DT时代面向数据服务的新型基础设施架构

黄更生，黄宇红，郭漫雪，郑健平，葛欣

（中国移动通信有限公司研究院，北京 100053）

0 引言

1864年麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，1887年赫兹用实验证实电磁波的存在，1896年马可尼在英国进行了14.4 km的无线通信试验，从此世界进入了无线通信时代。现代移动通信则是从20世纪70年代开始，历经了1G到5G[1-2]的演进，未来6G[3]的发展在产业界也引起了广泛的关注与讨论。随着数字化服务和数据技术（2ata technology，DT）的发展，数据已成为生产要素并发挥着越来越重要的作用，DT时代正在到来。通信运营商需要与时俱进，构建面向数据服务的基础设施。

1 建设DT新型基础设施的必要性

1.1 建设DT新型基础设施是运营商做好数据经营的必要条件

任何一代通信技术和网络的诞生都对应着相关主体业务，而主体业务的发展也促进了网络的演进。运营商网络经历了从1G到5G的演进，在1G和2G基于通信技术（communication technology，CT）构建基础设施，以语音和短消息为代表的通信业务获得蓬勃发展，3G和4G引入了信息技术（IT），实现了信息与通信技术（information an2 communications technology，ICT）融合，成就了移动互联网业务的辉煌。5G进一步深化了CT和IT的融合，构建了万物互联的基础设施。网络与业务的演进示意图如图1所示，可以发现，网络的升级与业务演进的紧密相关性如下。

图1 网络与业务的演进示意图

• CT时代：为了解决“人与人的沟通”的业务需求，建设基础设施1G、2G移动通信网络，使得人与人之间的沟通可以随时随地进行。这个阶段的网络被称为CT网络，主体业务为“通信服务”。

• IT时代：为了应对互联网业务向移动互联网转变的大趋势、解决场景化的“信息传递”需求，建设了基础设施3G、4G、5G移动通信网络。这个阶段的网络被称为IT+CT=ICT网络，主体业务为“信息服务”。

在未来市场竞争中，数据将成为通信运营商最核心的资产之一，运营商从语音、短消息经营到流量经营将逐步升级为数据经营，“数据共享服务”将成为运营商的基础业务之一，其网络基础设施也应该从ICT网络升级为“数据信息通信技术（2ata information communication technology，DICT）”网络。

事实上，正是ICT网络基础设施的建设、普及及其先进性使我国在IT时代走在了世界的前列。IT产业的高速发展带来了数据爆炸式的增长，可以预见在人工智能技术的加持下，数据将赋能各行各业，一个以数据技术和数据服务为中心的DT时代正在到来，数据驱动的数字社会和经济正在形成[4]。

1.2 建设DT新型基础设施是提升国家在DT领域竞争力的需要

DT时代的到来将对民生、国防、科技持续的发展、国家治理以及国与国之间的竞争带来极其重大而深远的影响。早在2017年12月，习近平总书记就强调“要构建以数据为关键要素的数字经济”；2019年11月，十九届四中全会首次明确数据是生产要素，提出“数据等生产要素由市场评价贡献、按贡献决定报酬的机制”，在其后的一系列国家文件中明确要求加快培育发展数据要素市场，以深化数据要素市场化配置改革为核心，优化数据中心建设布局，推动算力、算法、数据、应用资源集约化和服务化创新[5]，并提出2035年远景目标纲要[6]，“充分发挥海量数据和丰富应用场景优势，促进数字技术与实体经济深度融合，赋能传统产业转型升级，催生新产业新业态新模式，不断做强做优做大我国数字经济”。同时，国家密集地出台一系列相关法律法规，如《网络安全法》《数据安全法》《个人信息保护法》等。

近年来，欧美等国家和地区也对大数据的未来发展极为重视，开始战略产业布局。2018年5月25日欧盟颁布《通用数据保护条例》（GDPR）[7]，2022年又通过了《数据治理法案》[8]。2020年1月1日，美国的《加利福尼亚州消费者隐私法案》（CCPA）正式生效。两者都是通过立法寻求数据权利保护和数据自由流通间的平衡，在实现模式上，欧盟强调“数据基本权利”，而美国强调“数据自由流通”和“数字经济的发展”。在欧美只有少数大型国际企业积累和拥有了海量的跨国、跨行业的数据，而中小初创企业很难享受到数据的红利，直接影响企业的竞争力并导致市场力量失衡。数据共享和流通是获取、开发应用数据的有效方式。通过立法聚焦数据共享，解决数据流动性不足的问题，促进数据应用市场的形成，以期在DT时代的竞争中抢得先机。

立法可为数据服务保驾护航，但是要形成一个便捷、高效、开放、安全的数据服务生态就离不开新型基础设施的支撑。国家间在未来发展竞争中要保持强有力的竞争力，就必须抓紧建设DT时代的基础设施。

目前，我国数据交易平台数量超过20个。从整体上看，我国的大数据交易仍处于起步阶段[9-10]，存在以下问题[11-12]。

（1）数据交易主要以单纯的原始数据“粗加工”交易为主。数据的深加工及相关的衍生产品挖掘与交易尚未规模化地展开。

（2）数据的流通性严重不足，开放进程缓慢。数据“孤岛”现象依然普遍存在，难以满足社会对数据利用日益增长的有效需求。

（3）数据处理交易的隐私计算、AI等相关技术仍处在快速发展阶段，各技术提供方的技术方案、流程不尽相同[13-14]。而在数据节点上又无相对统一、能兼容不同技术方案的数据处理平台，从而制约了数据处理交易技术良性竞争的发展。

（4）数据处理交易过程缺乏全国统一的业务与技术规范体系，难以有效确定各方的数据价值。

构建完善的数据服务生态，不仅要在法律法规方面不断完善，还需要新型基础设施的支撑。针对上述提到的数据流通、共享和交易等环节面临的主要问题，本文提出一个新型网络基础设施——“数据共享服务网络（2ata sharing service network，DSSN）”，并探讨其设计原则、网络架构和组网等关键问题，分析其与移动通信系统的关系。

2 DSSN架构

2.1 DSSN服务框架

DSSN的服务框架如图2所示。DSSN为监管方、数据提供方、数据应用方、技术支持方提供数据连接、流通、交易、监管等服务；提供数据节点的接入、数据节点间的互联；提供安全可信的通道和执行环境；提供数据隐私保护、隐私计算相关的技术能力；为数据交易各方提供合约签署、存证、计费等服务；为监管方提供合规审核、监督等通道。

图2 DSSN的服务框架

2.2 DSSN设计原则

在“数据可用不可见”的前提下，DSSN需要遵守以下3个原则。

（1）合规、安全

DSSN需要支持国家有关数据作为生产要素的相关法律法规，根据监管部门要求，开放监管接口、支持数据监管；同时考虑到数据的隐私性、敏感性以及易复制性，DSSN应具备高安全性，为业务服务流程和数据安全提供完善的安全技术保障，并符合国家的相关法律法规。例如，需要提供网络接入方身份的认证，提供网络通信安全、数据的隐私保护以及数据应用范围的保护等。

（2）公平、开放

DSSN应是一个开放的平台、开放的网络、开放的生态。为数据共享的参与方提供公平的商业环境，为相关技术发展竞争提供公平的竞争平台。打破个别大型企业的数据垄断，为中小型企业提供公平的发展机会。

（3）连接、服务

通过DSSN可连接云、数据交易所、企业、个人、设备的数据节点；不同数据共享服务运营商的DSSN可以互联；不同国家的DSSN可以互联。通过DSSN调度，各数据节点的算力[15]可为数据共享业务提供安全可信的计算。数据应用方可以选择DSSN自有的隐私计算的各种算法能力，也可以选择外部能力。DSSN同时提供数据共享合同签署、执行、计费、结算等服务。

2.3 DSSN网络架构

为实现DSSN服务框架下的各个功能，基于上述DSSN网络设计原则，本文设计了DSSN的网络架构，DSSN网络架构如图3所示。DSSN由网络侧的业务控制层、业务能力层和端侧的数据节点构成。

图3 DSSN网络架构

（1）业务控制层

业务控制层主要承担连接功能，由4个不同类型的网关及一些功能模块构成。

• 数据网关（2ata gateway，D-GW）：负责数据节点的接入控制和连接。

• 能力网关（enabler gateway，E-GW）：负责接入运营商的自有能力和外部能力。

• 服务网关（service gateway，S-GW）：为业务监管部门、数据应用需求方提供服务访问接口。

• 互联互通网关（interconnection gateway，I-GW）：实现与其他DSSN互联互通。

• 服务管理功能模块：提供了一系列数据共享业务所需要的管理服务，包括数据服务目录、数据节点、能力选用、认证接入，合同制定、审计、存证服务、用户鉴权认证、任务执行、算力调度、计费等功能。

（2）业务能力层

业务能力层为用户提供运营商自有的隐私计算能力[16]和ICT能力，同时数据应用需求方也可以选择第三方的隐私计算、联邦学习[17]、多方安全计算[18]等能力，以及秘密分享[19]、不经意传输[20]等算法。

（3）数据节点

数据节点是DSSN的端侧，由数据共享专用服务器和数据源构成。

• 数据共享专用服务器：它通过D-GW接入DSSN，通过数据共享操作系统提供标准的数据交互接口，为数据应用提供一个统一通用的安全应用平台。

• 数据源：与数据专用服务器相连，数据源可以来自云存储的数据、政府数据、行业数据、企业数据、数据交易所数据、个人终端数据、物联网设备数据等数据。

2.4 DSSN组网

DSSN初期可以是一级架构，当规模发展后可以为二级架构，DSSN组网如图4所示。

图4 DSSN组网

• 一级节点：全网集中部署，负责跨省、区域的数据共享、流通、交易、结算，管理信息同步等。

• 二级节点：省级部署，负责省侧各类数据节点接入、省内数据流通/交易和计费，以及数据和应用的拓展。

2.5 DSSN与移动通信系统的关系

DSSN是移动通信系统新增的基础设施，是叠加在基础网络之上、面向数据共享和交易的一个服务网络。通信、社交、政务、金融等各类应用可通过DSSN获得数据服务，DSSN与移动通信系统的关系如图5所示。终端可作为数据源或者数据使用方通过各种接入网络接入DSSN。DSSN各节点之间的连接、DSSN和数据节点的连接可通过IP专网或者Internet连接。DSSN可使用移动通信系统提供的各类服务，如用户身份认证、网络切片服务、虚拟专用网（virtual private network，VPN）服务和服务质量保证等。DSSN建设完成后，运营商基础设施进一步完善，为开展数据经营奠定基础。为了更好地支撑数据经营，基础网络也将进一步演进，在数据可靠传输、数据加密保护、可信认证、服务质量保证等方面提供更优的服务。

图5 DSSN与移动通信系统的关系

3 结束语

大数据时代的到来，将对各国综合实力的发展、人类社会的演进带来深远的影响。世界各国都非常重视，一轮新的竞争正在进行，为大数据业务的发展起到了保驾护航的作用。如同CT、IT时代一样，在DT时代，有了大数据业务服务的基础设施就可以打造一个公平开放的、具有良性竞争的生态环境，助力大数据时代的繁荣，使国家制定的大数据战略的实施有抓手，政策得以落地，从而提升国家的竞争力。

展望DSSN发展的未来，DSSN会形成多张网，有运营商主导运营的大数据业务公共服务网，也会有政府主导的政府网以及行业网（如医疗、金融、交通等）多张可互联互通的网络，它将普惠各行各业。通过政府网，政府可以了解整个国家的动态运行状况，为我国的现代化国家治理提供有力的保障。同时DSSN的运行也将极大改善国民的个人生活。

信息化时代高速发展所产生的数据就如同散落在大地上的雨滴，而各大数据交易所、各地数字政府平台以及各行业、企业的IT平台、数据中心会把这些雨滴汇聚成湖泊，而DSSN则将这些湖泊进一步汇聚成浩瀚的海洋。相信在大数据时代，这浩瀚的海洋必将为人类孕育无穷的宝藏。