未来网络的发展趋势和前景

中国工程院院士　刘韵洁

各位专家：

大家好！

非常高兴有机会和大家进行交流。关于这个主题，我认为在基础设施中，网络是一个重要的组成部分，因此，我想就网络发展的趋势与大家交流。

大家知道，互联网发展到现在已经走过40多年的历程，前20年主要是针对科研、军事方面的应用，从1990年开始在消费领域取得了快速的进步，所以现在大家都离不开它。从2010年进入第三个阶段，第三个阶段就是互联网在消费领域开始跟实体经济深度融合，解决实体经济当中的一些问题，例如用什么样的网可以满足需要，这对互联网的架构提出了新的挑战。关于这个阶段，有人叫第三代互联网，也有人叫互联网3.0，或者未来网。

“互联网+”是互联网用在什么地方就“+”在什么地方。现在“互联网+”的真正内涵不仅是互联网应用的扩展，更强调互联网与实体经济深度融合。不管是中国“互联网+”，还是美国的工业互联网、德国的“工业4.0”“英国制造2050”、日本的机器人新战略等，这些提法和思维完全是一脉相承。全球都在重视互联网与实体经济的深度融合，这次金融危机后，大家总结轻产业发现了一个很大的问题，并开始扭转、调整。调整的主要技术思路就是利用互联网技术为实体经济解惑，这是一个新的制高点。可以说我国在互联网方面有很好的基础，就2013年来看，我国的互联网经济占GDP的比例第一次超过美国，我国达到4.4%，美国占4.3%，预计从2013年到2025年，我国的互联网经济占GDP的比例大概会达到7%－22%，这是一个很大的发展空间。

我国现在做的“中国制造2025”同工业互联网一样，对于工业互联网，现在的互联网能不能满足其要求，安全性、实时性、服务质量等一系列问题都将带来新的挑战。工业互联网4.0首先要解决企业和企业之间的信息互通问题，这不是总公司跟分公司的问题，这是让全球的部分产业能够互联互通，通过大数据分析，能够随时调取资源，哪个资源好就调取哪个资源。通过互联网让各行各业实现这样一个效果，所以对于互联网，我们的挑战是很严峻的。

当然，纵向企业的整合也会采用一些新的网络技术，通过智能化来解决。这是西门子一个厂的例子，通过对工厂进行改造，大概缩减了3/4的员工，而工作量和产能提高了8倍，同时还可以实现24小时的定制化服务，不是批量生产，品质也可以达到4个9以上。所以GE（通用电气公司）从2011年开始就非常关注纵向企业的整合，并且大量地投入资金，3年大概投了15亿美金。一个企业投入15亿美金专门做一件事情，说明这个决定很大，企业对此很重视。GE同AT&T、思科、IBM、英特尔成立了工业互联网产业联盟。

最近看一个报告，预测产业互联网在未来10年大概占几十万亿的GDP，整个中国一年的GDP也就十多万亿，可见这个空间是多么巨大。当然，能源互联网也具有很大的发展空间，它是一个分布式的再生能源(太阳能、风能等)。大家都知道智能电网，电力系统内部有一个专网，电力系统通过这个专网就能解决智能电网的问题，但是再生能源能利用专网吗？比如线入到每家每户，入到每个地方，入到每个太阳能的点，那怎么利用互联网来确保安全和可靠性？我举一个例子，在2014年的时候，德国的工业互联网做得比较好，但当时仍有一个德国钢铁厂出现因黑客攻击工厂钢铁熔炉控制系统造成钢铁熔炉突然无法正常关闭。我国大型的石化公司在智能控制、系统建设等方面存在很多空白。目前，就美国制定了一系列的法律法规，以及一些技术措施来解决网络安全问题。当然，整个系统要解决安全问题，就面临一个非常大的网络挑战，就是什么样的网络能适应产业互联网的需要。美国、欧盟、日本都从国家层面高度关注未来网络，像思科、IBM这些大型公司也都在做这样的事情。我国在这个方面应该怎么做？这是一个很大的挑战和机会。

也许大家很熟悉SDN软件，但大家对该软件都持不同的观点。最近有一些专家提出，SDN是一个局部的技术，并没有把它看成是一个特别的机遇。对此，我简单说一说我的看法。从屏幕上可以看到，左边是传统的互联网，传统的互联网是通过路由器、光缆成为一个网络，所有的功能（控制的功能、调换的功能）、协议都是在路由器里做，所以路由器越做越大，以至于现在难以为继。在功能上，大家都说互联网是一个傻瓜网络，很难适应产业变化的需要，所以提出SDN的思想。对于SDN的出现，有一个解释是互联网要从傻瓜网络变成智能网络，从没有大脑变成有大脑。对于互联网，现在路由器充其量是一个小脑的功能，没有大脑的功能。这个大脑的功能就是我们说的控制空间，从原来一个小脑的功能变成整个互联网的大脑的功能，而且要用“大脑”来集中控制，整个过程要简单化、标准化。这是一个非常先行的理念和思想。

美国的SDN产业链都是一些大公司，整个产业也都是全国性的。我们说的“大脑”——网络操作系统，在互联网第二阶段，也就是在互联网2.0的时候，是由美国主导的。在互联网3.0的时候，思科、IBM、微软在主导ODL（Open Day Light），斯坦福大学主导ONOS，这两个系统的“大脑”也都是美国一些大公司在主导。

再看看数据平面，Google公司是一家非常了不起的公司，它在2004年到2012年这8年时间里研究了大数据中心。以前都是用传统的技术形成一个树形的架构，这样成本很高。因此，Google公司就研究怎么能够通过扁平化和软件定义的方式来完成。但是大家会有疑问，软件定义网络刚出来不久，怎么会在2004年就开始利用呢？其实，以前行业都在做软件定义方面的事，只不过当时没有提出这个概念而已。在它成功以后，Facebook提出了Open Compute Project（OCP）这样一个标准的、开源的数据平面。数据平面在开源，而且通过软件化来降低成本，同时提高效率，英特尔等公司都在带头做。

下面给大家分享一下基于数据中心的网络架构。目前，国内还没有引进基于数据中心的网络架构，这个网络为什么要用数据中心的网络架构去引进和发展呢？主要是因为现在的流量问题，原来跨界的流量都是在大的运营商之间进行交换，现在跨界的流量已经从运营商过渡到搭建数据中心，搭建CDN。它们成为跨域流量的主要来源，而且这个流量越来越大。所以网络的架构要从原来传统意义上的架构变成一个大的数据中心的架构，这是它最基本的一个技术。以谷歌公司为例，它把一个数据中心的架构扁平化，而且跟全球其余的大的数据中心用现代软件定义的思想来进行控制以后，其效率从30%提高到95%。在这个基础上，谷歌公司从2014年开始，在100个国家的大的数据中心建立全球的基于SDN思想的一个新的网络架构。后来，我就问谷歌公司为何要这样做？100个国家的大的数据中心要建这样一个网络，每年投资92亿美元，连续投3年，他们为什么要这样做？其实很简单，就是因为所有的运营商的网络都满足不了他们的要求。现在运营商的网络就是普通的马路，刚才有管理局的同志说到，贵州之前搭的数据中心，出省的带宽可以无限的宽，但是出了省以后要进到全球的互联网，全球的互联网就是一条普通的马路，你解决不了这个问题，这不是局部的带宽可以解决的问题，所以要保证谷歌的服务是最好的，同时要建立全球的网络。

当然，我们国内大的数据中心也在面临改造问题。怎样搭建数据中心？应该像阿里、腾讯那样，用SDN的思路。依个人来看，首先是底层的硬件先不动，通过SDN，充分地、更好地调取整个资源。对于国家数据中心的流量，是怎样从运营商迁移到大的数据中心呢？就是从全国的数据中心向省的数据中心、向世界的数据中心、向别的数据中心迁移，用这样一个组织来搭建，构建一个以数据中心、云架构为主的网络。比如说，通过云架构把本地的数据中心、别的数据中心和全国的数据中心联接起来，通过DCI把它们形成一个网络。所以，将来的网络架构要根据你的流量、应用和需要来灵活布置及建设。

其次，运营商要把整个网络的功能云化，构建数据中心。目前，我国已经开始做这个运用，并且取得了一些成功，比如在江苏和河北部署大的数据中心。另外就是城域的数据中心，也是采用“云”的思想构建城市运营化的解决方案，这个思想是学术的一个思路。以AT&T为例，AT&T就是按照数据中心网络的架构，构建全国的网络，并提出Domain2.0网络转型计划，AT&T原本计划在去年有5%的业务量迁移到基于SDN架构的平台上，但实际上是5.7%，它今年的目标是30%，到2020年计划有75%的业务量正式用新的架构来做。所以AT&T说，2020年以后它就是一个软件公司，它的开源软件从5%提升到10%，它的数据中心在2015年是69个，现在已经达到74个。因为它的职工主要是做一些传统的电信服务，对于现在这样的架构变化，员工不适应怎么办？对此，AT&T对13万员工进行再培训，而且提出每周要培训10到15个小时，其中，有的是组织培训，有的是个人培训，如果有员工跟不上进度，就会被裁减。AT&T计划5年之内要裁员30%，也就是从28万人中减去8万多人。AT&T的这个计划并不是说着玩的，正在一步一步地实施，包括人员的培训和变化。德国电信也是这个思维的主导，全球的运营商都认同这是一个发展方向，但仅一个AT&T肯定是完成不了的，因此，它联合1000多家企业一起来做这个事情。

最后，谈一谈未来网络架构与试验。不管我们是为了适应产业互联网，还是未来网络，抑或是解决安全问题，什么样的架构可以满足这个要点，我觉得大家对此已有共识，比如说简约、开放、可扩展。但我认为最重要的是要高效和灵活，但是高效、灵活是在两个维度上，一个维度是网络的资源，另外一个维度是现行没有的资源。这就类似于大数据的资源一样，能高效、灵活地被运用。根据这样一个思想，我们提出了服务定制网络的概念，就是说你将来希望获得什么样的服务，我就给你配置什么样的网络。为什么我们会提出这样的想法，是因为交通系统有普通马路，有高速公路，有普通火车，有高铁，有航运，还有海运，人们根据不同的需要有不同的选择，互联网发展了40多年，不能像交通系统那样根据需求进行选择。这个问题是因为技术障碍、硬件障碍还是软件障碍？都不是。是因为原来人们没有想到互联网能发展到这么大，承担这么复杂的业务。所以我们提出SDN的网络架构。但是，这个架构不能解决网络的所有问题，因为它只讲了物理资源，我们需要一个能对信息资源智能调度的平台。

另外，网络有很多非常有价值的数据，但是运营商未对其利用，没有把这些数据用在部署指挥人员和发现安全问题上。通过运用大数据来网络控制和调度，基于这样一个思想，我们从2007年开始就组织三个团队分别对三个部分进行探索，到现在已经9年了，我们的研究成果已经得到应用。2013年8月8日，我们在我国20多个城市做了未来网的实验架构。为什么要做这个事情？下面我会讲到未来网是国家重大科技项目。这个网跟传统的互联网有什么不一样？如果传统的互联网是普通的马路，我们这也有普通马路，当然我们可以在这个普通网络（普通马路）中适时开通高速公路、高铁和航空，这个都是可以秒记或分钟记的。工业互联网需要什么网络，能源互联网需要什么网络，车联网需要什么网络，我们可以试着根据需求对其进行配置。目前，这个网络已经有80多个团队（包括一些国外的团队）在做试验，同时，也在与欧盟的未来网进行试验。

我们为什么要从2007年开始做未来网？这是我们对互联网的判断，尽管那时候互联网如日中天，但是我们预测网络总是要有边界的，只是我们没有想到这个边界出现得这么快，其发展速度出乎我们意料。我们跟国家建议，建立了一个国家未来网的重大科研技术支持项目。这个是2013年2月国务院的8号文件，把未来网作为16个重大科研基础设施之一反馈出来，当然这也是经过大家多年协商的结果。最后，国家确定由江苏省牵头，由中科院、教育部等共同把这个未来网络的创新观念建立起来。这个观念大概覆盖全国400多个城市，目前已有100多个城市建立了网络，这是政府的一个重大科研项目，是为大家服务的。同时，我们也可以在这个网上实现一些新的业务，包括大的数据中心的互联互通，以及4K、8K等业务。

可以说未来网是我国非常难得的一个机遇。对于传统的互联网，我们主要是供给，美国在主导。但在这样一个新的机遇面前，我国有没有机会可以分享一些信息？首先要问的是，互联网的价值怎样进行评估？其实，互联网的价值评估有一个梅特卡夫定律，即互联网的价值是随着用户数量的平方数增加而增加的，它跟用户数的平方成正比。中国互联网的用户数是多少呢？在2013年的时候，中国互联网的用户数就已经比美国+巴西+印度+俄罗斯+日本的互联网用户数总和还要多，是美国互联网用户数的2.5倍，可见中国互联网的价值是多么巨大。如阿里，它是中国企业，在中国上市，因为我们的价值和网络，它的价值就达到了现在的级别。但我们的网络问题比美国互联网的问题要复杂得多，挑战也要大得多，我们不能再指望别人，要自己去解决这些问题。所以，国务院有一个重大的科学技术设施——“天地一体化网络”，这个网络很大，科技部和基建委都在做，地方政府也非常关注。

尽管我们从2007年开始做未来网，但因为当时我国大部分同行还不知道未来网络会不会成功，是不是一个值得发展的方向，所以我们的工作得不到大家的理解和支持，但江苏省政府在2011年给予了我们支持，使我们能够快速发展。当然，现在除了江苏省以外，北京市也成立了未来网络的协同创新中心，深圳、珠海、青岛等城市也都在做这方面的规划。在国家重大项目的引领和地方政府的高度关注下，我们一定不会错过未来网这个机会。

最后我谈一点感想。未来网确实是我们国家的一个机遇。对于网络的变革，我想有的专家会认为这是一个噱头。但就像我刚才所讲，未来网是一个非常大的机会，我们应该联合起来，抓住这个机会。另外更重要的是，我们还要进行人才的引进和配比，因为这是一个重要的事情。各行各业都说：“软件第一引线”。我认为确实如此，利用软件的思想来解决问题，可能是多快好省的一个手段，所以我们需要在观念上和技术储备上做好准备。我想我们一定会抓住这个机会，使得我国从一个网络大国变成一个真正的网络强国。

我的汇报结束。

谢谢大家！