性主要表現(xiàn)為，通過模擬人腦的思維活動，為用戶提供更加方便、直觀、友好的應用。目前，關于未來網(wǎng)絡的智能化不僅體現(xiàn)在觸屏電腦、查閱資料、簡單的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和簡單的智能控制方面，未來網(wǎng)絡的智能化發(fā)展空間還十分廣闊，如智能性決策系統(tǒng)、分布知識庫系統(tǒng)、智能性分布控制系統(tǒng)、智能代理技術等。未來網(wǎng)絡的智能化將為人們的生活帶來極大的便利，還需要進一步加強研究和探索。

3.3 網(wǎng)絡多媒體

未來網(wǎng)絡把人們所需要的多種形式信息轉換成具有文字、圖形、圖像和聲音等多種信息形式。目前，數(shù)字攝像輸入、壓縮解壓、語音聲控輸入等多媒體信息傳輸技術，視頻存儲、語音存儲等多媒體存儲技術，彩顯、彩打等多媒體利用控制技術，以及n4MX芯片等多媒體處理技術的發(fā)展，為多媒體技術和未來網(wǎng)絡技術的結合和發(fā)展，提供了強大的技術支持。未來網(wǎng)絡的多媒體性將為人類日益豐富多彩的生活提供極大的便利和保障，成為未來網(wǎng)絡的重點發(fā)展方向之一。

4 結束語

近年來，世界各國紛紛開展關于未來網(wǎng)絡的研究，在未來網(wǎng)絡架構、網(wǎng)絡性能、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心等方面取得了許多重大成果。在進展迅速的同時，未來網(wǎng)絡的安全性、路由可擴展性、信息甄別等是未來網(wǎng)絡進程中首先要解決的問題。以現(xiàn)有的研究成果為基礎，繼續(xù)推進并加大開發(fā)研究力度，增進全球范圍的交流合作，必將實現(xiàn)未來網(wǎng)絡規(guī)劃，為全球網(wǎng)絡體系帶來一個劃時代的技術飛躍。

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