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北邮教授张宏科:未来网络关键技术研究(图)

来源:人民网
2009年11月21日09:33
  为全面探讨和分享全球物联网产业链成熟度和最新发展情况,特别是物联网作为继计算机、互联网之后,世界信息产业的第三次浪潮在全球的部署和运营情况。由天地互连公司主办的“2009无线技术世界暨物联网国际高峰会议”于2009年11月19日-20日在北京国宾酒店顺利举办。

  下一代互联网互联设备国家工程实验室主任、北京邮电大学网络技术研究院执行院长张宏科教授,在大会上做了题为《未来网络关键技术研究》的主题演讲。

  

  下一代互联网互联设备国家工程实验室主任张宏科

  以下为演讲实录:

  张宏科:大家上午好!

  实际上物联网大家都知道,网络技术并不是突然来的,相关物联网的网络技术,还有未来物联网的网络技术,实际上人们不断地在研究。

  我作为一个专业性的国家工程实验室,专门从事网络,也专门做网络技术研究院,这么多年的研究体会和研究队伍的体会,在某种意义上反映物联网的技术,特别是网络技术的现状和问题,以及未来的关键技术。今天借此机会,把我们的工作体会跟大家交流一下。

  我们先看一下传统的网络技术,有打电话的电信网,有我们每天发邮件的Internet,还有我们的广播电视网,还有我们的传感网络。我列举了这四大目前支持物联网的主要网络技术。这几种网络原始的设计是为了特定的业务所设计的,比如说电话的业务,电信网就是为了电话业务,那么互联网是为了视频网络,传感网络等等。总的来说,人们需要人与人、物与物、人与物之间通过网络技术进行交流。

  这些网络只是为了原始的业务而设计的,所以在其他的业务不尽人意,所以我们希望未来有一种主要的网络,完成人与人人与物、物与物信息交流的平台,这是我们科学技术工作者在网络方面研究的目的。

  看一下互联网,实际上现有的互联网问题还是比较大的,在安全性、移动性、可控可管性方面,比如说安全性方面大家有所体会,移动性方面也是这样的。传统的IPv4和IPv6,设计的时候是以固定有线为主设计的,要在无线移动环境下应用它,是比较困难的,也就是说不适应的。实际上就是因为IP地址,不管是IPv4还是IPv6地址的双重性,既有位置信息,也有用户信息,它们捆绑在一起,所以安全性、移动性天生有重大的弊端。为此,全世界为了这些问题都在启动项目的研究,像美国的GENI、FIND,还有欧盟的FIRE。我们比较973项目和相关的研究,06年有一个是专门无线传感器网络,这是上海交通大学组织的。还有07年,专门针对未来网络设计的、针对现有网络的研究弊端,希望人和人、人和物之间进行通信,到现在希望设计一个新的网络。07年组织这个课题,就是我来组织的973项目,这个课题很像欧盟的FIRE和美国的FIND计划。这实际上就是设计一个新的网络,来满足现有多种网络、多种应用的重复建设。希望有一种网络可以支持现在的多种业务,有线、无线、固定、人与人、人与物、物与物的服务,实际上就是普适服务。

  实际上,我们过去在这方面的研究是不足的,像IPv4的地址,这是09年的1月份,我们国家的IPv4的地址是比较少的,占全世界的7%,IPv6我们更惨,只有百分之零点几。这就是说,我们IPv6本身研究的基础上,并不落后于西方发达国家,大家在产业推进上,确实有差距。IPv6的地址,实际的应用大家可以看到。在标准上我们过去也是不太理想,在未来的网络,特别是物联网上,可能占比较重要的地位。实际上,我读博士期间,在几十年前,在我研究这个行当跟发达国家这5到10年,乃至20年的差距,从最近几年来看,这个差距大大缩小,在某些地方比西方一些研究还好。

  在IPv6技术上,我们说地址上比较好的解决了IPv4的问题,那么Security、Mobility、Quality上面都有了改善,目前没有推进之前,它是一个相对比较好的技术,但是我感觉它也存在很大的危机。因为现在已经有好的网络技术,比它明显好得多,也不复杂,在某种意义上很简单,在小范围内也是比较理想的,大规模的推进对于它也是有危机的。

  这是我们的梯队发表的论文,这是我们首台IPv6的路由器,在这之前我们做不出来。这个是无线、移动路由器,它是把有线互联网推广到无线互联网。无线移动的路由器,在国外我们没有看到设备,我们在进行小规模的使用。

  这个是物联网传感器的网络的节点,这个节点可以IPv4和IPv6,因为传感器的网络是人与人、物与物,传输的机制比较简单,所以它可以重新设计。传感器的网络就是这些类似的节点,组成了实际的应用。它的第一个订单实际上在欧洲。

  上面的工作是我们简单回顾一下,我们举几个例子,来反映现在网络的问题。对于互联网来说,我们说它的发展是从一个类似于电信网的固定,最后到了Mobile的技术。

  下面我讲的互联网,这三张幻灯片在ITU-T未来标准大会上的草案的文献,就用了这三张片子,这三张片子某种意义上反映在某些研究方向国内的发展情况。这是Mobile移动互联网的发展,早期是IPv4、后期是IPv6,后面是终端移动和网络移动,这个片子反映了互联网的发展趋势,但是标准已经形成了,大规模老百姓的使用还没有看到。

  这是在Security方面的研究,中间是固定的,早期是IPv4,后期是IPv6,这是移动方面的组波方面的研究。这就是在互联网进行视频传播,必须要解决Multicast Technology的技术。近期IPv4多一点,还有一些移动环境下的Mobile IP,这还在标准制定当中,有一些东西还不成熟。

  这张片子反映Sensor Networks的发展,这是一些软件,有专用的、有特制的系统的软件技术,这是硬件,从早期最小的CPU,到后来安了一些芯片的发展过程,这是比较粗糙的。

  这几张片子反映了在物联网相关的技术方面,在网络技术这个层面的一行现状和问题。实际上,我们说我们希望设计一个新的、未来的网络,可以满足人与人之间、人与物之间、物与物之间的通信。这个项目是我们做的,类似于美国的FIND和欧盟的FIRE,但是欧盟的FIRE计划或者是美国的FIND计划,实际上04、05启动,实际上真正的启动是在08、09年。但是,到目前为止,虽然说有了一些好的研究成果和一些科技结果,但还没有看到比较实质性的重大突破性的研究工作进展。

  我们这个研究工作,实际上到今天讲,在我们973项目启动之前,跟国外的重大计划启动时间很类似,但是在这个项目拿之前,我们的自然科学基金和“十一五”引导课题到目前为止是近10年研究的结晶,我们已经看到了成果,已经小范围地使用、测试,效果还是很好的,达到了当初设计的效果。

  未来的网络是这样的,我们分析传统的OSI7层模型,所以不难想象,未来的网络将是设计成2层模型,上面是应用服务的层面,下面是基础设施的层面。实际上完成了交换路由传输,是一个网络层面。那就是说,我们现在的物联网,它是网络的层面进行各种的应用。这个技术不是说今天突然来了,类似的思想、类似的概念早就有了,但是建设这个技术有什么问题,未来就是我们要说的。

  新的网络设计是这样的,我们这个网络从理论上讲,就是4个标识,3个影射,这就是未来网络整体工作基点,我们希望有基础的支持来支持未来的普适的网络。

  这种架构在网络的层面,我们把用户IP地址和位置信息割裂开了,接入大家可以看一下,可以是用户、可以是网、可以是人、可以是物。这种设计它就比现有网络,特别是互联网来说,用户的安全性、可控可管性、移动性和对整个网络的性能上,得到了大大的改善。现有网络的一些严重的弊端,通过我们的新设计,应该把主要的弊端克服掉,还要保持原来各种网络好的服务优势。

  它的工作机制是这样的,通过一个影射,变换到骨干部分进行传输,从这里拿到的信息,你到哪里去,从对端你从哪来,你要抓到位置信息,没有用户信息,你也不知道是谁。所以,在安全性问题、可控可管、移动性问题,应该说在这一种网络基础上,得到了一个比较有效的解决方案。

  这个网络在移动方面也是这样的,因为移动用户或者是物体,由于我的用户标识不变,所以移动不中断,继续保持通信。传统的IPv4或者是IPv6,移动以后一个用户从另一个用户,意味着位置移动。位置一移动需要重新在一个地方建立连接,所以这是慢移动,我们的移动是指基于高速数据传输又高速移动,可以是人、可以是物,新的网络在这一点得到的有效的绞杀。业务也是这样的,比如说QQ等等的业务都是在现有的系统上打补丁,没有统一的设计和应用,我们新设计的网络统一命名、统一标识、统一设计来实现。显然,考虑到现在也考虑到未来,扩展还是比较好的。

  传统的网络在Security方面不是很好,从服务标识我们统一命名、统一标识,统一把相应的服务带到网络,使得网络游一个好的服务支持质量。

  我们知道传统的网络是1对1的,但是我们这个网络是多对多的,一旦一个中断可以自动切换到另一个网络上,可以说人、物多种的服务和业务。

  基于上面我们的设计理念和设计思路,我们这个新的网络通过若干年的研究,在目前这就是一个新网,这是接入的部分。我们的用户可以电话用去,在这张网上打电话,因为这张网是全标识网络,整个网络就四个标识,网络这个侧面有一个路由标识,服务的侧面有一个服务的标识,这个个标识通过三层的影射连接起来,这种网络设计可以在一张网上进行传统的电话业务,也可以进行传统的互联网的各种业务,也可以进行视频业务。终端可以是两条线,在某种意义上是并行传播机制,也可以是人和物之间进行通信。目前,我们小规模的使用已经有5、6家。实际上国内比较大型的企业,像中兴通讯这种企业都在做技术储备,一旦市场来临就很快进入市场。我们现在的节点叫做广义的路由器,你是IPv4网络就是IPv4网络的特色,你是IPv6网络就是IPv6网络的特色。如果我们这个换成新的网络标识,会按照新的网络去工作。现在的网络,我们攻击这个网络的干线节点是非常容易的,我知道你的IP地址,就知道你在哪、谁,我直接往那发包,把你现在的网络够能够瘫痪掉。但是,在新的网络这一块,安全上普通用户是不可能做到的。

  那么,这个系统大家也可以到我们实验室参观,我们实验室已经有半年的时间,24小时100多人在使用这个网络,效果还是比较理想的。也小范围地有5、6家单位在使用。所以,随着科学研究逐步的完善,这种技术我们目前还没有看到国内外有哪家可以设计一个网络比较合理,又比较解决目前重大严重弊端。这个东西应该说是一个可喜的初步成果,渴望在未来的物联网的关键技术领域,起着一个比较重要的技术作用。因为物联网这个名词,从现有技术、未来技术,它是与网络有关系的。因为一个好的网络平台,可以支持多种、普适的业务。所谓的智慧地球、所谓的物联网、人与人、人与物之间的通信。

  由于时间的关系,我就讲到这里,谢谢大家!

  张建宁:谢谢张教授,接下来我们的演讲是由两位演讲者,当然都是两位西洋人士,不会给我们带来相声,讲的话题也比较严肃,是《WALTER UWB测试项目与DAA介绍》。有请ETSI标准与服务部销售总监Philippe Cousin先生和他的同事Friedbert Berens先生。

  Philippe Cousin:大家已经了解了物联网的技术,我会跟大家很快地介绍一下WALTER这个项目。另外,给大家介绍一下我们在有关解决调控或者是DAA方面的一些方法。同时,我们也要跟大家谈一下有关无线认证方面的重要性。我们有很多的无线技术,但是你没有任何来自于商业认证方面技术的支持,可能你还是进入不到市场,而且在自己的研究当中,也不会取得成功。因此,由于技术的认证以及对于认证的支持是很重要的。这一点也是我们WALTER项目的宗旨。WALTER这个项目是欧盟出资支持的项目,其中涵盖了7个不同的具体项目。我们下个月就会中止了,因为我们2年前就开始了工作,我们有中方的合作伙伴,我们有来自于部委的综合的合作伙伴,他们和我们之间建立了非常强有力的合作关系。通过这样一个非常重要的议题,有关的方面建立了非常密切的合作。

  WALTER项目的宗旨,在于来宽带以及相关的设施进行具体的认证、测试。这就是UWB测试,他们是一个非常好的技术,能够来关注我们互联性,而且可以应用于各个互联网。

  我们这个项目是帮助我们这样一个超宽带的研究的调查,还有对于我们各种各样技术的问题进行验证,而且对于我们的互操作性、行业的标准一致性的问题提供一些帮助。我们刚才提到了功率,功率是非常重要的,边界不同领域的功率,都提出了很大的挑战,所以也是我们这个项目当中的一个关注点。还有我们的互操作性也非常重要,当然我们有技术是很好的,可是我们怎么样把技术跟其他的互联网进行连接?如果两种的技术是不能够互相兼容和操作的话,问题将是比较大的。这是我们在过去两年当中主要做的工作。

  基本上来说,我们在欧洲也做了很多的ETSI的活动,ETSI是一个组织,而且它是关注于GSM的。而且,我们还开发了一个UWB的标准。这些标准当中包括了关注共生的机制等等,这种是非常重要的,因为UWB是一个非常关键的技术。而且,在一些宽带的技术开发当中,我们必须有一个互操作的标准,因此我们在这一块也做了很多的研究。明天我们将会有更多的内容介绍,是关于这个领域的情况。还有,我们如何关注在这些不同的UWB设备之间的插入测试的互操作性,在这个信息当中我们做了一些检查,我们对于不同的供应商的设备进行了一些研究,希望能够实现更好的结果。

  现在,我们跟大家介绍一下我们项目的步骤和阶段。首先,我们最主要的步骤就是要对我们的要求进行识别。比方说你的技术从监管角度来说有什么样的要求,不同的国家像中国、欧洲、北美,他们的标准可能不一样,而且他们对于研究者的需求的关注点是什么。还有我们能够做什么,接下来我们进行定义、生成,制造文献和文档,然后进行发布。

  目前来说,我们在UWB方面,这些文献都已经发布了,我觉得这也是比较喜人的成绩。还有,我们要做另外的一个工作,就是要设立一个测试或者是试验台。在右手边大家可以看到这样的情况,我们有三个测试,一个是在西班牙,是在欧洲的。另外一个是在意大利,还有一个是跟中国的合作伙伴一起推出的,这是在中国。而这个,就是我们三个测试台和项目,我们也希望我们通过这样的合作,能够听到在UWB各种不同的相关者的声音。UWB也是在中国发展,所以我们跟中国的合作伙伴一起做对于我们了解中国关于UWB的情况是非常有帮助的,能够通过这些的研究,来支持你们将来的UWB的创新和开发。

  在讲到影响,可能会有一些人想,到底我们如果是做这种项目,会有什么样的价值呢?当然,我们可以看到这个项目的资金是非常多的得到欧洲政府的支持,其中最重要的一点是用来为我们的超宽带的技术来提供进一步的开发的支持。我们在整个的过程当中,发现了一些成功的经验,也发现了一些失败的经验。当然,还有一些资源的缺失和互操作性的问题,而这也是我们在整个的项目过程需要发现和研究的。这样的话,才能够进一步的支持我们将来技术的方法。

  而且,我们会知道在超宽带当中有很多的设备,从这个项目当中,我们会发现一些经验。如果在将来的一些互联网络当中你要使用这样技术的话,首先要解决的是功率。因为在技术当中他们的频率和功率不一样的,我们要对于功率进行验证。而且,我们要开发数据的技术,这对于我们的无线宽带有很大的贡献。

  OTA的测试台可能大家已经比较熟悉了,过去几年我们在测试台方面做了很多的工作,同时我们还会有很多新的测试的规范和要求,这些测试的规范和要求都在不断地出台,而且我们在测试台当中,我们也会关注一些特定的指定业务项。我们也可以是提供信息给大家,比方说像我们物理性的一些测试、计量,这些都是我们的结果,这也是我们进行测试床当中工作的图片。这个项目是很有挑战性的,我们给大家做一个介绍。

  我们发现,在一些恶劣的环境,比方说像北极,他们可能温度太低了,而且噪音也是比较低的,所以很多人说不可能在那边捕捉到一些情况。可是,这对于我们来说是一个挑战,我们怎么样对于恶劣环境当中的信息进行计量。比方说在这个温度之下,我们的温度非常低,我们把它降到15度以下,允许计量能够进行。

  接下来,我们做了一些非常重要的事情,就是DAA。很多人会问DAA到底是什么呢?我的同事将会给你们介绍一下DAA的情况,但是明天我们会有更多的时间介绍DAA,如果大家感兴趣,可以跟我联系,包括了我们DAA的技术,我们有1个小时的时间,所以在那个介绍当中,将会有非常详细的内容,非常希望大家明天能够来参加我们的演讲。

  Friedbert Berens:基本上我们的UWB大家可能都会知道,它是一个在宽带当中的系统,它可能也会囊括了非常多不同的WALTER系统的宽带。我们必须要去解决这种不同连接之间的干扰,我们怎么样将这种干扰最小化?同时,又能够保证这种超宽带的性能是非常重要的。另外一点,我们的目标是将全球频谱进行统一和协调。

  现在,我简单地给大家介绍一下我们宽带系统的活动,还有在欧洲我们所做的项目。

  所有这些的系统都是需要得到保护,而且能够保障他们的运营是没有问题的,而且他们的运营是要在智能的方式下进行的,这也是我们需要花3到4年的时间制定出一个规范。目前来说,我们已经得出了一个基本的统一标准,我们的目标是,要能够对我们这种潜在的WALTER的系统,来提供最大程度的干预以及防护。比方说像感应环境,然后是在控制器系统当中怎样做隔离,然后我们再进行一些预计隔离的行动。那么,这样子的话,会需要我们从环境的信息数据进行不断地更新,而且他也是要得到我们移动数据的捕捉。而且,我们也是在CPT的框架之下进行的。

  我们现在来进行一个简单的总结,我们最基本的UWB法规是有一些问题和不足的,当时是3.1GHz到3.8GHz的频率。我们当时是希望欧洲的宽带完全开放,而且能够缓解这些技术的局限。可能对于大部分人来说,在进行全球统一的频谱的使用当中,我们知道欧洲的灵活监测和防护的方法,可能会为下面的动作铺平道路。

  也就是说,灵活的DAA可以给我们提供最大化的保护。同时,它也是可以对这种UWB设备非常复杂的环境来进行管理。目前来说,我们在这个项目当中,已经做了一些测试,测试结束之后我们也在做一些维护。

  最后,我希望大家明天听我们的演讲,由我们的同事给大家提供更多的信息,包括WALTER和在欧洲DAA的情况。我们希望大家在整个的活动当中,可以跟我进行互动和交流。

  我们的DAA在中国与大家进行开展和联合,非常感谢大家! (来源:人民网―无线频道)
责任编辑:王雪
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