數字經濟蓬勃發(fā)展、智能時代即將到來的今天，再怎樣強調數據網絡的重要性都不為過。然而，產生于上世紀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，加快下一代數據網絡技術研究及建設已然成為業(yè)界共識。
今年6月的網絡5.0峰會上，網絡5.0產業(yè)和技術創(chuàng)新聯盟正式對外輸出了一系列階段性成果，其中就包含了《網絡5.0技術白皮書》的發(fā)布。
作為成立一年來主要成果之一、聯盟成員單位的集體智慧，《白皮書》主要描述了網絡5.0聚焦的四大場景、網絡5.0愿景及目標、架構頂層設計及關鍵使能技術。可以說，既有提綱挈領的體系規(guī)劃、也有精準細致的落地辦法，為下一代網絡的成功到來鋪平了道路，也在一定程度上厘清了ICT產業(yè)的發(fā)展圖景。
《白皮書》發(fā)布背景
數字經濟所帶來的新理念、新業(yè)態(tài)、新模式，成為帶動產業(yè)轉型升級、實現經濟新增長的重要引擎。中國信息通信研究院發(fā)布的《中國數字經濟發(fā)展與就業(yè)白皮書 （2019年）》顯示，2018年我國數字經濟規(guī)模達到31.3萬億元，占GDP比重達34.8%；數字經濟領域就業(yè)崗位為1.91億個，占當年總就業(yè)人數的24.6%。
與此同時，經歷了工業(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的智能世界。華為全球產業(yè)展望GIV@2025預測，到2025年，個人智能終端數量將達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1000億聯接將泛在于公用事業(yè)、交通、制造、醫(yī)療、農業(yè)和金融等各個領域，推動數字化轉型，屆時企業(yè)應用云化率將達85%、AI利用率達86%、數據利用率將劇增至80%，每年1800億TB的新增數據將源源不斷地創(chuàng)造智能和價值。
時代的變革驅動了網絡的變革。以往，數據網絡技術都是超前發(fā)展和部署的，造成了網絡在技術革命中不會成為瓶頸的錯覺；而面向數字經濟、智能世界提出的全新要求和前所未有的挑戰(zhàn)，網絡能力亟待增強。
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。
網絡5.0概念的出現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據網絡的發(fā)展。按網絡5.0產業(yè)和技術創(chuàng)新聯盟的劃分，以模擬通信系統(tǒng)為網絡1.0時代、數字通信系統(tǒng)為網絡2.0時代、ATM為網絡3.0時代、IP為網絡4.0時代。
那么網絡5.0時代的網絡是一張怎樣的網絡、有著怎樣的架構思路和架構設計、從現有網絡到目標網絡應如何演進、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
設計一張網絡，首先要明確其所面對的典型應用場景。正如國際電聯無線電通信局（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)模物聯網（mMTC）三大業(yè)務場景那樣，網絡5.0也將聚焦于四大目標場景，包括ICT基礎設施、產業(yè)互聯網、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)務和數據被遷移到云端，大數據建立在云上，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網、云計算、大數據和人工智能為核心，形成“全連接、全云化、全智能”的解決方案。其中，物聯網就如同神經末梢，通過采集無處不在的行業(yè)終端和用戶終端的數據，利用云端的分布式計算能力對數據進行處理；網絡就像是血脈，連通著數據生產者、處理者和消費者，使之更加有效地傳輸和共享；云計算、大數據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據中心，并通過對海量數據進行快速處理、深度建模和精準洞察，從而實現運營的自動化和決策的智能化。
傳統(tǒng)產業(yè)與網絡基礎設施的融合，催生了產業(yè)互聯網。隨著傳統(tǒng)產業(yè)經濟（工業(yè)控制、車聯網、醫(yī)療等）與互聯網的不斷融合，IP網絡面臨了越來越多的新挑戰(zhàn)。例如工業(yè)互聯網與制造業(yè)的融合將使能新的工業(yè)領域應用，主要體現在智能化生產、網絡化協(xié)同、個性化定制和服務化延伸四方面智能化升級，其對未來網絡的功能需求包括定制、連接、標識和安全等方面；而車聯網應用包括了下一代高鐵、磁懸浮工業(yè)車聯網應用、自動駕駛、下一代車載娛樂辦公系統(tǒng)等商業(yè)應用，其對網絡的確定性時延有嚴格的需求。
移動網絡業(yè)務范疇的擴展將豐富電信網絡的生態(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是人類將數字化從個人娛樂為主推向全聯接社會的起點，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)。《白皮書》認為，面對ITU定義的eMBB、mMTC、uRLLC等典型應用場景，移動承載網需要滿足低時延、移動性和大連接的需求。
將高速通信網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。全息數據量對比傳統(tǒng)二維圖像數據量有千倍的增加，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)傳輸數據量參考需求約為1.9Tbps，這將對網絡產生巨大挑戰(zhàn)。
這四大場景的確定，對數據網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；后者主要體現在帶寬、時延、抖動及丟包等方面。
三步走實現網絡5.0愿景目標
通過對典型應用場景需求的分析，《白皮書》明確了網絡5.0的愿景、目標及階段性規(guī)劃，而這正是與以往數據網絡發(fā)展最顯著的不同之處。
《白皮書》提出，網絡5.0作為面向2030年演進的未來網絡架構，將基于現有IP網絡協(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網絡體系，協(xié)同管理、控制和數據面，聯通分散的計算、存儲及網絡等資源，構建一體化的ICT基礎設施，向各相關產業(yè)提供網絡能力、計算能力及數據能力服務。
目標上，網絡5.0旨在持續(xù)增強IP能力，以解決萬物互聯的智能世界所需要的內生安全可信、網絡可規(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絡，實現萬網互聯，使能更多的新服務接入網絡，豐富人們的溝通與生活。
網絡5.0瞄準的是未來8-10年內新應用對數據網絡能力的需求，網絡5.0產業(yè)和技術創(chuàng)新聯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），實現連接數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、網絡感知采用帶外方式、網絡管控相對比較粗粒度、智能度方面開始引入AI實現初步自動化；第二階段（2025年），實現連接數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、網絡感知部分采用帶外方式部分采用帶內方式、網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半自動化、組網采用集中式加分布式混合方案；第三階段（2030年），實現連接數達到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、網絡感知大部分采用帶內方式、網絡管控采用內生機制實現細粒度管理、智能度方面可通過AI使能全自動化、組網采用集中式加分布式優(yōu)化方案、網絡可信能力及其他網絡新能力進一步增強。
目標網絡及其關鍵使能技術
綱舉目張，《白皮書》中亦詳盡闡述了網絡5.0時代的目標網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)，推進網絡架構的變革。其中，智能化主要包括基礎設施智能化、網絡控制智能化和網絡管理智能化；確定性主要包括確定性時延和無損傳輸；柔性主要包括網絡功能組件化和網絡服務定制化；易用性主要包括網絡協(xié)議可編程和靈活動態(tài)傳輸；內生安全則意味著應從網絡架構設計之初考慮安全，將安全作為網絡的DNA，從身份認證、網絡安全、平臺安全、數據安全以及業(yè)務安全等全方位構建端到端安全防護體系。
依據IDEAS頂層設計理念，網絡5.0產業(yè)和技術創(chuàng)新聯盟初步設計了下一代網絡的架構與協(xié)議體系，命名為網絡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視圖等形式呈現。網絡5.0基于新型IP網絡體系，協(xié)同管理、控制和數據面，向各相關產業(yè)提供網絡能力、計算能力及數據能力服務，并使其更加有效地滿足萬物互聯、萬物智能、萬物感知的需求。其總體目標是連接新網元、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、面向萬物互聯的新尋址與控制機制、新傳輸層、靈活可定制的差異化網絡服務、面向服務的路由、基于意圖的網絡、溫敏網絡等創(chuàng)新方向。
據披露，網絡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，聯盟將依據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)議增強數據網絡功能，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，意味著我國網絡技術研究者通過網絡5.0產業(yè)和創(chuàng)新聯盟逐步形成了合力，共同致力于下一代數據網絡的創(chuàng)新研究。相信在 “產學研用”各方的共同努力下，不久的將來下一代數據網絡就將“照進”現實，從而驅動數字經濟更快更好發(fā)展，令更多個人、家庭和組織從智能世界中獲益。