论网络技术体制发展范式的变革——网络之网络
发布时间：2022-07-07 10:30:00 所属栏目：交互 来源：互联网
导读：1 多元性和多样化是宇宙发展的基本特征 迄今为止，广袤的宇宙空间中能被科学界认定存在高级智慧生物的星球只有地球。已经发现构成这个星球无机和有机世界的化学元素有上百种之多，其中天然存在的有94种，科学家在实验室人工合成的有24种。到目前为止，化学元
|
1 多元性和多样化是宇宙发展的基本特征 迄今为止，广袤的宇宙空间中能被科学界认定存在高级智慧生物的星球只有地球。已经发现构成这个星球无机和有机世界的化学元素有上百种之多，其中天然存在的有94种，科学家在实验室人工合成的有24种。到目前为止，化学元素周期表中的 118 种元素通过排列组合，已经形成了无法估量、多种多样的化合物。这说明宏观世界、介观世界或者微观世界的可持续发展都离不开多元化或多样性（polyphyly and diversity）特征的支撑，甚至有人将其称为宇宙发展的第一特征[1]。毫无疑问，多元化、多样性既是自然界也是人类社会进步或变革的基本动力之一，地球生物发展史表明，通过物种间的互补与制衡构成一个和谐共存的生态发展格局，没有竞争性的演进累积和推陈出新的变革延续，自然界会因为物种同质化而无可避免地走向凋亡[2]。因此，繁荣物种及生态圈多样性是自然界生命发展的必然使命与要求。 网络世界遵循自然界基本规律的演进与变革无疑是正确的发展道路，而单一体制网络技术发展道路肯定无法支撑五彩缤纷的已知或未来服务需求，必须构建开放、竞争、互补、多样性、多元化的网络技术生态环境，才能充分释放网络体制与应用业务及商业模式的创新活力。 2 网络技术体制与应用服务领域特征强相关 回顾网络技术发展史，既有的网络技术体制总是与已知或可以设想到的服务领域应用特征强关联，不同服务领域既存在个性化也存在共性化的网络技术体制及相关业务需求。理论上不可能有一种“超级网络技术体制”可以有效地支持现有或未来所有的应用服务领域，这本来已是不争共识，但消费互联网体制取得的巨大成功给人们造成了一种普遍错觉，似乎“50多年前提出的互联网技术体制只要通过互联网工程任务组（Internet Engineering Task Force，IETF）或国际电信联盟（International Telecommunication Union， ITU）组织不断丰富RFC（request for comments） （目前总数已超过9 000个）或相关技术标准，继续沿袭自我演进方式就能很好地满足信息通信或相关领域不断提出的新业务发展需求”[3]。但是消费互联网的成功存在以下 4 个不容忽视的重要前提。 （1）微电子技术的进步使得用户终端、服务器、网络设备数字化和软/硬件智能化水平不断提升，同时网络基础设施建设和运营维护门槛在大幅度降低，在计算机技术泛在化应用的基础上，由同一网络基础设施通过虚拟化技术提供多业务融合服务，实现了网络架构与业务的相对分离，提高了业务开发灵活性。 （2）相当一个历史时期以来，网络服务的主体对象是社会人，即提供 toC 服务，社会人对通信服务的要求除了尚未解决的嗅觉、味觉、触觉等信息感知及跨地域传送与交互问题，就是语音、视频、文本或图片等听、视觉类的多媒体业务，共同的特征是对时延、相位、时延抖动、误码率不敏感或具有较高的容忍度，在终端侧提供足够缓冲能力、网络侧具有平均 2 倍左右的交换与传送平均带宽条件下，应用“尽力而为的分组转发方式”就能较好地满足用户体验质量（quality of experience，QoE）[4]要求。 （3）“由网络边缘提供服务的商业模式”，使得 toC 的多媒体服务发展不再只取决于网络运营商单方面的积极性或市场作为，“网络与业务分离”的商业模式创造了“互联网服务提供者（Internet service provider，ISP）”和“互联网内容提供者（Internet content provider，ICP）”等细分领域市场构架，极大地释放了全社会应用服务创新激情并加速提升了行业信息化的积极性，诞生了不少专注互联网服务的龙头企业。 （4）互联网的泛在化、同质化发展很大程度上源于经济全球化、网络化时代的强力推动作用，商业和社会大环境的刚需影响远远高于网络技术本身的进步意义，其实践规范就是如何解决网络规模化扩展、泛在化应用和承载经济性等带来的工程技术问题。 然而，时至今日，微电子和计算机软/硬件技术进步正在放缓，摩尔定律和登纳德缩放比例定律已触碰芯片制程工艺、功率密度、合格率等“天花板”问题，既有的网络体制可能无法再指望通过微电子或CPU等核心器件性能的不断跃升，满足各类基于虚拟化或硬件加速技术的承载业务性能要求；源于数字电报分组交换的互联网“尽力而为”传送方式，虽然以牺牲资源利用率和有效性为代价勉强满足toC多媒体服务的QoE要求，但很难满足产业互联网时代低时延、确定性服务、算力网、传感网、物联网甚至车联网等 toX 业务在服务质量（quality of service，QoS）方面的严苛要求。特别是基于内容寻址、命名数据寻址、多标识寻址、地球空间坐标寻址、模糊需求寻址、算力资源寻址、高速移动寻址、低碳排放路径寻址等远超传统“五元组”编址/寻址和路由控制能力的新型寻址方式的提出，使得ISP和ICP间技术与商业界限日趋模糊，“网络与业务分离”“业务由网络边缘提供”的消费互联网承载模式已无法适应可设想到但尚在清晰过程中的业务发展需要。 互联网无可争辩的贡献是用“端到端”的虚拟化和智能处理技术，一体化地把原本要用多个物理专网才能提供的 toC 多媒体服务置于统一的网络构架下；随着可重构网络[5]、软件定义网络（software defined network，SDN）[6]、网络功能虚拟化（network functions virtualization，NFV）[7]等技术的提出，互联网架构刚性化的缺陷得到一定程度弥补，但不能解决从消费互联网向多样化垂直应用领域产业互联网转型的难题。 总之，50多年来基于IP互联网体制的技术与工程研究，始终专注于 toC 领域的应用方面，重点解决一体化的多媒体服务问题，其成功的商业化运作至今仍然未超出给定目标领域服务特征的范畴。所以说，即使是商业成就斐然的消费互联网，在面对服务特征存在诸多不同的产业互联网时，既有的发展范式（paradigm）正在遭遇前所未有的挑战[8]。与库恩的观点[9]不同，笔者以为：即使发生范式的变革也并不意味着原有范式彻底失去意义。事实上，在人类科学进步历程中从未发生过新范式彻底否定旧范式的情景，即便是在迎来基于大数据和人工智能的第四发展范式之际，也不存在否定前 3 种范式的必要，只是各自适应范畴不同。 3 数字化时代垂直行业应用推动网络发展范式新变革 范式的概念与理论由美国著名科学哲学家托马斯·库恩在1962年一篇长篇论文中首次提出，并在随后出版的《科学革命的结构（The Structure of Scientific Revolutions）》一书中得到系统阐述[9]。笔者认为，最重要贡献之一在于：把以往貌似堆积无序的科学进展历史“建构”出一个结构，一个关于“范式”的结构，从而发现了“科学革命的结构”。范式的变革往往发生在原有范式无法解决的难题时才会应运而生。数字化时代人类社会、网络世界、物理世界“人网物”三元万物互联，人们不再满足局限于toC领域的多媒体服务，个性化或分众化特征显著的垂直行业应用将成为网络世界的“应用蓝海”，这意味着既有的网络技术体制自我演进或更新换代的发展范式，必须从思维视角、方法论和实践规范层面进行彻底的变革。 3.1 新思维视角 数字化时代随着toB、toM、toX等垂直行业多元化应用需求的出现，现有消费互联网体制难以继续使用“打补丁”的演进方式来满足，经典的“业务与网络分离提供方式”也不再能满足相关领域的服务等级协定（service level agreement， SLA）要求[10]。例如，工业领域大量的传感器和执行部件需要给定时延、给定时延抖动、给定周期等确定性或时间敏感的网络服务；企业内部不同加工设备群、不同工艺流程、不同生产线组织需要由不同技术规范的工业控制网络支撑（尽管目前的现状是多数由工业系统数字化、网络化进程中缺乏全球性标准所致）；军事系统由于兵种间的特殊性不可能用一种网络体制满足各方面的用网需求；企事业和政府机关单位内部因为业务关系也需要多样性网络提供专门化服务；由不同类型传感器和执行单元采用多种互联协议构成的物联网，也很难用单一的网络技术体制支撑；基于云和边缘计算技术的5G承载网络，即便采用同构切片方式也很难应对垂直行业多样性或多元化之需求等。 此外，信息通信基础设施向“云网算”融合、地球空间智联网络（6G）方向转型已成为产业界广泛共识。基于分布式异构计算架构和虚拟化等相关技术的云计算平台[11]，正在使传统计算机与信息通信网络技术朝着“一切皆为服务”的融合模式发展，除了回归网络即服务（network as a service，NaaS）外还引入了基础设施即服务（infrastructure as a service，IaaS）、平台即服务（platform as a service，PaaS）、软件即服务（software as a service，SaaS）等新应用体验，试图将广义计算能力（计算、存储、交换、传输等）通过互联网作为商品资源进行流通，必然会产生许多与当前大众或普遍服务类型和提供方式不同的新兴应用需求[12]。 必须强调指出，即使是数字时代，围绕人类社会经济活动之信息交互永远都是刚需，因而toC领域的传统多媒体服务不仅不可或缺，而且还需要加快发展包括嗅觉、味觉、触觉等人类其他感官信息传送和交互在内的更高级形态的智能化服务。所以，新的思维视角只可能更为宽广，而不能也不应当再对多元化或多样性需求作“选择性无视”。 3.2 新方法论 回顾人类信息通信技术发展史不难看出，其经历了 3 个标志性阶段。一是面向规模化专业服务，独立建设和运营电报、电话、电视等专用网络[13]，基本特征是“网络即服务”，方法论是“围绕一类服务构建一个网络”[14]；二是面向大众普遍服务，建设和运营综合电报、电话、视频服务的广域网络[15]，基本特征是“一体化的网络与业务环境”，方法论是“基于标准化容器的业务封装”；三是在终端或业务系统计算机化、智能化前提下，网络提供“以智能用户终端为服务对象”的语音、文本、图像等多媒体数据文件传送与交互功能，基本特征是“业务与网络相对分离”、业务由网络边缘提供、网络完成多媒体文件数据包的“尽力而为传送”等，方法论是“基于路由表的分组交换”[16]。 数字经济、海陆空天多维万物智联或数字孪生、元宇宙时代必然会对网络技术体制提出更加多样性或多元化的需求，已有网络发展范式之方法论缺乏更高维度、更多应用领域的指导意义。新的方法论应当聚焦于“如何在一个技术物理环境中支持多元化或多样性的网络技术体制及业务的共生共存、演进与变革兼容并蓄”问题提供“方法之方法”，且无须涉及任何已有或潜在的应用网络总体架构、寻址方式、路由控制、传送模式、协议体系、业务形态乃至技术演进路线等实践规范层面的内容。面向全新的思维视角，新方法论是“构建一个多维多元共生的融合环境，支持多种网络技术体制的动态加载和自主演进”。这个融合环境与化学元素周期表拥有多种网络基线技术元素类似，用这些元素的“化合物”可以形成支撑多元化或多样性网络技术体制及相关业务的基础能力，满足不同网络应用场景对基线技术资源的组合需求。 这种网络模式非常类似当前以分布式异构计算“云平台”提供多样化商业服务，所不同的是如何为各种应用网络体制或服务提供规模化、高可利用率的路由计算、协议解析、传送制式、多模接入、安全隔离、计算存储等网络基础设施资源，需要解决的工程化问题与“云平台”十分相似，集中在网络基线资源的管理与调度方面。随之而来的商业化问题不仅是互联网服务提供商（ISP）或内容提供商（ICP），需要更名并定位于“多元网络业务提供商（network service provider， NSP）”或“多元网络内容提供商（network content provider，NCP）”，而且要重新赋予ISP新内涵，并将这一缩写名称赋予为所有NSP提供网络基础设施服务的新型运营商，即“基础设施服务提供商（infrastructure service provider，ISP）”。 （编辑：许昌站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
