到今年年底，智慧手機、平板電腦和其他聯網裝置的數量將超過人類數量。或許更重要的是，市場上速度更快、功能更強大的移動裝置正在以前所未有的水平生產和消費內容。根據思科（一家生產大部分網際網路執行裝置的製造商）最近的一份報告，2012年全球移動資料增長了70%。然而，世界網路基礎設施的容量是有限的，這讓許多人想知道我們何時會達到上限，以及當這種情況發生時我們將如何應對。
當然，有一些方法可以提高容量，例如增加電纜，在這些電纜中填充更多的資料承載光纖，以及將流量解除安裝到較小的衛星網路上，但這些步驟只是延遲了不可避免的結果。解決方案是使整體基礎設施更智慧。需要兩個主要組成部分：計算機和其他裝置，它們可以在將內容拋到網路上之前對其進行預處理，並可能進行過濾或聚合；以及一個更好地理解如何處理這些內容的網路，而不是麻木地將其視為無休止的、無差別的位元和位元組流。
為了瞭解如何實現這些重大進步，《大眾科學》採訪了位於新澤西州霍姆德爾的阿爾卡特-朗訊貝爾實驗室研究主管馬庫斯·霍夫曼。貝爾實驗室的研發部門以各種形式被認為開發了電晶體、雷射器、電荷耦合器件以及其他一系列具有突破性的20世紀技術。霍夫曼於1998年加入貝爾實驗室，此前他在德國卡爾斯魯厄大學獲得了博士學位。他和他的團隊將“資訊網路”視為前進的方向，這種方法有望透過提高網際網路的智商來擴充套件其容量。以下是摘錄。
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大眾科學：我們如何知道我們正在接近當前電信基礎設施的極限？
霍夫曼：跡象是微妙的，但它們確實存在。一個個人例子：當我使用Skype向我在德國的父母傳送我的孩子們打冰球的即時影片時，影片有時會在最激動人心的時刻卡頓。總的來說，這種情況不會經常發生，但最近發生的頻率更高——這表明網路正因其被要求承載的資料量而變得緊張。
我們知道大自然給了我們一定的限制——只能透過某些通訊通道傳輸如此多的資訊。這種現象被稱為非線性夏農極限[以貝爾電話實驗室前數學家克勞德·夏農的名字命名]，它告訴我們今天的技術可以推動到什麼程度。我們已經非常非常接近這個極限了，大致在一個係數為二的範圍內。換句話說，當我們將今天的網路流量翻倍時——這可能在未來四五年內發生——我們將超過夏農極限。這告訴我們這裡存在一個根本性的障礙。我們無法突破這個極限，就像我們無法提高光速一樣。因此，我們需要在這些限制下工作，並仍然找到繼續所需增長的方法。
您如何防止網際網路達到“極限”？
最明顯的方法是透過鋪設更多光纖來增加頻寬。例如，與其只有一條跨大西洋光纖電纜，不如有兩條、五條或十條。這是蠻力方法，但它非常昂貴——您需要挖掘地面並鋪設光纖，您需要多個光放大器、發射器和接收器等等。為了使這種方法在經濟上可行，我們不僅需要將多個通道整合到單根光纖中，還需要使用光子整合等新技術來摺疊多個發射器和接收器。這種方法被稱為空間分割複用。
儘管如此，僅靠提升現有基礎設施不足以滿足日益增長的通訊需求。我們需要的是一種不再將原始資料僅僅視為位元和位元組，而是將其視為與使用計算機或智慧手機的人相關的資訊的基礎設施。在特定的一天，您是想知道溫度、風速和氣壓，還是隻想知道您應該如何穿衣？ 這被稱為資訊網路。
“資訊網路”與今天的網際網路有何不同？
許多人將網際網路稱為“愚蠢”的網路，儘管我不喜歡這個詞。最初驅動網際網路的是文件和資料的非即時共享。該系統最大的要求是彈性——即使一個或多個節點[計算機、伺服器等]停止執行，它也必須能夠繼續執行。並且網路被設計為將資料簡單地視為數字流量，而不是解釋這些資料的意義。
今天，我們以需要即時效能的方式使用網際網路，無論是觀看流媒體影片還是撥打電話。與此同時，我們正在生成更多的資料。網路必須更加了解它所承載的資訊，以便更好地優先處理交付並更有效地執行。例如，如果我在辦公室進行視訊會議，並將頭轉向螢幕外與剛走進辦公室的人聊天，會議設定應該知道停止傳輸影片，直到我的注意力回到螢幕上。系統會識別到我不再關注，並且不會在我與辦公室的人交談時浪費頻寬。
您如何使網路更瞭解它所承載的資訊？
有不同的方法。如果您想更多地瞭解跨越網路的資料——例如，將使用者對網頁的請求傳送到最近的Web伺服器——那麼您可以使用軟體來窺探資料包，這稱為深度包檢測。想象一下您透過普通郵政服務傳送的實體信件，用信封包裹著，上面寫著地址。郵政服務不在乎信件的內容；它只對地址感興趣。這就是網際網路今天在資料方面的運作方式。透過深度包檢測，軟體告訴網路開啟資料信封，並讀取至少一部分內部內容。但是您只能透過這種方式獲得有限的資料資訊，而且這需要大量的處理能力。此外，如果資料包內的內容已加密，則深度包檢測將不起作用。
更好的選擇是標記資料，併為網路提供處理不同型別資料的指令。可能有一項策略規定，影片流應優先於電子郵件，儘管您不必完全透露該影片流或電子郵件中的內容。網路在做出路由決策時只需考慮這些資料標籤。
網際網路上傳輸的資料已經有識別標籤——為什麼不能使用這些標籤？
這完全取決於這些標籤的使用級別。例如，使用網際網路協議的資料包有一個標頭，其中包括源地址和目標地址。這些可以被認為是“標籤”，但它們提供的資訊非常有限。它們不指示使用者正在請求哪個網站。它們不說明資料是否屬於[即時]影片流，或者是否可以分批處理。我談論的是更豐富、更高級別的標籤或元資料，這些標籤或元資料可以在一定程度上對映到這些較低級別的標籤上。
根據資料包含的資訊對流量進行優先順序排序是否會導致網路偏袒某些型別的流量而犧牲其他型別的流量？ [休息]
這應該與我們已經看到的沒有什麼不同，例如，在我們的道路和街道上。當我們聽到帶有警報器的緊急車輛時，我們都被期望靠邊停車，清理街道，讓車輛儘可能順利和快速地透過，也許可以挽救一個人的生命。在這種情況下，標籤是警報器——只要我們認識到存在緊急情況，我們就不需要知道車輛裡是誰或問題是什麼，我們就會做出相應的行為。我們是否也應該在緊急情況下優先處理某些網際網路資料包？這完全關乎透明度和商定的行為——在道路上，也在網路上。
即使更智慧的網路可以更智慧地移動資料，內容也在呈指數級增長。您如何減少網路需要處理的流量？
我們的智慧手機、計算機和其他裝置會生成大量原始資料，然後我們將這些資料傳送到資料中心進行處理和儲存。將來，在全球範圍內傳送所有這些資料以在集中式中心進行處理將無法擴充套件。相反，我們可能會轉向一種模型，在該模型中，在將資料放置在網路上之前，先對資料做出決策。例如，如果您在機場安裝了安全攝像頭，您將對其或控制多個攝像頭的小型計算機伺服器進行程式設計，使其在將任何資訊釋出到網路上之前，先基於儲存在攝像頭或伺服器中的資料庫在本地執行面部識別。
資訊網路如何解決隱私問題？
目前，隱私是二元的——要麼您保持隱私，要麼您必須幾乎完全放棄隱私才能獲得某些個性化服務，例如音樂推薦或線上優惠券。必須有介於兩者之間的東西，讓使用者掌控自己的資訊。
最大的問題是使用者必須覺得簡單易用。看看在社交網路上管理您的隱私有多麼複雜。您最終會讓您的照片出現在您甚至不認識的人的照片流中。應該有一個數字等效的旋鈕，讓您可以用隱私換取個性化。我透露的關於自己的資訊越多，我收到的個性化服務就越多。但我也能回撥它——如果我願意提供不太詳細的資訊，我仍然可以收到一些個性化的，儘管目標性較差的優惠。
網路攻擊往往會利用網際網路的開放性，因此安全性在很大程度上留給了連線到網路的計算機和其他裝置。資訊網路將對網際網路安全產生什麼影響？
資訊網路方法為整個基礎設施提供了對網路流量的更多感知，這可能有助於識別和緩解某些型別的網路攻擊。其他因素也可能使情況複雜化。我希望——並期望——資料流量將越來越多地被加密，以幫助提供真正的安全和隱私。當然，一旦資料被加密，就很難從中提取任何資訊。這是一個研究挑戰，需要新的加密方案，這些方案在保持機密性的同時，允許對加密資訊進行某些數學運算。
例如，想象一下，一個地區每個家庭的收入都被加密並存儲在雲伺服器上，因此除了授權所有者之外，沒有人可以讀取實際數字。如果數字以某種方式加密，從而允許在雲中執行的軟體計算該地區家庭收入的平均值——而無需識別任何實際家庭，純粹透過對加密數字進行運算，那可能會有所幫助。
另一種方法可能是開發管理加密金鑰的巧妙方法，以便可以在不損害安全性的情況下共享它們。如果做得好，這一切都不應該給使用者帶來更多負擔。這是關鍵和挑戰。想想今天有多少使用者實際上在加密他們的電子郵件——幾乎沒有人，因為這需要額外的工作。