中國電信北京研究院過去十年，互聯網的發展顛覆了世界的方方面面。基于IP網絡的各種業務和應用迅速改造了金融、商務、物流……社會各行業都加速架構在移動網和互聯網之上，而產業互聯網大潮的到來，更使互聯網下沉為各行各業都能調用的基礎設施。
面對互聯網成為共用基礎設施的趨勢，傳統的基礎網絡正在面臨嚴峻挑戰。現有的網絡因其設計復雜、開放性不足、調整效率低等原因，已經無法適應下一代互聯網對基礎網絡設施提出的更簡單、更開放、更靈活、更廣泛的要求，亟待認真思考和重新審視，構建適應萬物互聯、智能化社會的新一代的互聯網基礎設施。
現有基礎網絡已無法滿足新一代互聯網需求
基礎網絡設施的業務運營主體正在發生變化
盡管目前基礎網絡設施仍然由運營商所搭建，但是運營商已經不能控制業務發展，更加無法左右業務所帶來的流量以及這些流量的整體分布。換句話說，互聯網企業已經成為基礎網絡設施之上業務和流量的事實主導者。2013年8月，Google宕機5分鐘，使得全球互聯網整體流量大跌40%，而在幾分鐘后，Google服務全線恢復，全球流量又暴漲了50%。互聯網企業所提供的服務對流量的影響已經展示了這種控制權的變化，而這種控制權的轉移也意味著通信產業價值鏈的轉移——在過去的價值鏈分配中，運營商處于價值鏈的頂端，擁有產業鏈的絕對話語權，但是在移動互聯網時代，運營商被管道化和邊緣化，價值重新分配，互聯網企業正在成為價值鏈的主要部分。
新的價值鏈主導者有著和傳統電信運營商不同的特征。互聯網講究快速創新，更愿意通過與產業鏈上下游開放合作的方式，快速提供整合的業務方案來保持創新的速度。Google每個季度必須投放10到12個新服務，“盡早投放、經常投放、盡快投放”是Google的口號，也是他們保持增長曲線的秘訣。這種為了創新、不斷試錯的發展方式，使得互聯網業務與傳統業務相比具有極大的不可預測性——常常會有一個業務突然爆發，擁有大量的用戶，形成巨大的流量和入口，但也可能快速湮滅在互聯網新業務的大潮中。
互聯網對基礎網絡設施提出新需求
互聯網企業特別是移動互聯網的發展對基礎網絡設施提出了新需求。就目前來看，這些需求可以分為四個方面：
——更簡單。2013年美國的云通訊公司Twilio營收5000萬美元，估值5億美元。這家公司所提供的服務可以簡單地比喻為“打包運營商”。他們給所有應用程序開發者提供API(應用程序編程接口)， 讓應用程序開發者僅加入幾行代碼就能夠在其應用程序中添加語音電話和短信功能。Twilio的發展顯示了互聯網企業的強烈需求：需要能夠方便地將網絡功能元素與其他功能要素進行組合，從而產生多種新的不同功能、不同性能的系列產品，并最終形成更為優秀的產品形態，這就需要基礎網絡功能簡單易用、界面友好。
——更開放。互聯網公司業務設計方式已經從“以用戶為中心” 開始向“用戶參與式”轉變， 通過用戶深度地參與業務設計，更快更準確地把控和滿足用戶需求。因此，互聯網企業希望網絡更加開放，更簡單地實現調用和配置，也能更方便地通過產業鏈上下游的合作來完成拼圖，構建整個系統。Facebook在2013年建立internet.org并主動加入了GSMA，通過這些組織，Facebook可以增強與運營商的溝通，并聯合各國運營商以及多家終端廠商形成合作聯盟，最大程度地擴展協作，形成更好的服務體系。
——更靈活。互聯網業務快速迭代，要求網絡必須具備快速靈活的拓展架構，方便配合其業務變化的現實需求。Amazon的AWS服務就更好地滿足了自身對網絡與流量的靈活擴展需求。在打折季時需要極高流量，而平時流量變化則不明顯。通過云技術，Amazon實現了對網絡、存儲能力的靈活擴展、動態調度, 進而提高了資源的使用效率。目前Amazon服務可以在保持原系統可用性基礎上，獨立地進行擴展操作，不需要大規模的重新配置就可以快速推出新服務。
——更廣泛。產業互聯網將帶來工作方式和環境的全新變化。人們可以通過虛擬的、移動的方式開展工作，這就需要將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統、智能控制系統、通信設施通過CPS(Cyber-Physical Systems)形成一個縱橫交錯的智能網絡，使人與人、人與機器、機器與機器以及服務與服務之間能夠實現橫向、縱向和端對端的高度互聯與集成，讓物理設備具有計算、通信、精確控制、遠程協調和自治等五大功能，從而實現虛擬網絡世界與現實物理世界的深度融合。
基礎網絡設施及其運營者面臨巨大挑戰
互聯網已經成為第四次工業革命的核心推動力，伴隨著這次工業革命的發展，人類生活的方方面面都在發生改變，互聯網將逐步主導通信產業，傳統的電信基礎設施將面臨巨大挑戰：
挑戰一：
網絡功能設計復雜，耦合度高，可擴展性差
現有架構設計過于復雜，進而導致難以快速升級和優化。傳統的電信網絡與業務是緊耦合，更多考慮標準化、穩定性和安全性。一方面，為了保障業務的不宕機，網絡在設計之初就按5個9的標準要求建設，設計的網元和接口眾多，整個網絡很“重”。 以IMS系統為例，主要網元和功能實體達到20個左右，之間設計的流程和接口則更多。另一方面，系統中存在大量不常用功能。以語音業務為例，95%以上的功能普通用戶既沒用過，也沒聽說過。另外，網絡設計為一個封閉的系統，一般先設計規范和標準，然后再進行設備開發測試，很少基于成熟的開源系統設計，一個完整的周期一般需要5年以上，即使部分功能的優化和升級也需要以年計的時間才能完成。設備、網絡和業務在設計和建設時已經緊緊捆綁在一起，缺乏靈活的應變和調整能力。這為后續的重新調整和開發帶來巨大的工作量，導致升級困難和迭代周期長。
挑戰二：
缺乏集約運營和統一管理
運營商從歷史上一直是按省、市、縣層層劃分的“城邦”體制，業務和網絡都是屬地化運營為主，骨干網由省公司和集團公司運營，城域網由本地網運營。各省的“被動割據”造成網絡如一盤散沙，運營商的核心資源劃成了一個個相對封閉的單元，也讓各省網絡的質量、管理水平、運維能力、開放性、技術路徑各不相同，大大降低了基礎網絡設施的集約性和統一性。這種分割還造成了網絡分段管理，業務開通和響應周期長，缺乏提供端到端的服務質量保障和完整解決方案的能力。互聯網最重要的就是“無邊界運營”，網絡資源作為其中重要的承載基礎，如果不能形成全國一張網、一盤棋，做不到統一、集約、快速的調度，顯然對互聯網企業的吸引力和對提升互聯網業務的良好體驗都將大打折扣。
挑戰三：
開放性和分離性不足，
缺乏產品化和服務化能力
傳統電信基礎設施從設計到建設都是以“從內向外”提供能力為出發點，都是基于現有網絡能力體系結構、業務提供方式進行平臺的架構設計，典型的“我有什么你用什么”的思路。
另外，現有的網絡設施強調整體性，功能分離性不足，缺乏模塊化和開放性設計，難以靈活組合。部分網絡能力還缺乏標準化的能力調用接口，用戶使用時需要適應不同提供商、不同提供方式和接口。
最后，網絡設施的設計主要面向前向用戶，較少考慮面向后向用戶的使用要求。由于互聯網服務模式的改變，突顯了基礎網絡能力的服務化、產品化程度不夠。例如多種對時延、丟包等質量指標要求不同的業務混在一起承載，導致高質量要求的業務得不到差異化保障。這在語音、短信為主的時代也許不是問題，然而在強調互聯網業務體驗的今天，顯然是無法滿足需要的。
挑戰四：
網絡設施動態調整的能力不足
由于網絡流量突發性越來越突出，忙時和閑時的流量差別變大， 數據中心的流量與運營商網絡的流量時時充滿變數，沒有明顯的規律，開發能夠“隨機應變”的網絡就提上了議事日程。雅典信息技術學院研發中心的 Iaonnis Tomkus 指出：現在的峰均流量比為 6.5:1, 而 15 年前則為 2.5:1，而且不同方向和設備上的負載并不均衡，現有基礎網絡設施缺乏對這種流量突變的適應性，網絡總體利用率不高。
只有有效引導流量才能提高網絡利用效率，這就需要網絡設施能夠識別流量的流向和區分不同流量的服務質量要求。現在一方面應用種類繁多，較大的應用一般采取分布式部署，流量流向復雜;另一方面互聯網公司大量采用CDN技術，流量流向與用戶興趣點變化密切相關，而這部分網絡策略運營商往往并不知曉。現有基礎網絡設施既不能有效引導流量，平衡設備和網絡的利用效率，也不具備根據流量變化的靈活調整能力，很難保障突發事件或熱點事件營銷時互聯網企業對網絡的需求。
新一代互聯網基礎設施的架構和內涵
隨著互聯網成為推動全社會產業再造和轉型的重要力量，其基礎設施不僅僅是網絡，而是“網絡+云資源+公共平臺”的綜合體，提供的服務也不限于通信傳輸，而是實現人、機、物泛在互聯，提供“資源+通信+信息應用”的綜合服務。基礎網絡也不再是以傳統硬件為主、設備種類繁多的電信網絡，而是軟件化集約控制、設備通用化和標準化的智能網絡。新一代互聯網基礎設施提供商不再限于電信運營商，還包括互聯網企業和大型企業集團。
如下圖所示，新一代互聯網基礎設施不僅提供端到端的連接功能，而且其計算、控制和感知功能大大增強，將提供寬帶和泛在的網絡連接、智能化的運營、平臺化的網絡云服務(即一體化的“網絡+云資源+公共平臺”服務)。
寬帶和泛在連接是新一代互聯網基礎設施的基礎
寬帶和泛在的網絡連接將促使新一代互聯網上各種應用/服務的廣泛普及和易于獲取，也是新一代互聯網基礎設施的基礎。
寬帶化主要體現在兩個方面：一是4G/5G等移動寬帶與光寬帶的部署和普及，提供超高速寬帶服務;二是網絡承載的高清語音、視頻與富媒體等寬帶內容占比高，不再是簡單的語音和短信業務。超高速寬帶網絡為云服務的應用和普及提供了基礎，4G/5G或者FTTH的寬帶網絡為“云”和“端”之間的通信提供保障;云數據中心的跨域部署與靈活調度需要骨干網絡的提速和更廣泛的覆蓋。
泛在化也體現在兩個方面：一是越來越多的終端設備接入網絡，如智能家居、可穿戴設備、工業智能機器人、傳感器等，無線、有線能更好地協同以提供無所不在的連接;二是泛在連接的不僅僅是人與人、人與機器、機器與機器之間的通信，還包括應用與內容，表現為通過門戶、搜索、超級App、Web鏈接、語音入口等獲取各種具體的應用與內容以及應用內容之間的交叉連接。
智能化運營是新一代互聯網基礎設施的核心突破
新一代互聯網基礎設施的智能化運營主要體現在以下四個方面：一是軟件定義的網絡;二是云資源的智能調度;三是生態化的演進;四是大數據的深度應用。
——軟件定義的網絡
摩爾定律引發的IT計算能力指數級的提升、器件的微型化和高密度集成發展為網絡設備融入了更多計算、存儲功能，降低了對硬件的要求并逐步實現硬件的通用化和標準化，減少了網絡設備的種類和數量。
網絡設備的IT化發展促使網絡控制功能與轉發功能分離，控制功能由邏輯集中的軟件系統來完成，通過軟件定義策略和配置來改變網絡的屬性和能力，大大增強網絡的智能性和靈活性，從而可以將現有分段管理、分域運營模式逐步演進為集中化運營方式，實現一個“輕量級、易調度、可重構、隨需而變”的網絡。整個網絡如同業務平臺，能夠集約運營管理、能力開放共享、軟件模塊升級、資源可視化和產品化，從某種角度講，網絡即平臺。
——云資源的智能調度
云計算作為新興的IT技術與交付方式，為各種業務/應用提供集約、虛擬化、可管可控的計算和存儲資源，改變了網絡流量模型，是新一代互聯網基礎設施的流量超級出入口。云資源池包括IDC內部、IDC之間和IDC 跨域的高速網絡互連，未來將提供跨地區、多數據中心統一協作的資源池服務。根據業務及用戶需求實現動態分配、遷移等智能調度，高效地支持業務/應用的彈性擴展和就近服務。
——生態化的演進
新一代互聯網基礎設施會更加強調客戶的參與，不斷從客戶、應用中得到反饋去循環改進。它不再是一個事先確定好的、標準的、封閉的體系，而是由電信運營商、互聯網公司和廠商、客戶等共同參與完成，不斷優化的學習型服務設施。它會根據互聯網業務“隨需而配，隨需而建”，在適應業務過程中不斷完善和動態沉浮。新一代互聯網基礎設施成功的關鍵是聚集上下游合作伙伴與用戶形成有人氣的生態系統，并面向客戶和業務快速迭代，實現開發運營服務一體化發展。
——大數據的深度應用
基于云計算的大數據平臺將網絡、終端和應用等平臺產生的數據進行匯聚分析，可推斷、感知和預測未來，促使智能決策應用迎來突破。對于普通消費者，既生活在消費互聯網世界，也生活在產業互聯網、服務互聯網的世界，還生活在現實物理世界，大數據是打通這些“世界”的橋梁。新一代互聯網基礎設施是一個生態系統，大數據則是這個生態系統的神經細胞。
平臺化的網絡云服務是新一代互聯網基礎設施的突出特征
目前互聯網基礎設施中網絡、云資源、公共平臺三部分是分開運營的，而在新一代互聯網基礎設施架構下，不同服務提供主體和各部分之間將呈現協同開放、合作共贏的局面。平臺化的網絡云服務為上層消費互聯網/產業互聯網等提供完整的應用生態服務，包括通信聯接、應用托管、網絡資源調度、應用分發、公共能力、運營分析等，并形成“前向+后向”的經營模式，跨專業協同、跨行業合作將成為常態。以智能CDN為例，未來的智能CDN平臺節點能根據業務熱點預測、用戶分布拓撲進行內容的智能推送，并下沉至網絡邊緣(如基站、網關等)就近為用戶服務，而網絡為CDN節點動態地調整帶寬資源，云資源池根據CDN節點的業務遷移而動態遷移計算、存儲等虛擬服務資源。
隨著互聯網的全面普及和網絡泛在化、智能化的趨勢，網絡安全、應用安全和信息安全面臨新威脅和新挑戰。新一代互聯網基礎設施通過網絡、云資源、公共平臺的協作互動，通過用戶虛擬身份和真實身份(包括地址、位置)的交叉認證、IP VPN或專用傳輸網的物理通路隔離、數字簽名等措施，可以在一定程度上解決互聯網安全需求。但長期來看，還應加強自主產權的核心芯片、操作系統、加密算法等在新一代互聯網基礎設施中的應用。
網絡的寬帶連接、QoS、安全、大數據等能力通過公共平臺形成能力產品，并與業務結合，對最終用戶提供可感知的體驗服務(QoE，Quality of Experience)。過去服務質量QoS主要是強調網絡連接的分級保障，而在新一代互聯網基礎設施中，更強調用戶QoE。用戶體驗包含網絡連接的分級、云資源池的處理分級、用戶服務體驗等，這需要業務與網絡之間實時互動、動態調配資源并一體化協作。
上世紀末提出的“信息高速公路”更多地強調人與人的通信聯接、計算機的通信聯接能力，核心是不受限制的寬帶網絡聯接。而新一代互聯網基礎設施將以互聯網化應用為核心，更強調以人為本和以應用為本，提供“資源+通信+信息應用”的綜合服務。面對新一代互聯網基礎設施帶來的機遇和挑戰，所有參與方應當勇于改變、積極參與，以更加開放和整體的思維加快構建新一代互聯網基礎設施，迎接“聯接一切、感知一切”的智慧科技新時代。
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