基于未来应用的未来网络固定特征

doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2019198

电信科学 ›› 2019, Vol. 35 ›› Issue (8): 65-73.doi: 10.11959/j.issn.1000-0801.2019198

基于未来应用的未来网络固定特征

张亚文¹,王淼¹,王凌豪¹,张瀚文¹,张玉军^1,²

¹ 中国科学院计算技术研究所，北京 100190
² 中国科学院大学，北京 100049

修回日期:2019-07-31 出版日期:2019-08-20 发布日期:2019-08-24
作者简介:张亚文（1997- ）,女，中国科学院计算技术研究所硕士生，主要研究方向为未来网络、网络体系结构。|王淼（1975- ）,女，博士,中国科学院计算技术研究所副研究员，主要研究方向为未来网络、网络安全。|王凌豪（1996- ），男，中国科学院计算技术研究所博士生，主要研究方向为未来网络、网络体系结构。|张瀚文（1981- ），女，博士，中国科学院计算技术研究所副研究员，主要研究方向为区块链、网络体系结构。|张玉军（1976- ），男，博士，中国科学院计算技术研究所研究员、博士生导师，中国科学院大学岗位教授，主要研究方向为计算机网络。
基金资助:
国家重点研发计划基金资助项目(2016YFE0121500);国家重点研发计划基金资助项目(2018YFB1800403);国家自然科学基金资助项目(61672500);国家自然科学基金资助项目(61572474);中国科学院战略性先导科技专项基金资助项目(XDC02030500)

Fixed features of future networks based on future applications

Yawen ZHANG¹,Miao WANG¹,Linghao WANG¹,Hanwen ZHANG¹,Yujun ZHANG^1,²

¹ Institute of Computing Technology,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190,China
² University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China

Revised:2019-07-31 Online:2019-08-20 Published:2019-08-24
Supported by:
The National Key Research and Development Program of China(2016YFE0121500);The National Key Research and Development Program of China(2018YFB1800403);The National Natural Science Foundation of China(61672500);The National Natural Science Foundation of China(61572474);The Strategic Priority Research Program of Chinese Academy of Sciences(XDC02030500)

摘要/Abstract

摘要：

越来越丰富的网络应用对网络功能和性能提出了更高的要求。车联网需要网络满足低时延和高可靠性要求；远程医疗需要网络有确定性时延和安全保证；工业互联网要求网络满足大连接要求；AR/VR应用要求低时延和高带宽；量子计算也对网络安全等方面提出了新的要求。现有的IP网络由于自身架构的局限性，只提供尽力而为的服务，无法满足未来网络应用需要。调研未来20年内的网络应用，分析未来网络应该具有的功能和性能，通过对车联网、远程医疗、工业物联网、AR/VR和量子计算应用场景的描述，分析满足这些场景分别需要的网络性能，得出未来网络的性能指标。

关键词: 未来网络应用, 车联网, 远程医疗, 工业互联网, AR/VR应用, 量子计算

Abstract:

More and more network applications place higher demands on the network functions and performance.Internet of vehicles requires the network to support low latency and high reliability,telemedicine requires it with deterministic latency and security assurance,the industrial internet requires networks to meet large connections and high reliability,AR/VR applications require low latency and high bandwidth,quantum computing also brings new challenges to network security.Due to the limitations of its own architecture,existing IP networks only provide best-effort services that cannot meet the needs of future network applications.Future network applications in the next 20 years were investigated,the functional and performance of the future network were analyzed.By describing the application scenarios of internet of vehicles,telemedicine,industrial internet AR/VR and quantum computing,the network performance to meet the needs of these scenarios was analyzed and the performance indicators of future networks were obtained.

Key words: future application, IoV, telemedicine, industrial internet, AR/VR application, quantum computing

中图分类号:

TN915

张亚文,王淼,王凌豪,张瀚文,张玉军. 基于未来应用的未来网络固定特征[J]. 电信科学, 2019, 35(8): 65-73.

Yawen ZHANG,Miao WANG,Linghao WANG,Hanwen ZHANG,Yujun ZHANG. Fixed features of future networks based on future applications[J]. Telecommunications Science, 2019, 35(8): 65-73.

图/表 11

图1

图2

图3

表1

图4

图5

表2

图6

表3

表4

图7

参考文献 34

[1]	ZHANG G Q , LI Y , LIN T . Caching in information centric networking:a survey[J]. Computer Networks, 2013,57(16): 3128-3141.
[2]	JACOBSON V , SMETTERS D K , THOMTON J D ,et al. Networking named content[C]// The 5th International Conference on Emerging Networking Experiments and Technologies,2009,New York,USA. New York:ACM Press, 2009: 1-12.
[3]	SHI W S , CAO J , ZHANG Q ,et al. Edge computing:vision and challenges[J]. IEEE Internet of Things Journal, 2016,3(5): 637-646.
[4]	谢高岗, 张玉军, 李振宇 ,等. 未来互联网体系结构研究综述[J]. 计算机学报, 2012,35(6): 1109-1119.
	XIE G G , ZHANG Y J , LI Z Y ,et al. A survey on future internet architecture[J]. Chinese Journal of Computers, 2012,35(6): 1109-1119.
[5]	KELLY K . The inevitable:understanding the 12 technological forces that will shape our future[M]. New York: VikingPress, 2016.
[6]	中国信息通信研究院. 车联网白皮书[R]. 2017.
	CAICT.White paper of internet of vehicles[R]. 2017.
[7]	IMT-2020(5G)Promotion Group. 5G concept white paper[S]. 2015.
[8]	3GPP.Study on enhancement of 3GPP support for 5G V2X Services(R15). 2017.
[9]	KIM S W , QIN B X , CHONG Z J ,et al. Multivehicle cooperative driving using cooperative perception:design and experimental validation[J]. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, 2015,16(2): 663-680.
[10]	CHOI J , VA V ， GONZALEZ-PRELCIC N ,et al. Millimeter-wave vehicular communication to support massive automotive sensing[J]. IEEE Communications Magazine, 2016,54(12): 160-167.
[11]	关于“车联网”的最强科普！. 2017.
	About the strongest popular science of IoV[EB].
[12]	SIMSEK M , AIJAZ A , DOHLER M ,et al. 5G-enabled tactile internet[J]. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 2016,34(3): 460-473.
[13]	李洁 . 互联网汽车发展介绍及关键技术分析[J]. 电信科学, 2016,32(8): 34-38.
	LI J . Introduction and critical technology analysis of internet of vehicle[J]. Telecommunications Science, 2016,32(8): 34-38.
[14]	牟岚, 金新政 . 远程医疗发展现状综述[J]. 卫生软科学, 2012,26(6): 506-509.
	MOU L , JIN X Z . Summary of the development status of telemedicine[J]. Soft Science of Health, 2012,26(6): 506-509.
[15]	SODAGARI S , BOZORGCHAMI B , AGHVAMI H . Technologies and challenges for cognitive radio enabled medical wireless body area networks[J]. IEEE Access, 2018(6): 2956７-2958６.
[16]	ETSI. Next Generation Protocols (NGP)[S]. 2019.
[17]	BASTUG E , BENNIS M , MEDARD M ,et al. Toward interconnected virtual reality:opportunities,challenges and enablers[J]. IEEE Communications Magazine, 2017,55(6): 110-117.
[18]	MEATIAN L . Hospital tests lag time for robotic surgery 1200 miles away from doctor[EB]. 2018
[19]	中国电子技术标准化研究院.信息物理系统白皮书(2017)[R]. 2017.
	CESIWhite paper on information physics systems(2017)[R]. 2017.
[20]	DRATH R , HORCH A . Industrie 4.0:Hit or hype?[J]. IEEE Industrial Electronics Magazine, 2014,8(2): 56-58.
[21]	工业互联网产业联盟. 工业互联网平台白皮书（2017）[R]. 2017.
	AIIWhite paper on industrial internet platform(2017)[R]. 2017.
[22]	5GPP.White paper on factories-of-the-future vertical sector[S]. 2014.
[23]	AIJAZ A , SOORIYABANDARA M . The tactile internet for industries:a review[J]. Proceedings of the IEEE, 2019,107(2): 414-435.
[24]	黄卫菊 . IEEE 802.11ac在智能电网自动化中的应用[J]. 电气应用, 2018,37(12): 57-61.
	HUANG W J.Application of IEEE 802 . 11ac in smart grid automation[J]. Electro technical Application Journal, 2018,37(12): 57-61.
[25]	常洁, 王艺, 李洁 ,等. 工业通信网络现有架构的梳理总结和未来运营商的发展策略[J]. 电信科学, 2017(11): 129-139.
	CHANG J , WANG Y , LI J ,et al. Summary of existing framework in industrial communication networks and future development strategies for communication operators[J]. Telecommunications Science, 2017,33(11): 123-133.
[26]	SUKHMANI S , SADEGHI M , EROL-KANTARCI M ,et al. Edge caching and computing in 5G for mobile AR/VR and tactile internet[J]. IEEE Multi Media, 2019,26(1): 21-30.
[27]	SUN Y P , CHEN Z Y , TAO M X ,et al. Communication,computing and caching for mobile VR delivery:modeling and trade-off[C]// 2018 IEEE International Conference on Communications (ICC),2018,May 20-24,Kansas City,USA. Piscataway:IEEE Press, 2018: 1-6.
[28]	YOU D , DOAN T V , TORRE R ,et al. Fog computing as an enabler for immersive media:service scenarios and research opportunities[J]. IEEE Access, 2019(7): 65797-65810.
[29]	SCARLATO M , PERRAE C . Next generation architecture for real time multimedia applications[C]// 2017 AEIT International Annual Conference,2017,Sep 20-22,Cagliari,Italy. Piscataway:IEEE Press, 2017: 1-6.
[30]	ELBAMBY M S , PERFECTO C , BENNIS M ,et al. Toward low-latency and ultra-reliable virtual reality[J]. IEEE Network, 2018(32): 78-84.
[31]	阮利华 . 量子计算和量子通信的发展研究及应用[J]. 信息系统工程, 2018(5): 153-155,158.
	RUAN L H . Development and application of quantum computing and quantum communication[J]. CC News, 2018(5): 153-155,158.
[32]	蒋林涛 . SDN/NFV 与网络技术的发展方向[J]. 中兴通讯技术, 2016,22(6): 2-6.
	JIANG L T . Development directions of SDN/NFV and network technologies[J]. ZTE Technology Journal, 2016,22(6): 2-6.
[33]	DITZEL G , DIDIER P . Time sensitive network (TSN) protocols and use in EtherNet/IP systems[C]// 2015 ODVA Industry Conference,2015,Dec 2,Frisco,USA. Piscataway:IEEE Press, 2015: 1-24.
[34]	IETF. The locator / ID separation protocol ( LISP)[S]. 2013.

场景	数据分组大小	接入时延	时延抖动	通信时延	峰值速率	传输速率	通信范围	可靠性
车联网	50~12 000 byte	1 ms	1 ms	3~500 ms	20 Gbit/s	0.5~1 000 Mbit/s	大于50 m	99.99%

场景	时延	带宽	用户峰值速率	峰值速率	可靠性
远程医疗	5 ms	6~2 000 Mbit/s	1 Gbit/s	10 Gbit/s	99.99%

场景	连接数	时延	带宽	时延抖动	同步精度	功耗 ¹	可靠性
工业互联网	百万/km²	0.5~100 ms	0.1~1 000 Mbit/s	μs级	100 ns	10年	99.9%~99.999 99%

场景	最大时延	理想时延	带宽
AR/VR应用	20 ms	10 ms	100~9 999 Mbit/s

基于未来应用的未来网络固定特征

Fixed features of future networks based on future applications

在线阅读

PDF下载

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 11

参考文献 34

相关文章 15

Metrics

推荐阅读 0

[1]	张志龙, 张天琦, 李雪菲, 刘丹谱. 基于计算控制通信融合的车联网资源协同优化技术研究[J]. 电信科学, 2023, 39(4): 17-30.
[2]	陈滏媛, 董振江, 董建阔, 徐敏杰. 车联网安全防护技术综述[J]. 电信科学, 2023, 39(3): 1-15.
[3]	葛雨明, 毛祺琦. 车联网新型基础设施跨域协同部署研究[J]. 电信科学, 2023, 39(3): 24-31.
[4]	王鲲, 董振江, 杨凡, 周谷越. 基于C-V2X的车路协同自动驾驶关键技术与应用[J]. 电信科学, 2023, 39(3): 45-60.
[5]	郑师应, 李源, 杨博涵, 马帅, 肖善鹏. 5G+行业现场网技术与产业发展综述[J]. 电信科学, 2022, 38(Z1): 17-27.
[6]	于青民, 黄颖, 汪卫国, 张倩. “5G+工业互联网”行业应用综述[J]. 电信科学, 2022, 38(Z1): 36-42.
[7]	刘垚圻, 李红光, 周一青, 石晶林, 马英矫, 钱蔓藜. 基于工业5G的柔性智造孪生控制平台[J]. 电信科学, 2022, 38(Z1): 174-183.
[8]	王文哲, 安岗, 吴健, 赵文东, 王延刚, 赵云峰, 狄子翔, 顾照杰, 邹贵祥. 一种支持云原生的工业互联网业务管理平台[J]. 电信科学, 2022, 38(Z1): 203-213.
[9]	顾博, 敖婷. 基于MEC的定位技术在车联网中的应用[J]. 电信科学, 2022, 38(Z1): 250-258.
[10]	贺智敏, 林育哲, 程宇杰, 闫实. 基于无线感知辅助的车联网下行无线资源分配方法[J]. 电信科学, 2022, 38(9): 60-70.
[11]	胥柯, 向路平, 胡杰, 杨鲲. 基于正交时频空间调制的通信感知一体化系统的公平性功率分配方案[J]. 电信科学, 2022, 38(9): 50-59.
[12]	王峰, 于青民, 黄颖, 段世惠. 工业互联网网络关键技术与发展研究[J]. 电信科学, 2022, 38(7): 106-113.
[13]	邢文娟, 雷波, 赵倩颖. 算力基础设施发展现状与趋势展望[J]. 电信科学, 2022, 38(6): 51-61.
[14]	张博源, 黄学艳, 赵振山, 张世昌, 马腾, 刘亮. 直通链路技术的发展与展望[J]. 电信科学, 2022, 38(3): 22-36.
[15]	王娇, 邱恭安, 张士兵. 交通应急通信中信道自适应的业务接入机制[J]. 电信科学, 2022, 38(1): 95-101.