从烽火台到物联网

本文为10月19日云+社区开发者大会(北京站)分享内容,全文约7500字。

引言

虽然我们还不能完全掌握生命的机理,但基于对基因的理解,我们知道一切生命体的核心都在于信息,是信息载体,也是信息处理器。

从远古时代,动物用叫声和形体动作来传递信息,到了人类文明时代,则是钟鼓声和烽火台。

发明文字之后,驿站系统成为支撑国家统治的重要工具,民间也有了跟家人联系的书信,“烽火连三月,家书抵万金”。

但信息的传递速度受限于交通工具,飞鸽传书并未形成大型体系。

直到电的发现,电报承载文字要比人快得太多,等到电话发明,天涯咫尺,改变了人类的社会形式和生活,信息价值越来越重要。

无线通信脱离了电线的束缚,移动通信网络从1G到5G,都有哪些突破?又让哪些商业模式成为可能?

5G时代真的能实现万物互联么?万物互联将带来哪些挑战?是否意味着万物都有了智能,成为新生命?

科学技术基于原理,亘古长存,只是被人类所发现,当碳基生命发明了硅基生命,也许未来将是《终结者》、《黑客帝国》、《变形金刚》。

但未来永远超乎想象!


前面几位老师讲了很多5G相关的内容,最近几十年我们的生活变化巨大,这是科技水平提高和社会观念进步融合叠加的结果,其中通信的作用是非常明显的。这样的影响不仅仅体现在最近几十年,人类文明几千年一向如此,只不过以前比较慢,现在越来越快,就像气温的升高,以前二氧化碳排放量没有那么大,现在每年气温升高幅度是过去多少年的总和。

今天分享的主题叫《从烽火台到物联网》,就是跟大家一起回顾和展望通信技术的发展,本人不是通信工程专业,大学时代只学过《模拟电路》、《数字电路》和《数字信号处理》,今天斗胆跨个专业贻笑大方,错漏之处在所难免,请专业人士指正。

说起来我也不是完全的外行,我的前两个工作是在神州数码和亚信做电信行业的业务系统,所以对通信的发展一直比较感兴趣,多少知道一些轶事。今天我们关注的是5G,那么6G是什么呢?没人知道。在2G时代,中国移动制定了一套新的系统规范,网上可以搜到,叫NG-BOSS,NG就是下一代的意思,那个时候也不知道未来还有多少代,就叫下一代。一转眼这十年我们经历了3G、4G,今年或者明年会被称为5G元年,不知道有生之年能不能迭代到10G?更不知道10G是什么样的景象,我们只能畅想。

世界的本质是能量的凝聚态,世界的运作是依靠信息的传递

最近吴军老师出了一本书叫《全球科技通史》,脱胎自得到上的专栏《科技史纲60讲》,用信息和能量解读技术的发展,张首晟也分享过这种思维。能量是生产力,信息是生产关系,科学是探索合适的生产关系。这个模型说法很值得我们关注,因为我们搞的是IT。很多人认为搞IT就是搞计算机,然而IT的I是信息不是计算,计算机科学叫CS。行业里还有个说法叫ICT,中间那个C也不是计算,而是通信。

吴军老师总结了两句话:世界的本质是能量的凝聚态,世界的运作是依靠信息的传递。第一句话好理解,爱因斯坦有一个质能方程E=mc²,有形的东西最终都是能量的聚集。第二句话稍微有点夸张,的确在我们日常的生活很多时候是靠这种方式驱动的,我告诉你买猪肉你买了,就改变了世界一点点。但是很多事情跟信息的传递没有直接关系,比如开车把猪撞死了,这种场景可不是一种信息传递过程。

今天讨论的内容有点发散,希望大家用开放的思维来理解。我并不想用一个逻辑把所有的场景都概括了,因为很容易有谬误。我们中学化学课讲电子跃迁,电子获得能量之后可以跃迁到更高轨道。然后我们就看到了一张图,电子在不同的轨道上围绕着原子转圈圈,很多化工单位的徽章都有这个图形。大家会觉得特别像行星围绕着恒星转,一堆电子绕着原子转,这俩是一回事吗?宏观和微观是不是一个逻辑?20年前我以为是一样的。但是现在又活了20年,没有白活,已经不这样想了。电子轨道只是描述一种可能性,假设成一个轨道让你容易理解而已,体现电子在那个层面上出现的概率。正常来讲是一个电子云围绕在原子周围,这才是真相。那么现在如果有人提出一个假设,我们这个世界要是有霍金提到的平行宇宙,行星的位置还是一个概率,那么宏观和微观是不是又统一了?抱歉,我还没有理解到这个层次上,所以没有办法讨论,也许再过20年能明白。

生命是一个信息系统

让我们重新审视自己,我们是生命。生命是什么?很多物理学家也琢磨过这个事,比如说薛定谔不仅有一只猫,还出过一本书叫《生命是什么》,副标题是“活细胞的生命观”。怎么去衡量是不是个活物?吃喝拉撒?生老病死?恒星也有生命周期,是个活物么?不是。在我看来生命更是一个信息处理器。我们每天都和别人交流,别人说的话就是各种信息,我们会回应,这是输出反馈。一般来讲生命能够自主繁衍,就是有基因传承。基因是什么?基因是一个自生产的机器,能自我复制,基因编码也是信息。我们是同样基因的细胞组成的一个组织、一个集群,我们存在的意义在更大维度上看就是繁衍,让基因传递下去,有了这个大目标,才能吃,才能喝,所以人的生命是基因繁衍的副产品,而在繁衍之上的不管是思想还是感情更是副产品的副产品。人是一个组合机器,不断处理各种信息和各种物质,消耗能量,做出反应和输出。

我们看到生命是一个信息系统。在其他人眼里这是职业病,什么都往计算机上靠,不如我们来看看信息系统是什么样的。最早巴贝奇发明的差分机是用来处理数的数学机器,可以看做是计算机的雏形,没有用到电,都是机械装置。后来二次世界大战图灵破解德军密码的那台机器,也是数学机器。说到图灵,就得问一个问题,这样的机器智不智能?说不清楚,很多概念其实没有清晰的边界,什么是智能?什么是人工智能?通过图灵测试就符合人工智能么?图灵在脑子里设计出了图灵机,特别的抽象。真正的计算机系统结构是冯·诺依曼定义的,有输入、输出、存储器用来存储数据,运算器用来计算数据,还有控制器进行调度。

社群即网络

所有的信息系统,不管是软件还是硬件,都可以用这个模型拆解,逻辑是一样的。刚才我们提到人是N个细胞的集群,社会是人组成的集群,集群靠什么协作?靠通信网络。当我们把人或者生命看做信息处理器,跟机器等价,这样人和物之间的沟通,人和人之间的沟通需要通信,最终形成信息网络,也就是现在的样子。

用这个模式去看没有通信工具的原始时代能看到什么?最早人和人之间,或者动物和动物之间,比如说猴子、蚂蚁或者飞8字的蜜蜂,都是有社群的。人和猴子差不多,是群居动物,互相通信是靠吼和比划,靠肢体语言,用光影或者声音来跨越距离,通过视觉和听觉获取对方传递的信息。人类牛在会使用工具,能发明一些简单的工具超越更远的距离,比如说消息树,小时候看《地道战》、《地雷战》特别有印象,鬼子一来山头上一棵树就放倒了,因为太远喊是听不见的,也不够隐蔽,这样已经用不易被别人察觉的信号来传递信息。在草原沙漠之类比较干的地方,发现把牛粪点着烟很浓,于是就有了狼烟——后来烽火台的雏形。还有号角,号角就是声音,在山后面吹一下,或者隔着树林也能听到,这只是原始的通信,很有局限。消息树、狼烟和号角已经可以驱动组织运转,再复杂一些就是钟鼓和旗语,不需要语言,没有语言也没有文字。

文明像生命一样传承

说到人类社会的文明,什么叫人类文明?原始人是不是人?原始部落是不是文明?不是。一般说法得有文字,文字能够把过去的东西都积累下来,文字的前提是语言,但是语言不代表文明。还有一个条件是城市,5000人以上的城市。有了城市一定有分工,有分工就有协作,所以就有沟通。第三个条件是祭祀中心、标志建筑,能够证明我们是一个民族,有信仰或者故事。《人类简史》说过,民族国家之类的概念都是想象共同体。有了这些,等于在这个层面上有了更高的智能。

只从动物角度看人类,我们的信息都在基因里,从小学的汉字、唐诗、宋词都没用,基因一样可以传承下去。文明为什么像一个生命可以传承?因为有语言,由语言衍生出文字。文字是一种符号,作为载体可以更好的传承文明,文明也是信息,有了新的载体可以更高速的进化。当然也可以用绳结,效率比较低下,特别费绳子,也能作为记录。文字是符号,符号就是信息。这里说的语言跟现在的语言不同,我们生活在文明时代,从小读书识字,说的绝大部分语言在脑子里都会映射成文字。还有一些老人不识字,但他说话说的很明白。咱们没有经过这样的年代不太好理解,实际上是可以的。因为语言代表了含义,每个人脑袋里会存一堆概念,但是这个概念可以跟文字没关系。那么这些概念到底是什么?不识字的人脑子里面没有“我”这个字,但是听见你说“我”,他知道是“你”,不管是汉语还是英语都有了意义。信息的本质是无形的,是一种意义。噪声一般视为没有意义,除非是宇宙大爆炸留下来的引力波。

当文明发展到幅员辽阔的国家阶段,通信越发重要,衍生出各种通信工具和方法。对通信需求最强的场景是军事和政治,这是维持国家统治的必要手段。为什么电信行业动不动就说涉及到国计民生?一般人断一天网没有什么大事,如果一个国家的网络断了或者是通信断了,社会运转就失灵了。强需求推动大投入,ROI合理嘛,就有了驿站有了长城。长城是把烽火台串起来,是一个通信网络。驿站体系靠的是马路(驰道),靠的是栈道。秦朝统一六国之后书同文、车同轨、统一度量衡,文书、车辆、税收、制造、人才就可以通行天下。从政治和军事逻辑上,都需要良好的数据协议和通信网络。至于民间通信,是通过信鸽还是找人捎信甚至传 口信,还是专人送信,就更是各显神通了。

电的发现开启新纪元

等到富兰克林发现了电,人类进入电气时代。请注意富兰克林不是发明了电,而是发现。电本身就天上存在,日常生活中也常看到静电,富兰克林让电成为众人皆知,促进了电的应用。插播一个问题,就算我们经历16年教育,从小学到大学,再加个研究生就是18、19年,在自己掌握知识的巅峰如果穿越回古代,能够重新发明电灯吗?恐怕不能。你只是电的基本原理,到应用层面是一个社会各领域多年的积累进化产生的技术体系。怎样存储电,怎样持续发电?拿琥珀一直蹭皮毛吗?其实我们都不懂,这是一套非常复杂而成熟的社会协作工程体系。

有了电,通信领域发现可以通过金属线传递信号,于是有了电报。莫尔斯是电报发明者之一,他最著名的发明是莫尔斯电码。电报可以把信息用最简单、最有效、最经济实惠的方式通知到远方的人,当然那时候也是很贵的,按字计费,逼着发电报的人自己压缩信息省钱,汉字在这方面有巨大的优势,尤其是文言文。

后来贝尔发明了电话,电话和电报都是有线的、模拟的,在相当一部分时间并存。电影《手机》中编剧刘震云追忆了当年特别典型的场景。葛优演的男主角叫严守一,他表哥牛三斤在矿井当工人,表嫂叫吕桂花,家里离矿上很远,一般写信,稍微着急发电报,十万火急打电话。电影里的场景就是十几岁的严守一骑自行车带着嫂子到有电话的地方给表哥打电话问什么时候回家,针对这个场景杨坤还专门唱了首歌。以前负责通信的政府部门叫邮电局,既能邮信,也能发电报,还能打电话。但是后来电报没有了,信也没人写了,更多是出去旅游买个明信片怀旧一下。为什么呢?因为电话和手机普及了。不同的通信方式付出的成本不一样,达到的效果也不同。中国电信行业的发展史是另一个很有意思的故事,怎样从邮电最终变成中国邮政和中国电信,再拆成中国移动、中国联通、中国电信、中国网通,又怎样合成现在的中国移动、中国联通、中国电信,分分合合,能看到很多国家政策的调整,怎样促进市场化和竞争,TDS-CDMA、三网合一(融合)、携号转网、铁塔公司各种话题都有很多故事,不过不是今天的主题。

书归正传,说完有线讲无线。无线电是电磁波,关于电磁波理论麦克斯韦创立了麦克斯韦方程,赫兹证实了电磁波的存在,特斯拉发明了无线电通信。不同频率的电磁波要用不同规格的电线接收。为什么以前的天线都特别长?打手机需要先把天线拽出来,现在的手机怎么没有天线了?实际上还有天线,集成在手机里了,通信的波长也短了。等到5G毫米波应用,据说手机里会有天线阵列。不同的波长天线要求不一样。

有了无线电之后就有无线电报、无线电台、步话机、收音机和电视。电台和电报用于军事用途,包括谍报都是偏军事用途。电影《英雄儿女》最后王成背着一个无线电台对着话筒喊向我开炮,后面是一根很长的天线。电线会限制移动不够灵活,所以无线电对于军事有非常大的帮助,能指挥更大的体系更机动的运转,也使航空、航海通信成为可能。电视和收音机作为媒体,是单向的信息广播。今天我们可以跟直播的主播互动,可以发弹幕、送礼物、甚至连麦,这已经进入到了新的阶段。

从1G到5G

回顾了那么多,都是历史。今天我们谈5G,是指移动通信。第一代移动通信也就是1G,标志是大哥大,大哥大使用模拟信号,只有语音通话功能,不支持发短信,发文本信息用的是BP机(寻呼机),所以那个年代的高端商务人士讲究“手拿大哥大,腰挎BP机”。大哥大我连见都没有见过,见过最早的手机是一台2G时代的摩托罗拉,也很大,可以把整张电话卡插进去,整张的意思是跟银行卡差不多大,不用抠芯片下来。现在手机卡越来越小,手机经过了掌中宝阶段,到了智能手机时代反而更大了。

在全球通信行业的发展历程上看,1G是在1980年代,模拟语音,2G是1990年代,数字语音加短信,我2001年找工作的时候专门买了BP机,手机几千块太贵,路边不少电话亭,有一个BP机也够用。2G有两种制式,GSM和CDMA,我是国内第一批CDMA用户,对两者的差别有切身体会,有些GSM手机通话时间长了,耳朵会发热甚至后脑勺会疼,CDMA基本不会,属于慢热型,但传输信息所需要的能量应该差不多。我看了些资料,用网络数据包的逻辑分析,GSM是火箭筒,CDMA是冲锋枪,CDMA之所以感觉不明显,是因为能量包小,但频率高啊。

3G是 2000年后,中国商用是2008年借着北京奥运会搞起来的。那时候我们在亚信做过北京移动的3G业务系统,3G时代手机已经是功能机,不再只是打电话和发短信的设备,可以联网,使得PC不再是唯一的上网终端。等到4G是2010年左右,iPhone降维打击,开启智能手机时代,中国与时俱进,跑步上马。4G时代带宽足够、硬件性能也足够,相当于人人手里一台电脑,而且是比20年前快N倍的电脑,所以取代了PC,正式进入移动互联网时代。现在一般人家里很少有PC电脑的,平板、手机就够用了,台式机、笔记本退出家用电器行列。

因特网出现的时候,已经有了计算机,显示器和主机都很大,冯·诺伊曼结构,是一个信息处理的基本单元。因特网把计算机连接起来,人们可以通过新的方式沟通,要聊天加入一个聊天室,但是看不到人,全都是命令行操作,跟现在完全不是一个感觉。现在谁要是在家用电脑跟别人聊天,如果不是网红主播的话,大概就是情怀了。

2020年代是5G的时代,具体技术我不懂,但未来一定是网络越来越普及,越来越便宜,速度更快,时延更小,传输能耗更低,同时硬件性能也会更强。不管是几G,未来一定会越来越快。有一个杞人忧天的问题,很多前辈们也遭遇过,就是低估需求,我也要提一下,因为未来还没发生,很难预测。如果把人当成一个信息处理的系统,当信息量超出人类自身的处理能力,比如4K画面觉得挺好,给你一个20K的画面,你需要吗?我是近视眼,看电视720P就感觉很好了。所以有更强的信息传输能力,就得有更多样的需求场景,比如VR。VR是全景,不是一个平面,需要更多的数据来显示和处理,并不只是体现在画面的清晰度。画面分辨率达到一个极限超过了人眼的识别能力就没有意义了。人才是消费者,如果马斯克的脑机接口投入应用,直接插一根线可以处理信息,也许大脑神经还有更大发挥空间,那就是另外一个阶段了。

5G应用最终会给生活带来什么样的革新,就像4G的移动支付,我猜不到,因为那是一个综合的影响结果。今天我们虽然已经站在5G的门槛上,还是只能畅想。目前能看到的是还有很多做的不够极致的地方。比如定位精度,GPS定位的误差是几十米,而且只适用于室外。如果5G覆盖也许定位可以精准到1米,这样对于一个人个体是足够的。以前在饿了么我们想过一个问题,并不希望骑手去逆行。怎么知道呢?在当前的定位精度上判断不了。如果定位精准就可以规范行驶逆行扣分,甚至把车直接关联上,逆行车就停了。包括室内导航也一样可以更好,当然也需要更精准的室内地图支持。

至于VR/AR视频,如果产业技术基础足够好,可能会生产出更个性化的文化产品。比如说一个视频,我不喜欢女主角,买个套餐实时渲染,把女主角换成喜欢的,看着就很爽。数字技术会打破虚实边界,现在我们更多是被动的单向接受,但Netflix出了一集互动剧情的《黑镜》,也许可以交互更多更自由,你可以参与设计剧情和角色。当然必须提醒极致的个性化会屏蔽多样化,也是很可怕的。

5G据说能达到物联网阶段,基于智能硬件,在医疗健康方面可以有很大的改善空间,可以实时监控和收集健康数据,还能做大数据分析,提前预防疾病,引导健康生活,应激状态可以发现问题和自动告警。Apple Watch已经救了好几条命。生活中有很多的需求点,在条件具备情况下是可以进一步满足。物联网一定会给我们的生活带来巨大的改变,也许扩展了人的边界,也许人变成了网络中更小的节点,这个不好说。

当万物联网会不会进化出意识

最后无责任发散思维来个头脑风暴。人的大脑里面有860亿个脑细胞,看到一个图像脑细胞会通过神经突触产生反应,看到美女很激动,看到钱也很激动,我们自以为这是一种智能,有意识,实际是一种复杂神经细胞网络的概念。如果真的通过物联网把全世界各种信息节点都连接起来,是否会形成一个足够复杂的网络?这个网络可不可能达到意识的层次?万一哪天达到传说中的奇点,这个网络自己想明白一些事情,会发生什么?科幻电影都演过。第一个叫《终结者》,第二个叫《黑客帝国》,第三个叫《变形金刚》。为什么这么说?《终结者》的剧情是人类发明了天网,天网有了智能觉得需要清除掉人类,这个世界才会清净,机器有了智能成为世界的主宰。《黑客帝国》是机器网络系统怎样自己升级,可能有人以为剧情是人类通过反抗实现达到和邪恶的机器网络和谐共生,如果你只看了第一集这样理解是OK的,但三部曲看完你会理解里面没有一个真人,全都是NPC。主人公Neo一伸手挡住了章鱼,说明这个世界也是虚拟的,因为他不是超人。《变形金刚》则是机器真的有了生命,网络系统衍生出独立的智能个体,变成赛博坦星球,机器人有自己的智能——可能不是硅基智能,还有自己的个性,分裂成不同的组织互相战斗,能跑到别的星球去,除了繁殖或者说生产方式跟人类不一样,别的没区别。有同学会问,为啥机器人长成人形,emmm,可能是替代了碳基生命,有路径依赖,手动狗头。

以上内容跟通信技术关系不大,我们探讨5G和物联网的发展趋势,想看到在生活当中会产生哪些影响?但我们都是搞IT(信息技术)的,希望通过技术帮助大家的生活过得更好。作为一个看起来很脆弱的、繁衍周期比较漫长的生命,能够在有生之年做一些事情,推动世界的进化。

参考资料:

《信息简史》 [美] 詹姆斯·格雷克

https://book.douban.com/subject/25752043/

《全球科技通史》 [美] 吴军

https://book.douban.com/subject/33385217/

论<终结者><黑客帝国><变形金刚>世界设定的联系

https://movie.douban.com/review/2069239/

延伸阅读:

《触电的帝国》马伯庸/阎乃川

https://book.douban.com/subject/10560813/

中国通信运营商发展史

https://www.huxiu.com/article/257645.html

从一片空白到世界领先,中国通信翻身逆袭史

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1649072233138330612

PS:本文图片素材皆来自于网络 。

本文分享自微信公众号 - IT民工闲话(ITCrossTalker)

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原始发表时间:2019-11-13

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