到今年年底，智能手機、平板電腦以及其他各種聯網數碼設備的總數，將超過地球人口總數。但或許更值得注意的是，隨著速度更快、功能更強大的移動設備不斷涌 入市場，它們所產生和消費的內容將達到史無前例的水平。網絡產品制造商思科公司(Cisco)不久前的一項報告稱，2012年，全球移動數據增長了 70%。然而，全世界網絡基礎設施的承載能力終究是有限的，因此許多人想知道，我們何時會碰到網絡能力的極限；而一旦發生這種情況，我們又該怎么辦。

互聯網走在崩潰邊緣

網絡上的數據量正在以指數級的速度增長，很快將達到現有網絡基礎設施所能承載的極限。如何才能以可持續的方式，保證網絡在海量數據重壓下不至于崩潰？貝爾實驗室基礎研究院的負責人指出，我們必須對網絡處理信息的方式進行根本性變革。

到今年年底，智能手機、平板電腦以及其他各種聯網數碼設備的總數，將超過地球人口總數。但或許更值得注意的是，隨著速度更快、功能更強大的移動設備不斷涌入市場，它們所產生和消費的內容將達到史無前例的水平。網絡產品制造商思科公司(Cisco)不久前的一項報告稱，2012年，全球移動數據增長了70%。然而，全世界網絡基礎設施的承載能力終究是有限的，因此許多人想知道，我們何時會碰到網絡能力的極限；而一旦發生這種情況，我們又該怎么辦。

當然，有許多辦法可以增強網絡基礎設施的承載能力，比如鋪設更多光纜，在光纜中塞進更多用于數據傳輸的光纖，以及利用較小的衛星網絡分擔部分數據傳輸，但這些方法都是治標不治本，只不過推遲了到達那個無法避免的極限的時間。根本的解決方案，在于提高整個網絡基礎設施的智能水平。兩大方面的改進必不可少：一方面，電腦及其他設備在將數據傳上網絡之前，應該對內容進行預處理，并盡可能地過濾或整合內容；另一方面，網絡應該對如何處理這些內容有更好的理解，而不是呆板麻木地將其視為一串無窮無盡、千篇一律的比特流和字節流。

為了了解如何取得這些重大進展，《科學美國人》采訪了貝爾實驗室基礎研究院(Bell Labs Research，位于美國新澤西州默里山市)的負責人馬庫斯·霍夫曼(Markus Hofmann)。這個研究院是阿爾卡特–朗訊公司的研發機構，它和它的前身在科技史上立下了諸多功勞，包括發明晶體管、激光器、電荷耦合器件，以及上個世紀一連串開創性的技術。1998年，霍夫曼于離開德國卡爾斯魯厄大學，加入了貝爾實驗室。他的團隊認為“信息網絡化”(information networking)是未來的發展方向，這種技術有望通過提高互聯網的智能，增強其信息傳輸能力。

《科學美國人》：我們怎么知道通信網絡的傳輸能力已接近極限？

霍夫曼：這方面的跡象的確不易察覺，但無疑是存在的。以我個人的親身經歷為例，當我通過Skype，向遠在德國的父母發送孩子們玩曲棍球的實時視頻時，畫面有時會在播放到最精彩的瞬間時出現卡頓。雖然總的說來，這種現象不是經常發生，但它最近出現得更頻繁了。這表明，在用戶要求必須傳送大量數據的重壓之下，網絡開始有點力不從心了。

我們知道，大自然給我們設定了某些限制——在一定的通信信道上所能傳輸的信息量是有限的。這一現象稱為“非線性香農極限”(nonlinear Shannon limit)，是以貝爾電話實驗室的數學家克勞德？香農(Claude Shannon)的名字命名的。這一極限告訴我們，運用現今的技術我們可以走多遠。

我們已經非常接近這一極限，大約達到極限值的50%以上。換言之，如果我們讓現今的網絡通信量翻一番——這種情況可能在今后四五年內出現，就會超過香農極限。

這就是說，我們面臨著一個根本性的障礙。超越這一極限是不可能的，就像我們絕不可能超越光速一樣。因此，我們必須在這些限制條件之內開展工作，并尋找各種解決辦法，應對網絡通信量持續的增長。

《科學美國人》：如何讓互聯網避免碰到“這個極限”？

霍夫曼：最簡單的辦法就是鋪設更多的光纖以增加帶寬。例如，現在只有一條橫跨大西洋的光纜，將來，我們可以鋪設兩條、五條乃至十條。這是一種只靠蠻力解決問題的辦法，當然也是最燒錢的辦法——你得挖開地面，鋪設光纖，還要成倍地增設光放大器、發射器、接收器等。

為了使這一方案經濟可行，我們不僅需要將多個頻道整合到一根光纖內，還必須借助光子集成(photonic integration)等新技術，把多個發射器和接收器“堆疊起來”。這種方案稱為“空分復用”(spatial division multiplexing)。

然而，只是強化現有的網絡基礎設施，并不足以滿足日益增長的通信需求。我們所需要的網絡基礎設施，不應該一直把原始數據只是當作比特或字節，而應該把它們視為與電腦或智能手機用戶緊密相關的信息片段。試想一下，在某一天，你是想知道溫度、風速和氣壓，還是只想知道該如何穿著？這就需要“信息網絡化”。

《科學美國人》：“信息網絡化”與當前的互聯網有何不同？

霍夫曼：許多人把互聯網稱作“傻”網，不過我并不喜歡這種叫法。互聯網最初的崛起，得益于文件與數據非實時共享的推動。當時，對互聯網這個系統最大的要求是“彈性”(resiliency)——即使其中一個或多個節點(電腦、服務器等)停止工作，整個系統也必須能繼續運行。此外，從最初的設計上，互聯網就是僅僅把數據視為數字流，而不會對這些數據的意義進行解讀。

如今，我們使用互聯網的許多方式都對實時性有一定要求，無論是觀看流式視頻，還是打電話。與此同時，我們產生的數據量也比以前大很多。網絡必須對它所傳送的信息有更多的了解，以便更好地安排信息傳送的優先級，并提高運行效率。舉例來說，如果我正在自己的辦公室開視頻會議