情景网络：智慧的新型网络

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当今互联网似乎已经无所不能，不管是给好友点赞、分享照片、支付账单，还是左右大选结果。尽管如此，现在的网络仍然没有脱离“以尽力而为的方式，按最短路由原则，将信息从一个地方传输到另一地方”的传统思路，从发展角度上看，它似乎处于“僵化”状态：自互联网发明以来，网络基线技术——IP协议、路由、转发方式并没有发生本质变化。究其根本原因，封闭架构的网络系统严重阻滞了网络基线技术的创新与多元化脚步。彻底改变这一现状需要依靠开放架构网络。

网络的最重要目标是满足用户日益增长的多元化、多层次连接和传输服务需求。为此，众多研究者们已经从网络体系结构革新、TCP/IP协议完善、路由优化、转发加速、调度算法改进、流量整形、拥塞管理等方面进行了大量相关技术研究，取得了丰硕的研究成果，但网络总体上仍未跳出在“保畅通与保回报”之间权衡折中的旋涡。要实现新型网络所倡导的“智慧、多元、个性、高效”服务模式，需要我们对习以为常的基线技术以及相关的模型、架构和方法进行重新思考。

“基于SDN/NFV的开放式网络体系，不再将网络设备仅仅看作信息从源头到目的地的机械转发节点，而将其视为能够根据当前任务不同需要，实时感知网络业务多维情景，做出相应决策，进行动态调整的智慧节点。”国家数字交换系统工程技术研究中心（NDSC）邬江兴团队提出了这一新型网络设想，并将其命名为“情景网络”。

据华为的统计，目前网络运维成本是通信网络设备本身成本的3～4倍，70%的重大网络故障是误操作等人为原因造成的。网络本身的智慧化已经成为了必然趋势。想象一下，如果网络节点具有了智慧属性，那么新型网络也许会像自然界“群集运动”中的鱼群、鸟群一样，成千上万的个体互相协调，进行复杂而有序的迁徙、觅食等群体运动，即使遭遇障碍物或受到威胁也不会发生碰撞、踩踏等现象。未来，它也许还会演变成“无人驾驰的网络”。

这一设想并不是空中楼阁。网络节点都具有一定的计算、存储和通信能力，这是网络节点智慧的物理基础。此外，随着网络虚拟化、网络功能虚拟化、软件定义网络、网络可编程、可重构、软件定义硬件等理论与实践的发展，网络节点的环境感知、资源管理、自适应学习能力得到了很大的提升，使得网络节点初步具备了个体智慧与群体运动相辅相成的“感知、决策和调整”条件。

基于这一设想，短期内，新型网络将会衍生出“智慧接入、智慧路由、智慧服务、智慧管理”新能力。

• 智慧接入。网络感知各个互联网服务提供商（ISP）的服务水平，驱动多源接入的智慧选择，提供无缝隙多源接入切换能力，实现真正的“多源动态智慧接入”。

• 智慧路由。在传统路由机制中加入拥塞等网络“实时路况”以及“历史路况”的感知能力，并进行智慧选路，为网络增加基于概率标定的“路况导航与选路规划”“提前绕行拥塞路段”等新能力，大幅改善网络拥塞现状。

• 智慧服务。分布式智慧节点根据多元用户服务需求、节点当前资源和感知的前序节点服务水平进行服务决策和服务编排，主动地进行跨域服务协调和补差，依靠节点间自动协调机制达成约定的端到端服务保障。

• 智慧管理。依靠分布式智慧节点感知的信息建立起网络的“体温计”，对网络运行健康状况进行深度分析与智慧诊断，为网络规划、运营和运行提供智慧化管理辅助。

更长远地看，随着开放式网络架构和智慧属性的不断提升，未来网络可能会自动进化为一个“自主规划、自主运营、自主管理、自动优化、精准服务”的网络。届时，“无人驾驰的网络”将会以分布式智慧转发节点为物理基础，在逻辑上繁衍和分化出各个智慧服务群落并提供相应的多元、个性服务模式，例如游戏群落智慧服务模式、医疗群落智慧服务模式、教育群落智慧服务模式、工业群落智慧服务模式、计算群落智慧服务模式等，真正的网络虚拟社会可能变成现实，为影响人类生活模式的新一代应用提供助力。

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当今时代，在新型网络领域设计一个100%自主的创新解决方案既不现实也无必要。情景网络就是尽可能利用基于开放架构的软件定义网络、网络虚拟化等现有主流技术，通过循序渐进方式推出最终解决方案所需的分阶段研究成果，即：

• 智慧网络的体系结构研究。包括对节点状态、资源等感知内容的命名、抽象、度量与形式化建模，对节点处理能力的定义与抽象，对多元业务需求与网络目标的抽象描述，对分布式智能协调、集中式智能协调、混合智能协调结构的分析、建模和用户服务适配计算等。

• 智慧节点的结构与实现。对网络节点的智慧实现机制进行研究，使节点具有基础的感知、决策、调整能力。包括对有限范围内邻居节点状态的感知，对网络资源、状态的感知能力，以及自适应决策和细粒度资源调整能力。

• 智慧协议的设计。根据网络的总体目标设计情景拟合协议，实现网络服务目标到智能节点调整的分解和分布式解决；分析情景拟合协议中的邻域大小、邻域继承内容、节点调整内容等因素对网络服务目标收敛性及收敛速度的影响；研究存在感知时延、存在多个服务目标等现实情况下情景拟合协议的设计。

• 智慧网络的演进部署方案。研究可增量部署的智慧网络演进技术和方案，包括高阶服务目标下智慧节点的牵制控制方案，牵制控制协议设计，标准化牵制控制节点之间及牵制控制节点与传统网络节点的接口等。

• 智慧服务模式研究。在网络资源可抽象、可定义、可编程的技术基础上，研究网络智慧群落的衍生、进化、分群等技术，根据游戏群落、工业群落、医疗群落等不同群落特点研究相应的智慧服务模式。

当前， NDSC团队已经完成了情景网络的可行性论证，提出了节点智慧化改造方案，设计了一种依靠智慧节点自协调保障端到端服务的一阶情景拟合协议，并进行了仿真验证。未来，团队将进行节点智慧化改造方案的深化、细化和工程实践，完成情景网络高阶协议的设计、验证与开发，开展情景网络的增量部署试验，推动情景网络的应用示范。 

IEEE Spectrum

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