未来网络技术发展与机遇

刘韵洁未来网络技术发展趋势与机遇2015-10-20提纲第二部分未来网络的主要研究方向第一部分国内外未来网络的发展第三部分国内未来网络的进展情况第一代互联网军事与科研阿帕网第二代互联网万维网电子商务与实体经济深度融合工业互联网能源互联网车联网…未来网络（第三代互联网）可扩展性安全性可控可管性互联网面临的主要问题19691989199020052006时间互联网面临严重挑战，未来网络迎来发展机遇能耗问题3互联网取得了巨大的成功，但是现有网络也还面临着严峻挑战挑战1：由于传统网络结构不灵活，不能适应不断涌现的新业务需求，网络可持续发展问题日益严峻，服务质量难以保证，产业价值链难以为继。挑战2：互联网流量飞速增长，信息冗余传输严重，网络难以适应未来信息海量增长的需求。挑战3：信息网络和传统行业深度融合发展具有巨大空间，但现阶段信息网络在实时性、安全性、灵活性等方面满足不了应用需求。4OTT业务爆炸式发展对运营商骨干网造成极大冲击。谁愿无偿承担OTT业务的基础网络建设。•2014年11月，AT&T宣布停止高速光纤互联网投资。若没有完善的基础网络支撑，OTT也将失去明天。基础网络设施挑战1：传统互联网面临的挑战——运营商骨干网扩容缺乏有效商业模式支撑56挑战1：传统互联网面临的挑战—互联网服务提供商期待更好的网络服务质量据调查，85%用户愿意为更好的业务体验支付最高25%溢价。现有运营商网络难以满足互联网服务提供商对服务质量的需求。挑战2—全球IP流量快速增长以移动互联网为代表的全球IP流量高速增长，将会给电信运营商网络基础设施带来巨大压力及挑战。2010年到2011年，全球互联网流量增长了两倍，按此估计10年后，全球互联网流量将增长1000多倍（高通）。预计至2018年，全球IP总流量将达到1.6泽字节，这一数字将超过1984年到2013年全球所有IP流量总和（1.3泽字节）。(思科)亚太是IP网络流量增长最快的地区，中国和其他国家间的国际流量和带宽也快速增长。2013年Q1，中国移动互联网接入流量达2.7亿G，增幅56.5%，移动互联网接入月户均流量达117.4M。（工业与信息化部）。Source：TeleGeography7一期二期三期四期五期六期七期投资年份2003200420052006200720082009169历史投资（万元）11614207952236721579306634579282399169带宽（G）5525082917493211633714160扩容带宽（G)——195579920146231267823图历年China169骨干网带宽和投资情况挑战2—运营商频繁扩容运营商每年都在翻番建设，但是骨干网和本地网利用率都高达90%多，几乎是满负荷的运行。现有网络的问题——跨ISP网络延迟严重，80%网络处于非健康状态Healthy90ms90Warning180msCritical180msSTATPERCENTHealthy17.41%Warning49.73%Critical32.85%2010年5月24日测量结果CHNUNICMNCTTCHN6714613081UNI146839690CMN130969182CTT81908254ChinaInternetDate:2010/05/24-2010/05/25中国不同省内不同ISP之间的网络延迟(延迟CDF85%,工作日20:00–22:00)2015年1月，全球最大的CDN服务商美国Akamai公司最新发布的互联网报告显示：我国宽带网络在全球排名为75位9挑战2—网络内容大量重复（冗余）传输互联网大量内容重复（冗余）传输–图片、微博、视频等大部分内容分发型应用存在大量重复传输问题•在线视频流量将会占据互联网90%流量（Cisco预计）•视频重复传输问题严重，如优酷2011年播放量过亿次电视剧有30部视频流量快速增长优酷大量视频重复传输10中国：“互联网+”战略、中国制造2025美国：工业互联网德国：工业4.0英国：英国制造2050日本：机器人新战略全球发达国家“重金融、轻工业”的思维开始扭转，纷纷制定国家级战略，推动互联网与传统行业融合，抢占发展制高点。“互联网+”不仅是互联网应用的扩展，更强调与传统行业深度融合。“互联网+”与工业互联网、工业4.0、中国制造2025等在理念上是一脉相承的。挑战3：互联网与实体经济深度融合是发展必然趋势——互联网+11互联网与实体经济深度融合是发展必然趋势——互联网+•互联网+将进一步激发互联网对传统领域的渗透，进一步提升互联网在经济发展过程中的作用。•中国互联网经济占GDP比重（iGDP）不断上升，2013年，iGDP升至4.4%，美国为4.3%，中国已达全球领先国家水平。•2013年到2025年间，互联网在中国GDP增长中贡献可望达到7%到22%。——麦肯锡互联网+：推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等与现代制造业结合，促进电子商务、工业互联网和互联网金融健康发展，引导互联网企业拓展国际市场。12互联网与实体经济深度融合是发展必然趋势——互联网与实体经济融合空间巨大Source：KPCBInternetTrends2015互联网影响深远而广泛，但是和实体经济结合方面，才刚刚开始。消费互联网VS产业互联网消费互联网应用广泛渗透，如中国及时通信类应用网民使用率高达86%，消费互联网市场已趋于稳定与饱和。Source：CNNIC产业互联网将充分释放互联网与实体经济融合中的潜力，打通传统产业中的众多中间环节。互联网发展正在由“消费型”领域扩大到“生产型”领域。•中小企业运营中互联网使用率：美国（72–85%），中国（20–25%）“工业互联网”是两大革命中先进技术、产品与平台的结合，即工业革命中的机器、设施与网络和互联网革命中的计算、信息与通信。“工业互联网”是数字世界与机器世界的深度融合，其实质也是工业和信息化的融合。工业互联网•未来20年，中国工业互联网至少可带来3万亿美元左右GDP增量，应用工业互联网，企业的效率会提高大约20%，成本可以下降20%，节能减排可以下降10%左右（苗圩）•工业互联网给行业带来1%增值，航天产业：300亿美元，电力行业：600亿美元，铁路：2700亿美元，医疗行业：6300亿美元（邬贺铨院士）•工业互联网产值将占到全球经济的46%，达到32.2万亿美元（美国通用电气公司）。控制/调整工业生产工厂：产生数据云网络：分析数据形成可视化结果分享结果传输数据控制信令传输结果给互联网带来的挑战：安全可靠：工业数据传输对安全性要求很高实时性：控制/调整工业生产信令需实时下达服务等级区分：付费不同的工厂可以得到不同的QoS服务海量数据处理能力全球工业系统与高级计算、分析、感应技术以及互联网技术融合。通过智能机器间的连接并最终将人机连接，结合软件和大数据分析，重构全球工业、激发生产力。互联网与实体经济深度融合是发展必然趋势——工业互联网的新需求所谓工业4.0，是基于工业发展的不同阶段作出的划分。按照目前的共识，工业1.0是蒸汽机时代，工业2.0是电气化时代，工业3.0是信息化时代，工业4.0则是利用信息化技术促进产业变革的时代，也就是智能化时代。工业4.0是指利用信息物联系统(Cyber—PhysicalSystem，简称CPS，也有称作物联信息系统或类似名词)，通过价值链实现横向集成，跨越整个价值链过程，将生产中的供应、制造和销售信息数据化、智慧化，达到快速、有效、个性化的产品供应。德国工业4.0德国工业4.0成功案例——西门子安贝格电子制造厂•拥有欧洲最先进的数字化生产平台，在一条流水线上，可通过预先设置控制程序，自动装配不同元件，流水生产出各具特性的产品;•生产每个流程，包括焊接、装配或物流包装等，一切过程数据也都记录在案可供追溯；•整个生产过程为实现IT控制进行了优化，只有不到1/4工作量需要人工处理，主要是数据检测和记录；•每年生产元件30亿个，每秒生产一个产品，产能较数字化前提高8倍，由于对所有元件及工序进行实时监测和处理，工厂可做到24小时内为客户供货;•实时监测并挖掘质量数据，次品率大大降低,质量合格率高达99.9988%。美国工业互联网案例——通用电气（GE）公司•2011年，GE在硅谷建立了全球软件研发中心，启动了工业互联网的开发，包括平台、应用以及数据分析等；•2012年11月，GE发布《工业互联网—冲破思维与机器的边界》报告，将工业互联网称之为200年来的“第三波”创新与变革；•2013年，GE宣布将在未来3年投入15亿美元开发工业互联网；•2014年3月，GE与AT&T、思科、IBM和英特尔发起成立工业互联网联盟•GE公司预测，如果工业互联网能够使生产率每年提高1%-1.5%，那么未来20年，它将使美国人的平均收入比当前提高25%-40%；如果世界其它地区能确保实现美国生产率增长的一半，那么工业互联网在此期间会为全球GDP增加10万亿-15万亿美元。能源互联网（InternetofEnergy）能源互联网：——使用风能、太阳能等可再生能源，利用分布式能源采集系统采集微小可再生能源，通过智能网格计算、互联网和智能终端技术构建智能能源共享网络。能源互联网（InternetofEnergy）日本能源互联网：数字电网完全建立在互联网基础上，用互联网技术提供技术支撑，通过逐步重组国家电力系统，逐渐把同步电网细化为异步自主、但相互连接的子电网。美国能源互联网：在电力电子、高速数字通信和分布式控制技术支撑下，建立具备智慧功能的革命性电网架构，吸纳大量分布式能源。互联网+时代的网络安全问题2014年，德国境内一个钢铁厂遭遇网络黑客攻击，黑客攻击了工厂钢铁熔炉控制系统，让钢铁熔炉无法正常关闭。黑客通过使用鱼叉式网络钓鱼攻击，渗透到工厂的业务网络，并且控制了关键系统。22为实现互联网+，必须采用新的互联网技术架构—未来网络成为全球竞争焦点科研与试验网产业界标准化组织•美国：GENI,50++200+节点，•欧盟：FIRE•日本：RISE•韩国：K-GENI•欧盟投入20亿欧元，支持100+项目•2011年，ONF(开放网络联盟，1500+会员)•2012年，NFV(网络功能虚拟化，230+会员)•2013年，OPENDAYLIGHT(开源网络操作系统，154+会员)•美国：AT&T、思科、IBM、微软、英特尔、谷歌、亚马逊•欧盟：德国电信，西班牙电信•日本：NEC，NTT23提纲第二部分未来网络的主要研究方向第一部分国内外未来网络的发展第三部分国内未来网络的进展情况体系架构：未来网络的一些候选方案内容中心网络(CCN)未来移动网络(MobilityFirst)云网络(Nebula)可表述网络(XIA)可选网络(ChoiceNet)………………软件定义网络(SDN)25CCN/NDN、NetInf等方案将可能成为未来网络发展的一种候选技术。以内容为中心的新型网络架构(CCN)26以内容为中心的新型架构(CCN)ISPISP36.7MViewsISP1ISP3ISP2ISP436.7MViewsCCN：通信网络架构由以IP为纽带转向以信息内容为纽带。图片来源：美国亚利桑那州立大学张北川教授27IETF组织开始讨论CCNx协议•CCNxSemantics(draft-mosko-icnrg-ccnxsemantics-01),March2015•CCNxMessagesinTLVFormat(draft-mosko-icnrg-ccnxmessages-01),March2015•CCNxLabeledContentInformation(draft-mosko-icnrg-ccnxlabeledcontent-00),January2015•CCNxContentObjectChunking(draft-mosko-icnrg-ccnxchunking-00),January2015•CCNxEnd-to-EndFragmentation(d