未来网络发展趋势研究

摘 要： 多媒体网络、智能网络的出现使互联网的发展面临挑战。针对互联网的现状，指出了进行未来网络研究的必要性；简要描述了未来网络的概念；回顾了未来网络的研究规划；阐明了国内外研究现状，其中包括：物联网、数据中心网络、云计算、云安全和系统级故障诊断等；在此基础上分析了未来网络的发展趋势，预测其发展前景，以及在发展中有待解决的问题。

关键词： 未来网络； 物联网； 数据中心网络； 云计算； 系统级故障诊断

中图分类号：TP393 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2014）03-01-02

0 引言

随着网络技术的不断发展，互联网现已成为一种涉及多学科、高科技的应用领域，其性质从一个以科研为主的网络逐步演变为全球规模的信息基础设施。上世纪90年代以来，以Internet为代表的互联网进入高速发展阶段之后，出现了多媒体网络、智能网络等，与原有互联网的矛盾逐渐凸显，这些矛盾已经影响到网络的可持续发展，这使得对新一代网络的研究提上日程，于是催生出“未来网络（Future Network）”[1]，如今未来网络技术的研究成了炙手可热的新领域。未来网络也叫“下一代网络（NGN，Next Generation Network）”或“下一代互联网（Next Generation of Internet）”，学术界至今未有明确的定义[2]。

1 未来网络的研究规划

1993年美国政府提出了“NGII（Next Generation Internet-

Initiative）”计划，该计划的目标是开发规模更大、速度更快的下一代网络结构，提供更为先进、实时性更高的网络应用服务，实现更快速的交换和路径选择，同时保证网络信息的可靠性和安全性。

2005年，美国国家科学基金会设立了两项未来网络计划：未来互联网网络设计计划（FIND）和全球网络创新环境计划（GENI）。2007年欧盟启动第七框架计划，建立欧洲未来互联网研究和实验项目（FIRE），投入达4000万欧元。

我国为了彻底改变互联网落后于人的现状，抓住未来网络发展机遇，国家级的战略研究项目“中国下一代互联网国家示范工程项目（CNGI）”于2003年酝酿并启动。以此搭建我国第一个未来网络实验平台，致力于未来网络体系结构的研究。

2 未来网络的国内外研究现状

2.1 物联网

物联网[3-4]较早的定义是由MIT Auto ID Center 在1999年提出的：在现有计算机互联网的基础上，利用RFID、无限数据通信等技术，构造一个以实现物品自动识别和信息互联共享功能，并且能够覆盖世界万事万物的未来超级网络，即物联网。

2009年，IBM提出“智慧的地球”，全世界为之沸腾，物联网再次掀起热潮，许多国家将发展物联网技术纳入重大信息发展战略之中。

“智慧的地球”利用物联网技术试图改变政府、公司和个人之间的交互方式，从而实现更广泛的互联互通以及更深入的智能化。物联网在欧洲受到了欧盟委员会的高度重视已被正式立为欧洲战略性发展计划，作为全球第一个物联网发展战略规划，《欧盟物联网行动计划》于2009年正式出台，该计划标志着欧盟国家层面上将物联网的实现提上日程。同年，中国国务院总理提出“感知中国”之后，物联网也成了我国的研究热点，国内各大电信运营商纷纷将物联网作为未来移动互联网的重点发展方向。此外，新加坡公布了“智慧2015”，澳大利亚、法国、德国等都在加快未来网络基础设施的建设步伐[5-6]。

2.2 数据中心网络

数据中心网络[7]是指数据中心内部通过高速链路以及交换机连接大量服务器的网络。数据中心网络的核心是由数万台高性能服务主机按照新型拓扑连接而成，通过网络为各类用户提供大数据处理服务。数据中心网络采用先进的网络技术和存储技术，结合“设备虚拟化”理念，承载了网络中大部分的服务请求和数据存储量，提供高效率的大数据运算功能，为客户业务提供高性价比的数据服务平台，体现了一种网络服务集中化的思想。

目前，全球数据中心总量大约为350万个，主要集中分布在美国、欧洲、日本和中国等地区。其中，美国和欧洲的数据中心数量几乎占据全球总量的一半。关于数据中心网络的研究成果有软件定义数据中心（DCN）、“OpenFlow”网络交换模型[9]、国内学者刘晓茜等人提出的“雪花结构模型”[10]等。在未来一段时期内，虚拟化，高速化，集中化，支持大数据将是数据中心网络可预见的发展趋势。

2.3 云计算

云计算[11]是一种可以调用的虚拟化资源池，这些资源池可以根据负载动态重新配置，以达到最优化使用的目的。云计算由Web服务和网格的演化、发展而来，故而云计算与这两者有很多相似之处。目前，世界级大公司亚马逊、微软、谷歌、英特尔等均提出“云计划”，例如Google的云计算平台和云计算的网络应用程序、IBM和Google联合进行的“蓝云”计划、亚马逊云计算AWS（Amazon Web Service）计划等[12]。

2.4 云安全与系统级故障诊断

在未来网络技术的研究和发展过程中，传统的反病毒模式已不能满足新型网络发展的安全需求，应运而生的是云安全技术（Cloud security technology）。云安全技术的思想就是通过云端的服务器，即时搜集海量的病毒库信息，对使用者的本地端进行及时有效的保护，达到网络共享信息的目的。

相比传统的反病毒技术，云安全技术具有明显的优势：一方面，云中病毒样本是从大量客户端收集的，相比传统病毒库更全面，提高了查杀病毒的能力和处理效率；另一方面，传统用户在病毒查杀时需要耗费大量计算机资源，而云安全技术将查杀病毒放在服务端，节省了计算机用户本地的资源耗费，客户端体积更小，功能更强。

为了使未来网络能够健康的发展，“系统级故障诊断”扮演着不可缺少的角色。系统级故障诊断的大致思想是：让系统中的处理机相互测试，通过对测试结果进行逻辑分析确定故障处理机。现有的系统级故障诊断研究成果包括：基于PMC模型的DSD算法，基于Hopfield算法的Compete算法、集团算法、基于PMC模型的遗传算法、人工免疫诊断算法、神经网络诊断算法，以及笔者提出的方程诊断算法[13-14]等。笔者首次建立PMC方程模型的定义（即PMC模型的方程描述），针对传统的图论诊断算法离不开t-可诊断性和相信大多数（即假定系统中故障机的台数少于处理机总台数的一半）的特点，引入绝对故障基等概念，并充分运用集团工具，在不以t-可诊断性和相信大多数作前提假设的情况下，找到了求PMC模型全体相容故障模式的具体方法——方程诊断算法。

3 未来网络的发展趋势

未来网络在不久的将来究竟会发展成什么样，我们不妨根据当前的研究现状，对未来网络的发展前景作一个合理的预测。

3.1 网络规模的扩大和用户数的激增

随着物联网、云计算以及多媒体技术大规模的发展与应用，用户和终端规模进一步扩大。若以城域网为单位，用户规模超千万、终端规模超亿将成为未来网络的重要特征。PC的普及以及宽带费用的降低，使得一切都不是问题，未来网络全民时代的到来自然将不再是传说。美国国家科学基金会 （National Science Foundation）预测，截止到2020年，全球未来网络用户将增加到50亿。

3.2 未来网络的智能性

未来网络的智能性主要表现为，通过模拟人脑的思维活动，为用户提供更加方便、直观、友好的应用。目前，关于未来网络的智能化不仅体现在触屏电脑、查阅资料、简单的数据统计和简单的智能控制方面，未来网络的智能化发展空间还十分广阔，如智能性决策系统、分布知识库系统、智能性分布控制系统、智能技术等。未来网络的智能化将为人们的生活带来极大的便利，还需要进一步加强研究和探索。

3.3 网络多媒体

未来网络把人们所需要的多种形式信息转换成具有文字、图形、图像和声音等多种信息形式。目前，数字摄像输入、压缩解压、语音声控输入等多媒体信息传输技术，视频存储、语音存储等多媒体存储技术，彩显、彩打等多媒体利用控制技术，以及n4MX芯片等多媒体处理技术的发展，为多媒体技术和未来网络技术的结合和发展，提供了强大的技术支持。未来网络的多媒体性将为人类日益丰富多彩的生活提供极大的便利和保障，成为未来网络的重点发展方向之一。

4 结束语

近年来，世界各国纷纷开展关于未来网络的研究，在未来网络架构、网络性能、云计算、物联网、数据中心等方面取得了许多重大成果。在进展迅速的同时，未来网络的安全性、路由可扩展性、信息甄别等是未来网络进程中首先要解决的问题。以现有的研究成果为基础，继续推进并加大开发研究力度，增进全球范围的交流合作，必将实现未来网络规划，为全球网络体系带来一个划时代的技术飞跃。

参考文献：

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