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张宏科教授:10余年潜心研究 绘制下一代互联网蓝图(图)

发稿时间:2015-02-10 16:23:00 来源: 中国科技网-科技日报 中国青年网

原标题:张宏科教授:10余年潜心研究 绘制下一代互联网蓝图

  超前绘制下一代互联网蓝图

  ——访国家技术发明奖二等奖获得者张宏科教授

   

  张宏科教授(左四)和团队成员观摩标识网络的测试与实验结果。

   

  实验室老师为同学讲解标识网络系统。

   

  实验室老师与同学就关键技术问题进行讨论。

  为什么上网的时候你会感到安全性很差,个人信息随时会暴露?

  为什么上网的时候你会感到移动网络“移动”不起来?

  为什么上网的时候你会感到网络很乱,充斥着虚假、诈骗信息?

  ……

  专业人士告诉你,这都是由互联网原始设计弊端造成的。

  北京交通大学教授、下一代互联网互联设备国家工程实验室主任张宏科,在接受科技日报记者采访时说,互联网已经有近60年的历史了,美国人最初设计互联网的时候,主要是用于小范围的军事与科研。而今天,仅中国的网络用户就近7亿,视频、语音和图像占据了网络传输的主流,互联网安全性、移动性、服务质量、资源利用率等方面的弊端日益明显。“要从根本上解决这些问题,必须重新构思、设计新的互联网体系结构。”

  互联网基础设施关系到国家安全、社会稳定和经济发展,为了抢占未来互联网领域的制高点,世界各国围绕如何创建未来互联网体系与机制纷纷展开科技攻关,美国、欧盟相继启动了FIND、FIRE、FIA 等计划。

  张宏科团队通过10余年潜心研究,超前绘制出下一代互联网蓝图,发明了标识网络体系及关键技术,获得国内外发明专利授权58项,登记软件著作权16项,较好地解决了未来互联网体系与机制这一难题。在年初举行的全国科技奖励大会上,荣获2014年度国家技术发明奖二等奖。

  从根源上找到现有互联网的技术缺陷

  针对互联网的诸多问题,张宏科团队率先提出互联网体系“网络与用户”“控制和数据”“资源与位置”的“三重绑定”特性,是造成这些弊端的本质原因。

  互联网安全性是最受用户诟病的缺陷。小到影响个人隐私,大到泄露国家安全机密。轰动世界的“棱镜门”事件让人深刻地感受到互联网安全的脆弱性。美国国家安全局和联邦调查局通过进入微软、谷歌等网络巨头的服务器,能实时跟踪用户电邮、聊天记录、视频、音频、文件、照片等上网信息,监控用户的一举一动。

  “这和互联网的原始设计有关。网络用户传输资料、图像、视频的时候,这些信息流被转化为数据包,里面就包含着发送者和接收者的地址信息。对于精通IT技术的人,这个数据包就是透明的,他在任何节点上都能抓到数据包,从而知道它从哪儿来,到哪儿去。而且,对于用户来说,你的登录信息和所在位置信息捆绑在一起,只要你上网,你的位置就是确定的,安全性怎么可能得到保护?你再怎么做防护,都是消极的应对措施。”张宏科告诉记者。

  而“控制和数据绑定”“资源与位置绑定”的特性则导致移动网络“移动”不起来、网速太慢、效率不高等缺陷。“这些原始设计的弊端让互联网长时间超负荷运转,难以承受越来越多的应用和用户使用,用户体验越来越差。这些问题再怎么修改、完善都无法从本质上解决互联网的问题。必须构建一个全新的互联网体系,以适应未来的发展需求。” 张宏科说。

  学通信出身的张宏科,早在2000年就意识到了这些互联网的原始弊端。他的团队曾经成功研制出我国首台自主知识产权、技术性能达到世界先进水平的IPv6路由器。“那时候,互联网还未普及,很少有人意识到这个问题。我们也是在做IPv4及IPv6技术的研究中。意识到了现有互联网的严重弊端,觉得这个问题迟早会暴发,旧技术终将为新技术所替代。2003年我们就在这方面展开了研究。”张宏科说。

  下一代互联网是个什么样子

  针对下一代互联网体系的构建,张宏科团队潜心研究了10余年,在国家973计划、自然科学基金重点项目等资助下,提出了以“两层模型”“三次映射”“四种标识”为典型特征的标识网络体系,发明了标识和映射机制,有效解决了未来互联网体系与机制这一难题。获得国内外发明专利授权58项,登记软件著作权16项,借助于“点标识”的理念与思想,主导制订了IEEE 1888、1888.2等核心国际标准,率先构建了未来互联网的蓝图。

  “美国、欧盟等都在开展这方面的研究,但是,到目前为止只有我们提出了比较综合有效的解决方案。可以说,在这方面,我们走在了世界的前端。”张宏科自豪地表示。

  在张宏科的描述中,下一代互联网体系较好地解决了“三重绑定”的问题,网络的自我管理能力很强,呈现给用户一个安全、有序、快速、智能的网络世界。网民只要合法登记,就能享受到网络提供的各种优质服务。“当然,如果你违背法律,发布虚假信息,利用网络干违法的事情,扰乱社会秩序,警察也能很快找到你。”张宏科开玩笑地说。

  在这个蓝图里,张宏科团队还把多种网络设计成一种网络,即“一体化标识网络”。他告诉记者,现有互联网的原始设计思想是“一种网络”支持“一种主要服务”。互联网、电信、广播电视采用不同的网络进行数据传输。这不但导致基础设施重复建设,也无法适应未来网络服务的多样性要求。张宏科团队发现,电信网的交换机和互联网的路由器工作机理非常相似,而且各种网络体系

  结构都可以划分为两个大的层面。因此,他创造性地提出,全新网络的总体框架应该是两层结构体系,即基础设施层面和普适服务层面。这种“一体化标识网络”不但能够实现在一种网络上支持多种业务,还大大提高网络的工作效率,简化网络的管理和维护,有效解决了传统体系中存在的安全、可控、可管及移动问题。

  张宏科团队提出的下一代互联网解决方案,已经成功研发出一系列产品并通过中兴通讯等企业进行了产业化应用。

  高校里做科研要有超前思维和韧劲儿

  任何成绩的取得都非偶然,作为高校在基础研究领域取得的重大原创性科研成果,张宏科认为“这得益于对学科发展方向的超前把握和一股子韧劲儿。”

  “2004年,我们手头的两个863项目已经结题。张老师当时就提出,要集中精力做下一代互联网,也就是我们标识网络的先导项目。当时国内外还没有人做这项研究。我们还有些不理解。” 团队成员、北交大电子信息工程学院副教授苏伟回忆道。2005年8月,美国国家自然基金委发布了他们的GENI(全球网络环境革新)计划,其中提到,由于现有互联网的种种弊端,他们准备着力于“下一代网络”的建设。而此时,张宏科团队已经初步构思出全新的、两层网络体系架构。2007年,欧盟启动的新网络研究FIRE计划提出了“两层”网络体系。“看到这个消息,我们都很高兴,这也从侧面印证了张老师的准确判断。我们工作起来也更自信了。”苏伟告诉记者。

  这种超前把握,显然不是一时的“心血来潮”。它建立在对专业知识的扎实积累之上。“我们之所以能够提出全新的网络框架体系,正是基于对传统网络的透彻研究。过去的东西就是基础。只有了解透了,才能知道问题在哪儿、未来的方向在哪里、解决的方案是什么。不了解过去,就无法做到超前,更不可能超越。”张宏科说。

  在张宏科看来,基础研究领域的任何重大成果都是“十几年甚至几十年的积累。科研没有捷径可走。凭的就是一股子韧劲儿。高校做科研,尤其是基础研究最忌讳‘跟风’,东一榔头西一棒子,什么也做不长,形不成产业链,对产业发展也难以做出贡献。”

  这种韧劲不仅表现在科学研究上,还体现在申请课题时的认真。“我记得申请973课题的时候,我们的幻灯片就做了有小半年,你想想那个劲儿,今天没思路了就放下,明天灵感来了再拿起来。表面上是做幻灯片,实际上锻炼的是你的创新思维。这二三十张幻灯片的每一句话、每一张图都是创新的体现。否则你怎么让评委信服,他们怎么放心把国家的重点科研项目交给你去做?”张宏科说。

  如今,张宏科团队又把目光投向了智慧协同标识网络理论与关键技术的研究。“这种网络体系能够通过动态感知网络状态来智能匹配服务需求,进而选择合理的网络族群及其内部组件来提供智慧化的服务,在有效解决安全性、移动性等问题的同时,能够提升用户体验和网络的利用效率。”张宏科说。

责任编辑:初秋
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