可免费下载 |《网络2030的新服务和新能力》摘译

为满足未来新型应用对网络服务的新需求，国际电联的电信标准部（ITU-T）于2018年成立了2030网络焦点组（FG NET-2030），研究面向2030年及以后的未来网络架构、需求、用例和网络功能。2019年10月，该组发布了《网络2030的新服务和新能力》报告。在最新一期赛迪译丛中，赛迪智库无线电管理研究所对该报告进行了编译。

“

报告定义了网络2030服务相关的专业术语和整体驱动因素，进一步描述了多种新型网络服务的驱动因素，分析了各类新服务和新功能的性能目标和需求，并指出了现有网络服务技术与新型网络服务技术之间存在的差距。

”

驱动因素

网络2030服务的主要驱动因素包括以下几个方面：

① 工业和机器人自动化；

② 全息媒体和多媒体技术；

③ 自动化和关键基础设施；

④ 应用程序及其需求的多样性；

⑤ 服务问责机制的要求；

⑥ 区分不同程度的失真容限。

网络2030基本服务

及时和准时服务

1

驱动因素

网络2030服务需要遵循严格的可量化时延目标，即支持“高精度”通信服务。

以触觉类应用为例，为保证往返控制环路能够使在不到10毫秒的时间内传达反馈，触觉应用要求端到端网络时延上限为5毫秒。如果不能满足这么短的时延保证，不仅用户的体验质量会下降，应用本身也可能会变得毫无意义。

2

服务概述

网络2030服务中的时延高精度是指数据包交付具有精确的时延。在交付时对数据包的时延设定了上下限的服务称为“及时” 和“准时”服务。

及时服务确保以不超过所要求时延的方式交付数据包，服务可以在时延期限之前的任何时间送达数据包。典型应用是支持缓冲功能的多媒体应用。

准时服务确保数据包在特定的时间范围内被送达，即同时具有最大时延和最小时延限制。及时服务可被视为准时服务的一种特殊情况。

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现有差距

网络2030服务需要解决的差距涉及支持时延目标的能力，这些目标已被精确量化为服务请求的一部分。

现有的网络体系结构，如互联网服务质量（QoS）体系结构、时间敏感网络（TSN）、确定性网络体系结构（DetNet）等，都不足以满足网络2030服务对时延目标的要求。

协调通信服务

1

驱动因素

为了应对网络中传递路径的异构性，实现完全同步的运行，网络服务需要某种机制能够同时向各方提供所需信息。

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服务概述

网络2030服务中的协调通信服务将根据应用的时间、顺序或应用定义属性等相互依赖的约束条件，在多个数据流之间进行协作。

支持协调通信服务的网络需要明确跨越多个流的各种依赖性或约束条件，并根据这些约束条件聚合多个流的数据，进而呈现给一个或多个用户。

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现有差距

对协调服务的要求比较复杂。如果完全留给应用来协调和管理流会导致端点的负担过大，端点缓冲区和内存受限也会导致无法完成多个流之间的协调。

此外，网络内部的动态变化给应用管理端点的协调服务带来了更多困难。现有的基于服务器的协调一般采用存储转发模式，路径带宽效率低下，内容的安全性也受到质疑。

网络中的群组通信由组播路由器（PIM协议）以尽力而为的方式进行支持，该协议既不携带任何依赖关系的信息，也不主动进行协调。

定性通信服务

1

驱动因素

随着网络带宽越来越高，网络服务倾向于用更大的数据包来提供线速数据传输。因此，重传的数据量将比过去更大。

然而“工作保留”原则认为系统应尽可能只执行一次工作并保留结果，以避免多次重复相同的处理步骤。因此，数据包某一部分的错误或丢失不应该影响已经接收到的部分。

为了保持这类应用的流畅和及时通信，需要采用新的网络数据传输方案。

2

服务概述

定性通信服务致力于解决可靠传输协议的时延和工作保留问题。定性通信服务允许发送方按相对优先级对数据包中的有效载荷进行分组，然后允许网络在需要时选择性地丢弃优先级较低的部分。

支持定性通信服务的网络需要具备区分用户有效载荷各部分以及各部分优先级的能力，同时允许转发节点、接收节点设备丢弃优先级较低的部分。

网络2030定性通信服务是对整个数据包丢失的一项实质性改进，它可以使数据包中的部分内容及时地交付，进而实现更精细的带宽调节，从而解决拥塞和数据包损坏的问题。

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现有差距

现有的传输解决方案仅在完整的数据包上运行，并使用重传机制来应对由于拥塞或链路错误导致的数据丢失，在较大的颗粒度上维护流的完整性。

网络2030综合服务

触觉通信服务

1

驱动因素

触觉互联网将对涉及触觉的远程基础设施和设备进行实时监视、管理和控制。

触觉通信将与远程医疗、在线沉浸式游戏、远程协作等应用融合，共同构成工业4.0的骨干应用领域。触觉互联网将为触觉通信提供一种实时传达触觉和动觉的媒介，为用户提供真正的身临其境的操控感。

2

服务概述

触觉通信服务都需要网络具有极低的时延。人脑对不同的感觉输入具有不同的反应时间，一般是触觉1ms、视觉10ms、音频100ms。

从人类操作执行器到提供触觉反馈的往返时间大约为5毫秒或更短。如果超过这个时间，这种服务就没有任何意义了。

触觉通信服务通常涉及以下信道：

触觉反馈信道将触觉数据从一个或多个远程触觉传感器 （如机械手臂中的传感器）传递到触觉执行器（如数据手 套），进而将触觉传递给用户

控制信道用于操作远程执行器（如机械手臂）

远程位臵的实时视觉馈送（如高分辨率视频、VR、全息图）

远程位臵的实时音频馈送

远程位臵的实时遥测馈送

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现有差距

当前存在的主要差距涉及网络以足够低的时延来支持基本服务来实现触觉反馈信道的能力，以及通过极低的丢失率达到较高可靠性的触觉应用的能力，即缺少满足性能的网络2030基本服务。

此外，跨更大的网络和更广阔的地理区域的触觉通信会因信号传输无法超过光速而受到距离方面的限制。

全息通信服务

1

驱动因素

作为用户与计算机系统进行交互的一种方式，全息图早已进入了人类的想象。随着全息显示技术取得了长足的进步，全息应用正逐渐成为现实。

例如，全息会议将远程参会者的全息图投影到本地会议室中。技术人员能够与位于远程位臵的物品或设备的全息伪像进行交互。此外，沉浸式娱乐、游戏、体育等都是很好的全息通信用例。

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服务概述

全息通信网络是用于传输包含全息数据（即可用于渲染全息图像的数据）的流。

全息通信服务一般包含以下信道：

全息数据信道承载具有严格的时延要求的流，某些信道可能具有不同的服务质量要求。

附加信道指示如何合成来自多个全息数据信道的图像。

反向信道指示如何根据用户视角的转移来控制部分全息图像的出现和消失。

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现有差距

当前存在的主要差距为网络以足够低的时延和足够高的带宽来支持基本服务，从而实现全息数据交付的能力，即缺少满足性能的网络2030基本服务。此外，现有技术尚不支持聚合带宽（一组流之间共享带宽并动态分配带宽的技术）。

未来网络服务的其他方面

除了支持上述新服务外，未来的网络2030服务还要有能力满足以下方面的一些要求。

1

服务接口

网络2030服务接口将采取演进的方式发展，以便持续支持包括套接字在内的众所周知的各种接口。而网络服务接口也将需要考虑新的网络服务参数。

2

可编程性和灵活的开发周期

网络2030需要新的网络编程模型和可编程网络硬件的支持，其网络可编程性将更加进步，开发周期将更加灵活，从“开发—运营”模式转变为“流 —运营”模式，即网络在流量级别上的动态可编程模式。

3

可管理性

为了能够提供和运营网络2030服务，网络需要在以下两个可管理性方面有所进步：

一是确保网络2030能提供高精度服务的可管理性。

二是确保网络2030大规模运营的可管理性。

4

安全性

除传统的IP网络安全机制外，网络2030服务还需要其他网络安全机制的保护。

从网络的角度来看，网络信息安全涉及验证数据由网络所交付的服务可能对时延敏感，因此必须开发高效的授权和完整性保护机制以满足网络高速传输的性能。与此同时，新的网络安全机制不应显著增加数据包的大小。

上述问题的一种解决方案是设计同态加密形式，在不暴露任何数据内容的情况下，以隐私保护的方式对加密的数据包头和信道数据包执行网络操作。

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弹 性

网络弹性是指网络系统在面对各种网络故障或网络攻击时，能够继续提供和维持可接受的网络服务水平的能力。

网络弹性主要通过以下几种方法提供：

一是逻辑和物理网络实体的冗余和多样性。从主实体到备用实体的切换必须非常快，大约微秒甚至更少。

二是使用网络协议来提供快速重新收敛，并在发生网络故障事件之后维持现有网络连接的可用性。

三是通过数据包复制、网络编码和纠错来克服数据包丢失。

6

无损传输

对于要求高精度和低时延的任务关键型应用而言，避免数据丢失并实现无损网络传输服务是其重要目标。尽管任何网络服务都无法保证数据零丢失，但应尽可能排除由单个网络设备或链路故障而造成的数据丢失。

为实现无损网络传输服务，常常会导致较高的网络成本。可能的解决方案包括机器学习和人工智能（AI）等技术。

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隐 私

网络2030对隐私服务具有以下要求：匿名化、用户数据不透明、安全存储、流匿名化。

可能采用的一些解决方案：

一是通过更强的加密技术，更改数据包格式，使数据包中的信息对窃听者来说不具重要性。

二是避免在网络服务中长期使用固定的网络地址，以防止被追踪。

三是制定有关PII定义、数据所有者的能力和许可的法规，以进一步弥补现有法规针对隐私的漏洞。

四是除传统的有效负载加密手段外，对数据包头使用同态加密形式进行加密，允许以隐私保护模式执行各种网络操作，而不会暴露数据包头中携带的用户身份信息等元数据

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可信度

网络2030服务需要一种新的机制来评估和验证各种处理数据包的网络节点的可信度，以及数据包本身的完整性。

可能采用的一些机制包括：

一是引入可信度评分，依靠网络安全机制来验证、授权和确保数据包完整性和网络节点的可信度。

二是制定针对网络节点超出可信接受范围时的数据处理规则。

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计费和服务交付确认

就所需的服务级别而言，网络2030服务对网络提出了极高的要求。为验证网络服务提供商承诺的服务水平是否兑现，就需要网络计费技术的进步。

例如：服务水平的测量要足够准确，需要提供服务证明（包括服务水平交付证明）以对网络服务进行计费和收费。新的实用型网络服务统计技术有待进一步发掘。

报告中使用的术语举例

网络服务：由网络提供的服务，使发送方和接收方能够相互通信和交换信息。

基本网络服务：基本网络服务是一种在网络系统节点上部署的专用服务，该网络系统节点在两个或多个应用程序系统节点之间传递服务，该服务无法进一步分解。例如，IP数据包的路由和转发是现有的一项基本网络服务。

综合网络服务：通过其他网络服务的组合提供的网络服务， 一般由多个基本服务组成。

高精度网络服务：对服务质量级别做出明确、严格、精准定义的并提供支持的网络服务。

流：从数据源到目的地的一组共享通用属性的数据包序列。

数据流：可以打包数据并映射到一个（或多个）流，以通过网络服务进行传递的应用级别的流。

并发流：协调服务中，具有相互依赖关系的一组流。

成员流：并发流中所包含的各个流。

时延：从发送方发送数据包开始（即从数据包的第一位）到接收方完全接收到数据包为止（即到数据包的最后一位）所经过的时间。

丢失率：在给定时间间隔内，流中未达到服务要求的数据包数量与流中包含的数据包总数的比率。

服务接口：用户或应用使用网络服务时的连接的接口。

译自：New Services and Capabilities for Network 2030, October2019 by ITU（International Telecommunication Union）

赛迪译丛

由中国电子信息产业发展研究院推出的一本高端编译类研究周刊。它以“面向政府，服务决策”为宗旨，突出实效性、实用性，主要针对世界主要国家最新发布的工业和信息化领域的国家战略、方针政策、产业重点、前沿技术标准等内容进行收集、提炼、翻译、编辑，及时为我国相关产业政策制定部门、科研机构和企业提供参考和借鉴。自2011年出刊以来，《赛迪译丛》的翻译和编译工作由赛迪智库的专家和资深翻译团队共同完成，多次获得工业和信息化部领导的批示。

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来源丨赛迪智库、国际处

编辑丨办公室