【科学强国】下一代网络什么样

　　当蓝色宋体字块第一次在电脑显示屏上浮现，网络聊天室成为人们最新奇的“玩具”时，没人预想到如今的网络能承载双千兆的信息洪流；当第一个线上店铺里陈列好琳琅满目的商品时，没人想到这种基于互联网产生的新经济形态今日依旧保持着强劲的增长势头；当网络与机械控制、数据审核、身份体系认定等线下实体第一次绑定时，也没人敢肯定普通物体能够实现互联互通，达到万物数据化、万物智联化……1969年，互联网正式诞生。五十多年来，互联网一次次地挑战着人们的想象力。若说数十年前的网络发展是在白纸上作画，如今逐渐完备的网络技术又该去向何方？下一代网络将是什么模样？

摄影/宁颖

　　回到当下，人工智能大模型的快速发展，对网络信息技术创新发展提出了新的挑战。自智网络、全光底座、IPv6、6G网络、算力网络、智能物联、网络数字孪生、低轨卫星互联网、绿色通信网络……在可扩展性、移动性、服务质量、安全可信和绿色节能等方面，互联网正在演进革新，未来互联网架构的研究已成为世界性的技术难题，是决定未来经济和产业发展的关键。

　　自智网络共识已成

　　高带宽、大连接、低时延、高可靠——网络能力已经和大数据、人工智能不断融合，赋能千行百业的数字化转型。与此同时，网络自身作为这场变革的策源地，也在进行着自身的数字化转型。而这就是网络发展的新阶段：自智网络。

　　自智网络概念于2019年诞生。它是指无需人工干预或仅需最低限度的人工干预就能够自主运作的网络，旨在构建网络全生命周期的自动化、智能化运维能力。自智网络是“意图驱动”的，人只需要把“意图”告诉网络，网络会自主规划最优方案并自动执行任务。自智网络具备自服务、自发放、自保障能力，为网络用户提供零等待、零接触、零故障的使用体验，做到把复杂留给运营商，将极简带给使用者。在2023年9月的哥本哈根全球数字化转型峰会上，自智网络成为峰会的重要议题之一。越来越多的专业人士认为，自智网络将在各领域的增长和创新中发挥重要作用，更智能的网络基础设施将促进整个社会的数字化转型和可持续发展。

　　全球范围内，部分运营商开展了自智网络的推广和实践，并已经取得可观的商业、社会价值的双重增长。以中国联通为例，目前已经将自智网络“三零三自”的理念演进拓展为“四零四自”，后者较前者增添了网络质量自优化与用户安全零风险的要求。

　　与自动驾驶一样，自智网络等级同样做了从L0到L5的六个阶段区分。L0被称作人工运维，系统提供辅助检测能力，所有动态任务都需要人工执行；L1是辅助运维，系统可根据预先配置，执行特定的重复性子任务，以提高执行效率；L2是部分自智网络，在特定外部环境中，系统可根据预定义的策略或规则，面向特定单元使能自动化闭环运维；L3叫作条件自智网络，系统可以实时感知环境变化，并在特定网络专业中进行自优化和自调整，以适应外部环境；L4自智程度更高，系统可在更复杂的跨多网络领域环境中，实现业务和客户体验驱动网络的预测式或主动式的闭环管理，从而进行分析并做出决策；自智网络的终极形态是L5，系统具备面向多业务、多领域、全生命周期的全场景闭环自治能力。

　　现阶段，电信产业的领先企业正不断评估自智等级水平，规划相关能力建设，目标是在2025—2027年期间实现L4。在2023年自智网络技术创新与应用发展论坛上，中国信息通信研究院技术与标准研究所主任工程师程强表示，产业各方应协同发展，深度挖掘行业生产对网络和服务体验的需求，加速自智网络价值转化，夯实L3，迈向L4，赋能数字经济和行业数字化转型。

　　程强认为，如今自智网络发展面临三大挑战。首先是理论挑战，当前AI技术学习仍缺少集中汇聚的海量标注数据，较难适应多变的现网环境；其次是架构挑战，自智网络的本质是从超级复杂的网络系统向超级智能系统演进，业内仍缺乏构建超级智能系统的框架体系；最后是落地挑战，网络高等级自智需要“网元、网络管控、OSS与BSS”跨层协同，落地难度较大。

　　挑战之下机遇犹存，面向未来，程强认为有三大可行之策。一是更多产业伙伴加入“自智网络领航者计划”，加快制定行业统一的分级和成效衡量标尺，定义L4标准；二是产业各方共同挖掘行业生产对网络和服务体验的需求，为运营商自智网络规划建设指引方向；三是更多产业伙伴加入PlugFest互操作，打造更多端到端的L4解决方案。

　　无源物联网构建万物互联

　　与App相连，实现精准定位、实时掌控车辆状态的共享单车；通过安装地磁感应，连接进入停车场的智能手机，实现停车自动导航、在线查询车位的智慧停车功能；将用气量传输到燃气集团，无需入户抄表，且能显示用气量及用气时间等数据的智慧燃气……物联网技术存在于我们生活的各个方面，在智能城市、智能交通、智能农业、智能医疗等各个领域中都发挥着不可替代的作用。

　　以上种种设备都不再需要内外电源，似乎有些不可思议。而这，恰恰是未来网络的另一形态——无源物联网。无源物联网中的“源”指的是电源，其设备无需连接电源等各种内外能源，也能够正常运行。

　　第二代身份证、食堂饭卡、公交卡等物品都是日常生活中常见的无源物联网产品。简单来说，当验卡设备发射一定频率的射频信号时，我们的“卡”进入有效工作范围后，便会接收到信号并产生感应电流从而自行获得能量，该能量将信息发送到验卡设备，从而实现“卡”和设备以及主机之间的通信。从日常生活的使用中不难看出，无源技术的局限性在于标签和阅读器必须在足够近的距离范围内，即通信距离太短。另外，阅读器读写的数据比较简单，读写能力弱。

　　近年来，无源物联网技术扩展到与WiFi、蓝牙、3G、4G甚至5G通信技术的新型无源互联，可以利用环境中广泛存在的蜂窝基站、WiFi路由器、电视塔等收发设备发射的信号作为能量来源，向无源节点发送射频信号，使其可以从中获取足够的能量，完成数据调制并主动向接收机发送信号，从而显著扩大通信距离。

　　一枚细小的芯片承载着繁多的数据。正如中国通信学会常务理事、物联网委员会主任朱洪波所言，无源物联网在功耗、成本、部署等方面具有独特优势和巨大潜力。就实际场景应用而言，无源物联能够优化资源配置，提高管理效率，促进传统行业的数智化转型。在医疗领域，无源物联可以无创地监测患者的心率、血压等生理状况，并将数据无线传送到医护人员的设备上，为远程医疗提供可能；在制造业，工厂可以通过使用温度和压力传感器等无源物联网设备，实时监测工厂设备的运行状态，并无线发送故障警报；在农业领域，无源物联网设备，如环境和土壤传感器，可以帮助农民全方位监测种植环境，并自动监测土壤湿度、光照强度、温度等指标，从而做出相应的农事决策。

　　尽管无源物联网有着诸多好处，已经成为物联网圈子最新的“流量明星”，但关于无源物联网的研究尚属早期，相关技术仍有很多缺点和痛点尚未解决。能量采集技术难以提供大规模、稳定的电源，且在能量稀缺的环境中无源物联网设备可能无法正常工作。另外，无源物联网设备的计算和存储能力有限，可能无法满足某些复杂任务的需求。在无源互联网中，能量不再是单一的由高至低的静态变化趋势，环境能量不断变化，导致能量出现震荡，呈现出时高时低的状态。

　　骨干传输网跨入400G时代

　　对于网络，用户最明显的体验感来源于速度。

　　随着5G、物联网、云计算等的快速发展，数据流量呈现指数级增长，对网络带宽提出了更高要求。提升光传输系统单波速率与传输距离，提高光纤通信系统带宽利用率，以满足不断增长的网络流量需求，成为运营商和设备商的共同追求。

　　算力的发展推动着传输网络进步。数据显示，截至2023年6月底，我国算力总规模达到197EFLOPS，位居全球第二，近五年来年均增速近30%；服务器、计算机、智能手机等计算类产品产量全球第一；围绕算力枢纽节点建设130条干线光缆，数据传输性能大幅改善；算力应用广泛深入到政务、工业、交通、医疗等多个领域。

　　400G技术由此进入人们的视野。作为下一代骨干网的核心承载技术，400G具备更的高传输速率、更大的带宽、更好的扩展性等优势，能够满足大数据中心和通信网络日益增长的需求，提供更多的数据传输通道，更好地支持高密度集成和低能耗解决方案。

　　何谓400G？400G指的是光网络单波长400G技术，是能够单波长承载400GE以太网业务的传输技术。相比过去的100G，400G的系统带宽提升4倍，功耗节省10％，实现算力跨区域高效循环，真正做到“以网强算”。如果说传统的100G骨干传输网是普通单车道，那么400G骨干传输网就是高速公路上的四车道，行驶的速度和承载的货物量都得到了提升。中国移动研究院基础网络技术研究所所长李晗表示，伴随5G-A、6G技术发展，以及“东数西算”工程等战略的需求，骨干传输网在超大带宽、超长距离和超低时延方面面临更高的需求，使用了十年之久的100G骨干网技术能力已经到达瓶颈。

　　2024年开年，中国信通院发布《中国宽带发展白皮书（2023年）》，总结了一年来宽带发展的新成果新变化。其中提到，目前，单波容量400G短距离传输已经逐步成熟，预计2024年将实现长距离传输规模商用。

　　其实，早在2023年，400G全光骨干网已经拉开商用序幕。2023年11月，全球首条1.2T超高速下一代互联网主干通路在清华大学开通，据未来互联网试验设施项目负责人、清华大学网络科学与网络空间研究院院长、中国工程院院士吴建平介绍，该项目实现了整体技术水平全球领先，其中，3×400G超高速多光路聚合是该通路应用的关键核心技术之一。具体而言，是指将三个400G的光通道合并在一起，通过同一光纤传输数据，形成总容量为1.2T的主干通路。

　　然而，400G要真正实现大规模商用，还面临着许多难题。中国联通研究院总工程师王光全提到，目前400G需求的主要驱动力来自传输本身，“由于骨干网的光纤量不足，超大规模地部署光纤光缆也不是一朝一夕能够完成的，因此需要对系统进行升级。”此外，400G系统的光层架构升级也为网络运维能力带来了新的挑战；诸如填充波管理、400G频谱扩展系统与光系统的优化升级等技术难点仍然难以突破。

　　对于下一代网络而言，如今，自智网络、无源物联网和400G传输都处于从理念到实现再到产业转化的关键阶段，很多应用都还处于初始阶段，呈点状发展。但它们都已不再是一个可选项，而是网络发展的必由之路。以自智网络、无源物联为框架，以400G骨干传输为轨，下一代网络正全速驶来。

　　来源：《小康》·中国小康网

　　作者：袁凯

　　编辑：赵狄娜

　　审核：龚紫陌