1.5 技術發展趨勢、展望和預測

隨著數字化技術的發展，信息相關領域正在迅速融合，信息的產生、獲取、傳送、存儲，加工處理和應用之間的“孤島”正進一步融為一體。本節論述應用發展的趨勢，對關鍵技術進行分析、展望，對未來技術發展進行預測。

1.5.1 應用發展的趨勢

當今，人類社會已步入信息時代。信息時代的特征是，人們工作、學習、生活和娛樂都離不開信息。信息社會的核心技術是計算機、通信網絡和多媒體技術。目前，信息相關領域正在迅速地融合。長期獨立發展和運行的計算機網絡、電信網絡和有線電視網正逐步融合，通常稱為三網合一。20世紀，電信業無論從業務量還是從收入來說都是以電話為主體，可以說20世紀是電話的時代。然而到90年代，信息革命的浪潮席卷全球，建設信息高速公路的號角吹響，信息和知識爆炸式地增長。特別是Internet商業化的迅猛發展，使傳統的電信業和有線電視業受到巨大的震動和沖擊，沖擊給人們帶來的啟示是一切離不開信息，信息是核心。發展各種技術都圍繞著信息。信息和知識已成為社會和經濟發展的戰略資源和基本要素。在知識經濟時代，人們更加需要信息。現在可以肯定地說，新的21世紀必將是信息大發展的時代。在這一歷史性變化過程中，21世紀將看到兩個超過：數據超過語言，移動超過固定。下面介紹21世紀的發展趨勢。

1.信息網絡化

隨著高速通信和網絡技術的飛速發展，人們在信息時代互相通信和共享資源，過去分散的信息孤島已不復存在。人類不僅需要信息，而且需要網絡化的信息。信息高速公路的基礎設施、高速國際互聯網的發展和廣泛應用，使信息傳輸已不再是少數專家才可使用的高精尖技術，而是普通老百姓的一般工具。目前，計算機工作者編制的各種程序已不能只考慮在單機上運行和使用，而應考慮網絡化。設計的系統要能滿足開放的接口標準，使各種異構系統便于互聯和具有高度的互操作性，符合標準化。分布式對象技術是解決異構系統互操作的關鍵技術，如CORBA和DCOM就是為滿足可復用和可移植性的應用開發框架的工業標準。這類標準可以實現軟件總線結構，建立動態的客戶程序和服務等程序之間的調用關系，可以在網絡環境下實現信息交換，可以提供分布式多媒體運行環境，可以開發各種分布式多媒體應用。

2.信息多媒體化

隨著多媒體技術的發展和應用的不斷深入，各種多媒體應用都要求在網上同時傳輸音頻和視頻信息。這些信息不僅量大，而且還要求連續性，不能有間斷或跳躍感，同時音頻和視頻之間必須保持同步。一般要求在網絡上傳輸的信息是聲、文、圖、像并茂的綜合多媒體信息。多媒體通信更符合人們之間的自然交流。這遠比單一的文字、簡單的聲音或靜態圖像傳輸更真實、直觀和逼真。多媒體通信的發展為計算機應用開拓了很多新的應用空間。多媒體通信和分布式多媒體計算機系統，將更充分發揮人類的智能，開發出各種多樣的服務，在生產、設計、管理、科研、教育、醫療和娛樂等方面得到廣泛的應用。要求多媒體信息流既可能是單向的，又可能是雙向的；既可能是點對點的，又可能是點對多點的。這要求支持分布式多媒體計算機系統的網絡必須解決下列三個基本問題。

（1）帶寬：要根據多媒體應用來測算所需的帶寬，還要充分利用現有網絡資源。

（2）多點廣播：也稱為組播。當前，IP網上有一整套標準，其中編址方面的D類IP地址專用于定義多點廣播地址。

（3）服務質量控制：首先要減少信息傳輸的延遲時間，其次要防止信息傳輸延遲時間變化過大，即抖動要小。

總之，多媒體通信是一個新的可持續發展的增長點。

3.信息服務多樣化

信息技術的發展推動信息服務業的多樣化和個性化，即隨著多媒體、網絡技術的發展，在各種多媒體網絡平臺上開發能適應社會各界、各行各業、千姿百態的大量應用，讓人類在21世紀通過網絡開創新的工作方式、管理方式、商貿方式、金融方式、思想交流的方式、文化教育方式、醫療保健方式和生活消費的方式。這些方式具有個性化的服務。這種個性化就是按個人意愿向用戶提供“隨時、隨地、隨意”的服務。個性化服務不僅是指實現全地域無縫覆蓋，提供全天候的服務，使用戶可以在地球上的任何地方隨時進行通信，通過個人號碼為用戶提供最大可能的移動性；而且還包括具有友好用戶界面的交互性，使用戶能夠更多地參與網絡控制，按照個人的需要、意愿、支付能力來選擇帶寬、服務項目、服務質量、安全性和費用。

為了實現上述的信息網絡化、信息多媒體化、信息服務多樣化及個性化，就要依靠各種關鍵技術。下面分析和展望關鍵技術。

1.5.2 關鍵技術的分析和展望

1.以光纖通信為主，向更高速、更靈活的組網方向發展

高速傳輸技術在21 世紀仍將以光纖通信為主，并向更高的速率、更靈活的組網方向發展。10Gb/s的SDH系統已開始在網上大量商用，下一步的發展是40Gb/s和80Gb/s的SDH系統。密集波分復用（DWDM）現已成為大容量系統的主導發展方向。實用化系統的最大容量已達400Gb/s，Tb/s的DWDM也將于近兩年大量投入商用。目前，實用化的DWDM系統基本上是以點到點通信為基礎的系統，其靈活性和可靠性還不理想；而具有分插復用功能和交叉連接功能的WDM全光互聯網將是今后的發展方向。

2.寬帶接入技術——光纖化和無線化

目前，全球范圍內接入網的發展趨勢是寬帶化和無線化。光纖接入網是接入網的發展趨勢。光纖到家（FTTH）是接入網的發展目標。在各種光纖接入系統中，無源光網（PON）被認為是一種最有前途的光纖接入技術。目前，有些電信運營公司，為了利用現有銅線資源，也正積極開發寬帶接入技術，包括ADSL、HDSL和VDSL技術等，統稱為XDSL技術。XDSL技術已陸續投入商用，我國以及美國、歐洲、新加坡等許多國家和地區已開始大規模使用ADSL。簡化的ADSL和HDSL已經成為熱門，另外還有有線電視公司（國內廣電系統）也在開發基于HFC的Cable MODEM寬帶接入技術，為電視用戶提供交互式寬帶業務。目前，Cable MODEM在有線電視網比較發達的北美地區發展迅速，年增長率達到100%。

千兆位以太網也是寬帶接入的另一個主要發展方向，其標準于1998 年出臺，促使千兆位以太網逐漸成為市場的主流。

無線接入在解決普通服務中發揮作用的同時也開始走向寬帶。目前的開發方向主要有本地多點分配系統（LMDS）、移動寬帶系統、無線寬帶系統、無線LAN和無線ATM。這些技術在不久的將來都會在無線接入市場上扮演主要角色。

3.移動通信與IP網結合

第三代移動通信是熱點，目前其系統標準制訂和技術開發工作都進展順利，現在處于商業化的前夕。對IMT-2000以后的技術，即面向IP、速率更高的第四代移動通信技術的研究在某些發達國家已經提到日程上。

另一個趨勢是移動與IP相結合，移動與固定相結合。移動通信和Internet是當今世界上發展最快、市場潛力最大、前景最誘人的兩個業務方向。移動與IP相結合，移動通信接入Internet的趨勢是必然的。作為從第二代向第三代的一種過渡技術，GPRS正在興起。為了最終實現真正的個人通信，使用戶不論在固定環境還是在移動環境中都享受到相同的服務，獲得相同的應用，固定通信網與移動通信網也必須結合，融為一體。

1.5.3 未來技術發展的預測

在21世紀初，信息技術發生了巨大的變革，可以發現，信息網絡中發生的革命正以前所未有的速度推動著全球經濟的發展；而所有這些進步都得益于并將繼續得益于下列六大技術。

（1）集成電路技術。

（2）光電子技術。

（3）存儲技術。

（4）顯示技術。

（5）無線技術。

（6）軟件技術。

集成電路技術的發展可以實現每8～24個月翻一番，光電子技術也在發生類似的變化。自20世紀90年代開始，單位時間內傳遞的信息量持續保持了每年提高1倍的增長速度。存儲技術也出現了類似的發展，其容量每9個月就翻一番。同樣，顯示技術也在進步，單位面積上的像素每2年會翻一番。在過去的5年中，無線技術的發展只能用“奇跡”來形容。盡管難以定量分析軟件技術，但總體上也可以實現每2年革新一次的發展速度，這一點可以從微軟的操作系統發展中反映出來；而通信技術不同于其他技術，因為通信是可以靈活伸縮的，但其他技術卻不能，例如無法無限制地將汽車變小。正是這一特點為通信技術未來的發展提供了無限的空間。下面介紹對這些技術的未來發展的預測。

1.集成電路——向光發展

當前的集成電路技術采用0.13μm工藝，其線徑可達0.12μm。未來將采用分子技術制造晶體管，但這仍局限于硅技術領域。從長遠來看，技術已到盡頭，硅片已經難以滿足更高速率的需求。為了進一步提高速率，只能進入光學領域，如采用光二極管等。目前已開始研發這一領域。

2.光電子——從點到網

光電子領域的許多進步都與物理學密切相關。目前，有機晶體正成為新的熱點，目的是尋找便宜的塑料晶體管和激光器。

過去，光纖技術的大量使用，需要增加光層，組建靈活可靠的光網絡。目前的通信網分三層：業務層、SONET層和光層。未來的網絡將主要由兩層業務層和光層組成，其中會含有TCP/IP層，但SONET層發展受限，其部分功能將移到光層。

目前提高網絡帶寬時，主要靠增加每根光纖上可用波長的數量，但可調激光器技術、補償光纖和光弧子技術也將起到十分重要的作用。例如，采用光弧子傳輸距離可達5000km，目前在這方面有許多新技術。另外，構造全光網絡的光交叉連接系統，利用微型機械控制光纖和反光鏡系統以實現的光交換都是組建光網絡的關鍵技術。

3.存儲——面向全息

傳統的存儲器采用磁盤方式，速度相對較慢，并且存儲機制單一。未來的存儲系統是由光存儲組成的存儲局域網絡（SAN）。電子商務對存儲器容量的需求越來越高，傳統的存儲系統將不敷使用。存儲技術面臨的挑戰有很多，其中包括大容量、小尺寸、控制方便和存取速度快等。

未來的存儲器將采用全息技術、新型磁存儲材料的研發和處理制造技術。全息技術用三維空間存儲機制替代現有的二維空間存儲機制，從而大大提高了單位空間的存儲量。美國貝爾實驗室一直致力于全息技術的研究，最近已著手全息技術的商用化。

4.顯示——改變閱讀習慣

與通信網絡發展密切相關的另一項技術是顯示技術。目前，顯示器的分辨率每2年翻一番；LCD正在迅速取代CRT成為主流，其分辨率越來越高，價格越來越低，使用越來越普及。顯示技術面臨的挑戰是縮小尺寸。許多人認為，看一頁內容，顯示器已足夠方便了；但如果需要閱讀多頁內容時，許多人可能情愿先打印，后閱讀。現在已有一種柔性顯示屏，其原理是利用黑、白球的顯示技術，它有點像打印，一般情況下，支撐屏幕的是黑球，需要顯示時就將白球推出。隨著技術的進步，未來的顯示器將會像報紙一樣方便、靈活得可任意折疊、閱讀。

5.無線——帶寬和速度

對于未來的通信來說，無線技術是極為重要的。必須考慮第三代、第四代移動通信技術。業界面臨的挑戰是如何組織第三代網絡，如何大規模使用網絡帶寬。目前，日本NTT DOCOMO的經營模式（I-mode）非常成功，年輕一代都用它進行各種游戲。

如何解決增加帶寬和比特率，是無線網絡面臨的根本問題。無線網絡是一種非常復雜的多路徑網絡，需要考慮時間和空間分集的技術。由于環境的復雜性，無線信號從來都不可能直接從手機到基站。它們在傳輸過程中需要經歷許多折射和反射，因此無線接收的干擾是十分嚴重的。現在，一個新的研究方向是，重新反思過去所謂的“干擾”，探討利用反射和散射提高無線傳輸鏈路的帶寬和速率的途徑。

6.軟件——重在測試

軟件技術是一個非常龐大的領域。隨著計算機技術的發展，軟件的規模越來越大，如何保證軟件的正確性變得越來越困難。最早的UNIX操作系統的C源程序只有6000行，相比之下，現在微軟的操作系統程序已有100多萬行，將來會超過1000萬行。過去的軟件都是相互獨立的，而現在人們使用著相互關聯的各種網絡軟件，移動互聯網上使用的軟件就是很好的例子。軟件復雜性的增長使確保程序的正確性變得越來越困難。因此，如何測試程序已成為當今軟件業面臨的最大問題，也是軟件生產中成本最高的部分。事實上，目前軟件編制工作中的50%是測試和驗證，因此軟件測試工具的好壞對軟件的發展至關重要。

總之，以上六大技術對網絡、通信和分布式多媒體技術的發展和應用是至關重要的。希望上述未來的技術發展趨勢和預測，在10～20年內，都能成為現實。