信息化与宽带化 邬贺铨院士

1信息化与宽带化邬贺铨中国工程院2008.12.022信息化与宽带化信息化的应用宽带化的发展宽带化的挑战3信息化的应用4工业信息化内涵产品功能数字化嵌入数字技术使产品增值产品设计数字化CAD、智能设计技术、虚拟设计技术、产品数据交换标准与零件库标准、产品数据管理（PDM)技术、并行工程等制造装备数字化例如数控加工生产过程数字化过程控制的自动化和智能化企业管理数字化信息和内外部资源集成，市场供销服务的管理数字化产品功能数字化产品设计数字化生产过程数字化制造装备数字化企业管理数字化企业信息化5从企业信息化到行业信息化1965年财务管理1970年人事管理1975年购销管理1980年成本核算1985年MRP，MRPⅡ1993年ERP1998年供应链管理2001年价值链管理……MRP物料信息集成MaterialRequirementsPlanning(1965)MRPII物料/资金信息集成面向企业ManufacturingResourcePlanning(1980)ERP需求市场/制造企业/供应市场信息集成面向供需链EnterpriseResourcePlanning(1991)ERPII协同商务(2004)企业信息化行业信息化财务管理价值管理供应链管理客户关系管理资源计划管理人力资源管理物流管理6规模化生产生产线&自动化灵活制造计算机网络控制与机器人计算机集成制造CAD/CAM,DNC&机器人精益制造全面质量管理与工程工具精准制造TQM,MRPII&工程工具并行工程CAX&engineeringtools敏捷制造数字化制造数字化企业制造技术•高精度•自动化制造技术的发展绿色制造劳动密集技能密集投资密集技术密集Innovatorofnewproducts&services知识密集7虚拟装配虚拟装配8导航-GPS/惯性导航.-基于预测信息的路由指南-小型传感器模块卫星网DSRC网广播网移动网嵌入信息技术使产品增值及提高效率汽车电子技术的应用汽车电子占轿车成本30%，在高档车还达到60%！82G/3G/HPi/4GCellularLCDEngineCollisionAvoidanceRadar(77GHz)CollisionAvoidanceRadar(77GHz)DMBMultimodeAntennaWirelessInternet5.8GHz2GHzDSRC/WLANInVehicleWirelessNetworkGPSTMP无线通信-3G/4G-路边设备-DMB-遥控汽车PC-客户—服务器系统-软件与硬件平台-嵌入软件-三维显示-话音识别/TTS-SoC安全-E911-事故检测-睡意检测-碰撞检测-跟踪被偷汽车欧盟认为嵌入式电子对新产品贡献20～40％的价值9IT业务外包市场0.320.791.853.2728.2412.25.1329%27%25%13%14%11%25%051015202530MexicoPhilippinesChinaEasternEuropeOthersCanadaIndia$B0%15%30%45%60%75%90%%(CAGR)200220052008CAGRSource:neoITTotalMarketSize($B)200217.6200529.9200851.82008年仅在全球计算机用户电话服务中心领域，就将为印度提供110万个就业岗位和价值210亿至240亿美元的服务收入。10利用ICT实现节能减排“全球电子可持续发展倡议组织（GeSI）”2008年7月发表的《节能化2020年：在信息时代推动低碳经济》报告:@将信息技术用于主要行业节能减排，可减排78亿吨CO2，即2020年ICT可助全球CO2排放量减少15％，所节约的能源总价值达9000亿美元(其中建筑业、物流业、电网和工业分别节约3400亿、3266亿、1246亿和1072亿美元)。ITU估计ICT能帮助全球减少排放15％～40％。美国总统科技顾问委员会在“面向21世纪的联邦能源研究与发展规划”中指出，工业无线技术的应用将使工业生产效率提高10％，并使排放和污染降低25％。11在建筑物中安装2万个传感器并使用IPv6连网，节约运行能耗30％ICT技术在节能降耗中的应用WiringthesensornodesTemperatureNode2469ＭＪ/㎡ｙｅａｒ1744ＭＪ/㎡ｙｅａｒ29.4%ReductionHeatA/CLightOthHiroshiESAKI,Ph.DUniv.ofTokyo30%Telefonic研究得出典型办公室利用ICT优化照明和空调管理可年节能27％1212RFID(射频标签）AntennaHFTagUHFTagChipSensors:Physical,Chemical,BiologicalSkinBatteryTransdermalPatchAntennaCPU/CommChip13USHealthExpenditures:increasingshareofGDP电子保健（e-Healthcare）美国2004年“ANewGenerationofAmericanInnovation”计划@氢燃料技术－－目标是五年使氢和燃料电池技术从实验室到商品@电子医疗记录与信息交换－－目标是十年内大多数美国人都有电子医疗记录@宽带化－－从2001年到2007年美国宽带普及率将提高440%。年度保健消费（2003）OECD国家平均占GDP9.2%－－改进医疗服务的标准，提供快速医疗服务－－以病人为中心，容易接入各种保健数据，提供客户化专业服务－－降低医疗服务成本14医疗图像需要高带宽14SlidecourtesyofArthurToga(UCLA)15ICT在科学研究中作用－－高能与核物理研究(HENP)在瑞士的CERN实验室每次实验产生Terabytes的数据要求网络支持:海量数据转送和视频会议（组播和低延迟/抖动）强子对撞机1616ICT在科学研究中作用－－射电望远镜天文学家从地球站天线收集星球的数据从位于地球各地的多个天线发送1Gb/s的数据要求网络支持:•长持续的数据流•分布数据存储、实时动态检索和分布处理Cosmicrayair-showerarraydetectorChina-JapanCollaborationYangbajing,Tibet4300ma.s.l.17视频会议18宽带化的发展19中国宽带用户占互联网用户比例0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%Jan,04'Jul.04'Jan.05'Jul.05'Jan.06'Jul.06'Jan.07'Jul.07'Jan,08'Jul,08'宽带接入用户占互联网用户比例平均每月增加一个百分点200%10%20%30%40%50%60%70%80%90%WebVideoWebMusicWebGame按照2008年6月的统计,我国互联网用户中71%和84.5%分别在线下载视频和音乐节目.Source:网民中使用流媒体的比例按照DCCI2007年调查,中国有77.95％的网民在网上看电视，而通过广电网收看电视的仅有60.59％。Towatchandlistenonline21P2P业务已成消耗网络带宽的主流0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%Int'lOutputInt'lInputToothercarrierFromothercarrierBackboneoutputBackboneinputP2PHTTPUDPInteractiveserviceStreamingSource:statisticofChinaTelecomatendof2006221101001000100001000001000000Dec97Dec98Dec99Dec00Dec01Dec02Dec03Dec04Dec05Dec06Dec07中国互联网国际干线带宽中国互联网国际干线的带宽从1997年末的18.64Mb/s发展到2007年的312Gb/s，十年增长了1.68万倍，年均增加249％。这一数字比同期互联网用户的年均增长率106％高一倍多。中国互联网国际干线带宽在2008年中相比2007年同期增加58.1%.(Mb/s)中国内地每个网民可用的国际带宽2008年中为1.95kbps，而2007年底香港为24.5kbps.2223美国IP骨干网流量YouTube有600万个容量为10MByte节目，每天接受1.5亿次下载，即每天发出1.5PByte,相当于美国互联网2000年全部流量，亦即目前的10％流量，每天的带宽费用为100万美元到2010年一个美国典型家庭每月将产生1.1TByte流量，20户家庭产生的流量将多于1995年整个Internet骨干网的流量23Source:NetflowiTAS.AverageQuarterlytraffic0500010000150002000020032004200520062007200820092010Terabytes/DayProjectedActualWeb/HTTPPeer-to-peer~4xgrowthover3yearsWeb/HTTPPeer-to-peerOtherMultimediaNewsBusinessMailGames跨过美国互联网主要的连接的流量：1996年为1500TByte/月，2006年上升为700000TByte/月，增加了466倍。AT&T日本互联网干线流量十年增加1000倍！24光纤传送系统宽带化Speed[Mbit/s]×FiberLength[km]TransmissionPerformance310410510610710810F-100MF-400MF-1.6G32M100M400MF-32M100M800M2G1.8G445M10G20GFA-10G1975198019851990199520002.5G10G100G1091010160G×19Ch100G×10ChSingleModeFiberExperimentaldemonstrationSysteminoperation2.5G×48Ch(Year)OpticalConnectorWDMTDMAWGDFBLaser20051110100G×10Ch85G×40ChOpticalAmplifier170G×8Ch10G×80ChPSKMulti-LevelPSK:Phase-ShiftKeyingWDM:Wavelength-Division-MultiplexingTDM:Time-Division-Multiplexing160G×160Ch111G×140Ch40G×40Ch111G×134ChCoherentOFDM25IP网的宽带化NGI：美国的GENI和FIND项目，提出了切片化、虚拟化、可编程的设计思想。NGN特点：传送面与控制面分离，加强控制面功能和网络集中管理，目标是建设可管理的IP网。FMC驱动IMS成为NGN重要的组成部分。CNGI是目前世界上规模最大的IPv6试验网。出现重叠网和建设第二个互联网的趋势。CMNodesubstrateCMNodesubstrateComponentsCMNodesubstrateResourceControllerAuditingArchiveSliceManagerRDSCSPSLSMSInfrastructureservices...andothers...Corenodecontrolsensordata2626移动通信峰值速率平均每年加倍10Kbps100Kbps1Mbps10Mbps100Mbps1000Mbps20002001200220032004200520062007200820092010WiMaxCDMA2000GSMGPRS1xRTTEDGEUMTSHSDPAEVDORev0EVDORevAHSU