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未来通信网络发展与应对
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应用和需求是无线通信技术发展的根本动力之一,未来无线网络的发展同样离不开应用需求的牵引。本文从应用和需求的角度对当前通信技术领域的热点现象进行了分析,提出了未来无线网络发展的一些关键问题和应对思考,并结合计算所先进无线技术研究中心的工作进行了展望。

  一、 社会需求与网络发展分析

  随着互联网、移动宽带网、广播网及传感器网络的发展及信息技术的不断提高,涉及人们生活方方面面的各类产业将大大提升互联和智能方面的特性。 在过去的一年里,国内的通信行业围绕着“物联网”、“三网融合”等概念展开了热烈的讨论。可以预见,新一轮可对经济和社会产生深刻影响的信息技术潮流即将形成。

  “物联网”的大规模应用可以提高整体经济效益,大大节约社会管理成本,可以为全球经济的复苏提供技术动力。目前,物联网的应用在很大程度上着重于为公共服务提供保障,例如在城市交通、应急安全、生态环境领域。在不久的将来,“物联网”必能极大地拓展应用领域,成为实现农业、医疗卫生、文化、就业等领域智慧化城市的服务手段。也因此原因,物联网被认为是继计算机、互联网、移动通信网之后信息产业的又一重大里程碑。鉴于物联网在催生新兴战略性产业,加速推进各国经济振兴与社会发展转型方面的强大作用,包括美国、欧盟、日本、中国等在内的世界各国均对物联网技术表示了极大的关注。如美国在2008年底由IBM公司向美国政府提出了“智慧地球”的战略,强调传感等感知技术的应用,提出建设智慧型基础设施的构想;2009年6月欧盟推出物联网行动计划,强调RFID的广泛应用,并注重信息安全;2009年8月日本提出了i-Japan战略,强调电子政务和社会信息服务的应用。在我国,温家宝总理在2009年11月向首都科技界发表的题为“让科技引领中国可持续发展”的讲话中重点强调“着力突破传感网、物联网关键技术,及早部署后IP时代相关技术研发,使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的‘发动机’”。这标志着物联网将成为中国经济振兴与社会转型的战略支点,建立物联网将是中国深入推进信息化与工业化协同发展,实现“两化融合”国家战略的重要举措,也是跨越信息壁垒瓶颈的关键突破口。

  信息技术领域的另一大热点是“三网融合”。从上个世纪末开始,国家开始实施“三网融合”战略,通过对电信网、计算机网和有线电视网三大网络进行技术改造,最终在同一个网络中向用户提供语音、数据、图像等综合多媒体通信业务。2010年1月13日,国务院总理温家宝主持召开国务院常务会议,决定加快推进电信网、广播电视网和互联网三网融合的发展。实现三网互联互通、资源共享,为用户提供多样化、多媒体化、个性化的服务。同时促进信息和文化产业发展,提高国民经济和社会信息化水平。从现在开始到2015年,是我国“三网融合”的具体实施阶段。目前,我国已基本具备进一步开展物联网及三网融合的技术条件、网络基础和市场空间,加快推进网络融合已进入关键时期。现阶段的主要工作是研究如何高效整合现有的技术和网络资源,减低网络运营成本。尤其是借助无线移动网络的发展,加快推动物联网及三网融合的发展,为用户提供随时、随地、便捷的网络服务。

  二、 未来通信网络发展的关键

  应用对网络的需求最终必将落到系统和技术本身,无论是“物联网”还是“三网融合”,传统的IP网络都难以满足需求。因为传统的互联网络是一个细腰的沙漏模型。这种细腰模型对于Internet是快速满足新用户需求以及技术变革的能力的关键。然而,随着通信技术日新月异的发展和,现有网络体系架构固有的局限性,比如安全、地址绑定、终端主机假设、用户层的路由选择、控制和管理、能耗等日渐显现;“物联网”和“三网融合”带来的新的应用类型把需求放在核心IP的能力上,因此,在当前的协议模型下很多争议不能解决。

  过去几十年的实践证明,传统“打补丁”演进式方法不能从根本上解决现有互联网的诸多问题。因此,美国、欧盟和日本等发达国家已经开展了“从零开始(Clean Slate)”的革命式方法的网下一代网络研究。同时,如何研究、发展甚至重构符合满足人们未来通信要求的新型移动网络架构是一个值得关注的问题。

  基于已有的基础,一些可能的研究思路是:协议架构上,更加注重业务系统、控制系统、传输系统的独立,并且三者之间不在是简单的协议层次的叠加,更多的体现出某种程度上的相互独立与协作;维持独立性,保证协作性。对于传统的以终端为中心或者以网络为中心的功能划分,在终端,更加注重对最后一跳的控制,从业务的角度来看,终端将增加更多的业务控制神经,对于递交给网络的信息,则由网络控制系统负责传输保障。

  未来融合网络的一个不变需求就是可控可管。然而,现在的互联网络中几乎不存在控制系统,电信网络的控制系统又过于复杂,在业务单一时有效,但面对复杂多变的信息世界,已显得力不从心。智能的控制系统应该具备业务自适应,接入自判决,流量及特性自控制生成等可控的特性。因此,针对未来无线网络控制系统的研究工作亟待加强。

  未来无线网络控制系统的研究工作可基于几个前提:控制必须是动态可拓展的,信令控制系统是网络的神经系统,牵一发而动全身;研究复杂网络系统的控制,防范涌现现象对网络系统造成的瘫痪,防范不安全因素(如反动言论)对社会的伤害,加强在安全事务执行过程中的精确控制等等。

  三、 把握机遇 迈向未来

  当前,我国政府已在在重点关注面向未来移动通信网络的研发与产业化并进行了周密的部署。发改委已将传感网和物联网纳入了新兴产业发展规划,标志着物联网将成为中国经济振兴与社会转型的战略支点。建立物联网将是中国深入推进信息化与工业化协同发展,实现“两化融合”国家战略的重要举措。国家工业和信息化部部长李毅中在2009年12月的“2010年全国工业和信息化工作会议”讲话中也提出,信息技术的广泛渗透和深度应用将催生出一批新增长点,应深入推进信息化与工业化融合,启动“传感网络”的研发应用。要培育发展战略性新兴产业,其中,要把信息网络作为培育重点之一,要规划引导下一代网络发展,加快培育物联网产业,制定技术产业发展规划和应用推进计划。可见,面向未来通信网络系统的技术研发和产业化已经迎来了难得的发展机遇。

  在这种良好的外部环境下,计算所无线中心已经做好了攻坚战的准备,经过多年无线通信领域的艰苦努力和锐意进取,已经打下了强有力的研发基础和雄厚的技术储备。无线中心进行了面向IMT-Advanced新一代宽带无线通信标准的MAC协议系统研发,实现了包括LTE MAC层协议栈在内的多套通信标准核心协议栈,满足商业应用的高效低耗要求,已得到国内外同行的广泛认可;建立了面向“三网融合”的广播域通信融合的移动业务平台,为“三网融合”网络的技术研发提供了应用支撑;自主研制了一整套系统级无线通信仿真平台,可以用于精确验证各种面向未来通信网络关键算法;此外,还与其他单位合作建立了多个室内和室外宽带无线通信示范网络,为面向“三网融合”的网络体系架构和“物联网”研究提供了实验环境,做到了有“网”可用,有“网”可研。

  拥有了丰厚的资源和坚实的基础,无线中心凝聚所有成员的智慧和汗水正在建造以低成本/低能耗为特点的宽带智能绿色无线通信系统——无线“龙网”。作为计算所无线通信领域的研发核心技术,无线“龙网”计划将囊括混合异构无线网络、自适应无线接入、低成本设备设计、多平台融合、智能管控和自适应配置等多个关键内容,形成完整的未来无线通信网络解决方案,最终满足“物联网”和“三网融合”对终端智能化、标准化,通信多元化、协同话、宽带化以及服务综合化、泛在化、个性化的需求。

  四、 总结

  在新一轮信息技术潮流即将形成的大背景下,形成对未来无线网络的正确认识并进行相关部署,对指导今后的研发工作至关重要。在“物联网”、“三网融合”等即将展开的大潮流下,立足先进无线技术研究中心的研发基础,有针对性地开展技术攻关,为中科院计算所在未来的信息技术变革中占领制高点做出卓越贡献。

作者:石晶林 黄伊 关娜
 
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