中国IDC圈8月16日报道称，全球网络流量预计每年增长22%，社会对带宽的需求已迅速超过供应商的承受能力。近日，电视剧《权力的游戏》的数十万“粉丝”在线观看了新一季，引发了HBO流媒体服务的部分故障。15000名用户在电脑黑屏前发脾气一个多小时。HBO道歉并承诺该问题不会再发生。但这一事件只是公众日益关注的问题之一：全球网络流量预计每年增长22%，社会对带宽的需求正在迅速超过供应商的能力。尽管自1990年代以来宽带已经取得了长足的进步，但互联网仍然是建立在具有100年历史的电话系统之上的全球马赛克。虽然铜线已被可以快速传输大量数据的光纤电缆所取代，但本地连接的服务质量很差，以至于他们感觉就像在土路上开车一样。由此产生的数字拥堵限制了信息技术革命的发展，消费者也感受到了这种局限性。网络提供商也很清楚，当前的互联网还没有为未来的高质量视频、自动驾驶汽车、远程手术和交互式3D做好准备。这也是为什么花费数十亿美元解决拥塞和重建互联网的原因，这项努力被认为是扩大计算能力的数字革命的核心。谷歌与五家亚洲电信公司合作铺设了一条11,600公里、耗资3亿美元的光缆，连接日本俄勒冈州和中国台湾。该项目于6月开始提供服务。微软和Facebook也在铺设另一条跨大西洋光缆，将于明年投入使用。“这些公司正在投资基础设施以支持他们的业务。”美国电信市场研究公司TelecomGeography的海底电缆专家ErikKreifeldt表示，但他们无法突破瓶颈。铺设新的高速电缆只是改进的一种方法。研究人员和工程师还在试验其他改进，例如加速移动网络、涡轮增压服务器等。第五代技术尽管如此，至少在目前，宽带扩展的部分问题相对容易解决。欧洲和北美的一些地区已经安装了“直接光纤”。现在，供应商可以通过启用一些“直接光纤”来满足用户需求。但这种硬连线对移动在线设备（如手机、健身追踪器和虚拟耳机）的用户没有帮助。与移动设备的数据通信每年增长约53%，但质量参差不齐。目前，最先进的商用移动通信网络是4G。该网络可为手机提供每秒百兆的宽带速度。但业内专家认为，到2020年，才能满足需求。无线网络提供商必须开始开发第五代技术(5G)。但5G至少比4G快100倍。而且，英国萨里大学通信系统研究所所长RahimTafazolli表示，5G也应该会更普及。“目标是如何在1平方公里内支持100万台设备。”向5G的过渡主要由一个名为3GPP的行业联盟协调。Tafazolli正在为该联盟测试“多输入多输出”技术(MIMO)。该技术可以利用多天线、多用户空分技术，将频谱效率提高一倍，帮助运营商最大限度地利用现有资源。5G阶段还将有新的空口和网络架构。另一种方法是使设备更具适应性。与设置频率的单个硬连线设备不同，移动设备有时可以具有“认知无线电”：使用软件来切换无线网络连接。Tafazolli说，这不仅确保数据自动通过最快的通道传输，而且还提高了网络的弹性。而且，他指出，新技术可以更容易地通过更换软件而不是硬件来提高性能。更大的频道“当我拿出手机时，每个人都认为它是一个无线通信设备，”美国海底电缆供应商TESubCom的首席技术官NealBergano说。但是用户是移动的，而网络不能。使用手机时，它的无线电信号在最近的基站被转换为光，然后通过固定的光缆传输到目的地。20多年来，这些灵活的数据通道一直是全球电信网络的支柱。没有什么能比得上它们的带宽：像头发一样细的光纤现在每秒可以发送10太比特的数据穿越大西洋。这相当于1988年铺设的第一条大西洋电缆容量的30,000倍。传输容量的这种改进来自于工程师了解如何通过单根电缆以各自的波长发送100个单独的信号。但随着数据传输需求的增加，这种方法受到了硬性限制：失真和噪声。为了克服障碍，制造商开发了新型光纤。光纤以较低的强度在较大的纤芯上传输光以降低噪声。但有一个权衡，新光纤对弯曲和拉伸更敏感，这会引入误差。但它们更适合用作海底电缆，因为深海提供了一个良性稳定的环境，可以防止纤维拉紧。去年，美国网络系统公司Infinera在7400公里的大面积光纤中以每秒150吉比特的速度发射了单波长信号。它们还在更短的距离内实现了每秒200吉比特的信号传输速度。目前，传输功率最高的商用海缆是每秒60太比特的FASTER系统。该系统于今年6月在美国俄勒冈州和日本启用。但在5月，Facebook和微软宣布他们将联合铺设横跨大西洋的容量最大的海底网络电缆。按照计划，名为“MAREA”的网线将从美国弗吉尼亚北部连接到西班牙毕尔巴鄂，带宽将达到每秒160太比特。事实上，投资海底网络电缆并不是什么新趋势。多年来，科技公司一直在大规模投资全球网络基础设施，从服务器场和数据中心到后来的大型水下网络运营设施。此外，加州大学圣地亚哥分校的研究人员还展示了另一种减少性能限制噪声的方法。光纤系统通常为每个波长使用单独的激光器，但小的随机变化会产生噪声。该研究小组使用一种称为频率梳的技术从单个激光中产生相干空间波长流。“这是一种治疗噪音的方法，”研究小组成员电气工程师NikolaAlic说。未来，该研究还有望将光纤系统的数据传输效率提高一倍。飞行时间虽然带宽很有用，但灵敏度也很有用。人的速度对中断非常敏感，四分之一秒的延迟可能会中断电话通话或视频会议。视频需要恒定的帧速率，因此当输入数据枯竭时，视频流将冻结。为解决此类问题，联邦通信委员会(FCC)规则允许特殊代码优先处理携带声音和视频帧的数据包，以便它们在Internet上快速且一致地流动。新兴服务，包括遥控机器人、远程手术、云计算和交互式游戏，也对互联网响应时间很敏感。信号在两个终端之间来回传输所花费的时间通常称为延迟时间，并且在很大程度上取决于距离。即使数据以每秒20万公里的速度通过光纤电缆传输，一个人在英国伦敦敲击键盘，8600公里外的美国旧金山数据中心也需要86秒的响应时间毫秒，这种延迟会使云计算步履蹒跚。移动应用不仅需要宽带，还需要低延迟。例如，自动驾驶汽车需要有关其环境的实时数据，以帮助它们规避风险。事实上，它在较小的规模上也非常重要：数据中心的银行服务器芯片。增加的流量有助于数据更快地流过数据中心并更快地到达用户。加速处理器的最重要方法是将操作的执行拆分到多个内核——在同一芯片上的各个微处理器之间。这里最大的障碍是微型光学和硅光子学的集成。在研究硅光子学数年之后，研究人员找到了一种有效地从硅中形成光的方法，这是光学信息处理中的关键步骤。最好的半导体光源，如磷化铟，可以集成到硅芯片中，但由于它们的原子位置不同，很难直接在硅中开发。无论如何，未来的发展将使应用多样化，追求更快的芯片将是一项艰巨的挑战。但在光纤领域工作了35年的贝尔加诺说，“我对未来仍然持乐观态度。”
