譚航

江蘇省未來網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新研究院

0 引言

2013年2月，國務(wù)院第8號文將未來網(wǎng)絡(luò)試驗設(shè)施（下稱CENI）項目列入“國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中長期規(guī)劃（2012-2030）”。該試驗設(shè)施經(jīng)過方案準(zhǔn)備、可研準(zhǔn)備和初步設(shè)計，確定從2019年開始進入項目建設(shè)階段。該設(shè)施的特點是什么？它能給國家的網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新及經(jīng)濟發(fā)展帶來什么？其作用又該如何發(fā)揮？本文將就上述問題進行闡述和探討。

1 國內(nèi)重大科技基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

重大科技基礎(chǔ)設(shè)施不僅是現(xiàn)代前沿科學(xué)研究取得重要突破的必要條件，更是對全面支撐國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展、提升國家自主創(chuàng)新能力，具有重要戰(zhàn)略意義。截至2019年底，我國已有在用重大科技基礎(chǔ)設(shè)施26個，包括北京電子對撞機、上海光源、貴州FAST望遠鏡等，另有近30個設(shè)施在建或已布局。

近年來我國重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)從概念、涵蓋范圍、建設(shè)布局、作用發(fā)揮等方面都呈現(xiàn)出加速擴展的特點。首先，隨著科研活動從分散和孤立的小范圍協(xié)作逐漸走向整體性、系統(tǒng)性和集成性較強的大規(guī)模研究，重大科技基礎(chǔ)設(shè)施的概念和涵蓋范圍也隨之變化。其從單指“Large Facility”逐漸過渡到“Research Infrastructure”，即從特定領(lǐng)域的大科學(xué)裝置過渡到支持多學(xué)科領(lǐng)域研究群體共同研究發(fā)展；涵蓋范圍也從高能物理、核物理、天文、環(huán)境和材料等有限領(lǐng)域逐步擴展到幾乎全部自然科學(xué)領(lǐng)域。設(shè)施的類型從最初僅包含單址設(shè)施，到現(xiàn)在包含大量分布式設(shè)施、移動設(shè)施和虛擬設(shè)施的融合。其次，未來網(wǎng)絡(luò)試驗設(shè)施作為國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)與信息領(lǐng)域第一個重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，由于網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)對科技、經(jīng)濟和民生多方面的重大影響，其設(shè)施亦具備了多址、多影響、多學(xué)科交叉的特點。該設(shè)施除了規(guī)模特征外，還將表現(xiàn)為通過網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通和大數(shù)據(jù)共享等方式，被多科研設(shè)施共享，對國內(nèi)乃至全球研究界開放。

重大科技基礎(chǔ)設(shè)施業(yè)已成為國家創(chuàng)新布局的核心和抓手。目前，我國已經(jīng)批準(zhǔn)了北京、上海、合肥、深圳4個綜合性國家科學(xué)中心的建設(shè)方案，重大科技基礎(chǔ)設(shè)施將在其中發(fā)揮重大作用。綜合性國家科學(xué)中心將被打造成提升區(qū)域科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新能力、帶動區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展的科技創(chuàng)新高地，在眾多前沿領(lǐng)域產(chǎn)生一批具全球影響力的科技成果，帶動經(jīng)濟社會穩(wěn)定發(fā)展。

未來網(wǎng)絡(luò)試驗設(shè)施作為江蘇省第一個重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，對爭取下一個綜合性國家科學(xué)中心的建設(shè)具有重大意義。該設(shè)施的建成、投入和使用，有利于科研和產(chǎn)業(yè)的集聚，地方政府也能夠爭取更多的相關(guān)產(chǎn)業(yè)項目落地，更好地提升產(chǎn)業(yè)品質(zhì)，服務(wù)區(qū)域科技進步和經(jīng)濟發(fā)展。

2 未來網(wǎng)絡(luò)試驗設(shè)施建設(shè)目標(biāo)

由江蘇省未來網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新研究院牽頭，清華大學(xué)、中國科技大學(xué)（中科大）、深圳信息通信研究院（深圳信通院）參與共建的未來網(wǎng)絡(luò)試驗設(shè)施將是一個開放的、易使用、可持續(xù)發(fā)展的大規(guī)模通用試驗設(shè)施。該設(shè)施可為研究未來網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新體系結(jié)構(gòu)提供簡單、高效、低成本的試驗驗證環(huán)境，用以支撐我國網(wǎng)絡(luò)科學(xué)與網(wǎng)絡(luò)空間技術(shù)研究在核心芯片與關(guān)鍵設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、路由控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)、安全可信機制、創(chuàng)新業(yè)務(wù)系統(tǒng)等方面的科學(xué)研究并取得重大突破。設(shè)施可驗證適合互聯(lián)網(wǎng)運營和服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)場景，探索適合我國未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的技術(shù)路線和發(fā)展道路。

2.1 主要科技目標(biāo)

（1）支持科學(xué)技術(shù)研究。支持互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的創(chuàng)新研究，解決和改善互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)在擴展性、安全性、實時性、移動性、管理性等方面存在的重大技術(shù)挑戰(zhàn)；支撐“互聯(lián)網(wǎng)+”國家戰(zhàn)略需求，滿足“十三五”“十四五”期間國家關(guān)于下一代互聯(lián)網(wǎng)、新型網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)空間安全、天地一體化網(wǎng)絡(luò)等重大科技項目的試驗驗證需求，獲得超前于產(chǎn)業(yè)5-10年的創(chuàng)新成果。

（2）支持網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)和核心設(shè)備的研發(fā)與標(biāo)準(zhǔn)化，支持網(wǎng)絡(luò)核心器件、設(shè)備與系統(tǒng)的測試試驗，支持互聯(lián)網(wǎng)運營和服務(wù)模式的創(chuàng)新場景驗證，探索適合我國未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的技術(shù)路線和發(fā)展道路，促進產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新與發(fā)展。

（3）提升國家網(wǎng)絡(luò)空間競爭力，支持國家網(wǎng)絡(luò)空間安全監(jiān)測防范技術(shù)的攻防演練與安全保障能力的驗證，使我國在網(wǎng)絡(luò)空間國際競爭中掌握主動權(quán)。

2.2 主要建設(shè)目標(biāo)

覆蓋全國40個城市，支撐不少于128個異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和4096個并行試驗，實現(xiàn)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)（IPv4/IPv6）的互聯(lián)互通，可高效承載已有的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。具體包括：

（1）未來網(wǎng)絡(luò)試驗設(shè)施的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計，研究并實現(xiàn)分層試驗服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)管理與資源調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、可編程、聯(lián)邦互聯(lián)、協(xié)議無關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)的突破；研制滿足項目需求的分層服務(wù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和虛擬化可編程設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、IP主干試驗網(wǎng)資源調(diào)度與試驗服務(wù)系統(tǒng)、IP主干試驗網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理與安全監(jiān)測系統(tǒng)等核心設(shè)備及系統(tǒng)。

（2）建設(shè)覆蓋40個城市的基礎(chǔ)底層網(wǎng)絡(luò)和計算存儲等基礎(chǔ)設(shè)施，并提供分層試驗服務(wù)能力。支持可編程虛擬網(wǎng)絡(luò)的切片服務(wù)模式，支持基于IPv6和IPv4的分層服務(wù)（L3和動態(tài)L2）；支持計算存儲設(shè)施的云化部署。建設(shè)以南京為中心的 “一總?cè)帧边\營管控中心，并實現(xiàn)與國外主流試驗網(wǎng)和現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。

（3）創(chuàng)建創(chuàng)新實驗中心，研發(fā)建設(shè)典型的示范應(yīng)用實例，建設(shè)未來網(wǎng)絡(luò)測試和標(biāo)準(zhǔn)化平臺，充分展示試驗設(shè)施在網(wǎng)管調(diào)度、分層服務(wù)、可編程性、并行無干擾試驗、試驗資源的可視化管理、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)邦互聯(lián)等方面的特性和優(yōu)勢。

（4）利用設(shè)施為第三方用戶提供試驗應(yīng)用，促進我國在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)、核心設(shè)備與新型業(yè)務(wù)等方面的創(chuàng)新與應(yīng)用，推動全國未來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新研究的廣泛開展。

從設(shè)施的科學(xué)目標(biāo)和建設(shè)目標(biāo)看，未來網(wǎng)絡(luò)試驗設(shè)施既帶有特定技術(shù)研究背景和創(chuàng)新的目的，也有為國家經(jīng)濟建設(shè)、國家安全和社會發(fā)展提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和支撐并促進國家經(jīng)濟發(fā)展的作用。

3 設(shè)施主要方案特點

設(shè)施覆蓋南京、北京、合肥、深圳等40個發(fā)達城市，其設(shè)施示意圖如圖1所示。

圖1 未來網(wǎng)絡(luò)試驗設(shè)施示意圖

設(shè)施系統(tǒng)的具體組成如圖2所示。

圖2 設(shè)施系統(tǒng)組成

設(shè)施主要特點包括：

（1）雙數(shù)據(jù)平面，兼顧互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的演進和革命創(chuàng)新

提供可編程組件，并在當(dāng)前IP路由器基礎(chǔ)上構(gòu)建可編程新型網(wǎng)絡(luò)?？删幊叹W(wǎng)絡(luò)平面具有對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的升級特點，其融入SDN、NFV等新技術(shù)，支持Segment Routing等SDN功能，兼容支持IPv4/IPv6，具有穩(wěn)定可靠又智能靈活的特點，可提供廣泛的網(wǎng)絡(luò)試驗?zāi)芰ΑＴ撈矫孢€與下述SDN創(chuàng)新平面互通，互為備份。

自主研發(fā)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)CNOS（包括SDN各級控制器和業(yè)務(wù)編排等相關(guān)系統(tǒng)），并以CNOS+白盒交換機構(gòu)架建設(shè)創(chuàng)新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的數(shù)據(jù)平面（SDN網(wǎng)絡(luò)平面）。該數(shù)據(jù)平面支持BGP、OSPF等傳統(tǒng)IP協(xié)議，亦支持Segment Routing等SDN功能。支持IPv4/IPv6，也可支持非IP協(xié)議。該平面主干層級部分通過VxLAN（虛擬路由器實現(xiàn)）/VLAN（物理服務(wù)器實現(xiàn)）等方式實現(xiàn)接入與隔離，并為試驗用戶按需創(chuàng)建逐跳可控型試驗網(wǎng)絡(luò)，同時保證QOS選擇。而其邊緣（接入）側(cè)除接入試驗用戶外，還可通過構(gòu)建邊緣云網(wǎng)融合的平臺，實現(xiàn)資源調(diào)度、虛網(wǎng)劃分、流量生成等功能，并為試驗所需的流量和業(yè)務(wù)提供基礎(chǔ)資源。

（2）互聯(lián)互通與開放共享，兼顧廣泛的實際應(yīng)用支持和不斷的科研創(chuàng)新驗證需求

與僅通過單點互聯(lián)實現(xiàn)互通能力的一般科研網(wǎng)絡(luò)不同，CENI通過在北京、南京、深圳等七地建立多直聯(lián)點，使設(shè)施與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)充分互通，提高路由效率，降低互通時延，利于發(fā)揮設(shè)施本身優(yōu)于現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的低時延、低抖動性能，更好地支持廣泛的實體經(jīng)濟需求。

無地域限制的開放共享是CENI的獨有特點。CENI通過軟件開發(fā)部署和硬件設(shè)施建設(shè)，構(gòu)建了遍布全國的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。用戶可自主注冊賬號，并據(jù)此構(gòu)建屬于自己的虛擬化試驗網(wǎng)絡(luò)切片，實現(xiàn)硬件資源、軟件平臺共享。

所謂硬件資源共享，是指用戶接入此云網(wǎng)一體化平臺，可將底層的硬件設(shè)施按需求進行虛擬化劃分。各分劃的資源彼此相互獨立，可保證物理資源利用的最大化。所謂平臺共享，則指用戶可通過賬號方式接入實驗平臺，利用硬件共享資源實現(xiàn)業(yè)務(wù)的定制和多元化業(yè)務(wù)的部署，可極大地提高業(yè)務(wù)的多樣性。當(dāng)用戶需做一些網(wǎng)絡(luò)仿真試驗時，用虛擬化技術(shù)即可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓撲的任意定制。

（3）“一總?cè)帧钡倪\行管控中心設(shè)置，兼顧全網(wǎng)統(tǒng)一資源調(diào)度和共建單位獨立創(chuàng)新需求

鑒于各共建單位的建設(shè)重點、創(chuàng)新重點及后續(xù)創(chuàng)新試驗和服務(wù)需求均有所不同，故在北京、合肥、深圳三地分別建設(shè)設(shè)施運行管控分中心，以實現(xiàn)對自身域內(nèi)網(wǎng)元的網(wǎng)絡(luò)測量、安全監(jiān)測和綜合網(wǎng)管與服務(wù)支持。在南京設(shè)立運行管控總中心，實現(xiàn)全網(wǎng)資源的統(tǒng)一視圖展現(xiàn)、統(tǒng)一調(diào)度管理和統(tǒng)一服務(wù)支持，這充分體現(xiàn)和滿足了CENI網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的全程全網(wǎng)特點和管理要求。

4 設(shè)施運營和作用發(fā)揮

由于設(shè)備多省市分布、網(wǎng)管總分結(jié)構(gòu)以及與外部科研網(wǎng)絡(luò)、運營商網(wǎng)絡(luò)多點互通的廣域網(wǎng)絡(luò)特性，CENI從建設(shè)伊始即帶有特別的烙?。浩溥\營管理有別于一般試驗設(shè)施單一管理的傳統(tǒng)方式，需要對全國網(wǎng)元進行全程全網(wǎng)的統(tǒng)籌管理和運營。

綜合國家科技基礎(chǔ)設(shè)施運營管理要求和網(wǎng)絡(luò)設(shè)施運營要求，CENI運營和作用發(fā)揮宜考慮以下方面。

4.1 設(shè)施的作用

（1）設(shè)施的創(chuàng)新支撐作用

設(shè)施必須同時滿足全國數(shù)千單位的并行試驗需求，需要通過虛擬化技術(shù)提供數(shù)千符合新型體系結(jié)構(gòu)、技術(shù)和應(yīng)用實驗需求的隔離的個體化實驗環(huán)境，并支持IP/非IP等各協(xié)議類型試驗。同時，在帶寬、時延、抖動、安全策略等條件上，滿足不同需求。設(shè)施需要提供對各類實驗數(shù)據(jù)的全程抓取、分析和管理能力，還必須提供各類網(wǎng)絡(luò)測試、業(yè)務(wù)生成工具，以滿足不同類型的測試需求。

（2）設(shè)施的經(jīng)濟推動作用

隨著實體經(jīng)濟與互聯(lián)網(wǎng)的緊密聯(lián)系，作為新型網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，應(yīng)能夠支撐面向諸如工業(yè)企業(yè)的“互聯(lián)網(wǎng)+”等相關(guān)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品創(chuàng)新需求，從而為推動經(jīng)濟發(fā)揮作用。多直連點的設(shè)計及建設(shè)，使得CENI不同于一般的教育網(wǎng)、科研網(wǎng)，它可以更好地支撐實體經(jīng)濟面向“互聯(lián)網(wǎng)+”的需求。例如，面對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)外網(wǎng)對時延、抖動等性能的要求，CENI的技術(shù)創(chuàng)新特點可以使其較運營商網(wǎng)絡(luò)更有優(yōu)勢，以它作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的骨干外網(wǎng)來連接企業(yè)，承擔(dān)企業(yè)諸如總分互聯(lián)、企業(yè)上云、多云互聯(lián)等場景需求，可為協(xié)同制造、云仿真、數(shù)字孿生等新業(yè)務(wù)提供高質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

為更好地支持技術(shù)創(chuàng)新試驗并服務(wù)好國家經(jīng)濟“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展，需要考慮和建立一個響應(yīng)快速、維護高效的運維、客響體系。從建設(shè)中期起，就需要盡快建立一個比一般基礎(chǔ)設(shè)施更加嚴(yán)格的全網(wǎng)“運維指標(biāo)”和“服務(wù)指標(biāo)”，同時需要一批專業(yè)的隊伍去落實相關(guān)指標(biāo)。

4.2 設(shè)施運營的考慮

我國重大科技基礎(chǔ)設(shè)施的運營一般均由建設(shè)單位承擔(dān)。但對CENI這樣一個全國性網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，可探索設(shè)施所有權(quán)、管理權(quán)及運營權(quán)適度分離的方式，即以委托代理運營方式來實現(xiàn)專業(yè)化、市場化的管理運營。各方通過明確的責(zé)權(quán)利關(guān)系，形成一套任務(wù)分工明確、人員聘用靈活、考核激勵有效的機制，以解決建設(shè)管理方在管理程序、激勵制度等方面可能出現(xiàn)的限制或結(jié)構(gòu)性矛盾，并挖掘好設(shè)施資源潛力，做好運營服務(wù)工作。

設(shè)施所有方和管理方應(yīng)履行好管理責(zé)任，承擔(dān)好設(shè)施服務(wù)國家的義務(wù)，要牽頭建立服務(wù)開通響應(yīng)體系、運維質(zhì)量保證體系，支撐設(shè)施的正常運行。同時，宜以競標(biāo)或議標(biāo)方式委托合適的第三方進行代維及運營。第三方應(yīng)通過專業(yè)化的運維工作，確保網(wǎng)絡(luò)服務(wù)指標(biāo)，完成“開放共享”和科研試驗任務(wù)。同時，第三方還應(yīng)充分挖掘資源潛力，發(fā)揮全網(wǎng)資源能力，竭力拓展服務(wù)范圍，適當(dāng)并有效地進行有償服務(wù)，包括技術(shù)試驗、行業(yè)應(yīng)用服務(wù)等，給設(shè)施所有方和管理方適當(dāng)收益回饋以補充設(shè)施運行需要的相關(guān)成本支出，彌補國家下?lián)苓\維資金的不足。

4.3 設(shè)施的其他作用

設(shè)施管理方還應(yīng)考慮按“開放共享”要求發(fā)揮設(shè)施在教育、科普、人才培養(yǎng)等方面的社會作用，應(yīng)努力與國家及地方的科研學(xué)術(shù)機構(gòu)（團體）、教育宣傳等機構(gòu)建立相關(guān)基地，與院校企業(yè)成立聯(lián)合實驗室或創(chuàng)新機構(gòu)，進一步發(fā)揮設(shè)施在人才培養(yǎng)、社會公益等方面的作用。此外，管理方還應(yīng)意識到設(shè)施為屬地服務(wù)的作用，積極依托設(shè)施產(chǎn)出的科研成果，促進屬地創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)生態(tài)打造和人才、產(chǎn)業(yè)集聚。

5 結(jié)束語

未來網(wǎng)絡(luò)試驗設(shè)施是我國網(wǎng)絡(luò)信息領(lǐng)域第一個重大科技基礎(chǔ)設(shè)施。它的早日建成及有效運行，將有力促進我國網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和應(yīng)用的創(chuàng)新，極大地推進我國從“網(wǎng)絡(luò)大國”向“網(wǎng)絡(luò)強國”的建設(shè)進程。