數(shù)字經(jīng)濟蓬勃發(fā)展、智能時代即將到來的今天，再怎樣強調數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的重要性都不為過。然而，產(chǎn)生于上世紀80年代的TCP/IP協(xié)議體系越來越暴露出架構上的不足，難以支撐紛繁的新業(yè)務、新應用，加快下一代數(shù)據(jù)網(wǎng)絡技術研究及建設已然成為業(yè)界共識。
今年6月的網(wǎng)絡5.0峰會上，網(wǎng)絡5.0產(chǎn)業(yè)和技術創(chuàng)新聯(lián)盟正式對外輸出了一系列階段性成果，其中就包含了《網(wǎng)絡5.0技術白皮書》的發(fā)布。
作為成立一年來主要成果之一、聯(lián)盟成員單位的集體智慧，《白皮書》主要描述了網(wǎng)絡5.0聚焦的四大場景、網(wǎng)絡5.0愿景及目標、架構頂層設計及關鍵使能技術?？梢哉f，既有提綱挈領的體系規(guī)劃、也有精準細致的落地辦法，為下一代網(wǎng)絡的成功到來鋪平了道路，也在一定程度上厘清了ICT產(chǎn)業(yè)的發(fā)展圖景。
《白皮書》發(fā)布背景
數(shù)字經(jīng)濟所帶來的新理念、新業(yè)態(tài)、新模式，成為帶動產(chǎn)業(yè)轉型升級、實現(xiàn)經(jīng)濟新增長的重要引擎。中國信息通信研究院發(fā)布的《中國數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展與就業(yè)白皮書 （2019年）》顯示，2018年我國數(shù)字經(jīng)濟規(guī)模達到31.3萬億元，占GDP比重達34.8%；數(shù)字經(jīng)濟領域就業(yè)崗位為1.91億個，占當年總就業(yè)人數(shù)的24.6%。
與此同時，經(jīng)歷了工業(yè)革命、電力革命、信息技術革命的人類社會，正在加速邁入一個萬物互聯(lián)的智能世界。華為全球產(chǎn)業(yè)展望GIV@2025預測，到2025年，個人智能終端數(shù)量將達400億、個人智能助理普及率達90%、智能服務機器人將步入12%家庭，個人潛能將在終端感知、雙向交流和主動服務的支持下大幅釋放；在商業(yè)和社會層面，到2025年，全球1000億聯(lián)接將泛在于公用事業(yè)、交通、制造、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)和金融等各個領域，推動數(shù)字化轉型，屆時企業(yè)應用云化率將達85%、AI利用率達86%、數(shù)據(jù)利用率將劇增至80%，每年1800億TB的新增數(shù)據(jù)將源源不斷地創(chuàng)造智能和價值。
時代的變革驅動了網(wǎng)絡的變革。以往，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡技術都是超前發(fā)展和部署的，造成了網(wǎng)絡在技術革命中不會成為瓶頸的錯覺；而面向數(shù)字經(jīng)濟、智能世界提出的全新要求和前所未有的挑戰(zhàn)，網(wǎng)絡能力亟待增強。
回顧過去五十年IP技術發(fā)展，補丁式、自底向上、無限責任的思路占據(jù)了主導，一方面“縫三年，補三年，縫縫補補又三年”，另一方面對具體的技術邊界、技術責任范圍并沒有提出過明確的指向。中國通信標準化協(xié)會理事長奚國華就曾在媒體采訪中指出，以往的網(wǎng)絡技術發(fā)展長久保持“更快、更好”的無限責任思路，思路較為發(fā)散，問題與解決方案的集中度不高，難以得到業(yè)界的共識，導致其差異化服務質量保證、確定性低時延、安全可信、移動性等問題愈發(fā)嚴重。中國信息通信研究院科技委主任蔣林濤先前也以美國對下一代網(wǎng)絡的研究舉例，認為其“沒有取得多少實質性進展”的原因是缺乏具體可操作的目標，缺乏明確可檢查、核定的指標。
網(wǎng)絡5.0概念的出現(xiàn)即引入了無線領域的代際式發(fā)展與有限責任演進的思路，通過分代研究來真正推進數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的發(fā)展。按網(wǎng)絡5.0產(chǎn)業(yè)和技術創(chuàng)新聯(lián)盟的劃分，以模擬通信系統(tǒng)為網(wǎng)絡1.0時代、數(shù)字通信系統(tǒng)為網(wǎng)絡2.0時代、ATM為網(wǎng)絡3.0時代、IP為網(wǎng)絡4.0時代。
那么網(wǎng)絡5.0時代的網(wǎng)絡是一張怎樣的網(wǎng)絡、有著怎樣的架構思路和架構設計、從現(xiàn)有網(wǎng)絡到目標網(wǎng)絡應如何演進、需要哪些核心技術的支撐？一連串的問題隨之而來。經(jīng)過為期一年的研究討論、集思廣益，《白皮書》的發(fā)布給出了答案。
聚焦四大場景
設計一張網(wǎng)絡，首先要明確其所面對的典型應用場景。正如國際電聯(lián)無線電通信局（ITU-R）2015年針對5G定義的增強型移動寬帶（eMBB）、超高可靠超低時延通信（uRLLC）和大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)（mMTC）三大業(yè)務場景那樣，網(wǎng)絡5.0也將聚焦于四大目標場景，包括ICT基礎設施、產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、移動承載和全息通信。
《白皮書》指出，ICT基礎設施是未來信息社會的基礎和技術發(fā)展的制高點，是信息行業(yè)爭奪的產(chǎn)業(yè)藍海。隨著云計算技術的發(fā)展，越來越多的業(yè)務和數(shù)據(jù)被遷移到云端，大數(shù)據(jù)建立在云上，一些人工智能也逐漸建立在云上。新的ICT基礎架構平臺應以物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)和人工智能為核心，形成“全連接、全云化、全智能”的解決方案。其中，物聯(lián)網(wǎng)就如同神經(jīng)末梢，通過采集無處不在的行業(yè)終端和用戶終端的數(shù)據(jù)，利用云端的分布式計算能力對數(shù)據(jù)進行處理；網(wǎng)絡就像是血脈，連通著數(shù)據(jù)生產(chǎn)者、處理者和消費者，使之更加有效地傳輸和共享；云計算、大數(shù)據(jù)和人工智能則是大腦，通過打破傳統(tǒng)“煙囪式”的業(yè)務承載架構，搭建一個高度簡化、標準化、自動化和彈性的云數(shù)據(jù)中心，并通過對海量數(shù)據(jù)進行快速處理、深度建模和精準洞察，從而實現(xiàn)運營的自動化和決策的智能化。
傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)與網(wǎng)絡基礎設施的融合，催生了產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。隨著傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟（工業(yè)控制、車聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療等）與互聯(lián)網(wǎng)的不斷融合，IP網(wǎng)絡面臨了越來越多的新挑戰(zhàn)。例如工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與制造業(yè)的融合將使能新的工業(yè)領域應用，主要體現(xiàn)在智能化生產(chǎn)、網(wǎng)絡化協(xié)同、個性化定制和服務化延伸四方面智能化升級，其對未來網(wǎng)絡的功能需求包括定制、連接、標識和安全等方面；而車聯(lián)網(wǎng)應用包括了下一代高鐵、磁懸浮工業(yè)車聯(lián)網(wǎng)應用、自動駕駛、下一代車載娛樂辦公系統(tǒng)等商業(yè)應用，其對網(wǎng)絡的確定性時延有嚴格的需求。
移動網(wǎng)絡業(yè)務范疇的擴展將豐富電信網(wǎng)絡的生態(tài)環(huán)境，很多傳統(tǒng)行業(yè)例如汽車、醫(yī)療、能源、市政系統(tǒng)等都將參與到電信生態(tài)環(huán)境的建設中。5G是人類將數(shù)字化從個人娛樂為主推向全聯(lián)接社會的起點，與以往移動通信系統(tǒng)相比，5G 需要滿足更加多樣化的場景和極致的性能挑戰(zhàn)?！栋灼氛J為，面對ITU定義的eMBB、mMTC、uRLLC等典型應用場景，移動承載網(wǎng)需要滿足低時延、移動性和大連接的需求。
將高速通信網(wǎng)絡與全息采集和顯示技術結合稱之為全息通訊系統(tǒng)，可以突破遠程醫(yī)療、移動辦公、觀光旅游、賽事直播以及游戲娛樂等應用場景中三維視覺信息的丟失問題，具有十分廣闊的應用前景。全息數(shù)據(jù)量對比傳統(tǒng)二維圖像數(shù)據(jù)量有千倍的增加，如果全息記錄面為真人大小或70 英寸電視屏幕大小，單個動態(tài)傳輸數(shù)據(jù)量參考需求約為1.9Tbps，這將對網(wǎng)絡產(chǎn)生巨大挑戰(zhàn)。
這四大場景的確定，對數(shù)據(jù)網(wǎng)絡提出了四大功能需求及四大性能指標需求。前者包括內生的安全可信、網(wǎng)絡可規(guī)劃和性能可預期、大連接下的感知與管控、泛在移動支持；后者主要體現(xiàn)在帶寬、時延、抖動及丟包等方面。
三步走實現(xiàn)網(wǎng)絡5.0愿景目標
通過對典型應用場景需求的分析，《白皮書》明確了網(wǎng)絡5.0的愿景、目標及階段性規(guī)劃，而這正是與以往數(shù)據(jù)網(wǎng)絡發(fā)展最顯著的不同之處。
《白皮書》提出，網(wǎng)絡5.0作為面向2030年演進的未來網(wǎng)絡架構，將基于現(xiàn)有IP網(wǎng)絡協(xié)議基礎，在演進思路上采取“分代目標、有限責任”的策略，通過打造新型IP網(wǎng)絡體系，協(xié)同管理、控制和數(shù)據(jù)面，聯(lián)通分散的計算、存儲及網(wǎng)絡等資源，構建一體化的ICT基礎設施，向各相關產(chǎn)業(yè)提供網(wǎng)絡能力、計算能力及數(shù)據(jù)能力服務。
目標上，網(wǎng)絡5.0旨在持續(xù)增強IP能力，以解決萬物互聯(lián)的智能世界所需要的內生安全可信、網(wǎng)絡可規(guī)劃和性能可預期、大連接下的感知與控制、泛在移動性支持等需求，連通多種異構接入網(wǎng)絡，實現(xiàn)萬網(wǎng)互聯(lián)，使能更多的新服務接入網(wǎng)絡，豐富人們的溝通與生活。
網(wǎng)絡5.0瞄準的是未來8-10年內新應用對數(shù)據(jù)網(wǎng)絡能力的需求，網(wǎng)絡5.0產(chǎn)業(yè)和技術創(chuàng)新聯(lián)盟計劃在具體實施過程中分2020年、2025年和2030年三個階段逐漸完成總體目標。
具體而言，第一階段（2020年），實現(xiàn)連接數(shù)100億級、帶寬人均100Mbps、時延毫秒級、抖動范圍亞毫秒、丟包率10-4級、安全性采用補丁式方案、網(wǎng)絡感知采用帶外方式、網(wǎng)絡管控相對比較粗粒度、智能度方面開始引入AI實現(xiàn)初步自動化；第二階段（2025年），實現(xiàn)連接數(shù)1000億、帶寬人均10Gbps、時延確定性亞毫秒級、抖動范圍微秒、丟包率10-5級、安全性采用部分補丁式方案加部分內生方案、網(wǎng)絡感知部分采用帶外方式部分采用帶內方式、網(wǎng)絡管控相對比較細粒度、智能度方面AI能力逐步提升基本可實現(xiàn)半自動化、組網(wǎng)采用集中式加分布式混合方案；第三階段（2030年），實現(xiàn)連接數(shù)達到1萬億、帶寬人均Tbps、時延確定性亞毫秒級、抖動范圍亞毫秒、丟包率10-6級、安全性基本采用內生方案、網(wǎng)絡感知大部分采用帶內方式、網(wǎng)絡管控采用內生機制實現(xiàn)細粒度管理、智能度方面可通過AI使能全自動化、組網(wǎng)采用集中式加分布式優(yōu)化方案、網(wǎng)絡可信能力及其他網(wǎng)絡新能力進一步增強。
目標網(wǎng)絡及其關鍵使能技術
綱舉目張，《白皮書》中亦詳盡闡述了網(wǎng)絡5.0時代的目標網(wǎng)絡樣貌及其關鍵使能技術。
在頂層設計原則方面，《白皮書》認為，網(wǎng)絡5.0應以智能化、確定性、柔性、易用性、內生安全（IDEAS，即Intelligent、Deterministic、ElasTIc、Accessible、Secured）為核心的五個設計理念出發(fā)，推進網(wǎng)絡架構的變革。其中，智能化主要包括基礎設施智能化、網(wǎng)絡控制智能化和網(wǎng)絡管理智能化；確定性主要包括確定性時延和無損傳輸；柔性主要包括網(wǎng)絡功能組件化和網(wǎng)絡服務定制化；易用性主要包括網(wǎng)絡協(xié)議可編程和靈活動態(tài)傳輸；內生安全則意味著應從網(wǎng)絡架構設計之初考慮安全，將安全作為網(wǎng)絡的DNA，從身份認證、網(wǎng)絡安全、平臺安全、數(shù)據(jù)安全以及業(yè)務安全等全方位構建端到端安全防護體系。
依據(jù)IDEAS頂層設計理念，網(wǎng)絡5.0產(chǎn)業(yè)和技術創(chuàng)新聯(lián)盟初步設計了下一代網(wǎng)絡的架構與協(xié)議體系，命名為網(wǎng)絡5.0參考架構1.0，且以功能視圖、協(xié)議視圖及端到端組網(wǎng)視圖等形式呈現(xiàn)。網(wǎng)絡5.0基于新型IP網(wǎng)絡體系，協(xié)同管理、控制和數(shù)據(jù)面，向各相關產(chǎn)業(yè)提供網(wǎng)絡能力、計算能力及數(shù)據(jù)能力服務，并使其更加有效地滿足萬物互聯(lián)、萬物智能、萬物感知的需求。其總體目標是連接新網(wǎng)元、探索新協(xié)議、構建新管控、支撐新業(yè)務。
與此同時，《白皮書》識別了一系列關鍵使能技術。其中包括確定性IP技術、內生安全機制、面向萬物互聯(lián)的新尋址與控制機制、新傳輸層、靈活可定制的差異化網(wǎng)絡服務、面向服務的路由、基于意圖的網(wǎng)絡、溫敏網(wǎng)絡等創(chuàng)新方向。
據(jù)披露，網(wǎng)絡5.0架構和《白皮書》內容將持續(xù)迭代和完善，預計2021年6月發(fā)布2.0版本。按照計劃，聯(lián)盟將依據(jù)收斂的技術需求和頂層架構設計，逐步展開核心創(chuàng)新技術的配套協(xié)議制定工作，包括通過擴展IP協(xié)議增強數(shù)據(jù)網(wǎng)絡功能，形成New IP統(tǒng)一方案，并同步推進國內、國際標準的一些基礎性工作。
《白皮書》的發(fā)布，意味著我國網(wǎng)絡技術研究者通過網(wǎng)絡5.0產(chǎn)業(yè)和創(chuàng)新聯(lián)盟逐步形成了合力，共同致力于下一代數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的創(chuàng)新研究。相信在 “產(chǎn)學研用”各方的共同努力下，不久的將來下一代數(shù)據(jù)網(wǎng)絡就將“照進”現(xiàn)實，從而驅動數(shù)字經(jīng)濟更快更好發(fā)展，令更多個人、家庭和組織從智能世界中獲益。