范琮珊，周旭，覃毅芳，李泰新

（中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心，北京 100190）

1 引言

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷變革與創(chuàng)新推動(dòng)了數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)。以明確的技術(shù)邊界為基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷了5個(gè)階段的發(fā)展[1]，如圖1所示。網(wǎng)絡(luò)1.0時(shí)代是基于電路交換的模擬信號(hào)通信，是網(wǎng)絡(luò)的最初形態(tài)。網(wǎng)絡(luò)2.0時(shí)代引入具備劃時(shí)代意義的同步時(shí)分復(fù)用（synchronous time-division multiplexing，TDM），采用數(shù)字信號(hào)完成信息傳輸。為了支撐語(yǔ)音、圖像、視頻等多媒體業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)中的高速傳輸，網(wǎng)絡(luò)3.0時(shí)代采用異步傳送模式（asynchronous transfer mode，ATM），極大地提高了網(wǎng)絡(luò)資源利用率。隨后，電子郵件、在線購(gòu)物、電子銀行、社交網(wǎng)絡(luò)、視頻直播等業(yè)務(wù)不斷涌現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)4.0時(shí)代開(kāi)啟IP網(wǎng)絡(luò)時(shí)代。區(qū)別于面向連接的ATM分組交換技術(shù)，IP網(wǎng)絡(luò)采用面向無(wú)連接的數(shù)據(jù)包交換技術(shù)，獨(dú)特的開(kāi)放性、中立性和簡(jiǎn)潔高效設(shè)計(jì)使其成為現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的核心。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)持續(xù)發(fā)展，新興技術(shù)如云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能的出現(xiàn)加速了網(wǎng)絡(luò)的新一代革命。遠(yuǎn)程醫(yī)療、無(wú)人駕駛、AR/VR、全息通信、智慧家庭等業(yè)務(wù)為人們帶來(lái)全新的溝通與生活方式，也對(duì)網(wǎng)絡(luò)提出了極大的挑戰(zhàn)。網(wǎng)絡(luò)5.0時(shí)代需要滿足網(wǎng)絡(luò)與社會(huì)深度融合發(fā)展帶來(lái)的專(zhuān)業(yè)化服務(wù)承載需求[2]。

圖1 網(wǎng)絡(luò)與能力發(fā)展

在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)跨代發(fā)展過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)1.0～3.0時(shí)代設(shè)計(jì)思路是面向業(yè)務(wù)的，即網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)高度耦合，這種設(shè)計(jì)適合數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展剛起步時(shí)業(yè)務(wù)種類(lèi)單一的特點(diǎn)，終端具備簡(jiǎn)單的能力，網(wǎng)絡(luò)僅提供最基本的連接能力，結(jié)合業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)可以提供高效的服務(wù)。其中，為更好地支持多媒體業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)3.0時(shí)代的網(wǎng)絡(luò)能力有所增強(qiáng)，但受限于有限數(shù)量的業(yè)務(wù)類(lèi)型，網(wǎng)絡(luò)能力提升程度較小。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上承載的主要業(yè)務(wù)發(fā)生變化時(shí)，面向業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)形態(tài)會(huì)發(fā)生質(zhì)的變化。隨著業(yè)務(wù)多樣化發(fā)展，面向業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)思路限制了業(yè)務(wù)的發(fā)展。因此，網(wǎng)絡(luò)4.0時(shí)代解耦了網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)，采用了“簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)+復(fù)雜終端”的設(shè)計(jì)思路。一方面，網(wǎng)絡(luò)提供基本的“盡力而為”傳輸能力，協(xié)議設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，設(shè)備成本低，容易標(biāo)準(zhǔn)化，便于IP網(wǎng)絡(luò)快速部署及互聯(lián)互通。另一方面，由于網(wǎng)絡(luò)能力簡(jiǎn)單，為了支持復(fù)雜多樣的業(yè)務(wù)類(lèi)型，終端能力需要不斷增強(qiáng)。終端的發(fā)展直接推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展（技術(shù)、規(guī)模）、PC互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)；從端側(cè)/應(yīng)用來(lái)看，獲取一個(gè)IP，接入網(wǎng)絡(luò)，可以在端側(cè)（傳輸層、應(yīng)用層）進(jìn)行極致優(yōu)化。IP網(wǎng)絡(luò)解耦網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的設(shè)計(jì)思路，使得業(yè)務(wù)類(lèi)型掙脫網(wǎng)絡(luò)束縛，得到了極大的豐富和發(fā)展。

然而，隨著網(wǎng)絡(luò)階段的演進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境更加復(fù)雜多變，應(yīng)用的端到端連接面臨的網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越復(fù)雜，僅靠端側(cè)“猜”不可能適應(yīng)所有網(wǎng)絡(luò)條件。業(yè)務(wù)要求不斷提升，“盡力而為”的轉(zhuǎn)發(fā)方式難以滿足業(yè)務(wù)復(fù)雜需求，應(yīng)用層需要單方面承擔(dān)大量的優(yōu)化與升級(jí)工作，為網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)沉重的負(fù)擔(dān)。與此同時(shí)，終端接入的多樣化導(dǎo)致終端能力兩級(jí)分化，更多的弱終端（物聯(lián)網(wǎng)）、專(zhuān)有終端（工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)）受限于處理能力、供電等因素，只能高度專(zhuān)用化設(shè)計(jì)，處理專(zhuān)用化業(yè)務(wù)，無(wú)法勝任復(fù)雜的連接管理、性能優(yōu)化等任務(wù)。網(wǎng)絡(luò)4.0時(shí)代“單一IP+帶寬”形式的網(wǎng)絡(luò)能力供給形式不再適用。

業(yè)務(wù)的發(fā)展和技術(shù)的革新推進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)5.0的進(jìn)程。分段路由（segment routing，SR）、差異化傳輸、邊緣計(jì)算、源地址驗(yàn)證等技術(shù)的創(chuàng)新逐步豐富與完善網(wǎng)絡(luò)能力，一種網(wǎng)絡(luò)能力具有多種實(shí)現(xiàn)形式，網(wǎng)絡(luò)能力得到極大的擴(kuò)展。針對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)能力提供形式單一、動(dòng)態(tài)性差、效能低、運(yùn)維僵化以及難以適應(yīng)未來(lái)復(fù)雜場(chǎng)景下不同類(lèi)型、層次用戶對(duì)智慧化、個(gè)性化及多元化業(yè)務(wù)的差異化需求，本文提出了全維可定義網(wǎng)絡(luò)能力架構(gòu)，以網(wǎng)絡(luò)為主體，主動(dòng)向終端業(yè)務(wù)進(jìn)行全方位網(wǎng)絡(luò)能力的開(kāi)放，支持多樣化網(wǎng)絡(luò)能力全維度的定義。允許能力多樣化呈現(xiàn)，支持弱終端與強(qiáng)終端并存，適配不同的終端類(lèi)型。支持網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)能力的演進(jìn)。通過(guò)靈活網(wǎng)絡(luò)能力選擇與組合，滿足動(dòng)態(tài)的復(fù)雜化業(yè)務(wù)需求，極大地提升用戶滿意度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)整體優(yōu)化，提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)效益。

2 全維可定義網(wǎng)絡(luò)能力

隨著網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)形態(tài)的不斷豐富，業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求越來(lái)越多樣和多變。而傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)僵化、網(wǎng)元形式簡(jiǎn)單、資源配置單一，網(wǎng)絡(luò)能力對(duì)業(yè)務(wù)需求的適應(yīng)性差，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)對(duì)融合、泛在、質(zhì)量、安全、擴(kuò)展、移動(dòng)等的支持能力低下，業(yè)務(wù)需求與網(wǎng)絡(luò)能力之間的差距更加顯著。

如圖2所示，全維可定義網(wǎng)絡(luò)能力提出“以網(wǎng)絡(luò)為核心”的設(shè)計(jì)理念，強(qiáng)調(diào)以網(wǎng)絡(luò)為能力和責(zé)任主體，通過(guò)打破傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)剛性架構(gòu)，建立網(wǎng)絡(luò)各層能力開(kāi)放、靈活、通用架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)通信主體、網(wǎng)絡(luò)功能、網(wǎng)絡(luò)資源、安全等全維度可定義，支持各種能力在架構(gòu)中動(dòng)態(tài)加載和演進(jìn)發(fā)展。通過(guò)業(yè)務(wù)需求自映射和網(wǎng)絡(luò)能力自組織靈活適配業(yè)務(wù)發(fā)展需求，以多種形式主動(dòng)向終端業(yè)務(wù)輸出多樣化網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生能力，自然適應(yīng)未來(lái)業(yè)務(wù)的復(fù)雜不確定演進(jìn)，降低端側(cè)復(fù)雜度及能耗開(kāi)銷(xiāo)，提升服務(wù)質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)效率，保障可信安全，端網(wǎng)協(xié)同構(gòu)建全新的網(wǎng)絡(luò)空間秩序[3]。

圖2 全維可定義網(wǎng)絡(luò)能力

（1）全維可定義網(wǎng)絡(luò)能力呈現(xiàn)

為詳細(xì)刻畫(huà)網(wǎng)絡(luò)能力，形成統(tǒng)一的評(píng)價(jià)體系，構(gòu)建通用的全維可定義網(wǎng)絡(luò)能力模型，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)各層能力開(kāi)放，支持通信主體、網(wǎng)絡(luò)功能、網(wǎng)絡(luò)資源、安全等全維度可定義，每個(gè)維度的網(wǎng)絡(luò)能力實(shí)現(xiàn)多樣化呈現(xiàn)[4]。通過(guò)不同維度網(wǎng)絡(luò)能力的互聯(lián)互通與協(xié)作組合為用戶提供多元化服務(wù)，有效支撐未來(lái)網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)業(yè)化、差異化業(yè)務(wù)需求。

（2）多層次網(wǎng)絡(luò)能力接口調(diào)用

全維可定義網(wǎng)絡(luò)能力在網(wǎng)絡(luò)為核心的思想指導(dǎo)下，解耦業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)，以邊緣為入口，增加網(wǎng)絡(luò)能力調(diào)用方式。網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放多維能力給業(yè)務(wù)，更加主動(dòng)地參與到業(yè)務(wù)構(gòu)建中，端網(wǎng)協(xié)同滿足應(yīng)用需求。網(wǎng)絡(luò)提供不同層次的能力封裝接口，允許業(yè)務(wù)以更加友好的方式向網(wǎng)絡(luò)表達(dá)需求。

（3）靈活網(wǎng)絡(luò)能力映射

針對(duì)未來(lái)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、AR/VR、全息通信、智能家庭等個(gè)性化業(yè)務(wù)需求，對(duì)網(wǎng)絡(luò)能力的維度、要素和形式進(jìn)行全方位的分解和定義，開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)能力間的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換。選擇最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)能力，通過(guò)各種網(wǎng)絡(luò)能力的靈活組合映射適配差異化業(yè)務(wù)需求，實(shí)現(xiàn)高效率、大容量、低時(shí)延、高可靠的全業(yè)務(wù)承載。

3 全維可定義網(wǎng)絡(luò)能力模型

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，軟件與硬件快速升級(jí)進(jìn)步，網(wǎng)絡(luò)具備的能力不斷豐富。面向網(wǎng)絡(luò)多樣化網(wǎng)絡(luò)能力，構(gòu)建全維可定義網(wǎng)絡(luò)能力模型，支持多元化網(wǎng)絡(luò)能力的開(kāi)放可定義，維護(hù)能力動(dòng)態(tài)演進(jìn)發(fā)展，有助于實(shí)現(xiàn)智慧網(wǎng)絡(luò)管理與運(yùn)維，靈活適配復(fù)雜多樣的業(yè)務(wù)發(fā)展需求，提升用戶體驗(yàn)。

全維可定義網(wǎng)絡(luò)能力模型采用層次模型的方式定義，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)能力空間，如圖3所示，從通信主體、網(wǎng)絡(luò)能力、網(wǎng)絡(luò)資源、網(wǎng)絡(luò)安全等多個(gè)維度刻畫(huà)網(wǎng)絡(luò)可提供的能力，每個(gè)維度劃分不同的能力類(lèi)型，一種能力類(lèi)型包括多個(gè)具體的能力元素。全維可定義網(wǎng)絡(luò)能力模型利用向量集合標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)能力空間spa={ID;net;res;sec;…}，spa表示能力空間，表示能力空間的維度值，分為通信主體（ID）、網(wǎng)絡(luò)能力（net）、網(wǎng)絡(luò)資源（res）、網(wǎng)絡(luò)安全（sec）等多個(gè)維度。

圖3 全維網(wǎng)絡(luò)能力模型

每個(gè)維度網(wǎng)絡(luò)能力由不同網(wǎng)絡(luò)能力類(lèi)型組成，為差異化業(yè)務(wù)需求提供相應(yīng)的功能支撐。利用向量集合標(biāo)識(shí)不同維度的網(wǎng)絡(luò)能力類(lèi)型，通信實(shí)體 ID={u ser,loc,dev,con ,ser,…}，網(wǎng)絡(luò)功能net={addressing,routing,forwarding,QoS,…}，資源res={stor,comp,link, addr,…} ， 安 全sec={rel,trust,privacy, trace,…}。如集合ID表示通信實(shí)體維度包含的網(wǎng)絡(luò)能力類(lèi)型，分別為人（user）、物（devID）、內(nèi)容（conID）、服務(wù)（serID）、位置（loc），表示通信實(shí)體維度支持的通信主體類(lèi)型數(shù)量。一種網(wǎng)絡(luò)能力類(lèi)型包括多種的網(wǎng)絡(luò)能力元素，形成多樣化網(wǎng)絡(luò)能力實(shí)現(xiàn)形式。利用集合標(biāo)識(shí)具體的網(wǎng)絡(luò)能力元素，如網(wǎng)絡(luò)采用內(nèi)容（conID）作為通信主體時(shí)，針對(duì)文件、視頻、圖片等不同主體實(shí)現(xiàn)形式，具有不同的標(biāo)識(shí)、解析、通信等方式，conID={conID(1),c onID(2), …}。

全維度可定義網(wǎng)絡(luò)能力模型也可以采用統(tǒng)一的矩陣形式表示： 其中，矩陣的行表示網(wǎng)絡(luò)能力空間的維度，列表示網(wǎng)絡(luò)能力的類(lèi)型，矩陣中的每個(gè)值都是一個(gè)集合，包括不同的網(wǎng)絡(luò)能力元素。具體的網(wǎng)絡(luò)能力有以下4個(gè)方面。

（1）通信主體

全維度可定義網(wǎng)絡(luò)能力模型的通信主體維度涵蓋網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹黧w參與者，包括數(shù)據(jù)的發(fā)起方、中轉(zhuǎn)方、接收方。未來(lái)網(wǎng)絡(luò)向著萬(wàn)物互聯(lián)的方向發(fā)展，通信主體不再局限于傳統(tǒng)的主機(jī)，將接入更多的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)元素，構(gòu)建連接未來(lái)衛(wèi)星數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、計(jì)算、內(nèi)容資源網(wǎng)絡(luò)的連通性，通信主體的種類(lèi)將會(huì)多種多樣。不同的通信主體在參與網(wǎng)絡(luò)行為時(shí)，會(huì)使用不同的ID。標(biāo)識(shí)針對(duì)通信主體設(shè)計(jì)，具有相應(yīng)的地址空間、語(yǔ)義、解析方。IP地址是當(dāng)前數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中唯一的尋址標(biāo)識(shí)，隨著通信主體的豐富，網(wǎng)絡(luò)需要具備支持不同種類(lèi)標(biāo)識(shí)的能力，包括人（user）、位置（loc）、物（dev）、內(nèi)容（con）等，并實(shí)現(xiàn)不同種類(lèi)通信主體的互聯(lián)互通。

（2）網(wǎng)絡(luò)能力

全維度可定義網(wǎng)絡(luò)能力模型的網(wǎng)絡(luò)功能維度涵蓋完成網(wǎng)絡(luò)傳輸任務(wù)需要采用的網(wǎng)絡(luò)功能，包括尋址（addressing）、路由（routing）、轉(zhuǎn)發(fā)（forwarding）、服務(wù)質(zhì)量（QoS）等能力。支持海量差異化主體的接入和連接，針對(duì)不同業(yè)務(wù)的特征及需求，提供可規(guī)劃、可預(yù)期、可定制、差別化的接入與傳輸，保障時(shí)延、吞吐量、抖動(dòng)、丟包率等性能指標(biāo)，提升用戶體驗(yàn)，同時(shí)完成網(wǎng)絡(luò)管理，實(shí)現(xiàn)整體網(wǎng)絡(luò)功能、資源的優(yōu)化。隨著技術(shù)的發(fā)展不斷復(fù)雜化、多樣化，網(wǎng)絡(luò)功能維度的網(wǎng)絡(luò)能力由網(wǎng)絡(luò)中的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備承載。

（3）網(wǎng)絡(luò)資源

全維度可定義網(wǎng)絡(luò)能力模型的網(wǎng)絡(luò)資源維度涵蓋基本網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸以及特定場(chǎng)景需要的鏈路（link）、計(jì)算（comp）、存儲(chǔ)（stor）、地址（addr）等資源。對(duì)于基本的網(wǎng)絡(luò)傳輸，數(shù)據(jù)在鏈路上傳輸時(shí)需要占用帶寬資源，報(bào)文在轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備上處理時(shí)需要占用NP計(jì)算能力以及片上內(nèi)存，報(bào)文的地址占用了地址空間的一個(gè)部分。對(duì)于特定場(chǎng)景，比如信息中心網(wǎng)絡(luò)、算力網(wǎng)絡(luò)、超高清視頻傳輸分別對(duì)存儲(chǔ)資源、計(jì)算資源、鏈路帶寬資源有特定的需要。硬件升級(jí)與軟件優(yōu)化導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)資源的類(lèi)型、供給方式、容量等都發(fā)生了巨大的變化。資源類(lèi)型不斷豐富、多樣化，多種資源共存于同一場(chǎng)景中，能夠適應(yīng)差異化業(yè)務(wù)需求。資源靈活部署在網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)位置，核心、邊緣和本地，距離用戶越來(lái)越近，通過(guò)統(tǒng)一協(xié)同與調(diào)度快速響應(yīng)業(yè)務(wù)需求，提升用戶體驗(yàn)。資源容量不斷增加，但體積逐漸變小，方便易處理。虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了資源池化，屏蔽硬件差異性，進(jìn)一步擴(kuò)充了資源的可用容量。

（4）網(wǎng)絡(luò)安全

全維度可定義網(wǎng)絡(luò)能力模型的網(wǎng)絡(luò)安全維度涵蓋保護(hù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)體、信息和傳輸?shù)劝踩枰哪芰?，包括可信性、可溯源性、可靠性和隱私性[5]?？刂凭W(wǎng)絡(luò)接入，實(shí)施身份驗(yàn)證，保障網(wǎng)絡(luò)可信性。開(kāi)展隱私保護(hù)，防止信息非法利用。抵御偶然或者惡意的破壞，保證網(wǎng)絡(luò)可靠、正常地運(yùn)行。面對(duì)網(wǎng)絡(luò)攻擊，追蹤定位攻擊的源頭。IP網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)放特性帶來(lái)了安全隱患，而外掛的補(bǔ)丁式安全技術(shù)無(wú)法為網(wǎng)絡(luò)通信提供完善的保障。與此同時(shí)，未來(lái)網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景越來(lái)越復(fù)雜，終端能力差異化、網(wǎng)絡(luò)接入方式不同、標(biāo)識(shí)多樣化及協(xié)議的不統(tǒng)一將導(dǎo)致更多的安全漏洞問(wèn)題，阻礙網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用。內(nèi)生的安全技術(shù)能夠提升未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的安全可靠性[6]。

4 全維可定義網(wǎng)絡(luò)能力接口

傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)能力類(lèi)型以及提供網(wǎng)絡(luò)能力的方式這兩個(gè)方面都比較單一。業(yè)務(wù)需求通過(guò)應(yīng)用層、傳輸層傳遞至網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)，且逐層傳遞中只有少量需求能夠在網(wǎng)絡(luò)層獲得能力支持。網(wǎng)絡(luò)層以“IP地址+帶寬”的形式提供“盡力而為”轉(zhuǎn)發(fā)能力。從應(yīng)用來(lái)看，網(wǎng)絡(luò)能力的提供形式如果不變，則網(wǎng)絡(luò)提供的價(jià)值沒(méi)有本質(zhì)變化，網(wǎng)絡(luò)能力增強(qiáng)無(wú)法有效使用。網(wǎng)絡(luò)能力越來(lái)越強(qiáng)，受限于單一的網(wǎng)絡(luò)層IP協(xié)議能力提供形式，能力無(wú)法有效傳遞。隨著多樣化的網(wǎng)絡(luò)能力發(fā)展，除逐層傳遞業(yè)務(wù)需求到網(wǎng)絡(luò)的接口形態(tài)基礎(chǔ)上，增加更豐富的接口形態(tài)，如圖4所示。在網(wǎng)絡(luò)5.0的設(shè)計(jì)中，應(yīng)用使用網(wǎng)絡(luò)的多種模式進(jìn)行抽象，形成獨(dú)立的不同層次接口，包括網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層，允許應(yīng)用表述自身需求，由網(wǎng)絡(luò)智能完成應(yīng)用需求到多維網(wǎng)絡(luò)能力的映射。

圖4 多層面網(wǎng)絡(luò)能力提供方式

在網(wǎng)絡(luò)層，可以按需提供傳統(tǒng)IP和newIP能力[7]。對(duì)于只有基本轉(zhuǎn)發(fā)需求的業(yè)務(wù)，提供傳統(tǒng)IP能力；對(duì)于有增值需求的業(yè)務(wù)，提供newIP能力，即賦予報(bào)文更加靈活的擴(kuò)展能力，將多通信主體支持、應(yīng)用語(yǔ)義表達(dá)、確定性傳輸、安全可信等作為內(nèi)生機(jī)制嵌入通信協(xié)議的數(shù)據(jù)平面中，實(shí)現(xiàn)資源的智能調(diào)度管理。在邊緣節(jié)點(diǎn)，需要對(duì)數(shù)據(jù)包重新封裝，此時(shí)需要將用戶需求映射為網(wǎng)絡(luò)中提供的原子能力，相當(dāng)于在網(wǎng)絡(luò)層調(diào)用網(wǎng)絡(luò)能力。

在傳輸層，可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求，提供與網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的新傳輸層能力。打破端到端設(shè)計(jì)思路，由網(wǎng)絡(luò)提供傳輸保障。一種方法可以是，將接入側(cè)和網(wǎng)絡(luò)側(cè)的傳輸性能保障機(jī)制分開(kāi)，網(wǎng)絡(luò)段可提供差異化傳輸、分塊傳輸、網(wǎng)絡(luò)感知的多路徑傳輸?shù)饶芰?。針?duì)用戶需求，在網(wǎng)絡(luò)邊緣進(jìn)行需求到能力的映射，這時(shí)候需要使用網(wǎng)絡(luò)中提供的傳輸能力，相當(dāng)于在傳輸層調(diào)用網(wǎng)絡(luò)能力。

在應(yīng)用層，可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求，以類(lèi)似于云計(jì)算SaaS層的方式使用網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于用戶而言，網(wǎng)絡(luò)能力被封裝為不同的服務(wù)（傳輸服務(wù)、算力服務(wù)、內(nèi)容服務(wù)等），提供OpenAPI，業(yè)務(wù)可以按需調(diào)用打包好的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，無(wú)須關(guān)心細(xì)節(jié)。

5 全維可定義網(wǎng)絡(luò)能力映射

業(yè)務(wù)需求與網(wǎng)絡(luò)能力映射是映射概念在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)業(yè)務(wù)中的具體化。通過(guò)靈活的網(wǎng)絡(luò)能力選擇與組合，能夠提高差異化業(yè)務(wù)需求與多維度網(wǎng)絡(luò)能力間的匹配度，在保證用戶滿意度的同時(shí)降低網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)。映射的原象、象和映射法則三要素分別對(duì)應(yīng)業(yè)務(wù)需求、網(wǎng)絡(luò)能力、需求與能力映射法則。映射的步驟包括原象生成、象生成和映射法則生成3步，如圖5所示。

圖5 業(yè)務(wù)需求到網(wǎng)絡(luò)能力映射

（1）原象生成

通過(guò)業(yè)務(wù)感知確定需求，以網(wǎng)絡(luò)能力維度為基礎(chǔ)，拆分復(fù)合型業(yè)務(wù)需求，聚類(lèi)相似的業(yè)務(wù)需求。利用有限集合標(biāo)識(shí)業(yè)務(wù)需求D={d1,d2,…,dM}。業(yè)務(wù)需求設(shè)置對(duì)應(yīng)的需求指標(biāo)，index=[ind1,ind2, … , indM]，包括時(shí)延、能耗、開(kāi)銷(xiāo)等。為區(qū)分業(yè)務(wù)需求的重要性，采用需求權(quán)重因子標(biāo)識(shí)業(yè)務(wù)需求優(yōu)先級(jí)W=[α1,α2,… ,αM]，如果權(quán)重因子滿足α1＞α2，表示業(yè)務(wù)需求d1的重要性高于d2，需要優(yōu)先保證滿足。

（2）象的生成

網(wǎng)絡(luò)能力隨著業(yè)務(wù)執(zhí)行的變化而動(dòng)態(tài)變化，如計(jì)算資源處于不斷的消耗和釋放中。為了更加精確地滿足業(yè)務(wù)需求，實(shí)現(xiàn)定制化網(wǎng)絡(luò)能力提供，需要實(shí)時(shí)更新網(wǎng)絡(luò)能力狀態(tài)，形成全維網(wǎng)絡(luò)能力矩陣C。

（3）映射法則生成

業(yè)務(wù)需求與網(wǎng)絡(luò)能力的映射法是構(gòu)建兩者之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，保證網(wǎng)絡(luò)能力支持業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)，滿足業(yè)務(wù)需求。在獲得業(yè)務(wù)需求和網(wǎng)絡(luò)能力的基礎(chǔ)上，映射法則生成主要包括以下具體步驟。

步驟1網(wǎng)絡(luò)能力組合。分析每一項(xiàng)業(yè)務(wù)需求，從網(wǎng)絡(luò)能力空間中選擇對(duì)應(yīng)的一項(xiàng)或者多項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)能力支持。遍歷業(yè)務(wù)需求集合，合并支持各項(xiàng)業(yè)務(wù)需求的網(wǎng)絡(luò)能力，形成網(wǎng)絡(luò)能力組合，Gi={Cm1,n1,Cm2,n2,Cm3,n3,…}，其中，Cmj,nj是網(wǎng)絡(luò)能力矩陣C的第jm行、第jn列元素。網(wǎng)絡(luò)能力的組合需要考慮不同能力之間的互斥和關(guān)聯(lián)關(guān)系，保證一致性。由于一種業(yè)務(wù)需求可能存在多種不同方式網(wǎng)絡(luò)能力的支持，因此網(wǎng)絡(luò)能力組合Gi，i=1,2,… ,I不是單一的。

步驟2業(yè)務(wù)需求與網(wǎng)絡(luò)能力匹配度計(jì)算。針對(duì)I種網(wǎng)絡(luò)能力組合，分別計(jì)算當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)下采用網(wǎng)絡(luò)能力組合Gi可獲得的業(yè)務(wù)需求指標(biāo)index(Gi)=[ind1(Gi),ind2(Gi),… ,indM(Gi)]。計(jì) 算業(yè)務(wù)需求與網(wǎng)絡(luò)能力的匹配度Mat(Gi)，即獲取的業(yè)務(wù)需求指標(biāo)與要求的業(yè)務(wù)需求指標(biāo)之間的歐幾里得距離，其中，αm表示業(yè)務(wù)需求的權(quán)重因子，且滿足α1+α2+…+αM=1。Mat(Gi)越小，表示采用網(wǎng)絡(luò)能力獲得的業(yè)務(wù)需求指標(biāo)與要求指標(biāo)之間的差距越小，匹配度越高。

步驟3映射矩陣生成。采用0-1映射矩陣表示業(yè)務(wù)需求與網(wǎng)絡(luò)能力間的映射關(guān)系。映射的原象與象的對(duì)應(yīng)關(guān)系體現(xiàn)在0-1映射矩陣中“1”的位置，矩陣的行代表映射的原象，矩陣的列代表映射的象。對(duì)比I個(gè)匹配度，選擇匹配度最高的網(wǎng)絡(luò)能力組合i*=miax Mat(Gi)。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)能力集合Gi*包括L個(gè)具體的網(wǎng)絡(luò)能力元素，則基于M項(xiàng)業(yè)務(wù)需求和L種網(wǎng)絡(luò)能力生成M行、L列的映射矩陣A，其中第m行，l列的矩陣元素Am,l表示業(yè)務(wù)需求dm和網(wǎng)絡(luò)能力Gi*(l)的映射關(guān)系，Am,l=1表示網(wǎng)絡(luò)能力Gi*(l)支持業(yè)務(wù)需求dm，反之，Am,l=0表示網(wǎng)絡(luò)能力Gi*(l)不支持業(yè)務(wù)需求dm行表示業(yè)務(wù)需求。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著未來(lái)網(wǎng)絡(luò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、AR/VR、全息通信、智慧城市等全新業(yè)務(wù)的涌現(xiàn)，業(yè)務(wù)需求不斷個(gè)性化、差異化及專(zhuān)業(yè)化。網(wǎng)絡(luò)4.0時(shí)代“IP+帶寬”的能力提供形式單一、動(dòng)態(tài)性差、效能低，導(dǎo)致業(yè)務(wù)需求與網(wǎng)絡(luò)能力的差距加劇。本文基于“以網(wǎng)絡(luò)為核心”的設(shè)計(jì)理念，提出全維可定義網(wǎng)絡(luò)能力，支持通信主體、網(wǎng)絡(luò)功能、網(wǎng)絡(luò)資源、安全等全維度可定義，實(shí)現(xiàn)多樣化網(wǎng)絡(luò)能力呈現(xiàn)，并支持動(dòng)態(tài)演進(jìn)發(fā)展。通過(guò)業(yè)務(wù)需求自映射和網(wǎng)絡(luò)能力自組織靈活適配業(yè)務(wù)發(fā)展需求，以多種接口形式主動(dòng)向終端業(yè)務(wù)輸出多樣化網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生能力，自然適應(yīng)未來(lái)業(yè)務(wù)的復(fù)雜不確定演進(jìn)。網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放多維能力給業(yè)務(wù)，提供不同層次的能力封裝接口，允許業(yè)務(wù)以更加友好的方式向網(wǎng)絡(luò)表達(dá)需求。選擇最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)能力，通過(guò)各維度網(wǎng)絡(luò)能力的靈活組合映射適配差異化業(yè)務(wù)需求，實(shí)現(xiàn)高效率、大容量、低時(shí)延、高可靠的全業(yè)務(wù)承載。