華為董事、戰略研究院院長(cháng)徐文偉發(fā)表主題演講
以下為演講全文
01從世界構成的三要素理解未來(lái)的挑戰與方向
物質(zhì)、能量、信息是世界構成的三要素，這也是我們把握未來(lái)挑戰和方向的出發(fā)點(diǎn)。下一個(gè)十年，聯(lián)接數量將達到千億級，寬帶速度每人將達到10Gbps，算力實(shí)現100倍提升、存儲能力實(shí)現100倍提升，可再生能源的使用將超過(guò)50%。圍繞信息和能量的產(chǎn)生、傳送、處理和使用，技術(shù)需要不斷演進(jìn)。
02產(chǎn)業(yè)互聯(lián)中的智能機器聯(lián)接：千億節點(diǎn)，萬(wàn)億市場(chǎng)
近十幾年以來(lái)，消費互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，極大地豐富了人們的溝通和生活，當前按照人口計算的互聯(lián)網(wǎng)普及率已經(jīng)達到70%。展望未來(lái)，隨著(zhù)5G2B能力的提升、IPv6協(xié)議的規模部署，智能機器的聯(lián)接數量將迎來(lái)爆炸式的增長(cháng)。根據ARM的預測報告，預計2035年全球機器聯(lián)接累計數量達到10000億。
消費互聯(lián)網(wǎng)主要面向人提供聯(lián)接，而人的感官反應速度是有限的，對于網(wǎng)絡(luò )質(zhì)量波動(dòng)帶來(lái)的體驗波動(dòng)，人的容忍度較高。比如，消費者可以接受200ms以?xún)鹊碾娨曨l道切換速度，不容易覺(jué)察200ms以?xún)鹊脑?huà)音通信中斷。以機器為主的產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，要求低時(shí)延、低抖動(dòng)的確定性承載。AGV自動(dòng)導向車(chē)要求工業(yè)網(wǎng)絡(luò )時(shí)延小于50ms，抖動(dòng)小于10ms，鋼鐵行業(yè)某些工業(yè)控制場(chǎng)景要求工業(yè)網(wǎng)絡(luò )時(shí)延小于4ms，抖動(dòng)小于50us。
03現場(chǎng)少人化、無(wú)人化是趨勢，遠程集中控制的生產(chǎn)模式需要確定性廣域網(wǎng)
我們看到，企業(yè)生產(chǎn)系統正在走向現場(chǎng)少人化、無(wú)人化，實(shí)現降本增效、安全生產(chǎn)，這是必然的趨勢。工業(yè)控制系統加速走向遠程集中控制模式，讓操作人員可以在更安全、更舒適的集中控制室完成生產(chǎn)任務(wù)，也讓大型企業(yè)得以在更大范圍內實(shí)現總部、多基地之間的生產(chǎn)要素調度和優(yōu)化。
為此，工業(yè)控制系統需要走向廣域化，工業(yè)網(wǎng)絡(luò )需要同時(shí)保證確定性和大網(wǎng)可擴展性。其中的核心技術(shù)挑戰就是，降低確定性網(wǎng)絡(luò )調度算法的存儲和計算復雜度，使之在大規模網(wǎng)絡(luò )中可以部署。
04面向產(chǎn)業(yè)互聯(lián)，提升IP網(wǎng)絡(luò )的確定性、安全性、靈活性
今天，網(wǎng)絡(luò )支撐的主體是百億級的消費互聯(lián)，2030年，網(wǎng)絡(luò )支撐的主體是萬(wàn)億級的產(chǎn)業(yè)互聯(lián)，網(wǎng)絡(luò )協(xié)議面臨三個(gè)考驗。
第一是確定性。需要確定性時(shí)延保障能力，通過(guò)“網(wǎng)絡(luò )演算新理論和協(xié)議”，將當前盡力而為的網(wǎng)絡(luò )時(shí)延，變?yōu)榭商崆坝嬎愕拇_定時(shí)延。
第二是安全性。萬(wàn)物互聯(lián)的場(chǎng)景下，安全防御體系提出嚴峻挑戰。無(wú)人機、攝像機、邊緣計算、傳感器等大量外掛設備，引入了新的不安全因素，必須構建端到端的內生安全框架和協(xié)議。
第三是靈活性。千行百業(yè)的需求是多樣的，有的需要IP地址長(cháng)一點(diǎn)，有的需要短一點(diǎn)，必須將固定長(cháng)度的IP地址，擴展為可靈活定義語(yǔ)義、語(yǔ)法的新IP協(xié)議。
而確定性廣域網(wǎng)的建模、優(yōu)化，涉及網(wǎng)絡(luò )級的排隊論，較為復雜，我們希望借助數學(xué)工具和系統工程方法，來(lái)提供一些幫助。
05用網(wǎng)絡(luò )演算理論，為網(wǎng)絡(luò )確定性進(jìn)行建模和定量分析
網(wǎng)絡(luò )演算理論是網(wǎng)絡(luò )建模和時(shí)延分析的重要數學(xué)工具，它通過(guò)描述流量到達和節點(diǎn)服務(wù)的包絡(luò )曲線(xiàn)，基于最小加代數，計算端到端的確定性時(shí)延上限。UCLA大學(xué)Cruz教授在1991年的論文中發(fā)明了網(wǎng)絡(luò )演算，后由瑞士科學(xué)家Boudec進(jìn)一步整理、完善。
最小加代數（Min-Plus Algebra）是用于數字電路、通信網(wǎng)絡(luò )以及制造工業(yè)等離散事件系統（ Discrete Event Systems）建模的一種數學(xué)工具。
基于網(wǎng)絡(luò )演算理論，由于IP網(wǎng)絡(luò )存在復用，流間會(huì )相互碰撞。所以一個(gè)流經(jīng)過(guò)一個(gè)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)后，突發(fā)度會(huì )增長(cháng)，時(shí)延和抖動(dòng)都會(huì )增長(cháng)。而傳統IP的聚合調度，流間穿插碰撞、甚至循環(huán)阻塞，導致突發(fā)度和時(shí)延上限，隨著(zhù)跳數滾雪球式開(kāi)放增長(cháng)，即便網(wǎng)絡(luò )輕載時(shí)也會(huì )出現時(shí)延很大的情況。
06通過(guò)系統工程方法進(jìn)一步優(yōu)化，解決大規模廣域網(wǎng)的確定性
為了解決IP網(wǎng)絡(luò )的時(shí)延不確定問(wèn)題，幾十年了業(yè)界做了大量研究，也提出了很多具有確定性保障的技術(shù)。但這些技術(shù)基本都依賴(lài)于在網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)中維護流狀態(tài)、或者調度復雜度很高，所以擴展性不好，沒(méi)有辦法應用在大規模網(wǎng)絡(luò )中。
為了同時(shí)解決確定性與可擴展性，我們采用系統工程的方法，采用周期聚合調度，將狀態(tài)維護在邊緣節點(diǎn)、并攜帶在報文中，避免核心節點(diǎn)的狀態(tài)爆炸。核心節點(diǎn)僅需維護4個(gè)聚合周期隊列、調度復雜度為O（1），同時(shí)實(shí)現了計算和存儲的可擴展性。
07優(yōu)化效果：E2E時(shí)延與跳數的線(xiàn)性關(guān)系，時(shí)延抖動(dòng)與跳數無(wú)關(guān)
從理論分析來(lái)看，相比于傳統IP的時(shí)延隨跳數超線(xiàn)性增長(cháng)，我們的確定性廣域網(wǎng)技術(shù)（DIP），其端到端時(shí)延上限與跳數呈線(xiàn)性關(guān)系，并且端到端抖動(dòng)是常數，與跳數無(wú)關(guān)。工程上，我們已經(jīng)具備能力，達到單跳十微秒級的時(shí)延上限，端到端±10us的抖動(dòng)上限。
08基于CENI試驗網(wǎng)絡(luò )環(huán)境，完成了確定性廣域網(wǎng)技術(shù)試驗
基于網(wǎng)絡(luò )演算理論，業(yè)界在確定性廣域網(wǎng)技術(shù)取得了一定的突破。
2020年6月，華為與紫金山實(shí)驗室等合作，在CENI網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行了確定性廣域網(wǎng)技術(shù)試驗，跨3000公里、13跳設備的網(wǎng)絡(luò )中，把時(shí)延抖動(dòng)控制在100μs以?xún)取６磫⒂么_定性廣域網(wǎng)技術(shù)的傳統IP流量，時(shí)延抖動(dòng)達到了2.8ms。需要注意的是，是時(shí)延抖動(dòng)控制在100μs以?xún)取６鴷r(shí)延與距離相關(guān)，無(wú)法縮小。
背景干擾流持續增加時(shí)，確定性廣域網(wǎng)時(shí)延抖動(dòng)保持恒定，而傳統IP流量的時(shí)延抖動(dòng)隨背景流增加而增長(cháng)。
09基于確定性廣域網(wǎng)技術(shù)，完成全球首個(gè)廣域云化PLC場(chǎng)景化技術(shù)試驗
在過(guò)去的一年，我們進(jìn)一步開(kāi)展了產(chǎn)學(xué)研用合作創(chuàng )新，將確定性廣域網(wǎng)技術(shù)運用到工業(yè)網(wǎng)絡(luò )場(chǎng)景中，聯(lián)合紫金山實(shí)驗室、上海交大、寶信軟件開(kāi)展了廣域云化PLC合作，完成了全球首個(gè)廣域云化PLC場(chǎng)景化技術(shù)試驗。
試驗中，云化PLC部署在上海，采用IP協(xié)議、經(jīng)CENI的確定性廣域網(wǎng)聯(lián)接、在600公里之外控制部署在南京的執行端，在重度背景流量沖擊下，廣域云化PLC系統正常穩定運行。試驗中，網(wǎng)絡(luò )時(shí)延小于4ms，時(shí)延抖動(dòng)小于20us。
值得一提的是，這次試驗采用了鯤鵬CPU、歐拉操作系統、以及上海交大提供的基于IEC 61499標準的PLC集成開(kāi)發(fā)環(huán)境和運行環(huán)境，基于通用計算和標準IP協(xié)議，構筑了工控邊緣計算節點(diǎn)，實(shí)現了全棧國產(chǎn)化系統的雛形。我相信，在向下一代工控架構升級的過(guò)程中，國內高校、研究機構還將發(fā)揮更大的作用，徹底解決工控系統七國八制的問(wèn)題。
10確定性廣域網(wǎng)在有限域豐富了IP技術(shù)能力集，加速工業(yè)網(wǎng)絡(luò )IP化
確定性廣域網(wǎng)是有限域內網(wǎng)絡(luò )演算和系統工程優(yōu)化的成果，面向特定的工業(yè)場(chǎng)景，豐富了IP技術(shù)能力集，使之可以服務(wù)更多的工業(yè)網(wǎng)絡(luò )場(chǎng)景。確定性廣域網(wǎng)等新的技術(shù)能力，和IPv6、5G2B等相結合，將加速工業(yè)網(wǎng)絡(luò )IP化，進(jìn)一步擴大消費+產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)范圍。我們可以參考5G的做法，面向不同的場(chǎng)景，提供eMBB、uRLLC等不同的能力集合。
消費互聯(lián)網(wǎng)和產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的需求不盡相同，我們也可以不斷地豐富IP技術(shù)能力集，使消費+產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基于通用能力集實(shí)現互聯(lián)互通，同時(shí)在有限域內基于增強能力集來(lái)服務(wù)更多的場(chǎng)景，不斷擴大互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)范圍。
11探索端到端系統的確定性：從確定性的網(wǎng)絡(luò )到確定性的系統
在確定性廣域網(wǎng)的研究基礎之上，現在，我們也在探索完整的端到端確定性系統。比如，確定性的5G空口、確定性的WiFi、確定性且極致低時(shí)延的工業(yè)現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )、以及確定性的主機協(xié)議棧等技術(shù)，這些研究中需要應用到隨機網(wǎng)絡(luò )演算、鞅論等數學(xué)理論，也要用到系統工程優(yōu)化的方法，利用最少的網(wǎng)絡(luò )資源，確定性或概率性的滿(mǎn)足業(yè)務(wù)的時(shí)延。又如，面向關(guān)鍵應用類(lèi)場(chǎng)景，探索E2E的確定性系統，不只是確定性網(wǎng)絡(luò )，也包括確定性的計算、操作系統、芯片、云服務(wù)。
12數學(xué)與系統工程方法，還可以發(fā)揮更多作用
數學(xué)工具和系統工程方法，在未來(lái)網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展中還可以發(fā)揮更多的作用。
如網(wǎng)絡(luò )級的MBB體驗優(yōu)化，可以借助“網(wǎng)絡(luò )級香農容量模型”，來(lái)實(shí)現網(wǎng)絡(luò )能效最優(yōu)、用戶(hù)體驗最優(yōu)。用這個(gè)方法，華為協(xié)助瑞士Sunrise，在頻譜、站點(diǎn)數劣勢的情況下，5G網(wǎng)絡(luò )排名第一，體驗是第二名的1.5倍以上。
又比如，在基站的散熱系統能耗優(yōu)化中，通過(guò)系統調度優(yōu)化，理論分析預計，可以降低空調能耗30%，降低站點(diǎn)運行成本10%。下一步，我們還要在實(shí)際環(huán)境中，驗證實(shí)際的效果。
還有，在數據中心的算效比優(yōu)化方面，通過(guò)優(yōu)化數據中心網(wǎng)絡(luò )，針對特定的計算場(chǎng)景，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )零丟包，減少數據重傳帶來(lái)的CPU空耗，可以顯著(zhù)優(yōu)化算效比。這里面也會(huì )涉及到圖論等數學(xué)方法，以及系統工程優(yōu)化方法。
13面向未來(lái)開(kāi)展前瞻性合作，加速產(chǎn)學(xué)研用的進(jìn)程
人類(lèi)發(fā)展的需求以及解決所面臨的問(wèn)題，需要匯集全人類(lèi)的智慧和創(chuàng )新能力，必須以開(kāi)放包容、協(xié)同創(chuàng )新的機制，跨越挑戰。工業(yè)界必須與高校和科研機構緊密合作，用工業(yè)界的挑戰和世界級難題牽引科學(xué)研究方向。
面向未來(lái)不確定性的創(chuàng )新，我們從三個(gè)層面來(lái)開(kāi)展前瞻性合作，加速產(chǎn)學(xué)研用的進(jìn)程。
第一個(gè)層面，面向基礎科學(xué)研究的合作，通過(guò)人才Funding戰略合作、Gift Funding等舉措，支持全球優(yōu)秀人才，聚焦ICT基礎技術(shù)領(lǐng)域研究方向，推動(dòng)基礎理論突破。
第二個(gè)層面，是面向基礎技術(shù)研究的合作，通過(guò)聯(lián)合實(shí)驗室、創(chuàng )新實(shí)驗室、校級框架協(xié)議等舉措，以5到10年為周期，以每年百萬(wàn)美元的規模為基線(xiàn)，聯(lián)合世界級研究人才，構建世界頂級先進(jìn)技術(shù)實(shí)驗室，開(kāi)展ICT領(lǐng)域前沿研究，創(chuàng )造與發(fā)明重大新技術(shù)。
第三個(gè)層面，是面向項目技術(shù)創(chuàng )新的合作，我們發(fā)起了HIRP OPEN、Fellow試錯、顧問(wèn)委員會(huì )等項目，把高校科研優(yōu)勢與企業(yè)問(wèn)題場(chǎng)景結合起來(lái)，多路徑探索，深度合作突破關(guān)鍵技術(shù)。
我們希望，基于學(xué)術(shù)界的理論研究突破，開(kāi)展技術(shù)的研究創(chuàng )新，打造出更加滿(mǎn)足用戶(hù)需求的產(chǎn)品和方案；而用戶(hù)不斷發(fā)展的需求和未來(lái)場(chǎng)景，也會(huì )促進(jìn)我們更加關(guān)注理論突破，合作研究開(kāi)發(fā)新的產(chǎn)品，從而形成產(chǎn)學(xué)研用的良好循環(huán)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展，促進(jìn)社會(huì )進(jìn)步，真正實(shí)現我們的愿景，把數字世界帶入每個(gè)人、每個(gè)家庭、每個(gè)組織，構建萬(wàn)物互聯(lián)的世界。
