未来网络设施之探秘

许志坚 谭 航

江苏省未来网络创新研究院

0 引言

2018年5月11日，在第二届全球未来网络发展峰会开幕式上，未来网络试验设施项目的启动仪式引人注目。该项目由江苏省人民政府作为主管部门，江苏省未来网络创新研究院作为建设法人单位，它是我国信息通信领域唯一的国家重大科技基础设施。“国家重大科技基础设施”是什么？“未来网络试验设施”建设内容和意义何在？本文作为未来网络科普系列的一部分，将为大家解答这些方面的疑问。

1 什么是国家重大科技基础设施

国家重大科技基础设施是指为提升探索未知世界、发现自然规律、实现科技变革提供极限研究手段的大型复杂科学研究系统，是突破科学前沿、解决经济社会发展和国家安全重大科技问题的物质技术基础，由国家统筹布局，依托高水平创新主体建设，是长期为高水平研究提供服务、具有较大国际影响力的国家公共设施。它的发展状况是国家科技水平和综合实力的重要标志之一。

国家重大基础设施中有一些是我们相对熟悉的，比如我国第一台高能加速器——北京正负电子对撞机（BEPC），被称为人造太阳的世界首个全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST），被称作“天眼”的世界最大单口径射电望远镜——500米口径球面射电天文望远镜（FAST），垂直岩石覆盖达2400米的世界上最深的地下实验室——中国锦屏地下实验室等。国家重大科技基础设施本身是由多学科支撑、众多高新技术集成的产物；体现了项目承建方在国家创新体系中的强大研发能力和国际竞争能力。

按照不同的应用目的，国家重大科技基础设施分为三类：

（1）专用研究装置：为特定学科领域的研究装置，如北京正负电子对撞机、超导核聚变实验装置等；

（2）公共实验平台：为多学科领域的基础研究服务的大型公共实验装置，如上海光源、未来网络试验设施等；

（3）公益基础设施：为国家经济建设、国家安全和社会发展提供基础数据的重大基础科学技术设施，如中长短波授时系统、中国西南野生生物种质资源库等。

图1 北京正负电子对装机

图3 “天眼”（FAST）

作为国家为主体承建的大型公共技术平台，国家重大科技基础设施必须做好向社会开放共享工作，包括：接收社会使用申请、提供技术支持及必要的工作条件，以及在确保国家安全和保护知识产权的前提下，最大限度地实现科学数据共享等。 同时，国家重大科技基础设施还必须承担科普教育基地的责任，定期向青少年和社会公众开放。

过去几十年，国家重大科技基础设施在国家的发展中发挥了举足轻重的作用，提高了国际竞争力与科技话语权，在全国高度关注“核心技术创新”的大环境下，国家重大科技基础设施将会扮演更加重要的角色。

2 未来网络试验设施的意义

互联网是当今信息技术时代的最大功臣，深刻改变了人类的生活方式，极大推动了国民经济发展和社会进步。随着网络用户规模和应用规模的不断扩大，网络功能正在从原有的科研型、消费型，逐渐向生产型进行转变，工业互联网等新型网络需求对现行互联网的可控性、安全性、可靠性等都提出了更高的要求，迫切需要探求新的网络基础理论、技术方法与业务模式，国内外包括美国、欧盟、日韩、中国等国家都在争当相关标准的制定者和领跑者。

大型试验设施是未来网络架构创新及部署实施最基础的研究方法，美国国家自然科学基金会早在2005年，就启动了“FIND计划（Future Internet Design）”和“GENI计划（Global Environment for Networking Innovations）”，分别从研究新的网络体系结构和建设创新试验基础设施平台两个方面，支持互联网前沿科学与工程问题的研究，并在此基础上持续推出新的研究计划和实施项目。与美国类似，欧美有FIRE，日本有JGN-X，韩国有KREONET-s。我国建设一个大规模、可扩展、开放、可测可控的未来网络试验设施是大势所趋。

未来网络试验设施是《国家重大科技基础设施建设中长期规划（2012-2030）》中优先安排的设施之一，该设施的建设具有多方面的重要意义。

图4 中国锦屏地下实验室

2.1 科学技术意义

未来网络试验设施将为网络体系结构基础理论与核心技术研究提供规模验证手段，有助于探索网络科学模型与持续演进发展机理，突破自主知识产权的网络核心设备与系统关键技术，全面提升国家在网络科学技术领域的前瞻研究能力。

2.2 产业发展意义

未来网络试验设施将促进科研成果产业化，为设备厂商、网络运营商、应用服务提供商等单位的系统与服务创新提供研发、验证与示范的重要平台，全面提升国家信息通信产业的持续创新能力。

2.3 国家安全意义

未来网络试验设施将为网络与信息安全攻击防护理论、技术、系统提供验证与演练平台，为构建我国自主安全可控的网络基础设施提供支撑，全面提升国家网络信息空间安全保障与对抗能力。

3 未来网络试验设施项目介绍

未来网络试验设施的项目主管部门是江苏省人民政府，教育部、中国科学院、深圳市人民政府为项目共建部门。江苏省未来网络创新研究院为建设法人单位，共建单位有清华大学、中国科学技术大学、深圳信息通信研究院。未来网络试验设施建设目标包含科学目标和工程目标两个方面。

3.1 科学目标

针对互联网体系结构存在的重大技术挑战，解决互联网可持续发展面临的关键核心问题，研究并提出新的未来网络体系结构，探索我国未来网络发展的技术路线和发展道路，在国际上争取更大的话语权。试验设施将支撑“互联网+”国家战略需求，满足“十三五”和“十四五”期间国家关于下一代互联网、网络空间安全等重大科技项目的试验验证需求。具体包括：

（1）研究新型网络体系结构的基础理论与组网核心机理，形成网络柔性组织等基础理论和方法；通过改变节点转发方式等核心要素，探索新的网络体系的演进及变革；与国外新型网络技术对标，为实现大幅提升网络性能、能效比提供基础理论。

（2）攻克核心设备、系统与业务关键技术。以自主研发的核心关键设备及系统为基础，验证多项关键技术，探索可持续演进的未来网络服务模式，支撑高带宽、低时延、高并发、高可靠、高安全的网络服务创新。

（3）提升国家网络空间安全保障机制与手段。探讨基于网络体系结构要素的安全机制，刻画网络空间安全态势发展模型，验证在实际网络环境中网络空间安全监测与攻防能力，形成未来网络空间安全与性能保障的技术标准及测试体系。

3.2 工程目标

建设一个先进、开放、灵活、可持续发展的大规模通用未来网络试验设施，为研究未来网络创新体系结构提供简单、高效、低成本的试验验证环境，具体包括：

（1）以自主研发核心设备和系统为基础，搭建未来网络试验设施。该设施覆盖全国40个城市，建设88个主干网络节点、133个边缘网络，实现与国内知名网络及国际GENI等试验床的互联互通，具备不少于128个异构网络、 4096个并行试验的支撑能力；具备新型网络革新与传统IP网络演进两条技术方向融合的试验能力。

（2）建设“一总三分”运行管控中心，即南京运行管控总中心，以及北京、合肥、深圳运行管控分中心，实现对试验设施的高效运维和管理。

（3）创建5个未来网络创新实验中心，研发建设服务定制网络（SCN）等典型示范应用实例，为新技术应用提供示范引领作用。

4 结束语

未来网络试验设施建设周期为五年。实际上，从建设第一年开始就会在局部形成服务能力，以后逐年扩大覆盖范围并增加服务内容。除了为科研院所、高等院校、行业联盟及企业提供试验环境外，江苏省未来网络创新研究院将充分发挥自身在未来网络领域的先导优势，组织核心团队在此平台上进行前沿技术研发并完成示范应用平台的搭建，完成国家赋予的创新及行业引导的使命。作为我国信息通信领域唯一的国家重大科技基础设施，该平台将与国际对标，在建设和运行过程中不断吸收最新的技术，立足国产自主研发进行有效地迭代升级，始终保持其先进性，发挥最新成果的示范引导及服务支撑作用，在我国信息通信领域取得重大突破的征程中扮演重要角色。