一、前言
隨著信息通信網絡技術的不斷發展，互聯網已成為與國民經濟和社會發展高度相關的重要基礎設施。互聯網與人類社會生活深入融合，用戶對互聯網的使用需求從簡單的端到端模式轉變為對海量內容的獲取，并發展出移動互聯網 [1]、物聯網 [2]、云計算 [3] 等新模式。隨著互聯網終端類型、接入方式的不斷發展 [4]，人 - 人、人 - 機、機 - 機、網 - 網通信等將成為常態 [5]，這也亟需互聯網為海量業務提供更多元、個性、高效的服務 [6]。
面對上述需求的演進變化，現有互聯網的技術內涵與外延發展卻不平衡、不充分，存在網絡結構僵化 [7]、IP 承載單一 [8]、未知威脅難以抑制 [9~11] 等基礎性問題，無法滿足泛在場景下用戶對高質量用網體驗的需求。然而，新型網絡已成為全球互聯網發展的競爭焦點，美國、歐盟、日本等國家和地區已搶先在該領域開展頂層布局，并加強基礎研究和產業創新。我國也明確將“加快構建高速、移動、安全、泛在的新一代信息基礎設施”列為重要任務 [12]。
當前，在推動互聯網增量式部署和演進式發展的同時，充分吸收和利用新思路、新方法，對互聯網技術體系進行基礎性變革，構建面向 2035 年的新型網絡體系架構和技術體系，將成為大勢所趨。在面向 2035 年的需求牽引下，通過加強網絡技術創新，促進技術研發由外掛式向內生性轉變，以全維可定義的全新開放架構適配業務需求，吸收整合新興技術助力網絡發展，構建具有智慧化、多元化、個性化、高魯棒、高效能的多模態智慧網絡，為用戶提供新服務、新智慧和新安全，支撐網絡的智慧化傳輸、管理和運維，增強網絡“高可信、高可用和高魯棒”的三位一體服務 [13]。
二、全球網絡技術發展態勢
近年來，世界網絡強國或地區紛紛加強對新型網絡技術的頂層設計和戰略部署，力爭在新一輪科技和產業競爭中占據優勢。
（1）美國不斷發布相關發展計劃或戰略以引導網絡技術的發展方向。例如，先后啟動了規模宏大的網絡創新全球環境（GENI）、未來互聯網設計（FIND）、未來互聯網大會（FIA） 等計劃，并于2016 年啟動“網絡與信息技術研發計劃”（NITRD），將高容量計算及基礎設施、大規模數據管理與分析（LSDMA）、機器人與智能系統（RIS）、網絡安全與信息保障（CSIA）、軟件設計與生產（SDP）等作為研發重點。2018 年，白宮正式發布《美國國家網絡戰略》，概述了美國網絡的 4 項支柱、10 項目標與 42 項優先行動，以維持美國在網絡架構與技術領域的領導地位。
（2）歐盟將保持科技和產業競爭優勢的發展重點聚焦在信息網絡領域，先后啟動了未來網絡（Future Internet）和未來互聯網實驗與研究計劃（FIRE+），資助相關研究累計超過 400 余項。同時，歐盟發布“地平線 2020（Horizon 2020）”科研計劃，關注重點包括下一代計算技術、未來互聯網技術和服務、內容的技術和信息管理、先進機器人以及機器人智能空間、信息與傳播技術和關鍵使能技術。2017 年，國際電信聯盟（ITU）成立網絡 2030 焦點組（Focus Group on Network 2030），旨在探索面向 2030 年及未來的網絡架構新技術發展。
（3）日本先后啟動新一代網絡（NWGN）和新一代互聯網試驗平臺（JGN2 +）計劃，并提出泛在戰略（U-Japan），即建設泛在的物聯網。日本發布《科學技術創新綜合戰略 2016》聚焦超智能社會建設，綜合部署人工智能（AI）、設備系統、應用的研發與產業化。
（4）韓國提出為期 10 年的國家信息化戰略（U-Korea），將信息網絡確定為韓國的重點發展戰略。
（5）我國也高度關注和重視新型網絡技術領域的發展。近年來，以《國家信息化發展戰略綱要》 《創新驅動發展戰略》《關于積極推進“互聯網 +”行動的指導意見》等重大戰略規劃為引領，不斷完善頂層戰略布局。例如，2018 年《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十三個五年計劃的建議》中明確提出實施網絡強國戰略以及與之密切相關的“互聯網 +”行動計劃。同年，科技部啟動國家重點研發計劃“寬帶通信和新型網絡”重點專項，指出力爭在 2022 年之前，在具有自主知識產權的芯片、一體化融合網絡、高速光通信設備、未來無線移動通信等方面取得一批突破性成果，掌握自主知識產權，制定產業標準，開展應用示范，打造完善的產業協同創新體系。
三、多模態智慧網絡技術發展路線圖
在明確新型網絡技術發展需求的基礎上，本文討論多模態智慧網絡技術發展的總體戰略目標和分階段實施目標，從技術研發布局、核心產品與產業發展、示范建設工程及應用等方面進行前瞻布局，探討多模態智慧網絡技術發展所需的戰略支撐和保障條件，最終形成多模態智慧網絡技術發展路線圖（見圖 1）。
圖 1 多模態智慧網絡發展技術路線圖
（一）發展需求與目標
近年來，互聯網的應用外延迅速拓展，“如何充分用好網絡”的問題已基本解決。然而，面對互聯網與經濟社會深度融合帶來的專業化服務承載需求，互聯網技術內涵的發展卻未能充分支撐網絡應用外延的拓展，制約了其在更廣更深層次上支撐經濟社會發展。目前，互聯網的主要發展需求凝練如下。
（1） 網絡空間不斷充實和擴大，面向人-網-物三元的萬物互聯需求激增，大融合、大連接、大數據、新智能等逐步滲透至信息網絡的各個方面。新型網絡需滿足多元化的萬物互聯需求，并為其提供海量數據的高效處理服務。
（2）工業、電子消費、汽車和醫療等領域對新型網絡設備與系統的市場需求持續擴大，垂直行業領域要求新型網絡能夠支持專業化、定制化的服務。
（3）認知計算、大容量存儲及高速傳輸等新技術的出現與快速發展，提升了網絡平臺的資源和能力，促進了網絡技術的創新發展，充分利用網絡資源，為用戶提供更好的用網體驗。
（4）信息化與網絡安全的“一體兩翼、雙輪驅動”發展模式，要求新型網絡在技術創新與演進過程中兼顧網絡的服務質量和安全性，引入內生安全機制來提供高可靠網絡服務。
基于上述需求分析，今后多模態智慧網絡技術發展的總體戰略目標為：①以承接國家戰略為導向，聚焦網絡結構僵化、IP 承載單一、未知威脅難以抑制等基礎性問題，建立可增量部署的新型網絡架構及技術體系；②形成系列化國內外標準規范和專利群，為構建“智慧高效、安全可信”的新型網絡基礎設施提供一套具有相當國際影響力的“中國方案”，力爭引領我國新型網絡架構與核心技術實現突破性發展；③助力孵化具有國際競爭力的創新型企業，培育覆蓋前沿理論、工程技術、系統測試和產業應用的科研平臺和團隊，為我國網絡強國戰略的實施提供相應的核心技術與能力支撐。
統籌考慮新型網絡技術的發展潛力、建設規模以及成本降低潛力等因素，結合國家網絡技術發展和建設需求，確定多模態智慧網絡技術發展的階段性目標和時空布局，具體如下。
（1）2020—2025 年，建立多模態智慧網絡總體架構并明確其核心運行邏輯，研制原理驗證系統，建立多模態智慧網絡的技術體系，形成多模態智慧網絡測試評估機制和標準規范，初步形成涵蓋科學研究、技術開發、設備制造和網絡運營的多模態智慧網絡技術與產業生態環境。
（2）2025—2030 年，完成多模態智慧網絡核心芯片 / 設備 / 系統研制，完成試驗網絡建設并提供應用示范；完成多模態智慧網絡核心部件與設備 /系統的產業布局，并在典型網絡環境中推廣應用。
（3）2030—2035 年，以增量部署的形式，推動我國信息基礎設施建設向多模態智慧網絡方向發展，逐步在基礎設施核心網絡、數據中心網絡、行業網絡以及其他典型應用環境中部署應用，形成協同共進的技術和產業發展生態環境；多模態智慧網絡技術和產品開始普惠民生，產生顯著的經濟效益和社會效益。
（二）關鍵技術研發布局
1. 多模態智慧網絡架構方面
①針對信息網絡的智慧化、多元化、個性化、高魯棒、高效能等發展需求，打破傳統網絡僵化的剛性架構，通過將“網絡功能定義”由最上層深入到最底層，構建全維可定義的開放網絡架構。②依據全方位解構和全要素開放的思想，對網絡功能的基本元素重新進行認知與提煉；同時，基于網絡虛擬功能服務的思想，池化網絡資源，提高部署業務的靈活性和高效性，進一步提高資源的利用率。③吸收利用新型技術助力網絡發展，將內生安全和AI 技術嵌入到多模態智慧網絡體系中，打造全方位魯棒和智慧的架構體系。④基于開放融合的思想，構建以“全維可定義、多模態尋址與路由、網絡智慧化、內生安全構造”為核心的多模態智慧網絡技術體系，通過網絡結構的自組織和業務的自適配來滿足未來網絡業務高效率、智慧化、高可靠、低時延與內生安全的發展需求，使網絡具備開放可擴展、可增量部署和異構融合等能力，支持網絡按需重構以及新業務的快速部署，為新型網絡發展提供持續演進動力。
2. 多模態尋址與路由技術方面
①針對多模態異構標識尋址與路由技術，研究支持 IP、地理空間、內容、身份等的多模態異構標識尋址與路由技術，支持與現有網絡地址的兼容；②研究多種模態尋址路由間的互聯互通技術，支持面向用戶端到端傳輸需求的尋址路由模態間的智能切換；③研究支持多種模態尋址的統一查表與轉發技術，支持尋址模態的擴展和可定義；④研究支持廣域網絡的實時狀態感知、編程控制和終端接入標識管理等機制；⑤研究基于全維可定義平臺的多模態協議定義與適配技術，支持軟件定義的協議棧結構和動態適配，實現多模態協議棧的跨平臺支持；⑥針對用戶業務傳輸需求，研究多模態尋址路由的智慧協同機制，由網絡自動選擇最優的路由模態進行傳輸。
3. 網絡全維可定義技術方面
①研究數據層電路 / 分組雙模交換技術的融合協同機制，支持業務和服務的自動適配，為用戶提供更多選擇和更好體驗；②研究基于資源池化與精細粒度的 IP 網絡與光網絡協同架構，構建多種機制融合的協同解決方案；③研究軟硬件協同的數據層處理架構、開發語言和前后端交叉編譯等機制，實現高效能數據處理；④研究有線 / 無線多模信道接入、動態 / 靜態多模信道接入等技術，支撐多模態智慧網絡應用場景的空、天、地、海全覆蓋；⑤研究數據層的關鍵處理模塊，如軟件定義包解析、軟件定義適配動作等的設計結構和算法，形成 IP 核；⑥研究軟件定義互連協議、交換結構、分組處理技術，研究拓展協議無關轉發的數據層抽象處理模型，優化軟件定義的數據包處理邏輯流程；⑦研究網絡軟件定義測量感知技術，提供細粒度可定制的精細化網絡感知能力，為多模態智慧網絡智慧平面提供支撐。
4. 網絡智慧化關鍵技術方面
①研究基于 AI、大數據分析等的網絡智慧化機制，支持“感知 - 決策 - 適配”一體設計，支持網絡的智能感知、自主決策、自動執行；②以提高業務質量一致性為驅動，研究基于用戶體驗的網絡資源全局協調控制技術；③研究業務智能適配的服務承載技術，設計高效、可靠的智能傳輸優化機制，實現網絡資源的快速擬合；④建立強變時空尺度特性的網絡模型，研究復雜情景到網絡模型的數學擬合方法，支持基于情景擬合的資源智能適配；⑤研究業務分布與網絡資源等深度感知技術和網絡情景視圖的鄰域繼承機制，實現高層感知語義的統一描述體系；⑥研究網絡傳輸智能優化技術，實現全網結構性擁塞避免，實現基于用戶體驗的網絡資源全局協調控制。
5. 網絡魯棒控制關鍵技術方面
①針對網絡節點或鏈路隨機性失效、網元系統包含漏洞后門等不確定因素，研究網絡廣義魯棒控制機理、形式化描述方法和評價方法；②在網絡體系結構層面引入動態化、異構化、冗余化及動態重構等機制，研究基于閉環負反饋控制的網絡魯棒構造架構；③研究網絡地址、拓撲、路由等網絡要素的動態化、隨機化、異構化方法；④基于魯棒控制構造的不確定性呈現，研究動態隨機調度、相異性設計、輸出矢量策略判決等關鍵技術；⑤在典型網絡設備環境上開發相應系統，研究如何在數據、平臺、網絡、運行環境等層面上有效配置實施魯棒控制機制，構建“高可靠、高可信、高可用”三位一體的新型魯棒網絡。
（三）核心產品與產業發展
研發多模態智慧網絡的核心芯片 / 產品 / 系統，引導相關產業快速發展并形成較強競爭力，助力孵化具有國際競爭力的創新型企業，培育覆蓋前沿理論、工程技術、系統測試和產業應用的平臺和團隊。
1. 核心芯片方面
研發應用于全維可定義網絡數據平面的路由器 /交換機系統關鍵芯片，包括高性能網絡處理器芯片、高速無阻塞大容量交換芯片；研究芯片的智能緩存算法，提高芯片的緩存利用率，并進一步降低功耗；研究核心芯片的大容量流表數據結構及高效率查找算法，使網絡設備能夠以較低成本支持大規模的流表規則集，提升網絡設備分組處理能力。
2. 高性能網絡路由交換設備方面
研制超大容量無阻塞以太網交換機，支持多機架互聯組建堆疊系統線性擴展設備容量；研制多模態智慧網絡路由器設備，支持未來網絡高容量數據轉發的需求，具備集群擴展能力；研制支持多模態統一尋址的新型路由設備，支持擴展和定義多模態的路由尋址方式；研制支持網絡虛擬化業務的高動態編程交換機，交換機處理邏輯可動態編程，可同時支持多個不同的業務處理邏輯，具備獨立控制平面、轉發平面和監控平面，提高網絡的魯棒性。
3. 網絡協議棧方面
研發適配于多樣化網絡業務的高效能多模態協議棧，支持網絡服務的個性化定制，兼顧協議處理的靈活性和高效性；研制多協議共存的協議標準，支持跨平臺、跨媒介的數據路由與轉發，支持多模態協議的快速轉化；研發具有智慧標識域的新型協議，支持數據智能路由和網絡智能運維；研發基于通用計算平臺的高性能網絡協議棧，支持數據包跨內核處理，支持網絡處理性能隨中央處理器（CPU）多核平行擴展，支持多網絡業務，支持與傳統網絡業務的完全兼容，大幅提高網絡吞吐率并降低網絡處理延遲。
4. 網絡管理控制系統方面
研發運營商級的多模態智慧網絡管理控制系統，支持全網的統一管理、智能調度和數據分析，支持傳統設備控制功能，兼容當前主流網絡操作系統的框架，并適應控制平面未來技術演進；研發操作系統中多元化、智能化的中間件和應用軟件，支持資源抽象與自動化運維管理，支持網絡視圖的分布式生成與一致性維護，支持全網故障與沖突自動檢測等技術，形成多模態智慧網絡發展的技術生態環境；研發資源管理編排平面，支持計算、存儲、傳輸等資源的靈活調度、聯合優化和綜合管理等。
（四）示范工程建設及應用
多模態智慧網絡技術能夠積極推動傳統產業轉型升級，將萬千應用與業務融入百姓生活，服務經濟發展和社會民生，加快推進業務生態化、網絡智能化、運營智慧化，打造智能連接、智慧家庭、物聯網、互聯網金融等業務生態圈。基于此，多模態智慧網絡可在如下4個典型領域部署應用示范工程，以推動在支撐經濟社會發展、普惠民眾的典型業務中開展應用。
1. 面向信息基礎設施 / 運營商網絡的示范工程與應用
在運營商的核心骨干網中選擇部分地域建立應用示范網絡，開展多模態智慧網絡的實施研究，驗證對傳統網絡業務的支持能力，支持網絡的快速升級與擴容；部署多種多元化、個性化的新業務，開展新服務的深度測試，支持新業務的部署與多業務的融合；選擇典型案例場景，開展網絡智慧運維、用戶移動性、網絡魯棒控制、網絡虛擬化管理和虛擬化開通以及跨域、跨層業務的大客戶業務快速定制能力等的應用示范，支持網絡的智慧管理和多模態運行。
2. 面向垂直行業網絡的示范工程與應用
在國家電網、城市交通、工業互聯等關鍵垂直行業網絡中部署應用示范節點，針對其高魯棒、多樣化的需求開展研究測試，驗證多模態智慧網絡對多協議接入的兼容能力，支持自定義協議的多模尋址與路由；在特殊行業場景中驗證多模態智慧網絡對隨機擾動和不確定性攻擊的抵抗能力，支持網絡的廣義魯棒控制；針對垂直行業互聯中的多元化業務需求，開展多模態智慧網絡的全維可定義平臺應用，支持靈活高效地適配不同場景。
3. 面向天地一體化網絡的示范工程與應用
針對國家戰略需求，將多模態智慧網絡技術融入天基骨干網、天基接入網、地基節點網等，與面向信息基礎設施的示范網絡互聯互通，建設“全覆蓋、廣接入、可定制、高魯棒”的天地一體化網絡示范工程并開展應用。主要開展廣 / 基帶多模接入、私有協議轉換、多類別用戶智能管理、海量數據高速轉發等方面的示范研究，支持廣域時空范圍的高可靠連續通信。
4. 面向人機物泛在互聯的示范工程與應用
在我國關鍵城市或區域部署面向車聯網、物聯網等人機物泛在互聯的應用示范工程，進一步激發新領域的創新活力，驅動新技術和社會經濟的快速增長。開展多協議自組網、數據分布式協作等關鍵技術的研究與實驗，將多模態智慧網絡中的智能基因深度融合到泛在互聯網中，支持節點與網絡的智慧化管理和功能需求的自動適配。同時，在該應用示范中研究驗證多模態智慧網絡對新型網絡技術和新網絡業務需求的支撐能力，進一步挖掘技術創新點。
（五）戰略支持與保障
結合新型網絡技術發展的特點，針對我國基礎前沿技術整體實力較弱、標準規范國際影響力較小、“產學研”結構分散等現狀，提出如下戰略支持和保障措施。
1. 積極穩定的政策保障措施以及多部門、跨區域組織協調機制
按照《中共中央國務院關于深化體制機制改革加快實施創新驅動發展戰略的若干意見》的要求，充分發揮市場在資源配置中起的決定性作用和更好發揮政府作用，建立跨部門、跨區域的組織協調機制。建議由科學技術部牽頭，協調財政部、工業和信息化部、教育部、中國科學院、中國工程院、國務院國有資產監督管理委員會等相關單位和部門，以部省聯動推動相關研發任務，進行科學決策和規范管理。
2. 打造重大科研平臺支撐基礎研究，組織開展“產學研用”聯合攻關
有機整合國內外優勢科技資源，加強開放合作，統籌部署，建設面向新型網絡領域的多學科交叉、匯聚一流人才的重大科研平臺，建立集中力量辦大事的科學組織形式，致力于解決國家重大戰略需求問題、行業重大科技問題、產業重大瓶頸問題，探索前沿基礎原始創新，為開展自主創新的科研成果在國家和國防建設中落地提供重要支撐。
3. 擴大與國際高校和研究機構的交流，引進拔尖團隊和人才
運用“引進來、走出去”的發展思路，積極擴大與國際高校、研究機構之間的交流和合作，吸收和轉化先進成果，打破技術和體制壁壘，逐步縮小與發達國家或地區之間的技術差距。同時，注重人才團隊的建設，形成長期有效的人才引進和培養機制。
四、結語
以開放架構軟件定義網絡 / 網絡功能虛擬化（SDN/NFV）技術為基礎，以 AI 發展為契機，以基線技術重塑為支撐，創建增量部署的演進發展模式，打造面向 2035 年的多模態智慧新型網絡，推動我國通信網絡技術由“跟跑”到“領跑”，實現由“通信產業大國”到“通信技術強國”的轉變是新型網絡技術創新的基本邏輯。本文針對信息網絡的發展需求，結合國內外研究態勢，研判了我國新型網絡技術發展趨勢，并制定多模態智慧網絡技術發展路線圖，供廣大網絡科技工作者參考。
