移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和智能設(shè)備的發(fā)展，極大改變了人們使用網(wǎng)絡(luò)的方式。智能設(shè)備讓人們可以隨時(shí)隨地互相協(xié)作和交流。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶行為的特點(diǎn)是渴望新內(nèi)容，特別是位置感知內(nèi)容、社交網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)、照片分享、發(fā)帖和流媒體視頻。與顯而易見的消費(fèi)類帶寬爆炸式增長一起發(fā)展的是，“物聯(lián)網(wǎng)”的興起。在“物聯(lián)網(wǎng)”中，利用機(jī)器與機(jī)器(M2M)之間的通信來監(jiān)測控制并自動(dòng)化一切，從工業(yè)控制到安全監(jiān)控。大多數(shù)這種M2M數(shù)據(jù)傳輸量都很小(視頻傳輸除外)，但是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)需要跟蹤大量設(shè)備時(shí)，網(wǎng)絡(luò)總?cè)萘繒?huì)受影響。這些發(fā)展趨勢正在共同重塑提供內(nèi)容和機(jī)器到機(jī)器交換功能的電信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)用服務(wù)器。

      網(wǎng)絡(luò)需求的急增給今天的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施帶來沉重的負(fù)擔(dān)，要求大規(guī)模升級(jí)和增加建設(shè)投入，才能勉強(qiáng)維持當(dāng)前的用戶體驗(yàn)。為了解決這個(gè)問題，我們需要更加強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，以實(shí)現(xiàn)更軟性、更動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)。下面我們將研究一些基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)技術(shù)，這些技術(shù)能夠提供支持未來軟網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的計(jì)算能力、網(wǎng)絡(luò)接入、帶寬、性能以及經(jīng)濟(jì)性。

      網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢

      互聯(lián)網(wǎng)從根本上重塑了今天的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。再也沒有單獨(dú)的語音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)是所有交流的主要協(xié)議。電信核心網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和固定線路網(wǎng)融合。無線網(wǎng)絡(luò)正從宏主導(dǎo)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向多機(jī)種網(wǎng)絡(luò)(HetNet)，其由各種規(guī)模的蜂窩網(wǎng)絡(luò)組成，目的是提高其覆蓋范圍和容量?；谠频囊恍┘夹g(shù)正推動(dòng)應(yīng)用設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)中心建設(shè)的復(fù)興。云技術(shù)甚至被看作是基于磁場的無線電接入網(wǎng)絡(luò)(CRAN)的替代解決方案。網(wǎng)絡(luò)的固定線路部分正越來越多地改為光纖傳輸，而數(shù)據(jù)中心連接也被以太網(wǎng)所主導(dǎo);轉(zhuǎn)向40/100Gbps，可提供目前和未來應(yīng)用所需的容量。深入研究使用網(wǎng)絡(luò)的新方式，給一些領(lǐng)域帶來明顯的變化。

      首先，視頻傳輸現(xiàn)在很普遍，且并不僅限于YouTube流媒體。視頻聊天和實(shí)況賽事在線轉(zhuǎn)播變得更為普遍。它帶來的影響是，上游的實(shí)時(shí)視頻容量大大高于以前。傳統(tǒng)的不對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)的下行數(shù)據(jù)吞吐量大大高于上行數(shù)據(jù)吞吐量，這將阻礙上行數(shù)據(jù)傳輸，并降低實(shí)時(shí)視頻性能。用戶觀看視頻(或其他內(nèi)容)時(shí)使用的設(shè)備屏幕分辨率不同，處理能力各異。這就需要基于網(wǎng)絡(luò)或者數(shù)據(jù)中心對(duì)視頻內(nèi)容進(jìn)行速率轉(zhuǎn)換和編碼轉(zhuǎn)換，以管理網(wǎng)絡(luò)帶寬，并實(shí)現(xiàn)流暢的用戶播放體驗(yàn)。

      其次，M2M連接與無線傳感器結(jié)合便搭建起“物聯(lián)網(wǎng)”，產(chǎn)生實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并允許通過互聯(lián)網(wǎng)對(duì)各種設(shè)備的信息進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和處理。與下行大型應(yīng)用占主導(dǎo)不同的是，這些機(jī)器應(yīng)用通常產(chǎn)生向上發(fā)送信息或者點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信息，會(huì)給網(wǎng)絡(luò)帶來更大的壓力。過去，這些系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)采集(SCADA)網(wǎng)絡(luò)均為單獨(dú)、私有網(wǎng)絡(luò)，因此成本高昂。利用互聯(lián)網(wǎng)接入，可降低成本，并開放許多新的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)感知、監(jiān)測和控制。

      M2M應(yīng)用擁有更多設(shè)備，需要處理更多事務(wù)。即使數(shù)據(jù)包負(fù)載非常小，累積效應(yīng)也很大，并且在進(jìn)行視頻監(jiān)控時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸量會(huì)非常大。一種替代方案是，使用智能端點(diǎn)和傳感器，對(duì)它們采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，然后僅發(fā)送異常數(shù)據(jù)。在一些使用視頻分析的視頻運(yùn)用系統(tǒng)中，這特別有效。近場通信(NFC)是另一個(gè)推動(dòng)力，如果諸如自動(dòng)售貨機(jī)、報(bào)亭等零售終端將NFC作為其首選支付系統(tǒng)，它會(huì)產(chǎn)生數(shù)百萬(也可能是數(shù)十億)M2M網(wǎng)絡(luò)附件。

      第三個(gè)因素是基于云的應(yīng)用和云計(jì)算的興起。云計(jì)算的挑戰(zhàn)主要是，在耗電量增長不會(huì)影響該商業(yè)模型的盈利的情況下，如何加大數(shù)據(jù)中心的規(guī)模。云數(shù)據(jù)中心需要大量的并聯(lián)高性能處理器，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用處理和大容量數(shù)據(jù)包處理。今天，這些數(shù)據(jù)中心的計(jì)算平臺(tái)均使用標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器，但隨著使用云服務(wù)的用戶越來越多，數(shù)據(jù)中心需要擴(kuò)容。新的發(fā)展趨勢是，使用專用處理器來幫助擴(kuò)大規(guī)模。相比通用性處理器，它提供處理性能的成本更低，功耗更低。通常采用專用處理器需對(duì)應(yīng)用進(jìn)行細(xì)分，這要求更多更優(yōu)的內(nèi)部服務(wù)器通信。鑒于這個(gè)原因，應(yīng)在可能的情況下，把專用應(yīng)用處理與數(shù)據(jù)包處理和大容量網(wǎng)絡(luò)切換集成在一起。

      對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)產(chǎn)生的影響

      以前，互聯(lián)網(wǎng)為網(wǎng)頁瀏覽模型而建，向上請(qǐng)求較少，而向下發(fā)送卻爆炸式增長。新的數(shù)據(jù)傳輸模式開始利用私有和公共云應(yīng)用。數(shù)據(jù)中心被重新設(shè)計(jì)，用于處理全球的需求，并把分析學(xué)應(yīng)用于“大數(shù)據(jù)”。如前所述，數(shù)百萬智能設(shè)備通過互聯(lián)網(wǎng)連接，組成許多M2M網(wǎng)絡(luò)，其通常與無線傳感器相結(jié)合。隨著這種網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，設(shè)備種類和數(shù)據(jù)負(fù)載隨之增加，傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)(建立在交換機(jī)和路由器基礎(chǔ)上，使用客戶端服務(wù)器組網(wǎng)模型)將受到挑戰(zhàn)。依賴于放置在各個(gè)不同地點(diǎn)的許多不同硬件交換機(jī)和專有路由器的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸變得很難管理。另外，它還會(huì)降低網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速度，降低可靠性和安全性，并增加成本。因此，需要徹底修改帶寬不對(duì)稱的傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)客戶端服務(wù)器模型。IP會(huì)仍會(huì)是一種主要協(xié)議，但是主動(dòng)軟件管理控制且與處理資源聯(lián)系更緊密的基于流的網(wǎng)絡(luò)，將會(huì)更有利于大容量“東-西”連接。這需要一種更加開放的網(wǎng)絡(luò)，即一種“更軟性”的網(wǎng)絡(luò)，其數(shù)據(jù)傳輸管理和路由均基于流，并且可通過軟件控制。

（部分內(nèi)容源自網(wǎng)絡(luò)，編輯：xiao)

秦泰盛

2013.8.20