第1章 全球发展态势
根据We Are Social和HootSuite联合发布的分析数据，截至2022年1月，互联网已经覆盖全球超过220个国家和地区，全球互联网用户已经达到49.5亿(64.5户/百人)，移动电话用户53.1亿(69.6户/百人)。根据国际电信联盟(ITU)的*新数据，截至2021年底，全球移动宽带用户63.80亿(83.0户/百人)，固定电话用户8.46亿(11户/百人)，固定宽带用户13.1亿(17户/百人)(引自ITU数据[1])。
宽带人口普及率每提高10%，可带动国内生产总值提升1.38%(引自世界银行数据[2])。亚太互联网络信息中心(APNIC)统计数据显示，截至2021年底，全球49.5亿互联网用户中，IPv6用户数量已达14亿，IPv6用户占比约为28.28%。与2019年同期相比，全球IPv6用户数量增长超过4亿，IPv6用户占比上升了4%。世界人均联网设备的数量从2003年的0.08台增长到2010年的1.84台，2015年的3.47台，到2020年增长到6.58台。人类在计算机商品化之前的整个历史过程中已积累了12EB数据，到2006年达到180EB，在2006～2011年间已超过1600EB，这一数字每3年就会翻4倍，2015年就已达到8ZB(引自《第四次工业革命》)，到2020年底突破108ZB甚至更多[3]。
1.1 前沿创新
互联网仍是支撑未来十年全球信息传输基础设施的主导体系架构，P比特级传输、E比特级交换、千兆以上接入、5G全覆盖和工业互联网正逐步成为现实，实现信息在空间上、时间上的有效传送。人-网-物三元万物互联，与各行各业深度融合，正向生产制造等领域不断延伸[4，5]。网络已成为人类有史以来*大的人造物。网络通信领域的整体发展趋势呈现出十大技术特征[6-8]。
一是网络特征。网络中规模*大的是互联网，互联网是面向全球的分布式开放信息传输平台，是21世纪的科技象征，它已逐渐成为随时随地的“场景”，像阳光、空气、水和电一样，成为一种普适的“存在”。下一步，体现出人-网-物三元万物互联，大融合、大连接、大数据、新智能，逐步渗透至整个自然世界和人类社会，相当于在自然世界和人类社会之上叠加了一个神经层，这是人类有史以来的由科技活动引发的极其少有的重大转变。目前，以网络为主体的数字经济规模，在美、德等发达国家占据GDP 60%～70%的规模，在中国占GDP的38.6%。但是，如何预测大规模复杂互联网行为是一个难题。如果现有互联网已有300～500亿连接，那么连接总数有极限吗？如果有，是多少？其节点数和用户数能一直增加到无穷多吗？网络是人类进化数万年以来新产生的庞然大物，其范围究竟能扩展到多大？寿命还有多长？它会永生吗？下一步它究竟会如何演进？有人认为互联网会分裂，究竟会如何分裂？还有，互联网作为一个整体事务(而不仅仅只是网络性能)，其未来发展是否有可能建模并用数学来描述、刻画？这些都是我们需要去探索和解决的重大工程科技问题。爱因斯坦说过，“提出一个问题往往比解决一个问题更为重要”。
二是架构特征，这一特征正体现出5G/B5G/6G网络体系架构、云网一体、云端协同的四大转变：即从复杂封闭体系向开放开源的新型NFV/SDN(网络功能虚拟化/软件定义网络)云网一体架构转变，从行政管理体制及传统组网思维向互联网思维转变，从被动适应向主动快速灵活应对转变，组成架构各要素单元的来源从传统买卖关系向建构产业链新生态系统转变。未来十年互联网仍将是主导体系架构，其影响*大、覆盖*广、用户*多的全球地位不会改变。从研究未来网络体系架构和未来网络节点设备体系架构的角度我们会问，什么样的体系架构是*好的，如何能确保使命必达，如何能确保用户体验*好，好的体系架构的评价标准是什么，不用TCP/IP用什么？不用尽力而为用什么？特别是如何把空天地海组网都考虑进来。即使我们找到了*好的体系架构，能替代现有的庞大的互联网吗，拿什么来替代？如何替代？怎么替代？谁来投资？如何投资？谁来实施和运营？假如不能替代，后续几十或几百年或更长时间，我们从技术上该怎么办？如何改进？或者走另外一条完全不同的全新道路？这条道路还需要无线通信和光通信继续迭代创新来支撑吗？这些都是我们需要从体系架构去探索和解决的重要工程科技问题。
三是连接特征。办公室有了电话，就被连接到外部世界。家里有了电脑就可以随时连接上网。有了传感器就可以产生对应的物联网连接。人有了手机就可以在对应的时间、地点被连接到世界任何个人，随时随地网购、游戏、线上培训、远程医疗、网上会议、微信、付费等。有传感感知互连、无线互连、光纤互连、可见光互连、红外互连、太赫兹互连、水下互连，从消费领域互连向工业领域互连推进，向所有行业和区域延伸等。从点对点和点到多点连接，到网络连接，到大网和巨网连接。连接可以大大拉近人与人、人与物、物与物的距离，不断地把无关的事物关联起来，可以不断地提供服务，提效、增值、降成本，从话音、文字、图像视频到增强现实/虚拟现实(AR/VR)。连接可以共享、互动、加快流动、降低不确定性、强化依存关系、加速进化。连接重塑制造，连接驱动转型，连接产生创新，连接推动融合，连接催生跨界。全球74亿人可以通过手机连接在互联网上。梅特卡夫定律说：网络的价值与网络连接节点数的平方成正比，节点数越多，价值越高。连接总数指数级增长，像滚雪球一样越滚越大，随着连接数量的剧增，会不断涌现出新的巨变。以人类大脑为例，它相当于100万亿神经元间的相互连接，这些连接是大规模并行的、大部分细节是随机的(雷 库兹韦尔)。大脑只不过3磅(1360克)重，你可以一手掌握，但它却可以构想出跨越亿万光年的宇宙(玛丽安 戴蒙德)。74亿台相互连接的手机所产生的价值和影响力要远远超过相等价值的超级计算机，而且连接所产生的影响是颠覆性的，会改变很多传统行业的商业模式。连接可以不断地突破距离限制、时间限制，突破听力制约、视力制约、能力制约、知识制约、脑力制约，向所有人类未知领域延伸，下一步我们人类嗅觉、预感、想象力，或许可以通过网络连接取得突破。就像互联网把网购推向一个全新的阶段一样。未来，百亿级至千亿级的物联网连接的引入又会把人类的文明方式推向一个意想不到的新时代。
四是空间特征，体现出网络通信可以突破空间限制、位置限制，微观世界、生物环境限制，可以突破高温低温环境的限制、高压低压的限制、海底和地球内部的限制，以及其他人类不适合生存的环境的限制。下一步，体现出网络互联从目前地面上的平面二维互联向陆海空三维互联、微观世界互联及外太空和星际互联不断延伸。互联会延伸到海底及其未知世界，互联到地球的所有物理维度。下一步，我们需要互联到太阳系以外，互联到银河系以外，互联到宇宙所有地方。未来，宇宙中所有的一切，都可以被联网。更进一步，还需要互联到化学反应、生物机理、材料和能源机理的内部等。
五是软件特征，通信系统软件较诱人之处是可不断增加系统的灵活性、不断增加系统的功能，按需升级和快速迭代，具有可扩展性、按需使用的及时性、可重用性、可重构性，目标是软件定义一切，把灵活性发挥到极致。不过，网络通信系统设备中所用的大型软件可能是人类目前所能制造的*复杂的事物之一了，对于一个具有海量可能性的软件系统，你很难对所有的可能性进行测试，因为它是不连续系统。由此，我们常常会问，通信系统的软件代码量和能力，可以无限多、无限递增吗？如果是有限的，是多少？这种方式使用软件是*好的选择吗？还有没有更好、能替代软件的事物吗？
六是数据特征，作为一种特殊的无形资产和生产要素，数据具有流动性、可使用性、可编程性、可共享性、可交互性、可显示性、可统计性、可升级性、可重构性、开放性、多元性、可传播性、可分析性、可压缩性、可链接性、非物质性(固液气之外)、可存储性、非竞争性、非排他性、非稀缺性，大量数据和少量数据的行为存在重大差异。网络数据总量正从目前的PB、EB和ZB级快速向ZB、YB乃至BB级陡增，网络流量、存储容量、处理速度等均呈指数型增长。这些体现出近几年网络中呈现的大数据，数据之间从关注因果关系，转向更多地关注数据相关性、时效性和个性化。如何收集、存储、管理和分析数据已成为网络信息技术研究的焦点问题。比如，*近几年有专家提出，先用天文望远镜把宇宙中观测到的巨量数据都取回来，再用人工智能(AI)的办法处理这些数据，从而找出并解释暗物质、暗能量等重大问题。由此，我们会问，人类通过AI处理大数据的量，可以无限多、无限递增吗？如果能力有限，那是多少呢？还有比数据更好的事物来担当此项工作吗？
七是带宽特征，按照库伯定律，在给定无线频谱中传送的信息量每两年半翻一番。互联网上每秒比特的传送量每16个月翻一番。从1982年到2022年，单波商用系统增长超过20万倍。如果算上波分复用，则增长超过600万倍。一般认为，骨干网光纤传输带宽每9～12个月翻一番。目前5G商用系统空口速率与30年前相比，速率增长约10万倍。连接带宽将呈Gbps→Tbps→Pbps→Ebps→Zbps 的发展趋势，连接带宽还将继续呈指数型增长。据此，我
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