2016年信息通信网络技术展望

数字化生存已经是当今社会的主要特征。互联网带来的变革不仅改变了我们的生活方式，更是深刻改变甚至颠覆了传统行业。这一变革还远没有停止，随着万物互联时代的到来，物理世界和数字世界的融合将构建一个全连接的数字化社会。信息通信网络及其产业作为数字化的基石，正面临重构的机遇与挑战。“宽带中国”、“互联网+”以及“中国制造2025”等国家战略的出台，正是应对数字化生存所带来挑战的直接体现。
    回顾2015，信息消费持续升温，网络建设稳步发展，LTE建设大潮未落，5G标准研究逐渐发力，云计算大数据热度未减，SDN/NFV方兴未艾，新业务新技术新需求层出不穷。鉴往知来，础润而雨，未来信息通信网络将呈现以云网集成、“无限”体验、软件定义、增强智能、万物互联、开放创新、泛在安全以及畅行节能为特征的发展趋势。
    1、未来网络：云网集成
    在未来网络架构中，大量的网络功能将在边缘实现云化，因此网络和业务资源的部署将转向各种类型的数据中心，而云技术和网络技术的结合则构成了集成云网络（CIN -- Cloud Integrated Network）。CIN支持网络可编程、多租户和弹性，并实现SDN、NFV和云平台的无缝结合。低时延和高吞吐的业务必须靠近用户，从而形成边际云节点，并提供高带宽连接。宽带接入作为用户获取服务的手段，逐渐统一到“短无线”和“长有线”的融合接入方式。“短无线”是指用户终端的最终接入手段无线化，使得用户的接入更加方便；“长有线”是指有线宽带接入尽可能地靠近用户终端，保障用户接入的高带宽需求，从而提升用户体验，降低建网成本。此外，云计算和IoT技术的普及将在网络中产生大量的数据，借助大数据技术增强网络的智能，进而加速业务的自动化过程甚至促生新的通信业务。
    未来网络的边缘节点将形成统一的分布式数据中心，运营商采用SDN/NFV技术在网络的边缘实现各种各样的网络功能，比如vCPE、vCDN、vRAN和vBNG等，称为“软边缘”。在网络的核心则充分利用硬件的高速转发性能，实现简单、面向连接、大颗粒度的业务流高速转发，称为“硬核心”。网络操作系统提供集中化的控制平面，贯穿整个边缘和核心网络，为各种分布式业务、网络和设备建立连接。通过对网络切片，操作系统建立网络的逻辑视图，形成各种虚拟网络，从而将网络真正地抽象出来。
    2、泛在接入：“无限”体验
    未来的接入网络不仅需要以经济成本提供用户所需的更大业务带宽，满足千倍流量增长的需求，而且还需要满足百倍于人人通信数量级的物物连接数，以及人人、人物及物物无所不在的连接需求。在云网集成的大背景下，未来的接入网络将体现前所未有的融合趋势，呈现出“长有线、短无线”的发展特点，即使在资源受限的情况下，也能为用户提供随时随地的“无限”接入体验，满足带宽、连接数的极大需求。
随着4K极清视频、多媒体社交网络分享以及个人云应用等新型业务的不断丰富，个人用户对于带宽的需求呈现出爆炸式增长，对称的百兆乃至千兆入户在全球范围内也将更为普遍。对称10G PON结合FTTH正成为宽带网络的战略投入领域，其中XGS PON光模块可以与10G EPON共享相同的产业链, 能够以经济的成本实现10Gbps对称带宽；同时，基于G.989协议，确保向支持40Gbps带宽的TWDM PON（NGPON2）平滑演进。PON的应用不断拓展到更多领域，利用PON可经济高效地为LTE乃至5G无线小型基站提供回传或前传，通过“补盲补热”，大幅提升移动用户体验，逐步演进到固移融合。此外，POL无源光局域网将“光进铜退”推进到企业局域网，大幅降低机房空间、设备能耗和总投资成本，是企业新建和改造办公网络的重要选择，成为PON 未来发展的重点领域。
    未来移动通信将主要支持移动宽带和IoT两大类业务，在无线接入方面存在颠覆和演进两条技术路线，共同构成未来5G网络。5G颠覆性技术包括多载波技术UF-OFDM、超窄带通信、大规模MIMO系统、超密集组网、毫米波通信、5G与LTE及WiFi的集成等；向5G演进的LAA、FD-MIMO/BF、NB-IoT等LTE-A Pro技术，将满足未来IoT与移动宽带的部分需求。在网络架构方面，借助于云计算、SDN、NFV及网络虚拟化等技术，5G将创建以用户和业务为中心、服务虚拟化与定制化的网络切片，动态适配流量拓扑与连接数，全面满足移动宽带与IoT等多元化业务需求。
    3、智能连接：软件定义
    基于固定带宽的静态网络难以应对动态变化的数据流量和带宽调整的需求，因此，建立软件定义的智能连接，将是承载网发展的重要方向。软件定义的智能连接除需具备更高速率、更低时延、按需带宽分配等特征外，还将引入SDN控制层实现全网状态下的自动弹性调整。IP和光传输作为连接的主要元素，与光/电物理技术的发展紧密相连。为此，为提升网络效率，除了优化网络结构、增加网络智能外，还需采用新型材料和芯片技术，以实现智能连接，满足云/数据中心间的长距离连接、5G移动前传网络和数据中心内的短距离连接等需求。
    SDN是承载网实现软件定义连接的重要手段，可以实现IP与光网络在控制、管理和数据三个平面的融合， 并做到IP层与光层的网络拓扑共享、网络资源统一管理、网络连接协同配置。其次，实施IP/光网络连接的按需精准化动态调整，为上层业务提供虚拟动态切片网络和连接。同时，运营商通过提升IP网络接口和光传输路径带宽，减少网络层次，并由集中化的控制单元计算最优的路径，为用户提供低延时的网络连接，满足时间敏感性业务的需求。
    此外，在光电技术上，采用新型的BiCMOS电路设计、锗硅材料、硅光集成技术等，以减小器件尺寸、提高时钟频率、改善光路性能，提供200/400/500G的灵活可调高速光连接和T比特级的光系统，及路由器单端口400G的接口能力。在IP业务上，软件定义的VPN实现了企业VPN的快速灵活部署，紧密整合企业VPN和DC资源；引入策略驱动的修改和自动化，使分散的用户端可根据应用需求自助服务。
    4、万物互联：网络为本
    网络是万物互联之根本，“中国制造2025”、“互联网+”等国家战略的实施，都将以网络为基础设施和创新要素，推动产业转型。为顺应需求，首先，网络必须具备高可靠的通信能力；其次，物联网的网络连接类型丰富多样，含近程网络、接入网络以及业务网络等，需要通信网络具备异构网络间的无缝信息交换能力；最后，需要端到端的安全机制保障企业资产及业务安全。
    云网集成的未来网络结合了SDN、NFV和云计算技术，为万物互联提供了坚实的网络基础。第一、边际云同时支持低网络时延和高带宽，确保云辅助驾驶、增强现实等业务的实施；第二、针对物联网海量终端信令开销大的难点，利用网络虚拟化中的切片功能，为物联网应用提供虚拟专属网络，并优化其信令设计；第三、边际云提供的高性能处理能力，为大量低功耗、低处理能力的IoT终端完善了其业务功能；第四、集成云网络提供高效和可信环境,全面保障物联网数据的生产、交换和使用的安全。随着物联网应用的不断丰富和普及，集成云网络的重要性将日益凸显。
    5、业务平台：开放创新
    云网集成的未来网络，为运营商打造开放创新业务平台提供广阔发展空间。敏捷创建、自动部署、按需提供、精益运维将是业务平台的发展趋势。未来业务平台将以构建端到端网络业务为中心，更加关注业务编排、网络资源的统一调度和NFVI的管理。为此，需要将物理及虚拟的网络资源统一抽象，根据业务需求，构建新型的网络业务模型，对网络资源数据进行动态分析，以实现网络业务链的自动高效链接；通过实时分析业务状态、网络运行监控、故障分析和恢复等措施，完成业务实现和业务保障的动态管理；基于OpenStack、TOSCA、USDL等技术，NETCONF/YANG等开放协议接口以及DevOps、开源软件等创新模式，实现开放的业务平台。
    开放的平台提供多样化的业务创新能力，更好地支持物联网与移动互联网应用、支撑运营商探索新型B2B业务。例如按时按需带宽、增强网络切片用户控制、实时上下文相关的服务质量优化、跨运营商动态虚拟网络等动态使能业务；企业接入（SD-VPN、vCPE），IaaS（计算、存储、桌面），安全服务（例如防火墙、入侵检测、入侵防护、内容过滤和端点安全）等网络扩展业务；情境感知、大数据处理及分析和增强智能等网络智能业务。
    6、泛在安全：按需定制
    “中国制造2025”、“互联网+”等一系列战略的顺利实施，互联网和物联网多样化业务的健康发展，需要全方位的信息安全保障。采用系统性的安全方法，将传统的安全功能进行重构，借助于全网的拓扑结构，结合自学习自动防护安全管理功能，将重构后的安全功能推送给对安全有需求的网络和应用，使其能根据自身运行环境定制安全功能，实现动态的安全服务。
    NFV增强了安全的灵活性和扩展性，SDN的集中控制则促进了对网络攻击进行自动地快速响应。借助于NFV和SDN的技术优势，将传统的安全功能如基于端点、边界、网络的安全进行虚拟化，结合新增加的安全功能如安全分析、安全攻击自动化管理等，构建一个网络安全能力中心；网络和应用通过SDN控制器在调用网络资源的同时，根据具体安全需求向网络安全能力中心请求相应的安全服务能力，SDN控制器根据相应的安全需求和安全策略将安全服务能力推送给网络和应用进行安全服务，网络和应用运行结束时，其所请求的安全服务能力也会终止，从而实现按需供给的动态安全服务。
    此外，量子密码技术将是未来通信网络安全保障的重要补充。由于传统的基于大数分解的加密算法如RSA面临云计算时代超高计算能力带来的威胁，而量子技术的测不准原理能防止秘密信息的泄露，从而有效地提高网络安全可靠性。
    7、绿色通信：畅行节能
    当前网络和数据中心消耗了全球约4%的电力，是影响碳排放的重要因素。不断增强的终端能力，不断增长的带宽需求，以及物联网的日渐兴起，带来了千倍流量增长的难题。按现有的建网方式，能量消耗将随流量的增长而线性增长，这不论是从可持续发展的生态角度、环保立法力度不断加大的法制角度、还是从运营商的投资角度来说，都是无法接受的。
    根据GreenTouchTM的研究成果，绿色节能的通信技术趋势，主要有针对移动接入网的BCG2（Beyond Cellular Green Generation）、LSAS（Large Scale Antenna System）、GTT（Green Transmission Technologies）等，针对固定接入网的Bi-PON、虚拟家庭网关、重设计P2P光收发器等，针对核心骨干网的能源感知的智能保护、光旁路、网络拓扑优化、边际云等。贝尔实验室的研究显示，在考虑了2020年的业务流量巨大增长情况下，综合技术、网络架构、器件、算法和协议等节能手段，在移动接入网、固定接入网和核心骨干网上的能效比2010年分别提升10000倍、254倍和316倍，从而使得2020年端到端通信网络的净能耗将只是2010年的1/50。这表明，采用绿色通信技术，不仅能满足未来网络流量千倍增长的需求，提供给用户无限畅行的体验，同时还可实现增效节能，减少投资。
    结束语
    网络作为数字化生存的基础，其可持续发展是永恒的话题。面对日益严峻的量收“剪刀差”困局，运营商只有借助互联网思维和ICT技术来进行网络重构、运营重构和产业链重构，才能实现突破。作为信息传送主体的网络，将和信息处理的主体数据中心实现紧密集成，在SDN/NFV、云技术和网络虚拟化技术的支撑下，未来网络的总体目标将是一个简单、开放、安全、可编程的网络架构。网络的物理实现，将围绕电信数据中心展开，逐步实现网络功能、业务和应用的软件化和虚拟化，并借助云技术实现弹性、动态和自动化。网络虚拟化为业务多样性和运营模式多样性、为网络运营从B2C为主的模式逐渐转变到B2B模式提供技术支撑。