鄔江興

專題：新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

論網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制發(fā)展范式的變革——網(wǎng)絡(luò)之網(wǎng)絡(luò)

鄔江興

（解放軍戰(zhàn)略支援部隊信息工程大學(xué)，河南 鄭州 450002）

多樣性和多元性是宇宙發(fā)展的第一特征。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展始終未能脫離基于單一體制自我演進(jìn)或更替換代發(fā)展的基本范式，極大地制約了以“人網(wǎng)物”為對象、計算/存儲/傳送一體化為手段的多元、多維融合新世界對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制與相關(guān)服務(wù)的創(chuàng)新需求。從思維視角和方法論層面出發(fā)，提出了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制與支撐環(huán)境相分離的多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展范式。結(jié)合云計算的場景，展望了多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)商業(yè)運作新模式和應(yīng)用場景。

網(wǎng)絡(luò)之網(wǎng)絡(luò)；多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；新思維視角；新方法論；新實踐規(guī)范；網(wǎng)絡(luò)模態(tài)；多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)云計算平臺；應(yīng)用展望

1 多元性和多樣化是宇宙發(fā)展的基本特征

迄今為止，廣袤的宇宙空間中能被科學(xué)界認(rèn)定存在高級智慧生物的星球只有地球。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)構(gòu)成這個星球無機和有機世界的化學(xué)元素有上百種之多，其中天然存在的有94種，科學(xué)家在實驗室人工合成的有24種。到目前為止，化學(xué)元素周期表中的118種元素通過排列組合，已經(jīng)形成了無法估量、多種多樣的化合物。這說明宏觀世界、介觀世界或者微觀世界的可持續(xù)發(fā)展都離不開多元化或多樣性（polyphyly and diversity）特征的支撐，甚至有人將其稱為宇宙發(fā)展的第一特征[1]。毫無疑問，多元化、多樣性既是自然界也是人類社會進(jìn)步或變革的基本動力之一，地球生物發(fā)展史表明，通過物種間的互補與制衡構(gòu)成一個和諧共存的生態(tài)發(fā)展格局，沒有競爭性的演進(jìn)累積和推陳出新的變革延續(xù)，自然界會因為物種同質(zhì)化而無可避免地走向凋亡[2]。因此，繁榮物種及生態(tài)圈多樣性是自然界生命發(fā)展的必然使命與要求。

網(wǎng)絡(luò)世界遵循自然界基本規(guī)律的演進(jìn)與變革無疑是正確的發(fā)展道路，而單一體制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展道路肯定無法支撐五彩繽紛的已知或未來服務(wù)需求，必須構(gòu)建開放、競爭、互補、多樣性、多元化的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)生態(tài)環(huán)境，才能充分釋放網(wǎng)絡(luò)體制與應(yīng)用業(yè)務(wù)及商業(yè)模式的創(chuàng)新活力。

2 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制與應(yīng)用服務(wù)領(lǐng)域特征強相關(guān)

回顧網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展史，既有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制總是與已知或可以設(shè)想到的服務(wù)領(lǐng)域應(yīng)用特征強關(guān)聯(lián)，不同服務(wù)領(lǐng)域既存在個性化也存在共性化的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制及相關(guān)業(yè)務(wù)需求。理論上不可能有一種“超級網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制”可以有效地支持現(xiàn)有或未來所有的應(yīng)用服務(wù)領(lǐng)域，這本來已是不爭共識，但消費互聯(lián)網(wǎng)體制取得的巨大成功給人們造成了一種普遍錯覺，似乎“50多年前提出的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體制只要通過互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（Internet Engineering Task Force，IETF）或國際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Union，ITU）組織不斷豐富RFC（request for comments）（目前總數(shù)已超過9 000個）或相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，繼續(xù)沿襲自我演進(jìn)方式就能很好地滿足信息通信或相關(guān)領(lǐng)域不斷提出的新業(yè)務(wù)發(fā)展需求”[3]。但是消費互聯(lián)網(wǎng)的成功存在以下4個不容忽視的重要前提。

（1）微電子技術(shù)的進(jìn)步使得用戶終端、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)字化和軟/硬件智能化水平不斷提升，同時網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和運營維護門檻在大幅度降低，在計算機技術(shù)泛在化應(yīng)用的基礎(chǔ)上，由同一網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施通過虛擬化技術(shù)提供多業(yè)務(wù)融合服務(wù)，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與業(yè)務(wù)的相對分離，提高了業(yè)務(wù)開發(fā)靈活性。

（2）相當(dāng)一個歷史時期以來，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的主體對象是社會人，即提供toC服務(wù)，社會人對通信服務(wù)的要求除了尚未解決的嗅覺、味覺、觸覺等信息感知及跨地域傳送與交互問題，就是語音、視頻、文本或圖片等聽、視覺類的多媒體業(yè)務(wù)，共同的特征是對時延、相位、時延抖動、誤碼率不敏感或具有較高的容忍度，在終端側(cè)提供足夠緩沖能力、網(wǎng)絡(luò)側(cè)具有平均2倍左右的交換與傳送平均帶寬條件下，應(yīng)用“盡力而為的分組轉(zhuǎn)發(fā)方式”就能較好地滿足用戶體驗質(zhì)量（quality of experience，QoE）[4]要求。

（3）“由網(wǎng)絡(luò)邊緣提供服務(wù)的商業(yè)模式”，使得toC的多媒體服務(wù)發(fā)展不再只取決于網(wǎng)絡(luò)運營商單方面的積極性或市場作為，“網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)分離”的商業(yè)模式創(chuàng)造了“互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供者（Internet service provider，ISP）”和“互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容提供者（Internet content provider，ICP）”等細(xì)分領(lǐng)域市場構(gòu)架，極大地釋放了全社會應(yīng)用服務(wù)創(chuàng)新激情并加速提升了行業(yè)信息化的積極性，誕生了不少專注互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的龍頭企業(yè)。

（4）互聯(lián)網(wǎng)的泛在化、同質(zhì)化發(fā)展很大程度上源于經(jīng)濟全球化、網(wǎng)絡(luò)化時代的強力推動作用，商業(yè)和社會大環(huán)境的剛需影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)本身的進(jìn)步意義，其實踐規(guī)范就是如何解決網(wǎng)絡(luò)規(guī)?；瘮U展、泛在化應(yīng)用和承載經(jīng)濟性等帶來的工程技術(shù)問題。

然而，時至今日，微電子和計算機軟/硬件技術(shù)進(jìn)步正在放緩，摩爾定律和登納德縮放比例定律已觸碰芯片制程工藝、功率密度、合格率等“天花板”問題，既有的網(wǎng)絡(luò)體制可能無法再指望通過微電子或CPU等核心器件性能的不斷躍升，滿足各類基于虛擬化或硬件加速技術(shù)的承載業(yè)務(wù)性能要求；源于數(shù)字電報分組交換的互聯(lián)網(wǎng)“盡力而為”傳送方式，雖然以犧牲資源利用率和有效性為代價勉強滿足toC多媒體服務(wù)的QoE要求，但很難滿足產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代低時延、確定性服務(wù)、算力網(wǎng)、傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)甚至車聯(lián)網(wǎng)等toX業(yè)務(wù)在服務(wù)質(zhì)量（quality of service，QoS）方面的嚴(yán)苛要求。特別是基于內(nèi)容尋址、命名數(shù)據(jù)尋址、多標(biāo)識尋址、地球空間坐標(biāo)尋址、模糊需求尋址、算力資源尋址、高速移動尋址、低碳排放路徑尋址等遠(yuǎn)超傳統(tǒng)“五元組”編址/尋址和路由控制能力的新型尋址方式的提出，使得ISP和ICP間技術(shù)與商業(yè)界限日趨模糊，“網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)分離”“業(yè)務(wù)由網(wǎng)絡(luò)邊緣提供”的消費互聯(lián)網(wǎng)承載模式已無法適應(yīng)可設(shè)想到但尚在清晰過程中的業(yè)務(wù)發(fā)展需要。

互聯(lián)網(wǎng)無可爭辯的貢獻(xiàn)是用“端到端”的虛擬化和智能處理技術(shù)，一體化地把原本要用多個物理專網(wǎng)才能提供的toC多媒體服務(wù)置于統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架下；隨著可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)[5]、軟件定義網(wǎng)絡(luò)（software defined network，SDN）[6]、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（network functions virtualization，NFV）[7]等技術(shù)的提出，互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)剛性化的缺陷得到一定程度彌補，但不能解決從消費互聯(lián)網(wǎng)向多樣化垂直應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)型的難題。

總之，50多年來基于IP互聯(lián)網(wǎng)體制的技術(shù)與工程研究，始終專注于toC領(lǐng)域的應(yīng)用方面，重點解決一體化的多媒體服務(wù)問題，其成功的商業(yè)化運作至今仍然未超出給定目標(biāo)領(lǐng)域服務(wù)特征的范疇。所以說，即使是商業(yè)成就斐然的消費互聯(lián)網(wǎng)，在面對服務(wù)特征存在諸多不同的產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時，既有的發(fā)展范式（paradigm）正在遭遇前所未有的挑戰(zhàn)[8]。與庫恩的觀點[9]不同，筆者以為：即使發(fā)生范式的變革也并不意味著原有范式徹底失去意義。事實上，在人類科學(xué)進(jìn)步歷程中從未發(fā)生過新范式徹底否定舊范式的情景，即便是在迎來基于大數(shù)據(jù)和人工智能的第四發(fā)展范式之際，也不存在否定前3種范式的必要，只是各自適應(yīng)范疇不同。

3 數(shù)字化時代垂直行業(yè)應(yīng)用推動網(wǎng)絡(luò)發(fā)展范式新變革

范式的概念與理論由美國著名科學(xué)哲學(xué)家托馬斯·庫恩在1962年一篇長篇論文中首次提出，并在隨后出版的《科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)（）》一書中得到系統(tǒng)闡述[9]。筆者認(rèn)為，最重要貢獻(xiàn)之一在于：把以往貌似堆積無序的科學(xué)進(jìn)展歷史“建構(gòu)”出一個結(jié)構(gòu)，一個關(guān)于“范式”的結(jié)構(gòu)，從而發(fā)現(xiàn)了“科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)”。范式的變革往往發(fā)生在原有范式無法解決的難題時才會應(yīng)運而生。數(shù)字化時代人類社會、網(wǎng)絡(luò)世界、物理世界“人網(wǎng)物”三元萬物互聯(lián)，人們不再滿足局限于toC領(lǐng)域的多媒體服務(wù)，個性化或分眾化特征顯著的垂直行業(yè)應(yīng)用將成為網(wǎng)絡(luò)世界的“應(yīng)用藍(lán)?！?，這意味著既有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制自我演進(jìn)或更新?lián)Q代的發(fā)展范式，必須從思維視角、方法論和實踐規(guī)范層面進(jìn)行徹底的變革。

3.1 新思維視角

數(shù)字化時代隨著toB、toM、toX等垂直行業(yè)多元化應(yīng)用需求的出現(xiàn)，現(xiàn)有消費互聯(lián)網(wǎng)體制難以繼續(xù)使用“打補丁”的演進(jìn)方式來滿足，經(jīng)典的“業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)分離提供方式”也不再能滿足相關(guān)領(lǐng)域的服務(wù)等級協(xié)定（service level agreement，SLA）要求[10]。例如，工業(yè)領(lǐng)域大量的傳感器和執(zhí)行部件需要給定時延、給定時延抖動、給定周期等確定性或時間敏感的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；企業(yè)內(nèi)部不同加工設(shè)備群、不同工藝流程、不同生產(chǎn)線組織需要由不同技術(shù)規(guī)范的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)支撐（盡管目前的現(xiàn)狀是多數(shù)由工業(yè)系統(tǒng)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程中缺乏全球性標(biāo)準(zhǔn)所致）；軍事系統(tǒng)由于兵種間的特殊性不可能用一種網(wǎng)絡(luò)體制滿足各方面的用網(wǎng)需求；企事業(yè)和政府機關(guān)單位內(nèi)部因為業(yè)務(wù)關(guān)系也需要多樣性網(wǎng)絡(luò)提供專門化服務(wù)；由不同類型傳感器和執(zhí)行單元采用多種互聯(lián)協(xié)議構(gòu)成的物聯(lián)網(wǎng)，也很難用單一的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制支撐；基于云和邊緣計算技術(shù)的5G承載網(wǎng)絡(luò)，即便采用同構(gòu)切片方式也很難應(yīng)對垂直行業(yè)多樣性或多元化之需求等。

此外，信息通信基礎(chǔ)設(shè)施向“云網(wǎng)算”融合、地球空間智聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（6G）方向轉(zhuǎn)型已成為產(chǎn)業(yè)界廣泛共識?；诜植际疆悩?gòu)計算架構(gòu)和虛擬化等相關(guān)技術(shù)的云計算平臺[11]，正在使傳統(tǒng)計算機與信息通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)朝著“一切皆為服務(wù)”的融合模式發(fā)展，除了回歸網(wǎng)絡(luò)即服務(wù)（network as a service，NaaS）外還引入了基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（infrastructure as a service，IaaS）、平臺即服務(wù)（platform as a service，PaaS）、軟件即服務(wù)（software as a service，SaaS）等新應(yīng)用體驗，試圖將廣義計算能力（計算、存儲、交換、傳輸?shù)龋┩ㄟ^互聯(lián)網(wǎng)作為商品資源進(jìn)行流通，必然會產(chǎn)生許多與當(dāng)前大眾或普遍服務(wù)類型和提供方式不同的新興應(yīng)用需求[12]。

必須強調(diào)指出，即使是數(shù)字時代，圍繞人類社會經(jīng)濟活動之信息交互永遠(yuǎn)都是剛需，因而toC領(lǐng)域的傳統(tǒng)多媒體服務(wù)不僅不可或缺，而且還需要加快發(fā)展包括嗅覺、味覺、觸覺等人類其他感官信息傳送和交互在內(nèi)的更高級形態(tài)的智能化服務(wù)。所以，新的思維視角只可能更為寬廣，而不能也不應(yīng)當(dāng)再對多元化或多樣性需求作“選擇性無視”。

3.2 新方法論

回顧人類信息通信技術(shù)發(fā)展史不難看出，其經(jīng)歷了3個標(biāo)志性階段。一是面向規(guī)?；瘜I(yè)服務(wù)，獨立建設(shè)和運營電報、電話、電視等專用網(wǎng)絡(luò)[13]，基本特征是“網(wǎng)絡(luò)即服務(wù)”，方法論是“圍繞一類服務(wù)構(gòu)建一個網(wǎng)絡(luò)”[14]；二是面向大眾普遍服務(wù)，建設(shè)和運營綜合電報、電話、視頻服務(wù)的廣域網(wǎng)絡(luò)[15]，基本特征是“一體化的網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)環(huán)境”，方法論是“基于標(biāo)準(zhǔn)化容器的業(yè)務(wù)封裝”；三是在終端或業(yè)務(wù)系統(tǒng)計算機化、智能化前提下，網(wǎng)絡(luò)提供“以智能用戶終端為服務(wù)對象”的語音、文本、圖像等多媒體數(shù)據(jù)文件傳送與交互功能，基本特征是“業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)相對分離”、業(yè)務(wù)由網(wǎng)絡(luò)邊緣提供、網(wǎng)絡(luò)完成多媒體文件數(shù)據(jù)包的“盡力而為傳送”等，方法論是“基于路由表的分組交換”[16]。

數(shù)字經(jīng)濟、海陸空天多維萬物智聯(lián)或數(shù)字孿生、元宇宙時代必然會對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制提出更加多樣性或多元化的需求，已有網(wǎng)絡(luò)發(fā)展范式之方法論缺乏更高維度、更多應(yīng)用領(lǐng)域的指導(dǎo)意義。新的方法論應(yīng)當(dāng)聚焦于“如何在一個技術(shù)物理環(huán)境中支持多元化或多樣性的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制及業(yè)務(wù)的共生共存、演進(jìn)與變革兼容并蓄”問題提供“方法之方法”，且無須涉及任何已有或潛在的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)、尋址方式、路由控制、傳送模式、協(xié)議體系、業(yè)務(wù)形態(tài)乃至技術(shù)演進(jìn)路線等實踐規(guī)范層面的內(nèi)容。面向全新的思維視角，新方法論是“構(gòu)建一個多維多元共生的融合環(huán)境，支持多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制的動態(tài)加載和自主演進(jìn)”。這個融合環(huán)境與化學(xué)元素周期表擁有多種網(wǎng)絡(luò)基線技術(shù)元素類似，用這些元素的“化合物”可以形成支撐多元化或多樣性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制及相關(guān)業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)能力，滿足不同網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景對基線技術(shù)資源的組合需求。

這種網(wǎng)絡(luò)模式非常類似當(dāng)前以分布式異構(gòu)計算“云平臺”提供多樣化商業(yè)服務(wù)，所不同的是如何為各種應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)體制或服務(wù)提供規(guī)?；?、高可利用率的路由計算、協(xié)議解析、傳送制式、多模接入、安全隔離、計算存儲等網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施資源，需要解決的工程化問題與“云平臺”十分相似，集中在網(wǎng)絡(luò)基線資源的管理與調(diào)度方面。隨之而來的商業(yè)化問題不僅是互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商（ISP）或內(nèi)容提供商（ICP），需要更名并定位于“多元網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)提供商（network service provider，NSP）”或“多元網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容提供商（network content provider，NCP）”，而且要重新賦予ISP新內(nèi)涵，并將這一縮寫名稱賦予為所有NSP提供網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)的新型運營商，即“基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)提供商（infrastructure service provider，ISP）”。

3.3 新實踐規(guī)范

由于范式?jīng)Q定基礎(chǔ)理論，基礎(chǔ)理論決定具體理論，理論決定模型，模型決定模式。我國知名學(xué)者陳世清認(rèn)為，“范式是學(xué)說的坐標(biāo)，是開展科學(xué)研究、建立科學(xué)體系、運用科學(xué)思想的坐標(biāo)、參照系與基本方式”[17]。既然網(wǎng)絡(luò)體制發(fā)展范式的坐標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑S多元共生融合環(huán)境，那么新的實踐規(guī)范必然圍繞如何用一體化環(huán)境支持多元化或多樣性網(wǎng)絡(luò)體制的工程化實現(xiàn)問題展開，即需要開發(fā)“網(wǎng)絡(luò)之網(wǎng)絡(luò)”技術(shù)，用一個諸如云平臺的“網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施”為上層“應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)模態(tài)（如IPv4/IPv6、標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)、命名數(shù)據(jù)網(wǎng)（named data networking，NDN）、地球空間剖分網(wǎng)絡(luò)等）”提供“池化”的計算、存儲、傳送、交換、路由、接入等可商化流通的軟/硬件與連接對象資源[18]。顯然，“網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施”與具體“應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)模態(tài)”之間是弱相關(guān)甚至不相關(guān)的。換言之，新的實踐規(guī)范欲要達(dá)成的工程技術(shù)目標(biāo)是：建構(gòu)一個能夠支撐各類應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)模態(tài)及相關(guān)業(yè)務(wù)“快速生長或部署”之上的“開放、透明、統(tǒng)一、彈性、智能、安全隔離”的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，以及可健康持續(xù)發(fā)展的技術(shù)與產(chǎn)業(yè)生態(tài)環(huán)境。筆者將其命名為“多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)環(huán)境（polymorphic intelligent network environment，PINE）”，簡稱多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)[19]，多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)環(huán)境如圖1所示。

圖1 多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

綜上所述，與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展范式研究坐標(biāo)不同，多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展范式將研究坐標(biāo)鎖定在“如何為各種類型應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)模態(tài)提供一體化、可共享、安全的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施資源環(huán)境”上，因而能充分激發(fā)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)體制及關(guān)聯(lián)服務(wù)的“自由”創(chuàng)新活力，加速應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)模態(tài)多樣性生態(tài)環(huán)境構(gòu)建。值得注意的是，多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)環(huán)境支持靜態(tài)/動態(tài)、有線/無線等各種接入或中繼鏈路，支持天基、陸基、空基、海基等靜止或機動部署的網(wǎng)絡(luò)元素，支持多模態(tài)終端混合標(biāo)識接入，支持多模態(tài)接口協(xié)議解析等。

多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的對比如圖2所示，與現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)相比，多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)環(huán)境支持各種網(wǎng)絡(luò)模態(tài)（網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制）以類似“應(yīng)用插件”的形式進(jìn)行快速部署（或撤收），可解決“目前單一技術(shù)體制商業(yè)運營網(wǎng)絡(luò)固有性質(zhì)，自然地排斥或拒絕新興網(wǎng)絡(luò)體制試驗和示范，而專門建設(shè)的新型試驗網(wǎng)又無法獲得真實應(yīng)用場景驗證”的成熟度壁壘問題，極大地降低新興網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用快速進(jìn)入市場的門檻，促進(jìn)形成網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)發(fā)展與市場應(yīng)用“三位一體”協(xié)同發(fā)展格局。從而可從根本上改變擁有先發(fā)技術(shù)優(yōu)勢的網(wǎng)絡(luò)體制和背負(fù)龐大先期投資包袱的運營商，無法避免地陷入封閉式自我演進(jìn)或“穿衣戴帽封裝承載”的同質(zhì)發(fā)展模式，自覺或不自覺地排斥或“矮化”新興應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)模態(tài)的導(dǎo)入。更重要的是，以PINE為基礎(chǔ)可以營造網(wǎng)絡(luò)模態(tài)與業(yè)務(wù)應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施一體化發(fā)展的全新生態(tài)環(huán)境。

圖2 多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的對比

4 基于多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)的云計算平臺

云計算平臺也稱為云平臺，無論是以數(shù)據(jù)存儲為主的存儲型云平臺，或以數(shù)據(jù)處理為主的計算型云平臺，還是計算與數(shù)據(jù)存儲兼顧的綜合云平臺，都是提供計算（包括必要支撐環(huán)境）、網(wǎng)絡(luò)和存儲等軟/硬資源服務(wù)的平臺[20]。作為一個技術(shù)物理實體，云計算平臺通常以以太網(wǎng)或FC-SAN、IB-SAN等交換機組成的網(wǎng)絡(luò)為核心，連接眾多分布式的、向用戶隱藏實現(xiàn)細(xì)節(jié)的異構(gòu)（或同構(gòu)）計算、存儲或接入節(jié)點資源構(gòu)成一個綜合服務(wù)系統(tǒng)，采用虛擬化、動態(tài)可擴展、按需部署、異構(gòu)冗余等技術(shù)措施，最終以整體形式呈現(xiàn)給用戶，具有靈活性好、可用性強、可靠性高、性價比突出等特點[21]。

云計算平臺在技術(shù)分類上屬于分布式同構(gòu)/異構(gòu)計算系統(tǒng)，因而數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)（data center network，DCN）或數(shù)據(jù)中心互聯(lián)（data center inter-connect，DCI）網(wǎng)絡(luò)的功能與性能，會直接影響系統(tǒng)內(nèi)在的服務(wù)效能與質(zhì)量。具體如下。

●質(zhì)及不可靠性使每次通信和傳送都可能伴隨網(wǎng)絡(luò)不可用的風(fēng)險，既包括交換、傳輸、域名等設(shè)備的不確定故障，也包括誤碼率、丟包率、擁塞率等與業(yè)務(wù)無關(guān)或相關(guān)的性能問題。通信異常對性能的最大影響是，當(dāng)一個計算任務(wù)分布在多個節(jié)點上并行或協(xié)同處理時，任何一個計算節(jié)點的通信異常都會嚴(yán)重影響整個任務(wù)的執(zhí)行性能，通信異常時即使采用重傳機制也只是保證了系統(tǒng)的可用性，而對任務(wù)處理性能的影響則是不可逆的[22]。因此云平臺理論上要求其內(nèi)在網(wǎng)絡(luò)不僅具有很高的可靠性與可用性，還能通過業(yè)務(wù)端與網(wǎng)絡(luò)端的聯(lián)合優(yōu)化保證傳輸流量擁塞可能導(dǎo)致的丟包率符合通信指標(biāo)要求。

●通信時延。網(wǎng)絡(luò)通信時延的大小通常與云平臺節(jié)點的規(guī)模、地域分散程度、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼墧?shù)、交換機/路由器性能、傳輸技術(shù)類型和節(jié)點側(cè)?網(wǎng)絡(luò)側(cè)協(xié)議棧處理性能強關(guān)聯(lián)，其直接影響是造成協(xié)同度或并行度要求高的任務(wù)處理性能與算法設(shè)計間存在不可預(yù)測的偏差。此外，一些計算任務(wù)看起來流量或帶寬要求不高的控制數(shù)據(jù)但卻有著極強的實時性或及時性要求，假如無法置于節(jié)點內(nèi)高速緩存或內(nèi)存中時，僅通過網(wǎng)絡(luò)支撐節(jié)點間傳送機制而不考慮業(yè)務(wù)層與網(wǎng)絡(luò)層的聯(lián)合優(yōu)化機制，則很難在規(guī)?；W(wǎng)絡(luò)環(huán)境中獲得低時延的預(yù)期效果，從而使得協(xié)同計算或處理性能不確定。

●確定性時延。網(wǎng)絡(luò)傳輸路徑復(fù)雜度和協(xié)議棧處理效率除了影響節(jié)點間的通信時延外，還會導(dǎo)致嚴(yán)重的時延不確定性。在執(zhí)行大規(guī)模并行或協(xié)同計算任務(wù)時，這種時延不確定性會給節(jié)點間任務(wù)或進(jìn)程同步性能帶來麻煩。因此，凡是分布計算系統(tǒng)，理論上期望能提供通信時延確定甚至精確的網(wǎng)絡(luò)傳送或傳輸功能，以便通過算法優(yōu)化抵消時延不確定造成的影響[23]。

●多樣化通信模式。一個分布式系統(tǒng)的理想通信模式至少應(yīng)同時包括點到點、點到多點、廣播3類，否則節(jié)點間通信或數(shù)據(jù)分發(fā)開銷會嚴(yán)重影響分布式計算性能。遺憾的是，目前云平臺基于點到點“捆綁”機制等效的多播、廣播通信模式與理想目標(biāo)差距甚遠(yuǎn)。

●可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。分布式云計算系統(tǒng)互連或互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)無論是局域型還是廣域型通常是靜態(tài)配置或剛性部署的。這對于同構(gòu)型節(jié)點而言，如果說尚能滿足基本使用要求，則對異構(gòu)節(jié)點系統(tǒng)來說其效能很難精準(zhǔn)優(yōu)化。因此，近年來國際上對動態(tài)可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展十分重視，但尚未在云計算領(lǐng)域見到相關(guān)研究與應(yīng)用報告。

●軟件定義互連[24]。理論上計算任務(wù)不同，系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)節(jié)點算法和連接關(guān)系也應(yīng)有所不同，節(jié)點間如果沒有時延、傳輸帶寬、傳送協(xié)議、通信模式、連接拓?fù)?、接入方式等軟件可定義或可調(diào)節(jié)的參數(shù)和功能支持，欲要提供更高效能計算服務(wù)也存在不容小覷的挑戰(zhàn)。

總而言之，造成上述問題的本質(zhì)原因之一是，單一構(gòu)造或同質(zhì)化的網(wǎng)絡(luò)無法同時滿足分布式異構(gòu)計算架構(gòu)所需要的多樣化的網(wǎng)絡(luò)通信或數(shù)據(jù)傳送服務(wù)。多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)環(huán)境具有“網(wǎng)絡(luò)之網(wǎng)絡(luò)”的構(gòu)造屬性，可以以“網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施”方式提供多樣化的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制，基于多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)的云計算平臺如圖3所示，為云計算系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)節(jié)點同時提供盡力而為、時延敏感、確定性時延、單播/多播/廣播通信模式、高可靠通信、安全隔離、軟件定義互連、可重構(gòu)交換及可定制化連接協(xié)議等多種應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)模態(tài)和服務(wù)，能顯著改善分布計算系統(tǒng)的功能和性能，為云計算或邊緣計算等技術(shù)增添新的發(fā)展內(nèi)涵與外延[25]。

5 多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用展望

正如本文前面已提到的那樣，多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場景與云計算使用場景十分類似，對“生長”其上的“應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)模態(tài)”隱藏了“網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施”軟/硬件資源的技術(shù)實現(xiàn)細(xì)節(jié)，并最終以整體形式呈現(xiàn)給具體應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)模態(tài)。其技術(shù)與商業(yè)形態(tài)與移動通信領(lǐng)域鐵塔服務(wù)公司非常相似，后者可以為多個運營商提供所需要的站址、鐵塔、桿路、管道、光纜、供電、管理甚至傳輸控制、“白盒交換”與“白盒基站”等軟/硬件資源，既不用關(guān)心各運營商究竟采用3G、4G、5G或者其他技術(shù)制式，也無須關(guān)注服務(wù)對象各自采用的網(wǎng)絡(luò)體制，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)運營商自行管理分享或共享網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施基線技術(shù)資源，根據(jù)來自應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)模態(tài)的資源需求，“網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施”運營商調(diào)整或提升支撐環(huán)境的服務(wù)質(zhì)量或能力，并確保網(wǎng)絡(luò)模態(tài)間具有可預(yù)期的安全隔離度[26]。

圖3 基于多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)的云計算平臺

多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)應(yīng)用模式可分為兩種方式，如圖4所示。大中型企事業(yè)單位可以獨立建設(shè)私有的多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)，將原先基于“局域網(wǎng)+服務(wù)器”形式的多個或多種垂直業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)遷移到“多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)+云服務(wù)平臺”上（如圖4（a）所示），也可以由NSP通過收取服務(wù)費的方式合作建設(shè)用戶級程控交換機（private branch exchange，PBX）形態(tài)的多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)云服務(wù)平臺（如圖4（b）所示）。小微型企業(yè)則可以采用支付服務(wù)費或租用費的方式使用NSP自建的多模態(tài)云平臺服務(wù)，并可由需求決定使用和管理多少種或多少個應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)模態(tài)以及加/卸載相關(guān)服務(wù)等。毫無疑問，傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商可以通過增量部署方式將現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施升級到多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，使之同時具有NSP、新內(nèi)涵ISP甚至NCP，從而獲得基于多樣性應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)體制的業(yè)務(wù)發(fā)展優(yōu)勢。

圖4 多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)應(yīng)用模式

總之，凡是有多樣化網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)需求的應(yīng)用場景，都可以基于多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施形態(tài)的信息物理系統(tǒng)。顯然，多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)解決了長期以來在垂直應(yīng)用個性化與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)統(tǒng)一化方面存在的嚴(yán)重對立問題，適應(yīng)了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)演進(jìn)與變革兼容并蓄多樣化、可持續(xù)發(fā)展之要求，不僅顛覆了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)體制發(fā)展范式，更是開創(chuàng)了新的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)物理形態(tài)，促進(jìn)了上下游產(chǎn)業(yè)和市場游戲規(guī)則的重大轉(zhuǎn)變。

6 結(jié)束語

網(wǎng)絡(luò)世界演進(jìn)與變革本應(yīng)遵循多元化和多樣性的宇宙基本發(fā)展規(guī)律，但受到過往科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)力以及經(jīng)濟社會發(fā)展階段性等諸多主、客觀因素影響。網(wǎng)絡(luò)科技界不得不在“受限條件下尋求最優(yōu)解”，加之某種網(wǎng)絡(luò)發(fā)展范式一旦成為業(yè)界普遍共識且存在似乎足夠大的技術(shù)演進(jìn)空間，人們習(xí)慣上傾向于選擇“戴著鎖鏈的舞者”角色。特別是50多年來，基于IP的消費互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與工程研究在“屢屢唱衰”之中似乎總能“逢兇化吉”取得出乎意料的成功，使得人們很難跳出既有網(wǎng)絡(luò)發(fā)展范式前行動力是否真正枯竭的“思維桎梏”。

進(jìn)入21世紀(jì)第3個10年以來，在面對服務(wù)特征存在諸多差異化需求的產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時，消費互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)演進(jìn)不可避免地會觸碰難以逾越的發(fā)展壁壘。本文從思維視角、方法論和實踐規(guī)范層面討論網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制發(fā)展的新范式，試圖摒棄“新桃換舊符”的傳統(tǒng)模式，徹底打破網(wǎng)絡(luò)龍頭企業(yè)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化組織至高無上的“制技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)權(quán)”，嚴(yán)格約束后者的作用和責(zé)任僅在“為多樣性網(wǎng)絡(luò)制訂標(biāo)準(zhǔn)”的范疇內(nèi)，讓市場和用戶自主選擇或創(chuàng)造適用的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)體制。作為一種自然支持各種應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)在“網(wǎng)絡(luò)之網(wǎng)絡(luò)”上“共生共存、演進(jìn)與變革兼容并蓄”的新發(fā)展范式，PINE不僅能為多種應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)模態(tài)提供“基線技術(shù)”實現(xiàn)所需要的軟/硬件資源，而且可以支撐建設(shè)運營管理與應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)模態(tài)及業(yè)務(wù)創(chuàng)立、技術(shù)演進(jìn)與換代弱相關(guān)甚至無關(guān)的變革性目標(biāo)的達(dá)成。最后，本文展望了多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)商業(yè)運作新模式和應(yīng)用場景。

[1] CRESSMAN R, GARAY J. Stability in N-species coevolutionary systems[J]. Theoretical Population Biology, 2003, 64(4): 519-533.

[2] 袁純清. 共生理論: 兼論小型經(jīng)濟[M]. 北京: 經(jīng)濟科學(xué)出版社, 1998.

YUAN C Y. Symbiosis theory: also on small economy [M]. Beijing: Economic Science Press, 1998.

[3] 鄔江興, 蘭巨龍, 程東年. 新型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2014.

WU J X, LAN J L, CHENG D N, et al. New network architecture[M]. Beijing: Posts and Telecom Press, 2014.

[4] 鄔江興, 胡宇翔. 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系與支撐環(huán)境分離的發(fā)展范式[J]. 信息通信技術(shù)與政策, 2021, 47(8): 1-11.

WU J X, HU Y X. The development paradigm of separation between network technical system and supporting environment[J]. Information and Communications Technology and Policy, 2021, 47(8): 1-11.

[5] 蘭巨龍, 程東年, 胡宇翔. 可重構(gòu)信息通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)體系研究[J]. 通信學(xué)報, 2014, 35(1): 128-139.

LAN J L, CHENG D N, HU Y X. Research on reconfigurable information communication basal network architecture[J]. Journal on Communications, 2014, 35(1): 128-139.

[6] KREUTZ D, RAMOS F M V, VERíSSIMO P E, et al. Software-defined networking: a comprehensive survey[J]. Proceedings of the IEEE, 2015, 103(1): 14-76.

[7] HAN B, GOPALAKRISHNAN V, JI L S, et al. Network function virtualization: challenges and opportunities for innovations[J]. IEEE Communications Magazine, 2015, 53(2): 90-97.

[8] 黃韜, 劉江, 霍如, 等. 未來網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)研究綜述[J]. 通信學(xué)報, 2014, 35(8): 184-197.

HUANG T, LIU J, HUO R, et al. Survey of research on future network architectures[J]. Journal on Communications, 2014, 35(8): 184-197.

[9] KUHN T S. The structure of scientific revolutions[M]. International Encyclopedia of Unified Science, University of Chicago Press, 1962.

[10] 呂平, 劉勤讓, 鄔江興, 等. 新一代軟件定義體系結(jié)構(gòu)[J]. 中國科學(xué): 信息科學(xué), 2018, 48(3): 315-328.

LV P, LIU Q R, WU J X, et al. New generation software-defined architecture[J]. Scientia Sinica (Informationis), 2018, 48(3): 315-328.

[11] ALAM T. Cloud computing and its role in the information technology[J]. IAIC Transactions on Sustainable Digital Innovation (ITSDI), 2020, 1(2): 108-115.

[12] BAHRAMI M. Cloud computing for emerging mobile cloud apps[C]//Proceedings of 2015 3rd IEEE International Conference on Mobile Cloud Computing, Services, and Engineering. Piscataway: IEEE Press, 2015: 4-5.

[13] SONDHI M M, BERKLEY D A. Silencing echoes on the telephone network[J]. Proceedings of the IEEE, 1980, 68(8): 948-963.

[14] DAI M. Research on networking technology of digital terrestrial television single frequency network[C]//Proceedings of 2020 International Wireless Communications and Mobile Computing (IWCMC). Piscataway: IEEE Press, 2020:525-529.

[15] ACAMPORA A S, NAGHSHINEH M. An architecture and methodology for mobile-executed handoff in cellular ATM networks[J]. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 1994, 12(8): 1365-1375.

[16] YUKSEL H, ALTUNAY ?. Host-to-host TCP/IP connection over serial ports using visible light communication[J]. Physical Communication, 2020, 43: 101222.

[17] 陳世清:中國經(jīng)濟學(xué)范式必然代替西方經(jīng)濟學(xué)范式[EB]. 2014.

CHEN S Q. The Chinese economic paradigm will inevitably replace the western economic paradigm [EB]. 2014

[18] WU J X. Thoughts on the development of novel network technology[J]. Science China Information Sciences, 2018, 61(10): 1-11.

[19] HU Y X, LI D, SUN P H, et al. Polymorphic smart network: an open, flexible and universal architecture for future heterogeneous networks[J]. IEEE Transactions on Network Science and Engineering, 2020, 7(4): 2515-2525.

[20] CUSUMANO M. Cloud computing and SaaS as new computing platforms[J]. Communications of the ACM, 2010, 53(4): 27-29.

[21] CHEN Y, PAXSON V, KATZ R H. What’s new about cloud computing security[R]. Report No. UCB/EECS-2010-5, University of California, Berkeley, 2010.

[22] SHORO S, RAJPER S, BALOCH B. Cloud computing secure-ty[J]. International Journal of Ambient Computing and Intelligence (IJACI), 2011, 3(4):52-66.

[23] ABEBE A T, KANG C G. MIMO-based reliable grant-free massive access with QoS differentiation for 5G and beyond[J]. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 2021, 39(3): 773-787.

[24] 李沛杰, 沈劍良, 苑紅曉, 等. 一種應(yīng)用于軟件定義互連系統(tǒng)的多協(xié)議SerDes電路[J]. 電子學(xué)報, 2021, 49(4): 817-823.

LI P J, SHEN J L, YUAN H X, et al. A multi-protocol SerDes circuit for the applications in software defined interconnection system[J]. Acta Electronica Sinica, 2021, 49(4): 817-823.

[25] 李軍飛, 胡宇翔, 伊鵬, 等. 面向2035的多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展路線圖[J]. 中國工程科學(xué), 2020, 22(3): 141-147.

LI J F, HU Y X, YI P, et al. Development roadmap of polymorphic intelligence network technology toward 2035[J]. Strategic Study of CAE, 2020, 22(3): 141-147.

[26] 胡宇翔, 伊鵬, 孫鵬浩, 等. 全維可定義的多模態(tài)智慧網(wǎng)絡(luò)體系研究[J]. 通信學(xué)報, 2019, 40(8): 1-12.

HU Y X, YI P, SUN P H, et al. Research on the full-dimensional defined polymorphic smart network[J]. Journal on Communications, 2019, 40(8): 1-12.

Revolution of the development paradigm of network technology system—network of networks

WU Jiangxing

PLA Strategic Support Force Information Engineering University, Zhengzhou 450002, China

Polyphyly and diversity are the first criterion of the development of the universe. At present, the development of network technology has not been divorced from the basic paradigm of self-evolution based on a single system or self-replacement, which has greatly restricted the innovation demand of the network technology system and related services characterized with “human-network-thing” as the object, the integration of computing, storage and transmission as the means, and multi-dimensional and multi-dimensional integrated new world. From the perspective of thinking and methodology, a multimodal network development paradigm that separates the network technology system from the supporting environment was proposed. Combined with the scenarios of cloud computing, the new modes and application scenarios of polymorphic network business operation were prospected.

network of networks, polymorphic intelligent network environment, new thinking perspective, new methodology, new practice norm, network modality, polymorphic network cloud computing platform, application prospect

The National Key Research and Development Program of China (No.2019YFB1802501)

TP393

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2022140

2022?05?06；

2022?06?11

國家重點研發(fā)計劃項目（No.2019YFB1802501）

鄔江興（1953? ），男，解放軍戰(zhàn)略支援部隊信息工程大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，中國工程院院士，國家數(shù)字交換系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心主任，長期從事計算技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全、通信網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)研究工作，曾獲國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎創(chuàng)新團隊獎1項、一等獎3項、二等獎4項，2018年以來出版中英文專著4種。