电信网络演进三部曲：宽带联网、弹性云网与智能算网

电信网络演进三部曲：宽带联网、弹性云网与智能算网

唐雄燕   岳毅   曹畅

中国联通研究院

【摘要】   电信网络作为信息社会的基础，随着业务应用和服务模式的变化而不断演进。本文提出了电信网络发展三部曲（宽带联网、弹性云网与智能算网）的概念，揭示电信网络发展的规律和脉络。宽带联网阶段提供更快速、更广泛的互联网接入服务；弹性云网阶段构建使能云计算的软件定义网络并实现网络云化；智能算网阶段通过发展算力网络支撑人工智能并实现网络智能化运营。

一、概述

       电信网络作为信息社会的基础，需要随着应用和服务的变革而不断演进。技术的进步使人类社会经历了多代电信网络，对电信网络分代有不同的认识和方法。如移动通信已走到了第5代，固网虽然没有严格的分代，但近年也试图仿照移动通信分代，提出了固网5G概念。基于电信网络建设实践和对未来ICT融合发展趋势的分析，本文提出了网络发展三部曲的概念，即宽带联网、弹性云网和智能算网。这三个阶段并不是严格意义上的分代，而是试图揭示电信网络发展的规律和脉络。每个阶段的技术都会在新的时代创新变革，承前启后，推动信息通信基础设施持续演进。

二、宽带联网：奠定信息通信服务基础

1、光纤通信：信息社会的基石

       光纤通信具有带宽大、传输距离远、抗干扰、保密性好、成本低等许多优势。在宽带接入方面，过去主要采用DSL铜线接入。本世纪开始，随着无源光网络（PON）技术的发展，逐步转向光纤接入。20多年来，PON技术不断演进，从EPON/GPON演进到10GPON，并正在向50G PON发展。中国已全面普及光纤到户（FTTH），并引领光纤到房间（FTTR），用户接入速率迈进千兆时代。骨干传送网方面，单波传输速率也从20多年前的10Gbit/s发展到今天的400Gbit/s，光纤波分复用（WDM）技术的应用极大提升了光纤通信的传输容量。

2、移动通信：从1G到5G

       移动通信技术按照每10年一代的规律演进，从第一代（1G）到第五代（5G），推动着信息生活方式变革。第一代移动通信（1G）采用模拟技术和频分多址（FDMA）技术，主要用于语音通信，容量有限且制式众多。第二代移动通信（2G）用数字技术取代了模拟技术，引入了数字蜂窝移动通信系统，提供了更大的网络容量和更好的话音质量，以及无缝的国际漫游。第三代移动通信（3G）以CDMA（码分多址）技术为核心，实现了全球范围的多媒体移动通信。3G技术标准包括W-CDMA、CDMA2000和TD-SCDMA，支持图像、音乐、视频等多种媒体形式。第四代移动通信（4G）采用了OFDM（正交频分复用技术）和MIMO（多入多出技术），提供了高达100Mbps的数据传输速率，能传输高质量的语音、视频和图像，支持可视电话、电话会议、虚拟现实等多种业务类型。第五代移动通信（5G）采用了新空口技术5G NR，应用了大规模MIMO等关键无线技术，支持eMBB（移动宽带增强）、mMTC（海量物联网）和uRLLC（高可靠超低时延通信）等多种应用场景。

3、联网技术：从TDM到IP

       在电信网络发展历史中，出现了多种信息传输方式，以适应不同业务需求。电信网络发展的第一阶段，采用了电路交换技术，结合时分复用（TDM）传输，为每个通话呼叫分配固定速率的信道资源。第二阶段引入了报文交换技术，采用存储-发送方式进行数据交换。而后的分组交换技术对报文交换技术进行了改进，逐步成为主流。上个世纪90年代，随着宽带综合业务数字网（B-ISDN）的出现，ATM（异步传输模式）技术应运而生，将面向连接机制和分组机制相结合，提供多种服务质量和OAM手段。本世纪开始，随着互联网的迅猛发展，IP技术逐渐成为了电信业务交换和承载的主流技术手段。IP技术具有灵活、简单和开放的特点，能够承载多种业务，并可构建在不同的底层传输技术上。IP技术本身也在演进，从IPv4发展到IPv6，地址空间极大扩展。

4、连接质量：从尽力而为到确定性

       目前，大部分网络都基于IP技术，但IP网络采用“尽力而为”（ Best Effort）方式进行信息传递，难以满足高清视频和不断增长的垂直行业应用对网络服务质量的需求，如超低时延、确定性、移动性、可靠性和安全隔离等。因此需要发展确定性网络技术，以满足特定场景的时延、抖动、带宽等需求。

       确定性网络具备“差异化+确定性”的服务能力，将传统的“应用适配网络”转变为“应用定义网络”，以满足不同应用对网络能力的差异化要求，保障服务质量。时间敏感网络（TSN）是确定性网络的关键技术之一，它基于IEEE 802.1标准框架，对网络中的流量进行优先级划分，并基于精确的网络时间同步机制，保证业务的低时延和低抖动。除了TSN，标准组织IETF还成立了确定性网络（DetNet）工作组，专注于在第三层路由上实现确定性传输，希望通过IP/MPLS等技术将确定性网络扩展到广域网。

5、连接范围：从区域覆盖到天地一体的全域覆盖

       目前，全球范围内移动通信仅能覆盖30%的陆地区域，无法满足沙漠、海洋和偏远地区的通信需求。未来的网络需要实现全域的立体覆盖，具备随时随地的宽带接入能力。天地一体化网络是一种综合利用高、低轨通信卫星，通过星间组网、星地高速通信链路，与地面通信网深度融合并覆盖全球的一体化通信网络。天地一体化网络主要由天基骨干网、接入网和地面节点网三部分组成。

三、弹性云网：云计算驱动的网络转型

1、云计算：数字化转型的关键引擎

       在过去十多年的时间里，云计算通过IaaS、PaaS、SaaS等多种服务类型，为用户提供弹性扩容、按需使用的资源。凭借着超大规模、超高可靠性和超强性价比等优势，云计算得以迅速发展，并已全面应用于互联网、政府、金融、工业、交通、物流、医疗等各行各业。网络是云计算的基础和保障，为了支撑更大规模、更高效率的云计算部署和应用，网络技术亟需变革。

2、SDN与SRv6：构建敏捷弹性网络，使能云计算业务创新

       传统网络架构体系固化，难以满足云计算业务对网络灵活性和敏捷性需求。近10年来，软件定义网络（SDN）成为业界广泛认可的弹性网络技术选择。SDN希望实现网络设备的软硬件解耦、控制面与转发面分离，以及网络可编程。SDN的核心优势在于基于全局信息制定网络转发策略，实现了网络管控模式从设备层面到系统层面的转变，极大增强了网络的灵活性和弹性，能够更好地承载云计算业务。

       与此同时，传统IP网络技术在承载新型业务的过程中也显露出短板。基于源路由信息并仅在网络边缘维持状态的SR技术应运而生，适合超大规模的SDN部署场景。SR数据平面的实现方式有SR-MPLS和SRv6两种，SR-MPLS被视为"下一代MPLS"，而SRv6则开启了全新的"网络即计算机"运营模式。在SRv6体系中，SDN通过SRv6 Segment来操控网络。SRv6的可编程能力与SDN技术完美融合，二者相互促进，在实现云网融合的进程中发挥了至关重要的作用。

3 、NFV与云原生：引入云计算理念，实现网络云化转型

       2012年，标准组织ETSI发布网络功能虚拟化（NFV）白皮书，提出NFV的目标和行动计划。NFV的特点是软硬件解耦、硬件通用化和设备功能软件化。NFV希望借助云计算虚拟化技术，通过采用标准商用服务器、存储器和交换机来承载各类软件化的网络功能（VNF），从而替代软硬件一体的专有电信网络设备。5G在网络体系上的变革主要体现在核心网，5G核心网采用了基于云原生的服务化架构（SBA），是基于NFV的云化网络。NFV的理想是实现虚拟网络功能层、云虚拟化层和硬件设备层的三层解耦，各层可独立发展和创新，尤其是希望与应用关联度最大的网络功能层能彻底开放，让更多的创新者参与研发和提供VNF，激发网络业务创新活力。

       随着容器等轻量级和高效率虚拟化技术的兴起和云原生理念的普及，云计算正朝着"云原生"（Cloud Native）的方向发展，虚拟化走向容器化，虚拟网络功能（VNF）走向微服务化。

4、中国联通基于SDN/NFV的弹性云网实践

       中国联通在基于SDN/NFV的弹性云网实践方面持续探索，2015年中国联通发布CUBE-Net2.0新一代网络架构白皮书，推动网络云化转型。2016年，中国联通发布基于SDN的产业互联网基础设施CUII，并在CUII的基础上正式推出“云联网”产品，实现了多云连接和云网融合服务。中国联通的弹性云网工作涵盖多个方面，在SDN化方面，以“IP+光”政企承载网SDN化为切入点，逐步实现全网的SDN化；在NFV方面，5G核心网基于NFV实现了网络云化转型，并积极研究和稳步推动NFV的三层解耦；在运营智能化方面，构建面向云化网络的运营支撑体系，利用AI技术实现网络运营的自动化。

四、智能算网：AI时代的智能化综合性数字信息基础设施

1、人工智能兴起

       近年来，以深度学习为代表的人工智能技术在智慧医疗、智慧教育、智能安防、智能制造等领域得到广泛应用，人工智能已经成为当代社会不可或缺的通用技术。尤其是2023年由ChatGPT引爆的新一轮人工智能热潮，开启了由大模型驱动的AIGC（生成式人工智能）时代。人工智能的发展离不开算力和网络的支撑。大模型参数量和训练数据规模持续增长，据估计，到2030年，人工智能领域对算力的需求将达到16,000EFLOPS，相当于1,600亿颗高通骁龙855芯片的算力。

       除了算力，人工智能应用还需要强大的网络能力保障。大模型需要大算力，大算力离不开高质量的算力网络。大模型训练和推理往往需要成千上万颗GPU芯片，如何把海量GPU连接起来形成超级计算集群，有赖高可靠、低时延算力网络。又如，云AR/VR游戏中，用户在快速移动的列车上需要强大的算力来渲染AR/VR场景，并且需要超低延迟网络来保障用户体验。

       顺应人工智能发展趋势，中国联通在2021年提出新一轮网络转型计划CUBE-Net3.0，推动通信网络向“联接+计算+智能”的新一代数字信息基础设施转型，倡导发展算力网络，为人工智能发展奠定更加坚实的基础。

2、计算模式变革：从云计算到云边协同

       计算模式正在朝着云-边-端多级部署的泛在计算模式发展，以满足智能社会多样化的计算需求。在企业数字化转型过程中，云计算起着举足轻重的作用。然而，中心化的云计算难以满足许多低时延、大带宽、高安全和低成本的场景需求，如智慧安防和自动驾驶等。因此，计算需要逐渐从云端下沉到边缘端。相对于云计算，边缘计算能够就近提供边缘智能服务，以满足行业数字化在敏捷联接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求。边缘计算聚焦于实时、短周期数据的分析，能更好地支持本地业务的实时智能化处理与执行。未来的计算模式将是端、边、云多级算力灵活组合的泛在计算模式。

3、算力网络：Network for AI

       基于计算与网络深度融合的算力网络是人工智能发展的重要支撑。算力网络将边缘计算节点、云数据中心和广域网络资源融合在一起，并通过集中控制或分布式调度，根据客户需求在云、网、边之间按需分配和灵活调度计算资源、存储资源以及网络资源。

       算力网络通过先进的电信网络（包括”IPv6+”可编程网络和算力全光底座）实现对计算能力和智能能力的灵活调用，并通过分布式、虚拟化等技术实现资源和任务的统一管理调度，提高了基于端、边、云协同的泛在计算的工作效率，满足了应用对算网资源的按需使用。以"联接+计算+智能"融合服务为特征的智能算网将成为数字经济时代的重要引擎，加速人工智能进入千行百业。

4、自智网络：AI for Network

       随着人工智能技术在网络设备、网络应用和网络管理等领域的应用，网络的智能化不断增强，迈向自智网络（Autonomous Network）。实现自智网络是一个循序渐进的过程，自智等级逐步提升，网络的完全自动化（L5级）是电信网络发展的终极目标。

       智能化能力的增强使得网络能够根据特定策略实现动态、灵活的调整，并能够实时感知网络故障、SLA异常和性能下降等。网络智能化涉及多方面技术：

       （1）智能感知技术：对网络的原生数据进行感知、获取、汇聚和关联，形成共享、统一的网络数据集。网络数据集可以提供不同维度的数据拓扑展示，包括水平（跨业务）和垂直（跨层）。

       （2）智能管理技术：实现网络联接的自动建立、网元的自动纳管，以及站点业务的配置、测试和上线的全程自动化。

       （3）智能应用技术：实现网络应用的快速智能部署、升级和迁移以及策略资源的集中纳管，降低人力成本和技术门槛，支持网络应用定制化的部署策略和自动复制，可以实现一点创新，全网复制。

       （4）智能边缘技术：边缘节点由核心网管控单元进行集中管理，支持对所有边缘设备的全局监控，实现批量远程升级和策略下发。边缘节点自身支持自动弹性伸缩，快速响应业务调整需求，并能基于自定义策略实现故障自愈。

图一 电信网络演进三部曲

五、总结

       本文提出了电信网络发展三部曲的概念，即宽带联网、弹性云网和智能算网，揭示了电信网络发展的规律和脉络，参见图一。宽带联网阶段旨在提供更快速、更广泛的互联网接入服务，通用CT能力以电信服务形式成为全社会信息基础设施，代表业务为宽带接入和物联网；弹性云网阶段旨在构建使能云计算的软件定义网络并实现网络云化，通用IT能力以云服务形式成为全社会信息基础设施，代表业务为云连接和云网融合服务；智能算网阶段旨在发展计算与网络深度融合的算力网络以支撑人工智能并利用人工智能实现网络智能化运营，通用AI能力以数智服务形式成为全社会信息基础设施，代表业务为AI应用、VR/AR等需要“算力+确定性网络”的业务。这三个阶段相互衔接，所依托的联网技术、云网技术和智网技术不断演进，共同构建新一代智能化综合性数字信息基础设施，奠定智能社会发展的坚实底座。

【作者】

唐雄燕，中国联通研究院副院长、首席科学家，“新世纪百千万人才工程”国家级人选。兼任北京邮电大学兼职教授、博士生导师，工业和信息化部通信科技委委员，北京通信学会副理事长，中国通信学会理事，中国光学工程学会常务理事。20余年的电信新技术新业务研发与技术管理经验，主要专业领域为宽带通信、光纤传输、互联网/物联网、SDN/NFV与新一代网络等。

岳毅，工学博士，中国联通研究院未来网络研究部工程师。研究方向为通信网络技术与网络功能虚拟化，主要从事基于国产化硬件的核心网业务移植、适配和优化方案研究。在国际期刊及会议以第一作者发表论文二十余篇，申请发明专利多项。

曹畅，博士后，高级工程师，中国联通研究院未来网络研究部总监，中国通信学会信息通信网络技术委员会委员，算力网络技术委员会委员兼秘书，曾获中国通信学会科技进步一等奖等多项奖励，主要专业领域为IP网络宽带通信、SDN/NFV、算力网络与网络编排管控技术等。