2018-10-19 11:16:25
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當(dāng)今世界正處于“網(wǎng)絡(luò)信息世界與自然世界和人類社會”深度融合的數(shù)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，像人類歷史所經(jīng)歷過的農(nóng)耕文明和工業(yè)文明一樣影響深遠(yuǎn)、意義重大，這一進(jìn)程正深刻改變著世界的競爭格局、安全格局、經(jīng)濟(jì)格局、社會格局、軍事格局和文化格局，由此帶來國家發(fā)展新機(jī)遇、百姓生活新空間、社會治理新領(lǐng)域、產(chǎn)業(yè)升級新動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(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)、架構(gòu)、連接、空間、軟件、數(shù)據(jù)、帶寬、虛擬、數(shù)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，它把各個節(jié)點(diǎn)的信息流連通到一起，實(shí)現(xiàn)資源共享。網(wǎng)絡(luò)是本世紀(jì)的科技象征。從普通百姓看，網(wǎng)絡(luò)已逐漸成為隨時隨地的“場景”，像陽光、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(shù)字、互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)四個階段。其發(fā)展趨勢是3s-abc，即“3”指人-網(wǎng)-物三元千億級萬物互聯(lián)(連接整個世界，5G全覆蓋和千兆接入)以及與各行業(yè)各技術(shù)的系統(tǒng)性融合，“s”指軟件定義網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化與開源(SDN/NFV/OpenSource)，“a”指網(wǎng)絡(luò)的萬物互聯(lián)與技術(shù)融合以人工智能化方式實(shí)現(xiàn)，“b”是網(wǎng)絡(luò)的大數(shù)據(jù)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(jié)能成為基本特征，所有的服務(wù)以用戶為中心。這相當(dāng)于在自然世界和人類社會之上疊加了一個神經(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(tǒng)行業(yè)和區(qū)域結(jié)合，將催生出巨多的可能性。由此帶來國家發(fā)展新機(jī)遇、百姓生活新空間、社會治理新領(lǐng)域、產(chǎn)業(yè)升級新動能和國際競爭新疆域。這是人類有史以來生產(chǎn)方式的一次重大提升和轉(zhuǎn)變。未來，如果有一天網(wǎng)絡(luò)及通信系統(tǒng)全部癱瘓，會引發(fā)大批人類活動停擺，經(jīng)濟(jì)損失慘重，那么這將會是幾年內(nèi)難以忘懷的重大事故。
趨勢二 架構(gòu)特征
這一特征將體現(xiàn)出5G網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)的四大轉(zhuǎn)變，即從復(fù)雜封閉體系向開放、開源的新型SDN/NFV云網(wǎng)一體化架構(gòu)轉(zhuǎn)變，從行政管理體制及傳統(tǒng)組網(wǎng)思維向互聯(lián)網(wǎng)思維轉(zhuǎn)變，從被動適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)變化向主動快速靈活應(yīng)對轉(zhuǎn)變，組成網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)各要素單元的來源從傳統(tǒng)買賣關(guān)系向建構(gòu)產(chǎn)業(yè)鏈新生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。以互聯(lián)網(wǎng)為例，其TCP/IP、無連接模式、IP層PDU格式、存儲轉(zhuǎn)發(fā)、路由機(jī)制等保持不變，完成軟件功能與硬件平臺分離并解耦;軟件功能云化并開源;從以辦公室為中心組網(wǎng)，轉(zhuǎn)向以云DC為中心組網(wǎng);架構(gòu)統(tǒng)一，集中管控提升效率，降低成本;由運(yùn)營商定義業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)向由用戶定義業(yè)務(wù);從傳統(tǒng)供應(yīng)商買賣關(guān)系轉(zhuǎn)向產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)系統(tǒng)建構(gòu)。5G愿景除滿足面向人的通信需求“增強(qiáng)移動寬帶”外，還增加了面向物聯(lián)網(wǎng)“大規(guī)模機(jī)器通信(mMTC)”和“高可靠低時延通信(ULLC)”。這三大需求給未來5G移動網(wǎng)絡(luò)帶來巨大挑戰(zhàn)，例如，為滿足用戶體驗(yàn)速率提升百倍和數(shù)據(jù)流量提升千倍的需求，需要極大提升無線接入網(wǎng)絡(luò)吞吐量、核心網(wǎng)傳輸鏈路容量，通過新型多載波、大規(guī)模天線、新型多址接入、高階編碼調(diào)制、全雙工等，提升無線傳輸技術(shù)的頻譜利用率。通過密集的小區(qū)部署提升空間復(fù)用率、提高頻譜利用率和增加頻譜帶寬可提升無線接入系統(tǒng)容量。5G還需滿足海量終端連接和各類業(yè)務(wù)的高可靠、低時延、低成本、低功耗等差異化需求。可以新建、更換、選擇、組合各個實(shí)體模塊虛擬化來架構(gòu)一個靈活的、可擴(kuò)展的、可軟件定義的開放系統(tǒng)滿足需求。包括無線通信在內(nèi)的信息通信技術(shù)正與互聯(lián)網(wǎng)深度融合，架構(gòu)正趨向統(tǒng)一。未來幾年，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(xiàn)實(shí)，互聯(lián)網(wǎng)仍將是主導(dǎo)體系架構(gòu)，其影響最大、覆蓋最廣、用戶最多的全球地位不會改變。
趨勢三 連接特征
梅特卡夫定律說：網(wǎng)絡(luò)的價值與網(wǎng)絡(luò)連接節(jié)點(diǎn)數(shù)的平方成正比，節(jié)點(diǎn)數(shù)越多，價值越高。盡管計(jì)算機(jī)推動全球進(jìn)入高效運(yùn)行，但1億臺相互連接的PC或手機(jī)所產(chǎn)生的價值和影響力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一臺價值過億元的超級計(jì)算機(jī)，而且連接的影響是顛覆性的，會改變很多傳統(tǒng)的商業(yè)模式。計(jì)算機(jī)的未來主要不在計(jì)算而在于連接。連接這一特征體現(xiàn)出傳感感知，有線互連、無線互連，光纖互連，可見光互連、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(fèi)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(xiàn)，向所有行業(yè)和區(qū)域延伸，體現(xiàn)出大帶寬、廣覆蓋、高通量、綠色節(jié)能等特征。連接可以不斷地突破距離限制、時間限制，突破聽力制約、視力制約、能力制約、知識制約、腦力制約，等等，所有能產(chǎn)生價值的東西，無論大小，都會在多個層面上接入到龐大的網(wǎng)絡(luò)中。新的層級結(jié)構(gòu)會孕育出嶄新的事物，涌現(xiàn)出低層級中不可能出現(xiàn)的結(jié)果。以我國網(wǎng)絡(luò)零售額為例，2017年達(dá)7.2萬億元，同比增長32%;移動支付交易額約200萬億元，居世界首位。到2017年6月，我國檢測到的移動應(yīng)用是421萬款(引自工信部的數(shù)據(jù))，這些主要是連接的貢獻(xiàn)。缺少了這個龐大的網(wǎng)絡(luò)，就沒有活力、沒有智能、沒有進(jìn)化。連接一切，把事物從未知變?yōu)橐阎褵o價值的變?yōu)橛袃r值、把看似無關(guān)的事物關(guān)聯(lián)起來可以變?yōu)橐粋€有機(jī)整體，可以把很多不可能變?yōu)榭赡埽€會出現(xiàn)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，無處不在，勢不可當(dāng)，是地球上迄今為止涌現(xiàn)出的最壯觀的事物。未來它會一直保持，持續(xù)升級，不斷進(jìn)化，可能將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人類的智慧。
趨勢四 空間特征
這一特征體現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)通信可以突破空間限制，位置限制，微觀世界、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(nèi)部的限制，以及其他人類不適合生存的環(huán)境的限制。目前，網(wǎng)絡(luò)已覆蓋超過5億平方公里的土地，上百億臺的機(jī)器，70億人的手機(jī)，以比人類快得多的速度運(yùn)行。下一步，網(wǎng)絡(luò)通信將從消費(fèi)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。連接工廠全系統(tǒng)、全產(chǎn)業(yè)鏈，成為支撐工業(yè)系統(tǒng)智能化發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。在現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)上擴(kuò)展、演化和升級而逐步形成，而其范圍、功能、復(fù)雜性又可能遠(yuǎn)超過現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)，時延更低、可靠性更強(qiáng)、安全性更高，重塑傳統(tǒng)制造業(yè)，將深刻改變傳統(tǒng)制造業(yè)的制造流程、制造理念、制造生態(tài)和制造工具，推動傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)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(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)從目前地面上的平面二維互聯(lián)向陸海空三維互聯(lián)、微觀世界互聯(lián)及外太空和星際互聯(lián)不斷延伸。連接會延伸到地球的所有物理維度，逐漸地，連接可能會從“人類社會”“物理世界”和“信息世界”，延伸到“數(shù)據(jù)世界”“生物世界(如大腦、細(xì)胞等)”“材料世界”“能源世界”“化學(xué)世界”等所有人類希望產(chǎn)生價值并造福人類的空間場所。更遠(yuǎn)的未來，有可能可以突破太陽系、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)覆蓋超過了220個國家和地區(qū)，全球網(wǎng)民超過35.5億(連接數(shù)量)，移動電話用戶約76億，移動寬帶用戶41.9億，固定電話用戶9.57億，固定寬帶用戶9.7億(引自ITU數(shù)據(jù))。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(tǒng)軟件最誘人的地方是可不斷增加系統(tǒng)的靈活性、不斷增加系統(tǒng)的功能，具有可擴(kuò)展性、按需使用的及時性、可重用性、可重構(gòu)性，目標(biāo)是軟件定義一切，把靈活性發(fā)揮到極致。不過，代價也很明顯，網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)設(shè)備中所用的大型軟件可能是人類目前所能制造的最復(fù)雜的事物之一了，代碼數(shù)量的大和小、
多和少能帶來本質(zhì)差異，形成大型軟件復(fù)雜性墻。嵌入式操作系統(tǒng)和大型通信設(shè)備的軟件已遠(yuǎn)超過1000萬行代碼。巨量代碼和少數(shù)程序的行為存在重大差異，這些大型復(fù)雜通信軟件具有內(nèi)在的不穩(wěn)定性，不太可能用插值函數(shù)判斷系統(tǒng)的行為。對于一個具有海量可能性的軟件系統(tǒng)，你很難對所有的可能性進(jìn)行測試，因?yàn)樗遣贿B續(xù)系統(tǒng)。其中的可擴(kuò)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(shù)據(jù)特征
網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)密不可分，缺一不可，數(shù)據(jù)及其服務(wù)是國家戰(zhàn)略和經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)設(shè)施。有統(tǒng)計(jì)稱，人類在計(jì)算機(jī)商品化之前的整個歷史過程中已積累了12EB數(shù)據(jù)，到2006年達(dá)到180EB，在2006—2011年間已超過1600EB，這一數(shù)字每3年就會翻4倍，2015年就已達(dá)到8ZB(引自《第四次工業(yè)革命》)，2017年年底突破16ZB。這些體現(xiàn)出近幾年網(wǎng)絡(luò)中呈現(xiàn)的大數(shù)據(jù)(指那些一般軟件工具難以捕獲、存儲、管理和分析的數(shù)據(jù)，有人把數(shù)據(jù)比作新的石油)，5V特征引發(fā)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的新挑戰(zhàn)：海量性(Volume)、時效性(Velocity)、價值密度低(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(zhuǎn)向更多地關(guān)注數(shù)據(jù)相關(guān)性、時效性和個性化。
目前看，大數(shù)據(jù)殺手級處理手段還未出現(xiàn)，國內(nèi)某經(jīng)濟(jì)大省2018年6月一個月的數(shù)據(jù)流量達(dá)6.9萬T，每月增長160%~200%，如何承載和處理，我們還無技術(shù)對策。大約再過20年，全球數(shù)據(jù)量將可能達(dá)到堯字節(jié)，這是目前已知的最大數(shù)量級術(shù)語，更大數(shù)量級至今還未定義。問題是，今天幾乎所有的數(shù)據(jù)信息都是按照人類能理解的習(xí)慣編排的，可我們能力已達(dá)到極限了，需要把數(shù)據(jù)信息按機(jī)器或人工智能能夠理解的方式進(jìn)行編排，一旦這些數(shù)據(jù)信息能被機(jī)器知化，將會有顛覆性創(chuàng)新和新奇的事物呈現(xiàn)在我們面前。IBM前CEO認(rèn)為：計(jì)算模式大約每15年發(fā)生一次變革，1965年是大型機(jī)，1980年是PC，1995年是互聯(lián)網(wǎng)，2010年是移動互聯(lián)網(wǎng)(實(shí)際上，后兩項(xiàng)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，在給定無線頻譜中傳送的信息量每兩年半就翻一番。再比如，互聯(lián)網(wǎng)上每秒比特的傳送量每16個月就翻一番。IDC公司的研究報告認(rèn)為，全球每18個月數(shù)據(jù)量翻一番，處理能力和存儲能力落后于信息流量的增長幅度，成為新的瓶頸。2017年，中國信息消費(fèi)規(guī)模已達(dá)到4.5萬億元，占最終消費(fèi)支出約10%。預(yù)計(jì)2020年，將達(dá)到6萬億元，年均增長將超過11%。
再以光纖通信為例，中國第一個光纖通信系統(tǒng)工程是1982年連接武漢三鎮(zhèn)的8Mb/s工程，到2017年單波商用系統(tǒng)已達(dá)到100Gb/s，增長1.25萬倍。如果算上波分復(fù)用，商用系統(tǒng)至少已達(dá)到100×100Gb/s，35年增長125萬倍。一般認(rèn)為，骨干網(wǎng)光纖傳輸帶寬每9~12個月翻一番。無線移動也類似，通信速率不斷提高，從傳統(tǒng)的2G通信到近年來的4G通信，傳輸速率提升幾千倍，目前4G-LTE商用系統(tǒng)空口速率按照1000Mb/s計(jì)算，與30年前“大哥大”手機(jī)相比，速率增長約10萬倍。2015年，全球移動數(shù)據(jù)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(xù)呈指數(shù)型增長，呈現(xiàn)高帶寬、大容量、長距離特征。追求更高帶寬是人類信息發(fā)展的基礎(chǔ)目標(biāo)。
趨勢八 虛擬特征
網(wǎng)絡(luò)虛擬特征主要指Cyberspace，無質(zhì)、無實(shí)體、無界。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年全球因網(wǎng)絡(luò)安全問題(惡意攻擊、病毒等)造成的損失超過千億元，不斷警醒我們捍衛(wèi)國家主權(quán)和安全、維護(hù)人身安全和社會穩(wěn)定的重要性。網(wǎng)絡(luò)無孔不入、以空前的速度在全球各個領(lǐng)域擴(kuò)散，其重要性與戰(zhàn)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(nèi)嵌到意識形態(tài)、國家安全、社會穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展各方面，網(wǎng)絡(luò)(虛擬)空間已成為繼陸、海、空、天之后人類第五疆域和戰(zhàn)略空間，制網(wǎng)權(quán)與制海權(quán)、制空權(quán)、制天權(quán)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(zhàn)略資源的倍增器，同時也是國家戰(zhàn)略的命門和死穴。另一方面，網(wǎng)絡(luò)空間不斷與實(shí)體經(jīng)濟(jì)融合，自然界和人類社會的很多重要功能，比如購物、微信、遠(yuǎn)程教育、醫(yī)療、辦公等將不斷向虛擬空間轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)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”越開發(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(tǒng)軟件、關(guān)鍵工藝裝備、虛擬現(xiàn)實(shí)等，已成為國之重器，是掌握網(wǎng)絡(luò)空間主導(dǎo)權(quán)、控制權(quán)和話語權(quán)的基礎(chǔ)。
趨勢九 數(shù)字特征
網(wǎng)絡(luò)化與數(shù)字化互為依存，數(shù)字化是基礎(chǔ)。數(shù)字信號的傳送穩(wěn)定性好、可靠性高，采樣定理為數(shù)字化奠定了基礎(chǔ)。數(shù)字化是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)，如果沒有數(shù)字化，就沒有今天的計(jì)算機(jī)，今天計(jì)算機(jī)的運(yùn)算和功能都是通過數(shù)字計(jì)算完成的。數(shù)字化是多媒體技術(shù)的基礎(chǔ)，至少包括數(shù)字、文字、圖像、語音、視頻等。數(shù)字化是軟件的基礎(chǔ)，是人工智能的基礎(chǔ)，至少包括系統(tǒng)軟件、工具軟件、應(yīng)用軟件等，數(shù)字濾波、編碼、解碼、壓縮解壓等都是通過數(shù)字化完成的。人們認(rèn)為信息社會的經(jīng)濟(jì)是數(shù)字經(jīng)濟(jì)，這說明數(shù)字化對經(jīng)濟(jì)的影響有多么重大。近幾年，生產(chǎn)資料中首次出現(xiàn)非物質(zhì)成分——數(shù)據(jù)，這是一個重大變化。2017年，我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模達(dá)27.2萬億元，占GDP的比重為32.9%，位居世界第二(引自工信部數(shù)據(jù))。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)4.0、智能制造中最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)也是數(shù)字化。互聯(lián)網(wǎng)從消費(fèi)領(lǐng)域進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域，意義重大，其中最基礎(chǔ)的還是數(shù)字化。主要由模擬量刻畫的物理世界將會逐步完成數(shù)字化，這是自然世界和人類社會與網(wǎng)絡(luò)化并駕齊驅(qū)的一次重大轉(zhuǎn)型，通過模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換打通數(shù)字和模擬兩個世界。
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)展起來的一門高度活躍、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(dǎo)體物理、半導(dǎo)體材料物理、半導(dǎo)體器件、工藝裝備、集成電路、電磁場與微波技術(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(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)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)通信的各類元器件普遍朝著微小型化方向發(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、價格不斷降低。以計(jì)算機(jī)存儲為例，一兆字節(jié)存儲量，1955年價格為6000美元，1993年為1美元，2010年為1美分，現(xiàn)在大約是0.01美分，今后還會繼續(xù)降低。過去50年摩爾定律一直推動著集成電路產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，現(xiàn)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(xiàn)突破。(中國工程院院士 余少華)