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時間:2021-08-13 來源:教師工作部 作者:

張宏科:為了中國互聯網的明天

人生是有選擇的。

1994年,張宏科博士後出站選擇留在北京交通大學任教,就是選擇了一份教書育人的責任;選擇在下一代互聯網互聯設備國家工程實驗室任職,就是選擇了一個報效祖國的使命。

由於現有互聯網核心技術長期由西方國家掌控,對我國網絡空間主權造成嚴重威脅。為此,張宏科和他的團隊成員們決意構築起未來20~30年可以維護國家網絡安全、具有完全自主知識產權的新型互聯網系統。該系統核心技術完全由自己掌控,擺脱別人的制約。在2018年召開的2017年度國家科學技術獎頒獎大會上,其團隊的研究成果——智慧協同網絡及應用,更是獲得了國家技術發明獎二等獎。

從根源上找到現有互聯網的技術缺陷

為什麼上網的時候你會感到安全性很差,個人信息隨時會暴露?為什麼上網的時候你會感到移動網絡“移動”不起來?為什麼上網的時候你會感到網絡很亂,充斥着虛假、詐騙信息?

專業人士告訴你,這都是由互聯網原始設計弊端造成的。針對互聯網的諸多問題,張宏科團隊發現並凝練出互聯網體系“網絡與用户”“控制和數據”“資源與位置”的“三重綁定”特性,是造成其諸多弊端的本質原因。

互聯網安全性差是最受用户詬病的缺陷。小到影響個人隱私,大到泄露國家安全機密。轟動世界的“稜鏡門”事件讓人深刻地感受到互聯網安全的脆弱性。

“這和互聯網的原始設計有關。” 張宏科告訴記者,網絡用户傳輸資料、圖像、視頻的時候,這些信息流被轉化為數據包,裏面就包含着發送者和接收者的地址信息。對於精通IT技術的人,這個數據包就是透明的,他在任何節點上都能抓到數據包,從而知道它從哪兒來,到哪兒去。而且,對於用户來説,登錄信息和所在位置信息捆綁在一起,只要用户一上網,其位置就是確定的,安全性又怎麼可能得到保護?“你再怎麼做防護,都是消極的應對措施。”

而“控制和數據綁定”“資源與位置綁定”的特性則導致了移動網絡“移動”不起來、網速太慢、效率不高等缺陷。“這些原始設計的弊端讓互聯網長時間超負荷運轉,難以承受越來越多的應用和用户使用,用户體驗越來越差。因此,我們必須構建一個全新的互聯網體系,以適應未來的發展需求。”張宏科説。

下一代互聯網是什麼樣子

針對下一代互聯網體系的構建,張宏科團隊潛心研究了20餘年,在國家兩期“973”計劃等項目的資助下,提出了以“兩層模型”“三次映射”“四種標識”為典型特徵的標識網絡體系,發明了標識和映射機制,先天性地解決了現有互聯網中存在的移動性、安全性、靈活性等難題。獲得國內外發明專利授權58項,登記軟件著作權16項,藉助於“點標識”的理念與思想,主導制定了IEEE 1888、1888.2等核心國際標準,率先構建了未來互聯網的藍圖。

“美國、歐盟等都在開展這方面的研究,但是,到目前為止,只有我們提出了比較綜合有效的解決方案。可以説,在這方面,我們走在了世界的前端。”張宏科自豪地表示。

在張宏科的描述中,下一代互聯網體系較好地解決了“三重綁定”的問題,網絡的自我管理能力很強,呈現給用户一個安全、有序、快速、智能的網絡世界。網民只要合法登記,就能享受到網絡提供的各種優質服務。“當然,如果你違背法律,發佈虛假信息,利用網絡幹違法的事情,擾亂社會秩序,警察也能很快找到你。”張宏科笑道。

在這個藍圖裏,張宏科團隊還把多種網絡設計成一種網絡,即“一體化標識網絡”。他告訴記者,傳統網絡原始設計思想基本上是“一種網絡”支持“一種主要服務”。這不但導致基礎設施重複建設,也無法適應未來網絡服務的多樣性要求。張宏科團隊發現,電信網的交換機和互聯網的路由器工作機理非常相似,而且各種網絡體系結構都可以劃分為兩個大的層面。因此,他創造性地提出,全新網絡的總體框架應該是兩層結構體系,即基礎設施層面和普適服務層面。這種“一體化標識網絡”不但能夠實現在一種網絡上支持多種業務,還大大提高網絡的工作效率,簡化網絡的管理和維護,有效解決了傳統體系中存在的安全、可控、可管及移動問題。

高校裏做科研要有超前思維和韌勁

任何成績的取得都非偶然,作為高校在基礎研究領域取得的重大原創性科研成果,張宏科認為“這得益於對學科發展方向的超前把握和一股子韌勁兒”。

“2004年,我們手頭的兩個‘863’項目已經結題。張老師當時就提出,要集中精力做下一代互聯網,也就是我們標識網絡的先導項目。當時國內外還沒有人做這項研究。我們還有些不理解。”團隊成員、北京交通大學電子信息工程學院教授蘇偉回憶道。

2005年8月,美國國家自然基金委發佈了他們的GENI(全球網絡環境革新)計劃,其中提到,由於現有互聯網的種種弊端,他們準備着力於“下一代網絡”的建設。而此時,張宏科團隊已經初步構思出全新的、兩層網絡體系架構。2007年,歐盟啓動的新網絡研究FIRE計劃提出了“兩層”網絡體系。“看到這個消息,我們都很高興,這也從側面印證了張老師的準確判斷。我們工作起來也更自信了。”蘇偉告訴記者。

這種超前把握顯然不是一時的“心血來潮”。它建立在對專業知識的紮實積累之上。“我們之所以能夠提出全新的網絡框架體系,正是基於對傳統網絡的透徹研究。過去的東西就是基礎。只有瞭解透了,才能知道問題在哪兒、未來的方向在哪裏、解決的方案是什麼。不瞭解過去,就無法做到超前,更不可能超越。”張宏科説。

在張宏科看來,基礎研究領域的任何重大成果都是十幾年甚至幾十年的積累。高校做科研,尤其是基礎研究最忌諱‘跟風’,東一榔頭西一棒槌,什麼也做不長,形不成產業鏈,對產業發展也難以做出貢獻。“科研沒有捷徑可走,憑的就是一股子韌勁兒。”張宏科説。



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