新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用

1、新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的由來Internet的出現(xiàn)和發(fā)展Internet創(chuàng)始于1969年DARPA）建設的軍用網(wǎng)ARPANET70ARPANET已經(jīng)擁有了幾十個計算機網(wǎng)絡1982TCP/IP被DARPA接受并認可1983ARPANET被劃分為兩部分MILNET（軍用）和ARPANET（民用）1988年，由美國國家自然科學基金會（NSF）建立的NSFNET取代ARPANETInternet的主干網(wǎng) 1989ARPANET被撤銷，Internet正式從軍用轉(zhuǎn)為民用新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的由來Internet的出現(xiàn)和發(fā)展當今的Internet規(guī)模巨大到2012年4月，全球網(wǎng)民

2、億，占全球總?cè)丝跀?shù)的1/3以上，發(fā)達國家每百人網(wǎng)民比例超過70%到2012年3月，全球活躍網(wǎng)站約億個僅在中國大陸，到2012年6月，網(wǎng)民億，互聯(lián)網(wǎng)普及率39.9 % ，其中，手機網(wǎng)民億，微博用戶億新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的由來NGI的提出現(xiàn)有的Internet基于IPv4用戶數(shù)量不斷增長，新型應用不斷涌現(xiàn)用戶在地址空間、服務質(zhì)量（Quality of Service, QoS）支持、移動支持以及安全支持等方面提出更高要求IPv4的不足逐漸顯現(xiàn)，促使人們展開對下一代互聯(lián)網(wǎng)（Next Generation Internet , NGI)的深入研究新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的由來N

3、GI的提出對NGI的需求和基本特征有了一些基本共識NGI應該比Internet“更大、更快、更及時、更方便、更安全、更易管理和更有效益 ”更大NGI將逐漸棄用IPv4協(xié)議而啟用IPv6協(xié)議IPv6地址空間巨大，支持的聯(lián)網(wǎng)規(guī)模幾乎無限更快NGI將比現(xiàn)有的Internet傳輸速率提高1000倍以上 新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的由來NGI的提出NGI應該比Internet“更大、更快、更及時、更方便、更安全、更易管理和更有效益 ”更及時QoS組播更方便支持更加方便快捷的接入方式（如移動接入）更安全安全可信新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的由來NGI的提出NGI應該比Internet“更大、

4、更快、更及時、更方便、更安全、更易管理和更有效益 ”更易管理可管可控易于重組和重構(gòu)更有效益要有好的經(jīng)濟模型，形成好的盈利模式改變目前基礎網(wǎng)絡運營商投資巨大、盈利甚微乃至虧損而增值業(yè)務開發(fā)商投資少、盈利豐的局面新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的由來國外NGI的相關研究1992年美國提出“信息高速公路”2002年美國Internet2和歐洲GANT實現(xiàn)5Gbps高速互聯(lián)2005年美國啟動兩項NGI研究計劃FIND(FutureInternetDesign )滿足未來15年社會需求的新型網(wǎng)絡GENI (Global Environment for Network Innovations)嶄新的、高

5、安全的、能夠連接一切設備的互聯(lián)網(wǎng)2007年歐盟啟動FIRE項目未來互聯(lián)網(wǎng)研究和實驗（Future Internet Research and Experimentation）新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的由來國外NGI的相關研究2010年美國啟動FIA(FUTURE INTERNET ARCHITECTURE )研究計劃Named Data NetworkingMobilityFirstNEBULAcloud-computing-centric network architectureXIA(eXpressive Internet Architecture)security issue新

6、一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的由來國內(nèi)NGI的相關研究20世紀90年代后期開始，中國啟動了一系列與NGI研究有關的計劃教育部建設了CERNET-IPv6試驗網(wǎng)國家自然科學基金委員會資助建設了中國高速互聯(lián)研究試驗網(wǎng)絡（NSFCNET）863計劃支持了高性能寬帶信息網(wǎng) 3TNET等重大專項Tbps級的路由、交換、傳輸 中科院組織“IPv6關鍵技術(shù)以及城域示范網(wǎng) ” 原國家計委組織“下一代互聯(lián)網(wǎng)中日IPv6合作項目” 新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的由來國內(nèi)NGI的相關研究2003年CNGI正式啟動中國NGI示范項目（China Next Generation Internet）6個主干網(wǎng)新

7、一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的由來國內(nèi)NGI的相關研究CNGI-CERNET2是CNGI中唯一的學術(shù)網(wǎng)，也是其中規(guī)模最大的主干網(wǎng)2004年3月CNGI-CERNET2試驗網(wǎng)開通并提供服務新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的由來國內(nèi)NGI的相關研究2008年建成100個IPv6高校駐地網(wǎng)，IPv6用戶約30萬2008年獲得國家科技進步二等獎新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用中國電信西安北京上海南京長沙杭州廣州新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用中國網(wǎng)通/中科院蘭州北京上海成都廣州沈陽長春新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用中國移動北京上海武漢深圳新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用中國聯(lián)通昆明

8、北京上海成都濟南廣州鄭州新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用中國鐵通北京沈陽新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用CNGICERNET2 沈陽節(jié)點CNGICERNET2主干網(wǎng)沈陽節(jié)點由東北大學承擔建設與清華大學核心節(jié)點等互聯(lián)形成CERNET2主干網(wǎng)沈陽節(jié)點部署了高端IPv6核心路由器3臺基于IPv6部署了Web服務、DVTS（高清晰視頻傳送系統(tǒng)）、CGAG （訪問網(wǎng)格系統(tǒng)）等應用CERNET2沈陽節(jié)點機房新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)QoS服務性能的聚集效應，表示用戶對服務的滿意程度既是主觀的(QoE,Quality of Experience)也是客觀的主要QoS參數(shù)帶寬延遲延遲抖動出錯率新一代

9、互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)組播單播（unicast）一對一組播（multicast）一對多泛播（anycast）一對多，但只要求一個接收方收到即可廣播（broadcast）一對所有新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)網(wǎng)絡管理配置管理故障管理計費管理性能管理安全管理QoS管理QoE新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)網(wǎng)絡與信息安全網(wǎng)絡安全保護網(wǎng)絡免受攻擊或者在遭受攻擊的情況下依然正常運行信息安全保護信息免受攻擊或者在遭受攻擊的情況下依然保持完整無誤形勢嚴峻2011年上半年，中國大陸遇到過病毒或木馬攻擊的網(wǎng)民億有過帳號或密碼被盜經(jīng)歷的網(wǎng)民億遇到過網(wǎng)上消費詐騙的網(wǎng)民億新一

10、代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)網(wǎng)絡與信息安全實體安全運行安全數(shù)據(jù)安全內(nèi)容安全真實性、機密性和可用性新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)網(wǎng)絡與信息安全是復雜的系統(tǒng)工程，必須技術(shù)與管理并舉，從一定意義上講管理甚至重于技術(shù)網(wǎng)絡與信息安全必須堅持標本兼治，綜合治理完善相關立法加強網(wǎng)絡法律監(jiān)管加快網(wǎng)絡與信息安全技術(shù)開發(fā)研究 開展網(wǎng)絡道德教育深化國際交流合作建立長效監(jiān)管機制新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)光網(wǎng)絡高帶寬移動與無線網(wǎng)絡便捷接入空間網(wǎng)絡全球全域覆蓋可信網(wǎng)絡用戶放心認知網(wǎng)絡簡化組織與管理新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)光網(wǎng)絡高帶寬波分復用WDM（Wavel

11、ength Division Multiplexing）在發(fā)送端通過復用器將兩種或多種不同頻率（波長）的光載波信號復合在一起并耦合到同一根光纖中進行傳輸接收端通過解復用器將各種不同頻率的光載波信號分離，然后再由光接收機作進一步處理以恢復原始信號新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)密集波分復用DWDM（Dense WDM）信道間隔較小可以實現(xiàn)波長間隔為納米級甚至次納米級的復用大容量超大容量主干網(wǎng)新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)稀疏波分復用CWDM（Coarse WDM）載波通道間距較寬一根光纖上通常復用2到16個波長 在提供一定數(shù)量

12、的波長和100公里內(nèi)的傳輸時，系統(tǒng)成本低（只有DWDM系統(tǒng)的30%），非常適合城域網(wǎng)WDM在單纖波長信道數(shù)、單波長傳輸速率、全光傳輸距離均取得巨大突破，已經(jīng)成為最佳的網(wǎng)絡擴容方式之一，得到廣泛應用新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)發(fā)展趨勢從點到點WDM傳輸鏈路向光傳送網(wǎng)（Optical Transport Network, OTN）發(fā)展全光網(wǎng)（all optical network）信號只在進出網(wǎng)絡時才進行電光和光電轉(zhuǎn)換，而在網(wǎng)絡中傳輸和交換的過程中信號始終以光的形式存在新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)移動與無線網(wǎng)絡便捷接入移動IPv4/IPv6無線局域網(wǎng)WLAN移動自組

13、網(wǎng)MANET無線傳感器網(wǎng)絡WSN無線網(wǎng)狀網(wǎng)WMN新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)移動自組織網(wǎng)絡（Mobile Ad hoc NETwork, MANET） 由一組配備無線收發(fā)裝置的移動終端組成的多跳臨時性自治系統(tǒng) 新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)應用場景軍事應用車輛網(wǎng)絡(VANET)緊急事故、災難救援和臨時場合商業(yè)應用新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)無線傳感器網(wǎng)絡（Wireless Sensor Network，WSN）由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的大量微型、廉價、低功耗的傳感器節(jié)點組成，通過自組織方式形成一個多跳的網(wǎng)絡系統(tǒng)，目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋地理區(qū)

14、域中感知對象的信息，并發(fā)布給觀察者 2D、3D三個基本要素傳感器感知對象觀察者新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)WSN應用領域軍事應用環(huán)境監(jiān)測和預報系統(tǒng)醫(yī)療護理智能家居工業(yè)控制及安全監(jiān)測新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用河道水情監(jiān)測入河水質(zhì)監(jiān)測精準農(nóng)業(yè)灌溉監(jiān)測傳感器部署新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用無線網(wǎng)狀網(wǎng)（Wireless Mesh Network，WMN ）由節(jié)點通過無線互聯(lián)組成節(jié)點分成網(wǎng)狀路由器（Mesh Routers，MR）和網(wǎng)狀客戶機（Mesh Clients，MC）WiMAXNGI的關鍵技術(shù)無線網(wǎng)狀網(wǎng)無線網(wǎng)狀網(wǎng)新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)無線網(wǎng)狀網(wǎng)無線網(wǎng)狀網(wǎng)新

15、一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)WMN對很多應用來說是一項非常有前途的無線技術(shù)寬帶家居聯(lián)網(wǎng)小區(qū)聯(lián)網(wǎng)單位聯(lián)網(wǎng)城域網(wǎng)運輸系統(tǒng)樓宇自動化新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)寬帶家居聯(lián)網(wǎng)新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)小區(qū)聯(lián)網(wǎng)新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)單位聯(lián)網(wǎng) 新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)城域網(wǎng)新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)運輸系統(tǒng)新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)樓宇自動化新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)空間網(wǎng)絡全球全域覆蓋臨近空間互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)太空互聯(lián)網(wǎng)新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)

16、臨近空間（Near Space）是指距地球表面20km100km的空域，位于天空和太空之間，包括大氣層最外部的平流層、中間層和部分電離層區(qū)域，可稱亞軌道或空天過渡區(qū)空域范圍如圖所示新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)臨近空間互聯(lián)網(wǎng)以臨近空間飛行器（Near Space Move Vehicle，NSMV）為中心，連接空基、天基、地基，構(gòu)成空天地一體化的網(wǎng)絡平臺典型的臨近空間飛行器臨近空間氣球臨近空間準靜止飛行器臨近空間機動飛行器新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)臨近空間組網(wǎng)模型新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)愿景任何對象、任何地方、任何時間與任何對象以任

17、何方式通信（5A）新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)靜止軌道（Geostationary Earth Orbit， GEO ）衛(wèi)星位于赤道上方35786km附近的地球同步軌道上三顆GEO衛(wèi)星可覆蓋地球上除南北兩極以外的所有區(qū)域需要大口徑天線中軌道（Medium Earth Orbit，MEO）衛(wèi)星距離地表3000km低軌道（Low Earth Orbit，LEO）衛(wèi)星位于地表200km-3000km新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)基于彎管技術(shù)的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)上行鏈路通過一顆衛(wèi)星連接下行鏈路，在信源和目的地球站之間建立一條透明通信信道衛(wèi)星只負責轉(zhuǎn)發(fā)上下行鏈路數(shù)據(jù)并通過信道透明傳

18、送新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)基于星上處理（On-Board Processing，OBP）和星際鏈路（Inter-Satellite Link，ISL）技術(shù)的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)太空互聯(lián)網(wǎng)（InterPlaNetary Internet，IPN）和深空網(wǎng)絡（Deep Space Network，DSN）面向外太空乃至更遙遠的星系探測范圍從近地空間（30km7000km）擴展至超遠程空間（3億km以上）支持行星地面站、衛(wèi)星地面站、小行星地面站、空間站、飛船以及表面車輛之間互聯(lián)互通新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)起源與發(fā)展前景美國航天

19、局三步走火星探測策略20012010年的短期發(fā)展策略20102020年的中期發(fā)展策略2020年以后的長期發(fā)展策略太空互聯(lián)網(wǎng)特征電源、質(zhì)量、體積、通信硬件成本等約束部署和發(fā)射的高成本向后兼容新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)可信網(wǎng)絡用戶放心可信網(wǎng)絡應該是網(wǎng)絡和用戶的行為及其結(jié)果總是可預期與可管理的，能夠做到行為狀態(tài)可監(jiān)測行為結(jié)果可評估異常行為可管理網(wǎng)絡實體真實可信端系統(tǒng)與網(wǎng)絡節(jié)點身份地址與位置行為新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)認知網(wǎng)絡簡化組織與管理隨著Internet用戶和應用的不斷增多，網(wǎng)絡越來越復雜現(xiàn)有Internet缺乏自適應和自治能力不能很好地感知自身狀態(tài)多數(shù)情況

20、下只能在環(huán)境改變或故障（問題）出現(xiàn)后被動做出反應，而不能自適應主動反應網(wǎng)絡認知（cognition）成為關鍵認知網(wǎng)絡具有認知過程，能感知當前網(wǎng)絡狀態(tài)，然后計劃、判決并對網(wǎng)絡狀態(tài)作出反應新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用NGI的關鍵技術(shù)認知網(wǎng)絡模型自管理網(wǎng)絡（Self Managing Networks）模型（IBM）自我配置（Self-configuration）自我優(yōu)化（Self-optimization）自我愈合（Self-healing）自我保護（Self-protection）新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用教育科研基礎設施IPv6技術(shù)升級和應用示范 國家發(fā)改委、教育部2008年底啟動到2010

21、年底100所學校（包括3所中學）實現(xiàn)IPv6技術(shù)升級遼寧省4所大學東北大學（國撥經(jīng)費300萬元）大連理工大學（國撥經(jīng)費300萬元）遼寧大學（國撥經(jīng)費250萬元）大連海事大學（國撥經(jīng)費250萬元）新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用教育科研基礎設施IPv6技術(shù)升級和應用示范 到2011年底IPv6用戶達到100萬實現(xiàn)關鍵技術(shù)試商用10010個校園信息系統(tǒng)IPv6升級全網(wǎng)推廣20個IPv6教育科研重大示范應用新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用教育科研基礎設施IPv6技術(shù)升級和應用示范 2013年，將100所高校IPv6試商用的成果向CERNET連接學校推廣，CERNET主干網(wǎng)核心設備支持IPv6協(xié)議，通過CER

22、NET和CERNET2的互通并存，引導應用系統(tǒng)和用戶逐步向IPv6遷移2015年，CERNET主干網(wǎng)全面支持IPv6，校園網(wǎng)實現(xiàn)IPv6接入，同時繼續(xù)保留CERNET2試驗網(wǎng)，開展新型互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究與試驗鼓勵申請IPv6地址新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用教育科研基礎設施IPv6技術(shù)升級和應用示范 可控大規(guī)模組播服務系統(tǒng)全網(wǎng)組播源可控，數(shù)量達100個以上可控組播用戶每學校達到200個以上，全網(wǎng)共計2萬以上開展視頻直播和視頻會議等應用示范，為全國100所學校提供IPv6可控組播服務承擔單位：東北大學、清華大學、銳捷、華為負責人：王興偉，包叢笑項目經(jīng)費：600萬元，其中，國撥經(jīng)費300萬元新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用子項目技術(shù)方案新一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)及其應用校園網(wǎng)IPv6接入方式校園網(wǎng)部署IPv6的雙棧方式雙棧核心交換機IPv4/IPv6雙棧網(wǎng)絡IPv4 userIPv4/IPv6 userIPv6 user雙棧路由器IPv4網(wǎng)絡I