Vinton Cerf,互聯(lián)網(wǎng)之父之一,正在建立行星際互聯(lián)網(wǎng)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。
太空探索困難重重,信號傳遞更是一大歷史性難題。宇航員需要與控制中心保持聯(lián)系,最好是能夠隨時(shí)發(fā)起視頻通話。而太空飛行器,也需要以高速、低延遲方式發(fā)送收集到的數(shù)據(jù)。起初,宇航領(lǐng)域設(shè)計(jì)并部署了自己的獨(dú)特通信系統(tǒng),雖然效果很好,但卻很難規(guī)?;瘮U(kuò)展。直到1998年的一天,“互聯(lián)網(wǎng)先驅(qū)”Vinton Cerf設(shè)想了一種新型網(wǎng)絡(luò),能夠提供更強(qiáng)大的功能以支持不斷增長的太空人群與載具。
星際互聯(lián)網(wǎng)的夢想,也由此拉開帷幕。
但將互聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)展至太空,絕非在火箭上裝Wi-Fi那么簡單??茖W(xué)家們面臨著新的障礙:首先,通信各方之間的距離需要達(dá)到字面意義上的“天文數(shù)字”,且行星會持續(xù)移動(dòng)并阻塞信號傳播。地球上任何希望向太空中通信對象或其他星球發(fā)送消息的用戶,都必須忍受經(jīng)常中斷的通信路徑。
Cerf回憶起他與行星際網(wǎng)絡(luò)特別興趣小組的同事們的早期工作時(shí)說道,“我們首先是為互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算,這套數(shù)學(xué)模型在地球上表現(xiàn)良好。但著眼于無垠太空,光速的傳播還是太慢了。”克服這個(gè)問題無疑是一項(xiàng)艱巨的任務(wù),但這位美國計(jì)算機(jī)科學(xué)家、前斯坦福大學(xué)教授已經(jīng)習(xí)慣于迎接重大挑戰(zhàn)。
幾十年前,Cerf與Robert Kahn為地面互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)出架構(gòu)及協(xié)議套件,被稱為傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(TCP/IP)。每一位曾瀏覽過網(wǎng)絡(luò),發(fā)送過電子郵件,或者下載過應(yīng)用程序的網(wǎng)民,都應(yīng)該對他們表示感謝。但Cerf坦言,“很多人都為互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)立做出了貢獻(xiàn)。”
為了在地面互聯(lián)網(wǎng)上傳輸數(shù)據(jù),TCP/IP需要路由器建立起完整的端到端路徑,這些路徑可以通過銅纜、光纖或蜂窩數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)等鏈路轉(zhuǎn)發(fā)信息包。Cerf與Kahn當(dāng)初并未設(shè)計(jì)用于存儲數(shù)據(jù)的互聯(lián)網(wǎng),部分原因在于,上世紀(jì)70年代初期內(nèi)存成本太高。因此,如果沿路徑的鏈路發(fā)生中斷,路由器將直接丟棄該數(shù)據(jù)包,而后從源處重新發(fā)送該數(shù)據(jù)包。這在地球的低延遲、高連接性環(huán)境下效果很好。但是,太空網(wǎng)絡(luò)更易受到干擾,因此需要采用完全不同的實(shí)現(xiàn)方法。
Cerf指出,“TCP/IP在行星際距離方面不起作用。因此,我們設(shè)計(jì)了一組可行的新協(xié)議。”
2003年,Cerf與一支研究人員小組介紹了新的捆綁協(xié)議。捆綁是一種具有中斷/延遲容忍性的網(wǎng)絡(luò)(DTN)協(xié)議,能夠?qū)⒒ヂ?lián)網(wǎng)直接拓展到地球環(huán)境之外。與地球互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)協(xié)議一樣,捆綁同樣采用分組交換機(jī)制,這意味著數(shù)據(jù)包將沿著路由器不斷改變方向,最終遵循網(wǎng)絡(luò)路徑設(shè)置從源點(diǎn)被發(fā)送至目的地。但是,捆綁協(xié)議擁有地面互聯(lián)網(wǎng)所不具備的一系列特殊屬性,例如可以存儲信息的節(jié)點(diǎn)。
Cerf解釋道,例如,從地球到木星的數(shù)據(jù)包,可能需要流經(jīng)火星上的中繼站。但是,當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)中繼站時(shí)(地球距離火星約4000萬英里,而地球與木星之間的距離則高達(dá)4億英里),火星當(dāng)時(shí)的朝向可能并不正確,無法將數(shù)據(jù)包立即發(fā)送至木星。
Cerf設(shè)問道,“為什么要丟棄這些信息,而不選擇掛載這些數(shù)據(jù)直到兩顆行星的朝向發(fā)生變化?”這種存儲轉(zhuǎn)發(fā)功能,使得捆綁數(shù)據(jù)包在面臨大規(guī)模中斷與延遲之下,仍能一次次堅(jiān)定地跳轉(zhuǎn)至目的地。他最近在這方面發(fā)表了主題論文,強(qiáng)調(diào)Loon SDN(用于管理太空移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的技術(shù))在美國宇航局(NASA)下一代太空通信架構(gòu)中的適用性。
除了行星際互聯(lián)網(wǎng)之外,現(xiàn)年70歲的Cerf還專注于作為谷歌首席互聯(lián)網(wǎng)布道師的其他日常工作。他喜歡這個(gè)頭銜,希望通過自己布道師的身份,通過全球政策制定,將互聯(lián)網(wǎng)傳播到世界上的每一個(gè)角落。
他既樂于處理嚴(yán)肅工作,同時(shí)也保持著活潑的生活情趣。他的胡須一絲不茍,總是穿著三件套西裝(有人說他的形象正是〈黑客帝國〉中建筑師角色的靈感來源);但他也曾在主題演講中解開自己的襯衫,里面的T恤上寫著“一切應(yīng)奉I(lǐng)P之名!”
圖:Vinton Cerf熱衷于探索太陽系,他與噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)、行星際網(wǎng)絡(luò)特別興趣小組等各方保持合作,希望為太空中的宇航員及計(jì)算機(jī)提供具備強(qiáng)大延遲耐受能力的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。
問:您的星際互聯(lián)網(wǎng)念頭從何而來?
Vinton Cerf:那是1998年春天,我們當(dāng)時(shí)在噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室組織了一場九人會議。有人問:從現(xiàn)在開始的25年當(dāng)中,太空探索會發(fā)展到什么地步?曾經(jīng)在JPL工作過,隨后又供職于NASA總部的Adrian Hooke其實(shí)才是星際互聯(lián)網(wǎng)的真正支持者與推動(dòng)者。雖然他幾年前已經(jīng)去世,但正是他將這支團(tuán)隊(duì)團(tuán)結(jié)在了一起。
我們對太陽系的研究已經(jīng)持續(xù)了幾十年,但無論是人類還是機(jī)器,太空探索工作總要涉及無線電通信,包括直接點(diǎn)對點(diǎn),以及通過所謂的“彎道”路徑。換言之,我們永遠(yuǎn)需要使用無線電中繼站來接收信號,并對其進(jìn)行再次廣播,借此提高超遠(yuǎn)距離信號傳遞的可達(dá)性。
我們的小組問道:我們能做得更好嗎?我們能否利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)改善太空通信,特別是隨著航天器數(shù)量的持續(xù)增加,我們該如何在月球或者火星上部署定居點(diǎn)、并為其提供通信支持?這一切都還是未知數(shù)。
問:那么,從捆綁協(xié)議構(gòu)思起,已經(jīng)過去了幾十年,星際互聯(lián)網(wǎng)是否已經(jīng)建立并開始運(yùn)行?
Vinton Cerf:我們不需要也不可能親自跟進(jìn)所有工作。我們要做的,只是建立起類似于地面互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn),免費(fèi)發(fā)布這些標(biāo)準(zhǔn),而后實(shí)現(xiàn)互操作性,最終保證各個(gè)航天國家之間能夠相互幫助。
對于多任務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施,我們正努力邁出下一步——設(shè)計(jì)星際骨干網(wǎng)的功能。以此為基礎(chǔ),后續(xù)航天器的制造與部署,都將成為星際骨干網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目以及標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中的一部分。接下來,當(dāng)這些航天器完成主體科學(xué)任務(wù)之后,便會被重新定位為骨干網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)。隨著時(shí)間推移,我們的星際骨干網(wǎng)體系將逐步鋪開、成型。
問:這項(xiàng)工作已經(jīng)開始了嗎?
Vinton Cerf:2004年,火星探測車本應(yīng)通過深空網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸至地球,澳大利亞、西班牙與加利福尼亞州的三根70米長天線也做好了接收準(zhǔn)備。但是,該頻道的可用數(shù)據(jù)傳輸速率僅為每秒28KB,實(shí)在太過有限。而且在傳輸信號時(shí),設(shè)備還會過熱,最終導(dǎo)致傳輸被迫中斷。實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速率甚至還達(dá)不到這個(gè)水平,科學(xué)家們對此感到憤怒而沮喪。
JPL的一位工程師使用一款超酷的原型軟件,對億萬英里以外的流動(dòng)站及軌道器進(jìn)行了重新編程。我們建立起一套小型存儲轉(zhuǎn)發(fā)星際互聯(lián)網(wǎng),此網(wǎng)絡(luò)中擁有三個(gè)基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn):火星表面的火星車、軌道器以及地球上的深空網(wǎng)絡(luò)。這套網(wǎng)絡(luò)也在2004年之后一直保持運(yùn)行。
問:從那時(shí)以來,星際互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模也在逐漸增加,對吧?
Vinton Cerf:我們一直在完善這些協(xié)議的設(shè)計(jì),并加以實(shí)施、測試與完善。最新協(xié)議已經(jīng)在地球與國際空間站之間往來中繼運(yùn)行。
我們還做了不少其他測試。有人告訴我們,“你們可以把協(xié)議上傳到我們的航天器上進(jìn)行測試。”這是一架即將登陸彗星星體的EPOXI航天器,距離地球81光秒。面對友好的邀請,我們當(dāng)然也就恭敬不如從命。
我們還在國際空間站進(jìn)行了另一項(xiàng)測試,當(dāng)時(shí)宇航員正在控制位于德國的一輛小型機(jī)器人無人車。其實(shí)一般來說,我們不會跨越超遠(yuǎn)距離進(jìn)行直接操控——否則,如果我們在地球上操縱火星上的車輛,那么信號抵達(dá)火星需要20分鐘。意味著地球這邊轉(zhuǎn)動(dòng)一下方向盤,20分鐘之后那邊的探測車會轉(zhuǎn)彎,然后直接掉到懸崖下面。又過了20分鐘,地球這邊才能發(fā)現(xiàn)造價(jià)60億美元的設(shè)置就這樣報(bào)廢了。但這種直接操控能夠在國際空間站與地球之間起效,因?yàn)槎叩闹本€距離只有幾百英里。這項(xiàng)測試的訴求,在于幫助宇航員在降落至其他星球之前繞軌道保持運(yùn)行,并通過遙控在目標(biāo)星球表面上實(shí)時(shí)部署遠(yuǎn)程設(shè)備。
問:用戶體驗(yàn)如何?星際互聯(lián)網(wǎng)的捆綁協(xié)議與地球互聯(lián)網(wǎng)的TCP/IP在使用感受上一樣嗎?
Vinton Cerf:星際互聯(lián)網(wǎng)的操作感受沒有那么強(qiáng)的交互感。用戶要么處于翻頁模式,要么處于“回看過去一段時(shí)間內(nèi)錄制內(nèi)容”模式。這更像是在查閱電子郵件。
捆綁協(xié)議的重點(diǎn)在于,勇敢承認(rèn)過高的延遲令實(shí)時(shí)交互變得不可能實(shí)現(xiàn)。而這也給協(xié)議的設(shè)計(jì)帶來了限制。
問:看起來您已經(jīng)解決了核心問題,目前還有什么其他障礙嗎?
Vinton Cerf:在技術(shù)設(shè)計(jì)上建立協(xié)議是一回事,但實(shí)際實(shí)施協(xié)議又是另一回事。對新事物的嘗試往往充滿阻力,因?yàn)?ldquo;新”本身就代表著可能存在風(fēng)險(xiǎn)、難以判斷是否切實(shí)有效。除非冒險(xiǎn),否則我們無法做出充分證明。
我們正努力說服設(shè)計(jì)太空任務(wù)的人員對這些協(xié)議進(jìn)行充分測試。這是一個(gè)艱難的過程,還有很多工作要做。我們必須為支持太空探索的商業(yè)企業(yè)提供現(xiàn)成功能,也必須向負(fù)責(zé)任務(wù)設(shè)計(jì)的科學(xué)家們證明“這就是我們的現(xiàn)有能力。”
只有這樣,我們才能做出雄心勃勃的嘗試,充分測試星際骨干網(wǎng)的設(shè)計(jì)假設(shè)。正所謂大膽假設(shè)、小心求證,如果被假設(shè)本身所限制,由此設(shè)計(jì)出的通信能力也必然非常有限。
問:星際互聯(lián)網(wǎng)會催生出新的太空探索方法,進(jìn)而帶來新的發(fā)現(xiàn)嗎?
Vinton Cerf:星際互聯(lián)網(wǎng)是一套用于支持星際活動(dòng)的基礎(chǔ)設(shè)施,可能屬于研究性項(xiàng)目,但有朝一日也有望實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。它的基礎(chǔ)設(shè)施屬性與地球上的互聯(lián)網(wǎng)一樣。互聯(lián)網(wǎng)沒有發(fā)明或者發(fā)現(xiàn)任何東西,它只是人們進(jìn)行協(xié)作并發(fā)現(xiàn)新事物的載體。
問:那么,DTN協(xié)議在地球上會不會帶來重要啟示呢?
Vinton Cerf:瑞典的一位工程師曾打算使用DTN協(xié)議跟蹤拉普蘭地區(qū)的馴鹿。馴鹿這種動(dòng)物喜歡四處游蕩,總是在無線電系統(tǒng)中進(jìn)進(jìn)出出。這是一種難以預(yù)測的環(huán)境,不同于能夠準(zhǔn)確計(jì)算的軌道力學(xué)與相對穩(wěn)定的接觸環(huán)境。為了驗(yàn)證DTN協(xié)議對這類環(huán)境的適應(yīng)能力,我們正在拉普蘭地區(qū)進(jìn)行測試。
另外,在海洋研究當(dāng)中,科學(xué)家們往往會在海洋表面或者海床上部署用于生成及存放數(shù)據(jù)的食品,但卻未必能始終與其保持連接。在地球觀測層面,傳感器可以部署在林地中,但同樣無法持續(xù)廣播。這些場景當(dāng)然需要一種協(xié)議,能夠?qū)簳r(shí)無法實(shí)時(shí)發(fā)送的數(shù)據(jù)存放起來。事實(shí)上,任何依靠電池供能的設(shè)備,出于能源效率的考慮,都不應(yīng)該采取持續(xù)傳輸方式。
間歇性存儲轉(zhuǎn)發(fā)功能在地球上當(dāng)然也很有用,特別是在發(fā)生重大災(zāi)難之后,人們可能沒有充分的通信功能可以使用。在這類資源不足的場景下,不妨在TCP/IP之外使用DTN,以提供快速恢復(fù)模式進(jìn)行全面覆蓋。
問:對于地球互聯(lián)網(wǎng),從TCP/IP轉(zhuǎn)向DTN是否具有現(xiàn)實(shí)意義?
Vinton Cerf:我們已經(jīng)證明,盡管DTN協(xié)議的運(yùn)行成本要高于傳統(tǒng)TCP/IP協(xié)議,但其傳輸速度確實(shí)更快。但是,我覺得不少場景其實(shí)很難引入DTN,具體還是要看當(dāng)?shù)豑CP/IP的部署情況。
互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)還發(fā)展出另一種名為QUIC的協(xié)議,不僅能夠提高數(shù)據(jù)傳輸速率,還能夠更快從故障或中斷中恢復(fù)。但是,這種演進(jìn)與DTN并沒有什么關(guān)系。
另一方面,對于聯(lián)網(wǎng)性能較差的手機(jī),DTN功能也許能夠幫上大忙。目前我們正在研究如何在移動(dòng)環(huán)境下使用DTN協(xié)議。
問:作為互聯(lián)網(wǎng)之父與互聯(lián)網(wǎng)布道師,您對于自己的造物是否抱有憂慮?
Vinton Cerf:互聯(lián)網(wǎng)濫用確實(shí)是個(gè)問題。誤導(dǎo)性消息與惡意軟件比比皆是,攻擊活動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)釣魚、勒索軟件等等,明顯都背離了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)初衷。這令人痛苦,但這也正是人的本性所在。
我們需要在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中建立深層治理,但這項(xiàng)工作困難重重。中國建立起一整套龐大的防火墻體系,將所有國內(nèi)用戶托管于其中。雖然這不一定是最好的解決方案,但問題就在那里,總要為此做點(diǎn)什么。在不走極端的情況下,我們到底該如何應(yīng)對?我自己沒有確切的答案——我很希望有這樣的答案,但很遺憾確實(shí)沒有。
這件事確實(shí)給我造成了很大的困擾。長久以來,我們一直在關(guān)注星際互聯(lián)網(wǎng)這類純科學(xué)成果,雖然這些成果確實(shí)讓人耳目一新,但后續(xù)的治理與運(yùn)營才是最重要的工作。
好文章,需要你的鼓勵(lì)
浙江大學(xué)團(tuán)隊(duì)提出動(dòng)態(tài)專家搜索方法,讓AI能根據(jù)不同問題靈活調(diào)整內(nèi)部專家配置。該方法在數(shù)學(xué)、編程等任務(wù)上顯著提升推理準(zhǔn)確率,且不增加計(jì)算成本。研究發(fā)現(xiàn)不同類型問題偏愛不同專家配置,為AI推理優(yōu)化開辟新路徑。
清華大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)提出SIRI方法,通過"壓縮-擴(kuò)張"交替訓(xùn)練策略,成功解決了大型推理模型"話多且準(zhǔn)確率低"的問題。實(shí)驗(yàn)顯示,該方法在數(shù)學(xué)競賽題上將模型準(zhǔn)確率提升43.2%的同時(shí),輸出長度減少46.9%,真正實(shí)現(xiàn)了效率與性能的雙重優(yōu)化,為AI模型訓(xùn)練提供了新思路。
南洋理工大學(xué)與騰訊聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出Rolling Forcing技術(shù),實(shí)現(xiàn)AI視頻實(shí)時(shí)流式生成的重大突破。該技術(shù)通過滾動(dòng)窗口聯(lián)合去噪、注意力錨點(diǎn)機(jī)制和高效訓(xùn)練算法三項(xiàng)創(chuàng)新,解決了長視頻生成中的錯(cuò)誤累積問題,可在單GPU上以16fps速度生成多分鐘高質(zhì)量視頻,延遲僅0.76秒,質(zhì)量漂移指標(biāo)從傳統(tǒng)方法的1.66降至0.01,為交互式媒體和內(nèi)容創(chuàng)作開辟新可能。
華中科技大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),通過讓AI模型學(xué)習(xí)解決幾何問題,能夠顯著提升其空間理解能力。他們構(gòu)建了包含約30000個(gè)幾何題目的Euclid30K數(shù)據(jù)集,使用強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法訓(xùn)練多個(gè)AI模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,幾何訓(xùn)練在四個(gè)空間智能測試基準(zhǔn)上都帶來顯著提升,其中最佳模型達(dá)到49.6%準(zhǔn)確率,超越此前最好成績。這項(xiàng)研究揭示了基礎(chǔ)幾何知識對培養(yǎng)AI空間智能的重要價(jià)值。