未來網(wǎng)絡(luò)設(shè)施之探秘

許志堅 譚 航

江蘇省未來網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新研究院

0 引言

2018年5月11日，在第二屆全球未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展峰會開幕式上，未來網(wǎng)絡(luò)試驗設(shè)施項目的啟動儀式引人注目。該項目由江蘇省人民政府作為主管部門，江蘇省未來網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新研究院作為建設(shè)法人單位，它是我國信息通信領(lǐng)域唯一的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施?！皣抑卮罂萍蓟A(chǔ)設(shè)施”是什么？“未來網(wǎng)絡(luò)試驗設(shè)施”建設(shè)內(nèi)容和意義何在？本文作為未來網(wǎng)絡(luò)科普系列的一部分，將為大家解答這些方面的疑問。

1 什么是國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施

國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施是指為提升探索未知世界、發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律、實現(xiàn)科技變革提供極限研究手段的大型復(fù)雜科學(xué)研究系統(tǒng)，是突破科學(xué)前沿、解決經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和國家安全重大科技問題的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)，由國家統(tǒng)籌布局，依托高水平創(chuàng)新主體建設(shè)，是長期為高水平研究提供服務(wù)、具有較大國際影響力的國家公共設(shè)施。它的發(fā)展?fàn)顩r是國家科技水平和綜合實力的重要標(biāo)志之一。

國家重大基礎(chǔ)設(shè)施中有一些是我們相對熟悉的，比如我國第一臺高能加速器——北京正負(fù)電子對撞機（BEPC），被稱為人造太陽的世界首個全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST），被稱作“天眼”的世界最大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡——500米口徑球面射電天文望遠(yuǎn)鏡（FAST），垂直巖石覆蓋達(dá)2400米的世界上最深的地下實驗室——中國錦屏地下實驗室等。國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施本身是由多學(xué)科支撐、眾多高新技術(shù)集成的產(chǎn)物；體現(xiàn)了項目承建方在國家創(chuàng)新體系中的強大研發(fā)能力和國際競爭能力。

按照不同的應(yīng)用目的，國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施分為三類：

（1）專用研究裝置：為特定學(xué)科領(lǐng)域的研究裝置，如北京正負(fù)電子對撞機、超導(dǎo)核聚變實驗裝置等；

（2）公共實驗平臺：為多學(xué)科領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究服務(wù)的大型公共實驗裝置，如上海光源、未來網(wǎng)絡(luò)試驗設(shè)施等；

（3）公益基礎(chǔ)設(shè)施：為國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國家安全和社會發(fā)展提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的重大基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)設(shè)施，如中長短波授時系統(tǒng)、中國西南野生生物種質(zhì)資源庫等。

圖1 北京正負(fù)電子對裝機

圖3 “天眼”（FAST）

作為國家為主體承建的大型公共技術(shù)平臺，國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施必須做好向社會開放共享工作，包括：接收社會使用申請、提供技術(shù)支持及必要的工作條件，以及在確保國家安全和保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)的前提下，最大限度地實現(xiàn)科學(xué)數(shù)據(jù)共享等。 同時，國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施還必須承擔(dān)科普教育基地的責(zé)任，定期向青少年和社會公眾開放。

過去幾十年，國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施在國家的發(fā)展中發(fā)揮了舉足輕重的作用，提高了國際競爭力與科技話語權(quán)，在全國高度關(guān)注“核心技術(shù)創(chuàng)新”的大環(huán)境下，國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施將會扮演更加重要的角色。

2 未來網(wǎng)絡(luò)試驗設(shè)施的意義

互聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)今信息技術(shù)時代的最大功臣，深刻改變了人類的生活方式，極大推動了國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步。隨著網(wǎng)絡(luò)用戶規(guī)模和應(yīng)用規(guī)模的不斷擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)功能正在從原有的科研型、消費型，逐漸向生產(chǎn)型進(jìn)行轉(zhuǎn)變，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新型網(wǎng)絡(luò)需求對現(xiàn)行互聯(lián)網(wǎng)的可控性、安全性、可靠性等都提出了更高的要求，迫切需要探求新的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論、技術(shù)方法與業(yè)務(wù)模式，國內(nèi)外包括美國、歐盟、日韓、中國等國家都在爭當(dāng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定者和領(lǐng)跑者。

大型試驗設(shè)施是未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)創(chuàng)新及部署實施最基礎(chǔ)的研究方法，美國國家自然科學(xué)基金會早在2005年，就啟動了“FIND計劃（Future Internet Design）”和“GENI計劃（Global Environment for Networking Innovations）”，分別從研究新的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和建設(shè)創(chuàng)新試驗基礎(chǔ)設(shè)施平臺兩個方面，支持互聯(lián)網(wǎng)前沿科學(xué)與工程問題的研究，并在此基礎(chǔ)上持續(xù)推出新的研究計劃和實施項目。與美國類似，歐美有FIRE，日本有JGN-X，韓國有KREONET-s。我國建設(shè)一個大規(guī)模、可擴(kuò)展、開放、可測可控的未來網(wǎng)絡(luò)試驗設(shè)施是大勢所趨。

未來網(wǎng)絡(luò)試驗設(shè)施是《國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中長期規(guī)劃（2012-2030）》中優(yōu)先安排的設(shè)施之一，該設(shè)施的建設(shè)具有多方面的重要意義。

圖4 中國錦屏地下實驗室

2.1 科學(xué)技術(shù)意義

未來網(wǎng)絡(luò)試驗設(shè)施將為網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)理論與核心技術(shù)研究提供規(guī)模驗證手段，有助于探索網(wǎng)絡(luò)科學(xué)模型與持續(xù)演進(jìn)發(fā)展機理，突破自主知識產(chǎn)權(quán)的網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備與系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，全面提升國家在網(wǎng)絡(luò)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的前瞻研究能力。

2.2 產(chǎn)業(yè)發(fā)展意義

未來網(wǎng)絡(luò)試驗設(shè)施將促進(jìn)科研成果產(chǎn)業(yè)化，為設(shè)備廠商、網(wǎng)絡(luò)運營商、應(yīng)用服務(wù)提供商等單位的系統(tǒng)與服務(wù)創(chuàng)新提供研發(fā)、驗證與示范的重要平臺，全面提升國家信息通信產(chǎn)業(yè)的持續(xù)創(chuàng)新能力。

2.3 國家安全意義

未來網(wǎng)絡(luò)試驗設(shè)施將為網(wǎng)絡(luò)與信息安全攻擊防護(hù)理論、技術(shù)、系統(tǒng)提供驗證與演練平臺，為構(gòu)建我國自主安全可控的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施提供支撐，全面提升國家網(wǎng)絡(luò)信息空間安全保障與對抗能力。

3 未來網(wǎng)絡(luò)試驗設(shè)施項目介紹

未來網(wǎng)絡(luò)試驗設(shè)施的項目主管部門是江蘇省人民政府，教育部、中國科學(xué)院、深圳市人民政府為項目共建部門。江蘇省未來網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新研究院為建設(shè)法人單位，共建單位有清華大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、深圳信息通信研究院。未來網(wǎng)絡(luò)試驗設(shè)施建設(shè)目標(biāo)包含科學(xué)目標(biāo)和工程目標(biāo)兩個方面。

3.1 科學(xué)目標(biāo)

針對互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)存在的重大技術(shù)挑戰(zhàn)，解決互聯(lián)網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展面臨的關(guān)鍵核心問題，研究并提出新的未來網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，探索我國未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的技術(shù)路線和發(fā)展道路，在國際上爭取更大的話語權(quán)。試驗設(shè)施將支撐“互聯(lián)網(wǎng)+”國家戰(zhàn)略需求，滿足“十三五”和“十四五”期間國家關(guān)于下一代互聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)空間安全等重大科技項目的試驗驗證需求。具體包括：

（1）研究新型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)理論與組網(wǎng)核心機理，形成網(wǎng)絡(luò)柔性組織等基礎(chǔ)理論和方法；通過改變節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)方式等核心要素，探索新的網(wǎng)絡(luò)體系的演進(jìn)及變革；與國外新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對標(biāo)，為實現(xiàn)大幅提升網(wǎng)絡(luò)性能、能效比提供基礎(chǔ)理論。

（2）攻克核心設(shè)備、系統(tǒng)與業(yè)務(wù)關(guān)鍵技術(shù)。以自主研發(fā)的核心關(guān)鍵設(shè)備及系統(tǒng)為基礎(chǔ)，驗證多項關(guān)鍵技術(shù)，探索可持續(xù)演進(jìn)的未來網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模式，支撐高帶寬、低時延、高并發(fā)、高可靠、高安全的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)創(chuàng)新。

（3）提升國家網(wǎng)絡(luò)空間安全保障機制與手段。探討基于網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)要素的安全機制，刻畫網(wǎng)絡(luò)空間安全態(tài)勢發(fā)展模型，驗證在實際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中網(wǎng)絡(luò)空間安全監(jiān)測與攻防能力，形成未來網(wǎng)絡(luò)空間安全與性能保障的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及測試體系。

3.2 工程目標(biāo)

建設(shè)一個先進(jìn)、開放、靈活、可持續(xù)發(fā)展的大規(guī)模通用未來網(wǎng)絡(luò)試驗設(shè)施，為研究未來網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新體系結(jié)構(gòu)提供簡單、高效、低成本的試驗驗證環(huán)境，具體包括：

（1）以自主研發(fā)核心設(shè)備和系統(tǒng)為基礎(chǔ)，搭建未來網(wǎng)絡(luò)試驗設(shè)施。該設(shè)施覆蓋全國40個城市，建設(shè)88個主干網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、133個邊緣網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)與國內(nèi)知名網(wǎng)絡(luò)及國際GENI等試驗床的互聯(lián)互通，具備不少于128個異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、 4096個并行試驗的支撐能力；具備新型網(wǎng)絡(luò)革新與傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)兩條技術(shù)方向融合的試驗?zāi)芰Α?/p>

（2）建設(shè)“一總?cè)帧边\行管控中心，即南京運行管控總中心，以及北京、合肥、深圳運行管控分中心，實現(xiàn)對試驗設(shè)施的高效運維和管理。

（3）創(chuàng)建5個未來網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新實驗中心，研發(fā)建設(shè)服務(wù)定制網(wǎng)絡(luò)（SCN）等典型示范應(yīng)用實例，為新技術(shù)應(yīng)用提供示范引領(lǐng)作用。

4 結(jié)束語

未來網(wǎng)絡(luò)試驗設(shè)施建設(shè)周期為五年。實際上，從建設(shè)第一年開始就會在局部形成服務(wù)能力，以后逐年擴(kuò)大覆蓋范圍并增加服務(wù)內(nèi)容。除了為科研院所、高等院校、行業(yè)聯(lián)盟及企業(yè)提供試驗環(huán)境外，江蘇省未來網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新研究院將充分發(fā)揮自身在未來網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的先導(dǎo)優(yōu)勢，組織核心團(tuán)隊在此平臺上進(jìn)行前沿技術(shù)研發(fā)并完成示范應(yīng)用平臺的搭建，完成國家賦予的創(chuàng)新及行業(yè)引導(dǎo)的使命。作為我國信息通信領(lǐng)域唯一的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，該平臺將與國際對標(biāo)，在建設(shè)和運行過程中不斷吸收最新的技術(shù)，立足國產(chǎn)自主研發(fā)進(jìn)行有效地迭代升級，始終保持其先進(jìn)性，發(fā)揮最新成果的示范引導(dǎo)及服務(wù)支撐作用，在我國信息通信領(lǐng)域取得重大突破的征程中扮演重要角色。