移動互聯網和智能設備的發展，極大改變了人們使用網絡的方式。智能設備讓人們可以隨時隨地互相協作和交流。移動互聯網用戶行為的特點是渴望新內容，特別是位置感知內容、社交網絡互動、照片分享、發帖和流媒體視頻。與顯而易見的消費類帶寬爆炸式增長一起發展的是，“物聯網”的興起。在“物聯網”中，利用機器與機器（M2M）之間的通信來監測控制并自動化一切，從工業控制到安全監控。大多數這種M2M數據傳輸量都很小（視頻傳輸除外），但是當網絡需要跟蹤大量設備時，網絡總容量會受影響。這些發展趨勢正在共同重塑提供內容和機器到機器交換功能的電信網絡基礎設施和應用服務器。

網絡需求的急增給今天的網絡基礎設施帶來沉重的負擔，要求大規模升級和增加建設投入，才能勉強維持當前的用戶體驗。為了解決這個問題，我們需要更加強大的網絡基礎設施，以實現更軟性、更動態的網絡。下面我們將研究一些基礎實現技術，這些技術能夠提供支持未來軟網絡基礎設施的計算能力、網絡接入、帶寬、性能以及經濟性。

網絡發展趨勢

互聯網從根本上重塑了今天的網絡基礎設施。再也沒有單獨的語音和數據網絡，互聯網協議（IP）是所有交流的主要協議。電信核心網絡繼續與移動網絡和固定線路網融合。無線網絡正從宏主導結構轉向多機種網絡（HetNet），其由各種規模的蜂窩網絡組成，目的是提高其覆蓋范圍和容量。基于云的一些技術正推動應用設計和數據中心建設的復興。云技術甚至被看作是基于磁場的無線電接入網絡（CRAN）的替代解決方案。網絡的固定線路部分正越來越多地改為光纖傳輸，而數據中心連接也被以太網所主導；轉向40/100Gbps，可提供目前和未來應用所需的容量。深入研究使用網絡的新方式，給一些領域帶來明顯的變化。

首先，視頻傳輸現在很普遍，且并不僅限于YouTube流媒體。視頻聊天和實況賽事在線轉播變得更為普遍。它帶來的影響是，上游的實時視頻容量大大高于以前。傳統的不對稱網絡的下行數據吞吐量大大高于上行數據吞吐量，這將阻礙上行數據傳輸，并降低實時視頻性能。用戶觀看視頻（或其他內容）時使用的設備屏幕分辨率不同，處理能力各異。這就需要基于網絡或者數據中心對視頻內容進行速率轉換和編碼轉換，以管理網絡帶寬，并實現流暢的用戶播放體驗。

其次，M2M連接與無線傳感器結合便搭建起“物聯網”，產生實時數據，并允許通過互聯網對各種設備的信息進行遠程控制和處理。與下行大型應用占主導不同的是，這些機器應用通常產生向上發送信息或者點對點信息，會給網絡帶來更大的壓力。過去，這些系統控制和數據采集（SCADA）網絡均為單獨、私有網絡，因此成本高昂。利用互聯網接入，可降低成本，并開放許多新的應用，實現實時感知、監測和控制。

M2M應用擁有更多設備，需要處理更多事務。即使數據包負載非常小，累積效應也很大，并且在進行視頻監控時，數據傳輸量會非常大。一種替代方案是，使用智能端點和傳感器，對它們采集的數據進行預處理，然后僅發送異常數據。在一些使用視頻分析的視頻運用系統中，這特別有效。近場通信（NFC）是另一個推動力，如果諸如自動售貨機、報亭等零售終端將NFC作為其首選支付系統，它會產生數百萬（也可能是數十億）M2M網絡附件。

第三個因素是基于云的應用和云計算的興起。云計算的挑戰主要是，在耗電量增長不會影響該商業模型的盈利的情況下，如何加大數據中心的規模。云數據中心需要大量的并聯高性能處理器，實現應用處理和大容量數據包處理。今天，這些數據中心的計算平臺均使用標準服務器，但隨著使用云服務的用戶越來越多，數據中心需要擴容。新的發展趨勢是，使用專用處理器來幫助擴大規模。相比通用性處理器，它提供處理性能的成本更低，功耗更低。通常采用專用處理器需對應用進行細分，這要求更多更優的內部服務器通信。鑒于這個原因，應在可能的情況下，把專用應用處理與數據包處理和大容量網絡切換集成在一起。

對網絡架構產生的影響

以前，互聯網為網頁瀏覽模型而建，向上請求較少，而向下發送卻爆炸式增長。新的數據傳輸模式開始利用私有和公共云應用。數據中心被重新設計，用于處理全球的需求，并把分析學應用于“大數據”。如前所述，數百萬智能設備通過互聯網連接，組成許多M2M網絡，其通常與無線傳感器相結合。隨著這種網絡的發展，設備種類和數據負載隨之增加，傳統互聯網（建立在交換機和路由器基礎上，使用客戶端服務器組網模型）將受到挑戰。依賴于放置在各個不同地點的許多不同硬件交換機和專有路由器的互聯網數據傳輸變得很難管理。另外，它還會降低網絡數據傳輸速度，降低可靠性和安全性，并增加成本。因此，需要徹底修改帶寬不對稱的傳統互聯網客戶端服務器模型。IP會仍會是一種主要協議，但是主動軟件管理控制且與處理資源聯系更緊密的基于流的網絡，將會更有利于大容量“東-西”連接。這需要一種更加開放的網絡，即一種“更軟性”的網絡，其數據傳輸管理和路由均基于流，并且可通過軟件控制。

用于未來網絡的最佳SoC方法

今天，大多數傳統網絡設備和處理服務器均為單獨開發。過去2年，無線基站開始從這種樣式轉向基于片上系統（SoC）的模型。這個行業正迅速朝著一個方向發展：數據中心的專用處理元件與網絡處理和交換需更加緊密。這種發展趨勢表明，網絡設備和服務器將采用為基站所接受的SoC策略。

利用為不同應用而優化的SoC方法，可為網絡創新提供強大的硬件基礎。最佳的SoC解決方案必須為特定的任務選擇正確的處理器，而非一種適用于所有應用的設計。例如，為了提高效率和降低功耗，一種有效的方法是：選擇低功耗ARM，實現通用控制處理，而非高功耗通用服務器處理器；使用低功耗數字信號處理器（DSP），用于高效視頻和圖形處理。同時集成了ARM RISC內核和DSP內核的SoC，是專用服務器應用（通用服務器的補充）的理想選擇。

把高速、大數據吞吐量、靈活和智能的網絡子系統集成到處理SoC中，讓可升級網絡解決方案提高了一個層次。另外，也可以把專用硬件加速器集成到SoC中，目的是提高數據包和網絡安全處理，以降低延遲性和軟件復雜度。當可調數據吞吐量范圍為1-100Gbps時，以太網可為數據中心的外部網絡和內部服務器通信提供一種理想的互連解決方案。作為一種標準化且被廣泛采用的互連解決方案，以太網可與其它網絡設備進行無縫互操作。把以太網交換機集成到SoC中，可降低系統成本，縮小系統體積。利用新興的軟件定義網絡，可提高網絡性能和網絡可靠性，并增強安全性和可管理性。

作為一種重要的軟件定義網絡實現標準，OpenFlow標準正快速發展。OpenFlow基于數據和控制層分離的概念。過去十年內，用于媒體網關（MGW）控制的電信軟交換機已成功使用了類似的分離方法。OpenFlow具有開放式以太網數據傳輸交換接口，并且可以集中進行數據交換管理，而非像今天的網絡一樣由單個路由器來決定交換管理。它讓網絡運營商可以優化網絡投資，降低網絡硬件成本，并實現創新型新網絡應用和基于流的服務。

SoC嵌入式網絡將不斷發展，以利用外部軟件控制和控制協議支持OpenFlow，這個控制協議是通過運用引導網絡數據傳輸的動態可配置流表來定義數據流的。一旦支持OpenFlow實現的SoC就位，使用軟件控制網絡傳輸路由的功能，將讓網絡管理者能夠部署新的協議，并增強網絡安全性和彈性。另外，網絡管理者將可以在不對硬件進行大改動的情況下，控制網絡拓撲來管理服務質量（QoS）。

把以太網交換技術集成到SoC中，消除了對于外部交換機的需求，并降低了硬件成本和復雜程度，從而實現更高的系統擴展性。融合了處理和組網功能的SoC解決方案，最終將可提供最高的每瓦特性能和互連帶寬，并為應用處理和網絡容量擴展提供一種最佳方法。

下圖為可擴展SoC硬件架構例子，其揭示了未來網絡的潛能。

一些新興的SoC解決方案將讓網絡能夠跟上現在人們對網絡容量需求的爆炸式增長。強大的SoC型硬件將實現網絡流，而非路由協議規則，以動態地控制連接，并確保訪問安全和優先順序。數據傳輸規劃和管理將結合高性能數據包處理和交換硬件。這些網絡組件將與DSP和ARM RISC處理組件一起嵌入，這樣高性能應用處理瞬間便可完成。具有諷刺意味的是，恰恰是SoC硬件的發展推動軟網絡的革命。