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cn国际INTERNATIONAL32016年8月16日星期二Tel:(010)62580617www.
sciencenet.
cn预计全球网络流量每年增加22%,社会对带宽的需求已经迅速超越供应者的能力所及.
"图片来源:RichardWilkinson近日,因电视剧《权力的游戏》的数十万"粉丝"在线观看新一季,触发了HBO的流媒体服务局部故障.
1.
5万用户对黑屏的电脑大发脾气超过1小时.
HBO表示歉意,并承诺不会再出现该问题.
但事件只是日益凸显的公共问题之一:预计全球网络流量每年增加22%,社会对带宽的需求已经迅速超越供应者的能力所及.
尽管上世纪90年代至今,网络宽带已经取得长足进步,但互联网仍是建筑在100年前的电话系统之上的全球拼接物.
虽然铜线已被能快速传输海量数据的光缆取代,但本地连接的服务水平很低,用起来就像在泥土路上开车.
结果导致的数字拥堵限制了信息技术革命的发展,而且消费者也已感受到这些限制.
网络供应商也清楚地知道,目前的因特网并未为将来的高质量视频、自动驾驶汽车、远程手术和交互式3D等作好准备.
这也是人们花费数十亿美元疏通拥堵和重建互联网的原因,这一努力被认为对扩展计算机能力的数字革命十分重要.
谷歌公司与5个亚洲电讯公司合作铺设了一条1.
16万公里、耗资3亿美元的纤维光缆,连接了美国俄勒冈州、日本和中国台湾地区,该项目于6月开始提供服务.
微软和脸书也在铺设另一条横跨大西洋两岸的光缆,明年将正式使用.
"这些公司正在为支持其业务进行基础设施投入.
"美国电信市场调研公司电信地理海底电缆专家ErikKreifeldt说,但它们无法突破瓶颈.
铺设新的高速电缆只是改进方法之一.
研究人员和工程师还在尝试其他改善措施,例如加速移动网络、涡轮增压服务器等.
第五代技术不过,至少暂时而言,宽带扩展的部分问题相对容易解决.
欧洲和北美洲的一些地区已经架设了"直驳光纤".
现在,供应商可以通过启用部分"直驳光纤"满足用户需求.
但这种硬连接无法帮助移动电话、健身追踪器和虚拟耳机等移动在线设备用户.
移动设备的数据通讯每年约增加53%,而质量参差不齐.
目前,最先进的商业移动通讯网络是4G.
该网络能为移动电话提供每秒100兆的宽带速度.
但产业专家认为,到2020年,为了满足需求.
无线网络提供者必须开始研发第五代技术(5G).
但5G至少要比4G快100倍.
而且,英国萨里大学通讯系统研究所所长RahimTafazolli表示,5G还应更易普及.
"目标是如何在1平方公里的范围内支持100万台设备.
"而向5G的过渡主要由一个名为3GPP的行业联盟协调进行.
Tafazolli正在为该联盟测试一个"多重输入、多路输出"的技术(MI-MO).
该技术可利用多天线多用户空分技术成倍提升频谱效率,帮助运营商最大限度利用已有资源.
5G阶段还将有全新的空中接口和网络架构.
另一个方法是让设备更具适应性.
与单一的硬连接设备设置的频率不同,移动设备有时能"认知无线电":使用软件切换无线网络连接.
Tafazolli表示,这不仅保证数据自动通过最快通道,也能提高网络的回复力.
而且,他指出,新技术能通过更换软件而非硬件,更容易地提高性能.
更大通道"当我拿出手机时,所有人都认为这是一个无线通讯设备.
"美国海底电缆供应商TESubCom公司首席技术官NealBergano说.
但用户是移动的,网络却不能移动.
当使用手机时,其无线电信号在最近的基站转变为光信号,然后通过固定的光缆到达目的地.
20多年来,这些柔韧的数据通道是全球远程通讯网络的主干.
没有东西能匹配它们的带宽:现在,细如毛发的纤维每秒能将10兆兆位数据送过大西洋.
这相当于1988年铺设的第一条大西洋电缆能力的3万倍.
此类传输能力的提升源于工程师了解如何将100个独立的信号以其自身的波长送过一根电缆.
但随着数据传输需求的提升,这种方法遭遇硬限制:变形和噪音.
为了克服障碍,制造商开发出了新型光纤.
该光纤能在更大的核心区域以更低的强度传输光线,以减少噪音.
但有得必有失,新光纤对弯曲和拉伸更敏感,这有可能会产生错误.
但它们更适用于充当海底电缆,因为深海能提供一个良性的稳定环境,避免光纤受到拉力.
去年,美国网络系统公司英飞朗发射单波长信号,以150吉比特每秒的速度穿越7400公里的大面积光纤.
它们还在一个更短的距离上实现了200吉比特每秒的信号传输速度.
目前,传输功率最大的商业海底电缆是每秒60兆兆位的FASTER系统.
该系统今年6月份开通,横贯了美国俄勒冈州和日本.
但5月,Facebook和微软宣布,将共同铺设一条横贯大西洋的最高容量海底网络电缆.
根据计划,这个名为"MAREA"的网络电缆将从美国弗吉尼亚北部一直连接到西班牙的毕尔巴鄂,带宽将达到每秒160太比特.
事实上,投资海底网络电缆并非新趋势.
多年来,科技公司一直在大规模地投资全球网络基础设施,从服务器群组和数据中心,到之后的大规模水下网络运营设施等.
此外,美国加州大学圣迭戈分校研究人员展示了另一个减少性能限制噪音的方法.
光导纤维系统通常针对每个波长使用单独的激光,但微小的无规则变化能产生噪音.
该研究组使用了一种名为频率梳的技术,形成一连串来自单一激光的一致的空间波长.
"它能对噪音药到病除.
"研究组成员、电气工程师NikolaAlic说.
未来,该研究还有望加倍光导纤维系统数据传输效率.
飞行时间虽然带宽十分有用,但灵敏也很重要.
人类速度对中断十分敏感,1/4秒的延迟就能扰乱一场电话或视频会议.
视频需要一个固定的帧频,因此,当输入数据干涸后,视频流就会卡住.
为了解决此类问题,美国联邦通信委员会(FCC)规则允许特种代码,给予携带声音和视频帧的数据包提供优先权,以便这些数据快速一致地流过互联网.
包括遥控机器人、远程手术、云计算和交互式游戏在内的新兴服务,也对互联网的响应时间十分敏感.
信号往返两个终端的时间,通常被称为延迟期,并在很大程度上取决于距离.
即便数据以20万公里/秒的速度穿越纤维光缆,身在英国伦敦的一个人轻敲一下键盘,位于8600公里外的美国旧金山的数据中心将需要86毫秒的反应时间,而这个延迟会使云计算蹒跚而行.
而移动应用不仅需要宽频带,还需要低延时.
例如,自动驾驶汽车需要环境实时数据,以帮助它们规避风险.
实际上,在更小的范围上也非常重要:数据中心的银行服务器芯片.
增加流量有助于数据在数据中心里更快速流动,并更快地到达用户手中.
而加速处理器的最重要方式是分开执行多重核心间的操作———在同一芯片上的各个独立微处理器之间.
这里最大的障碍是整合微尺度光学器件和硅光子学.
在研究了硅光子学数年后,研究人员已经找到能利用硅有效形成光的方法,这是光学信息处理的关键一步.
磷化铟等最好的半导体光源,能被结合进硅芯片中,但由于其原子位置的差异,很难直接在硅中发育出来.
无论如何,未来发展将促使出现多样应用,而对更快芯片的追求,将是一个令人却步的挑战.
但在光纤领域工作了35年的Bergano表示,"我对未来依然乐观".
(张章)全球科技政策新闻与解析科学线人免费网站"试水"数据二次发布法律困惑阻碍数据科学发展宽带瓶颈限制因特网发展研究人员呼吁修复强化全球数据通道将来自上百万项生物学研究的知识编译到一个网络中———这是DanielHimmelstein对Hetionet的诱人描述.
Hetionet是将来自药物、基因和疾病的28个公共资源的数据聚合在一起的免费在线资源.
不过,对于一个以公共信息为基础构建的产品来说,获得法律许可异常艰难.
当身为美国宾夕法尼亚大学数据科学家的Himmelstein联系研究人员以获得公开再现其工作的许可时,很多人对于他要询问此事表示惊讶.
"我从未想到这里面还存在许可问题.
"奥地利科学院分子医学研究中心生物信息学家J觟rgMenche说.
Menche很快表示同意,但并非每个人都这么配合.
一个研究小组从未答复Himmel-stein,还有3个小组给出了答复,但仍未澄清可能的法律纷争.
最终,Himmelstein在今年7月公开了Hetionet的最终版本———去掉了一个禁止再次发布的数据集,但将仍缺少再出版明确许可的3个数据集包括了进来.
Himmelstein表示,这种混乱表明,很多研究人员并不理解简单地公开发布数据集并非意味着其他人能合法地将其再次发布.
在Himmelstein看来,这种混乱会阻碍科学的发展,因为研究人员将不被鼓励把数据集整合到更加有用的资源中.
同时,随着科学家在网上发布更多信息,它还会带来越来越多的问题.
"科学正愈发依赖于对数据的再次利用.
"Himmelstein说.
由于一条数据或者说一个事实无法受到版权保护,因此很多科学家认为,那些未设置使用细则和条款的公开发布的数据集能被再次发布,而不会出现法律问题.
不过,英国诺丁汉大学知识产权法专家EstelleDerclaye表示,这种想法未必正确.
欧盟为特定数据库授予独立于版权的权利,目的是保护在编译数据库方面所作的投资.
从法律上讲,这些权利会阻止诸如Him-melstein等研究人员在未经同意的情况下再次发布由欧盟各国科学家创建的数据集.
其他国家也有不同层次的法律保护.
不过,在像美国这样的不存在单独权力管理数据集的国家,仍会出现混乱.
爱丁堡数字监管中心就数据授权发布的指南显示,关于在任何特定情境中数据可能如何被利用的法律立场的缺失很难得到解决.
为此,数据分享的倡导者建议,正在创建公共数据库的研究人员应加上明确的许可,以解释他们想让数据如何得到再次利用和发布以及是否放弃对数据库持有的任何权利.
就Himmelstein来说,他想利用的一些数据集拥有明确的许可———其中一些禁止无限制地再次发布,其他的则没有.
Himmelstein表示,他的项目中最令人沮丧的部分在于感觉很多好的数据将被浪费,因为它们的创建者并未讲清楚能否再次发布这些数据.
布里斯托大学知识产权专家AndrewCharlesworth认为,这可能是因为极少有研究人员对法律抱有足够的信心,从而给予Him-melstein明确的指导.
来自华盛顿PolicyBandwidth律师事务所的知识产权律师JonathanBand表示,即便没有明确的许可,Himmelstein也不可能因发布Hetionet而面临法律的处罚,除非他搞错并违反了为数据集设置的细则和条款.
在网上公开发布其数据集的学者通常想让他们的成果被其他人获取到并且自由地再次发布.
Band介绍说,目前还没有人因开展像Himmelstein这样的项目而惹上麻烦.
不过,Himmelstein并不相信自己在法律上不受阻碍.
同时,他感觉此类不确定性可能会阻止其他科学家再现学术数据.
Himmel-stein表示,如果有研究人员推出了基于公开数据集研发的商业产品,因未获得明确许可而产生的风险便有可能增加.
"我认为,这是一片未经充分测试的'水域'.
大多数学者不愿冒险引起将有助于澄清这些问题的法律纷争.
"(宗华)化学家有了自己的预印本这可以被称为连锁反应.
在继物理学、数学、经济学和生物学等学科之后,美国化学学会(ACS)近日宣布,将启动针对化学论文的预印本服务,并暂时命名为ChemRxiv.
ChemRxiv预印本服务器,将有助于促进化学领域重要发现的公开,推动早期研究共享.
负责相关工作的ACS出版部门副总裁KevinDavies表示:"ChemRxiv将参考物理学的arXiv和生命科学的bioRxiv等形式,帮助不同领域的科研人员在正式的同行评议和发表之前,分享早期研究成果和数据.
"物理学、数学及计算机科学的论文预印本网站arXiv已运行20多年.
而且近年来,随着开放获取的发展,生物学、社会学等领域也先后建立了预印本网站.
"化学作为一个大学科,却一直没有自己的预印本,多少有点怪异.
"Davies说,"ChemRxiv完全可以引用,旨在加快科学发现的步伐和信息传播的速度.
化学界一直有这种开放分享的需求,帮助科研人员确立其研究发现的认可和首发权.
同时提供自由的反馈机制,让科学家互相帮助.
"目前,ACS正在邀请投资者进入,以帮助搭建该服务器.
ACS首席执行官ThomasConnellyJr.
说:"ACS正在加强ChemRxiv的概念,这样做也和协会的任务和目标相一致,尤其是通过在全世界传播不可或缺的化学领域信息从而推动科学的发展.
"而且,ChemRxiv将成为ACS秋季年会上的主要议题之一.
一直以来,化学有这样一个传统,保密数据和科学结论,直到同行评议和最终出版.
许多编辑拒绝接受曾出现在预印本上的论文.
不过,16年前,爱思唯尔就曾启动了自己的化学预印本服务.
Davies相信,专业组织更适合提供预印本服务.
"为了保证我们对全球化学界的服务,ACS认识到推动ChemRxiv的建立将带来很大益处,将其作为一次多组织的尝试,实现各类化学相关信息的互用性.
"(张章)图片来源:Nordroden/iStockphoto美大麻研究"冰火两重天"令那些希望研究大麻医学潜力的人失望的是,在美国,大麻仍是需要严格控制的I类物质.
近日,美国缉毒局(DEA)发布声明,仍将大麻与海洛因、LSD和其他具有潜在危险性或高度成瘾的药物划为一类.
这让要求DEA放松对大麻管理,以便进行功能研究的科学家十分沮丧.
不过,DEA的声明也有好消息.
该局将修改研究用大麻仅有单一来源的政策,计划增加大麻合法种植和供应的单位.
此前,只有密西西比大学可以合法种植限量的大麻用于科研,并且需要与美国国家药物滥用研究所签订合约.
近50年来,美国指定种植者生产的大麻,主要提供给联邦政府资助的有关研究使用,而不能用于商业产品开发.
但新政策允许让更多的人在DEA登记后种植大麻,其不仅可提供给联邦资助的研究或其他学术研究,而且可用于由私营部门资助、有关药物产品开发的规范性商业活动.
但DEA的决定没有让大麻摆脱互相抵触的规则所造成的无法脱身的困窘.
该局表示目前没有充足的证据显示大麻存在医用价值,这也是高度受限的I类物质和限制较小的II物质之间的主要区别.
而另一方面,DEA让获得相关证据更加困难.
"它们设定了一个无法达到的目标.
"佐治亚大学健康经济学家DavidBradford说,"在当前环境下,很难获得需要大规模临床试验才能取得的证据.
而且制药公司也无法获得全植物大麻专利.
"也有研究人员对DEA的裁决非常失望,认为其无视公众意愿,同时也忽视病人使用医用大麻带来益处的体验.
DEA代理局长ChuckRosenberg承认,大麻并不像其他一些I类药物那样危险,但基于食品药品监督管理局使用的药物批准原则,大麻并没有达到重新分类的标准.
"如果针对大麻的科学认识发生改变,那么决定也会随之变化.
"Rosenberg表示.
(张章)美国密西西比大学种植研究用大麻.
图片来源:RobertJordanDanielHimmelstein图片来源:SteveBabuljak