上海貝爾2016年信息通信網(wǎng)絡(luò )技術(shù)展望

　　序言

　　數字化生存已經(jīng)是當今社會(huì )的主要特征。互聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的變革不僅改變了我們的生活方式，更是深刻改變甚至顛覆了傳統行業(yè)。這一變革還遠沒(méi)有停止，隨著(zhù)萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代的到來(lái)，物理世界和數字世界的融合將構建一個(gè)全連接的數字化社會(huì )。信息通信網(wǎng)絡(luò )及其產(chǎn)業(yè)作為數字化的基石，正面臨重構的機遇與挑戰。“寬帶中國”、“互聯(lián)網(wǎng)+”以及“中國制造2025”等國家戰略的出臺，正是應對數字化生存所帶來(lái)挑戰的直接體現。

　　回顧2015，信息消費持續升溫，網(wǎng)絡(luò )建設穩步發(fā)展，LTE建設大潮未落，5G標準研究逐漸發(fā)力，云計算大數據熱度未減，SDN/NFV方興未艾，新業(yè)務(wù)新技術(shù)新需求層出不窮。鑒往知來(lái)，礎潤而雨，未來(lái)信息通信網(wǎng)絡(luò )將呈現以云網(wǎng)集成、“無(wú)限”體驗、軟件定義、增強智能、萬(wàn)物互聯(lián)、開(kāi)放創(chuàng )新、泛在安全以及暢行節能為特征的發(fā)展趨勢。

　　在未來(lái)網(wǎng)絡(luò )架構中，大量的網(wǎng)絡(luò )功能將在邊緣實(shí)現云化，因此網(wǎng)絡(luò )和業(yè)務(wù)資源的部署將轉向各種類(lèi)型的數據中心，而云技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的結合則構成了集成云網(wǎng)絡(luò )（CIN -- Cloud Integrated Network）。CIN支持網(wǎng)絡(luò )可編程、多租戶(hù)和彈性，并實(shí)現SDN、NFV和云平臺的無(wú)縫結合。低時(shí)延和高吞吐的業(yè)務(wù)必須靠近用戶(hù)，從而形成邊際云節點(diǎn)，并提供高帶寬連接。寬帶接入作為用戶(hù)獲取服務(wù)的手段，逐漸統一到“短無(wú)線(xiàn)”和“長(cháng)有線(xiàn)”的融合接入方式。“短無(wú)線(xiàn)”是指用戶(hù)終端的最終接入手段無(wú)線(xiàn)化，使得用戶(hù)的接入更加方便；“長(cháng)有線(xiàn)”是指有線(xiàn)寬帶接入盡可能地靠近用戶(hù)終端，保障用戶(hù)接入的高帶寬需求，從而提升用戶(hù)體驗，降低建網(wǎng)成本。此外，云計算和IoT技術(shù)的普及將在網(wǎng)絡(luò )中產(chǎn)生大量的數據，借助大數據技術(shù)增強網(wǎng)絡(luò )的智能，進(jìn)而加速業(yè)務(wù)的自動(dòng)化過(guò)程甚至促生新的通信業(yè)務(wù)。

　　未來(lái)網(wǎng)絡(luò )的邊緣節點(diǎn)將形成統一的分布式數據中心，運營(yíng)商采用SDN/NFV技術(shù)在網(wǎng)絡(luò )的邊緣實(shí)現各種各樣的網(wǎng)絡(luò )功能，比如vCPE、vCDN、vRAN和vBNG等，稱(chēng)為“軟邊緣”。在網(wǎng)絡(luò )的核心則充分利用硬件的高速轉發(fā)性能，實(shí)現簡(jiǎn)單、面向連接、大顆粒度的業(yè)務(wù)流高速轉發(fā)，稱(chēng)為“硬核心”。網(wǎng)絡(luò )操作系統提供集中化的控制平面，貫穿整個(gè)邊緣和核心網(wǎng)絡(luò )，為各種分布式業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò )和設備建立連接。通過(guò)對網(wǎng)絡(luò )切片，操作系統建立網(wǎng)絡(luò )的邏輯視圖，形成各種虛擬網(wǎng)絡(luò )，從而將網(wǎng)絡(luò )真正地抽象出來(lái)。

　　未來(lái)的接入網(wǎng)絡(luò )不僅需要以經(jīng)濟成本提供用戶(hù)所需的更大業(yè)務(wù)帶寬，滿(mǎn)足千倍流量增長(cháng)的需求，而且還需要滿(mǎn)足百倍于人人通信數量級的物物連接數，以及人人、人物及物物無(wú)所不在的連接需求。在云網(wǎng)集成的大背景下，未來(lái)的接入網(wǎng)絡(luò )將體現前所未有的融合趨勢，呈現出“長(cháng)有線(xiàn)、短無(wú)線(xiàn)”的發(fā)展特點(diǎn)，即使在資源受限的情況下，也能為用戶(hù)提供隨時(shí)隨地的“無(wú)限”接入體驗，滿(mǎn)足帶寬、連接數的極大需求。

　　隨著(zhù)4K極清視頻、多媒體社交網(wǎng)絡(luò )分享以及個(gè)人云應用等新型業(yè)務(wù)的不斷豐富，個(gè)人用戶(hù)對于帶寬的需求呈現出爆炸式增長(cháng)，對稱(chēng)的百兆乃至千兆入戶(hù)在全球范圍內也將更為普遍。對稱(chēng)10G PON結合FTTH正成為寬帶網(wǎng)絡(luò )的戰略投入領(lǐng)域，其中XGS PON光模塊可以與10G EPON共享相同的產(chǎn)業(yè)鏈， 能夠以經(jīng)濟的成本實(shí)現10Gbps對稱(chēng)帶寬；同時(shí)，基于G.989協(xié)議，確保向支持40Gbps帶寬的TWDM PON（NGPON2）平滑演進(jìn)。PON的應用不斷拓展到更多領(lǐng)域，利用PON可經(jīng)濟高效地為L(cháng)TE乃至5G無(wú)線(xiàn)小型基站提供回傳或前傳，通過(guò)“補盲補熱”，大幅提升移動(dòng)用戶(hù)體驗，逐步演進(jìn)到固移融合。此外，POL無(wú)源光局域網(wǎng)將“光進(jìn)銅退”推進(jìn)到企業(yè)局域網(wǎng)，大幅降低機房空間、設備能耗和總投資成本，是企業(yè)新建和改造辦公網(wǎng)絡(luò )的重要選擇，成為PON 未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域。

　　未來(lái)移動(dòng)通信將主要支持移動(dòng)寬帶和IoT兩大類(lèi)業(yè)務(wù)，在無(wú)線(xiàn)接入方面存在顛覆和演進(jìn)兩條技術(shù)路線(xiàn)，共同構成未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò )。5G顛覆性技術(shù)包括多載波技術(shù)UF-OFDM、超窄帶通信、大規模MIMO系統、超密集組網(wǎng)、毫米波通信、5G與LTE及WiFi的集成等；向5G演進(jìn)的LAA、FD-MIMO/BF、NB-IoT等LTE-A Pro技術(shù)，將滿(mǎn)足未來(lái)IoT與移動(dòng)寬帶的部分需求。在網(wǎng)絡(luò )架構方面，借助于云計算、SDN、NFV及網(wǎng)絡(luò )虛擬化等技術(shù)，5G將創(chuàng )建以用戶(hù)和業(yè)務(wù)為中心、服務(wù)虛擬化與定制化的網(wǎng)絡(luò )切片，動(dòng)態(tài)適配流量拓撲與連接數，全面滿(mǎn)足移動(dòng)寬帶與IoT等多元化業(yè)務(wù)需求。

　　基于固定帶寬的靜態(tài)網(wǎng)絡(luò )難以應對動(dòng)態(tài)變化的數據流量和帶寬調整的需求，因此，建立軟件定義的智能連接，將是承載網(wǎng)發(fā)展的重要方向。軟件定義的智能連接除需具備更高速率、更低時(shí)延、按需帶寬分配等特征外，還將引入SDN控制層實(shí)現全網(wǎng)狀態(tài)下的自動(dòng)彈性調整。IP和光傳輸作為連接的主要元素，與光/電物理技術(shù)的發(fā)展緊密相連。為此，為提升網(wǎng)絡(luò )效率，除了優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )結構、增加網(wǎng)絡(luò )智能外，還需采用新型材料和芯片技術(shù)，以實(shí)現智能連接，滿(mǎn)足云/數據中心間的長(cháng)距離連接、5G移動(dòng)前傳網(wǎng)絡(luò )和數據中心內的短距離連接等需求。

　　SDN是承載網(wǎng)實(shí)現軟件定義連接的重要手段，可以實(shí)現IP與光網(wǎng)絡(luò )在控制、管理和數據三個(gè)平面的融合， 并做到IP層與光層的網(wǎng)絡(luò )拓撲共享、網(wǎng)絡(luò )資源統一管理、網(wǎng)絡(luò )連接協(xié)同配置。其次，實(shí)施IP/光網(wǎng)絡(luò )連接的按需精準化動(dòng)態(tài)調整，為上層業(yè)務(wù)提供虛擬動(dòng)態(tài)切片網(wǎng)絡(luò )和連接。同時(shí)，運營(yíng)商通過(guò)提升IP網(wǎng)絡(luò )接口和光傳輸路徑帶寬，減少網(wǎng)絡(luò )層次，并由集中化的控制單元計算最優(yōu)的路徑，為用戶(hù)提供低延時(shí)的網(wǎng)絡(luò )連接，滿(mǎn)足時(shí)間敏感性業(yè)務(wù)的需求。

　　此外，在光電技術(shù)上，采用新型的BiCMOS電路設計、鍺硅材料、硅光集成技術(shù)等，以減小器件尺寸、提高時(shí)鐘頻率、改善光路性能，提供200/400/500G的靈活可調高速光連接和T比特級的光系統，及路由器單端口400G的接口能力。在IP業(yè)務(wù)上，軟件定義的VPN實(shí)現了企業(yè)VPN的快速靈活部署，緊密整合企業(yè)VPN和DC資源；引入策略驅動(dòng)的修改和自動(dòng)化，使分散的用戶(hù)端可根據應用需求自助服務(wù)。

　　網(wǎng)絡(luò )是萬(wàn)物互聯(lián)之根本，“中國制造2025”、“互聯(lián)網(wǎng)+”等國家戰略的實(shí)施，都將以網(wǎng)絡(luò )為基礎設施和創(chuàng )新要素，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉型。為順應需求，首先，網(wǎng)絡(luò )必須具備高可靠的通信能力；其次，物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )連接類(lèi)型豐富多樣，含近程網(wǎng)絡(luò )、接入網(wǎng)絡(luò )以及業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò )等，需要通信網(wǎng)絡(luò )具備異構網(wǎng)絡(luò )間的無(wú)縫信息交換能力；最后，需要端到端的安全機制保障企業(yè)資產(chǎn)及業(yè)務(wù)安全。

　　云網(wǎng)集成的未來(lái)網(wǎng)絡(luò )結合了SDN、NFV和云計算技術(shù)，為萬(wàn)物互聯(lián)提供了堅實(shí)的網(wǎng)絡(luò )基礎。第一、邊際云同時(shí)支持低網(wǎng)絡(luò )時(shí)延和高帶寬，確保云輔助駕駛、增強現實(shí)等業(yè)務(wù)的實(shí)施；第二、針對物聯(lián)網(wǎng)海量終端信令開(kāi)銷(xiāo)大的難點(diǎn)，利用網(wǎng)絡(luò )虛擬化中的切片功能，為物聯(lián)網(wǎng)應用提供虛擬專(zhuān)屬網(wǎng)絡(luò )，并優(yōu)化其信令設計；第三、邊際云提供的高性能處理能力，為大量低功耗、低處理能力的IoT終端完善了其業(yè)務(wù)功能；第四、集成云網(wǎng)絡(luò )提供高效和可信環(huán)境，全面保障物聯(lián)網(wǎng)數據的生產(chǎn)、交換和使用的安全。隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)應用的不斷豐富和普及，集成云網(wǎng)絡(luò )的重要性將日益凸顯。

　　云網(wǎng)集成的未來(lái)網(wǎng)絡(luò )，為運營(yíng)商打造開(kāi)放創(chuàng )新業(yè)務(wù)平臺提供廣闊發(fā)展空間。敏捷創(chuàng )建、自動(dòng)部署、按需提供、精益運維將是業(yè)務(wù)平臺的發(fā)展趨勢。未來(lái)業(yè)務(wù)平臺將以構建端到端網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)為中心，更加關(guān)注業(yè)務(wù)編排、網(wǎng)絡(luò )資源的統一調度和NFVI的管理。為此，需要將物理及虛擬的網(wǎng)絡(luò )資源統一抽象，根據業(yè)務(wù)需求，構建新型的網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)模型，對網(wǎng)絡(luò )資源數據進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，以實(shí)現網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)鏈的自動(dòng)高效鏈接；通過(guò)實(shí)時(shí)分析業(yè)務(wù)狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò )運行監控、故障分析和恢復等措施，完成業(yè)務(wù)實(shí)現和業(yè)務(wù)保障的動(dòng)態(tài)管理；基于OpenStack、TOSCA、USDL等技術(shù)，NETCONF/YANG等開(kāi)放協(xié)議接口以及DevOps、開(kāi)源軟件等創(chuàng )新模式，實(shí)現開(kāi)放的業(yè)務(wù)平臺。

　　開(kāi)放的平臺提供多樣化的業(yè)務(wù)創(chuàng )新能力，更好地支持物聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應用、支撐運營(yíng)商探索新型B2B業(yè)務(wù)。例如按時(shí)按需帶寬、增強網(wǎng)絡(luò )切片用戶(hù)控制、實(shí)時(shí)上下文相關(guān)的服務(wù)質(zhì)量?jì)?yōu)化、跨運營(yíng)商動(dòng)態(tài)虛擬網(wǎng)絡(luò )等動(dòng)態(tài)使能業(yè)務(wù)；企業(yè)接入（SD-VPN、vCPE），IaaS（計算、存儲、桌面），安全服務(wù)（例如防火墻、入侵檢測、入侵防護、內容過(guò)濾和端點(diǎn)安全）等網(wǎng)絡(luò )擴展業(yè)務(wù)；情境感知、大數據處理及分析和增強智能等網(wǎng)絡(luò )智能業(yè)務(wù)。

　　“中國制造2025”、“互聯(lián)網(wǎng)+”等一系列戰略的順利實(shí)施，互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)多樣化業(yè)務(wù)的健康發(fā)展，需要全方位的信息安全保障。采用系統性的安全方法，將傳統的安全功能進(jìn)行重構，借助于全網(wǎng)的拓撲結構，結合自學(xué)習自動(dòng)防護安全管理功能，將重構后的安全功能推送給對安全有需求的網(wǎng)絡(luò )和應用，使其能根據自身運行環(huán)境定制安全功能，實(shí)現動(dòng)態(tài)的安全服務(wù)。

　　NFV增強了安全的靈活性和擴展性，SDN的集中控制則促進(jìn)了對網(wǎng)絡(luò )攻擊進(jìn)行自動(dòng)地快速響應。借助于NFV和SDN的技術(shù)優(yōu)勢，將傳統的安全功能如基于端點(diǎn)、邊界、網(wǎng)絡(luò )的安全進(jìn)行虛擬化，結合新增加的安全功能如安全分析、安全攻擊自動(dòng)化管理等，構建一個(gè)網(wǎng)絡(luò )安全能力中心；網(wǎng)絡(luò )和應用通過(guò)SDN控制器在調用網(wǎng)絡(luò )資源的同時(shí)，根據具體安全需求向網(wǎng)絡(luò )安全能力中心請求相應的安全服務(wù)能力，SDN控制器根據相應的安全需求和安全策略將安全服務(wù)能力推送給網(wǎng)絡(luò )和應用進(jìn)行安全服務(wù)，網(wǎng)絡(luò )和應用運行結束時(shí)，其所請求的安全服務(wù)能力也會(huì )終止，從而實(shí)現按需供給的動(dòng)態(tài)安全服務(wù)。

　　此外，量子密碼技術(shù)將是未來(lái)通信網(wǎng)絡(luò )安全保障的重要補充。由于傳統的基于大數分解的加密算法如RSA面臨云計算時(shí)代超高計算能力帶來(lái)的威脅，而量子技術(shù)的測不準原理能防止秘密信息的泄露，從而有效地提高網(wǎng)絡(luò )安全可靠性。

　　當前網(wǎng)絡(luò )和數據中心消耗了全球約4%的電力，是影響碳排放的重要因素。不斷增強的終端能力，不斷增長(cháng)的帶寬需求，以及物聯(lián)網(wǎng)的日漸興起，帶來(lái)了千倍流量增長(cháng)的難題。按現有的建網(wǎng)方式，能量消耗將隨流量的增長(cháng)而線(xiàn)性增長(cháng)，這不論是從可持續發(fā)展的生態(tài)角度、環(huán)保立法力度不斷加大的法制角度、還是從運營(yíng)商的投資角度來(lái)說(shuō)，都是無(wú)法接受的。

　　根據GreenTouchTM的研究成果，綠色節能的通信技術(shù)趨勢，主要有針對移動(dòng)接入網(wǎng)的BCG2（Beyond Cellular Green Generation）、LSAS（Large Scale Antenna System）、GTT（Green Transmission Technologies）等，針對固定接入網(wǎng)的Bi-PON、虛擬家庭網(wǎng)關(guān)、重設計P2P光收發(fā)器等，針對核心骨干網(wǎng)的能源感知的智能保護、光旁路、網(wǎng)絡(luò )拓撲優(yōu)化、邊際云等。貝爾實(shí)驗室的研究顯示，在考慮了2020年的業(yè)務(wù)流量巨大增長(cháng)情況下，綜合技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )架構、器件、算法和協(xié)議等節能手段，在移動(dòng)接入網(wǎng)、固定接入網(wǎng)和核心骨干網(wǎng)上的能效比2010年分別提升10000倍、254倍和316倍，從而使得2020年端到端通信網(wǎng)絡(luò )的凈能耗將只是2010年的1/50。這表明，采用綠色通信技術(shù)，不僅能滿(mǎn)足未來(lái)網(wǎng)絡(luò )流量千倍增長(cháng)的需求，提供給用戶(hù)無(wú)限暢行的體驗，同時(shí)還可實(shí)現增效節能，減少投資。

　　網(wǎng)絡(luò )作為數字化生存的基礎，其可持續發(fā)展是永恒的話(huà)題。面對日益嚴峻的量收“剪刀差”困局，運營(yíng)商只有借助互聯(lián)網(wǎng)思維和ICT技術(shù)來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )重構、運營(yíng)重構和產(chǎn)業(yè)鏈重構，才能實(shí)現突破。作為信息傳送主體的網(wǎng)絡(luò )，將和信息處理的主體數據中心實(shí)現緊密集成，在SDN/NFV、云技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )虛擬化技術(shù)的支撐下，未來(lái)網(wǎng)絡(luò )的總體目標將是一個(gè)簡(jiǎn)單、開(kāi)放、安全、可編程的網(wǎng)絡(luò )架構。網(wǎng)絡(luò )的物理實(shí)現，將圍繞電信數據中心展開(kāi)，逐步實(shí)現網(wǎng)絡(luò )功能、業(yè)務(wù)和應用的軟件化和虛擬化，并借助云技術(shù)實(shí)現彈性、動(dòng)態(tài)和自動(dòng)化。網(wǎng)絡(luò )虛擬化為業(yè)務(wù)多樣性和運營(yíng)模式多樣性、為網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)從B2C為主的模式逐漸轉變到B2B模式提供技術(shù)支撐。