高速信息網絡與發展對策

一、引言

進入20世紀90年代以來，信息網絡通信技術正迅速向著高速化、實時化、智能化、集成化、多媒體化和用戶中心化的方向發展，特別是美國提出了信息高速公路計劃NII和高性能計算與通信計劃HPCC以來，從歐洲、日本等發達國家到新加坡、韓國，以及中國香港和中國臺灣等新興工業化國家和地區的政府部門、科研機構、大學和公司等都投入了大量資金和人力進行有關信息高速公路和高速信息網絡的研究與建設。美國、日本和歐洲等國家和地區甚至計劃在2015年以前把信息高速公路連接到所在國家和地區的幾乎所有家庭。顯然，作為信息化社會的最大基礎設施之一的信息高速公路，將對21世紀社會的政治、軍事、經濟、環境、能源等各方面產生重大影響，它將使得多媒體實時傳輸成為可能，使得全球電視會議、遠距離醫療、電子圖書館、電子美術館、電視購物、網絡教育和分布式并行計算等成為現實。也就是說，信息高速公路將使現在的個體式或互助組式的計算機系統或網絡系統，變為一個大范圍的、有組織的、高效的群體系統。

我國也已充分認識到信息技術對21世紀社會發展的重要性和對21世紀政治、軍事、經濟、科技、教育、環境、能源等各方面產生的巨大影響。江澤民同志曾深刻指出：“四個現代化哪一化也離不開信息化。”從1993年開始，我國有關部門相繼提出了“三金”工程和“八金”工程等全國性的大項目，并已取得相應的階段性成果。

但是，盡管社會對信息高速公路和高速信息網絡的要求非常迫切，包括美國和眾多的西方先進國家在內的世界各國和跨國公司，仍未完全掌握如何建造信息高速公路和如何使用信息高速公路的關鍵技術。他們正在投入大量的人力、物力研究和開發信息高速公路的網絡體系結構、高速實時傳輸協議、高速實時開放式分布操作系統、網絡管理軟件、用戶業務控制和生成環境、多媒體和人機交互界面，以及異種網絡互聯技術和各種交換設備、智能集線器等軟硬件技術，以期在最近幾年取得關鍵性的突破。在這種形勢下，我國的政府、企業、科研機構和院校及工業界應采取何種態度和怎樣的做法呢？我國是否需要舉全國之力全力以赴地開展對信息高速公路的研究和建設呢？如果我們也要大力發展信息基礎設施，我們應該研究和發展哪些關鍵技術？

二、高速信息網絡關鍵技術

1. 什么是高速信息網絡

建立信息高速公路和高速信息網絡需要哪些關鍵技術？這個問題的答案取決于對信息高速公路的定義和認識。有人認為，信息高速公路和高速信息網絡主要解決主干網絡的互相連通和傳輸速度問題，這是一種不完全的看法。信息高速公路是一個以多種媒體、按用戶的質量要求給各種用戶隨時提供大量正確信息、由通信網絡（包括主干網和局部網）、計算機和數據庫及各種友好的用戶界面所組成的完備網絡，它具有非常廣泛的含義。NII計劃中有一段專門定義信息高速公路的文字：國家信息基礎設施不僅指用于傳輸、存儲、處理和顯示聲音、數據及圖像的物理設備，它還包括以下內容：

（1）信息本身。這些信息具有電視節目、科技和商業數據庫、圖像、錄音磁帶、圖書館檔案等多種媒體形式。

（2）網絡應用系統及其支撐軟件。

（3）網絡傳輸編碼和網絡互聯標準。

（4）人，包括在信息及其相關產業進行應用和系統開發與維護、信息網絡系統的開發、維護與管理和從事培訓工作的各種技術人員。

由以上定義可知，信息高速公路或高速信息網絡絕不是僅指高速主干物理網絡，而是包括人、標準、信息、應用、軟件平臺和硬件設備在內的，能夠為用戶提供滿意服務的廣域信息系統。

從層次結構上來看，該信息系統由以下四個主要層次組成：

（1）物理傳輸網絡；

（2）分布處理與管理軟件平臺；

（3）群體協同工作平臺；

（4）各種應用系統。

數據庫系統則作為資源融于網絡系統中。

物理傳輸網絡有多種。除了現已非常普及的802.3以太網之外，高速以太網、FDDI、高速ATM LAN、公共電話網、窄帶和寬帶ISDN、公用數據交換網（X.25）、幀中繼網、數字數據網（DDN）、衛星網、高頻微波無線網、SDH同步系列通信網、有線廣播電視網等都是物理傳輸網的例子。高速信息網絡保證按用戶要求的速度和質量（延遲時間、出錯率、失真程度等）進行信息傳輸，它應該具有和各種主要物理網絡進行互聯的能力。也就是說，高速信息網絡所提供的信息傳輸服務是面向在各種已有局域網或地域網、廣域網上工作的用戶，而不是僅僅只面向某些特定的網絡。

分布處理與管理軟件平臺負責對各種物理傳輸網絡和分布式資源的管理與控制，其內容包括不同媒體的輸入/輸出控制方法、根據用戶要求的服務質量（QoS）對不同媒體的處理和傳輸協議的調度與分配方法、各種不同體系結構的高速協議的轉換與處理、與各種主機操作系統兼容的分布式操作系統調用界面，以及調用分布在網絡環境中各主機內的數據庫、文件系統、各種庫函數和實用程序等資源的方法與技術，例如遠程過程調用（RPC）等。

群體協同工作平臺則是一個在網絡環境下，為用戶提供最佳性能和最大系統利用率的面向應用的支撐工具與界面。包括各種多媒體信息的處理（壓縮與恢復）和存儲工具，不同媒體、不同用戶及不同用戶組的識別和訪問控制方法，信息共享與信息安全保障工具，以及各種應用對資源提出要求后的分布式協調控制方法等。群體協同工作平臺還應為各種不同類型的網絡應用及開發人員提供通用和友好的連接界面。

網絡應用涵蓋范圍最廣。比較有代表性的網絡應用系統有：電視會議系統、遠程教育系統、遠程醫療系統、電子商業系統、電子博物館與電子圖書館系統、公共信息系統（天氣預報、急救中心等）、分布式并行計算系統（命名如群機系統）、分布式計算機輔助軟件工程、分布式金融證券信息系統，以及分布式軍事指揮系統等。除了金橋之外，金卡、金智、金關、金農、金企、金稅等都是網絡應用系統的例子。

2. 高速信息網絡關鍵技術

基于上述高速信息網絡的定義，我們可以把建設高速信息網絡的關鍵技術歸納為如下幾個部分。

（1）信息規范化與標準化技術。

（2）分布式數據庫技術。

（3）多媒體信息處理與輸入/輸出技術。

這些技術是有關信息本身的。除此之外，還有關于傳輸網絡處理與管理、群體協同工作平臺，以及人機交互界面等技術，都是建設高速信息網絡系統的關鍵技術。這些技術有如下幾種。

（1）高速傳輸技術。

（2）網絡互聯與互操作技術。

（3）各種接口技術。

（4）高速網絡體系結構及其協議。

（5）網絡管理技術。

（6）分布式多媒體操作系統。

（7）網絡信息共享與保密技術。

（8）協同工作時的資源分配與調度技術。

（9）信息網絡應用系統綜合集成技術。

（10）信息交流、集成和使用技術。

這些技術相互依賴和互相滲透，一起構成高速信息網絡的關鍵技術。下面對上述技術進行簡單解釋。

1）信息規范化與標準化技術

信息規范化與標準化技術可分為三個方面：信息本身的規范化、信息處理界面的標準化和規范化，以及網絡體系結構的標準化和規范化。信息本身的標準化涉及信息資源的規則制訂和編碼，信息處理界面的規范和標準化提供獨立于設備和網絡的統一應用界面，網絡體系結構的規范化和標準化則提供開放的網絡互聯方法。這三個方面的規范化與標準化的目的都是為了信息快速、準確地傳輸和使用。

信息規范化與標準化是一項規模宏大、耗時最長且涉及政府部門的政策、法規和自身機構改革，以及需要使用網絡應用系統的各行各業共同參與才能完成的工作。例如，就信息本身的規范化而言，從各種產品的編碼定義到規格的制訂和規格修改之后的更新手段，無一不是需要政府和行業主管部門及企業共同努力才能完成的。包括我國在內的眾多發展中國家在建設信息網絡系統時往往只重視先進的通信設備和高檔計算機等硬件系統，而忽視或不重視軟件、信息資源及信息資源的規范化、標準化。其結果往往是有路無車，花費巨額資金建成的網絡系統只能成為擺設，無法將信息網絡系統轉化成為經濟發展的催化劑和加速器。

信息處理界面的標準化及網絡體系結構的標準化工作的難度要小于信息本身的規范化與標準化，但也是兩項非常艱巨的工作。與信息本身的規范與標準化依賴于行業和應用不同的是，信息處理界面的標準化及網絡體系結構的標準化工作具有公共性，可以在全世界范圍內共享信息技術領域的研究成果。

2）分布式數據庫技術

有了規范化的信息之后，必須把規范化的信息存儲到相應的數據庫中，以便不同種類的用戶使用和共享。由于信息的多樣化和復雜性，以及多媒體信息的廣泛使用，信息的存儲、訪問與表示方法正發生極大的變化。首先，客戶機/服務器結構的計算環境得到了廣泛的應用。人們把那些需要共享的數據存儲在被稱為服務器的高檔大容量計算機中，由服務器保證和控制數據的一致性、完整性及并發性，由端系統進行服務請求和運算。而且，隨著信息的量和種類的不斷增加，單服務器已遠遠不能滿足用戶的需要。因而，連接裝有不同類型數據庫的多臺服務器組成的協同服務器正在受到人們的青睞。

其次，以面向對象的數據庫技術為主，能同時存儲多種不同媒體數據庫的非結構化數據庫的研究仍未取得突破性進展。

另一個需要解決的問題是公用數據和私有數據的劃分、轉換，以及共享與保密問題。

3）多媒體信息處理與輸入/輸出技術

多媒體信息處理與輸入/輸出技術包括以下幾個部分：

（1）多媒體傳輸標準與協議；

（2）多媒體資源的管理技術與互操作技術；

（3）多媒體信息的壓縮、恢復技術；

（4）多媒體信息的輸入/輸出技術，例如語言識別與語音合成技術；

（5）多媒體設備的研制等。

4）高速傳輸技術

高速傳輸技術是高速信息網絡的基礎技術。

隨著人們對各種信息的需求增加，具有T3/E3傳輸速度的Internet也變得不能滿足多媒體信息的實時傳輸的需要。因此，高速傳輸技術就成了制約高速信息網絡發展的關鍵之一。當前，高速傳輸技術研究的熱點主要有三個方面：①數字同步系列（SDH）；②異步交換模式（ATM）；③密集波分復用（DWDM）技術。這幾種技術具有組網靈活、管理方便、傳輸速度高（可達Gbps級或更高）等特點，被認為是未來高速信息網中主干網的主要傳輸方式。

5）網絡互聯與互操作技術

網絡互聯與互操作是高速信息網絡發展的主要瓶頸之一。高速信息網絡必須和各種現有中、低速網絡互聯，各種中、低速網絡也要互聯。這正如高速公路必須要有各種出入口和普通道路連接一樣。當前，各種連接中、低速網絡的橋、路由器產品種類較多，且已在世界范圍內形成了產業。但是，對應于新的高速網互聯則需要新的互聯產品。還有，信息網絡的各種應用系統大都基于不同體系結構的協議，如何使得具有相同功能的應用能在不同體系結構的協議的環境下互操作，也是必須解決的關鍵技術之一。

6）各種接口技術

由于信息資源和信息種類的涵蓋面廣泛，獲取和輸出信息用的設備種類也相當廣泛，包括攝像機、掃描設備、鍵盤、顯示器、打印機、電話、傳真、光盤、聲像磁帶、電視、高清晰度大屏幕電視HDTV，以及微傳感器件等。高速信息網絡應為各類設備提供邏輯接口，使得各種類型的設備能夠順利地集成到網絡環境中。

7）高速網絡體系結構及其協議

任何信息網絡都是基于某種協議的，正如兩個人交流信息時必須使用某種語言或某種能夠相互理解的方法一樣。協議是網絡軟件的最基礎、最重要的部分。網絡互連接、互操作及傳輸技術和網絡應用系統等都是基于某種規定的協議的。目前，TCP/IP協議和SPX/IPX協議等已獲得廣泛的應用，成為事實上的信息網絡通信標準協議。但是，這些協議在安全、處理速度、地址定義及路由算法等方面存在著一定的不足，無法滿足高速實時傳輸的需要。高速信息網絡必須要有相應的實時協議作為支撐。

8）網絡管理技術

網絡管理包括技術和人等方面。在技術方面，如何把眾多的應用、業務、用戶和設備資源統一管理和監控，使信息按照用戶要求在不同的網絡上傳輸和使用，是一項浩大的系統工程。正因為是系統工程，才需要管理人員和各方面人員的配合和協調。有時，這種配合和協調甚至比技術還要重要。

網絡管理的好壞不僅直接影響信息網絡的性能，而且直接影響到廣大用戶的利益。有時甚至可能由于管理不善對用戶造成巨大損害。

9）分布式網絡操作系統

當前流行的網絡操作系統有兩大類：以UNIX為代表的多用戶操作系統和以Netware為代表的局域網操作系統。這兩類操作系統在支持以TCP/IP協議為基礎的Internet，以及以SPX/IPX協議為基礎的NOVELL網方面取得了巨大成功。但是，無論是Internet還是NOVELL局域網，都是以傳輸字符信息為主的中、低速網絡。如何統一管理、控制和調度分布式環境下的硬軟件資源，以滿足多媒體信息獲取、處理、傳輸和輸出的需要，是一項需要進一步研究的工作。

10）網絡安全

高速信息網絡的用戶眾多，因此，網絡中許多信息可以共享，很多信息則是要保密的。即使可共享的信息也有知識產權問題存在，并不是可以無償地供所有用戶共享。因而，必須對網絡用戶進行分類、分組并賦予每個用戶一定的訪問權限。與單機系統中信息共享與保密不同的是：①網絡環境下的用戶數目比單機環境下多得多，無法一一給定相應的訪問權限；②除了內存和文件級的共享與保密之外，還有傳輸過程中的安全問題。因此，如何在保證信息共享的前提下做好有關知識產權和個人隱私權，以及企業和單位保密工作，是高速信息網絡建設過程中必須解決的問題之一。

11）協同工作時的資源調度與分配

所謂協同工作，是指為了完成同一任務的工作小組（其成員可能具有不同的民族、語言和文化背景）通過高速信息網絡互相交換信息、互相支援、有計劃地同步推進工作。事實上，現有的計算機都是為個人獨立工作設計的，而現實工作中的幾乎所有活動都是由人們協同進行的。高速信息網絡的出現使得計算機支持協同工作成為可能。高速信息網絡如何根據用戶要求，協調分配和調度用戶所需資源，從而完成用戶的協同工作呢？這是一項涉及人機通信模型、認知科學及計算機理論與技術的綜合技術。

12）信息網絡應用系統綜合集成技術

網絡應用系統直接面向用戶，為用戶提供各種各樣用戶需要的服務。信息網絡應用系統綜合集成技術為用戶提供從硬件配置、計算機等設備選型、操作系統、網絡軟件和互聯產品，以及從用戶界面等的選擇開始，到應用系統的性能評價、模擬、功能分析等為止的系統綜合集成支持工具。以上各項關鍵技術中的大部分需要政府、企業、學校各種研究機構及社會團體的通力合作和長期努力才能解決。

13）信息交流、集成和使用技術

如何在網絡上交流、使用和集成用戶感興趣的各類信息，也是網絡技術發展的熱點之一。

三、我國信息網絡建設現狀

1994年，我國提出了“三金工程”和“八金工程”等宏偉的信息網絡建設項目，開始建設中國的國家信息基礎設施。但是，作為信息網絡基礎的通信、計算機、信息及其應用（或稱信息服務業）、軟件支持平臺、規范和標準以及人的培養情況又如何呢？這里想就幾個主要的基本方面和美、日、歐等國家和地區做一簡單比較，以期從中看出我國信息網絡的建設方向。表1～表4的數據都來自于各種不同的文獻，因此，不一定十分準確，僅供參考。

在各表中“有”表示既有生產能力和技術，又有市場和較大的銷售份額。盡管上述比較是粗略的，但可以從中看出，除了中小型電話交換機之外，我國的通信網絡主要靠引進；我們計算機在硬件方面幾乎是既無技術（巨型機除外），又無大批量生產能力（除PC外）；在軟件方面除了在中文處理上占有優勢之外，其他方面都較美、日、歐洲落后許多。另外，我國的信息規范化程度低，數據庫少，且其中的有效信息不多，很難被多次利用并產生增值效應。因此，盡管我國的CHINAPAC分組交換網及DDN數字數據網已在全國各主要城市建立了端口和專用電路，但在上面傳輸數據和使用這些網絡的用戶卻為數不多。

四、原因、對策與建議

如上所述，我國信息網絡的建設經過多年的發展，已基本建立了全國范圍的中、低速傳輸網。但是，盡管我國人口和企業眾多，真正利用這些全國性傳輸網進行信息交換的用戶并不多。究其原因，可能有如下幾點。

（1）信息不規范。包括編碼的不規范和信息本身的不規范，例如，我國各地大樓的門窗很少有按同一標準建造的。

（2）信息獲取、更新、維護手段落后。現階段，我國的信息輸入方法主要依靠鍵盤輸入。這一方面是信息不規范、未采用條形碼等規范化的信息表示方法所致，另一方面也有人們對中文輸入不太習慣的原因。但更重要的則是缺少獲取中文多媒體信息的有關軟件和設備。

（3）缺少各種大規模的專業數據庫。至今為止，我們雖已建立了800多個大型數據庫，但這些數據庫大都缺少統一的用戶界面及使用標準，也未和全國性廣域網連接。因此，用戶無法使用這些數據信息。

（4）缺少專業人才。包括通信方面、計算機方面及應用方面的專業人才，特別是缺少那些既懂通信，又懂計算機和網絡，并能夠組織項目的研究和開發，把通信、計算機網絡技術應用到相應行業中去的高級專業人才。

（5）普遍追求短期效益，對信息產業的發展投入不夠。高速信息網絡及信息產業的建設是一項需要長期投入、滾動式累積發展的事業，需要有一大批掌握某項關鍵技術并能生產出有國際競爭力的各種產品的大中小型企業，更需要有長期的基礎研究作為后盾。否則，只能是盲目跟蹤、大量購買國外產品，無法在信息應用方面真正起到國民經濟發展的催化劑作用。

（6）人們對信息網絡的重要性認識不足。在政策、組織結構、法規和知識產權等方面未對信息產業給予適當的傾斜和重視。

（7）經濟力量不雄厚。經濟力量不雄厚與高速信息網絡要發展的矛盾在我國顯得格外突出。怎樣才能把有限的財力用在發展高速信息網絡最需要的地方，從政府、科研機構、學校和企業的各層人士都在思考這個問題。

我個人認為，在下述幾個方面如果能有所改進，將會對我國高速信息網絡建設的持續穩定發展有所幫助。

（1）建立長期穩定的、權威性的組織機構負責統一協調和制定我國高速信息網絡的政策、措施、發展規劃和標準。

（2）重視信息規范化工作。從企業到各行業主管部門，從科研機構到政府，都應該把信息規范化工作作為和建設物理通信網絡同等重要的大事來抓，并通過信息規范化工作來帶動企業改造、企業生產和管理過程的標準化。

（3）調整信息網絡建設的成敗關鍵在人才，人的因素第一。我們必須在人才的培養和使用方面再跨進一步。特別要控制在收入分配上的兩極分化現象，以免造成那些從事技術工作的人員在收入上大大低于銷售人員等現象。另外，人才建設是一項長期的艱苦工作，我們應通過加強基礎研究和教育培訓促進人才成長。

（4）在總體上強調經濟效益，在局部上不要過分強調經濟效益。現在有一種很令人擔憂的現象，就是除了基金項目之外，其他的項目都要強調有多少經濟效益。這勢必帶來科研上的短期效應。有句話叫做：有意栽花花不開。我們應該有一個較為寬松的環境，以促進人才的成長，為信息產業發展打下基礎。

（5）抓住幾個重點，以應用為龍頭，增加投入。高速信息網絡有許多共性的部分，也有許多是我國獨有的特殊部分。我們的投入重點應集中在那些有特殊性的地方，例如中文軟件平臺、多媒體處理、輸入/輸出設備及互聯設備和應用系統等。至于共性部分，適當地購買和引進可能要比自己研制好得多。

（6）政策傾斜。國家應在稅收、市場等方面對從事信息產業的企業進行適當傾斜，以鼓勵企業對投資信息產業和從事信息產業的積極性。另外，國家還應使用政策杠桿要求企業增加科技投入的比例。

（7）改革現有科技管理辦法。應簡化項目審批手續、增加項目申報的透明度。另外，還要加強對項目執行情況的檢查。

（8）加強培訓教育工作，提高全民的信息化意識。

以上幾點，關鍵在人才。只要有了高水平的人才，我們的高速信息網絡和信息產業就會大發展。因此，如何培養人才、使用人才、留住和保護人才，才是我國各級領導、企業家、專家，乃至每一個關心我國信息網絡技術發展的人，所要優先考慮的。否則，我們的“三金工程”或“八金工程”的實現、使用和維護，將是一件非常困難的事情。

（《計算機世界》報 1995年 第5期）