下一代互联网体系结构研究现状和发展趋势

　　2 中国下一代互联网体系结构研究进展

　　中国较早开展了下一代互联网的研究，国家自然科学基金、国家重点基础研究发展（"973"）计划项目、国家高技术研究发展（"863"）计划项目、科技支撑计划项目、中国下一代互联网（CNGI）项目都是有力的支持，从基础研究、关键技术突破、推广应用3个层次，展开下一代互联网体系结构研究的探索与实践。

　　2000年底，国家自然科学基金委支持启动了"中国高速互联研究实验网络（NSFCNET）"项目，研制成功中国第一个地区性下一代互联网试验网络。网络采用当时国际上先进的密集波分复用（DWDM）和IPv6技术，连接了清华大学、北京大学的6个节点，开发了一批面向下一代互联网的重大应用，并通过Internet2，实现了中国下一代互联网试验网与国际下一代互联网的对等互联。同时，国家自然科学基金委员会在"十五"期间，资助了一大批下一代互联网及其应用的探索性研究课题。国家自然科学基金委还先后启动了面向下一代互联网及其应用研究的重大研究计划"网络和信息安全"和"以网络为基础的科学活动环境研究"，重点资助了下一代互联网体系结构、新一代网络应用平台和网络管理的基础理论和关键技术研究、网络计算环境的基础科学理论、网络计算环境综合试验平台、网格计算环境示范应用等研究项目课题。2003年后，国家重点基础研究发展（"973"）计划项目陆续支持了新一代互联网相关研究。

　　清华大学等5个单位共同承担了国家重点基础研究发展（"973"）计划项目"新一代互联网体系结构理论研究"。这是关于互联网理论研究的"973"项目。主要的研究成果为：

　　（1）在基础理论方面，围绕新一代互联网络发展过程中的主要矛盾研究新一代互联网络的基础理论问题，重点解决现有网络体系结构的单一可扩展性和网络功能的复杂多样性之间的矛盾、未知的网络行为与确定的传输控制目标之间的矛盾、网络的脆弱性和安全可信需求之间的矛盾和稳定的网络体系结构和不断变化的网络服务需求之间的矛盾。建立新一代互联网络体系结构的多维可扩展模型和分析验证理论；建立互联网动态行为模型和分析理论；建立互联网的资源管理与控制理论；研究互联网的脆弱性模型并建立可信性模型理论；建立互联网的服务模型和服务管理理论；建立系统的互联网科学实验理论框架和多维网络行为观测模型。

　　（2）在网络体系结构设计和实现方面，基于上述理论成果，设计出面向新一代互联网络的提供多维可扩展的、可管理的、安全的网络体系结构和服务总体框架，设计其中主要的协议机制、关键算法并实现可运行验证的原型系统。

　　（3）在实验平台建设和实验方面，提出互联网基础研究的综合实验验证理论框架，为基础研究成果的实验验证提供理论支持；依托CERNET和NSFCNET，建设一个新一代互联网技术的实验、验证和演示平台，为基础研究成果的实验验证提供实验环境；依托实验平台完成一系列典型实验和展示项目。

　　2009年该项研究继续得到"973"计划的延续支持，启动了新一期"973"项目"新一代互联网体系结构和协议基础研究"，在前期"973"项目的基础上，从IPv6互联网出发解决互联网的重大技术挑战，继承和发展前期项目初步理论研究成果，不仅注重体系结构的理论探索，同时更加注重体系结构和协议的基础研究，并继续深入研究多维可扩展的网络体系结构及其基本要素，以及体系结构对规模可扩展、性能可扩展、安全可扩展、服务可扩展、功能可扩展、管理可扩展的支持。同时，还面向互联网开始大规模采用IPv6协议，异构环境、普适计算、泛在联网、移动接入和海量流媒体等新应用的涌现，重点解决急需的重大技术挑战（如大规模网络的编址和路由、异构接入网络实时服务质量保证和大规模流媒体高效网络传送等）。

　　北京交通大学等单位承担的"973"计划项目"一体化可信网络与普适服务体系基础研究"，针对新信息网络的体系理论问题、异质异构网络的一体化问题、新网络体系的服务普适问题、新网络体系下的可信与移动等科学问题展开研究，希望能够创建一体化可信网络与普适服务的基础理论，形成一系列国家与国际标准，并创造性给出一体化可信网络与普适服务的新型体系结构，提出一体化网络广义交换路由、服务标识和连接标识解析映射等机理与原理。项目还研制了原型系统和验证平台，对新型网络体系结构、理论等方面进行验证。

　　上海交通大学等单位承担的"973"计划项目"无线传感网络的基础理论及关键技术研究"，针对国内外网络技术的发展现状和传感器件制造的发展趋势，以建设大规模、实用化、高可靠的新一代无线传感网络系统所急需的关键技术为突破口，围绕3个关键科学问题展开研究：

　　（1）低耗自组

　　适合于动态自组环境下的低耗节能机制。

　　（2）异构互连

　　研究不同传感器或传感网络互连的原理。

　　（3）泛在协同

　　研究大规模部署的无线传感网络数据协同处理与控制。

　　项目希望能够实现从传统网络到新一代网络的转变，从系统实体单元的单一同构性到泛在异构性的转变，以能量、时间和空间复杂性最小化为目标，提出一整套无线传感网络基础理论与关键技术的突破，为中国无线传感网络产业的发展提供核心技术的支持。

　　在示范网络和推广应用方面，2002年初，杨嘉墀等57名院士致信国务院领导，提出建设中国第二代互联网的学术性高速主干网的建议，受到了国务院领导的高度重视。2003年8月，国务院批准了国家发展改革委、科技部、信息产业部、国务院信息化工作办公室、教育部、中国科学院、中国工程院和国家自然科学基金会提出的"关于推动中国下一代互联网发展有关工作的请示意见"，并正式启动中国下一代互联网示范工程。部署建设了6个主干网（覆盖中国22个城市、连接59个核心节点）、2个国内/国际交换中心（北京和上海）、273个驻地网。2005年和2006年共设立103个CNGI技术试验及产业化项目，其中技术试验、应用示范和标准研究项目56个，系统研发及产业化项目47个。2008年底开始，国家组织实施CNGI试商用项目，包括列入国家拉动内需计划的"教育科研基础设施IPv6技术升级和示范应用"重大项目，以及46个业务试商用及产业化项目。来自中国上百所高校、上百个科研机构、所有全国性电信运营商、几十个设备制造商和软件开发商的上万人参加了上述工程建设，建成了大规模下一代互联网示范网络，提供了重大科研和新型业务的试验床，推动了标准制订和国产网络设备产业化，取得了大量示范性应用成果，增强了下一代互联网领域的自主创新能力，锻炼和培养了一批下一代互联网专业人才。

　　3 下一代互联网体系结构研究的发展趋势

　　经过十多年时间，人们越来越深刻地认识到下一代互联网研究的重要性、复杂性、艰巨性和长期性。发达国家纷纷把下一代互联网研究列入未来信息技术领域的重点发展方向。面对目前互联网存在的重大技术挑战，单靠一般的技术发明和工程实践，很难找到理想的解决方案。基础理论在下一代互联网研究中具有重要的指导作用。

　　通过对国际下一代互联网项目，如GENI、FIND、FIRE和FIA的分析，可以看到各国对下一代互联网需求的研究结果基本吻合，认识基本一致，下一代互联网的重大需求主要包括扩展性、安全性、移动性、可管理性、高性能和实时性等方面。

　　新一代互联网研究计划重大需求如表1所示［10］。

　　虽然基于共同的研究需求，但各个国家在选择新一代互联网体系结构研究路线上却各有不同。目前，对新一代互联网的研究有两种基本思路，一种思路是基于现有的互联网体系结构来解决面临的重大技术挑战，采用IPv6协议的大规模试验网，攻克和试验相关的关键技术；另一种思路是重新设计一种全新的互联网体系结构来解决面临重大技术挑战。

　　人们必须承认互联网的技术精髓和成功经验，例如：分层分布式体系结构、无连接分组交换、可扩展的路由寻址、简单实用技术等，这是几十年来互联网迅速发展壮大的根源，是在互联网长期大规模技术试验的基础上逐步形成的体系结构的重要内容。实践表明，互联网体系结构本身具有很好的多维扩展特性。因此，在下一代互联网体系结构研究中，要尽可能继承和发扬目前互联网体系结构的技术精髓，基于IPv6下一代互联网，从基本组成、工作原理和实现机理，攻克重大技术挑战和开发新的革命性应用，开展下一代互联网体系结构的研究。(ical-spacing: 0px; -webkit-text-decorations-in-effect: none; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px">作者：吴建平，李星，刘莹)

　　致谢：

　　感谢清华大学信息网络工程研究中心任罡博士整理并且提供相关材料。

　　4 参考文献

　　［1］ WROCLAWSKI J. GENI： Global Environment for Network Innovations ［R/OL］。 ［2011-01-12］。 Using the Component and Aggregate Abstractions in the GENI Architecture， GDD-06-42（2006-12-19）。 http://www.geni. net.

　　［2］ FIND［EB/OL］。 ［2011-01-12］。 http://www.nets-find.net/。

　　［3］ FIRE： Future Internet Research and Experimentation ［EB/OL］。 ［2011-01-12］。 http://cordis.europa.eu/fp7/ict/fire/。

　　［4］ OpenFlow ［EB/OL］。 ［2011-01-12］。 http://www.openflowswitch.org/。

　　［5］ CERF V， DAVIE B， GREENBERG A， ET AL. FIND OBSERVER PANEL REPORT ［EB/OL］。 ［2009-04-09］。 HTTP://WWW.NETS-FIND.NET/FIND_REPORT_FINAL.PDF.

　　［6］ NAMED DATA NETWORKING （NDN） ［EB/OL］。 ［2011-01-12］。 HTTP://WWW.NAMED-DATA.NET/。

　　［7］ MOBILITYFIRST ［EB/OL］。 ［2011-01-12］。 HTTP://MOBILITYFIRST.WINLAB.RUTGERS.EDU/。

　　［8］ NEBULA ［EB/OL］。 ［2011-01-12］。 HTTP://NEBULA.CIS.UPENN.EDU/。

　　［9］ EXPRESSIVE INTERNET ARCHITECTURE（XIA） ［EB/OL］。 ［2011-01-12］。 HTTP://WWW.CS.CMU.EDU/~XIA/。

　　［10］ 吴建平， 刘莹， 吴茜。 新一代互联网体系结构理论研究进展 ［J］。 中国科学， F辑：信息科学 2008，38（10）：1540-1564.