未来网络研究与发展思考

当前，工业互联网、车联网、元宇宙等新兴应用不断涌现，要求未来网络实现确定性服务质量保障。例如，继电保护需要15ms以内的端到端时延以获取更好的性能、云化PLC需要0.25ms以内的抖动以实现精准的控制指令下发。此外，由于系统运行过程中涉及大数据的迁移存储，行业大模型训练等应用需要确定性的大带宽。综上，可定制的确定性时延、抖动、带宽等QoS网络切片能力是未来网络发展的重要需求。

为满足上述需求，国际产学研各界相继展开技术攻关。2017年6月，思科公司提出了可编程的运营商云网一体化技术路线。2019年10月，AT&T测试了400GE白盒路由器，并在广域网中提供了点对点传输服务能力。2020年12月，美国国防部高级研究计划局(DARPA)启动了PRONTO项目，旨在为工业4.0场景构建新型网络架构。2022年10月，美国能源科学网络(ESnet)升级至第六代ESnet 6，专用光缆达到15 000英里(约24 000公里)，贯穿全美，主干链路达到400Gb/s，交换容量高达46Tb/s。此外，正在规划的ESnet7核心能力包括端到端确定性、白盒可编程、AI智能网络以及资源一体化调度。与此同时，北京邮电大学、紫金山实验室、江苏省未来网络创新研究院等单位，从工业互联网、车联网、全息全感网络等未来网络典型场景出发，提出了“服务定制网络”(SCN)体系架构。在兼容开放式系统互联分层模型的基础上，定义了新型网络承载、网络操作系统、云网超融合三项功能平面，可实现确定性数据转发、差异化网络控制、云网需求灵活定制等能力。并且，相关单位依托未来网络试验设施(CENI)成功构建大网网络操作系统、算网操作系统和确定性网络能力，实现了异构网络设备兼容控制、算网资源协同调度，以及万公里广域无损传输试验。

随着人工智能设备和软件技术不断突破，AI大模型、空间计算、具身智能等趋势正在引爆新一轮技术革命。“数据、算力、大模型”对网络基础设施提出更高要求，未来网络逐步迈向高通量和智能互联时代，智能逐渐成为网络内生能力。在此背景下，依托可编程网络、大网网络操作系统等技术，突破以物理硬件为主的传统网络发展模式，构建以数据需求驱动的“服务生成式”新型网络体系架构，是未来网络发展的必然趋势。

面向网络2030，未来网络期望构建万亿级、人机物、全时空、智能化的互联网基础设施，支撑丰富多样的应用场景。例如，应用于“东数西算”枢纽的高速互联和区域算力并网；应用于构建新型工业互联网、车联网，服务“制造强国”战略；应用于构建能源互联网，服务国家“碳达峰、碳中和”战略；此外，还可应用于构建行业大模型，赋能数据传输、训练推理协同等新兴场景。

为满足我国数字经济和实体经济的数实融合发展需求，考虑“数据平面—控制平面—服务平面”之间的联动，未来网络重点关注光电融合、确定性承载、网络操作系统、算网操作系统、多云智能无损互联、工业实时边缘网络等关键技术。

1)广域光电融合路由技术

目前，光传输网络面临芯片跟不上IP流量增长、网络运力和数据要素发展不平衡等挑战，同时还需要满足“碳中和”战略的节能需求。为此，未来网络可采用光电融合发展路径，推动IP支持ZR+可插拔光模块技术，在增强传输能力的同时降低网络总体功耗和成本。ZR+可插拔光模块基于相干检测技术，能够提供高速、长距、高可靠、高通量数据传输。其关键在于将未来网络电层设施融合进可插拔光模块，同时支持确定性转发和光电融合调度，进而显著降低未来网络建造和运营成本，提升服务质量，为“东数西算”算力网、城市区域算力网、数据要素高速承载网等新型广域网建设提供一个全新的ZR+技术栈。

2)可编程确定性网络

未来网络通过可编程确定性网络核心机制，依托时隙调度、数据面建模等技术，结合核心设备的可编程能力，实现不同确定性网络机制转发行为的独立运行与隔离，支持端到端确定性路由、带宽、时延、抖动、丢包及多样组合的按需定制。其关键在于研发可编程网络交换设备并构建端到端异构组网模式。具体来说，未来网络依托可编程设备，利用灵活以太网(FlexE)、时敏组网(TSN)、确定性组网(DetNet)等技术，通过异构设备时隙对齐、网算存一体化数据面映射等策略，构建可编程端到端确定性网络，实现互联网从“尽力而为”到“确保所需”的跨越，打造我国“网络高铁”。

3)大网网络操作系统

未来网络旨在构建“域内智能管控、域间安全扩展、虚实孪生融合”的大网级网络操作系统，支撑可扩展、多场景、数智化的数据空间应用。此外，网络操作系统还应包含虚实融合的大规模网络仿真平台和数字孪生系统，以提供大规模网络建模和系统管控基础能力。其关键在于构建多域协同的智能管控架构，亟需突破多域海量网元兼容管控技术，建立多域网络拓扑数据模型和跨域统一的信息数据中台，实现高等级自智网络业务闭环系统架构，并基于机器学习和大模型进行网络状态评估和行为决策，提升大规模网络协同治理能力，构建我国自主可控的“网络大脑”。

4)人工智能算网操作系统

未来网络还需要构建以国家“东数西算”等重大工程和数实融合产业需求为牵引的算网操作系统。在系统能力方面，应具备进程间通信和管理等能力，并提供系统调用接口。在上层业务方面，应能有效支撑增强现实人机交互、人工智能模型训推等应用。在底层资源调度方面，应支持算力并网、算网融合、光电融合广域网、无服务器数据中心等核心技术。其关键在于构建分布式内核体系架构，实现全局进程通信、进程管理和文件管理等能力，提供与分布无关且语义一致的系统调用接口，实现原生业务生态和资源层“主板”跨层协同，提供具备算网全域覆盖、级联控制、多方共享能力，建立我国“数字大动脉”。

5)多云智能无损互联技术

为满足多云无损传输、算力接入、云级智能等需求，未来网络需构建集软件、模型和设备于一体的多云智能无损互联平台，提供带宽保障、时延控制、路径规划、算力加速等功能，支持多云互联AI大模型，支撑用户意图识别、网络行为异常检测、网络运行状态优化，进而实现智能、无损和高效便捷的多云互联。其关键在于突破信道化带宽保障、SRv6自适应路由等核心技术，构建长距广域无损传输模式，并借助AI大模型实现多云交换网络服务自动生成能力。

6)工业实时边缘网络技术

工业制造是实体经济的基石。针对工业系统如柔性制造场景需求，未来网络需要支持边缘实时接入、资源精确建模，实现鲁棒性服务部署和动态调度决策。其关键在于面向工业应用的时敏网络管控，重点是完成终端系统应用程序、实时操作系统、时敏网络的时间片映射对接，实现业务层面的端到端确定性可管可控，形成时敏网络从操作系统到网络传输的内核精细化实时协作，以支持工业应用的高效运行。

要充分发挥集中力量办大事的制度优势，汇聚国内优势力量，瞄准打造国际先进、安全可控新一代网络技术体系的目标，推动设立“新型网络重大科技专项”，加大新型网络技术创新支持力度，组织力量攻关突破网络体系架构、核心芯片、网络操作系统、算网协同调度、网络人工智能、网络智驱安全等关键技术，加强核心系统研发与系统部署。统筹整合优势科研队伍、国家科研基地平台和重大科技基础设施，定期制定技术突破路线图和任务表。加快技术标准体系建设与应用，积极探索构建自主的开源社区，强化网络新技术的试验验证与示范应用，推动自主网络技术快速迭代。

产业化应用是检验技术创新成果的关键。高校、科研院所在开展基础研究的同时，要大力加强与电信运营企业、设备制造企业、互联网企业等产业界的广泛合作，推动技术创新成果在同质环境中的验证，加速基础创新落地与结果转化。建议加大对未来网络试验设施建设的政策支持力度，推动超算中心、天眼等国家大科学装置建设，号召国家与省市重点实验室、研究院所等重点科研单位积极接入未来网络试验设施，构建国家级科研专网以更好地服务于国家科研创新与试验。支持产业界成立未来网络相关产业联盟，协调产业链上下游协作，加强技术推广和示范应用，形成自主可控的未来网络产业生态体系，打造“芯片—设备—网络体系架构—核心关键技术—大规模未来网络试验设施—重大应用示范”的全链条产业生态。同时，建议加快整合电信运营商、设备制造商、互联网公司、研究机构及高校的资源优势，在全国范围内建立知名科研和产业创新高地，打造未来网络教育平台，培养更多优秀的技术型人才，不断提高我国在未来网络领域的创新能力，为实现网络2030愿景及我国未来网络领域的新产业布局奠定技术基础。