電信網(wǎng)分層匯聚的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)面臨著很大的挑戰(zhàn)

在語音通信時(shí)代，消費(fèi)的主體是單一的人，人與人的語音通信是對(duì)電信網(wǎng)絡(luò)的基本需求，網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù)也是單一的語音為主（輔助少量電報(bào)等數(shù)據(jù)通信），網(wǎng)絡(luò)發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)主要是提高用戶數(shù)的覆蓋，降低通信的成本。研究發(fā)現(xiàn)，在語音通信網(wǎng)絡(luò)中，用戶的呼叫到達(dá)過程符合泊松分布，即大部分時(shí)間內(nèi)活躍用戶數(shù)都穩(wěn)定在一個(gè)均值，統(tǒng)計(jì)復(fù)用成為可能。這使得分層匯聚成為電信網(wǎng)絡(luò)的基本架構(gòu)，從接入到城域再到骨干層層匯聚的架構(gòu)，能夠在充分滿足整體用戶需求的情況下，降低網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和管理成本，成為電信網(wǎng)多年建設(shè)的基本指導(dǎo)原則。

進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代后，用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)消費(fèi)的模式發(fā)生了巨大變化，電信網(wǎng)分層匯聚的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)面臨著很大的挑戰(zhàn)。對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)用戶，除了原有的人與人之間的通信外，更大量的是人與物（機(jī)器及數(shù)據(jù)中心）之間的通信，而且通信的時(shí)間長(zhǎng)度和帶寬需求也變得更大和更不確定。1999年，美國(guó)科學(xué)家巴拉巴西（Barabasi）和艾伯特（Albert）在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了論文“Emergence of Scalingin RandomNetworks”，指出了互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用符合無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)（Scale-free networks，又稱 為冪律分布網(wǎng)絡(luò)）的特征。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，存在與大部分用戶相連的超級(jí)節(jié)點(diǎn)（如Google、Facebook，以及大部分節(jié)點(diǎn)都與幾個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)相連，與符合泊松分布的電話網(wǎng)絡(luò)有本質(zhì)不同。加拿大卡爾加里大學(xué)（University of Calgary）李宗鵬（Zongpeng Li）教授等發(fā)表的論文“ The Flattening Internet Topology： Natural Evolution， Unsightly Barnacles or Contrived Collapse？”指出，在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)扁平化是必然趨勢(shì)。對(duì)于符合冪律分布的網(wǎng)絡(luò)，扁平化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更為適合，資源效率更高。扁平化成為互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的指導(dǎo)原則。

車聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)等新業(yè)務(wù)的出現(xiàn)勢(shì)必會(huì)對(duì)未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)產(chǎn)生影響。華為未來網(wǎng)絡(luò)理論實(shí)驗(yàn)室和香港中文大學(xué)聯(lián)合提出了一種全新的馬爾可夫過程模型，發(fā)現(xiàn)未來網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)特征與語音網(wǎng)絡(luò)的泊松分布和互聯(lián)網(wǎng)的冪律分布有明顯的不同，未來網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)符合馬爾可夫過程模型分布。這個(gè)分布的核心特征是，應(yīng)用隨時(shí)間呈現(xiàn)多樣化的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換特性。例如，在車聯(lián)網(wǎng)中，車與車之間的通信要求低延時(shí)，資源效率最優(yōu)的集中到中心節(jié)點(diǎn)的處理方式并不適用，需要具備局部自治的能力；而對(duì)于遠(yuǎn)程視頻醫(yī)療這種大帶寬、低延時(shí)、高可靠的業(yè)務(wù)，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)很難滿足要求。因此，需要引入由應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，才能確保對(duì)用戶體驗(yàn)的有效支撐。