构建多模态网络环境 捍卫网络主权
2021-08-17 11:12:45 来源: 瞭望
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中国工程院院士邬江兴。

  ➤现有网络基础设施核心技术受制于人,网络主权与数据安全的基础建立在别人的墙基上,始终是我们最大的隐患

  ➤创新网络发展范式,构建多模态网络环境,可从根本上跳出别人预设阵地,打造独创、独有的网络基础设施,支持“双循环”的加速形成

  ➤初步判定,全球在未来15年内,会出现关键网络技术体系演进变革的窗口期,现有网络体系正处于根本性转型发展的前夜,抓住机遇勇于创新,完全可能在网络发展范式方向上取得创新突破并获得引领地位,实现弯道超车,获得网络技术发展的影响力和主导权

  随着信息网络和经济社会的深度融合,已经发展了50多年的互联网开始暴露“基因缺陷”,功能、性能、安全性、可扩展性等问题愈发凸显。为解决现有互联网瓶颈问题,我国开始探索基于新发展范式构建多模态网络环境,并启动“十四五”国家重点研发计划“多模态网络与通信”重点专项攻关。

  “在万物互联的产业互联网时代,现有互联网越来越难以满足多样化场景对时延、抖动等服务质量需求,多模态网络环境代表了信息网络技术与产业的发展方向。”近日,《瞭望》新闻周刊记者专访中国工程院院士、之江实验室网络安全领域首席科学家邬江兴,走近我国自主创新的多模态网络环境。

  多模态网络环境是实现信息网络发展范式创新的抓手

  《瞭望》:什么是多模态网络环境?

  邬江兴:目前,5G网络缺乏丰富应用场景的一个主要原因就是缺乏针对垂直行业应用特点的网络架构。类似5G,眼下各类新兴网络应用对网络服务质量的需求不断变化且各不相同,在标识定义、交换体制、路由协议等方面的设计也千差万别,现有的网络与业务分离的互联网发展范式遏制了网络技术创新和应用部署环境的构建,已成为各类新型网络技术发展的桎梏。

  多样化的业务需要多元化的网络技术体系支撑。我们针对各垂直行业和应用对网络体系与恒定时延、时间敏感、时延抖动、无错传输、远程同步等差异化的业务性能需求,提出了多模态网络环境。

  多模态网络环境使得这些多元化的网络技术体系能在统一的基础设施(即底座网络)中共生共存,并通过“即插即用”底座接口实现网络技术体系的智能化部署,从而用多元化的技术体系适配各类型个性化、专业化应用需求。

  多模态网络环境可以理解为一种新型的网络基础设施,就好比数百万个通信塔/基站及其互联设施服务3G、4G、5G网络那样,这个基础设施能支撑电信运营商、工业企业、服务提供商等各类企事业单位基于标准或自有网络技术体系的数字通信与智能计算,支持各种应用和业务在这样一个“网络之网络”的基础设施中部署和运行。

  《瞭望》:为什么需要多模态网络环境?

  邬江兴:在互联网发展初期,最多时有上百种网络。这些网络互不相通,就像有上百种方言,IP协议解决了这些网络互联互通的问题。如今,IP协议逐渐发展为互联网“大一统”的协议,用于承载所有业务,就像小马拉大车,越来越难以满足多样化场景对网络服务质量的需求:

  网络复杂度急剧膨胀,背离了“简单就是美”的设计初衷。截至2020年底,RFC(关于互联网的技术资料汇编)数量已达8000多项,远超2000年时的2000余项;主流的核心级路由器软件代码量普遍达到上亿行。

  虽然目前的网络服务理论上可以实现大部分功能,但性能却远低于期望品质。进入产业互联网时代,网络的对象不仅是人,还有传感器、机器设备、控制装置等。人们上网时对网络时延不太敏感,但机器/工业系统则需要低时延高可靠的网络性能保障。

  堆叠式发展的复杂网络中,功能安全与网络安全问题相互交织,无论是软硬件代码中存在的未知漏洞后门、病毒木马等安全威胁,还是随机性失效引发的可靠性问题都日趋严重。迄今为止,还没有一体化的理论与技术解决办法。

  在算力网络时代,仅以信息或数据的端到端传送为目标的互联网,已远远不能满足云计算、边缘计算和分布式计算等一系列新兴服务的需要。一网独大,意欲解决所有应用的愿望理论上就不可能实现。

  正是为解决现有互联网存在的诸多问题,我国自主创新,提出了基于网络发展新范式的多模态网络环境。

  《瞭望》:多模态网络环境为什么是实现信息网络发展范式创新的抓手?

  邬江兴:网络发展范式是网络技术某一阶段所依据的思维视角、理论基础、方法论和实践规范,是网络技术发展的世界观和方法论。目前,网络发展大致经历了“网络与业务一体化”“综合业务数字网”“网络与业务分离”三种范式,我们目前处于“网络与业务分离”的发展范式阶段。

  为适应多元化网络及多样化应用共生与共存、演进与变革、功能安全与网络安全兼容并蓄的时代要求,必须建立网络技术体系与支撑环境相分离的发展范式,即信息网络发展第四范式,将现有或未来的各种网络技术体系以模态的形式,实现多种网络模态在同一技术物理环境内的共生共存、独立演进与变革、模态间安全隔离和内生的安全防护功能等。

  多模态网络环境既能保障各类业务及网络技术体系的自我完善和发展,又能实现多元网络的智能、高效、安全一体化部署和管理,因此它是实现信息网络“技术体系与支撑环境相分离的发展范式”的抓手。

  多模态网络环境研发已有基础

  《瞭望》:我国在多模态网络环境研发方面都有哪些布局?

  邬江兴:“十三五”期间,科技部在国家重点研发计划中先后启动了“多模态智慧网络核心技术与原理平台”项目、“多模态智慧网络环境(PINE)及验证应用示范”课题等,由国内二十余家科研机构开展协同攻关,围绕多模态网元、模态开发与组网等开展先导性验证。

  目前,多模态网络环境作为网信领域发展的抓手,已成为我国科技发展重要任务。我国在“十四五”期间启动国家重点研发计划“多模态网络与通信”重点专项,开展多模态网络核心芯片、设备、关键技术和创新环境研究,为我国产业和技术发展提供重要支撑。

  《瞭望》:之江实验室搭建的多模态网络环境目前进展如何?

  邬江兴:之江实验室牵头承担了国家重点研发计划“多模态智慧网络核心技术与原理平台”项目,联合信息工程大学、北京交通大学、清华大学、中国信息通信研究院、中国电信、广东省新一代通信与网络创新研究院、烽火通信、迈普通信等优势团队,在多模态网络架构和机理设计、新型网元与多模态网络原理平台研制、多模态共生控制与网络管理运维等方面取得重要突破,在业界率先研制出多模态智慧网络原理平台,实现了内容、身份、地理位置、工控和IP等5种不同技术体系在同一个网络基础设施中的共生共存、独立演进与变革,并可支持以软件定义方式灵活新增和扩展更多网络模态。

  该平台的研发,有力支撑了多模态网络科研实验,为后续进一步开展试验网组网与应用示范,以及“十四五”国家重点研发计划重点专项相关任务布局等提供了有力的先导性技术支撑。

  《瞭望》:多模态网络环境的核心技术突破有哪些?

  邬江兴:我们研究突破了多模态网络环境的三大技术,即网络基线全维可定义、网络智慧化管控和网络内生安全构造。

  一是网络基线全维可定义技术。新兴网络业务形态层出不穷,对底层网络设备的承载能力不断提出新的挑战,而传统网络基础结构单一、功能封闭,硬件设备通常无法及时完成更新和升级,导致网络服务能力和应用业务需求之间长期存在“代沟”。网络基线全维可定义技术打造完全透明的基础平台,实现网元设备、协议控制、网络资源、节点能力、网络接口、转发控制、承载方式等要素的全方位开放,为开展网络模型部署和运行提供基础环境。

  二是网络智慧化管控技术。多模态网络环境支持各种用网需求以网络模态的形式进行智能加/卸载或运行。在引入人工智能技术后,可建立“感知、决策、适配”一体化的网络智慧化管理与控制机制,各种网络模态的技术演进、业务发展、应用创新及运维管理均属于网络模态或技术体系的创建者或拥有者,各自均可以独立部署或演进发展。

  三是网络内生安全构造技术。当前,链路与节点故障、系统漏洞等新型互联网安全威胁层出不穷。网络内生安全构造技术依据“结构决定安全”“系统大于部分之和”的理念,构造出新型拟态防御技术,从而打破网络未知威胁的周期性作用,可提高网络空间的整体安全性。

  通过这三大技术,多模态网络环境能够使网络的功能形态灵活高效地适应复杂多变的社会发展需求,突破了技术体系迭代“总把新桃换旧符”“推倒重来”的缺陷,给网络技术体系及其业务和性能发展提供了充分的创新空间,让传统网络中的“高延迟”“高成本”“难管控”等问题成为历史。

  推动多模态网络环境落地应用

  《瞭望》:我们需要多久才能应用多模态网络环境?将有望在哪些领域最先应用?

  邬江兴:实际上,多模态网络环境在现实社会的应用已经在不断推进中,各种新型网络模态在诸多行业网络中已经得到部署和应用,如身份标识网络、地球剖分网络、分布式计算网络等,这些应用已经展现出强大的生命力和应用效果。

  结合目前网络技术创新应用发展趋势,多模态网络环境有望在离用户创新侧最近的领域率先部署和应用,如云网融合基础设施、工业互联网、行业专网、天地协同网络等。

  我相信,多模态网络环境将对网络技术和应用产生革命性影响,其在信息网络基础设施中的应用会越来越广泛,将深度融合于金融、能源、工业等经济社会领域中,有效提升社会的创新力和生产力。

  《瞭望》:应用多模态网络环境将对国家经济社会发展产生哪些深远影响?

  邬江兴:现有网络基础设施核心技术受制于人,网络主权与数据安全的基础建立在别人的墙基上,始终是我们最大的隐患。尤其是在中美博弈的新形势下,要加快构建以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局。

  创新网络发展范式,构建多模态网络环境,可从根本上跳出别人预设阵地,打造独创、独有的网络基础设施,支持“双循环”的加速形成。

  初步判定,全球在未来15年内,会出现关键网络技术体系演进变革的窗口期,现有网络体系正处于根本性转型发展的前夜,抓住机遇勇于创新,完全可能在网络发展范式方向上取得创新突破并获得引领地位,实现弯道超车,获得网络技术发展的影响力和主导权。

  《瞭望》:推动多模态网络环境应用,需要哪些政策措施?

  邬江兴:结合当前国内外发展形势和新型网络技术发展特点,建议从三个方面制定相应政策和措施:

  一是由国家主管部门牵头,建立跨部门、跨区域、跨机构的组织协调机制,科学决策和统筹部署推进多模态网络环境和应用研发任务;二是依托重大科研平台开展任务协同攻关,有机整合“产学研测用”优势科技资源,为自主创新科研成果在国家建设中落地提供支撑;三是探索科研任务和项目组织实施的新模式,推动多模态网络环境研发的“揭榜挂帅”“赛马制”等措施,充分激发各类创新主体的活力和研发动力。(记者 朱涵)

责任编辑:戴益节

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