到今年年底，智能手机、平板电脑和其他联网设备的数量将超过人类数量。或许更重要的是，市场上速度更快、功能更强大的移动设备正在以前所未有的水平生产和消费内容。根据思科（一家生产大部分互联网运行设备的制造商）最近的一份报告，2012年全球移动数据增长了70%。然而，世界网络基础设施的容量是有限的，这让许多人想知道我们何时会达到上限，以及当这种情况发生时我们将如何应对。
当然，有一些方法可以提高容量，例如增加电缆，在这些电缆中填充更多的数据承载光纤，以及将流量卸载到较小的卫星网络上，但这些步骤只是延迟了不可避免的结果。解决方案是使整体基础设施更智能。需要两个主要组成部分：计算机和其他设备，它们可以在将内容抛到网络上之前对其进行预处理，并可能进行过滤或聚合；以及一个更好地理解如何处理这些内容的网络，而不是麻木地将其视为无休止的、无差别的比特和字节流。
为了了解如何实现这些重大进步，《大众科学》采访了位于新泽西州霍姆德尔的阿尔卡特-朗讯贝尔实验室研究主管马库斯·霍夫曼。贝尔实验室的研发部门以各种形式被认为开发了晶体管、激光器、电荷耦合器件以及其他一系列具有突破性的20世纪技术。霍夫曼于1998年加入贝尔实验室，此前他在德国卡尔斯鲁厄大学获得了博士学位。他和他的团队将“信息网络”视为前进的方向，这种方法有望通过提高互联网的智商来扩展其容量。以下是摘录。
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大众科学：我们如何知道我们正在接近当前电信基础设施的极限？
霍夫曼：迹象是微妙的，但它们确实存在。一个个人例子：当我使用Skype向我在德国的父母发送我的孩子们打冰球的实时视频时，视频有时会在最激动人心的时刻卡顿。总的来说，这种情况不会经常发生，但最近发生的频率更高——这表明网络正因其被要求承载的数据量而变得紧张。
我们知道大自然给了我们一定的限制——只能通过某些通信信道传输如此多的信息。这种现象被称为非线性香农极限[以贝尔电话实验室前数学家克劳德·香农的名字命名]，它告诉我们今天的技术可以推动到什么程度。我们已经非常非常接近这个极限了，大致在一个系数为二的范围内。换句话说，当我们将今天的网络流量翻倍时——这可能在未来四五年内发生——我们将超过香农极限。这告诉我们这里存在一个根本性的障碍。我们无法突破这个极限，就像我们无法提高光速一样。因此，我们需要在这些限制下工作，并仍然找到继续所需增长的方法。
您如何防止互联网达到“极限”？
最明显的方法是通过铺设更多光纤来增加带宽。例如，与其只有一条跨大西洋光纤电缆，不如有两条、五条或十条。这是蛮力方法，但它非常昂贵——您需要挖掘地面并铺设光纤，您需要多个光放大器、发射器和接收器等等。为了使这种方法在经济上可行，我们不仅需要将多个信道集成到单根光纤中，还需要使用光子集成等新技术来折叠多个发射器和接收器。这种方法被称为空间分割复用。
尽管如此，仅靠提升现有基础设施不足以满足日益增长的通信需求。我们需要的是一种不再将原始数据仅仅视为比特和字节，而是将其视为与使用计算机或智能手机的人相关的信息的基础设施。在特定的一天，您是想知道温度、风速和气压，还是只想知道您应该如何穿衣？ 这被称为信息网络。
“信息网络”与今天的互联网有何不同？
许多人将互联网称为“愚蠢”的网络，尽管我不喜欢这个词。最初驱动互联网的是文档和数据的非实时共享。该系统最大的要求是弹性——即使一个或多个节点[计算机、服务器等]停止运行，它也必须能够继续运行。并且网络被设计为将数据简单地视为数字流量，而不是解释这些数据的意义。
今天，我们以需要实时性能的方式使用互联网，无论是观看流媒体视频还是拨打电话。与此同时，我们正在生成更多的数据。网络必须更加了解它所承载的信息，以便更好地优先处理交付并更有效地运行。例如，如果我在办公室进行视频会议，并将头转向屏幕外与刚走进办公室的人聊天，会议设置应该知道停止传输视频，直到我的注意力回到屏幕上。系统会识别到我不再关注，并且不会在我与办公室的人交谈时浪费带宽。
您如何使网络更了解它所承载的信息？
有不同的方法。如果您想更多地了解跨越网络的数据——例如，将用户对网页的请求发送到最近的Web服务器——那么您可以使用软件来窥探数据包，这称为深度包检测。想象一下您通过普通邮政服务发送的实体信件，用信封包裹着，上面写着地址。邮政服务不在乎信件的内容；它只对地址感兴趣。这就是互联网今天在数据方面的运作方式。通过深度包检测，软件告诉网络打开数据信封，并读取至少一部分内部内容。但是您只能通过这种方式获得有限的数据信息，而且这需要大量的处理能力。此外，如果数据包内的内容已加密，则深度包检测将不起作用。
更好的选择是标记数据，并为网络提供处理不同类型数据的指令。可能有一项策略规定，视频流应优先于电子邮件，尽管您不必完全透露该视频流或电子邮件中的内容。网络在做出路由决策时只需考虑这些数据标签。
互联网上传输的数据已经有识别标签——为什么不能使用这些标签？
这完全取决于这些标签的使用级别。例如，使用互联网协议的数据包有一个标头，其中包括源地址和目标地址。这些可以被认为是“标签”，但它们提供的信息非常有限。它们不指示用户正在请求哪个网站。它们不说明数据是否属于[实时]视频流，或者是否可以分批处理。我谈论的是更丰富、更高级别的标签或元数据，这些标签或元数据可以在一定程度上映射到这些较低级别的标签上。
根据数据包含的信息对流量进行优先级排序是否会导致网络偏袒某些类型的流量而牺牲其他类型的流量？ [休息]
这应该与我们已经看到的没有什么不同，例如，在我们的道路和街道上。当我们听到带有警报器的紧急车辆时，我们都被期望靠边停车，清理街道，让车辆尽可能顺利和快速地通过，也许可以挽救一个人的生命。在这种情况下，标签是警报器——只要我们认识到存在紧急情况，我们就不需要知道车辆里是谁或问题是什么，我们就会做出相应的行为。我们是否也应该在紧急情况下优先处理某些互联网数据包？这完全关乎透明度和商定的行为——在道路上，也在网络上。
即使更智能的网络可以更智能地移动数据，内容也在呈指数级增长。您如何减少网络需要处理的流量？
我们的智能手机、计算机和其他设备会生成大量原始数据，然后我们将这些数据发送到数据中心进行处理和存储。将来，在全球范围内发送所有这些数据以在集中式中心进行处理将无法扩展。相反，我们可能会转向一种模型，在该模型中，在将数据放置在网络上之前，先对数据做出决策。例如，如果您在机场安装了安全摄像头，您将对其或控制多个摄像头的小型计算机服务器进行编程，使其在将任何信息发布到网络上之前，先基于存储在摄像头或服务器中的数据库在本地执行面部识别。
信息网络如何解决隐私问题？
目前，隐私是二元的——要么您保持隐私，要么您必须几乎完全放弃隐私才能获得某些个性化服务，例如音乐推荐或在线优惠券。必须有介于两者之间的东西，让用户掌控自己的信息。
最大的问题是用户必须觉得简单易用。看看在社交网络上管理您的隐私有多么复杂。您最终会让您的照片出现在您甚至不认识的人的照片流中。应该有一个数字等效的旋钮，让您可以用隐私换取个性化。我透露的关于自己的信息越多，我收到的个性化服务就越多。但我也能回调它——如果我愿意提供不太详细的信息，我仍然可以收到一些个性化的，尽管目标性较差的优惠。
网络攻击往往会利用互联网的开放性，因此安全性在很大程度上留给了连接到网络的计算机和其他设备。信息网络将对互联网安全产生什么影响？
信息网络方法为整个基础设施提供了对网络流量的更多感知，这可能有助于识别和缓解某些类型的网络攻击。其他因素也可能使情况复杂化。我希望——并期望——数据流量将越来越多地被加密，以帮助提供真正的安全和隐私。当然，一旦数据被加密，就很难从中提取任何信息。这是一个研究挑战，需要新的加密方案，这些方案在保持机密性的同时，允许对加密信息进行某些数学运算。
例如，想象一下，一个地区每个家庭的收入都被加密并存储在云服务器上，因此除了授权所有者之外，没有人可以读取实际数字。如果数字以某种方式加密，从而允许在云中运行的软件计算该地区家庭收入的平均值——而无需识别任何实际家庭，纯粹通过对加密数字进行运算，那可能会有所帮助。
另一种方法可能是开发管理加密密钥的巧妙方法，以便可以在不损害安全性的情况下共享它们。如果做得好，这一切都不应该给用户带来更多负担。这是关键和挑战。想想今天有多少用户实际上在加密他们的电子邮件——几乎没有人，因为这需要额外的工作。