《有线电视技术》 2017年第6期 总第330期
技术前沿未来网络发展情况研究
董建丽 国家新闻出版广电总局无线电台管理局
摘要：本文针对国外发达国家对未来网络的探索，从基础研究、项目实验及关键技术等方面进行了研究，并对、谷歌等典型案例进行了分析，简要介绍了国内在未来网络领域的研究情况，旨在对广播电视网络发展提供有益的借鉴。
关键词：未来网络 SDN NF
1 前言互联网经过40多年的发展，网络规模持续扩大，用户数量不断增长。根据中国互联网络信息中心发布的统计数据显示，截至2016年6月，中国网民总数已达7.10亿，占我国人口的49%。根据We Are Social发布的《2016年数字报告》显示，2016年全球网民达到34.2亿人，比2015年增长10%，占全球人口的46%。与此相对应的是网络应用层出不穷，全球社交媒体用户、手机用户、移动社交媒体用户分别达到23.1亿人、37.9亿人和19.7亿人，分别占全球人口的31%、51%和27%。网络应用场景和流量模型正迎来一轮新的网络变革。然而，传统互联网的自我演进逐渐遭遇瓶颈，尤其是表现在协议灵活定义、内容高效传输、按需服务保证、移动组网、网络安全、能源消耗等方面。对此，国际电信联络已经成为全球互联网发展的重要方向，世界各国纷纷加大力度在未来网络领域内积极探索并深度布局。在欧洲，2008年欧盟推出了隶属欧盟第七框架（FP7）的未来互联网研究与实验FIRE（Future Internet Research and Experiment）项目。同时，欧盟充分意识到与中国和巴西这两个最大的发展中国家合作的重要性，分别针对中国和巴西推出了ECIAO（EU
2 国外对未来网络的探索和研究情况2.1 基本研究情况
以美、欧、日、韩为代表的西方发达国家一直以来都高度重视未来网络的研究，经过多年的探索与磨合，在基础研究、试验网络建设、标准化组织参与和产业界配合等诸多方面形成了良好的多方互动。
在基础研究领域，美国科学基金会NSF（National Science Foundation）是未来网络研究的先行者，早在2005年就前瞻性地提出了未来互联网设计FIND（Future Internet Design）计划和全球网络创新GENI（Global Environment for Network Innovations）
CHINA future Internet common Activities and Opportunities ——“中欧未来互联网共同行动与机遇”）项目研究课题和FIBRE合作项目。
在亚洲，日本推出了AKARI和RISE计划，韩国推出了K-GENI计划。
为了给基础研究的成果提供网络验证条件，各国纷纷建设了网络实验环境或试验床，比较著名的如美国的GENI、欧盟的FIRE、德国的G-LAB、日本的JGN2plus、韩国的ETRI、澳大利亚的NICTA等。
与此同时，国际标准化组织、研究机构和企业巨头也积极行动，致力于未来网络研究的标准化工作。2011年，开放网络基金会ONF（Open Network Foundation）作为全球未来网络最大的组织机构，已经拥有1500多个会员单位；2012年，网络功能虚拟化联盟NFV（Network Functions
盟（ITU）和互联网工程任务组（IETF）计划，2010年提出了未来互联网架构等国际组织加强了对新一代互联网的研究，催生出“未来网络”的概念，尽管没有统一的定义，“可扩展”“安全”“可移动”“实时”等词汇通常被用来形容未来网络的特点。未来网FIA（Future Internet Architecture），2014年进一步提出了下一阶段未来互联网架构FIANP（Future Internet Architecture Next Phase）。上述计划成为各国对未来网络研究的重要参考。
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技术前沿Virtualization）的会员单位超过230置等。典型应用场景如下。
个。2013年4月，思科、IBM、微软一是分布式数据中心。分布式数等18家企业联手合作建立开源SDN据中心承载业务接入、内容引入、内项目Open Day light，打造开源网络操容分发等功能，通过引入SDN和云操作系统，目前拥有150多个会员单位。作系统，可以通过业务感知探测实现2014年12月，斯坦福大学和加州大数据中心资源统一管理、调度、配置，学伯克利分校SDN（Software Defined 实现分布式数据中心资源云化。统一Network）先驱创立的非营利性组织管理可以通过数据中心内的感知器感ON Lab也紧锣密鼓地推出了自己的开知链路带宽利用率，收集、分析数据源SDN操作系统——ONOS（开放网中心内网和数据中心间的全网流量模络操作系统）。
型，合理调配链路资源，通过统一计另外，各国运营商也积极联合产算后给智能弹性网络的转发设备下发业巨头发力未来网络研究，并取得一转发路径，提高链路带宽资源的有效定的进展。例如美国的AT&T、思科、利用率。数据中心内部和数据中心之IBM、微软、英特尔、谷歌、亚马逊，
间虚拟机迁移时，SDN控制器和云操
欧盟的德国电信、西班牙电信、沃达丰、作系统相互合作，可根据虚拟机迁移英国电信，以及日本的NEC、NIT等。
前后的源、目的位置，并将源交换机2.2 学术进展情况
上的相关策略转移到目的交换机上，从学术研究的领域，科研机构、高从而实现网络策略的同步迁移。
校、企业界和运营商都从不同的角度对二是IP+光承载网络。目前IP网未来网络展开研究，主要包括内容中心的一个突出短板是缺乏和光传输网络网络CCN、云网络Nebula、可表述网络的联合调度与统一管理，两张网是相XIA、可选网络Choice Net、未来移动网互分离、各自的。IP网络架构在络Mobility First、软件定义网络SDN、光网络之上，对光网络使用状况缺乏网络功能虚拟化NFV等，尤其以SDN感知。借助SDN的概念和方式，分别和NFV的发展步伐较快。根据TBR 在IP网和传输网中引入网络控制器，Research最新调查，大多数一级电信同时在两者之上引入一个综合的SDN运营商在两年内计划采用SDN和NFV控制器，可以将IP网络和光网络进行等未来网络新技术，预计全球NFV和融合，统一管理。SDN控制器可以根
SDN市场到2021年将增长至1580亿美据IP网络需求，结合光网络使用情况，元，年复合增长率高达116%。物理路由拓扑等进行灵活调度配置。（1）SDN
一方面可实现网络设备、传输设备的软件定义网络SDN是将网络的控功能抽象，控制与转发更加灵活，可制平面与数据转发平面进行分离，采降低设备的复杂度；另一方面，引入用集中控制替代原有分布式控制，并智能化流量调度技术，实现度的通过开放和可编程接口实现“软件定客户和流量集中调度。而且，利用网义”的网络架构。SDN可以应用于数络协同和业务编排器，还可以更好的据中心网络和IP网、传送网中，主要将网络能力与应用需求进行适配。
用于流量优化调度、业务快速开通配
IP层和光层协同，可以进行优势
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互补。利用IP层的业务感知能力，光传输层的高带宽容量，协同构建高性能的智能弹性承载平面。实现分组业务的高效处理，海量数据的超远距离透明传送。通过IP层和光层的网络资源统一规划，扁平的网络架构，集约的网络节点，可在用户接入点与数据中心接入点之间实现一跳直达。
三是统一编排，协同处理。利用SDN的协同控制，云资源、IP网和传输网之间可以协同组网，实现云资源、IP和光层网络的有机结合，快速响应业务需求。解决目前各种网络的配置，管理进行，相互之间的资源、管理、控制难以协同共享等问题。
（2）NFV
网络功能虚拟化NFV是指利用虚拟化技术，采用标准化的通用IT设备，如x86服务器、存储和交换设备等来实现各种网络功能，解决网络建设成本高、业务开展慢、厂商依赖性高等问题。使用NFV，可以不用继续在网络中使用各个厂商的私有专用网络设备，实现利用通用硬件平台和开放的业务逻辑软件共同构建低成本的智能网络，能够为网络的设计、部署和管理带来更大的灵活性和弹性。采用NFV后，从成本角度分析，网络设备功能可以基于成本低廉的通用x86架构服务器，相对于以往的专业网络设备能够节省大量的投资成本和日常运维成本。从网络功能和业务开展角度分析，NFV将设备的控制功能和设备硬件解耦，资源可以灵活共享，实现业务的快速开展和部署，并具备业务自动部署、管道容量弹性伸缩、故障隔离和自愈等功能。现在，各个标准组织正在全力推动SDN/NFV产业生态链建设，由过去的“注重标准”向“标准与开源”并
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技术重转变。其中在向开源方向转变方面，件的设计、数据中心网络交换机的设一是从控制平面上由各主流厂家各自计、数据中心存贮硬件设计以及数据为政，使用私有的操作系统向开源操中心机柜的设计。
作系统转变；二是在数据层面上从各OCP计划推出后产生了巨大的影主流厂家各自研发，使用专用芯片向响，全球数百家厂商参与，并参加每开源芯片转变。
年举办高峰会议，分享及参3 对未来网络探索的 与厂商的知识与经验，特别是在数据典型案例分析中心硬件设施的高效化、标准化、开放化等方面的经验。通过交流，很好从上面的研究分析可以看出，各地提升了行业水平。
国对未来网络设计的原则一般遵循以2016年2月又推出TIP下四个原则：一是开放原则，即操作（Telecom Infra Project）计划，旨在系统开放，通过API方便第三方参与，将软件和硬件开源引入电信网络，将以吸引最多的供应商和合作伙伴数量；运营商从设备提供商为其设置的枷锁二是简洁原则，即剔除服务和运营中中出来。该计划也得到了业界复杂的内容，支持更加灵活的业务模的积极响应，TIP成员包括Juniper、式；三是灵活原则，即满足不断变化Intel、Broadcom、DT、Nokia、SK 的客户需求，多样化的性能和可靠性Telecom等行业巨头。目前TIP计划努要求，提高资本运营效率。四是安全力的三个方向是电信接入网（Access）、原则，即安全的网络架构和管理模式，电信汇聚网（Backhaul）、电信核心保证应用业务的运行不遭受损失。以网（Core and Management），主要工下是美国和欧洲的几个案例分析。
作包括解决偏远地区网络接入问题的3.1
Open Cellular、解决开放光网络传输平于2011年提出了数据中台问题的Open DWDM等。
心硬件开源计划Open Compute Project3.2 谷歌
（OCP）。作为另一个互联网巨头谷谷歌于2012年在堪萨斯城推出的歌Google，在2016年3月宣布加入高速宽带接入服务项目Google Fiber，OCP计划，另外AT&T、微软等公司共接入用户7000户，约占这个城市家也积极参与贡献开源硬件设计。
庭总数的5%。Google Fiber基于光纤OCP计划包括的主要内容有数据通信，提供三种主要的服务如表1所示。中心的机房设计、数据中心服务器硬
Google Fiber重新定义了宽带，表1 Google Fiber服务情况
服务选项
互联网+电视互联网免费互联网
月费用120美元/月70美元/月免费（至少7年）初装费300美元300美元
（或两年合同）（或一年合同）300美元
网速（上/下）1Gbps/1Gbps1Gbps/1Gbps5Mbps/1Mbps电视服务220+频道
（包括HDTV)
无无
存储服务1TB1TB
（Gmail/Drive/Photos）（Gmail/Drive/Photos）无
包含附件
电视盒、存贮盒、网络盒网络盒网络盒
前沿网络提供的服务水平是当时平均网速（5M）的200倍，这给运营商带来极大挑战，客观上也加快了运营商宽带网络升级步伐。从2013年开始，美国各大运营商纷纷开始部署1000M接入网络，例如AT&T、Verizon和Comcast均推出了1000M接入服务。Google Fiber通过自建网络，节约了租用运营商网络的成本，加快了业务升级，可以直接向用户销售网络服务，目前已在美国9个城市部署，签约城市超过20个。不过最新的消息称，由于投资过于巨大，谷歌内部已经暂缓了Google Fiber网络建设的进程，并大幅缩减了相关的投入。
3.3 AT&T
作为传统电信运营商的代表，AT&T也不甘寂寞，积极参与到未来网络的研究和实验中。
目前AT&T有4000到5000个端局CO，每个CO服务1万到10万用户，以上这些CO面临着巨大的一次性投入和运营成本（CAPEX/OPEX）压力，而且很难引入新的服务。为此，2016年AT&T提出了自己的CORD（Central Office Re-Architected as a Data Center）计划，旨在将运营商的端局变成数据中心。CORD计划的主要目标是利用虚拟化、通用的硬件来降低CAPEX，同
时利用服务的自动编排与自动运维来
降低OPEX，这样就能够快速部署新的服务，具体的技术手段主要包括虚拟化、软件化和标准化，例如从CPE到vCPE、从OLT到vOLT、从BNG到vBNG等。
3.4 Comcast
Comcast是美国最大的有线电视运营商，同时也是美国第二大家庭宽带
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技术前沿运营商，多年来Comcast一直坚持网络研究、升级改造和业务拓展并重的原则，并且取得较好的效果。
这里主要介绍一下Comcast在积极部署IPv6的情况。早在2010年第二季度，Comcast就开始为用户提供IPv6商用服务。到2013年12月，网内有表2 TeraStream计划的设计原则和技术实现
设计原则网络简化
Everything over IPv6
没有丢包
集成光网络与IP网络一张网络提供所有服务
路由尽量短
DC与骨干路由器直连
主要技术实现
只用IP和光传输技术，没有OTN、L2和MPLS IPv4、非IP和其他L2 VPN只是一种服务 即使在高峰期，网络也没有过载和丢包 将光传输层集成进路由器来简化网络
单一的、统一的IPv6网络
边缘路由器间的路由跳数不多于两个 所有数据中心均直接接到核心路由器
建立一个全球最大的纯IPv6网络。持量子通信、空间网络、物联网等试验。25%的用户在使用IPv6服务，10多个2006年发布的《国家中长期科学和技州完全支持IPv6宽带，采用的技术手术发展纲要》中阐述了“高可信网络”段为双协议栈方式。到2014年7月，的概念。2009年，我国将“下一代互有30%的用户在使用IPv6服务。目前联网应用”列为电子信息产业振兴规划Comcast对所有用户均可提供IPv6宽的重大工程之一。国家科技部在“973”带服务，IPv6流量也突破了1Tb，这和“863”项目中先后资助了若干未来主要是Youtube视频流量的贡献。互联网体系结构、软件定义网络等研究3.5 德国电信
项目，国家自然科学基金委也资助了相德国电信DT在2013年提出了面关未来网络体系结构等基金重点项目。向未来2020年的TeraStream计划，该2009年，中国工程院开展面向我国中计划认为现有网络的主要问题是过于长期未来网络技术发展战略研究。2013复杂，要做简化，其网络架构基于光年2月，未来网络试验设施项目被列入传输、SDN和IPv6技术，主要设计原《国家重大科技基础设施建设中长期规则与技术实现如表2所示。
划（2012-2030年）》，标志着我国未通过以上对各国未来网络研究情来网络的研究正式上升到国家战略层况的介绍和对几个典型案例的分析，面。2011年在南京成立的江苏未来网可以看出SDN/NFV技术快速发展，在络创新研究院，于2013年开通了我国数据中心的实践成功后向传输领域拓首个可编程未来网络小规模试验设施，展。数据中心的边缘化成为一个发展包括20多个城市80多个节点，实现了趋势，虚拟化与云计算技术相结合，和美国GENI及欧盟Onelab的互联。该网络融合了软件定义网络、内容中心使数据中心成为管理与服务的中心。网络等国际主流技术特点，形成了一套1000M的宽带网络接入逐渐普及，其具有国际先进性和可操作性的新型网上面的应用还在逐步开拓。
络体系架构。以此为基础建设的未来网4 我国在未来网络领域的 络试验设施平台（CENI），作为国家探索重大科技基础设施建设项目于2016年12月正式获得国家批复。CENI面对全球未来信息网络技术发展作为我国在通信与信息领域建设的唯的大趋势，我国也对未来网络领域研究一一项国家重大科技基础设施，项目总与建设开展了相关工作。2003年启动投资为16.7亿元，建设周期5年。骨了中国下一代互联网示范工程（CNGI），干节点将覆盖全国35个重要城市，将通过6个主干网连接300多个驻地网，作为我国未来基础网络的雏形，重点支26
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5 结束语互联网早已成为现代社会最重要的基础设施之一，是继陆、海、空、天之外的第五大主权空间，更是大国博弈的新赛场，关系到一个国家的经济命脉、政治导向和社会稳定。探索适合未来互联网应用创新的关键技术，设计满足开放可扩展的新型网络体系结构，建设可持续发展的未来网络基础设施，已迫在眉睫。
广播电视网络是信息网络的重要组成部分，理应抓住网络发展的战略机遇期，借鉴国外未来网络设计和发展需要考虑的因素和新技术，包括前面分析的开放、简洁、灵活的设计原则，被广泛采用的SDN、NFV、云计算、虚拟化等技术，打造云网结合的极宽带SCN（Service Customized Network）开放服务网络，探索由网络视频到视频网络的发展演进路径，实现广播电视网络的跨越式发展。
参考文献
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