电信网分层汇聚的网络架构面临着很大的挑战

在语音通信时代，消费的主体是单一的人，人与人的语音通信是对电信网络的基本需求，网络提供的服务也是单一的语音为主（辅助少量电报等数据通信），网络发展所面临的挑战主要是提高用户数的覆盖，降低通信的成本。研究发现，在语音通信网络中，用户的呼叫到达过程符合泊松分布，即大部分时间内活跃用户数都稳定在一个均值，统计复用成为可能。这使得分层汇聚成为电信网络的基本架构，从接入到城域再到骨干层层汇聚的架构，能够在充分满足整体用户需求的情况下，降低网络的建设和管理成本，成为电信网多年建设的基本指导原则。

进入互联网时代后，用户对网络消费的模式发生了巨大变化，电信网分层汇聚的网络架构面临着很大的挑战。对于互联网用户，除了原有的人与人之间的通信外，更大量的是人与物（机器及数据中心）之间的通信，而且通信的时间长度和带宽需求也变得更大和更不确定。1999年，美国科学家巴拉巴西（Barabasi）和艾伯特（Albert）在《科学》杂志上发表了论文“Emergence of Scalingin RandomNetworks”，指出了互联网的应用符合无标度网络（Scale-free networks，又称 为幂律分布网络）的特征。在这个网络中，存在与大部分用户相连的超级节点（如Google、Facebook，以及大部分节点都与几个超级节点相连，与符合泊松分布的电话网络有本质不同。加拿大卡尔加里大学（University of Calgary）李宗鹏（Zongpeng Li）教授等发表的论文“ The Flattening Internet Topology： Natural Evolution， Unsightly Barnacles or Contrived Collapse？”指出，在互联网时代，网络扁平化是必然趋势。对于符合幂律分布的网络，扁平化的网络架构更为适合，资源效率更高。扁平化成为互联网时代网络建设的指导原则。

车联网、物联网、虚拟现实等新业务的出现势必会对未来网络架构产生影响。华为未来网络理论实验室和香港中文大学联合提出了一种全新的马尔可夫过程模型，发现未来网络业务特征与语音网络的泊松分布和互联网的幂律分布有明显的不同，未来网络业务符合马尔可夫过程模型分布。这个分布的核心特征是，应用随时间呈现多样化的动态转换特性。例如，在车联网中，车与车之间的通信要求低延时，资源效率最优的集中到中心节点的处理方式并不适用，需要具备局部自治的能力；而对于远程视频医疗这种大带宽、低延时、高可靠的业务，现有网络架构很难满足要求。因此，需要引入由应用驱动的网络架构，才能确保对用户体验的有效支撑。