高速信息网络与发展对策

一、引言

进入20世纪90年代以来，信息网络通信技术正迅速向着高速化、实时化、智能化、集成化、多媒体化和用户中心化的方向发展，特别是美国提出了信息高速公路计划NII和高性能计算与通信计划HPCC以来，从欧洲、日本等发达国家到新加坡、韩国，以及中国香港和中国台湾等新兴工业化国家和地区的政府部门、科研机构、大学和公司等都投入了大量资金和人力进行有关信息高速公路和高速信息网络的研究与建设。美国、日本和欧洲等国家和地区甚至计划在2015年以前把信息高速公路连接到所在国家和地区的几乎所有家庭。显然，作为信息化社会的最大基础设施之一的信息高速公路，将对21世纪社会的政治、军事、经济、环境、能源等各方面产生重大影响，它将使得多媒体实时传输成为可能，使得全球电视会议、远距离医疗、电子图书馆、电子美术馆、电视购物、网络教育和分布式并行计算等成为现实。也就是说，信息高速公路将使现在的个体式或互助组式的计算机系统或网络系统，变为一个大范围的、有组织的、高效的群体系统。

我国也已充分认识到信息技术对21世纪社会发展的重要性和对21世纪政治、军事、经济、科技、教育、环境、能源等各方面产生的巨大影响。江泽民同志曾深刻指出：“四个现代化哪一化也离不开信息化。”从1993年开始，我国有关部门相继提出了“三金”工程和“八金”工程等全国性的大项目，并已取得相应的阶段性成果。

但是，尽管社会对信息高速公路和高速信息网络的要求非常迫切，包括美国和众多的西方先进国家在内的世界各国和跨国公司，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关键技术。他们正在投入大量的人力、物力研究和开发信息高速公路的网络体系结构、高速实时传输协议、高速实时开放式分布操作系统、网络管理软件、用户业务控制和生成环境、多媒体和人机交互界面，以及异种网络互联技术和各种交换设备、智能集线器等软硬件技术，以期在最近几年取得关键性的突破。在这种形势下，我国的政府、企业、科研机构和院校及工业界应采取何种态度和怎样的做法呢？我国是否需要举全国之力全力以赴地开展对信息高速公路的研究和建设呢？如果我们也要大力发展信息基础设施，我们应该研究和发展哪些关键技术？

二、高速信息网络关键技术

1. 什么是高速信息网络

建立信息高速公路和高速信息网络需要哪些关键技术？这个问题的答案取决于对信息高速公路的定义和认识。有人认为，信息高速公路和高速信息网络主要解决主干网络的互相连通和传输速度问题，这是一种不完全的看法。信息高速公路是一个以多种媒体、按用户的质量要求给各种用户随时提供大量正确信息、由通信网络（包括主干网和局部网）、计算机和数据库及各种友好的用户界面所组成的完备网络，它具有非常广泛的含义。NII计划中有一段专门定义信息高速公路的文字：国家信息基础设施不仅指用于传输、存储、处理和显示声音、数据及图像的物理设备，它还包括以下内容：

（1）信息本身。这些信息具有电视节目、科技和商业数据库、图像、录音磁带、图书馆档案等多种媒体形式。

（2）网络应用系统及其支撑软件。

（3）网络传输编码和网络互联标准。

（4）人，包括在信息及其相关产业进行应用和系统开发与维护、信息网络系统的开发、维护与管理和从事培训工作的各种技术人员。

由以上定义可知，信息高速公路或高速信息网络绝不是仅指高速主干物理网络，而是包括人、标准、信息、应用、软件平台和硬件设备在内的，能够为用户提供满意服务的广域信息系统。

从层次结构上来看，该信息系统由以下四个主要层次组成：

（1）物理传输网络；

（2）分布处理与管理软件平台；

（3）群体协同工作平台；

（4）各种应用系统。

数据库系统则作为资源融于网络系统中。

物理传输网络有多种。除了现已非常普及的802.3以太网之外，高速以太网、FDDI、高速ATM LAN、公共电话网、窄带和宽带ISDN、公用数据交换网（X.25）、帧中继网、数字数据网（DDN）、卫星网、高频微波无线网、SDH同步系列通信网、有线广播电视网等都是物理传输网的例子。高速信息网络保证按用户要求的速度和质量（延迟时间、出错率、失真程度等）进行信息传输，它应该具有和各种主要物理网络进行互联的能力。也就是说，高速信息网络所提供的信息传输服务是面向在各种已有局域网或地域网、广域网上工作的用户，而不是仅仅只面向某些特定的网络。

分布处理与管理软件平台负责对各种物理传输网络和分布式资源的管理与控制，其内容包括不同媒体的输入/输出控制方法、根据用户要求的服务质量（QoS）对不同媒体的处理和传输协议的调度与分配方法、各种不同体系结构的高速协议的转换与处理、与各种主机操作系统兼容的分布式操作系统调用界面，以及调用分布在网络环境中各主机内的数据库、文件系统、各种库函数和实用程序等资源的方法与技术，例如远程过程调用（RPC）等。

群体协同工作平台则是一个在网络环境下，为用户提供最佳性能和最大系统利用率的面向应用的支撑工具与界面。包括各种多媒体信息的处理（压缩与恢复）和存储工具，不同媒体、不同用户及不同用户组的识别和访问控制方法，信息共享与信息安全保障工具，以及各种应用对资源提出要求后的分布式协调控制方法等。群体协同工作平台还应为各种不同类型的网络应用及开发人员提供通用和友好的连接界面。

网络应用涵盖范围最广。比较有代表性的网络应用系统有：电视会议系统、远程教育系统、远程医疗系统、电子商业系统、电子博物馆与电子图书馆系统、公共信息系统（天气预报、急救中心等）、分布式并行计算系统（命名如群机系统）、分布式计算机辅助软件工程、分布式金融证券信息系统，以及分布式军事指挥系统等。除了金桥之外，金卡、金智、金关、金农、金企、金税等都是网络应用系统的例子。

2. 高速信息网络关键技术

基于上述高速信息网络的定义，我们可以把建设高速信息网络的关键技术归纳为如下几个部分。

（1）信息规范化与标准化技术。

（2）分布式数据库技术。

（3）多媒体信息处理与输入/输出技术。

这些技术是有关信息本身的。除此之外，还有关于传输网络处理与管理、群体协同工作平台，以及人机交互界面等技术，都是建设高速信息网络系统的关键技术。这些技术有如下几种。

（1）高速传输技术。

（2）网络互联与互操作技术。

（3）各种接口技术。

（4）高速网络体系结构及其协议。

（5）网络管理技术。

（6）分布式多媒体操作系统。

（7）网络信息共享与保密技术。

（8）协同工作时的资源分配与调度技术。

（9）信息网络应用系统综合集成技术。

（10）信息交流、集成和使用技术。

这些技术相互依赖和互相渗透，一起构成高速信息网络的关键技术。下面对上述技术进行简单解释。

1）信息规范化与标准化技术

信息规范化与标准化技术可分为三个方面：信息本身的规范化、信息处理界面的标准化和规范化，以及网络体系结构的标准化和规范化。信息本身的标准化涉及信息资源的规则制订和编码，信息处理界面的规范和标准化提供独立于设备和网络的统一应用界面，网络体系结构的规范化和标准化则提供开放的网络互联方法。这三个方面的规范化与标准化的目的都是为了信息快速、准确地传输和使用。

信息规范化与标准化是一项规模宏大、耗时最长且涉及政府部门的政策、法规和自身机构改革，以及需要使用网络应用系统的各行各业共同参与才能完成的工作。例如，就信息本身的规范化而言，从各种产品的编码定义到规格的制订和规格修改之后的更新手段，无一不是需要政府和行业主管部门及企业共同努力才能完成的。包括我国在内的众多发展中国家在建设信息网络系统时往往只重视先进的通信设备和高档计算机等硬件系统，而忽视或不重视软件、信息资源及信息资源的规范化、标准化。其结果往往是有路无车，花费巨额资金建成的网络系统只能成为摆设，无法将信息网络系统转化成为经济发展的催化剂和加速器。

信息处理界面的标准化及网络体系结构的标准化工作的难度要小于信息本身的规范化与标准化，但也是两项非常艰巨的工作。与信息本身的规范与标准化依赖于行业和应用不同的是，信息处理界面的标准化及网络体系结构的标准化工作具有公共性，可以在全世界范围内共享信息技术领域的研究成果。

2）分布式数据库技术

有了规范化的信息之后，必须把规范化的信息存储到相应的数据库中，以便不同种类的用户使用和共享。由于信息的多样化和复杂性，以及多媒体信息的广泛使用，信息的存储、访问与表示方法正发生极大的变化。首先，客户机/服务器结构的计算环境得到了广泛的应用。人们把那些需要共享的数据存储在被称为服务器的高档大容量计算机中，由服务器保证和控制数据的一致性、完整性及并发性，由端系统进行服务请求和运算。而且，随着信息的量和种类的不断增加，单服务器已远远不能满足用户的需要。因而，连接装有不同类型数据库的多台服务器组成的协同服务器正在受到人们的青睐。

其次，以面向对象的数据库技术为主，能同时存储多种不同媒体数据库的非结构化数据库的研究仍未取得突破性进展。

另一个需要解决的问题是公用数据和私有数据的划分、转换，以及共享与保密问题。

3）多媒体信息处理与输入/输出技术

多媒体信息处理与输入/输出技术包括以下几个部分：

（1）多媒体传输标准与协议；

（2）多媒体资源的管理技术与互操作技术；

（3）多媒体信息的压缩、恢复技术；

（4）多媒体信息的输入/输出技术，例如语言识别与语音合成技术；

（5）多媒体设备的研制等。

4）高速传输技术

高速传输技术是高速信息网络的基础技术。

随着人们对各种信息的需求增加，具有T3/E3传输速度的Internet也变得不能满足多媒体信息的实时传输的需要。因此，高速传输技术就成了制约高速信息网络发展的关键之一。当前，高速传输技术研究的热点主要有三个方面：①数字同步系列（SDH）；②异步交换模式（ATM）；③密集波分复用（DWDM）技术。这几种技术具有组网灵活、管理方便、传输速度高（可达Gbps级或更高）等特点，被认为是未来高速信息网中主干网的主要传输方式。

5）网络互联与互操作技术

网络互联与互操作是高速信息网络发展的主要瓶颈之一。高速信息网络必须和各种现有中、低速网络互联，各种中、低速网络也要互联。这正如高速公路必须要有各种出入口和普通道路连接一样。当前，各种连接中、低速网络的桥、路由器产品种类较多，且已在世界范围内形成了产业。但是，对应于新的高速网互联则需要新的互联产品。还有，信息网络的各种应用系统大都基于不同体系结构的协议，如何使得具有相同功能的应用能在不同体系结构的协议的环境下互操作，也是必须解决的关键技术之一。

6）各种接口技术

由于信息资源和信息种类的涵盖面广泛，获取和输出信息用的设备种类也相当广泛，包括摄像机、扫描设备、键盘、显示器、打印机、电话、传真、光盘、声像磁带、电视、高清晰度大屏幕电视HDTV，以及微传感器件等。高速信息网络应为各类设备提供逻辑接口，使得各种类型的设备能够顺利地集成到网络环境中。

7）高速网络体系结构及其协议

任何信息网络都是基于某种协议的，正如两个人交流信息时必须使用某种语言或某种能够相互理解的方法一样。协议是网络软件的最基础、最重要的部分。网络互连接、互操作及传输技术和网络应用系统等都是基于某种规定的协议的。目前，TCP/IP协议和SPX/IPX协议等已获得广泛的应用，成为事实上的信息网络通信标准协议。但是，这些协议在安全、处理速度、地址定义及路由算法等方面存在着一定的不足，无法满足高速实时传输的需要。高速信息网络必须要有相应的实时协议作为支撑。

8）网络管理技术

网络管理包括技术和人等方面。在技术方面，如何把众多的应用、业务、用户和设备资源统一管理和监控，使信息按照用户要求在不同的网络上传输和使用，是一项浩大的系统工程。正因为是系统工程，才需要管理人员和各方面人员的配合和协调。有时，这种配合和协调甚至比技术还要重要。

网络管理的好坏不仅直接影响信息网络的性能，而且直接影响到广大用户的利益。有时甚至可能由于管理不善对用户造成巨大损害。

9）分布式网络操作系统

当前流行的网络操作系统有两大类：以UNIX为代表的多用户操作系统和以Netware为代表的局域网操作系统。这两类操作系统在支持以TCP/IP协议为基础的Internet，以及以SPX/IPX协议为基础的NOVELL网方面取得了巨大成功。但是，无论是Internet还是NOVELL局域网，都是以传输字符信息为主的中、低速网络。如何统一管理、控制和调度分布式环境下的硬软件资源，以满足多媒体信息获取、处理、传输和输出的需要，是一项需要进一步研究的工作。

10）网络安全

高速信息网络的用户众多，因此，网络中许多信息可以共享，很多信息则是要保密的。即使可共享的信息也有知识产权问题存在，并不是可以无偿地供所有用户共享。因而，必须对网络用户进行分类、分组并赋予每个用户一定的访问权限。与单机系统中信息共享与保密不同的是：①网络环境下的用户数目比单机环境下多得多，无法一一给定相应的访问权限；②除了内存和文件级的共享与保密之外，还有传输过程中的安全问题。因此，如何在保证信息共享的前提下做好有关知识产权和个人隐私权，以及企业和单位保密工作，是高速信息网络建设过程中必须解决的问题之一。

11）协同工作时的资源调度与分配

所谓协同工作，是指为了完成同一任务的工作小组（其成员可能具有不同的民族、语言和文化背景）通过高速信息网络互相交换信息、互相支援、有计划地同步推进工作。事实上，现有的计算机都是为个人独立工作设计的，而现实工作中的几乎所有活动都是由人们协同进行的。高速信息网络的出现使得计算机支持协同工作成为可能。高速信息网络如何根据用户要求，协调分配和调度用户所需资源，从而完成用户的协同工作呢？这是一项涉及人机通信模型、认知科学及计算机理论与技术的综合技术。

12）信息网络应用系统综合集成技术

网络应用系统直接面向用户，为用户提供各种各样用户需要的服务。信息网络应用系统综合集成技术为用户提供从硬件配置、计算机等设备选型、操作系统、网络软件和互联产品，以及从用户界面等的选择开始，到应用系统的性能评价、模拟、功能分析等为止的系统综合集成支持工具。以上各项关键技术中的大部分需要政府、企业、学校各种研究机构及社会团体的通力合作和长期努力才能解决。

13）信息交流、集成和使用技术

如何在网络上交流、使用和集成用户感兴趣的各类信息，也是网络技术发展的热点之一。

三、我国信息网络建设现状

1994年，我国提出了“三金工程”和“八金工程”等宏伟的信息网络建设项目，开始建设中国的国家信息基础设施。但是，作为信息网络基础的通信、计算机、信息及其应用（或称信息服务业）、软件支持平台、规范和标准以及人的培养情况又如何呢？这里想就几个主要的基本方面和美、日、欧等国家和地区做一简单比较，以期从中看出我国信息网络的建设方向。表1～表4的数据都来自于各种不同的文献，因此，不一定十分准确，仅供参考。

在各表中“有”表示既有生产能力和技术，又有市场和较大的销售份额。尽管上述比较是粗略的，但可以从中看出，除了中小型电话交换机之外，我国的通信网络主要靠引进；我们计算机在硬件方面几乎是既无技术（巨型机除外），又无大批量生产能力（除PC外）；在软件方面除了在中文处理上占有优势之外，其他方面都较美、日、欧洲落后许多。另外，我国的信息规范化程度低，数据库少，且其中的有效信息不多，很难被多次利用并产生增值效应。因此，尽管我国的CHINAPAC分组交换网及DDN数字数据网已在全国各主要城市建立了端口和专用电路，但在上面传输数据和使用这些网络的用户却为数不多。

四、原因、对策与建议

如上所述，我国信息网络的建设经过多年的发展，已基本建立了全国范围的中、低速传输网。但是，尽管我国人口和企业众多，真正利用这些全国性传输网进行信息交换的用户并不多。究其原因，可能有如下几点。

（1）信息不规范。包括编码的不规范和信息本身的不规范，例如，我国各地大楼的门窗很少有按同一标准建造的。

（2）信息获取、更新、维护手段落后。现阶段，我国的信息输入方法主要依靠键盘输入。这一方面是信息不规范、未采用条形码等规范化的信息表示方法所致，另一方面也有人们对中文输入不太习惯的原因。但更重要的则是缺少获取中文多媒体信息的有关软件和设备。

（3）缺少各种大规模的专业数据库。至今为止，我们虽已建立了800多个大型数据库，但这些数据库大都缺少统一的用户界面及使用标准，也未和全国性广域网连接。因此，用户无法使用这些数据信息。

（4）缺少专业人才。包括通信方面、计算机方面及应用方面的专业人才，特别是缺少那些既懂通信，又懂计算机和网络，并能够组织项目的研究和开发，把通信、计算机网络技术应用到相应行业中去的高级专业人才。

（5）普遍追求短期效益，对信息产业的发展投入不够。高速信息网络及信息产业的建设是一项需要长期投入、滚动式累积发展的事业，需要有一大批掌握某项关键技术并能生产出有国际竞争力的各种产品的大中小型企业，更需要有长期的基础研究作为后盾。否则，只能是盲目跟踪、大量购买国外产品，无法在信息应用方面真正起到国民经济发展的催化剂作用。

（6）人们对信息网络的重要性认识不足。在政策、组织结构、法规和知识产权等方面未对信息产业给予适当的倾斜和重视。

（7）经济力量不雄厚。经济力量不雄厚与高速信息网络要发展的矛盾在我国显得格外突出。怎样才能把有限的财力用在发展高速信息网络最需要的地方，从政府、科研机构、学校和企业的各层人士都在思考这个问题。

我个人认为，在下述几个方面如果能有所改进，将会对我国高速信息网络建设的持续稳定发展有所帮助。

（1）建立长期稳定的、权威性的组织机构负责统一协调和制定我国高速信息网络的政策、措施、发展规划和标准。

（2）重视信息规范化工作。从企业到各行业主管部门，从科研机构到政府，都应该把信息规范化工作作为和建设物理通信网络同等重要的大事来抓，并通过信息规范化工作来带动企业改造、企业生产和管理过程的标准化。

（3）调整信息网络建设的成败关键在人才，人的因素第一。我们必须在人才的培养和使用方面再跨进一步。特别要控制在收入分配上的两极分化现象，以免造成那些从事技术工作的人员在收入上大大低于销售人员等现象。另外，人才建设是一项长期的艰苦工作，我们应通过加强基础研究和教育培训促进人才成长。

（4）在总体上强调经济效益，在局部上不要过分强调经济效益。现在有一种很令人担忧的现象，就是除了基金项目之外，其他的项目都要强调有多少经济效益。这势必带来科研上的短期效应。有句话叫做：有意栽花花不开。我们应该有一个较为宽松的环境，以促进人才的成长，为信息产业发展打下基础。

（5）抓住几个重点，以应用为龙头，增加投入。高速信息网络有许多共性的部分，也有许多是我国独有的特殊部分。我们的投入重点应集中在那些有特殊性的地方，例如中文软件平台、多媒体处理、输入/输出设备及互联设备和应用系统等。至于共性部分，适当地购买和引进可能要比自己研制好得多。

（6）政策倾斜。国家应在税收、市场等方面对从事信息产业的企业进行适当倾斜，以鼓励企业对投资信息产业和从事信息产业的积极性。另外，国家还应使用政策杠杆要求企业增加科技投入的比例。

（7）改革现有科技管理办法。应简化项目审批手续、增加项目申报的透明度。另外，还要加强对项目执行情况的检查。

（8）加强培训教育工作，提高全民的信息化意识。

以上几点，关键在人才。只要有了高水平的人才，我们的高速信息网络和信息产业就会大发展。因此，如何培养人才、使用人才、留住和保护人才，才是我国各级领导、企业家、专家，乃至每一个关心我国信息网络技术发展的人，所要优先考虑的。否则，我们的“三金工程”或“八金工程”的实现、使用和维护，将是一件非常困难的事情。

（《计算机世界》报 1995年 第5期）