数字时代,全球基础标准纵览

刘锋 原创 | 2024-01-28 19:21 | 收藏 | 投票 编辑推荐

  在本世纪初期,通讯技术和互联网的迅猛发展标志着人类社会的正式进入数字时代,信息技术的广泛普及以及网络化和数字化的深度融合为显著特征,它不仅彻底改变了日常生活的模式,还重新塑造了经济、政治和文化的运作架构。

  过去二十年间,众多数字技术的出现和发展,如物联网(IoT)、云计算、大数据、工业4.0、区块链、元宇宙和大型模型,共同推动了世界数字科技生态系统的演进。正在形成一个全球统一的数字复杂巨系统,为支持这个系统的运行和进化,全球性数字基础标准也不断涌现和形成。

  例如TCP/IP协议、万维网协议、从1G至5G的移动通信协议,均可被视为全球性的数字基础标准的代表。而北斗网格码,世界数字大脑框架,6G移动通信协议也正在成为具有探索意义的新兴全球技术标准。除此之外,全球网络空间的安全标准,世界范围人工智能统一伦理规范,亦在不断地推进与完善之中。本文将对七个全球性的数字基础标准进行简要介绍。

  一.TCP/IP协议解决世界计算机和智能设备的互联需求TCP/IP协议,互联网通信的基础,自20世纪70年代末由Vint Cerf和Bob Kahn发明以来,一直是全球计算机和智能设备互联的核心。这套协议包含两个关键部分:传输控制协议(TCP)和互联网协议(IP)。TCP负责确保数据包的正确分割和准确传递,而IP则处理数据包的地址标记和路由选择。TCP/IP协议的诞生不仅标志着数字通信时代的开端,也为未来网络技术的演进奠定了坚实基础。

  该协议的主要优势在于其开放性和可扩展性,使任何遵循这些规则的网络设备都能接入全球互联网。这一特性允许互联网跨越地理和政治边界,形成一个庞大的全球信息网络。随着网络流量的增加和网络结构的复杂化,TCP/IP协议经历了若干次升级和优化,以满足日益增长的技术需求。

  在全球范围内,TCP/IP协议不仅加速了信息的传播,还催生并推动了众多新兴技术的发展,如物联网(IoT)和智能家居。这些领域中,TCP/IP协议为不同品牌设备的互联互通提供了标准化的通信框架,促进了智能化、高效化数字生态系统的构建。

  二.万维网解决网络数据的互联互通需求万维网(World Wide Web),通常简称为“Web”,是一种在互联网上发布和查看各种类型信息的系统。由蒂姆·伯纳斯-李(Tim Berners-Lee)于1989年发明,万维网彻底改变了信息的获取和分享方式,为全球范围内的数据和资源交换提供了一个无比强大的平台。

  万维网的核心是超文本传输协议(HTTP),它允许用户通过超链接从一个网页跳转到另一个网页。这种结构打破了信息访问的传统限制,使得从全球任何地方访问和共享信息变得可能。随着HTML(超文本标记语言)的发展,网页的设计和功能变得更加丰富和动态,提供了更加互动和吸引人的用户体验。随着技术的进步,万维网已经从简单的文本和图像显示,演变为一个复杂的多媒体平台,支持视频、音频、动画等多种格式。搜索引擎的出现,如谷歌和百度,进一步提升了信息检索的效率,使得用户能够快速找到所需信息。

  在社会和经济领域,万维网产生了深远影响。它不仅改变了商业模式,促进了电子商务的发展,还为教育、科研和政府管理提供了新的工具。此外,社交媒体的兴起,如Facebook和Twitter,也是基于万维网技术,极大地促进了全球范围内的社交互动和信息共享。

  三.1G到5G 解决移动终端通信的互联互通需求自20世纪80年代1G(第一代移动通信技术)的推出以来,移动通信协议经历了不断的演进,推动了移动终端的互联互通。每一代移动通信技术的升级都标志着通信速度、连接可靠性和服务范围的显著提升。

  1G技术首次实现了无线电话的概念,但仅限于模拟语音通信。随后,2G技术引入了数字信号传输,增加了短信服务和基本数据服务。这一时期,GSM(全球移动通信系统)成为国际标准,为全球范围内的手机互通奠定了基础。3G技术的出现带来了移动互联网的初步体验,提供了更高的数据传输速率,支持了视频通话和更复杂的数据服务。这为智能手机的普及打下了基础。随后,4G技术的推出进一步提高了数据传输速率,使得高清视频流、在线游戏等成为可能,并在很大程度上改善了用户体验。

  5G技术是目前最先进的移动通信技术,它不仅提供了前所未有的高速度和低延迟,还支持了大量设备的同时连接。5G的出现为物联网、自动驾驶汽车、远程医疗等新兴应用提供了技术基础。此外,5G还承诺将带来更高的能效和更广泛的覆盖范围。

  四.北斗网格码解决数字时代全球时空定位需求时间和空间定位对于人类的生存和发展至关重要,随着数字时代,数十亿人类和数百亿智能设备在地球内部到太阳系范围内的不断扩散和移动,对时空定位的要求愈加迫切,北斗网格码的出现代表了对这一挑战的革命性回应。,由程承旗教授领导的团队自1999年起开发,解决了传统经纬度定位系统的局限性。将地球从地心到太空50万公里划分为大小不同立体网格,构建了无缝无叠的32级多尺度网格坐标框架,最小粒度在地球赤道表面1.5立方厘米,每个网格均有一个唯一的标识编码.加上时间离散编码,实现地球时空一维整型数标识。发展出世界第一个地球时空统一的网格坐标系统及计算体系。从实现了更精确、实时的三维空间定位。

  北斗网格码已经在多个领域得到应用,如空域管理、楼宇内部导航、邮政寄递码结合等。它提高了空域精细管理和楼宇内部按网格的引导及搜索效率。在无人系统智能引导中,网格计算简化了矢量解方程问题,提升了计算效能。北斗网格码的发展和应用标志着全球时空定位技术的重大创新和里程碑,已形成多项国家和国际标准,并广泛应用于城市规划、交通管理、灾害监测等多个领域。

  五.世界数字大脑解决世界网络应用互联互通需求21世纪以来,伴随着数字技术的爆发,种种迹象表明以互联网为核心的世界数字生态正在形成一个世界范围的类脑复杂巨系统,2007年以来,中科院研究团队提出了互联网的大脑模型,指出包括物联网,云计算,大数据、区块链,元宇宙,大模型等数字技术都是互联网大脑各神经系统不断发育的结果。2021年研究团队提出世界范围的网络应用系统仍然处于互不联通,存在大量应用孤岛的困境中,为了解决这个问题,应该基于互联网大脑模型,建立世界统一的数字神经元将人,物,系统能统一映射到网络应用系统中,然后通过云反射弧机制实现人,物,系统的跨部门、跨地域、跨行业的协同工作。由此在人民日报《学术前沿》提出构建世界数字大脑架构和规范的思路,2023年,研究团队依托中国指挥控制学会围绕城市大脑,世界数字大脑制定了8项标准,提出了城市大脑,世界数字大脑的的总体建设框架,该框架分为五个部分,它们分别是“为问题与需求层、云反射弧层、数字神经元网络层、管理控制层、技术支撑层。”其中云反射弧层、数字神经元网络层是世界数字大脑建设的核心,问题与需求层是云反射弧层、数字神经元网络层建设的目标,管理控制层、技术支撑层为问题需求层、云反射弧层、神经元网络层的正常运转提供基础支撑。发布的 8项标准主要围绕这个总体框架进行标准规划和制定。

  到2023年,世界范围(主要在中国)已经有数百个城市开始了城市大脑的建设与规划,一些省份已经从省一级开始类省级大脑的规划和建设,从城市大脑,省级大脑,国家大脑到世界数字大脑的演化正在进行过程中,最终将实现一个世界范围支持人类协同发展的类脑数字复杂巨系统。

  六、6G通信技术:引领未来全系统要素高速互联6G,作为未来通信技术的代表,尽管其标准和规格仍在开发中,但被普遍认为是一项跃进技术。6G预计将比5G快10倍、50倍甚至100倍,并显著减少延迟;提供改进的连接性、安全性和可靠性;能够整合数字世界和物理世界。6G不仅增强通信技术,还包括计算和其他相关服务。与5G相比,6G将覆盖更广泛的地理区域,连接各种机器。

  6G的应用前景包括全息会议、通过卫星连接偏远地区的互联网、增强人类与机器人、物联网设备和可穿戴设备的通信、机器人和无人机执行危险工作、提升教育的深度和互动性、改进设备感知以提高身份识别和减少欺诈、智慧农业控制水资源、监控牲畜和精确使用农药、6G智能电网优化能源分配。

  6G的技术选项包括新的频谱带和无线电技术,例如全息波束成形、高级复用技术和大规模MIMO技术。6G还可能需要接入链路技术、新的分组前传和无线传输技术,如中继和网状网络,以及更集成的接入和后传。这些技术将帮助实现6G的目标:快速、广覆盖、大容量和低能耗。

  6G预计将于2030年左右开始商用部署。它将为连接性和计算能力带来重大进步,但也面临网络容量和能源消耗等挑战。6G的成功将取决于为消费者和企业提供的出色体验和服务。

  七、人工智能伦理规范,为世界人工智能的安全使用护航随着大型模型和其他人工智能技术的兴起,以及人们对这些技术的担忧增加,全球范围内对统一的人工智能伦理规范的需求变得更加迫切。为应对这些挑战,国际组织和标准机构已开始制定相关规范。

  联合国教科文组织(UNESCO)在2021年颁布了首个全球人工智能伦理标准——《人工智能伦理建议》。该框架被193个成员国采纳,以保护人权和尊严为基石,强调透明度和公平性原则的重要性,并强调人类对AI系统的监管必要性。《建议》还涵盖了广泛的政策行动领域,如数据治理、环境和生态系统、性别、教育和研究,以及健康和社会福祉等,以便政策制定者将核心价值观和原则转化为具体行动。

  英国标准协会(BSI)发布了首个国际AI管理系统标准(BS ISO/IEC 42001),旨在帮助组织负责任地使用人工智能。该标准涉及非透明自动决策、利用机器学习代替人工编码逻辑的系统设计,以及持续学习等方面的考虑。该指导旨在帮助组织建立、实施、维护并持续改进AI管理系统,重点是保障措施。它是一个基于影响的框架,提供了促进基于背景的AI风险评估的要求,包括内部和外部AI产品和服务的风险处理和控制措施。

  此外,由斯洛文尼亚在联合国教科文组织的赞助下组织的第二届全球人工智能伦理论坛,将于2024年2月在克兰约举行。

  (作者刘锋 中国科学院虚拟经济与数据科学研究中心研究组成员、中国指挥与控制学会城市大脑专委会副主任、计算机博士)

个人简介
中国科学院虚拟经济与数据科学研究中心客座研究员,威客理论和互联网进化论创始人,intevl.com
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