新型互联网体系研究现状与对策

　　吴根1，张宏科2

　　(1.科学技术部高技术研究发展中心;2.北京交通大学)

　　随着互联网用户数量和应用规模的不断扩大，其原始设计思想受到严重挑战，逐渐暴露出安全性、移动性、可扩展性、资源利用率、用户体验差等一系列严重问题，因此，对新型互联网体系结构的研究得到各国日益重视。本文在对国内外相关研究的现状与趋势进行梳理分析的基础上，提出了我国进一步加强新型互联网体系结构研究的原则建议。

　　当前，网络空间已经成为陆、海、空和太空之后的人类第五疆域，在国家政治、经济、文化、教育等社会生活的各个方面均发挥着举足轻重的作用。截至2018年6月，全球互联网用户数达到40.21亿，相当于世界人口的53%;我国网民数也已达8.02亿，互联网普及率达到57.7%，是名副其实的“网络大国”。可是，现有的互联网技术体系源于50年前的设计，随着互联网用户数量和应用规模不断扩大，其原始设计思想受到严重挑战，逐渐暴露出安全性、移动性、可扩展性、资源利用率、用户体验差等一系列严重问题。为解决这些问题，世界各国纷纷设立研究计划，业界也提出多种技术方案。

　　一、国际研究态势

　　当前，新型互联网体系结构研究受到世界各国普遍重视，已成为信息网络领域最重要和最迫切的研究问题。

　　美国FIND(Future Internet Design，未来互联网设计)计划针对不同角度对未来网络需求，支持新型体系架构、路由机制、无线传感网络和光纤网络等50多个项目的研究。美国GENI(Global Environment for Network Innovations，全球网络创新环境)计划在2008年提出了SDN及OpenFlow技术，现已成为新型网络研究的热点。美国NASA启动SCaN(Space Communications and Navigation，空间通讯与导航)计划，通过实现深空网、近地网和空间网互联互通进而打造下一代空间网络。美国FIA(Future Internet Architecture，未来互联网体系结构)计划资助NDN、MobilityFirst、NEBULA、XIA、ChoiceNet五个主要项目，从不同方面研究新型互联网体系。2012年，美国启动US IGNITE计划(点燃计划)，进一步完善信息网络与应用的基础研究。2015年，美国陆军启动了WIN-T项目，研发自组织、自愈合的新型综合军用网络。同时，美国的商业公司启动OneWeb项目和O3b项目，开始超大规模卫星组网以及互联网接入服务研究。

　　在亚洲，日韩等国也相继启动了新型互联网研究。日本于2006年启动了AKARI(微光计划)项目，设计全新的互联网体系架构。2010年，日本启动NWGN(New Generation Network，新一代互联网)研究与发展计划，目标是覆盖新一代网络研究各领域的核心技术成果。2008年，韩国设立FIF(Future Internet Forum，未来互联网论坛)，以针对未来互联网的关键技术开展研究，积极探讨新型网络体系与机制。

　　在欧盟，德国启动了G-Lab计划，研究未来互联网的新应用以及相应的新技术。2014年，欧盟FP-7计划陆续启动了一系列H2020项目，比如：2014年的H2020-ICT项目关注信息通信技术，2015年的H2020-VITAL项目关注新型天地一体化网络，2016年的H2020-SEC项目关注网络安全，2017年进一步设立H2020-FI项目关注未来网络架构。

　　二、我国研究现状

　　从“十一五”开始，我国973计划和863计划相继启动了一系列项目。

　　“十一五”期间，973计划的“一体化可信网络与普适服务体系基础研究”项目，创造性地提出并设计了以“四种标识”和“三种映射”为特征的未来互联网新体系机理与架构，改进了互联网的安全性、移动性、路由可扩展性，以及可控可管性等能力;“多域协同宽带无线通信基础研究”项目，主要探索从根本上提高频谱资源利用率，力争实现宽带无线通信技术体系及核心关键技术的创新;“可测可控可管的IP网的基础研究”项目主要探究现有IP网的可测可控可管性;“新一代互联网体系结构和协议基础研究”项目，从互联网基本组成、工作原理和实现机理上，进行新一代互联网体系结构与协议和算法设计的研究;“认知无线网络基础理论与关键技术研究”项目,围绕认知无线网络体系结构的适变性、无线网络多域环境的认知性,以及认知无线网络管理与控制的自主性三大科学问题展开研究;“信息服务的模型与基础研究”项目，在信息服务的表达性和适配性两个关键科学问题的研究上形成重要创新成果，改变了传统信息服务研究的特定性和表观性，为互联网信息处理的本征研究奠定了重要理论基础。

　　“十二五”期间，973计划继续支持了“面向服务的未来互联网体系结构与机制研究”和“可重构信息通信基础网络体系研究”。前者以面向服务为核心的设计理念，以服务内容命名驱动路由和数据传输，在体系结构和核心机理层面进行针对性的研究;后者侧重于构建一个功能可动态重构的基础物理网络，为不同业务构建满足其需求的逻辑承载网，以解决目前网络层“静态、僵化”导致的功能瓶颈。2013年，支持了“智能协同宽带无线网络理论基础研究”和“智慧协同网络理论基础研究”两个项目。前者重点研究了宽带无线网络资源的智能协同理论与机制;后者研发了全新的网络体系架构以及相关理论机制，创建了以三层(智慧服务层、资源适配层和网络组件层)、两域(实体域、行为域)为典型特征的智慧协同标识网络体系模型与总体架构。

　　同期，863计划则在未来一体化标识网络关键技术和示范方面进行支持。2008年支持了目标导向类课题“身份与位置分离的新型路由关键技术与实验系统”，研究身份与位置标识分离的新型路由寻址体系结构及解决方案。2010年启动了“三网融合演进技术与系统研究”重大项目，将“面向三网融合的创新网络体系结构”列为重要研究内容。2015年立项的“未来一体化标识网络关键技术和示范”项目主要探究了一体化标识网络的关键技术，并进行了一系列实验验证。

　　进入“十三五”，国家重点研发计划在2016年支持了“天地一体化网络信息安全保障技术”和“网络空间拟态防御技术机制研究”两个项目。前者主要从物理层、运行层、数据层3个层面分析天地一体化信息网络面临的威胁，并对抗干扰、安全接入、安全传输等安全保障技术进行研究;后者主要从拟态防御的科学问题和理论框架等方面对网络空间的安全问题进行探究。2017年，支持了“地址驱动的网络安全管控体系结构及其机理研究”项目。该项目以IPv6为基础，从源地址认证的角度入手，力图提高现有IPv6网络的安全性。

　　此外，2013年2月，国务院8号文件将“未来网络试验基础设施(CENI)”项目列入“国家重大科技基础设施建设中长期规划”;2016年12月，国家发改委立项支持“国家发展改革委关于未来网络试验设施(简称CENI项目)重大科技基础设施项目”。

　　虽然我国持续开展相关领域研究，但总体来讲，我国互联网技术相对于发达国家自主创新能力依然不足，互联网核心技术长期受西方发达国家主导和控制，对我国网络空间主权造成了重大威胁，使得信息化和网络安全方面的任务和挑战日益复杂多元。特别是在“互联网+”的大背景下，随着我国智能制造、高铁等核心技术的对外输出，迫切需要新型自主安全可控的网络体系与系统，需要在智慧协同网络的理论研究和技术方面的持续深入研究，为我国核心支柱产业提供安全保障和技术支撑。

　　三、对策建议

　　不论是抢占国际科学发展前沿，还是满足国家重大战略需求，创建自主可控、安全可信、满足国民经济和社会发展需要的全新互联网系统与机制都迫在眉睫。因此建议：

　　坚持前瞻性布局，系统性部署。瞄准国际前沿，围绕抢占智慧协同网络研究的国际学术制高点和未来信息网络技术市场的潜在需求，从基础研究的源头出发，进行前瞻性、系统性部署，而不是仅针对某一项技术需求进行短期布局，不能以短期内是否能够应用作为基础研究布局的依据。在自主可控的互联网基础理论与关键技术、融合互联网/移动网/空间网的天地一体化网络系统、大规模网络虚拟化及智慧路由系统等方向上需系统规划。

　　新布局兼顾与前期研究基础的衔接。可选取前期研究基础好、创新性强、已经形成阶段性突出成果的项目继续支持，加快促进前期研究成果的推广和示范应用，凝聚和培养优势研究团队，形成对行业和领域关键技术的长效支撑。

　　在新一代互联网络机制和体系结构方向上部署基础研究项目。希望通过此类部署，产生一批对互联网络发展具有突破性的基本原理、机制和结构，为解决新的应用环境中网络的可扩展性、安全性和可监管性，性能与效能、用户体验等问题提供基本原理和技术支撑。部署的研究内容和主要方向可包括新一代适应大规模、大数据和人工智能网络应用的互联网络机制和体系结构，包含灵活简洁的互联机制，网络的性能、效率和用户体验，网络的安全性和可控可管性，网络应用的灵活性，以及网络规模的可扩展性等。

　　本报告为国家软科学研究计划项目“基于新一代信息技术的产业变革基础设施构建”(编号：2014GXS6K238)后续研究成果之一。

　　本文特约编辑：姜念云