“业务网络”的开拓者“顶天立地”的科学人

吴应清

近年来，以5G为代表的信息通信技术的发展和应用正在全球范围内激发新一轮科技革命和产业变革。与此同时，国际环境日趋复杂，孤立主义和反全球化势力甚嚣尘上，贸易战和科技封锁猝然降临。面对这百年未有之大变局，我国坚定独立自主、和平发展的决心，坚持依靠科技创新推动产业升级，通过自主研发掌握关键核心技术。习近平总书记多次强调，关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的。只有把关键核心技术掌握在自己手中，才能从根本上保障国家经济安全、国防安全和其他安全。努力实现关键核心技术自主可控，把创新主动权、发展主动权牢牢掌握在自己手中。记者专访了长期从事信息通信领域关键核心技术研发与产业化，取得丰硕成果的北京邮电大学网络智能研究中心主任、“长江学者”廖建新教授，就如何通过自主研发攻克关键核心技术，通过产学研用一体化建设新一代信息通信业务网络进行了深入交流。

顶天立地做科研

本刊记者：习近平总书记提出广大科技工作者要把论文写在祖国的大地上，把科技成果应用在实现现代化的伟大事业中。您曾是北邮最年轻的教授和博导，20多年来不但在学术上建树颇丰，开创了业务网络这个新方向，成为了中国“移动智能网第一人”，还实现了科技成果的大规模产业化应用，推动了中国业务网络的发展，被业界誉为“彩铃之父”。请问您是如何在学术和产业化这两个方向都取得成功的？

廖建新教授：我博士毕业于电子科技大学，师从李乐民院士。1996年我到北京邮电大学从事博士后研究，师从陈俊亮院士。两位院士对我言传身教，使我获得了至为宝贵的科研和工作方法，那就是“顶天立地”。李院士教我做科研要“顶天”，也就是在学术上要志存高远，勇猛精进，理论和技术要达到世界领先水平，只有这样才能掌握关键技术，真正具备核心竞争力，不受制于人；陈院士教我科技成果要“立地”，也就是要学以致用，要高度重视学术科研成果的产业化，满足国家重大战略需求，服务国家经济主战场。20多年来，我谨遵两位院士的教诲，以“顶天立地”作为奋斗目标，专注于“业务网络”这一方向，为中国信息通信事业做出了一定的贡献，用实际行动响应了习总书记的要求。

在“顶天”方面，过去20余年，我带领团队围绕“业务网络”进行了深入研究。这里我们所说的业务网络既不是单纯的业务和网络，也不仅是面向业务的网络，而是普适运行于异构通信基础网络上，由大规模互联功能实体构成，并且逻辑层次可叠加的业务导向型网络，其中既包含业务网元，也包含核心网网元。业务网络从业务出发，自顶向下以全局视角看待整个通信网络，以业务场景驱动网络变革，以全网资源智能适配全业务场景，一方面支持资源共享与协同，另一方面通过能力开放赋能各行各业。基于这一思想，我们构建了业务网络的理论框架，在IEEE Communication Magazine上发表了业务网络体系框架的指导性论文，在学术界和产业界获得了相当的影响力，为业务网络建设和业务创新提供了理论指导。

同时，我们还剖析了异构网络业务的共性与机理，在路由策略冲突、多路径传输机制、业务能力复用、资源动态映射等方向开展深入研究，解决了业务普适化与智能化的理论问题，创立了业务网络智能化体系，取得了系统智能化、数据智能化、应用智能化等重要成果，在IEEE COMMAG/TCC/TMM/TWC等著名学术期刊和CVPR/AAAI/ACL等顶级学术会议发表了100余篇论文，获得国内外授权发明专利150余项。这些成果对于在我国极端复杂的异构网络环境中构建可平滑演进、快速灵活迭代的业务网络具有重要的实际意义。

再说“立地”。我在做学术研究的过程中，始终高度关注产业发展。我们建立并完善了产学研用一体化机制，不断将业务网络的最新理论和技术成果转化为系统产品，通过运营商在现网大规模应用。同时，我们又通过现网应用的反馈不断优化我们的理论模型，改进我们的算法与技术，使学术研究与产业化应用能够互相促进，形成良性循环。

这是个不断摸索、不断优化的过程。1996年我来到北京邮电大学从事博士后研究工作，开始进行移动智能网方向的研究。当时移动通信还处于2G时代，核心技术都掌握在爱立信、诺基亚这样的国际通信巨头手中，由于技术垄断，他们的产品非常昂贵。那时移动智能网也刚起步，业务与交换相分离的思想非常先进，对于快速低成本提供移动增值业务有重要的意义，但移动智能网技术还不成熟，缺少满足中国国情的技术体制。为此我全力投入移动智能网技术和产品的研发工作中。与此同时华为也启动了相关工作，记得当时我还应邀到华为做了移动智能网的专题讲座。2000年，我们研发出了具有完全自主知识产权的CMIN02移动智能网系统。为了让这个成果能够真正落地，在陈院士的鼓励下，我创立了东信北邮信息技术有限公司。此时恰逢第二代移动通信大发展，移动智能网因为能够快速提供移动增值业务而进入了高速发展的快车道。几年间我领导团队艰苦奋战，攻克了移动智能网在中国大规模应用过程中的一个个技术难题。功夫不负有心人，我们的CMIN02系统凭借过硬的技术和出色的性能在中国移动组织的产品框架选型中取得了综合排名第一的成绩，并实现了在现网的大规模商用。2000年我们帮助中国移动推出了“神州行”预付费业务。正是凭借这个业务，中国移动的用户数开始爆发性增长，神州行用户数最高占到了中国移动总用户数的70%以上，因此神州行绝对是那个时代的“杀手业务”。后续我们还开发出了面向集团用户的移动虚拟专用网（VPMN）业务，用户数達到5.5亿。到2004年，我们和华为联手占据了中国移动智能网的全部市场份额（华为占2/3，我们占1/3），将爱立信、诺基亚等国际通信巨头的同类产品挡在了国门之外。这在当年对于刚刚起步的民族企业来说，是一个具有里程碑意义的巨大胜利。我们也因为主导了我国移动智能网的体系结构和技术体制，解决了流量控制、充值加密、容错容灾、跨境漫游等一系列关键技术难题，获得了国家科技进步奖二等奖。此后，我们又提出了4G VoLTE业务网络的持续演进方案，被中国移动接受，在现网大规模应用。时至今日，我国已经建成了全球规模最大、技术最先进、业务最丰富的移动智能网系统，为十余亿用户提供服务。

移动智能网理论与关键技术的突破和大规模应用让我们迈出了“顶天立地”的第一步，此后我们继续在业务网络方向深耕。从2005年到2009年，针对传统竖井型业务系统结构封闭、可重用性差、兼容性差、升级及维护困难等缺点，我们基于业务网络理论提出了业务网络智能化的技术体制，通过能力抽象化、结构层次化、系统通用化、管理统一化的思想，对业务系统进行改造升级，实现业务开发更快捷、实现更廉价、运维更简单、演进更平滑的目标。我们提出了业务网络智能化的概念模型、体系结构和能力框架，设计出了基于通用消息总线的通用业务系统架构USSA，并在此基础上快速设计实现了彩铃业务平台、语音增值业务平台、综合数据业务平台等多种业务系统并在现网大规模应用，尤其是帮助中国移动在国内率先提供了彩铃这个“杀手业务”。围绕彩铃形成了无线音乐的巨大市场，直接推动了中国音乐产业的繁荣。实际上，可以说彩铃一个业务就拯救了当时在互联网盗版冲击下处于生死边缘的整个音乐发行行业。这是通过技术和业务创新推动跨行业资源聚合，实现跨越式发展的典型案例。2009年，我们因为在业务网络智能化方面的创新贡献再次获得了国家科技进步奖二等奖。到今天为止，彩铃已经发展为包含音频彩铃和4G/5G高清视频彩铃在内的融合音视频彩铃业务。在音视频彩铃市场上，我们在中国移动排名第二（华为占53%，我们占47%），在中国联通排名第一（我们占80%，中兴占20%）。能够凭借自主研发的核心技术和产品与华为、中兴这样的世界一流高科技企业并肩战斗，共同为中国用户提供优质服务，我们深感自豪与荣幸！

2010年以来，大数据和AI逐渐成为了热点技术。我带领团队在这些领域开展深入研究，提出了大数据精细化运营系统架构VASLOSA，解决了高维数据检索、海量流数据相关性分析、本体语义识别、异构数据采集存储等大数据挖掘和支撑的关键问题，率先实现了精细化运营系统，承建了中国移动咪咕音乐、咪咕数媒和咪咕动漫的全国商业智能（BI）等一系列大数据项目，并将大数据、AI应用于物联网领域，使大数据和AI在我国信息通信领域发挥出巨大的效能。ITU秘书长赵厚麟先生评价我们的工作“无论技术水平，应用创新，还是系统规模，在全球电信行业都处于领先地位”。我们的这一成果获得了2014年中国通信学会科学技术奖一等奖。

在信息通信安全领域，我们与中国移动深入合作，协助中国移动建成了覆盖电信网、跨越互联网的通讯信息反欺诈系统，于2016年在全国31个省大规模应用。对诈骗电话、短彩信等进行了迅速精准的打击，有效切断了诈骗链条，遏制了通讯信息诈骗高发的势头。在全国仅通过诈骗电话拦截一项措施就避免了216亿元的经济损失，社会效益巨大。为此我们获得了教育部、通信学会等颁发的一系列科技奖项。

此外，我们积极承担社会责任、参与公益事业。我们在四川眉山捐建了“建新小学”，在历次赈灾慈善活动中累计捐款捐物超过一千万元。新冠疫情期间，我们全力以赴支持国家的抗疫救灾工作，我们支撑的云视讯、音视频彩铃、彩印等业务在疫情防控方面发挥出重要作用。

未来我们将秉承“顶天立地”的理念继续努力，不断将科研成果应用在祖国的大地上。

智能开放建网络

本刊记者：我国的电信网络历经多年的高速发展，已经成为了重要的国家信息通信基础设施，拥有强大的能力。尤其近年来，4G在我国迅速普及，而5G作为国家“新基建”的重要方向，正在快速发展中。请您谈谈如何更好地发挥出电信网络的强大能力，服务用户，赋能各行各业。在这方面您做了哪些工作？

廖建新教授：我国的电信网络经过多年发展，已经形成了包含移动通信网和固定通信网，跨越2G到5G的复杂异构网络。这个网络蕴含着巨大的能力，需要通过电信业务体系来提供业务应用，服务用户，赋能各行各业。然而传统电信业务体系由独立封闭的竖井型业务孤岛构成，由于没有解耦，因此无论通过综合业务网关还是能力开放平台，都只能开放有限的粗粒度能力，难以满足各行各业不同场景对能力的需求，同时海量的系统资源也无法得到充分共享。随着4G、5G的来临，开放能力、共享资源、实现电信网络价值的最大化，这已成为整个电信行业必须完成的任务，需要建立智能开放的新一代电信业务体系，在确保现网业务稳定运行的前提下实现网络及业务系统能力的全面智能开放和资源的充分共享，创建多方共赢的数字生态。

针对这个课题，我们联合中国移动、华为等伙伴，经过多年的联合科研攻关，提出一种基于业务系统全面解耦的智能开放的电信业务体系IOTSA，首创了多级、多粒度的能力开放架构，支持对复杂异构网络的能力收敛、抽象、封装、编排组合和统一开放。通过对业务系统进行大规模解耦，我们将完整、丰富、超细粒度的能力从原本封闭的业务系统中挖掘出来，并采用基于RESTful的轻量级网络协议进行开放。在此之上，我们进一步提供了原子能力API和复合能力API，形成三级开放接口。每种开放接口的功能、性能和复杂度都不同，可满足运营商自有业务和第三方应用的不同层次需求。这样就兼顾了业务应用多元多变、求新求快的需求与核心网络稳定运行、少做改造的需求，开放了粒度可控的丰富能力，实现了网络和系统资源的充分共享。

电信业务体系在实际部署应用时需要满足资源高效利用、能力按需提供、开放安全可控、API调用灵活计费等重大需求，这要求电信业务体系不但要“开放”，还要“智能”。為此我们创建了支撑该体系的四大核心机制：网络资源智能调度机制基于现网实时状态实现优化的资源调度和任务分配；动态服务编排组合机制基于原子能力API提供面向多场景的自适应的复合能力API；异常行为智能监控机制精准发现对能力的违规和异常调用；能力API计费机制支持离线和在线可靠计费。

同时我们还通过技术攻关解决了业务系统解耦和业务提供方面的一系列关键技术难题，包括大规模现网业务系统解耦和平滑升级、多业务动态协调、面向云化环境的稳态呼叫保障、分布式过载控制、面向4G/5G的系统演进与信令媒体适配等，确保了智能开放的电信业务体系的大规模部署应用。

随着4G VoLTE的普及，我们在中国移动网络上建成了全球首个面向复杂异构网络环境的智能开放的电信业务体系，提供大量超细粒度能力、396個原子能力以及灵活的复合能力，实现了资源的优化利用和共享，满足了各行各业多样化场景的需求，同时保证了原有业务不受影响。我们遵循解耦和开放原则率先提供了一系列创新业务：融合音视频彩铃业务已有3.2亿用户，其中4G/5G高清视频彩铃业务用户数已超过1亿，成为全球首个大规模商用的5G业务；高频骚扰电话防护业务基于大数据和AI精准拦截各种骚扰电话，成为最受欢迎的公益服务，得到工信部的高度评价，目前正在全国大力推广；我们还在全国独家提供了彩印、和多号/中间号等创新业务，并支撑了VPMN、统一Centrex等大量已有业务，确保了现网数亿用户的业务体验。在对外开放赋能方面，支撑了阿里巴巴、腾讯、滴滴、美团、58同城、海康威视等7000余家第三方行业企业的应用，促进了各行业信息化、数字化、智能化的转型升级，帮助其获得了数百亿的经济效益。同时我们实现了成果的标准化，在ITU-T和3GPP形成了智能开放电信业务体系的首批系列国际标准，与4G和5G的能力开放机制在标准层面实现了深度融合。

面向6G积底蕴

本刊记者：当前5G的发展已经如火如荼，6G的研究则方兴未艾。作为国内最早开展6G研究的专家之一，请您谈谈与5G相比，6G有哪些特点？

廖建新教授：如果说5G的特点是万物互联，那么6G的特点就是万物深度智联。6G和5G之间有巨大的差异，在此我主要讲两点。首先从业务场景上来看，5G三大应用场景是大带宽、海量连接和超低时延，分别采用不同的技术，目前的标准化程度不一。这三个技术之间不能兼容，这意味着三大场景需求不能同时满足。但是未来会产生同时要求大带宽、海量连接和超低时延的场景，这是5G技术不能支持的，需要采用6G新技术。

其次，从智能水平上来看，5G主要在网络优化、智能运维、数据分析等局部领域使用了人工智能，6G则将全面采用人工智能，以应对更加复杂多变的业务需求。6G阶段服务的边界将从物理世界延拓至虚拟世界，由场景驱动进行演进，支持个性化、沉浸式全场景服务。在这种情况下，有必要打破接入方式、管理区域、通信层次间的壁垒，以系统全局观来看待移动通信网络，设计可持续演进的网络管控体系。应从业务网络的视角梳理网络管控相关多个领域的需求与关联，将全场景业务、全域覆盖以及按需服务的规律、机理、策略凝炼为知识，建立“感知-决策-验证-适配”的知识定义资源调配机制。所以，6G的网络智能将是原生智能，打通网络控制、网络管理与网络运维，融合数据、算法与知识，理解用户意图，将意图转化为全网设备的自动化配置。我们构想由业务网络自顶向下，通过多层次的需求与资源映射，在物理网络之上建立强大的神经网络用于网络管控。通过有机融合区块链与对抗样本等技术，实现网络的内生安全。6G要实现原生智能和内生安全，还有很多领域是深水区，有些领域仍然是无人区，有待我们进一步深入探索。

本刊记者：您刚刚提到在6G探索中尚有不少困难与未知，您的团队在这些方面已经做了哪些积累？

廖建新教授：我们在未来6G的网络管控方向已经进行了预研，取得了一些关键技术成果，可应用于网络资源管控、环境感知、路由优化、高清媒体传输、故障诊断等多种场景：

我们研发了支持多机多卡的分布式机器学习训练平台，支持全网节点以容器方式提供算力，支持深度学习模型自主优化、按需压缩与分解等功能，可有效减少模型训练周期，加速人工智能应用落地，并为通信与网络设施赋予先进的学习能力，实现网络的原生智能。

我们建立了复杂场景下故障定位的技术框架，支持对网络异常模式的挖掘和分析；研究海量多源、多模态、多维度的异常指标关联，通过状态预测、异常检测、根因分析等技术，及时快速预测和定位各层网络设备与软件的异常，为网络自愈提供支持。

我们研发出了基于AI强化学习的高清媒体直播/VR业务，连续获得了2018、2019年的全球智能网络传输竞赛总冠军；我们还建立了手势识别和草图检索的特色研究方向，在ICCV Hands2019全球姿态估计挑战赛中取得了第一名。

上述成果已发表20余篇顶级期刊和会议论文，部分成果在现网得到了应用和验证。这些成果为我们在6G网络开展智能管控奠定了良好的基础。

未来我们将与中国移动、华为等众多合作伙伴开展联合攻关，从网络体系架构设计层面研究综合解决网络按需服务的关键科学技术问题，形成6G网络管控标准体系，建立网络“按需服务”新产业格局，促进6G新业务涌现，通过网络孪生创造数字资产共享新经济，通过加快推进智能化社会，实现传统产业全面创新与升级，为我国实现“网络强国”和“智能社会”提供强大的基础支撑。

专家简介

廖建新，北京邮电大学网络智能研究中心主任，教授，博士生导师，“长江学者”特聘教授，国家杰出青年基金获得者，教育部“创新团队”带头人，东信北邮信息技术有限公司创始人。主持国家原“973”计划课题、自然科学基金重大课题等国家级、部级科研项目20余项；作为第一完成人获国家科技进步奖二等奖2项，部级和学会级科技一等奖4项，信息产业重大技术发明1项；入选新世纪百千万人才工程国家级人选，被评选为全国优秀博士后，获第九届中国青年科技奖，团队入选国家自然科学基金委“创新研究群体”。业务网络的开拓者，长期专注于移动智能网、业务网络智能化、能力开放、网络管控方向的理论研究、关键技术研发与产业化。