王興偉　李　婕　譚振華　馬連博　李福亮　黃　敏

1(東北大學(xué)軟件學(xué)院　沈陽　110819)2(東北大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院　沈陽　110819)3(東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院　沈陽　110819) (wangxw@mail.neu.edu.cn)

面向“互聯(lián)網(wǎng)+”的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與未來趨勢(shì)

王興偉1,2李婕2譚振華1馬連博1李福亮2黃敏3

1(東北大學(xué)軟件學(xué)院沈陽110819)2(東北大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院沈陽110819)3(東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院沈陽110819) (wangxw@mail.neu.edu.cn)

摘要“互聯(lián)網(wǎng)+”是對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的升華和發(fā)展，旨在促進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)的深度融合，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的創(chuàng)新發(fā)展.在“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下，互聯(lián)網(wǎng)不再僅僅發(fā)揮信息基礎(chǔ)設(shè)施的作用，更為重要的是互聯(lián)網(wǎng)將成為改進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)實(shí)體管理、生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)方式的創(chuàng)新要素.以此為背景，分析了“互聯(lián)網(wǎng)+”的由來與內(nèi)涵，描述了推動(dòng)“互聯(lián)網(wǎng)+”的國(guó)家行動(dòng)；從方便海量信息互聯(lián)與訪問、改善網(wǎng)絡(luò)管理與網(wǎng)絡(luò)性能、支持便捷訪問與交互、適應(yīng)“兩化”(工業(yè)化與信息化)融合、面向生產(chǎn)等角度，闡述了適合“互聯(lián)網(wǎng)+”發(fā)展需要的網(wǎng)絡(luò)范型；討論了面向“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境，網(wǎng)絡(luò)在規(guī)模、異構(gòu)、性能、安全、應(yīng)用等方面需要應(yīng)對(duì)的新的挑戰(zhàn).最后，給出結(jié)論.

關(guān)鍵詞互聯(lián)網(wǎng)；互聯(lián)網(wǎng)+；網(wǎng)絡(luò)范型；網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)；網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

當(dāng)前，以物聯(lián)網(wǎng)(Internet of things, IoT)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、機(jī)器人等為代表的新一代信息技術(shù)不斷取得突破，創(chuàng)新應(yīng)用風(fēng)起云涌，催生新興產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展.電子商務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)金融和社交網(wǎng)絡(luò)等互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)體的形成加速了產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈體系的重構(gòu).新一代信息技術(shù)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)的融合不斷深入，推動(dòng)著各行各業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，人類的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和社會(huì)生活方式正在發(fā)生深刻變革.協(xié)同、智能、綠色、服務(wù)型制造、個(gè)性化定制、透明供應(yīng)鏈、眾創(chuàng)、眾包、眾需、生產(chǎn)消費(fèi)者等新理念、新模式、新角色等正在深刻影響著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的核心價(jià)值取向，形成新的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和比較優(yōu)勢(shì).跨界融合滲透已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的常態(tài)，從而催生新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新技術(shù)和新模式.

互聯(lián)網(wǎng)在經(jīng)濟(jì)社會(huì)諸多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為其與行業(yè)的深度融合打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ).互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)從以往的信息消費(fèi)類領(lǐng)域逐步走向生產(chǎn)領(lǐng)域，從而進(jìn)一步激活、釋放和放大傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和服務(wù)業(yè)等領(lǐng)域的創(chuàng)新潛力.例如，基于物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等的智能制造和能源共享等正在改變工業(yè)生產(chǎn)模式，基于互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等的大規(guī)模協(xié)同和價(jià)值共享等正在成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的主流.經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)的重點(diǎn)從材料的使用轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)的使用，互聯(lián)網(wǎng)正在成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的新引擎，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展從要素驅(qū)動(dòng)向創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)變.

所謂“互聯(lián)網(wǎng)+”[1]就是把互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新成果與經(jīng)濟(jì)社會(huì)各領(lǐng)域深度融合，推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步、效率提升和組織變革，提升實(shí)體經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新力和生產(chǎn)力，形成更廣泛的以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)設(shè)施和創(chuàng)新要素的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展新形態(tài).“互聯(lián)網(wǎng)+”客觀上要求充分利用互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，基于信息通信技術(shù)，深度融合互聯(lián)網(wǎng)和包括傳統(tǒng)行業(yè)在內(nèi)的各行各業(yè)，推動(dòng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等與現(xiàn)代制造業(yè)等相結(jié)合，促進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)金融和電子商務(wù)等的健康發(fā)展，創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)社會(huì)生態(tài)環(huán)境.因此，在“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下，需要把互聯(lián)網(wǎng)作為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的一個(gè)核心特征，持續(xù)強(qiáng)力推動(dòng)跨行業(yè)融合，重塑產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通價(jià)值的最大化.

中國(guó)高度重視互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，2015年7月頒布了《國(guó)務(wù)院關(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)的指導(dǎo)意見》(以下簡(jiǎn)稱《指導(dǎo)意見》)，這是充分發(fā)揮我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)、推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)由消費(fèi)領(lǐng)域向生產(chǎn)領(lǐng)域拓展、加速提升產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平、增強(qiáng)各行各業(yè)創(chuàng)新能力、構(gòu)筑經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展新優(yōu)勢(shì)和新動(dòng)能的戰(zhàn)略舉措.《指導(dǎo)意見》指出，國(guó)家在“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新、“互聯(lián)網(wǎng)+”協(xié)同制造、“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源、“互聯(lián)網(wǎng)+”普惠金融、“互聯(lián)網(wǎng)+”益民服務(wù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”高效物流、“互聯(lián)網(wǎng)+”電子商務(wù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”便捷交通、“互聯(lián)網(wǎng)+”綠色生態(tài)、“互聯(lián)網(wǎng)+”人工智能等方面采取重點(diǎn)行動(dòng)，推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”的實(shí)施與發(fā)展.《指導(dǎo)意見》同時(shí)提出了推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”的保障措施，即夯實(shí)發(fā)展基礎(chǔ)、強(qiáng)化創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、營(yíng)造寬松環(huán)境、拓展海外合作、加強(qiáng)智力建設(shè)、加強(qiáng)引導(dǎo)支持、做好組織實(shí)施[1].2015年12月進(jìn)一步出臺(tái)了《工業(yè)和信息化部關(guān)于貫徹落實(shí)〈國(guó)務(wù)院關(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)的指導(dǎo)意見〉的行動(dòng)計(jì)劃(2015—2018年)》[2]，提出到2018年，互聯(lián)網(wǎng)與制造業(yè)融合進(jìn)一步深化，制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平顯著提高，信息物理系統(tǒng)(cyber-physical systems, CPS)初步成為支撐智能制造發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，互聯(lián)網(wǎng)成為大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新的重要支撐平臺(tái)，基本建成寬帶、融合、泛在、安全的下一代國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施，初步形成自主可控的新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)體系.

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是“互聯(lián)網(wǎng)+”最基本的支撐條件，也是其最基本的創(chuàng)新要素.本文概要總結(jié)面向“互聯(lián)網(wǎng)+”的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì).

1面向“互聯(lián)網(wǎng)+”的網(wǎng)絡(luò)范型

網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+”的基礎(chǔ)設(shè)施和創(chuàng)新要素.本節(jié)從多個(gè)不同角度出發(fā)，簡(jiǎn)要介紹適合“互聯(lián)網(wǎng)+”發(fā)展需要的新型網(wǎng)絡(luò)范型，即方便海量信息互聯(lián)與訪問的信息中心網(wǎng)絡(luò)(information-centric networking, ICN)[3-4]、改善網(wǎng)絡(luò)管理與網(wǎng)絡(luò)性能的軟件定義網(wǎng)絡(luò)(software defined network, SDN)[5]、支持便捷訪問與交互的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、適應(yīng)“兩化”(工業(yè)化與信息化)融合的物聯(lián)網(wǎng)、面向生產(chǎn)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng).

1.1方便海量信息互聯(lián)與訪問的ICN

“互聯(lián)網(wǎng)+”的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)與各行各業(yè)的深度融合.這必然導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)流量類型的多樣化和流量的爆炸式增長(zhǎng)，帶來網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和用戶訪問模式的深刻變化[6].在“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下，更加凸顯用戶通過應(yīng)用訪問網(wǎng)絡(luò)的目的是獲取所關(guān)心的內(nèi)容而非指向內(nèi)容的地址.作為近年來發(fā)展起來的新型網(wǎng)絡(luò)范型，ICN可以更好地適應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下海量信息互聯(lián)以及用戶訪問與交流信息的需要.

ICN以內(nèi)容為中心，按名訪問取代了按地址訪問，依靠?jī)?nèi)容名以及相關(guān)描述進(jìn)行內(nèi)容檢索.內(nèi)容名可以直觀反映用戶需求，有利于資源開放與獲取.這樣做不僅可以提高資源的流動(dòng)性，而且可以提高資源的獲取效率.在ICN中，只有2種類型的分組，即興趣分組和數(shù)據(jù)分組[7].消費(fèi)者發(fā)出興趣分組，請(qǐng)求所需的內(nèi)容；提供者(內(nèi)容的生產(chǎn)者和網(wǎng)內(nèi)緩存)根據(jù)內(nèi)容名，使用數(shù)據(jù)分組提供相應(yīng)的內(nèi)容.節(jié)點(diǎn)依靠?jī)?nèi)容名進(jìn)行興趣分組和數(shù)據(jù)分組的轉(zhuǎn)發(fā).因此，ICN是一種消費(fèi)者驅(qū)動(dòng)型網(wǎng)絡(luò)[8].更重要的是，ICN不關(guān)注內(nèi)容的來源(從消費(fèi)角度，ICN支持內(nèi)容的多副本緩存，只要有一個(gè)副本滿足消費(fèi)者的興趣即可)，也不關(guān)注興趣的出處(從提供角度，ICN是消費(fèi)驅(qū)動(dòng)，提供者只需知道消費(fèi)者感興趣的內(nèi)容名).消費(fèi)者負(fù)責(zé)內(nèi)容消費(fèi)，提供者按名供給內(nèi)容，這種資源供給與消費(fèi)模式滿足“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展理念.

對(duì)于ICN而言，每個(gè)內(nèi)容都有唯一的標(biāo)識(shí)，不論它何時(shí)移動(dòng)以及移動(dòng)到何地，內(nèi)容本身都不會(huì)因?yàn)橐苿?dòng)而發(fā)生變化(只有內(nèi)容的生產(chǎn)者才有權(quán)更新內(nèi)容).在ICN中，消費(fèi)者按名訪問而非按地址訪問內(nèi)容，使其天然支持移動(dòng)性.多副本的存在使其天然支持組播.ICN支持興趣分組的多路徑轉(zhuǎn)發(fā)[9]，一方面，可以顯著降低消費(fèi)者對(duì)路徑的依賴，提高網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)、生存和負(fù)載均衡能力；另一方面，一旦從多條路徑返回所需的內(nèi)容，消費(fèi)者就可以選擇其中最滿意的路徑用于后續(xù)興趣分組的轉(zhuǎn)發(fā)，從而提高轉(zhuǎn)發(fā)效率、改善響應(yīng)時(shí)間.ICN的上述特性使其非常適合“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下存在大量移動(dòng)用戶、移動(dòng)應(yīng)用和組播應(yīng)用的情況以及用戶及時(shí)獲取信息的需要.

同當(dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)相比，ICN通過為命名內(nèi)容簽名的方式，構(gòu)建了基本的安全模塊[10].因此，ICN明確支持內(nèi)容安全，內(nèi)容可以自動(dòng)加密[11].不管經(jīng)過哪些網(wǎng)絡(luò)區(qū)域和哪些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，內(nèi)容都能夠得到保護(hù)而不受到損害、替換或被第三方窺探.內(nèi)容可以在網(wǎng)絡(luò)中的任何地方緩存，只要消費(fèi)者有需要，內(nèi)容可以隨時(shí)隨地安全高效地傳送.

作為一種新型的基于內(nèi)容和按名訪問的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，ICN根本不同于傳統(tǒng)的以主機(jī)為中心的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu).盡管ICN可以在一定程度上滿足網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程中出現(xiàn)的新的需求，但是也面臨著諸多亟待解決的問題.例如，如何推進(jìn)基于ICN的網(wǎng)絡(luò)部署.現(xiàn)有的基于IP的互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)運(yùn)行了幾十年，部署范圍廣，運(yùn)行穩(wěn)定[12].欲使運(yùn)營(yíng)商放棄當(dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)而重新構(gòu)建基于ICN的網(wǎng)絡(luò)，除非這樣做可以為其帶來巨大的商業(yè)利益，否則可能性極小甚至基本不可能.從用戶角度看，除非基于ICN的網(wǎng)絡(luò)可以提供比當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)更加便捷的訪問、更加豐富的內(nèi)容、更加易用的服務(wù)等，否則用戶不會(huì)棄用其早已習(xí)慣且其需求得以滿足的當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)而轉(zhuǎn)用基于ICN的網(wǎng)絡(luò).網(wǎng)絡(luò)伸縮性是ICN實(shí)用化過程中面臨的另一個(gè)重大挑戰(zhàn).隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，以IP地址為中心的現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)面臨嚴(yán)重的可伸縮性問題.相比之下，網(wǎng)絡(luò)中內(nèi)容的數(shù)量會(huì)比IP地址的數(shù)量高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，如果把按名訪問的ICN應(yīng)用于實(shí)際的互聯(lián)網(wǎng)，其面臨的可伸縮性問題的嚴(yán)重程度可想而知.因此，對(duì)于ICN，如何構(gòu)建高效的名字管理系統(tǒng)和按名訪問路由機(jī)制迫在眉睫.隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的展開和深入，各種異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和新型的組網(wǎng)模式會(huì)不斷涌現(xiàn)，如何將其有效地集成進(jìn)ICN，從而為“互聯(lián)網(wǎng)+”提供普適遍在的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施也是值得研究的重要方向.

1.2改善網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)性能的SDN

“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展會(huì)為網(wǎng)絡(luò)帶來更多的用戶，經(jīng)濟(jì)社會(huì)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)會(huì)更加依賴，相應(yīng)地，對(duì)網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)性能也提出了更高的要求.SDN的核心思想在于把網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制平面和數(shù)據(jù)平面解耦，轉(zhuǎn)發(fā)功能保留在交換機(jī)上，控制功能交由掌握網(wǎng)絡(luò)全局信息的控制器完成，控制器通過提供編程功能來實(shí)現(xiàn)策略的動(dòng)態(tài)與個(gè)性化部署.因此，自提出以來，SDN就以其簡(jiǎn)潔的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和很強(qiáng)的兼容性，不僅受到學(xué)術(shù)界的關(guān)注，而且得到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商的支持，成為網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域研究與開發(fā)的重點(diǎn).由于SDN解耦數(shù)據(jù)平面和控制平面，因此可以克服傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)路由決策的盲目性，提高控制的針對(duì)性和效率，方便網(wǎng)絡(luò)管理，提高網(wǎng)絡(luò)利用率.SDN的這些特點(diǎn)非常適合于在發(fā)展“互聯(lián)網(wǎng)+”的過程中克服網(wǎng)絡(luò)管理復(fù)雜性和提高網(wǎng)絡(luò)性能的需要.

SDN主要由數(shù)據(jù)平面、控制平面和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用組成.數(shù)據(jù)平面由轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備組成，負(fù)責(zé)收集網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，并發(fā)送到控制器，轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備根據(jù)控制器下發(fā)的規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)；控制平面由控制器構(gòu)成，通過南向接口和北向接口連接數(shù)據(jù)平面和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，基于從轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備得到的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)發(fā)路徑做出決策，并下發(fā)規(guī)則到轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備中；網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用通過控制平面提供的應(yīng)用編程接口訪問和控制轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備.

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)將控制功能分布在路由器上，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分布式控制，同時(shí)，封閉的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備內(nèi)置了過多的復(fù)雜協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)在部署一個(gè)全局業(yè)務(wù)策略時(shí)，網(wǎng)管需要通過設(shè)備的命令行接口對(duì)設(shè)備逐一配置和管理[13].隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大和業(yè)務(wù)的更新，這樣的網(wǎng)管方式不僅提高了網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的難度，而且極易造成網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的不一致.SDN將控制功能從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中分離出來，集中到控制器，通過統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口(如ForCES[14]和Openflow[15])與交換機(jī)進(jìn)行通信，獲取全網(wǎng)視圖，不同的應(yīng)用可以通過控制器，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)全局狀態(tài)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中統(tǒng)一的配置和管控，從而方便網(wǎng)絡(luò)管理.

網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的一個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)是充分利用網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施能力，最大限度發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)性能.然而，由于網(wǎng)絡(luò)中存在各種不同的技術(shù)和利益相關(guān)者，對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行整體優(yōu)化比較困難[16].目前的方法往往基于局部的網(wǎng)絡(luò)信息，側(cè)重優(yōu)化部分網(wǎng)絡(luò)的性能、網(wǎng)絡(luò)的部分性能指標(biāo)或者部分網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的用戶體驗(yàn)質(zhì)量等，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能次優(yōu)而非最優(yōu).相比之下，SDN允許從全局視角對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中控制，并且可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中層間交換的信息進(jìn)行反饋控制，因此SDN提供了全局優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能的可能性，而且更容易實(shí)施.

當(dāng)前SDN仍處于發(fā)展階段，一些基本問題仍然沒有得到很好地解決，其研發(fā)、部署和應(yīng)用還主要局限于園區(qū)網(wǎng)絡(luò)(如企業(yè)網(wǎng)與校園網(wǎng)等)和數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)等.SDN的標(biāo)準(zhǔn)化以及如何推進(jìn)實(shí)際部署尤為迫切.盡管作為南向接口的Openflow得到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛支持，但是北向接口尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn).在實(shí)際部署方面，從傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)到SDN的轉(zhuǎn)變并非易事，需要解決SDN設(shè)備與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的互操作性、SDN集中式控制的性能瓶頸和安全防護(hù)等問題.更為重要的是，面向互聯(lián)網(wǎng)、特別是“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境這樣的超大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的SDN研究與開發(fā)工作甚少，很多方面還屬空白.面對(duì)“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下交互密集、流量巨大、特別是眾多流量請(qǐng)求突發(fā)式到來等情況，SDN控制器面臨巨大壓力，很可能成為嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)性能瓶頸；基于網(wǎng)絡(luò)全局狀態(tài)信息制定的策略的有效性依賴于狀態(tài)信息的準(zhǔn)確性和即時(shí)性，然而，大規(guī)模和超大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)全局狀態(tài)信息難以精確測(cè)量和準(zhǔn)確收集，網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)變化可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)策略的失效；經(jīng)由控制器的決策生成機(jī)制可能對(duì)用戶隱私構(gòu)成威脅；控制器更易成為被攻點(diǎn)，帶來嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)安全隱患；針對(duì)特定網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)采用何種部署方式和何種參數(shù)設(shè)置更為合適.諸如此類的問題，目前尚缺乏有效的解決方案，亟待基礎(chǔ)理論和模型分析方法的突破.

1.3支持便捷訪問與交互的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)

隨著移動(dòng)智能終端和寬帶無線接入等技術(shù)的飛速發(fā)展，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入高速發(fā)展階段，可以支持用戶隨時(shí)隨地對(duì)網(wǎng)絡(luò)的便捷訪問、獲取服務(wù)和信息交流，在行業(yè)應(yīng)用及個(gè)人用戶市場(chǎng)中發(fā)揮巨大作用[17].一方面，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)為“互聯(lián)網(wǎng)+”的實(shí)施提供了更加便捷的用戶接入模式；另一方面，“互聯(lián)網(wǎng)+”的應(yīng)用與普及也對(duì)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提出了新的需求.

作為互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與移動(dòng)通信技術(shù)融合的產(chǎn)物，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)是以移動(dòng)與無線網(wǎng)絡(luò)(3G、4G、5G、無線局域網(wǎng)和無線個(gè)域網(wǎng)等)作為接入網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)網(wǎng)及服務(wù)，包括移動(dòng)終端、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用服務(wù)3個(gè)要素[18].移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)以應(yīng)用服務(wù)為核心，用戶可以使用移動(dòng)終端便捷地訪問互聯(lián)網(wǎng)，應(yīng)用與終端的可移動(dòng)性、可感知性、可定位性甚至可穿戴性等功能特性相結(jié)合可以方便用戶個(gè)性化地使用服務(wù).

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)自底向上分為5層[19]：1)移動(dòng)終端層支持用戶界面、互聯(lián)網(wǎng)接入和業(yè)務(wù)互操作等；2)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)層包括各種類型的把移動(dòng)終端接入無線核心網(wǎng)的設(shè)施；3)網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)關(guān)層提供移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)執(zhí)行環(huán)境，識(shí)別業(yè)務(wù)信息、服務(wù)質(zhì)量要求等，并可基于這些信息提供按業(yè)務(wù)和內(nèi)容區(qū)分的資源控制和計(jì)費(fèi)策略；4)服務(wù)接入網(wǎng)關(guān)層向第三方應(yīng)用開放移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)能力、應(yīng)用編程接口和業(yè)務(wù)生成環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)接入移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證與對(duì)內(nèi)容的整合和適配；5)應(yīng)用層提供各類移動(dòng)應(yīng)用，滿足用戶的多樣化和個(gè)性化的需要.

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)跨互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信、無線網(wǎng)絡(luò)、嵌入式系統(tǒng)等多個(gè)領(lǐng)域，涉及移動(dòng)終端、接入網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用服務(wù)和安全隱私等一系列關(guān)鍵技術(shù).

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的興起使得人們能夠隨時(shí)隨地獲取信息和服務(wù)，手機(jī)作為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)終端技術(shù)發(fā)展的典型代表，已經(jīng)從單純的通訊設(shè)備演變成為一種集計(jì)算、感知與通訊等為一體的便攜式個(gè)人智能終端——智能手機(jī)[20].通過對(duì)感知數(shù)據(jù)的處理、分析和挖掘，智能手機(jī)會(huì)具備學(xué)習(xí)、理解和推理等能力，能夠基于對(duì)用戶的認(rèn)知構(gòu)建個(gè)性化的用戶模型[21].特別是，隨著云計(jì)算、社交網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，智能手機(jī)會(huì)成為打通“人—機(jī)—物”三元世界的重要載體，信息可從智能手機(jī)無縫平滑地轉(zhuǎn)移到無處不在的云端平臺(tái)，使其的信息存儲(chǔ)和處理能力得到無限擴(kuò)充，方便地實(shí)現(xiàn)跨設(shè)備跨平臺(tái)的信息獲取和共享.

無線接入是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)用戶便捷訪問的主要技術(shù).蜂窩網(wǎng)絡(luò)、無線局域網(wǎng)、無線個(gè)域網(wǎng)、無線城域網(wǎng)和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)等都是重要的無線接入方式.特別是，隨著4G的普及和5G的出現(xiàn)，無線接入能力將得到極大地提高，移動(dòng)應(yīng)用的用戶體驗(yàn)質(zhì)量會(huì)得到極大地改善.移動(dòng)性是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)重要的特征，移動(dòng)性管理至關(guān)重要，包括位置管理和切換控制.國(guó)際電信聯(lián)盟從IP地址分配、用戶信息管理、用戶環(huán)境管理、身份認(rèn)證、接入控制及認(rèn)證等方面對(duì)移動(dòng)性管理進(jìn)行了定義.互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組(Internet engineering task force, IETF)對(duì)移動(dòng)性管理給出了比較全面的解決方案，先后發(fā)布了MIPv4,MIPv6,PMIPv6和HIP等主流協(xié)議[19].

應(yīng)用服務(wù)是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)取得成功的關(guān)鍵.與此相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括用戶行為分析、服務(wù)聚合、服務(wù)質(zhì)量和體驗(yàn)質(zhì)量控制、開放服務(wù)等.用戶行為分析基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)社交、本地和移動(dòng)等特征，目的是激發(fā)用戶在應(yīng)用中的互動(dòng)性和參與性，精確聚焦用戶需求，為用戶提供個(gè)性化、差異化的服務(wù)[22]，實(shí)現(xiàn)服務(wù)定位、位置服務(wù)和商業(yè)推薦服務(wù)等應(yīng)用.服務(wù)聚合的本質(zhì)是通過組合來自不同源的標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)組件，形成符合用戶情境化和個(gè)性化需求的新業(yè)務(wù)[23]，因此需要安全、友好、標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序接口和可運(yùn)營(yíng)、可管理、統(tǒng)一的服務(wù)聚合提供平臺(tái).隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，服務(wù)提供商需要采用合適的服務(wù)質(zhì)量控制機(jī)制，提高用戶對(duì)其業(yè)務(wù)的滿意程度，改善用戶對(duì)業(yè)務(wù)的體驗(yàn)質(zhì)量，提高用戶對(duì)其的忠誠(chéng)度，確保用戶對(duì)其產(chǎn)品或服務(wù)的黏性，從而吸引并留住用戶，保持并提高其競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì).開放服務(wù)的目標(biāo)是服務(wù)系統(tǒng)形成持續(xù)發(fā)展其提供的服務(wù)的能力，通過開放服務(wù)可有效地拓展其存儲(chǔ)和計(jì)算等服務(wù)能力[24].

安全和隱私保護(hù)涉及移動(dòng)終端安全、移動(dòng)與無線網(wǎng)絡(luò)安全、應(yīng)用安全、內(nèi)容安全、位置隱私保護(hù)等一系列問題.安全防護(hù)技術(shù)自身存在的局限性、惡意軟件傳播途徑的日益多樣化和隱蔽化以及竊聽、監(jiān)視和攻擊等行為的更加難以監(jiān)聽與管控等，均已成為影響移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步深度發(fā)展的制約因素，因此亟待發(fā)展高效實(shí)用的安全防護(hù)技術(shù).可信移動(dòng)平臺(tái)(trusted mobile platform, TMP)[25]、開放移動(dòng)終端平臺(tái)(open mobile terminal platform, OMTP)[26]、移動(dòng)可信模塊(mobile trusted module, MTM)[27]等都是解決移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)安全和隱私保護(hù)問題的重要基礎(chǔ).

當(dāng)前移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)還處于發(fā)展階段，仍缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).可穿戴化和高能效化的移動(dòng)終端、透明且無縫的安全與隱私保護(hù)、普適遍在與綠色化的接入網(wǎng)絡(luò)以及按需在線的服務(wù)定制與合成等諸多關(guān)鍵技術(shù)，均有待進(jìn)一步突破.這些都要求學(xué)術(shù)界和業(yè)界提出新的聯(lián)網(wǎng)范型，發(fā)展新的聯(lián)網(wǎng)單元和組網(wǎng)技術(shù)，創(chuàng)新應(yīng)用模式，從而推動(dòng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)走向成熟.

1.4適應(yīng)兩化融合的物聯(lián)網(wǎng)

信息化和工業(yè)化的深度融合是中國(guó)走新型工業(yè)化道路的必然，也是實(shí)施“互聯(lián)網(wǎng)+”的重要?jiǎng)右?“兩化”融合的目的是將信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、管理技術(shù)與制造技術(shù)等相結(jié)合，帶動(dòng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法與工具以及企業(yè)管理模式的創(chuàng)新，改善企業(yè)的經(jīng)營(yíng)、管理、產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)等各個(gè)環(huán)節(jié)，提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)的創(chuàng)新能力，降低成本和消耗.物聯(lián)網(wǎng)是由具有標(biāo)識(shí)、感知和智能處理等能力的物理實(shí)體利用無線通信技術(shù)，在互聯(lián)網(wǎng)或通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上構(gòu)建的覆蓋萬物的網(wǎng)絡(luò)[28-30].在兩化融合背景下，通過物聯(lián)網(wǎng)，把原來沒有聯(lián)系或聯(lián)系不緊密的系統(tǒng)有機(jī)整合為功能集成、聯(lián)系緊密的新系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“物物相連”，促進(jìn)工業(yè)化和信息化的全面集成與協(xié)同發(fā)展.

物聯(lián)網(wǎng)依托多種信息獲取技術(shù)，包括傳感器、射頻識(shí)別(radio frequency identification, RFID)、二維碼、多媒體采集技術(shù)等，其關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)可以歸納為感知、傳輸、處理，數(shù)據(jù)處理和融合貫穿于物聯(lián)網(wǎng)采集、控制、傳輸和上層應(yīng)用的全過程.物聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)如圖1所示[31].感知層主要實(shí)現(xiàn)智能感知功能，包括信息采集、捕獲和物體識(shí)別等，關(guān)鍵技術(shù)包括傳感器、RFID、自組織網(wǎng)絡(luò)、短距無線通信、低功耗組網(wǎng)等.網(wǎng)絡(luò)層主要實(shí)現(xiàn)信息的傳送和通信，可進(jìn)一步細(xì)分為接入層和核心層.網(wǎng)絡(luò)層可依托公眾電信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)，也可依托行業(yè)專用網(wǎng)，還可同時(shí)依托公眾網(wǎng)和專用網(wǎng)，例如，接入層依托公眾網(wǎng)、核心層依托專用網(wǎng)或接入層依托專用網(wǎng)、核心層依托公眾網(wǎng).應(yīng)用層包括作為應(yīng)用開發(fā)支撐的中間件和面向用戶的應(yīng)用.中間件主要提供網(wǎng)絡(luò)層與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用間的接口和能力調(diào)用，包括對(duì)業(yè)務(wù)的智能分析、整合、共享、處理、管理等，具體體現(xiàn)為各種類型的業(yè)務(wù)支撐平臺(tái)、管理平臺(tái)、信息處理平臺(tái)、智能計(jì)算平臺(tái)、中間件平臺(tái)等，為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供共性支撐、決策支持和協(xié)調(diào)控制等.應(yīng)用層向用戶提供各類物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，例如工業(yè)監(jiān)控、智能電網(wǎng)、智能家居、環(huán)境監(jiān)控、公共安全、綠色農(nóng)業(yè)等.

Fig. 1　Network framework of Internet of Things (IoT).圖1　物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)提供一體化的信息感知、傳輸與處理能力.物聯(lián)網(wǎng)通過同類或異類傳感器協(xié)同感知被測(cè)目標(biāo)獲得豐富的感知數(shù)據(jù)，通過局部信息處理和融合獲得可靠的高精度感知信息，在數(shù)據(jù)傳輸過程中還可對(duì)其進(jìn)行必要的處理，例如，基于網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的感知信息聚合與融合、基于鏈路狀態(tài)的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)編碼和傳輸優(yōu)化、數(shù)據(jù)的加密安全傳輸以及加急與應(yīng)急處理等.此外，由于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜多樣和物體自身狀態(tài)的變化，為了保證物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定與高效、特別是感知信息的可靠，需要及時(shí)獲取、融合和處理物聯(lián)網(wǎng)自身的狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)有效和高效的網(wǎng)絡(luò)管理.

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用既包括局部區(qū)域的獨(dú)立應(yīng)用，如流程工業(yè)的能源控制系統(tǒng)、特定區(qū)域的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等，也包括廣域范圍的統(tǒng)一應(yīng)用，如全球性的RFID物流和供應(yīng)鏈系統(tǒng)等.以冶金工業(yè)企業(yè)能源管理為例，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)技術(shù)手段無法實(shí)現(xiàn)的多測(cè)點(diǎn)、多變量、全面有效的能耗監(jiān)測(cè)，對(duì)各種能源介質(zhì)進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度和平衡優(yōu)化，對(duì)無人看守站所設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作和控制.目前中國(guó)已有多家大型鋼鐵企業(yè)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立了能源管理中心[32-33]，通過無線、有線或混合方式組網(wǎng)，將所需的能源數(shù)據(jù)采集進(jìn)系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)傳送到服務(wù)器進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的在線采集、實(shí)時(shí)傳輸和及時(shí)處理，可供監(jiān)視、報(bào)警、數(shù)據(jù)分析、管理決策等用.

當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展還處于技術(shù)研發(fā)與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的交接階段，在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、核心器件、信息融合處理及安全防護(hù)方面仍存在亟待解決的關(guān)鍵問題，諸如通信接口和數(shù)據(jù)模型的標(biāo)準(zhǔn)化、傳感器芯片的高端制造、高可靠通信與智能控制、工業(yè)海量數(shù)據(jù)的感知與協(xié)同處理等關(guān)鍵技術(shù)，均有待進(jìn)一步攻克.物聯(lián)網(wǎng)中工業(yè)數(shù)據(jù)的高度關(guān)聯(lián)性和用戶信息的高度敏感性為物聯(lián)網(wǎng)的安全及隱私保護(hù)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，然而受制于異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、海量終端傳感設(shè)備、復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景等，目前尚未形成綜合全面的物聯(lián)網(wǎng)安全體系[34].這些問題都要求學(xué)術(shù)界和業(yè)界進(jìn)行跨領(lǐng)域多學(xué)科的聯(lián)合攻關(guān)才能取得突破，從而推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)走向大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用.

1.5面向生產(chǎn)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

信息技術(shù)在推動(dòng)全球新一輪科技革命的同時(shí)，也正在推動(dòng)新一輪工業(yè)革命.當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)越來越復(fù)雜，集成度越來越高，網(wǎng)絡(luò)連接越來越廣，互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)融合已經(jīng)成為大勢(shì)所趨.利用信息技術(shù)加強(qiáng)系統(tǒng)間的互聯(lián)互通和集成，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、智能化、融合化發(fā)展，改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式、提高管理水平和生產(chǎn)效率正是“互聯(lián)網(wǎng)+”的目的所在.德國(guó)“工業(yè)4.0”[35]、美國(guó)“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”[36]和“中國(guó)制造2025”[37]都是驅(qū)動(dòng)傳統(tǒng)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、打造核心競(jìng)爭(zhēng)力、搶奪未來制高點(diǎn)的國(guó)家戰(zhàn)略之舉.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)正是面向互聯(lián)網(wǎng)從消費(fèi)領(lǐng)域走向生產(chǎn)領(lǐng)域的需要應(yīng)運(yùn)而生.

1.5.1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)定義

由美國(guó)通用電氣公司(general electric company, GE)提出的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的目標(biāo)是深度融合全球工業(yè)系統(tǒng)、先進(jìn)計(jì)算、分析、傳感技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)等，結(jié)合軟件和大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)智能機(jī)器間互聯(lián)并最終實(shí)現(xiàn)人機(jī)互聯(lián)，以重構(gòu)全球工業(yè)，提高生產(chǎn)效率，讓工業(yè)生產(chǎn)更快捷、更安全、更清潔、更經(jīng)濟(jì)[20].由于GE主要是從工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略和生產(chǎn)方式革命的角度出發(fā)提出的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，我們不妨稱之為廣義的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng).

本文所說的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)更多地是指滿足工業(yè)領(lǐng)域需求的互聯(lián)網(wǎng)，即從消費(fèi)領(lǐng)域走向生產(chǎn)領(lǐng)域的互聯(lián)網(wǎng)，我們不妨稱之為狹義的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng).我們從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)功能和實(shí)現(xiàn)角度給出其描述如下：通過智能設(shè)備和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)獲取和傳輸網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息以及工業(yè)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)信息，依據(jù)工業(yè)生產(chǎn)過程需求，基于學(xué)習(xí)、推理和智能優(yōu)化等技術(shù)，通過反饋控制使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)變化的工業(yè)環(huán)境做出自適應(yīng)的行為決策，支持工業(yè)系統(tǒng)在資源、服務(wù)質(zhì)量和安全等方面的自主配置和自主管理，實(shí)現(xiàn)滿足工業(yè)生產(chǎn)需求的網(wǎng)絡(luò)性能最優(yōu)化，支持工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行的最優(yōu)化.

顯然，本文所說的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)、智能分析、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等在工業(yè)領(lǐng)域高度融合的產(chǎn)物.面向工業(yè)領(lǐng)域需求，本文給出一種如圖2所示的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)和如圖3所示的層次結(jié)構(gòu).

Fig. 2　Industrial Internet reference framework.圖2　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)

從圖2可見，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通過傳輸網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)工業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)、傳感網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的融合，從而將工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施、工業(yè)信息化系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)分析決策系統(tǒng)和行業(yè)工作者等融為一個(gè)整體系統(tǒng).從圖3可見，一方面，感知層從工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中獲取網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息和生產(chǎn)相關(guān)信息，提供給上層供分析決策；另一方面，執(zhí)行來自上層的命令實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)和網(wǎng)絡(luò)的管控.網(wǎng)絡(luò)層從感知層獲取網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，根據(jù)用戶需求進(jìn)行路由決策，實(shí)現(xiàn)信息流的高效可靠傳輸，通過學(xué)習(xí)和推理機(jī)制進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化.工業(yè)云通過虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)環(huán)境中計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源等的動(dòng)態(tài)管理和調(diào)配，提供平臺(tái)、知識(shí)和數(shù)據(jù)等服務(wù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、管理以及價(jià)值鏈相關(guān)業(yè)務(wù)的動(dòng)態(tài)調(diào)度、匹配和組合.決策層依據(jù)下層提供的信息和上層用戶的需求進(jìn)行智能決策，實(shí)現(xiàn)滿足工業(yè)生產(chǎn)需求的自動(dòng)控制.服務(wù)層提供供應(yīng)鏈管理(supply chain management, SCM)、客戶關(guān)系管理(customer relationship management, CRM)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(product data management, PDM)、企業(yè)資源計(jì)劃(enterprise resource planning, ERP)、制造執(zhí)行系統(tǒng)(manufacturing execution system, MES)、分布式控制系統(tǒng)(distributed control system, DCS)等業(yè)務(wù)，支持用戶對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的訪問.最上層是用戶層，包括設(shè)計(jì)、管理和操作人員、供應(yīng)商和客戶等.

Fig. 3　Hierarchical structure of industrial Internet.圖3　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)

安全機(jī)制貫穿工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的所有層面，采用信息物理一體化安全技術(shù)，面向網(wǎng)絡(luò)整體進(jìn)行全方位安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)，完成全域?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)安全態(tài)勢(shì)感知，實(shí)現(xiàn)設(shè)備、區(qū)域、邊界、交換等的聯(lián)動(dòng)防衛(wèi).

1.5.2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)涉及很多關(guān)鍵技術(shù)，下面簡(jiǎn)要介紹工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)數(shù)據(jù)感知、工業(yè)主干網(wǎng)傳輸和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理與解析以及安全技術(shù)等.

工業(yè)以太網(wǎng)將以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中.它可以提供靈活的響應(yīng)式系統(tǒng)，并滿足工業(yè)領(lǐng)域?qū)?shí)時(shí)性的需求，從而可用于控制數(shù)據(jù)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)，支持設(shè)備級(jí)的互聯(lián)、協(xié)作和集成[38].由于傳統(tǒng)以太網(wǎng)的通信機(jī)制無法保證實(shí)時(shí)性，因此針對(duì)其應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的不足，工業(yè)以太網(wǎng)提供相應(yīng)的補(bǔ)償機(jī)制[39].目前工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)主要有Modbus-TCP[40],Ethernet Powerlink[41],EtherCAT[42],TCnet[43],TTEthernet[44],CC-Link IE Field[45],PROFINET[46]和SERCOS Ⅲ[47]等.但是，這些系統(tǒng)隨著網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)量的持續(xù)增大，網(wǎng)絡(luò)的性能會(huì)下降，從而變得難以保證通信的實(shí)時(shí)性.因此，隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)連接的智能設(shè)備的日益增多，需要進(jìn)一步改進(jìn)現(xiàn)有的工業(yè)以太網(wǎng)解決方案，以滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境對(duì)實(shí)時(shí)性、可靠性、可伸縮性和靈活性等的需求.

工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大多是對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的拓展和演進(jìn).目前已經(jīng)開發(fā)出多種適合工業(yè)領(lǐng)域的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，如ZigBee[48],WirelessHART[49],ISA 100.11a[50]以及中國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的WIA-PA[51]等.ZigBee可以滿足工業(yè)領(lǐng)域?qū)Π踩院湍芎牡男枨?，但難以滿足工業(yè)網(wǎng)絡(luò)可靠性和健壯性的需求.WirelessHART,ISA 100.11a和WIA-PA可以為工業(yè)環(huán)境提供實(shí)時(shí)、可靠、可伸縮、安全和低能耗的通信支持，三者均為工業(yè)無線通信國(guó)際標(biāo)準(zhǔn).

工業(yè)數(shù)據(jù)感知是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)，涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括傳感器技術(shù)和RFID技術(shù)等.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的智能機(jī)器需要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、通信和協(xié)同信息處理，通常裝備有傳感器和RFID標(biāo)簽等，可以監(jiān)控機(jī)器的操作，感知機(jī)器溫度、壓力和震動(dòng)等狀態(tài)信息以及工業(yè)環(huán)境信息，并對(duì)感知結(jié)果做出反饋，實(shí)現(xiàn)智能控制.

保證低延遲、穩(wěn)定連接和高速傳輸?shù)仁枪I(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用對(duì)主干網(wǎng)傳輸技術(shù)的關(guān)鍵需求，需要實(shí)現(xiàn)支持工業(yè)企業(yè)縱向和橫向網(wǎng)絡(luò)集成的以服務(wù)為基礎(chǔ)的實(shí)時(shí)可靠的數(shù)據(jù)傳輸.面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流傳輸在實(shí)時(shí)、可靠、低延時(shí)和低功耗等方面的需求，需要依據(jù)實(shí)時(shí)獲取的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，通過學(xué)習(xí)和推理機(jī)制進(jìn)行路由決策，自適應(yīng)地執(zhí)行路由和調(diào)度策略，按需高效實(shí)時(shí)分配網(wǎng)絡(luò)資源，從而為業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)建立合適的傳輸路徑，保障全網(wǎng)范圍內(nèi)數(shù)據(jù)的高性能端到端傳輸.

數(shù)據(jù)是工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng)的寶貴資產(chǎn).工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的海量工業(yè)數(shù)據(jù)需要進(jìn)行本地與遠(yuǎn)程的分布式存儲(chǔ)，因而需要基于虛擬化技術(shù)構(gòu)建工業(yè)云，依據(jù)約定的服務(wù)等級(jí)協(xié)議向應(yīng)用提供資源.資源分配既要滿足業(yè)務(wù)需求，又要有利于最大化云資源利用率.由于工業(yè)環(huán)境中海量的數(shù)據(jù)在類型、結(jié)構(gòu)、語義、組織、粒度和可訪問性等方面高度異構(gòu)，因此需要提供能夠反映結(jié)構(gòu)、層次和多樣性等的數(shù)據(jù)表示方法，需要開發(fā)支持跨數(shù)據(jù)集互操作的集成技術(shù).由于原始數(shù)據(jù)集存在大量冗余，因此需要開發(fā)不損毀數(shù)據(jù)價(jià)值的冗余縮減和數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，以降低實(shí)時(shí)產(chǎn)生的工業(yè)大數(shù)據(jù)對(duì)存儲(chǔ)和傳輸?shù)膲毫?由于數(shù)據(jù)價(jià)值與數(shù)據(jù)新鮮度密切相關(guān)，因此需要開發(fā)數(shù)據(jù)生存周期管理技術(shù)并且提供相應(yīng)的管理工具.高效實(shí)時(shí)地分析和處理工業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)、特別是其中的半結(jié)構(gòu)乃至非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，以便對(duì)生產(chǎn)過程做出及時(shí)的反饋和必要的調(diào)控，客觀上要求工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境必須具備數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)解析能力，因此需要開發(fā)高效的分布與集中相結(jié)合的數(shù)據(jù)解析技術(shù)，以便在應(yīng)用可接受的時(shí)限內(nèi)給出正確的反饋和處理.人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)等是工業(yè)數(shù)據(jù)解析的重要技術(shù)基礎(chǔ)，需要將行業(yè)特定的領(lǐng)域知識(shí)和專業(yè)經(jīng)驗(yàn)等與數(shù)據(jù)分析和處理技術(shù)相結(jié)合，充分利用歷史數(shù)據(jù)、即時(shí)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)知識(shí)等，正確地解析工業(yè)數(shù)據(jù)，科學(xué)地做出預(yù)測(cè)與決策，從而使工業(yè)企業(yè)從數(shù)據(jù)中獲取最大收益.

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中，智能的人機(jī)物互聯(lián)，企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)以及個(gè)人信息都可以被自動(dòng)收集，導(dǎo)致針對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)各種實(shí)體的攻擊途徑與方法明顯增多.同現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)相比，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全和隱私保護(hù)面臨的形勢(shì)更加嚴(yán)峻，出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)與安全事件不僅可能導(dǎo)致信息毀壞、聲譽(yù)敗壞和經(jīng)濟(jì)損失等惡果，而且可能導(dǎo)致機(jī)毀人亡等惡性事故甚至災(zāi)難.因此，需要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，開發(fā)適合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)需要的安全保護(hù)技術(shù)，包括安全可信的采集技術(shù)、安全可信的數(shù)據(jù)清洗技術(shù)、安全可信的傳輸技術(shù)、安全可信的存儲(chǔ)技術(shù)、安全可信的訪問控制技術(shù)、安全可信的處理技術(shù)(包括數(shù)據(jù)加工、更新、刪減等)、安全可信的隱私保護(hù)技術(shù)、安全可信的信任和聲譽(yù)管理技術(shù)、安全可信的入侵檢測(cè)技術(shù)、安全可信的被攻轉(zhuǎn)移與反制技術(shù)、安全可信的容侵與災(zāi)備技術(shù)、安全可信的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與安全等級(jí)設(shè)定技術(shù)、安全可信的人機(jī)物的保護(hù)與監(jiān)控技術(shù)等.更為重要的是，要立足經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的全局，從法律、道德、文化與技術(shù)等一體化角度出發(fā)，建立起工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的安全防護(hù)體系，才能適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)從消費(fèi)走向生產(chǎn)的安全需要.

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)涉及計(jì)算機(jī)、通信、自動(dòng)化、電子、機(jī)械、管理和經(jīng)濟(jì)等諸多學(xué)科和領(lǐng)域，目前還處于起步階段，面臨諸多挑戰(zhàn)：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與管理的標(biāo)準(zhǔn)化，工業(yè)聯(lián)網(wǎng)單元和組網(wǎng)技術(shù)，工業(yè)寬帶網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，智能機(jī)器與機(jī)器智能化，工業(yè)數(shù)據(jù)解析與應(yīng)用，安全可信高效的信息獲取、存儲(chǔ)、傳輸與處理技術(shù)，復(fù)雜工業(yè)流程網(wǎng)絡(luò)化與智能化管控，高可信系統(tǒng)安全保障技術(shù)等.這些都需要跨領(lǐng)域多學(xué)科的聯(lián)合攻關(guān)，才能取得突破.中國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)發(fā)展換擋提質(zhì)增效的關(guān)鍵時(shí)期，需要抓住工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展機(jī)遇，贏得后發(fā)優(yōu)勢(shì)，從而縮小同發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，早日進(jìn)入工業(yè)強(qiáng)國(guó)的行列.

2“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)面臨的重大挑戰(zhàn)

2.1網(wǎng)絡(luò)的超大規(guī)模

在“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下，隨著互聯(lián)網(wǎng)與各行各業(yè)的深度融合，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和異構(gòu)終端設(shè)備大量接入互聯(lián)網(wǎng)，新型業(yè)務(wù)不斷出現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)用戶持續(xù)增加，網(wǎng)絡(luò)流量急劇增長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)激增，必然導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)超大規(guī)模，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、控制與管理復(fù)雜性急劇提高，網(wǎng)絡(luò)的可伸縮性面臨巨大挑戰(zhàn).

網(wǎng)絡(luò)的超大規(guī)模體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)用戶和終端設(shè)備數(shù)量、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域與范圍、網(wǎng)絡(luò)流量與數(shù)據(jù)以及網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的超大規(guī)模等諸多方面.

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的應(yīng)用與普及，經(jīng)濟(jì)社會(huì)正在邁向人機(jī)物互聯(lián)與萬物互通的時(shí)代，用戶規(guī)模必然迅速擴(kuò)張，終端設(shè)備類型與數(shù)量不斷增長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)超大規(guī)模成為必然，迫切要求高效靈活的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、控制與管理.互聯(lián)網(wǎng)不再局限于信息消費(fèi)領(lǐng)域，與傳統(tǒng)的工業(yè)、商業(yè)、金融等的深度融合，不僅促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)改造，而且孕育發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)，超大規(guī)模的應(yīng)用領(lǐng)域與范圍前所未有，客觀上要求互聯(lián)網(wǎng)提供更加多樣化的服務(wù)以滿足不同的應(yīng)用需求.經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高度互聯(lián)網(wǎng)化導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)流量和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的超大規(guī)模，一方面，需要網(wǎng)絡(luò)提供高性能的傳輸機(jī)制和高效能的數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)與訪問機(jī)制；另一方面，需要網(wǎng)絡(luò)提供靈活易用的可視化的大數(shù)據(jù)分析與呈現(xiàn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)到信息、從信息到知識(shí)、從原料到資產(chǎn)的轉(zhuǎn)變.

上述變化必然要求超大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施提供支撐，如何應(yīng)對(duì)由此可能帶來的超高成本、超高能耗和超難管理等問題都是“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)理論研究與技術(shù)開發(fā)的重點(diǎn)與難點(diǎn).基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)提供了可能的解決思路.例如，在文獻(xiàn)[52]中，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的思想，提出了一種由數(shù)據(jù)平面、控制平面、信息平面和市場(chǎng)平面構(gòu)成的新型網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)，以計(jì)算復(fù)雜性取代狀態(tài)復(fù)雜性，通過數(shù)據(jù)智能支持用戶選擇且鼓勵(lì)創(chuàng)新，通過數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析解決網(wǎng)絡(luò)中固有的難以優(yōu)化的問題，提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)資源利用最優(yōu)化.

2.2網(wǎng)絡(luò)的超級(jí)異構(gòu)

面向“互聯(lián)網(wǎng)+”的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境必然是各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)混合組網(wǎng)，有線與無線、固定與移動(dòng)、陸地與空天等高度融合，呈現(xiàn)出超級(jí)異構(gòu)的形態(tài).

對(duì)于物理實(shí)現(xiàn)技術(shù)的異構(gòu)性，需要提供對(duì)異構(gòu)信號(hào)的自適應(yīng)檢測(cè)、接收、傳輸和處理能力，解決由異構(gòu)的服務(wù)質(zhì)量、功率、速率等導(dǎo)致的適配與轉(zhuǎn)換等問題.對(duì)于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的異構(gòu)性，需要解決異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)接口、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳送層甚至應(yīng)用層間的協(xié)議適配與轉(zhuǎn)換等問題.對(duì)于網(wǎng)絡(luò)覆蓋和用戶業(yè)務(wù)的異構(gòu)性，需要提供在不同網(wǎng)絡(luò)和不同業(yè)務(wù)之間無縫切換的能力，支持終端、會(huì)話、業(yè)務(wù)、應(yīng)用、情境乃至網(wǎng)絡(luò)等的平滑移動(dòng).

為了實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間的融合與協(xié)同，需要統(tǒng)一的互操作模型或體系結(jié)構(gòu)作為指導(dǎo)，基于虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源的統(tǒng)一優(yōu)化管控與調(diào)配，以保證覆蓋范圍、傳輸速率和承載業(yè)務(wù)等各異的不同網(wǎng)絡(luò)間的互聯(lián)互通互容互補(bǔ)，適應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下既有和新興的業(yè)務(wù)和應(yīng)用的實(shí)際需要.

2.3網(wǎng)絡(luò)的超高性能

在“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下，很多行業(yè)應(yīng)用會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能提出超高要求.例如，在醫(yī)療行業(yè)，患者影像數(shù)據(jù)傳輸通常對(duì)網(wǎng)絡(luò)的帶寬、延遲和可靠性均非常敏感；在流程工業(yè)，很多企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)條件非常惡劣，不僅常常存在高強(qiáng)的電磁干擾和噪聲，而且往往處于高溫、高濕、高腐蝕等環(huán)境，但是應(yīng)用通常要求數(shù)據(jù)必須做到可靠傳輸，閉環(huán)控制等應(yīng)用還要求數(shù)據(jù)傳輸延遲應(yīng)低于傳感器采樣時(shí)間的1.5倍，達(dá)到毫秒級(jí)[53].

為了保證網(wǎng)絡(luò)提供“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境所需的超高性能，不僅需要構(gòu)建寬帶泛在的新一代網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，而且需要研究與開發(fā)更高性能的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和傳輸機(jī)制等，網(wǎng)絡(luò)能夠根據(jù)其狀態(tài)和用戶需求選擇合適的傳輸路徑，按需在線實(shí)時(shí)組配適當(dāng)?shù)膫鬏斂刂茩C(jī)制.例如，通過采用多路徑傳輸機(jī)制，可以支持高可靠容錯(cuò)傳輸、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡、路由迂回和路由容錯(cuò)等；通過采用主動(dòng)隊(duì)列管理機(jī)制，可以降低分組排隊(duì)延遲，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐率，支持突發(fā)的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的傳輸.

2.4網(wǎng)絡(luò)的超級(jí)安全

網(wǎng)絡(luò)安全問題在“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下將變得更加復(fù)雜.由于與專門領(lǐng)域的結(jié)合，“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)形態(tài)具備典型的多樣性，經(jīng)濟(jì)社會(huì)實(shí)體會(huì)以組件、服務(wù)或者應(yīng)用等形式映射到互聯(lián)網(wǎng)中，從而使得經(jīng)濟(jì)社會(huì)實(shí)體的行為轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)行為，經(jīng)濟(jì)社會(huì)實(shí)體之間的關(guān)系轉(zhuǎn)換為基于網(wǎng)絡(luò)的交互與聯(lián)系.因此，在現(xiàn)有安全體系基礎(chǔ)上，不同領(lǐng)域的安全與風(fēng)險(xiǎn)控制需要在“互聯(lián)網(wǎng)+X”的形態(tài)下得以體現(xiàn).例如，對(duì)于“互聯(lián)網(wǎng)+金融”環(huán)境下的信貸與融資，需要以組件或服務(wù)形式，在互聯(lián)網(wǎng)已有安全體系基礎(chǔ)上實(shí)施金融風(fēng)險(xiǎn)與信用等級(jí)評(píng)估等，從而為金融領(lǐng)域提供專門的安全保障.

從數(shù)據(jù)角度看，“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下的行業(yè)行為痕跡完整性要優(yōu)于傳統(tǒng)行業(yè).采用基于交互關(guān)系網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)分析方法，可以更準(zhǔn)確地分析企業(yè)和個(gè)體的行為，評(píng)估其安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí).在互聯(lián)網(wǎng)基本拓?fù)渲?，可以?gòu)建面向不同領(lǐng)域的“互聯(lián)網(wǎng)+X”多維拓?fù)?基于基本拓?fù)渑c多維拓?fù)渲g的對(duì)應(yīng)與交互，通過分析用戶行為數(shù)據(jù)，可以更清晰地刻畫用戶之間的安全關(guān)系.因此，需要充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境更加豐富的用戶行為信息，結(jié)合行業(yè)領(lǐng)域知識(shí)，研究與開發(fā)適合“互聯(lián)網(wǎng)+”發(fā)展需要的新的安全防護(hù)機(jī)制.

2.5應(yīng)用的多樣化、個(gè)性化與定制化

在“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等作為新的驅(qū)動(dòng)力，正在推動(dòng)各行各業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展[54-55].隨著互聯(lián)網(wǎng)與行業(yè)的深度融合，新型應(yīng)用會(huì)不斷涌現(xiàn)，呈現(xiàn)多樣化、個(gè)性化和定制化的樣態(tài).

“互聯(lián)網(wǎng)+”應(yīng)用正在突破傳統(tǒng)應(yīng)用的粗粒度劃分、單一使用場(chǎng)景和封閉式開發(fā)的模式，開發(fā)呈現(xiàn)多粒度、多維化和開源化，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的多樣化.傳統(tǒng)的通用化的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用難以滿足不同行業(yè)、單位和個(gè)人各異的需求，需要以行業(yè)垂直、地域垂直、單位垂直和個(gè)人垂直等模式，提供個(gè)性化的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用.結(jié)合不同用戶的知識(shí)背景和使用情景，定制化開發(fā)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，從而滿足用戶對(duì)應(yīng)用的多樣化和個(gè)性化需求.在“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下，可以基于豐富的用戶行為數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)分析用戶需求，為用戶量身制作應(yīng)用，從而促進(jìn)應(yīng)用的多樣化、個(gè)性化和定制化.

3結(jié)束語

面對(duì)新一輪科技與工業(yè)革命的需要，“互聯(lián)網(wǎng)+”旨在通過促進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)與行業(yè)領(lǐng)域的深度融合，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和創(chuàng)新.在“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下，互聯(lián)網(wǎng)不再僅僅發(fā)揮信息基礎(chǔ)設(shè)施的作用，更為重要的是發(fā)揮不可或缺的創(chuàng)新要素和倍增器的作用.本文分析了“互聯(lián)網(wǎng)+”的由來與內(nèi)涵，介紹了適合“互聯(lián)網(wǎng)+”需要的網(wǎng)絡(luò)范型，闡述了“互聯(lián)網(wǎng)+”發(fā)展過程中網(wǎng)絡(luò)可能面臨的巨大挑戰(zhàn).目前“互聯(lián)網(wǎng)+”還處于發(fā)展的起步階段，互聯(lián)網(wǎng)與很多行業(yè)領(lǐng)域、特別是生產(chǎn)領(lǐng)域的融合還相當(dāng)初級(jí)，現(xiàn)有技術(shù)尚不能充分滿足“互聯(lián)網(wǎng)+”對(duì)網(wǎng)絡(luò)超大規(guī)模、超級(jí)異構(gòu)、超高性能、超級(jí)安全以及應(yīng)用多樣化、個(gè)性化、定制化的要求.隨著學(xué)術(shù)界和業(yè)界對(duì)“互聯(lián)網(wǎng)+”的持續(xù)關(guān)注與投入，創(chuàng)新性的“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)解決方案、關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用模式會(huì)不斷涌現(xiàn)，從而促進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”的應(yīng)用與發(fā)展.

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Wang Xingwei, born in 1968. Professor and PhD supervisor. His research interests include future Internet and cloud computing, etc.

Li Jie, born in 1982. Lecturer. Her research interests include cognitive networks and mobile computing, etc.

Tan Zhenhua, born in 1980. Associate professor. His research interests include trust management for large scale distributed network, cloud storage security, and smart agent security, etc.

Ma Lianbo, born in 1981. Associate professor. His research interests include intelligence computing and machine learning, etc.

Li Fuliang, born in 1986. Lecturer. His research interests include network management and measurement, etc.

Huang Min, born in 1968. Professor and PhD supervisor. Her research interests include modeling and optimization for logistics and supply chain system, etc.

The State of the Art and Future Tendency of “Internet+” Oriented Network Technology

Wang Xingwei1,2, Li Jie2, Tan Zhenhua1, Ma Lianbo1, Li Fuliang2, and Huang Min3

1(CollegeofSoftware,NortheasternUniversity,Shenyang110819)2(CollegeofComputerScienceandEngineering,NortheasternUniversity,Shenyang110819)3(CollegeofInformationScienceandEngineering,NortheasternUniversity,Shenyang110819)

Abstract“Internet+” is the sublimation and development of the Internet, which aims at promoting the Internet’s deep integration with economy and society to propel economic and social innovation and development. Under the “Internet+” circumstances, the Internet plays a role not only as a kind of information infrastructure, but also as a more important innovation element for improving production, trade and management of economic and social entities. Under such background, in this paper, the origin of “Internet+” and its meaning are analyzed, and the national actions to push it forward are described. From the aspects of promoting mass information interconnection and access, improving network management and network performance, supporting convenient network access and interaction, adapting to the integration of industrialization and informationization, and production-orientation, the various kinds of new networking paradigms are presented, which are suitable to “Internet+”. We then discuss the significant challenges faced by “Internet+” in the aspects of networking scalability, heterogeneity, performance and security as well as networked applications. In the end, we draw some conclusions.

Key wordsInternet; Internet+; network paradigm; network economy; networked application

收稿日期：2015-12-21；修回日期：2016-02-24

基金項(xiàng)目：國(guó)家杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目(61225012，71325002)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61572123，61502092，61402097)；高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域項(xiàng)目(20120042130003)；遼寧省百千萬人才工程項(xiàng)目(2013921068)

中圖法分類號(hào)TP391

This work was supported by the National Natural Science Foundation for Distinguished Young Scholars of China (61225012,71325002), the National Natural Science Foundation of China (61572123,61502092,61402097), the Specialized Research Fund of the Doctoral Program of Higher Education for the Priority Development Areas (20120042130003), and Liaoning BaiQianWan Talents Program (2013921068).