網絡體制理論方向研究與網絡發展第二曲線PNE

當今時代是一個顛覆性創新隨時有可能發生的時代，人類正在熱情地擁抱天空地一體、 “人機物網”的深度融合。習近平總書記強調，“必須加強科技創新特別是原創性、顛覆性科技創新，加快實現高水平科技自立自強”。這幾十年來，中國的網絡體制研究者一直在不斷探索，始終因為缺乏理論方向、系統預見性，不確定最后究竟能不能踏上理想的網絡彼岸而惴惴不安。因此，要想了解未來，我們需要總結歷史經驗教訓，不斷加強科技的自主研發。

網絡發展第一曲線及其局限性

中國的網絡體制可以用范式概念來總結，來建構一個關于網絡體制發展的理論體系。截至目前，其可以分成兩個階段、兩個范式。

第一個范式是以網絡業務為中心，端到端轉發，網絡即業務，業務由網絡提供。這個范式分為兩段，第一段是不同種類的業務，采用不同架構的網絡，基于定義明確的多媒體業務來綜合設計業務網，像ITM（互動交易模式）。對應這個方法論，又出現兩個發展方向，第一個就是用多種網絡分別提供多媒體業務；第二個就是用5種層結構承載室內多媒體業務，它屬于以網絡業務為中心的第一范式。其問題在于網絡與業務強綁定，已嚴重制約業務可擴展性和經濟性部署。

第二個范式是以業務數據透明轉化為中心，思維視角是網絡只負責業務數據的端到端采用，數據表達的業務是什么并不重要。這也產生兩種方法論，一個是網絡業務解耦，網絡使用者成為業務創新與服務的主體，也就是所謂的消費互聯網模式；第二個是控制與轉發分離，數據轉發模式可演變成的模式就像SDN（軟件定義網絡）。第二范式有兩種實踐規范，一種是去中心化的IP網絡；另一種就是控制平面，通過下發流表方式管控的SDN。它們存在的問題在于無法確保業務承載質量，端到端的模式限制功能的可擴展性。

這兩種發展范式就形成一個網絡模式，可以稱之為第一曲線。但這種模式仍然存在很多不足，網絡業務緊耦合，業務可擴展性受限；網絡與業務解耦，業務承載性能受限；端到端數據轉發模式無法適應多樣化業務場景，等等。因此， 單一體制網絡， 理論上就不可能支撐“存、 算、 通、感”一體化服務的要求，完全分離也無法滿足使用要求，那么未來網絡發展出路在哪里？

基于上述情況，從技術經濟學視角出發，我們提出網絡發展范式SMV“不可能三角”通用解構模型，試圖詮釋既往網絡體制發展范式的天花板問題。我們知道技術經濟學有三個基本要素：有效性、包容性和經濟性。網絡體制中的“有效性”體現為服務質量承諾（Service level Agreement），所以用英文大寫 S開頭；網絡體制的“經濟性”是用“復用性（Multiplexity）” 的M來表達；而“包容性”用“多樣性（Variousness）”的V來表達。

任何一種網絡在可擴展性前提下，都要研究它的經濟性、有效性和包容性三者之間的關系。按照這個模型，我們發現“網絡即業務”第一發展范式存在一個問題：可支持的業務種類受限，技術經濟上無法為每類業務興建專用網絡基礎設施；第二種綜合數字業務網ITM存在的問題是它的網絡體制不支持超越預期業務范疇的可擴展性。互聯網發展至今，內容在不斷變化，但它的體系架構沒有變，這種變化ITM并不支持。而SDN只解決了數據轉化模式剛性化的問題，模式顯得剛性化，并不能滿足如今多種體制網絡共生共存、獨立演進變革的要求。

因此，當前網絡發展范式存在5個基本矛盾，即多元化網絡需求與統一基礎設施之間的矛盾；統一基礎設施與多樣化業務性能之間的矛盾；網絡存量資產與網絡技術創新互為掣肘的矛盾；應用開放性與統一基礎設施安全性之間的矛盾；多元網絡共生共存與演進變革兼容并蓄的矛盾。

理想網絡的非存在性及解決方法

網絡發展范式存在的基本矛盾中，我們最需要解決的是不斷擴展的垂直行業、分眾化個性化應用場景與單一的“端到端”網絡體制的矛盾；還有多樣化應用網絡體制與業務發展的不確定性、需求與統一、基礎設施建設與運營的矛盾。為此，我們提出SMV空間定律，并通過從經濟性視角出發的“不可能三角”通用解構模型，揭示SMV空間內理想網絡的非存在性。也就是說，當可擴展性被視為貫穿全生命周期的全維變量時，S、M、V三維空間內，無法形成包含SV、MV、SM及SMV子集的完備交集，即所謂的理想網絡在現實中是不存在的。

愛因斯坦曾說，你無法在制造問題的同一思維層次上解決這個問題。 因此，我們需要跳出網絡與業務糾纏的研究困境，讓合適的網絡去匹配所需的業務，而不是想用一種網絡去解決所有業務問題。因此，我們可以將第一曲線的飽和區問題轉化為可解決的統一基礎設施與網絡多樣性的矛盾，將SMV的任意交集都映射到SMVT（加入了時間T的考量）空間。在這樣的情況下，任何單一網絡體制都只是SMVT四維空間中的一種應用網絡表達。

SMV完備交集在“微分形態”下是無法實現的，而僅能在“積分形態”下通過等效方式獲得。這意味著，若能在SMVT空間的任意“微分”時段內，以生成式多體制網絡函數（Multisystem）的形式清晰定義并展現多種轉發模式，那么通過對這些多體制網絡變量在時間上積分，便可在SMVT空間上獲得等效的SMV完備交集。

因此，“具有演進/適應能力的理想網絡”概念，不僅要求在空間維度上能夠支撐多種網絡體制或轉發模式的共存共榮，更在時間維度（即全生命周期內）支持各種網絡形態及相關業務的獨立演進與變革，從而體現網絡的動態適應性和持續進步性。

綜上所述，理想網絡存在性主要有六個要點：一是在SMV三維空間內，任何尋找理想網絡（SMV完備交集）的努力注定是徒勞無功的；二是理想網絡只能等效存在于SMVT四維空間；三是SMVT空間內任意“微分”時段都不可能存在SMV完備交集；四是任意“微分”時段的SMV不完備交集都必須能以多體制網絡函數表達——Multisystem（tn）；五是微分時段間的交集可以存在包含關系，但軟硬件資源可重定義、再編排、可擴展是必要條件；六是網絡基線技術元素化和軟硬資源動態聚合/編排方法能夠解耦多樣化網絡體制或轉發模式及相關承載業務之間的排他性等掣肘關系。其中，以機械技術元素化、資源動態聚合、生成式多體制為理想網絡必要前提和基本路徑。

第二曲線PNE及工程技術表達

當網絡體制發展第一個曲線趨于飽和后，我們需要及時轉換思維和起點，從第一曲線范式轉換到第二曲線范式。借用生物學多態或多形概念（包括時空維度上的演進與變革形態），我們將第二曲線的起點范式簡稱為：多模態網絡環境發展理論（PNE）。它的四維視角是統一網絡支撐環境取代單一體制網絡設施，方法論是網絡機械元素加上軟硬件資源的動態聚合和編排，實踐規范是既能提供“端到端”功能，也能提供Agent服務。作為新的基礎設施，廣義功能安全是放在首位的，所以需要內設安全負責的網絡彈性系統。

2025年，全球將對數字產品的系統進行網絡彈性測試，因此，我們開辟一條緩解多樣性應用網絡，即業務與統一基礎，實施建設和運營矛盾的新途徑，從而釋放網絡業務的創新活力，降低網絡體制的復雜度。基于領域專用的大模型，我們可以方便地生成和部署具有功能性能保障的多樣化應用網絡狀態。這樣就可以徹底擺脫既要前向發展，又要后向兼容，還要保證經濟性的無解羈絆。從2023年開始，我們對PNE進行全系統原理性驗證，一個核心域6個接入、100多個節點，充分證明PNE發展范式的先進性和技術的可實現性。

PNE的工程技術表達叫生成式多體制網絡（GMN）。生成式多體制網絡可以決定不同的應用網絡模態的動態呈現在與之相一致的基礎環境上，基于元素化的機械技術，它不僅可以動態生成不同構造、不同網源功能、不同運管屬性的網絡體制，并與相關業務相匹配，還可以同時支持多種應用網絡模態和業務的動態加卸載、修改和運營。

云網一體的GMN實驗方案是借助NFV網絡虛擬功能化的方法把軟硬件資源磁化、網絡機械元素化。GMN和云網的技術原理高度一致，因此，在云網設施類嵌入GMN核心部件，我們就可以快速地部署有信任保障的GMN網絡。

云上GMN形態分為兩種模式。在云上用現有語音設施來構建動態網絡，被稱為云上建筑云化的計算平臺構造，并部署多媒體。另外還有云內GMN形態，被稱作GMCE IN。它可以實現貫通虛擬資源、虛擬網源、物理網源、物理網卡，等等。所以，基于云邊端融合部署的GMCU網絡，可以在生成式體制網絡中快速經濟地部署。多種應用網絡模態在統一基礎設施中實現網絡計算、存儲、感知等一體化定制化服務，這應該說是網絡體制一次革命。

截至目前，多模態網絡在國家戰略的牽引下，研究中心不僅實現理論技術的創新發展，同時聯合河南電信、河南移動、河南聯通等運營商，在河南構建多模態平行網絡的商業化運行。接下來，我們也將逐步與廣電開展GMCE IN的示范應用。

未來，對于新一代網絡基礎設施發展，引用習近平總書記的講話， 就是“敢于提出新理論、開辟新領域、探索新路徑”，在獨創獨有上下功夫。W

（作者鄔江興系中國工程院院士、國家數字交換系統工程技術研究中心主任）

責任編輯：田可心