2018-10-19 11:16:25
3413
當今世界正處于“網(wǎng)絡(luò )信息世界與自然世界和人類(lèi)社會(huì )”深度融合的數字化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化進(jìn)程中，百年一遇，這是生產(chǎn)力又一次質(zhì)的重大跨越，像人類(lèi)歷史所經(jīng)歷過(guò)的農耕文明和工業(yè)文明一樣影響深遠、意義重大，這一進(jìn)程正深刻改變著(zhù)世界的競爭格局、安全格局、經(jīng)濟格局、社會(huì )格局、軍事格局和文化格局，由此帶來(lái)國家發(fā)展新機遇、百姓生活新空間、社會(huì )治理新領(lǐng)域、產(chǎn)業(yè)升級新動(dòng)能和國際競爭新疆域。網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)的整體發(fā)展趨勢呈現出網(wǎng)絡(luò )、架構、連接、空間、軟件、數據、帶寬、虛擬、數字、微型十大特征。
趨勢一 網(wǎng)絡(luò )特征
網(wǎng)絡(luò )是信息發(fā)送、接收、傳輸、交換的平臺，它把各個(gè)節點(diǎn)的信息流連通到一起，實(shí)現資源共享。網(wǎng)絡(luò )是本世紀的科技象征。從普通百姓看，網(wǎng)絡(luò )已逐漸成為隨時(shí)隨地的“場(chǎng)景”，像陽(yáng)光、空氣、水和電一樣，成為一種普適的“存在”，可以不改變其基本形狀向各個(gè)方向發(fā)展。從技術(shù)發(fā)展上看，網(wǎng)絡(luò )通信先后經(jīng)歷了模擬、數字、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)四個(gè)階段。其發(fā)展趨勢是3s-abc，即“3”指人-網(wǎng)-物三元千億級萬(wàn)物互聯(lián)(連接整個(gè)世界，5G全覆蓋和千兆接入)以及與各行業(yè)各技術(shù)的系統性融合，“s”指軟件定義網(wǎng)絡(luò )、網(wǎng)絡(luò )功能虛擬化與開(kāi)源(SDN/NFV/OpenSource)，“a”指網(wǎng)絡(luò )的萬(wàn)物互聯(lián)與技術(shù)融合以人工智能化方式實(shí)現，“b”是網(wǎng)絡(luò )的大數據化，“c”是指網(wǎng)絡(luò )的云化，大帶寬、廣覆蓋、高通量、微小型化、綠色節能成為基本特征，所有的服務(wù)以用戶(hù)為中心。這相當于在自然世界和人類(lèi)社會(huì )之上疊加了一個(gè)神經(jīng)層，其本質(zhì)是深度信息化，具有超乎想象的信息感知、傳輸、存儲和處理能力，與傳統行業(yè)和區域結合，將催生出巨多的可能性。由此帶來(lái)國家發(fā)展新機遇、百姓生活新空間、社會(huì )治理新領(lǐng)域、產(chǎn)業(yè)升級新動(dòng)能和國際競爭新疆域。這是人類(lèi)有史以來(lái)生產(chǎn)方式的一次重大提升和轉變。未來(lái)，如果有一天網(wǎng)絡(luò )及通信系統全部癱瘓，會(huì )引發(fā)大批人類(lèi)活動(dòng)停擺，經(jīng)濟損失慘重，那么這將會(huì )是幾年內難以忘懷的重大事故。
趨勢二 架構特征
這一特征將體現出5G網(wǎng)絡(luò )體系架構的四大轉變，即從復雜封閉體系向開(kāi)放、開(kāi)源的新型SDN/NFV云網(wǎng)一體化架構轉變，從行政管理體制及傳統組網(wǎng)思維向互聯(lián)網(wǎng)思維轉變，從被動(dòng)適應網(wǎng)絡(luò )變化向主動(dòng)快速靈活應對轉變，組成網(wǎng)絡(luò )架構各要素單元的來(lái)源從傳統買(mǎi)賣(mài)關(guān)系向建構產(chǎn)業(yè)鏈新生態(tài)系統轉變。以互聯(lián)網(wǎng)為例，其TCP/IP、無(wú)連接模式、IP層PDU格式、存儲轉發(fā)、路由機制等保持不變，完成軟件功能與硬件平臺分離并解耦;軟件功能云化并開(kāi)源;從以辦公室為中心組網(wǎng)，轉向以云DC為中心組網(wǎng);架構統一，集中管控提升效率，降低成本;由運營(yíng)商定義業(yè)務(wù)轉向由用戶(hù)定義業(yè)務(wù);從傳統供應商買(mǎi)賣(mài)關(guān)系轉向產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)系統建構。5G愿景除滿(mǎn)足面向人的通信需求“增強移動(dòng)寬帶”外，還增加了面向物聯(lián)網(wǎng)“大規模機器通信(mMTC)”和“高可靠低時(shí)延通信(ULLC)”。這三大需求給未來(lái)5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )帶來(lái)巨大挑戰，例如，為滿(mǎn)足用戶(hù)體驗速率提升百倍和數據流量提升千倍的需求，需要極大提升無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò )吞吐量、核心網(wǎng)傳輸鏈路容量，通過(guò)新型多載波、大規模天線(xiàn)、新型多址接入、高階編碼調制、全雙工等，提升無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)的頻譜利用率。通過(guò)密集的小區部署提升空間復用率、提高頻譜利用率和增加頻譜帶寬可提升無(wú)線(xiàn)接入系統容量。5G還需滿(mǎn)足海量終端連接和各類(lèi)業(yè)務(wù)的高可靠、低時(shí)延、低成本、低功耗等差異化需求?？梢孕陆?、更換、選擇、組合各個(gè)實(shí)體模塊虛擬化來(lái)架構一個(gè)靈活的、可擴展的、可軟件定義的開(kāi)放系統滿(mǎn)足需求。包括無(wú)線(xiàn)通信在內的信息通信技術(shù)正與互聯(lián)網(wǎng)深度融合，架構正趨向統一。未來(lái)幾年，P比特級光纖傳輸、E比特級交換、千兆以上接入將逐步成為現實(shí)，互聯(lián)網(wǎng)仍將是主導體系架構，其影響最大、覆蓋最廣、用戶(hù)最多的全球地位不會(huì )改變。
趨勢三 連接特征
梅特卡夫定律說(shuō)：網(wǎng)絡(luò )的價(jià)值與網(wǎng)絡(luò )連接節點(diǎn)數的平方成正比，節點(diǎn)數越多，價(jià)值越高。盡管計算機推動(dòng)全球進(jìn)入高效運行，但1億臺相互連接的PC或手機所產(chǎn)生的價(jià)值和影響力要遠遠超過(guò)一臺價(jià)值過(guò)億元的超級計算機，而且連接的影響是顛覆性的，會(huì )改變很多傳統的商業(yè)模式。計算機的未來(lái)主要不在計算而在于連接。連接這一特征體現出傳感感知，有線(xiàn)互連、無(wú)線(xiàn)互連，光纖互連，可見(jiàn)光互連、紅外互連、太赫茲互連，水下互連，海洋互連，人與人、人與物、物與物互連，從消費領(lǐng)域互連向工業(yè)領(lǐng)域互連推進(jìn)，新型連接不斷涌現，向所有行業(yè)和區域延伸，體現出大帶寬、廣覆蓋、高通量、綠色節能等特征。連接可以不斷地突破距離限制、時(shí)間限制，突破聽(tīng)力制約、視力制約、能力制約、知識制約、腦力制約，等等，所有能產(chǎn)生價(jià)值的東西，無(wú)論大小，都會(huì )在多個(gè)層面上接入到龐大的網(wǎng)絡(luò )中。新的層級結構會(huì )孕育出嶄新的事物，涌現出低層級中不可能出現的結果。以我國網(wǎng)絡(luò )零售額為例，2017年達7.2萬(wàn)億元，同比增長(cháng)32%;移動(dòng)支付交易額約200萬(wàn)億元，居世界首位。到2017年6月，我國檢測到的移動(dòng)應用是421萬(wàn)款(引自工信部的數據)，這些主要是連接的貢獻。缺少了這個(gè)龐大的網(wǎng)絡(luò )，就沒(méi)有活力、沒(méi)有智能、沒(méi)有進(jìn)化。連接一切，把事物從未知變?yōu)橐阎?、把無(wú)價(jià)值的變?yōu)橛袃r(jià)值、把看似無(wú)關(guān)的事物關(guān)聯(lián)起來(lái)可以變?yōu)橐粋€(gè)有機整體，可以把很多不可能變?yōu)榭赡?，還會(huì )出現更多新的東西。連接可以不斷地產(chǎn)生新需求、新概念、新模式。把過(guò)百至上千億的東西聯(lián)在一起，形成覆蓋全球的龐然大物，無(wú)處不在，勢不可當，是地球上迄今為止涌現出的最壯觀(guān)的事物。未來(lái)它會(huì )一直保持，持續升級，不斷進(jìn)化，可能將遠遠超過(guò)人類(lèi)的智慧。
趨勢四 空間特征
這一特征體現出網(wǎng)絡(luò )通信可以突破空間限制，位置限制，微觀(guān)世界、生物環(huán)境的限制，可以突破高溫低溫環(huán)境的限制、高壓低壓的限制、海底和地球內部的限制，以及其他人類(lèi)不適合生存的環(huán)境的限制。目前，網(wǎng)絡(luò )已覆蓋超過(guò)5億平方公里的土地，上百億臺的機器，70億人的手機，以比人類(lèi)快得多的速度運行。下一步，網(wǎng)絡(luò )通信將從消費領(lǐng)域向工業(yè)領(lǐng)域推進(jìn)，部署工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和IPv6。連接工廠(chǎng)全系統、全產(chǎn)業(yè)鏈，成為支撐工業(yè)系統智能化發(fā)展的關(guān)鍵基礎設施。在現有互聯(lián)網(wǎng)上擴展、演化和升級而逐步形成，而其范圍、功能、復雜性又可能遠超過(guò)現在的網(wǎng)絡(luò )，時(shí)延更低、可靠性更強、安全性更高，重塑傳統制造業(yè)，將深刻改變傳統制造業(yè)的制造流程、制造理念、制造生態(tài)和制造工具，推動(dòng)傳統制造業(yè)轉型升級，逐步進(jìn)入智能制造新空間、新領(lǐng)域。再下一步，體現出網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)從目前地面上的平面二維互聯(lián)向陸?？杖S互聯(lián)、微觀(guān)世界互聯(lián)及外太空和星際互聯(lián)不斷延伸。連接會(huì )延伸到地球的所有物理維度，逐漸地，連接可能會(huì )從“人類(lèi)社會(huì )”“物理世界”和“信息世界”，延伸到“數據世界”“生物世界(如大腦、細胞等)”“材料世界”“能源世界”“化學(xué)世界”等所有人類(lèi)希望產(chǎn)生價(jià)值并造福人類(lèi)的空間場(chǎng)所。更遠的未來(lái)，有可能可以突破太陽(yáng)系、銀河系和宇宙的限制。
趨勢五 軟件特征
2017年年末，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)覆蓋超過(guò)了220個(gè)國家和地區，全球網(wǎng)民超過(guò)35.5億(連接數量)，移動(dòng)電話(huà)用戶(hù)約76億，移動(dòng)寬帶用戶(hù)41.9億，固定電話(huà)用戶(hù)9.57億，固定寬帶用戶(hù)9.7億(引自ITU數據)。這其中大量使用軟件，網(wǎng)絡(luò )可冗余、可升級、可進(jìn)化。通信系統軟件最誘人的地方是可不斷增加系統的靈活性、不斷增加系統的功能，具有可擴展性、按需使用的及時(shí)性、可重用性、可重構性，目標是軟件定義一切，把靈活性發(fā)揮到極致。不過(guò)，代價(jià)也很明顯，網(wǎng)絡(luò )通信系統設備中所用的大型軟件可能是人類(lèi)目前所能制造的最復雜的事物之一了，代碼數量的大和小、
多和少能帶來(lái)本質(zhì)差異，形成大型軟件復雜性墻。嵌入式操作系統和大型通信設備的軟件已遠超過(guò)1000萬(wàn)行代碼。巨量代碼和少數程序的行為存在重大差異，這些大型復雜通信軟件具有內在的不穩定性，不太可能用插值函數判斷系統的行為。對于一個(gè)具有海量可能性的軟件系統，你很難對所有的可能性進(jìn)行測試，因為它是不連續系統。其中的可擴展性、高可用性、服務(wù)質(zhì)量控制和可信性等都是難點(diǎn)。
趨勢六 數據特征
網(wǎng)絡(luò )與數據密不可分，缺一不可，數據及其服務(wù)是國家戰略和經(jīng)濟的基礎設施。有統計稱(chēng)，人類(lèi)在計算機商品化之前的整個(gè)歷史過(guò)程中已積累了12EB數據，到2006年達到180EB，在2006—2011年間已超過(guò)1600EB，這一數字每3年就會(huì )翻4倍，2015年就已達到8ZB(引自《第四次工業(yè)革命》)，2017年年底突破16ZB。這些體現出近幾年網(wǎng)絡(luò )中呈現的大數據(指那些一般軟件工具難以捕獲、存儲、管理和分析的數據，有人把數據比作新的石油)，5V特征引發(fā)傳統網(wǎng)絡(luò )信息技術(shù)的新挑戰：海量性(Volume)、時(shí)效性(Velocity)、價(jià)值密度低(Value)、多樣性(Variety)、真實(shí)性(Veracity)。網(wǎng)絡(luò )中從關(guān)注因果關(guān)系，轉向更多地關(guān)注數據相關(guān)性、時(shí)效性和個(gè)性化。
目前看，大數據殺手級處理手段還未出現，國內某經(jīng)濟大省2018年6月一個(gè)月的數據流量達6.9萬(wàn)T，每月增長(cháng)160%~200%，如何承載和處理，我們還無(wú)技術(shù)對策。大約再過(guò)20年，全球數據量將可能達到堯字節，這是目前已知的最大數量級術(shù)語(yǔ)，更大數量級至今還未定義。問(wèn)題是，今天幾乎所有的數據信息都是按照人類(lèi)能理解的習慣編排的，可我們能力已達到極限了，需要把數據信息按機器或人工智能能夠理解的方式進(jìn)行編排，一旦這些數據信息能被機器知化，將會(huì )有顛覆性創(chuàng )新和新奇的事物呈現在我們面前。IBM前CEO認為：計算模式大約每15年發(fā)生一次變革，1965年是大型機，1980年是PC，1995年是互聯(lián)網(wǎng)，2010年是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)(實(shí)際上，后兩項都是網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù))。如果是這樣，2025年是什么，2040年又是什么，急需發(fā)明嶄新的技術(shù)方法或范式。
趨勢七 帶寬特征
按照庫伯定律，在給定無(wú)線(xiàn)頻譜中傳送的信息量每?jì)赡臧刖头环?。再比如，互?lián)網(wǎng)上每秒比特的傳送量每16個(gè)月就翻一番。IDC公司的研究報告認為，全球每18個(gè)月數據量翻一番，處理能力和存儲能力落后于信息流量的增長(cháng)幅度，成為新的瓶頸。2017年，中國信息消費規模已達到4.5萬(wàn)億元，占最終消費支出約10%。預計2020年，將達到6萬(wàn)億元，年均增長(cháng)將超過(guò)11%。
再以光纖通信為例，中國第一個(gè)光纖通信系統工程是1982年連接武漢三鎮的8Mb/s工程，到2017年單波商用系統已達到100Gb/s，增長(cháng)1.25萬(wàn)倍。如果算上波分復用，商用系統至少已達到100×100Gb/s，35年增長(cháng)125萬(wàn)倍。一般認為，骨干網(wǎng)光纖傳輸帶寬每9~12個(gè)月翻一番。無(wú)線(xiàn)移動(dòng)也類(lèi)似，通信速率不斷提高，從傳統的2G通信到近年來(lái)的4G通信，傳輸速率提升幾千倍，目前4G-LTE商用系統空口速率按照1000Mb/s計算，與30年前“大哥大”手機相比，速率增長(cháng)約10萬(wàn)倍。2015年，全球移動(dòng)數據比15年前增加了4億倍。連接帶寬將呈Gbps→Tbps→Pbps→Ebps→Zbps的發(fā)展趨勢，連接帶寬還將繼續呈指數型增長(cháng)，呈現高帶寬、大容量、長(cháng)距離特征。追求更高帶寬是人類(lèi)信息發(fā)展的基礎目標。
趨勢八 虛擬特征
網(wǎng)絡(luò )虛擬特征主要指Cyberspace，無(wú)質(zhì)、無(wú)實(shí)體、無(wú)界。據統計，每年全球因網(wǎng)絡(luò )安全問(wèn)題(惡意攻擊、病毒等)造成的損失超過(guò)千億元，不斷警醒我們捍衛國家主權和安全、維護人身安全和社會(huì )穩定的重要性。網(wǎng)絡(luò )無(wú)孔不入、以空前的速度在全球各個(gè)領(lǐng)域擴散，其重要性與戰略性與日俱增，Cyberspace已成為各國競爭博弈的新領(lǐng)域、新空間，已延伸并內嵌到意識形態(tài)、國家安全、社會(huì )穩定和經(jīng)濟發(fā)展各方面，網(wǎng)絡(luò )(虛擬)空間已成為繼陸、海、空、天之后人類(lèi)第五疆域和戰略空間，制網(wǎng)權與制海權、制空權、制天權同等重要，網(wǎng)絡(luò )空間已成為各國爭奪的焦點(diǎn)。
互聯(lián)網(wǎng)既是國家戰略資源的倍增器，同時(shí)也是國家戰略的命門(mén)和死穴。另一方面，網(wǎng)絡(luò )空間不斷與實(shí)體經(jīng)濟融合，自然界和人類(lèi)社會(huì )的很多重要功能，比如購物、微信、遠程教育、醫療、辦公等將不斷向虛擬空間轉移，實(shí)現非物質(zhì)化或減物質(zhì)化，這既是發(fā)展趨勢，也是競爭的需要。Cyberspace資源越用越豐富、“地盤(pán)”越開(kāi)發(fā)越大。網(wǎng)絡(luò )空間的核心技術(shù)，如高端核心芯片、操作系統軟件、關(guān)鍵工藝裝備、虛擬現實(shí)等，已成為國之重器，是掌握網(wǎng)絡(luò )空間主導權、控制權和話(huà)語(yǔ)權的基礎。
趨勢九 數字特征
網(wǎng)絡(luò )化與數字化互為依存，數字化是基礎。數字信號的傳送穩定性好、可靠性高，采樣定理為數字化奠定了基礎。數字化是現代計算機的基礎，如果沒(méi)有數字化，就沒(méi)有今天的計算機，今天計算機的運算和功能都是通過(guò)數字計算完成的。數字化是多媒體技術(shù)的基礎，至少包括數字、文字、圖像、語(yǔ)音、視頻等。數字化是軟件的基礎，是人工智能的基礎，至少包括系統軟件、工具軟件、應用軟件等，數字濾波、編碼、解碼、壓縮解壓等都是通過(guò)數字化完成的。人們認為信息社會(huì )的經(jīng)濟是數字經(jīng)濟，這說(shuō)明數字化對經(jīng)濟的影響有多么重大。近幾年，生產(chǎn)資料中首次出現非物質(zhì)成分——數據，這是一個(gè)重大變化。2017年，我國數字經(jīng)濟規模達27.2萬(wàn)億元，占GDP的比重為32.9%，位居世界第二(引自工信部數據)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)4.0、智能制造中最基礎的環(huán)節也是數字化?；ヂ?lián)網(wǎng)從消費領(lǐng)域進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域，意義重大，其中最基礎的還是數字化。主要由模擬量刻畫(huà)的物理世界將會(huì )逐步完成數字化，這是自然世界和人類(lèi)社會(huì )與網(wǎng)絡(luò )化并駕齊驅的一次重大轉型，通過(guò)模數和數模轉換打通數字和模擬兩個(gè)世界。
趨勢十 微型特征
“微電子學(xué)”也叫“微小型化電子學(xué)”，是50年前發(fā)展起來(lái)的一門(mén)高度活躍、富有生命力的學(xué)科，是網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)的核心技術(shù)之一。它涉及半導體物理、半導體材料物理、半導體器件、工藝裝備、集成電路、電磁場(chǎng)與微波技術(shù)、納米技術(shù)、量子力學(xué)、信號處理、熱力學(xué)和制造工藝的基礎理論和實(shí)驗技術(shù)等。高集成度、低功耗、高性能、高可靠性也是網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)的發(fā)展方向之一。受摩爾定律的影響，網(wǎng)絡(luò )通信的各類(lèi)元器件普遍朝著(zhù)微小型化方向發(fā)展，功能不斷增加、能耗不斷降低、重量不斷減輕、尺寸不斷縮小、價(jià)格不斷降低。以計算機存儲為例，一兆字節存儲量，1955年價(jià)格為6000美元，1993年為1美元，2010年為1美分，現在大約是0.01美分，今后還會(huì )繼續降低。過(guò)去50年摩爾定律一直推動(dòng)著(zhù)集成電路產(chǎn)業(yè)的持續發(fā)展，現階段看，晶體管微小型化的平面布局正逼近物理與工藝極限，摩爾定律的趨勢也將放緩或變軌，急需新的方法和手段實(shí)現突破。(中國工程院院士 余少華)