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本专题从七个方面介绍信息技术的新发展及其应用，第一个是微电子与光电子，第二个是现代通信技术，第三个是遥感技术，第四是智能技术，第五是高性能计算机与网络，第六是消费类电子技术，第七是信息安全技术。 一、微电子与光电子 在讲这个之前，我想请教一下各位老师，到目前为止，唯一一个在同一个领域都取得诺贝尔奖的一个科学家，能不能说出来？不是爱因斯坦，爱因斯坦只拿过一次诺贝尔物理奖；也不是居里夫人，居里夫人是在化学和物理，不是同一个领域，她拿了两次诺贝尔奖。这个科学家叫巴丁，他是晶体管的发明人，因为他和肖克莱、布拉顿三个人一起发明了晶体管，1946年他们开展了这个研究，1947年观察到了晶体管，1956年获得诺贝尔奖，1972年因为他和另外两个科学家发明了超导，所以第二次拿到了诺贝尔物理奖。他曾经开玩笑说他每次都得了三分之一，得了两次才拿到三分之二，他还必须和另外两个科学家再合作一次，再拿一次，才能拿到整个诺贝尔奖。 我们言归正传，微电子学是什么？它是电子学的分支，它主要是研究半导体材料上构成的微小型化电路的技术，包括我们刚才说的半导体器件，集成电路设计，集成电路的工艺和测试等。在信息社会，我们要求高集成度、低功耗、高性能、高可靠性的电子产品，那如何研究出这种器件就是微电子学研究的内容。我们以一个它的发展线路来看一下，我刚才谈到巴丁和另外两个科学家，一个是肖克莱，他提出了著名的PN结理论，另外一个科学家叫布拉顿，他们三个于1946年1月在贝尔实验室成立了半导体研究小组，经过差不多两年，他们观察到了具有放大作用的晶体管，1956年获得诺贝尔奖。晶体管是分离电路，还不能满足我们体积小、低功耗的要求，能满足这个要求的就是集成电路。从晶体管发展到集成电路已经有50年了，1952年英国科学家G.W.A. Dummer第一次提出了集成电路的设想，1958年以德克萨斯仪器公司的科学家基尔比(Clair Kilby)为首的研究小组研究出世界上第一块集成电路，2000年获得诺贝尔奖。集成电路发展了五十年，它的集成度越来越高，我们有一个著名的摩尔定律，摩尔（Gordon Moore）是Intel公司的创始人，他提出这个定律的时候是1965年，那时候他还不是在Intel，而是在仙童半导体公司做实验室主任，他为电子学杂志35周年专刊写了一篇报告，题目是“让集成电路填满更多的元件”。摩尔定律说的是芯片上的晶片上的晶体管数量每隔两年，就是24个月翻一番，到现在摩尔定律还在起作用。 我们前面说的是微电子技术，下面我们就再说一下光电子技术，为什么把微电子技术和光电子技术放在一起谈？光电看起来好像不相干，是两个独立的学科，实际上他们是有密切关系的。我们举几个例子，首先是1860年麦克斯韦提出的光的电磁波理论，因为光是一个电磁波，它有波粒二象性；第二就是爱因斯坦提出用量子论解释光电效应；第三回合是1960年激光的发明，所以说光电往往是在一起。光和电紧密在一起，但它们又各有特色，电磁波容易受到干扰，而光的频率非常高不易受到干扰，所以它是中性的。最近光电子技术发展也非常快，确切的说，光电子技术应该称为信息光电子技术，从激光问世之后它就已经诞生了。刚开始的时候是用于激光测距，很少量地应用，到了70年代，由于室温下连续工作的半导体激光器和光纤得到了应用，光电子技术就迅速发展起来了。光电子科学主要是涉及光子的产生、传输、控制和探测，它的产生和控制是激光技术和相关的应用技术；它的光子的传输就是光纤，目前世界上敷设的光纤总长超过1000万公里；如果是检测，那就是光子探测和光谱分析；如果是做信息处理，那么就是一个新的学科，叫光神经网络，有望出现新的光计算机，激光雷达、光制导、光陀螺；如果是用它来存储，那就是光盘；如果用它来显示，就是我们的打印机、复印机、大屏幕显示等；如果是光子间的互相作用，还可以用来做光子生物技术、光子加工技术等。我们国家对光电子也非常重视，它的发展方向我们可以列出一些，比如光纤光缆、光电器件、光电材料、光传输和光通信的设备、激光器、工业激光设备，还有用于生物医学的仪器、光电检测仪器、光机电一体化的设备、光存储（比如光盘）、光显示（比如LCD、LED）、光的输入输出（比如图像的处理）、光源等。 二、现代通信技术 通信是一个发展比较快的学科，包括的东西很多，我们打算从几个方向谈一下。第一个是我们怎么看一个通信系统，这必须要有一个它的框架，第一个框架是从它的分层来看，我们可以把通信系统分成接入层、承载层、控制层、业务层。接入层就是所谓的接入技术，譬如我们的移动接入、无线接入，还有一些无线个域网的近距离无线接入技术，比如蓝牙、海外、ZigBee等；承载层就是我们的传输网、数据网，还有比如微波、卫星等，它是负责把数据进行传输的；再上面是控制层，譬如程控交换机、软交换、移动交换；还有业务层，业务层就是我们的一些业务系统在上面的，譬如语音留言、短信、视频点播、手机游戏、彩铃、即时通信等。从这个维度我们可以粗略地把它区分一下：接入层主要是一些光纤组成的环，即SDH，SDH全称Synchronous Digital Hierarchy同步数据体系，可以把它想象成是一个同步的时分复用系统，时分复用就是不同的时间传不同信道的数据，只要它足够快，所以说它可以传很多信道，这个叫复用。PTN，采用的是分组，它就不再是同步复用，就是用光传输的一个分组传送，叫Packet Transport Network，它是在我们的网络层和光介质之间做的一个层面，用来分组传送，也就是说把它分成一段一段地来传，这个主要是针对流量突然间很多来做的，它是另外一种复用方式，叫统计复用方式。接入层的下面挂了很多，比如是移动网络的无线侧可以接到这里，程控交换机可以接到这里，还有一些有线接入，比如DSL、各种PON，还有数据网可以挂在这里，中间承载的那部分把所有的接入往前汇聚的时候，会形成一个汇聚层，汇聚层也就是ASON，即Automatically Switched Optical Network自动交换光网络，这个网络就不再是一个环形，而是一个网状形，比较大的好处就是可控性比较强，ASON上面也可以挂一些东西，譬如我们固网的NGN，核心网可以挂在这里，移动的核心网也可以挂在这里，所有的承载通过ASON连起来，还可以有一个更底层的网络，我们叫核心网，核心网现在通常可以采用OTN技术，叫光传输网，即Optical Transport Network，OTN是下一代的骨干网，用的是波分技术为基础。 如果我们从另外两个维度来看通信技术，那么我们可以把通信技术看成窄带的和宽带的，窄带的像ZigBee、近场通信、蓝牙，还有ISDN的，稍微高一点的是以太网的，以前比较古老的以太网，再高一点的就是快速以太网、WiFi，如果是无线的还有UWB超宽带、超宽带无线通信、ATM，还有我们刚才说的SDH。还有一个维度就是它的传输距离，这个传输距离我们又通常称之为局域网，如果能覆盖到一个城市的网络就叫城域网，如果更长的叫广域网，而更小的，譬如说缩到一个家庭里面的网络，这个有时叫家庭网络，也可以称之为个域网，Personal LAN，个域网目前的主流是无线的。 刚才我们大概讲了它的组成，下面我们挑几个专业通信系统来看一下。电话网，现在普通的电话网已经是个IT网了，包括程控交换网，分成端局、汇接局、长途局，在06年广东省对它做了比较大的更改，把汇聚层以上的做成一个IP网，在端局这里做一个网关，也就是说我们打电话只要超出了端局，就一定是一个IP电话；还有一个控制系统，叫软交换，专门负责它的连接，另外它如果要做一些业务，一般要有一个服务器，这个服务器叫Application Server。譬如说在中山要打一个电话到惠州，它出了端局，就进了IP承载网，就是一个计算机网络，然后到这一边，这个软交换起作用，它能知道想打哪个电话，所以它和这边的软交换去沟通，然后这边的软交换再和这边的终端沟通，沟通好了之后他们之间就可以通话了。前面的网络是普通的程控交换网，那么这个网络就是我们所谓的下一代网络，叫NGN，Next Generation Network。 前面我们看了有线的语音通信，下面我们还可以看一下无线网络，其实所谓无线只是接入部分是无线的，就是我们的手机到基站这一段是无线的，基站出来有个基站控制器的设备，到了基站控制器就已经是有线的了。如果打电话，出了基站控制器，就进入了移动交换机，就进了电话网，这一部分这个有线侧我们叫CS域，Circuit Switched，这个叫语音通信网。如果是手机上网，和打电话走的又是不一样的，它走的是数据网络，在PS域（Packet Switched），那么这两个有一个叫GGSN，有一个叫SGSN，先进SGSN，进了IP网，再走到GGSN，就到这个互联网了。 三、遥感技术 遥就是遥远的意思，感就是感知，遥感技术泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波（声波、地震波）等的探测，这是广义的遥感。狭义的遥感是指应用探测仪器,不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。 遥感技术的基本原理：地球上的物体都在不停地发射、反射和吸收电磁波，并且不同物体的电磁波特征是不同的，人们根据电磁波的差异来辨析物体的不同，遥感技术就是在这个原理的基础上发展起来的。 遥感的工作原理是这样的：一般是有信息获取，就是我们的目标把电磁波发射或者反射过去，另外有一个传感器，这个传感器可能距离很远，接收到这个信息，然后就把这个信息送回来，我们在遥感的中心收到这个信息，然后做信号处理，再进行分析、显示、应用等。 遥感类型：（1）按运载工具分为航天遥感、航空遥感、近地遥感；（2）按辐射源分为主动式遥感和被动式遥感；（3）按传感器的探测波段可分为紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感和多谱段遥感；（4）按应用领域分为环境遥感、大气遥感、资源遥感、海洋遥感、地质遥感、农业遥感和林业遥感。 遥感技术的应用比较广泛，可以应用在资源普查，譬如矿产、水资源、土地资源的普查；灾害的监测，譬如防止泥石流，防止地震，监测地震波；环境监测，譬如海洋环境的监测，沙漠化，全球气候变化的影响等等；还有一些用在工程上面的，譬如我们进行一些规划，建设，港口、核电站等的探测；还有另外用在军事、交通、渔业上面等。 下面介绍下现在说的3S技术，那么是哪三个S呢？第一个是Remote sensing，就是遥感，遥感技术；第二个S是GIS，就是Geography information systems，地理信息系统，它实际上就是一个地图的管理系统，以及在地图之上的一些信息，用的比较多的就是Google地图，Google地图可以做一些商业用途等；还有一个是GPS，Global positioning systems，全球定位系统，这个我们就非常熟了，它是通过卫星测量物体与卫星之间的距离来推算出这个物体在什么地方。这三个结合在一起就称之为3S技术，它是空间技术、传感技术、卫星定位技术等的结合。 四、智能技术 智能，狭义的来说是指人工智能，指用计算机模拟或实现的智能，即如何使机器（计算机）具有智能的科学和技术，特别是自然智能如何在计算机上实现或再现的科学和技术。因此，从学科角度讲，当前的人工智能是计算机科学的一个分支。广义的则指智能化应用，如智能家居、智能建筑、医院智能化、智慧校园等。 今天我们先简单地把它集中在人工智能方面，因为广义来说，它也要用到狭义里面所研究的技术，那么我们为什么要做智能化？它的目标是什么？如果是短期的目标，我们现在做的更多的其实就是部分或者某种程度来实现我们的机器的智能，使得我们的设备或机器更加灵活、更加好用或者自动化程度更高一点，成为人类智能化信息处理的工具，如果长远来说，我们研究人工智能是要能发明或制造出一些跟人差不多的机器，一些产品，譬如计算机，计算机能看，可以看得懂我们的文字；能听，听得懂我们的命令；能说，比如一篇文章我们让它读；能写，写就比较容易啦，打印；能感知和联想，还有推理、学习，还有一些思维能力，等等，那么这个就稍微比较难了，这是比较长远的目标，甚至还可以分析问题，自动分析问题，解决问题和发明创造的能力，发明创造这个就更难了，但是现在我们也能做到，譬如日本的机器人做得非常好。还有一些特殊用途的机器人，譬如排爆机器人，它能自动爬楼梯，能自动避开一些障碍物，能自动地检测物体和它之间的距离，然后自动地把这个爆炸物体解开。智能技术表现在很多方面，譬如软件、设备、网络、计算机、机器人，还有一个用的比较多的叫Agent，就是代理，代理是能独立处理一些能力的，用的比较多的叫智能代理，智能代理技术。 下面我们简单总结一下人工智能的基本技术。第一个是推理，几乎所有的人工智能领域都要用到推理，因此，推理技术是人工智能的基本技术之一。需指出的是，对推理的研究往往涉及到对逻辑的研究。逻辑是人脑思维的规律，从而也是推理的理论基础。机器推理或人工智能用到的逻辑，主要包括经典逻辑中的谓词逻辑和由它经某种扩充、发展而来的各种逻辑。后者通常称为非经典或非标准逻辑。 第二个是搜索。所谓搜索，就是为了达到某一“目标”，而连续地进行推理的过程。搜索技术就是对推理进行引导和控制的技术，它也是人工智能的基本技术之一。事实上，许多智能活动的过程，甚至所有智能活动的过程，都可看作或抽象为一个“问题求解”过程。而所谓“问题求解”过程，实质上就是在显式的或隐式的问题空间中进行搜索的过程。即在某一状态图，或者一般地说，在某种逻辑网络上进行搜索的过程。 第三是知识表示与知识库技术。知识表示是指知识在计算机中的表示方法和表示形式，它涉及到知识的逻辑结构和物理结构。知识库类似于数据库，所以知识库技术包括知识的组织、管理、维护、优化等技术。对知识库的操作要靠知识库管理系统的支持。显然，知识库与知识表示密切相关。需说明的是，知识表示实际也隐含着知识的运用，知识表示和知识库是知识运用的基础，同时也与知识的获取密切相关。 第四是归纳技术。所谓归纳技术，是指机器自动提取概念、抽取知识、寻找规律的技术。显然，归纳技术与知识获取及机器学习密切相关，因此，它也是人工智能的重要基本技术。归纳可分为基于符号处理的归纳和基于神经网络的归纳。这两种途径目前都有很大发展。 第五是联想技术。联想是最基本、最基础的思维活动，它几乎与所有的AI技术息息相关。因此，联想技术也是人工智能的一个基本技术。联想的前提是联想记忆或联想存储，这也是一个富有挑战性的技术领域。 五、高性能计算机与网络 这个内容范围很大，本来计算机是一个专业，网络又是另一个专业，把它弄到一块来讲内容很多，这里我们找一个主线，就是15年周期律，是IBM的总裁Louis Gerstner提出的，它是指计算模式每15年就会发生一次，他研究的计算模式，譬如说1965年是一个大型机的年代，过了15年就到了1980年，那个时候是PC机的年代，就是过渡到PC机计算模式，再过15年，1995年是Internet互联网的年代，我们有一本书叫沸腾15年是讲互联网的，15年互联网对社会、技术发生了比较大的变化，那么1995年到2010年也就是去年，刚刚好又是15年，那么15年这个计算模式又变成什么模式？有些人说去年是物联网的元年，有些人说去年是下一代互联网的元年，有些人说去年是三网融合的元年，人们提出各种各样的观点，那么我们研究一下提的比较多的说法，看看它到底有没有资格做这个，担当我们新的计算模式。 首先我们来看看一个谈的比较多的就是移动互联网，这里是著名的预测公司Morgan Stanley的一个预测，它做了一个表，60年代是大型机，80年代是minicomputer迷你机，就是我们所说的单片机，90年代是PC机，2000年是Desktop Internet，就是我们的桌面互联网。2010年是Mobile Internet，为什么这样认为呢？我们的同样性能的终端变得越来越小，功耗越来越低，我们普通的一个手机就比以前的第一个计算机的几十万倍高得多，手机已经是一个计算机了，可以上网，也可以发短信、上QQ等，3G会对这个推动很大。另外我们看一个最新的报告，就是今年年初的互联网发展统计报告，手机上网网民的规模是三点几个亿，我们中国互联网的网民规模是4.5个亿，当然手机网民和固网的网民有交叉，但是统计说明手机上网网民的数量，手机肯定是超过固话的，如果把手机算在一起的话，那么移动终端已经超过固定终端，我们可以看到，这种移动终端如果能上网，连接Internet，就是一个移动的互联网，所以说，下一个计算模式就是Mobile Internet。Computing Cycle，是计算模式，它原来是Personal Computing，Internet Computing，Mobile Internet Computing，现在是Mobile Internet Computing，那么Mobile Internet Computing的Device Usage发生改变了，它再也不是这个终端了，再也不是做创作或作通信用的，而是做消费的，最后我们还会谈到消费电子，做共享用的。那么它的输入模式又由键盘、鼠标到手写，然后它的界面是触摸的，是由文本、图形到触摸。 另外一个也很热的就是云计算，计算由50年代的大型机，七八十年代的个人电脑，90年代的服务器，2000年的互联网，接着下一步成为第三次IT浪潮的是云计算。除了这一个观点，还有一个就是Gartner，它是一个专业的科学预测公式，云计算连续三年被评为Gartner所谓的Strategic Technology Top 10，就是值得关注的十大战略科技、战略技术，09年云计算排第三，10年排第一，11年它也是排第一，说明它连续三年都入榜，所以这个值得我们关注。那么什么是云技术？所谓云技术实际上就是它跟以前的技术，譬如分布式计算、并行计算、虚拟化，是不是一回事？或者有什么区别？其实云计算目前还没有一个很标准的定义，它大概就是把所有的资源都集中起来，就像集中在云端，包括它的存储、计算资源，利用原有的各种各样的技术，包括并行计算、文件分发系统、虚拟化等等，来提供服务。它的计算全部都在服务器端，它诞生的时候，亚马逊买了很多这个设备，这个设备不用的时候觉得有点浪费，所以就把它虚拟化，租给别人用，也就是把这些资源有效地发挥，这种就是最早云架构的雏形。 最近还有一个比较热的就是物联网，物联网基本上是我们国家的战略技术，包括胡主席在06年在科技大会上，在09年的中央经济会议上，温总理在09年的6月、7月、8月、11月等等，都发表了对物联网的一些指示。感知中国，是世界上比较大的，跟日本的感知日本、智慧日本相似，跟欧盟的其他国家都有相应的，都把它提高到国家战略的高度，所以说物联网在我们国家发展很快。 那么我们可以简单概括一下它的结构是怎么样的，它的结构实际上就是原来的传感器网络或者说是家庭网络，或者说是我们的汽车网络，我们把这种个域网接到互联网上面，也就是说可以认为它是一种互联网向个域网的延伸。那么它一般包括感知层，感知层就是各种各样的传感器，还有我们的近距离的通信，很多是无线通信的方式，来接收各种各样的信号，来集成各种各样的动作，譬如说是一个摄像机，或者是一个读卡机，FID的读卡机，或者说是一个温度的传感器，或者是一个小马达，或者是一个开关等等。还要包括读卡机跟卡的通信，摄像头跟服务器的通信，传感器家庭网络这一层，它的主网在感知层。那么还有一层一般叫网络层，网络层就是它的一个比较大的网络，进了骨干网，那么骨干网对于物联网来说，没提出特别的技术，唯一有一点值得关注的就是物联网和移动互联网的终端数都大量增加了，那么如果是要用到公共IP的话，我们的IP是不够的，这个用IPv6就可以解决这个问题，当然你也可以用一些私有的IP，或者不用IP这种协议，这样的话要做转化，因为我们的物联网，Internet of things，它毕竟是一个Internet，是一个IP网，要做转化。那么上面，有些专家就把它并成一层，叫做应用层，有些人称之为计算层。那么我把它分成两部分，管理层跟应用层，管理层主要是一些中间件、一些网络管理器、数据共享中心、安全、一些目录服务器等等，上面才是一些应用。还有一个我们刚才提到的就是下一代互联网，据报道，IPv6中国商用元年是2010年，认为它是一种新的技术，那么这个是什么呢？这个比较简单，就是把网络升级到支持IPv6就行了，那么目前新出的网络设备基本上都是支持IPv6的，我们一般的操作系统它也支持，但是我们很多应用系统它是不支持的，有这个问题，那么为什么要上升到IPv6呢？因为IPv6能解决地址的问题，另外IPv6的可控性强很多，能做QS，也就是服务质量。目前中国网民有4.2亿，但是我们的互联网的普及度还很低，还是百分之三十几，那我们看看美国的，美国的普及度很高，但它的用户数没我国高，说明什么问题呢？说明我们还有数亿人还会要上网，要上网的话就需要IP地址，我们原有的IP地址已经枯竭了，IPv6可以解决这个问题，但是IPv6，就是Next Generation Internet实施有个过程，现在最大的问题是它的资源比较少，应用比较少，所以我们是终端支持、网络设备支持，应用不支持，譬如QQ它不支持，你没法用它。 三网融合也提了很久，2010年前中国就提出了三网融合的时间表。三网融合实际上就是把电话网、有线电视网和互联网变成一个IP网。刚才我们提到电话实际上是IP化的，电话网的核心是IP化的，它接了一个ADSL进来，其实它的终端也是集成IP的，现在我们铺设了很多EPON，其实是从物理层上面把IP引申到用户里面去了。那么有线电视实际上做数字化改造，变成一个IP网。互联网本来就是IP网，所以说这个其实就是一个大趋势，就是把它所有的都支持IP，那么技术上面是这样，还有一些管理方面的问题。三网融合，可以分层面看，譬如物理层，我们刚才说的EPON，GPON；譬如FTTx，是Fiber-to-the-x；譬如h，FTTh，就是for home，到家庭的。如果c就是curb，这个物理层是提供了一个基础，它是让用户可以在这个光纤上面看电视、打电话、上网。另外在网络层，网络层毫无疑问肯定是IP化，另外有一个要解决的问题就是我们所谓的泛载，载就是承载的载，所谓泛载就是要三网融合，这个网络必须要能传输各种各样的信号，实际上各种各样的信号也就是数据，我们的数据网本身就可以传数据，所以你只要把各种各样的东西打成IP包，再搞成个IP网，它肯定是可以的。还三网融合之后，还有一个比较关注的技术就是虚拟化，譬如我们刚才提到服务器、CPU、存储在云里面可以虚拟化，那么在这个三网融合里面也是可以虚拟化的，譬如我把一个路由器虚拟成几个路由器，还有我们现有的一些VLAN，就是虚拟局域网，还有VPN，虚拟专用网技术，那么大家都共用这个网的时候可以分出一些专用的网络。这个网络建好之后，还有一个值得关注的就是业务驱动，也就是说这个网络运作起来，真正能带来盈利的就是各种各样的业务，包括视频点播、购物、语音的各种各样的增值业务等等。那么我们讲了这么多，其实是还没有一个结论，我们讲了NGI下一代互联网、NGN下一代网络、Mobile Internet移动互联网、The Internet of things物联网，Ubiqitous Netwok，泛在，因为国外所说的物联网大部分是FID，接到互联网上面，用的比较多的是泛在网，三网融合，泛载，泛载网，云计算，到目前还没有分出高下，我们可以拭目以待，看看它的技术是如何发展的。 六、消费电子 消费电子是指围绕着消费者应用而设计的与生活、工作娱乐息息相关的电子类产品，最终实现消费者自由选择资讯、享受娱乐的目的。消费电子有一个重要的特点，就是主要侧重于个人购买并用个人消费的电子产品。 消费电子主要分为四类：移动通信终端、家庭视听（如电视机、DVD）、消费数码（如数码相机、摄像机）和多功能电子产品（如网络的空调、智能的电冰箱）。 技术趋势：网络从桌面到移动互联网，显示从LCD、LED、OLED到触摸屏再到3D。 终端的变革