近数十年来,科技的进展一日千里,信息工业的兴起则为此进展的重要推手之一。而近三十年来所产生的信息量,比五千年前所产生的量还多。在最近五年里,人类可取得的信息更是呈现出每年倍增,以及持续成长的状态。
信息科技涵盖了信息的产生、处理、传输和储存,而网络则是信息传输的主要工具。网络链接世界上的计算机及类似功能的设备工具,它排除时空的障碍,促成跨地区的通信及合作,缩减生产或研发的程序,并激发创新的局面。
国家高速网络与计算中心的计划
美国为因应数据增加的趋势,并提升自身的竞争优势,不惜每年投入大量资金,以加强其前瞻信息科技的研发。目前美国正在执行的计划之一为「兆级格网实验平台」,此计划是将美国东、西两岸的多所高速计算机中心,透过40 Gbps的高带宽网络相互连接起来,以藉此提升分散十二处尖端研究群的合作功能,并加强与世界各国学术研究网络的合作与结盟,使兆级格网的研究计划得以有效地执行。
有鉴于此,国家高速网络与计算中心(简称国网中心)于2002年向经建会提呈「全球学术研究网络–亚太中枢计划」,经审核通过后,于2004年元月开始执行。其中「台湾高质量学术研究网络(TaiWan Advanced Research and Education Network,TWAREN)」为「亚太中枢计划」二个子计划之一。
TWAREN的主轴与计划
TWAREN为「挑战2008六年国家重点发展计划」的新兴计划之一,其目标是为国家打造扎实的重要信息基础设施,并支撑「六年国发」的四大主轴:
- ●E世代人才培育:营造国际化生活环境,并建立E世代的终身学习。
- ●数字台湾:达到600万户宽带到家、e化生活和e化政府的目标。
- ●产业高值化:推动重点产业,以及开发建设产业园区。
- ●国际创新研发基地:吸引国际研发人才、成立各种创新研发中心,以及推动重点产业科技研究。
TWAREN以计划管理的方式有系统、有规律地管控整体计划的执行状况。整个计划细分为多个子计划,子计划同时进行。彼此配合,相互支持。各子计划需拟定其各自的工作项目、工作内容及范围、工作产出及成果、所需资源及成本分析、工作时程、风险分析。各子计划定期举行进度报告会议,对时程及成本做严谨考核。
TWAREN的网络架构
TWAREN为一全方位网络,采用的是IP – over – Optical传输方式,并具有双线路的架构,如图一。整体网络有三层:
骨干层:
在这一层设有四个节点,每个节点以近乎Full – Mesh的形式相连,在节点与节点之间则以20 Gbps的带宽互连。四个骨干节点目前位于台北科技大楼,以及国网中心于竹科、中科与南科的办公大楼里。
区网层:
在这一层设有11个区网中心,区网中心除了以20 Gbps的带宽与骨干节点链接外,并有一条纯光纤网络连置骨干节点。目前区网中心位于10所国立大学及中研院的电算中心内。
终端层:
此为联机单位的内部局域网络(LAN)。联机单位会视其需要,以不同的带宽速度连到区网中心。
双网络架构
双网络的架构组成两种不同的网络,一为工作网络(Production Network),其线路及所用设备如图二所示;工作网络做为一般用途,主要的功能为传送大量数据、开视频会议,以及网络教学等。另一为研究网络(Research Network),其线路及所用设备如(图三)所示;研究网络为光网络,故其设备较复杂,主要的功能为研发网络先进技术,及作为网络相关产品的大型测试平台。
除了上述国内联机外,TWAREN亦与美加先进网络相连,其中一条STM-16(2.5 Gbps)连到美国西雅图,另一条STM-4(655 Mbps)则连到芝加哥。在加拿大学研网CANARIE的赞助下,CANARIE协助提供一条1Gbps的光通路(Lightpath),并将西雅图的TWAREN连至芝加哥,此光通路被命名为TaiwanLight。
国网中心的运作方式
为使国网中心的运作更为实质化,其南科办公大楼将建立TWAREN网络维运中心(Network Operation Center,NOC),以求维持TWAREN长期在高稳定和高可用率状态的任务。NOC配置适量人力,以每日24小时全年无休的方式运作,其水电、空调、消防设施,以及安全机制都以需要以高标准来要求,而网管及监控系统则实时掌握整个网络的状况。
网管系统收集且保存网络数据以供学者研究,网络数据公开公布于网站上,以供用户参阅。网管系统具有备援及故障自动切换机制。此外,诸如管理规范、通报机制、紧急处理机制亦为维运重要的一课。
为使TWAREN发挥出更高的效益,TWAREN布建了多种服务应用系统,如VPN、MPLS、QoS、IPv6、Multicast、VoIP、网络安全,以及多媒体等。TWAREN团队与国内数所大专院校合作,其以半年时间来对整个网络,及所布建的应用系统做更透彻详尽的测试,并确定其正确性与完整性。
国网中心的推广与合作
网络的用途,除了传送文件及电子信件的一般性使用外,尚可布建一些具有高效益的应用系统,以及做为研发用的实验测试平台。国网中心为使TWAREN能发挥其最大功用,规划于全国各区做经常性的说明会,同时也建立汉英文网站,公告适当的数据及信息,以方便用户查询参阅。
国网中心亦以TWAREN为基础,与国内不同领域的专家学者建立多个格网。格网为一前瞻性的分布式系统技术,以高带宽网络链接来分散各处的机构,并相互分享资源。国网中心与国内多个不同领域的研究单位建立的格网有:气喘格网、慢性疾病医疗格网、SARS格网、生态观测格网、防洪减灾格网,及超级视讯格网等。
国网中心为配合其他国发计划,建置出奈米、系统芯片和生物科技等知识库与格网。这些新格网的建立,将会更有系统、有效率及整体性处理数据的收集、传送、储存与整理。国网中心亦将协助国内重要医院及地震研究等单位,将其分散各地的分院、分校或机构联机到TWAREN,使其能做在线诊断、共同研究(Collaboration Research),以及数据分享。
在国际合作方面,国网中心结合国内学者积极参与国际活动与组织,寻求国际研发合作的机会。国网中心历经二个月的联系,于2004年3月,与加拿大及爱尔兰联机,于三洲三国(台湾2点、加拿大2点、爱尔兰1点)做视频会议。此联机使用加拿大CANARIE与思科合作新创的User Controlled Lightpath(UCLP)先进技术,将三洲三国的网络做为光网络第一层(Layer 1)的直接介接(Direct Peering),这也是世界第一次横跨亚、美、欧三洲做Direct Peering。
另一项计划是国网中心与国内电视节目业者及大专院校合作,将其节目或eLearning教材,经由网络播放到瑞典。这项合作计划亦能延伸为国内学者与瑞典和欧美的其他研究机构,共同拟定Video Streaming的研究题材。
世界研网的比较
网络是国家发展的重要基础设施之一,也是国家竞争力评比指针。将我国的网络与世界先进网络比较,可做为自我评估的依据。由表一中所列出的带宽、所用技术、联机数量及投资全额可以得知,TWAREN虽可列居网络主流行列里,但在技术上仍须努力跟进。
研网名称 |
联机单位 |
对外联机 |
骨干带宽 |
投资金额(USD) |
美国Abilene |
222余个大学、研究单位、15
州际教育网络 |
加、欧、APAN、新、台、韩、澳、泰、中南美、俄
10 G to STARLight & Eu |
10 G DWDM |
|
加拿大CA*net4 |
120余所大学、30个研究单位 |
10 G to STARLight & Europe |
20 G DWDM |
84.4 M |
泛欧聚合网 GEANT |
欧洲32个国家,三千多个研究单位 |
北美、日韩、南美
10 G to STARLight |
10 G DWDM
(建置中) |
|
亚太研网 APAN/TransPAC |
亚太地区(日、韩、星、澳、马、中、台、港、泰、菲等 |
2.5 G to Europe
2.5 G to STARLight |
无骨干
筹建中 |
|
英国UKLight |
700单位,含所有的大学、高等学术单位、及研究机构 |
美国、加拿大、欧洲、日本、中国
10 G to STARLight |
2.5G |
11.1 M |
荷兰SURFnet5 |
200余个单位,含大学、研究机构 |
2.5 G连GEANT; 全球TeraGrid,GTRN
在欧洲据点
10 G to STARLight |
20G DWDM |
21.9 M |
台湾
TANet2 |
60个高等学府及研究机构 |
(92年底) 2.5G to STTL; 1.6
G to STARLight |
20 G |
|
台湾TWAREN |
建置完后将取代TANet2 并巨幅扩充现有联机单位,承袭现有国际带宽 |
20 G |
六年间 50 M |
日本学术网络
SuperSinet |
3个研究中心及11单位 |
美(2.5 G)、英(2.5G) |
10 G |
1.2 billion |
日本 JGN |
全国54点、5个实验室及2个研究中心 |
经 APAN 连美国(2.5G) |
2.5 G |
五年间
477.5 M |
澳洲 Grangenet |
24所大学及研究单位 |
美(622 x2)、日、纽西兰 |
10 G
DWDM |
三年 8.9 M |
澳洲
AARNet |
38所大学 |
亚太地区
10 G to STTL & LA |
10 G |
42.5 M |
韩国 KOREN |
16所大学、7所研究中心及4个公司 |
美(155 M)、日(1 G)、 欧(34 M) |
2.5 G |
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TWAREN的效益
TWAREN建置所需的线路,由国内两家电信及固网业者承包;而所需设备的布建及网管服务,则由国内网络服务厂商提供。TWAREN采用光网络与纯光纤技术,并付予严格的需求,这都是国内网络建置首例。
TWAREN网络本身与所布建的各项先进的网络服务应用系统,提供给学研界一个先进网络相关技术的研究平台,也提供其他研究领域一个高带宽的工具。此外,TWAREN亦可做为网络业者测试新开发先进网络组件、设备或系统的大型测试平台。
至于格网的建立,不但可以扩大研发的领域与范围,也能产生实质的效益,例如气喘格网的使用可减少重症急诊率8.5%、增加自我照护率31%、减少医疗成本,以及提高病患生活质量和治愈率。这也是格网跨领域(包含医、药、网络、信息)的典范。
TWAREN未来的规划
TWAREN以达成既定目标为原则,目前先进网络布建的趋势为Lambda网络及DWDM。TWAREN团队将以此为下次更新的目标,并着手规划所需成本、可能遇到的困难、执行的程序与时程,以及研习相关技能和新的应用服务。
在维运层面,除继续加强网管系统的功能,以及拟定所需的规范与机制外,未来工作重点会放在研究功能指针及其展示的实质意义、流量的数据收集与分析,及服务应用系统的使用状况分析等。
在国际合作方面,TWAREN团队仍将投入适当的人力参与国际组织与活动,与国外网络专家经常保持联系,以寻求研发题材及及研发合作机会,使台湾在网络技术上的研发地位能汇入世界的主流地位。
结语
网络的应用与功能日与增多,其需要性也愈来愈重要,在有限的资源下,建置一个高稳定和高质量的网络是一大挑战。国网中心结合国内专家学者共同合作规划、设计与监督TWAREN的建置,并也将承建厂商视为伙伴来共同执行建置的工程。而TWAREN在今后也会本着团队合作的精神,与大专院校的电算中心共同合作来管理TWAREN的运作,以期能达到高可用率和高稳定性的指针。
<作者为国家高速网络与计算中心副主任>