互联网发展依赖“未来网络”的技术突破应提早应对美日抢先部署的基础专利
2014-11-17 09:22阅读：
本文笔者王雷发表在2014年10月《通信产业报》
目前全球的互联网用户已经超过25亿，互联网的流量不断急剧增加。预计2015年全球互联网流量将达到966EB（1EB=109GB），全球将会有近30亿互联网用户，网络互联设备的数量将会超过150亿台。
互联网的迅猛发展，增加的用户数量和网络流量增加的速度已远远超过摩尔定律与路由器性能提升的速度。现有互联网的发展速度已难以适应全球网络规模的急剧扩张。为适应未来发展需求，新一代互联网的发展需要在：可扩展性、安全性、可管可控性与服务质量保障、移动性、绿色节能等五大问题上实现根本性突破。从2005年开始，国外学术界提出了“从头再来（Clean
Slate）”的设计思想，在不受现有互联网约束的基础上探讨新的网络体系结构，并将其定义为“未来互联网”（Future
Internet）或“未来网络”(Future Network)。
2005年，美国国家科学基金（NSF）启动了FIND（未来互联网设计）计划，专注于未来网络体系结构及关键技术的研究；从2007年开始，欧盟在第七框架（FP7）计划中资助了超过150项关于未来网络研究领域的项目；2006年开始由日本国家信息通信技术研究院（NICT）牵头实施AKARI计划是日本最主要的未来网络研究计划。
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（一）全球未来网络技术处于起步阶段，OpenFlow成为主流，美日正加紧基础专利部署
全球未来网络相关专利申请总量800余件，最早的专利申请出现在1992年，1992～1999年间年度申请量极低，发明内容是基于当时的技术基础，对下一代网络或后IP的探索性改进，2000年开始申请数量逐步增长，2010年达到顶峰，年度申请量为240余项，其中2008～2010年申请量大幅增加。根据全球申请总量以及年度发展趋势可以看出，未来网络技术领域的专利布局尚处于部署专利的起步阶段。
目前，未来网络已经形成四大主流技术，相关技术的专利申请情况为软件定义网络（SDN）65件、信息中心网络34件、服务中心网络139件和云网络368件，其中SDN架构逐渐成为主流，其在《InfoWorld》评出的影响未来十年的10项技术中排名第二，而软件定义网络起源于OpenFlow。
OpenFlow是将路由器和交换机的控制平面和转发层面进行分离；即将原来由路由器或交换机控制的数据包转发过程，转化为由OpenFlow交换机和控制服务器分别完成。在OpenFlow网络中，由控制服务器决定所有数据包在网络中的传输路径。互联网的流量将根据控制服务器预设的最佳传输路径进行转发。OpenFlow使得网络设备从“软硬件一体化”向“软件和硬件分离”状态演变，从而大大提高了网络的利用率。OpenFlow实际上是SDN用于控制网络的接口协议，但OpenFlow某种程度上已经成为了SDN的代名词。
最早有关OpenFlow的专利申请出现在2007年。2007年2月1日Nick
McKeown教授向美国专利局提交了首个OpenFlow相关专利申请，为美国临时申请（Provisional
application
No.60/887744），申请说明书为McKeown教授及其研究小组的论文:Ethane:Taking
Control of the
Enterprise。2008年1月8日，McKeown教授基于上述临时申请No.60/887744向美国专利局提交了正式申请US20080970976A，2008年1月30日提交了PCT国际申请WO2008US52475。US20080970976A公开了OpenFlow的基础网络架构和基本工作原理，随后有关OpenFlow的各项专利申请虽然涉及网络管控、资源分配、路由策略等诸多方面，但都是在这样的网络架构和工作原理基础上展开的。
同样是OpenFlow初始研发团队的成员于2007年9月26日和2008年1月14日分别向美国专利局提交了美国临时申请（Provisional
application
No.60/995435，No.61/010985），其中，No.61/010985的临时申请的说明书为McKeown教授及其研究小组的论文:NOX:Towards
an Operating System for
Networks。2008年9月26日，McKeown教授研究组成员基于上述临时申请向美国专利局提交了正式申请US20080286098A，同日通过PCT申请的方式向中国、加拿大、欧洲、日本、澳大利亚和印度提出专利申请。同年，Nick
McKeown教授在Sigcomm会议上展示了基于OpenFlow网络的演示试验，并随后在美国GENI项目中进行了校园网和骨干网规模的试验性部署。继US20080970976A之后的专利申请仍是美国申请人占主体，技术内容从基础专利申请的基础上发展为两个主流技术分支：路由和虚拟化技术。
随着OpenFlow技术的推广和相应研究项目的推进，若干日本大型通信与互联网企业也积极投入到该领域的研究中，并取得了令人瞩目的研究成果。2009年下半年，日本电器株式会社做为OpenFlow的主要申请人浮出水面，其研究内容涉及OpenFlow的各个方面，尤其在08-09年间主流技术分支路由和虚拟化技术领域都拥有重点专利申请。从其专利申请上可以看出日本电器株式会社在OpenFlow领域投入了大量的研发力量，收获了众多研发成果，这些研发成果支持它在全球主要国家和地区开展全面的OpenFlow相关技术的专利布局，其绝大部分专利申请具有三件以上不同国家/地区的同族申请，且大多数申请都有中国同族。随后，日本NEC公司对OpenFlow的相关硬件进行了跟进性的研发，推出了两款业内最为成熟的OpenFlow交换机。
2010年后，路由和虚拟化这两大技术领域逐步融合，产生出使用虚拟化技术来解决路由策略的一系列专利申请，此时，加拿大和欧洲大型通讯企业也加入到OpenFlow的研发行列中，并在这一领域取得一定的技术成果。
2011年3月，德国电信、Google、Facebook、微软、Verizon和Yahoo六家企业联合成立了ONF（Open
Networking
Foundation）组织，旨在通过标准化的方式推动以OpenFlow为代表的SDN技术发展。目前，OpenFlow阵营迅速聚集了一批网络领域的巨头企业，如NEC、思科、博科、Ciena、极进网络、Juniper、惠普、华为以及IBM等以及电信运营商NTTDoCoMo、Verizon等。不可否认，OpenFlow已经得到了绝大部分厂商的认可。
（二）我国未来网络技术有一定的专利申请，但企业专利申请数量少，面临严峻挑战
截至2012年8月31日，在华未来网络相关专利申请总量302项，最早的专利申请出现在1998年，是由国外申请人来华申请的，国内申请人提交相关申请最早出现在2001年，2005年前国内外申请人的申请量交错上升，2005年后国内申请人的申请量超越国外申请人，且优势逐年拉大，申请量与2011年达到顶峰，年度申请量59项。国外申请人来华申请高峰出现在2010年，年度申请量23项。在华总申请量高峰同样出现在2010年，年度申请量75项。其中，国内申请人专利申请情况为软件定义网络（SDN）13件、信息中心网络6件、服务中心网络56件、云网络163件。
与国外相比，我国在Openflow相关技术上处于明显弱势，仅有少量专利申请。目前，华为、中兴、中山大学和北京邮电大学分别拥有4件、2件、2件和1件专利申请，且都是中国申请，申请的技术内容并非OpenFlow的技术基础，而是一些边缘技术的改进，且目前尚未在其它国家和地区进行专利布局。而软件定义网络诞生于美国大学实验室，OpenFlow技术的开创者申请了若干相关基础专利，NEC公司非常重视OpenFlow技术的研究工作，并且注重相关专利布局，拥有45件相关专利申请，可以预料，NEC公司部署的OpenFlow硬件技术专利，在今后将成为其在基于Openflow技术的网络设备市场竞争中重塑产业格局的重要竞争武器。我国华为、中兴等龙头企业在现有网络设备市场竞争格局中的优势地位将面临严峻挑战。
通过对未来网络相关专利申请的分析可知：软件定义网络存在两大基础专利，日本电器株式会社申请了一系列相关专利，全球总申请量依然较少，在交换机、控制器、路由、网络拓扑，尤其在网络管控方面的专利申请量较少，存在一定的技术空白，各国专利布局尚未成熟，加之专利分析得出的专利技术分布情况、技术空白点以及预期技术路线，我国企业和研究机构能够有的放矢的开展下一步研究工作，取得更多的技术成果。
