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张宏科 Architecture and Technology for the Future Internet

发表日期:2015年12月11日      共浏览 686 次      编辑:


这个幻灯片是在最近不到20天内,应该说是我们973自然国家科学重点经过多年研究成果的积累,实际上是为前几周我在澳大利亚悉尼有一个国际的会议,邀请做一个特邀报告,专门是针对SDN、NDN方面的一个国际性的会议,这个会议有二三十年的举办,我专门为那个会议准备的。但是准备的效果来看,比我预期的好得多,因为大家都知道,这个东西应该说我原来不喜欢把我们的成果尽早的宣传出去,我们一期973在07年在国内做报告,因为它有很好的产业链和自主知识产权效应,我们二期973比较系统的交流,除了我的课题以外,在国内是第三次和大家交流。这个成果之所以现在可以交流,也是我们的成果已经产业推进,可以说我们的专利已经转让,而且我们的书、论文已经出版,所以可以和大家交流。我是把未来这个网络领域,大家比较热门的技术,SDN、NDN和我们自己的,我一期973就是标志网络,二期973是做智慧标志的协同网络,我很有自信心,我不说我们这个怎么样,大家的学术研究中,拿了这个东西来思考它的问题和它的发展趋势,还是蛮合适的。

下面我来不及把它翻译成中文,但是我可以表达清楚。

我们回顾一下现有的互联网,随着用户和应用规模的扩大,现有网络受到了多种挑战,移动性,安全性,可扩大性,效率,能量,以及用户感受,这些重大问题。这些问题我们通过研究发现,这些问题是互联网原始设计造成的,不同领域的人对它的重要性的看法是不一样的。比如在国家,对国防看的是最重要的。对一些移动性的,对于我们运营商来说,把金融看的比较重,还有可扩展性的问题,我们发现这些问题是互联网原始设计造成的这些问题。这些问题修修补补也比较难以解决,这些问题也是我近60岁的人,在这方面从事了多年的工作,973就做了多年的研究,这个安全性,针对移动性,针对效率我都研究过,我发现这些问题,大把的设计中必须中和有效的解决才能用,单个问题的解决,只能是针对性的这些特殊行业和特殊范围内可以用,对大网来说比较困难。

这些问题也就是我们普通老百姓大部分感兴趣的问题。真正的本质问题是什么呢?通过下面这几张幻灯片来说。本质的问题,我们专业上叫根本原因,上面是大家感觉的。本质原因,互联网的原始设计有这么三重绑定造成的,首先是用户和网络的捆绑,互联网的用户和网络捆绑在一起的,IP地址代表网络信息,捆绑在一起,就造成了一些移动性差,或者是安全性差,移动性差,假设一个用户从一个端到另一个端,现在的互联网体系一定是中断了以后再连接,它的原理上就这样。你说现有互联网支持移动性,客观上就比较困难。

目前一些国内外研究的解决措施,我们十几年前的就是标志网络也是解决这些问题,还有些地址的欺骗,现有网络地址的欺骗性都可以做到。这是现有网络天生的缺点,任何一个用户很容易做这种欺骗,攻击。简单地说,我往某个地方发个信息,我把地址换一下就可以了。这些机理造成了由于用户和网络绑定造成的安全性,移动性差。

现在互联网有问题,还有一个资源位置绑定,就是服务器上往往是资源。现有网络工作原理就是三步骤,用户先到域名那里解析一下,显然这种资源与位置绑定,服务器上是资源,与位置绑定以后,造成了资源不能就近获取服务。比如说南京的用户应该在南京的网站上有这个数据,就近获取,北京的客户就近获取,这就是网络传统的设计思路上不太科学。

目前的一些解决方案,比较热的一些技术,像ICN、CCN都是这样的,面向内容,面向服务,面向应用的设计思路,就近获取思路,减轻网络负担,提高用户的感受。为了解决这些问题,这是这种设计思路。我们的一期973也专做这个。

现有互联网的控制与数据绑定。我们希望现在的网络是怎么样的网络?就是现在这种网络让它工作,或者让它休息很难做到,原因是它的控制数据绑定,大的互联网让它工作,让它休息,比如说白天工作,晚上休息,我让它怎么样工作就工作,我让它怎么样休息就怎么样休息,这个效率是很高的,但是现在网络做不到。国外的数据统计30%的使用量。它的效率特别低,为什么现在喜欢搞SDN,本质上就是提高效率。网络很难做到休息工作,或者听话的工作,或者听话的休息。现在的解决办法,像比较典型的SDN、NFV,就是控制数据把它分离,让网络的管控能力增加,提高我们的效率。做了那么多人搞,本质上是解决什么问题?搞了这么长时间,它有什么优势,有什么缺点,有什么挑战,这个原理很容易理解这些东西。

通过NDN可以看到,这是未来的主要技术,这个不是它不好,我们科学研究,要研究它的利和弊,才有我们今后工作的目的和方向。我说的SDN、NDN,我是最怕引起什么?我们科学研究人就是要体会它,NDN面向内容,面向数据,面向服务,面向应用的设计思路,为什么要研究这些东西呢?它的本质是什么东西呢?它是一种面向内容,面向服务的设计方法,它肯定是改善了用户的体验,就近获取服务,不到网上转悠,用户的感觉也是好的,但是这种面向内容,面向服务的设计思路,移动性问题,可扩展性问题,大规模问题都有挑战,我的工作体会这么多年是有这些体会的。我们这个行当的人不会有这个问题。

SDN大家比较熟悉,上两个星期到悉尼大会上讲了一个小时,交流的比较透,很多人都是他们的设计者或者设计团队的人进行的交流。我不说小范围的应用,我说的是真正的应用,SDN有它的好处,也有它的弊端,它的好处是把控制数据分离,做到网络的管控能力分离,让它工作,让它休息,它的集中控制器,它的安全问题,等等现有的兼容问题,大规模使用问题,我们也在做着在用,确实是好,但是大规模的情况下是有它的挑战性,它的移动性,它的安全性也受到了挑战,行业的人和我的看法是一样的,我们就是要研究解决这些问题。客观地讲,网络的可扩展性增加了,但它是复杂性换来的,它的简单在哪里,这是需要我们研究的人去研究。它有些好处,虚拟网络它工作,这个是很好的创意,但是实现这个东西是比较难的。现有网你要知道它的网络状态怎么样才能配合,现在网不听你的话,很多是通过很复杂的事才知道的,不像我们新设计的网络可以感知到,现在的网要知道它的状况,通过很复杂的测试,要能管控,现在的网管控能力比较差,它面临着可扩大性,复杂性,大规模,以及互相兼容等问题的挑战。这是行业形成的共识,这也就是这个东西为什么这么多年了,还没有真正大范围的实质性的用起来,它是互联网一切问题的解决,互联网用这些问题综合的解决,才有可能在大网上推动,提高效率来出一个方法,为了提高移动性出一个方法,绝对是局部性的,很适合特殊行业局部性。我们大网是要综合的有解决方案,有可能推广下去,还有传统体制机制等的影响。

综合分析,我们看国外在未来网络方面的研究,大家行业的都不说了。比较典型的像美国10恩年基金会提出这个项目,NDN的思路,云的思路,这个课题现在还在往前走,和我一期973的思路,很多思路很贴近。从这个意义上讲,我们国内的研究要有底气,我们的研究是超前的,我个人很不赞成我们国内还是跟国外有很大的差距,我个人不赞成。我读博士期间,确确实实和国外有5到20年的差距,通过这么多年,在我们这个研究行当,我不认为国外比我们国内超前很多,我认为在某种意义上,我们是超前于他们的,但是我们的企业有待于努力,拖了我们的后腿。我们国内的973从服务层面,从无线方面,从网络一体化层面,我们也启动了很多的课题,这方面的研究和国外比起来还是比较理想的。

综合上述,我们说未来互联网的研究既有挑战,也有看得着摸得着的结果。找到互联网原始设计的根源,这是第一个挑战。第二,解决这些办法,过去大部分都是从单一问题解决的,我们找到一个综合有效的解决方案还有挑战。其次,这个网络要智慧,要智能,大规模的是有挑战的,动态是有挑战的,我们要大规模的智慧,需要智慧,需要协同,我们把这个项目的名字起到一个智慧协同,这非常重要的。网络和应用需要协同,网络之间需要协同,什么应用需要什么样的网络支持,什么样的网络能支持什么应用,这是需要协同的。这就是我们未来网络发展的一个趋势。这个确实有挑战性,没有几十年如一的努力,你说今天三天两天就要做出一个惊天动地的事情,我认为还是比较难的。这是需要认真长期的思考琢磨,才能有我们期望的效果。

通过长时间的研究,我们发现现有互联网的原始的设计的根本原因,造成这些原因,就是三重绑定,就是用户和网络,资源和位置,控制数据绑定,单独的绑定是好一些,但是必须找一个方法综合有效的解决。NDN是解决哪个绑定,我们提出一个方法就是智慧的标志网络,这个东西解决了一个一揽子综合有效的办法。实际上是为了把以后的网络,把一个硬件部分和软件部分完全切开来。硬件就是标准化,软件部分是智能的,智慧的参与决策的变的东西,上面是一个应用层,下面是个网络的主建层,中间用一个实派的,把应用和网络实派综合起来有效的解决。

具体来说,这个模型分为实体与行为,几个影射,几个标识,分别把这三种绑定再一个机理里面去解决。通过我们近几十年的研究,应该说现在得到了好的验证,从理论上,一开始从理论,仿真,计算,最后到实用系统,我们验证了这个系统是好的。这个网络上是一个面向资源的设计性网络,这个资源有网络的功能资源,拓扑资源,数据资源,以这些为中心的,数据实际上是里面放的各种资源,我们以资源为中心的设计网络,把它的软硬件分离,这个思想我们已经得到了国内外同行的好评。这次在澳大利亚讲的时候,没想到讲完了以后,很多与会的专家都要我们的PPT,我原来想会不会引起一些反感呢?和我们提出这个东西比较,这个人挺讨厌的,原来想的我自己感觉会不会引起同行的不舒服,后来恰恰和我想的相反,大家非常感兴趣这个幻灯片,大会主席要这个幻灯片,要求挂在网上。

下面是一些解决问题的一些办法。首先进行了用户于网络分离。移动了以后,由于采用了双分离技术,通讯有终端。传统的就从这个地方移动到另外一个地方,再重新连接,理论上是1.5秒,我们到了毫秒级或者更短,这样传视频很快。安全性也是这样,由于我们采用了双分离的技术,安全性也得到了保护。资源位置,一个用户首先是根据需求的缓存,现在NDN的思路是就拿,这个好一点,我们是智慧的智能的缓存,像用户A、B、C就近获取数据。这就是NDN的设计思路。

控制数据绑定,现在外面比较好的思路是解决控制与数据分享。这是我们的设计思路。综合起来我们研究的系统,这个思路我是一期二期973项目,以中国人的身份报道在国外,我们智慧协同标识网络,这个早就签了合同,现在老外的评价还是蛮好的。刚才的书已经正式有了出版号,有了定价,现在我们最后交稿,我们为了搞的比较扎实一点,16年肯定会登出来,现在是98欧元,而且这个书已经在最后的交稿阶段。过去也有这样的书,但是大多停留在比较层面的叙述。这就是我们的创意。我们和企业有合作,企业要这个技术,不能过早的把它暴露出来,这个在今年已经接收了,现在就等着出版。

在高铁网络应用这个技术的论文,这个月的中旬这个论文就应该出来了。出学术,论文,著作,还有一些成果。这是在中信部的示范,他们叫移动核心网,现有的互联网早期设计师已经固定设计,为了满足无线移动用户,在现有互联网的边界加了一个广管来管这个无线和移动用户来使用互联网,显然瓶颈在这里。通过我们这个技术以后,我们的双分离技术以后,他的设备节省30%,传输效率提高18-24%。老百姓不管用什么技术,达到同样的效果,你的成本降的越低,性能越好,你的竞争就会越好。时代集团的无线工业里面用,这是一个很成功的应用案例,这个上市公司就是电压计,把这个SINET技术,所生产一台电压计的型号,我们给它放一片进去。现在这个产权已经授权给这个企业了,我们还是可以说的,工业互联网领域,我们国家工业2.25,美国叫工业互联网,不管怎么叫,在工业互联网领域,它本身是互联网,它是三要素,一个是某一个行业,一个是通信网络,一个是各种传感器,大部分在这个行业,每个行业都知道,各种传感器要控制东西也是现实的,网络在工业控制领域对网络有特殊的要求,如果简单的看一些数据,这对网络挑战不大。如果要实时的监控,这个网络是不行的。所有的主线网都是一个尽力而为,不是一个实时的机制。我们的环境要可靠性的控制,你尽力给我做,我要可靠性,你做不到,对网络有挑战。我们做微粒网络的人,现在网络不行,我们要解决现在网络不行的新技术。网络我不用捆绑在一起,我要控制数据,控制数据分离,能做到网络传输的东西可控,可以做到比较实时可靠稳定,这样我们利用外来网络控制数据,设计出来的东西确确实实在国内已经做到了。它根据应用要适配,它要能感知服务的状态,电焊机里面还有无线,成千上万同时焊,又不能拉线,无线环境下,还能管控成千上万的焊机很听话的,要焊机准确可靠,这个技术一产生,应用了工业互联网这个瓶颈,很好的解决这个问题。这个技术已经转给企业,这是我们这个团队最近几年,这老外的一些评价是很高的。一个好东西做出来,自然会有好的论文出现。

在高铁上很有趣的一个东西,现在大家看我在北京平常的测试,地铁的测试,高铁的测试,我们研制了三个设备,华为这个设备在高铁领域,这是在瑞典的领域,红色黑色是测试比较差的,绿色是比较好的,SINET从上海到北京的高铁沿线,我们多数情况下,现在打个电话都断断续续的,用我们这个看视频,视频电话,上网站没有问题,他们这些设备断断续续,这就是我们智慧协同的一个思想。现在的用户和网络,现在的用户在高铁上只能用一个设备,用地面的一站网络,肯定是时好时坏,我们是把地面的网络,我们的应用协同的知道地面的网络,有十几张网络是好的,我们的智慧协同是十几张网络,把这十几张网络作为我们的资源,我们把这个资源智慧的决策给用户用,或者哪个好用用哪个,这就是我们智慧协同网络的一个想法。我们抓住了高铁高速的情况下,包括高数据,高速度,这个网络的需求,还有工业互联网的需求,把我们的新技术应用上,得到了本质的缓解,同时验证了我们基础研究,科学研究的可行性。我测试的结果确实比较好。

这是前11月20日搞在悉尼我们作为大会的主题演讲,我讲了今天的主要内容,大会主席想要我们的幻灯。大部分都是外国人,给了我们这么高的评价,应该是增强了我们国内人的信心,也预示着未来互联网是有很好的发展前景的,还有广阔的应用空间,我们说未来网络不是一个纸上谈兵,也不是很远很远。谢谢大家。