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网络 5.0 技术白皮书 网络 5.0 产业和技术创新联盟 完成日期： 2019 年 6 月 版权 声明 本报告所载的材料和信息，包括但不限于文本、图片、数据、观点、建议，不构成法律建议，也不应替代律师意见。 本白皮书 所有材料或内容的 版权 归属 网络 5.0 技术和产业创新联盟 （注明是引自其他方的内容除外） ，并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本白皮书文字或者观点，应注明 “ 来源：网络 5.0 技术和产业创新联盟 ” 。违反上述声明 者 ，本联盟将追究其相关法律责任。 网络 5.0 技术和产业创新联盟 联系电话： 010-62300067 邮箱： network5caict.ac 目 录 一、 网络 5.0 产生背景和价值 . 1 1.1 分代研究的必要性 . 1 1.2 数据网络的分代研究思路 . 2 二、 未来业务场景及其对网络需求分析 . 3 2.1 ICT 基础设施 . 3 2.2 产业互联网 . 5 2.2.1 工业互联网 . 5 2.2.2 车联网 . 8 2.2.3 远程医疗 . 9 2.2.4 其他场景 . 11 2.3 移动承载 . 14 2.4 全息通信 . 15 2.5 未来新应用对网络的需求小结 . 18 2.5.1 功能需求 . 18 2.5.2 性能指标需求 . 21 三、 现有 IP 技术差距分析 . 23 3.1 安全与可信 . 23 3.2 网络可规划和性能可预期 . 24 3.3 大连接下的感知与管控 . 24 3.4 泛在移动性支持 . 25 3.5 网络 5.0 . 26 四、 网络 5.0 愿景 &目标 . 26 4.1 网络 5.0 愿景 . 26 4.2 网络 5.0 目标 . 26 五、 网络 5.0 架构顶层设计思路 . 28 5.1 网络 5.0 架构顶层设计原则 . 28 5.2 网络 5.0 参考架构 1.0 . 30 5.3 多视图呈现 . 31 六、 网络 5.0 关键使能技术 . 33 6.1 确定性 IP . 33 6.2 内生安全机制 . 34 6.3 面向万网互联的新寻址与控制机制 . 36 6.4 新传输层 . 37 6.5 灵活可定制的差异化网络服务 . 38 6.6 面向服务的路由 . 39 6.7 基于意图的网络 . 39 6.8 温敏网络 . 41 七、 网络 5.0 创新联盟全球产业及标准合作布局 . 42 7.1 ITU-T FG NET-2030 . 42 7.2 ETSI ISG NGP . 42 7.3 IETF/IRTF . 43 7.4 中国通信标准化协会 . 43 7.5 通信软科学研究计划项目 . 43 7.6 国家重点研发计划 . 44 八、 总结与未来工作计划 . 44 主要参与编写单位及作者 . 46 附件 1：缩略语 . 47 图 目 录 图 1：网络技术创新是新应用创新的基础与使 能条件 . 1 图 2：网络发展历程 . 2 图 3：网络 5.0 重要目标场景 . 3 图 4：区块链分布式账本的测试 . 4 图 5：产业互联网 . 5 图 6：工业互联网体系框架 . 6 图 7：车联网系统及车内总线系统 . 8 图 8：车内总线及其带宽需求举例 . 9 图 9：远程医疗操作自动化四个阶段 . 10 图 10： 远程手术时延效果总结 . 11 图 11：智能电网保护对丢包率的要求 . 12 图 12：继电保护 . 12 图 13：科学数据流与普通互联网应用流的比较 . 13 图 14：专业音视频同步 . 13 图 15：风力发电系统对丢包率的要求 . 14 图 16： 5G 网络性能挑战 . 14 图 17： 5G 业务场景 . 15 图 18：全息技术基本原理 . 16 图 19：光场显示技术示意图 . 17 图 20：光场显示的数据量对比和带宽需求分析 . 17 图 21：全息图和传统二维图像的数据量对比 . 18 图 22：典型应用场景对数据网络的参考性能指标需求 . 21 图 23：两种描述抖动的方式 . 22 图 24：当前网络所缺乏的内生安全能力 . 23 图 25：微突发及突发迭代 . 24 图 26：网络 5.0 需求 . 26 图 27：网络 5.0 参考性阶段目标 . 27 图 28：网络 5.0 顶层设计理念 . 28 图 29：网络 5.0 参考架构 1.0 . 30 图 30：网络 5.0 的功能视图 . 31 图 31：网络 5.0 协议体系参考架构 . 32 图 32：网络 5.0 协议体系网络接口参考架构 . 33 图 33：频率同步 . 34 图 34：基于映射周期关系的数据包转发 . 34 图 35：端到端通信业务安全技术框架 . 35 图 36：基于去中心化技术的网络基础设施安全可信架构 . 36 图 37：新传输层技术框架 . 37 图 38：灵活可定制的差异化网络服务 . 38 图 39：面向服务路由 . 39 图 40：基于意图的网络架构 . 40 图 41：温敏网络 . 41 图 42：网络 5.0 创新联盟全球产业及标准合作布局 . 42 图 43：网络 5.0 创新联盟 2018.6-2019.5 重点工作 . 44 图 44：网络 5.0 创新联盟 2019 年下半年工作计划 . 45 图 45：网络 5.0 创新联盟发展路标 . 45 网络 5.0 技 术 白皮书 -1- 网络 5.0 技术 白皮书 一、 网络 5.0 产生 背景和价值 1.1 分 代 研究的必要性 从上世纪 80 年代 TCP/IP 协议正式部署以来，随着 IP 技术 的 不断 演进 ， 互联网承载 的应用越来越 丰富 ， 邮件 、云计算 、社交网络 、在线购物、电子银行、视频直播等应用 正在 深刻影响着 人们 的 学习 、工作与生活 ， 取得了巨大的成功 。 图 1：网络技术创新是新应用 创新的基础与使能条件 AR/VR、远程医疗、工业 互联网 、车联网、 智慧家庭 等 新应用已 悄然而至 ，全息通信、边缘云、泛 IoT、意识 通信、空天地一体化通信 等新 应用 在不久 的 将来也将 解开神秘的面纱，我们正在快速 进入一个 万物感知 、 万物互联的 智能 世界 。 纷繁 的新应用对 IP 网络 提出了 新 的需求与 挑战 。 网络 技术创新是新 应用创新 的基础 与使能条件 ， IP 网络的 能力 亟待 增强 ，以 允许 更多的 新 业务 接入 网络。 互联网技术过往 40 年的发展中，补丁式、自底向上、 无限责任的思路占据了主导 ，对具体的技术边界、技术责任范围并没有提出过明确的指向。因此， 之前的网络技术演进探索一直围绕“下一代”、“未来”等无限责任概念展开。无限责任边界由于没有设定具体的网络技术边界和演进目标，思路较为发散，问题与解决方案的集中度不高。 无线领域近些年的发展尤为迅速， 3G、 4G、 5G 的逐步创新引领了业界的研究风潮。由无线接入技术的分代研究不难看出，相比于无限责任的“更快、更好”思路，代际式发展与有限责任演进的思路具有更加明确的技术里程碑与演进目标。在每一代演进中提出较为明确的技术边界，以标准的形式定义问题，有利于凝聚产业共识，聚焦演进目标，激发产业整体活性。基于以上思考， 数据 网络分代研究的思路逐步形成。 网络 5.0 技术 白皮书 -2- 1.2 数据网络 的分代 研究 思路 模拟通信系统是指采用电路交换技术传输模拟信号的通信系统，是通信网络 最初的 技术形态 和时代， 被称为网络 1.0 时代。 数字通信系统是指 采用数字信号 进行 信息 传输 的通信系统 。该系统采用同步时分复用（ TDM）技术，在 时间维度上 将整个信道划分为多个时隙，每一路信号被 分配使用一个 独占 的时隙 进行数据传输。 TDM 技术 的引入使得线路利用率大幅提升， 具有 划时代意义 。 因此 ，基于复用交换的 TDM 数字通信时代被称为网络 2.0 时代。 ATM 是面向连接的、以定长信元为基础的一种分组交换和 复用技术。该技术进一步提高了网络资源利用率、扩展业务的灵活性，能够满足语音、视频等多媒体业务在网络质量上的要求。对于新业务支撑 能力的提升使得 ATM 时代被称为网络 3.0 时代。 与面向连接的 ATM 分组交换技术不同，网络 4.0 时代的 IP 网络采用面向无连接的数据包交换技术。 IP 协议在传输数据时将数据分拆为多个数据包进行传输，在目的端进行数据包 的 重组。各个数据包长度灵活，包与包 之间相互独立， 可以通过相同 或 不同的路径传输。IP 网络的开放性、中立性和简洁高效的设计使得其在 技术 竞争中战胜了 ATM，成为了现代通信网络的核心 与 基础 。 图 2：网络发展历程 1 IP 技术 面向数据 传输的低成本 部署 设计 同时 也伴生了一些原 生 问题 。这些 问题逐步在承载业务 趋多 的今日逐渐显现 ， 包括但不止 于数据 网络 传输 质量不可预期、 无差别接入 ， 使得 网络行为具有很 高 的不确定性 ， 难以保证服务质量。 数据 网络 5.0 的 目的，就是 首先 分析 未来 8-10 年 典型应用对数据 网络 的需求， 在继承无连接 统计复用的 优势 能力下， 通过持续增强 IP 自身 能力 ， 以 解决万物 互联 的 智能 世界 所1郑秀丽 ,蒋胜 ,王闯 , 等 . 对网络技术 跨代发展的思考 网络 5.0. 信息 通信技术 . 2017 年 06 期 . 网络 5.0 技 术 白皮书 -3- 需要 的 内生 安全可信、 网络 可规划 和 性能可预期、 大连接 下的 感知 与管控、泛在 移动性支持等 能力 ， 使能 更多 的新 服务接入网络 ，丰富 人们的沟通与生活 。 二、 未来业务 场景 及 其对 网络需求 分析 网络具有高覆盖性 和 应用广泛的基础设施特性 ， 对下兼容 各种接入技术， 对上 支持不同应用类型 。鉴于网络 设备 软硬件广域 部署并分域治理 ，网络技术的革新 与演进需要广泛考虑各方需求和 技术 特征 。本章节 将 重点 分析 ICT 基础 设施、 产业 互联网 、 5G 承载 及 全息通信等 目标 场景对 IP 网络 提出 的 新 需求。 图 3：网络 5.0 重要目标场景 2.1 ICT 基础设施 随着 云计算 技术 的 发展 ，越来 越多 的 业务 和数据 被 迁 移到云端 。特别地 ， 大数据建立在云 上，一些人工智能也 逐渐建立在云 上。现在有大量的可以提供计算、存储等 IT 资源的 云存在。但是如果 各个云 彼此 之间 是 碎片化 的 孤岛，不能作为 一个整体的 IT 资源池 为用户提供 服务 ， 便 不能成为 ICT 基础设施的组成部分 。 新的 ICT 基础架构平台应以物联网、云计算、大数据和人工智能为核心，形成 “ 全连接、全云化、全智能 ” 的解决方案。 物联网就如同神经末梢，通过采集无处不在的行业终端和用户终端的数据，利用云端的分布式计算能力对数据进行处理。网络就像是血脉，连通着数据生产者、处理者和消费者，使之更加有效 地传输和共享。云计算、大数据和人工智能则是大脑，通过打破传统 “ 烟囱式 ”的业务承载架构，搭建一个高度简化、标准化、自动化和弹性的云数据中心，并通过对海量数据进行快速处理、深度建模和精准洞察，从而实现运营的自动化和决策的智能化。 ICT 基础设施的融合主要包括三个部分： 云内网络 ，云数据中心内部的 ICT 融合 云间网络 ，云数据中心间的 ICT 融合 云到用户网络 融合