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到今年年底，智能手机、平板电脑以及其他各种联网数码设备的总数，将超过地球人口总数。但或许更值得注意的是，随着速度更快、功能更强大的移动设备不断涌 入市场，它们所产生和消费的内容将达到史无前例的水平。网络产品制造商思科公司(Cisco)不久前的一项报告称，2012年，全球移动数据增长了 70%。然而，全世界网络基础设施的承载能力终究是有限的，因此许多人想知道，我们何时会碰到网络能力的极限；而一旦发生这种情况，我们又该怎么办。
互联网走在崩溃边缘
网络上的数据量正在以指数级的速度增长，很快将达到现有网络基础设施所能承载的极限。如何才能以可持续的方式，保证网络在海量数据重压下不至于崩溃？贝尔实验室基础研究院的负责人指出，我们必须对网络处理信息的方式进行根本性变革。
到今年年底，智能手机、平板电脑以及其他各种联网数码设备的总数，将超过地球人口总数。但或许更值得注意的是，随着速度更快、功能更强大的移动设备不断涌入市场，它们所产生和消费的内容将达到史无前例的水平。网络产品制造商思科公司(Cisco)不久前的一项报告称，2012年，全球移动数据增长了70%。然而，全世界网络基础设施的承载能力终究是有限的，因此许多人想知道，我们何时会碰到网络能力的极限；而一旦发生这种情况，我们又该怎么办。
当然，有许多办法可以增强网络基础设施的承载能力，比如铺设更多光缆，在光缆中塞进更多用于数据传输的光纤，以及利用较小的卫星网络分担部分数据传输，但这些方法都是治标不治本，只不过推迟了到达那个无法避免的极限的时间。根本的解决方案，在于提高整个网络基础设施的智能水平。两大方面的改进必不可少：一方面，电脑及其他设备在将数据传上网络之前，应该对内容进行预处理，并尽可能地过滤或整合内容；另一方面，网络应该对如何处理这些内容有更好的理解，而不是呆板麻木地将其视为一串无穷无尽、千篇一律的比特流和字节流。
为了了解如何取得这些重大进展，《科学美国人》采访了贝尔实验室基础研究院(Bell Labs Research，位于美国新泽西州默里山市)的负责人马库斯·霍夫曼(Markus Hofmann)。这个研究院是阿尔卡特–朗讯公司的研发机构，它和它的前身在科技史上立下了诸多功劳，包括发明晶体管、激光器、电荷耦合器件，以及上个世纪一连串开创性的技术。1998年，霍夫曼于离开德国卡尔斯鲁厄大学，加入了贝尔实验室。他的团队认为“信息网络化”(information networking)是未来的发展方向，这种技术有望通过提高互联网的智能，增强其信息传输能力。
《科学美国人》：我们怎么知道通信网络的传输能力已接近极限？
霍夫曼：这方面的迹象的确不易察觉，但无疑是存在的。以我个人的亲身经历为例，当我通过Skype，向远在德国的父母发送孩子们玩曲棍球的实时视频时，画面有时会在播放到最精彩的瞬间时出现卡顿。虽然总的说来，这种现象不是经常发生，但它最近出现得更频繁了。这表明，在用户要求必须传送大量数据的重压之下，网络开始有点力不从心了。
我们知道，大自然给我们设定了某些限制——在一定的通信信道上所能传输的信息量是有限的。这一现象称为“非线性香农极限”(nonlinear Shannon limit)，是以贝尔电话实验室的数学家克劳德？香农(Claude Shannon)的名字命名的。这一极限告诉我们，运用现今的技术我们可以走多远。
我们已经非常接近这一极限，大约达到极限值的50%以上。换言之，如果我们让现今的网络通信量翻一番——这种情况可能在今后四五年内出现，就会超过香农极限。
这就是说，我们面临着一个根本性的障碍。超越这一极限是不可能的，就像我们绝不可能超越光速一样。因此，我们必须在这些限制条件之内开展工作，并寻找各种解决办法，应对网络通信量持续的增长。
《科学美国人》：如何让互联网避免碰到“这个极限”？
霍夫曼：最简单的办法就是铺设更多的光纤以增加带宽。例如，现在只有一条横跨大西洋的光缆，将来，我们可以铺设两条、五条乃至十条。这是一种只靠蛮力解决问题的办法，当然也是最烧钱的办法——你得挖开地面，铺设光纤，还要成倍地增设光放大器、发射器、接收器等。
为了使这一方案经济可行，我们不仅需要将多个频道整合到一根光纤内，还必须借助光子集成(photonic integration)等新技术，把多个发射器和接收器“堆叠起来”。这种方案称为“空分复用”(spatial division multiplexing)。
然而，只是强化现有的网络基础设施，并不足以满足日益增长的通信需求。我们所需要的网络基础设施，不应该一直把原始数据只是当作比特或字节，而应该把它们视为与电脑或智能手机用户紧密相关的信息片段。试想一下，在某一天，你是想知道温度、风速和气压，还是只想知道该如何穿着？这就需要“信息网络化”。
《科学美国人》：“信息网络化”与当前的互联网有何不同？
霍夫曼：许多人把互联网称作“傻”网，不过我并不喜欢这种叫法。互联网最初的崛起，得益于文件与数据非实时共享的推动。当时，对互联网这个系统最大的要求是“弹性”(resiliency)——即使其中一个或多个节点(电脑、服务器等)停止工作，整个系统也必须能继续运行。此外，从最初的设计上，互联网就是仅仅把数据视为数字流，而不会对这些数据的意义进行解读。
如今，我们使用互联网的许多方式都对实时性有一定要求，无论是观看流式视频，还是打电话。与此同时，我们产生的数据量也比以前大很多。网络必须对它所传送的信息有更多的了解，以便更好地安排信息传送的优先级，并提高运行效率。举例来说，如果我正在自己的办公室开视频会议
