ACM通信

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信息系统领域

贾格迪什·钱德拉，塞尔瓦托·t·马奇，萨蒂恩·穆克吉，威尔·佩普，r·拉梅什，h·拉加夫·拉奥，雷·欧·瓦杜普斯
ACM通信，2000年1月，第43卷第1期，71-79页
10.1145/323830.323847
评论

在许多商业、社会和经济企业中，信息系统(IS)正迅速成为组织生产力的关键资源。信息技术(IT)的爆炸性增长可以广泛归因于信息技术/信息技术与几个基础学科的新兴联系，将信息技术/信息技术的范围扩展到以前从未考虑过的应用领域。

在本文中，我们着重从学术界、工业界和联邦研究资助机构的角度确定的一些重要和有前途的IS/IT前沿。我们的目标是让is界及相关学科的人士集中注意is /IT的一些前沿发展，并展望未来的道路，指出挑战和机遇[1］．

我们致力于IS/IT领域的以下新兴前沿:集成电路(IC)革命、对象技术、知识和分布式智能、不断发展的多主体智能系统、卫星网络和移动计算以及下一个千年的虚拟公司。这些前沿抓住了重要的研究和开发领域，有可能在下一个千年从根本上改变IS/IT领域。

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IC革命

信息系统/信息技术及其接口学科的前沿领域之一是基于硬件背景的:半导体技术和系统。在这一领域，信息科学和技术的跨学科影响是巨大的。关于这种影响的一个全面而简单的观点是反馈循环图1．这个循环的主动元素基本上是从一些硬件开始的，主要是集成电路。结合软件，这两个元素的综合影响大于单个部分的影响。这种协同作用本质上促进了两个元素的进一步增长，并产生了正反馈。因此，元素的增强集成的总体增长是指数级的，导致了我们所说的广义摩尔定律。本质上，这一广义定律意味着，随着时间的推移，可以观察到硬件和软件元素组合上的性能参数呈指数增长。图2说明九项关键工作表现指标的增长率[2］．

随着时间的推移，每个芯片集成的晶体管数量呈指数增长。同样，微处理器的计算能力、硬盘容量和PC文件大小都呈指数级增长。所有这些现象都说明了广义摩尔定律。半导体制造成本也呈指数级增长。最后，电信流量的增长速度远远快于指数增长，这是一个非常显著的差异。

使用硬盘驱动器和cd - rom的存储成本也在呈指数下降，高端消费产品中的软件也大致呈指数增长。所有这些都表明，在过去的25年里，科技进步了大约5到6个数量级。作为这种进化的必然结果，我们可以合理地预期，人类在计算、存储和信息处理速度方面的需求也相应增长了。虽然这方面的增长是显著的，但它不像硬件技术那样呈指数增长。这导致了一个明显的假设，即社会被这种技术发展所淹没，技术结构最终将由于人类企业缺乏平行增长而崩溃。然而，到目前为止，技术没有崩溃，人类事业也没有结束。我们对这一悖论作出以下解释。一项技术的有用性的参数可以描述为该技术增长的对数函数。用一个简单的例子来说明这一点。如今，个人电脑中的电话簿基本上涵盖了与用户交互的人的那些最相关的电话号码。 The size of such a directory could probably range from a few kilobytes to a few megabytes at most. It would probably contain 95%99% of the numbers the user is likely to call, but if this has to be brought to 100%, then it would be necessary to list every individual that exists on earth. This implies that many orders of magnitude of the technology capacity and memory size higher than what we have today would be needed. Hence, even though the capacity of technology has gone up by many orders of magnitude, the convenience level of its usefulness grows only slightly because of its compressive nature. The exponential growth in technology and the logarithmic improvement in usefulness as technology advances together lead to a linear progression of usefulness.

综上所述，从半导体行业的角度来看，技术采用的限制实际上根本不在于技术因素。这些限制是由于摩尔定律的逆定律而产生的，它预测了技术有用性的对数增长。主要的限制因素是经济、使用和支持这些技术的熟练人力的可获得性、验证这些技术的复杂性以及对这些复杂性的管理，等等。然而，作为IS/IT应用的前沿，限制这些限制的创新方法正在出现。

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对象技术

对象技术被广泛誉为商业计算领域的一场革命，它将解决信息系统开发和管理中的许多固有问题[5］．这与对象管理小组(OMG)的未来愿景是一致的:对象的通用标准，支持开发可购买、可共享和可重用的信息资产，这些信息资产存在于可互操作的组织间信息系统的全球网络中。

面向对象对于(1)软件和数据组织，(2)系统分析和设计，(3)信息资源管理，(4)信息共享是一种不同的哲学。对象隐喻在这四个方面都很强大。首先，这个比喻对于革新我们思考开发、管理、组织和共享软件资源的方式具有重要的潜力。封装、代码重用、共享框架，以及使用模式来提高开发效率，这些都有已经实现的和潜在的好处。其次，这种比喻只有在通过分析和设计技术能够识别出可以跨多个业务应用程序共享的对象、类和功能的适当集合的情况下才有效。开发对象框架和设计模板[3.开始解决这个问题，但是在这些技术被广泛应用之前还有大量的工作要做。第三，要实现这种共享，必须在组织的上下文中管理对象。对象管理必须结合数据管理和软件开发功能。这些传统上在组织上是分开的，它们的结合可能会造成重大的管理挑战。最后，作为一种信息共享的哲学，分布式对象范式意味着一个对象可以与任何其他对象交换消息，而不受任何位置或技术考虑的影响。在新兴的IS/IT系统中，分布式对象与Web技术一起产生了远程连接和分布式资源管理的全新方法。虽然在一定程度上实现了这些，但它们是对象技术的内在潜力。

对象隐喻的每个方面都有重大的技术和组织障碍需要克服，才能使其潜在利益成为现实。技术障碍包括对象标识、持久性、位置、安全性、对象功能的标准化、类名、消息和协议等问题。组织障碍包括诸如对象所有权和管理、培训、重用策略、对象获取、开发和共享、成本效益分析以及从现有技术迁移等问题。因此，对象技术还没有成熟到预期的有效范式的水平。

面向对象需要六个基本的发展。首先，组织需要在全球范围内进行合作并开发通用的业务词汇表，以实现插件兼容性、消息传递以及具有对象的分布式和互操作的信息系统。第二，必须对对象进行管理。仅仅使用面向对象的编程语言或数据库管理系统，而不进行有效的对象管理，将导致当前IS组织中存在的相同问题:对象实现、对象功能和数据中的冗余，导致开发和维护噩梦。第三，对象管理集成了数据管理和应用程序开发。必须开发新的IS组织结构，其中包括对象图书管理员、重用管理人员和对象管理人员等角色。第四，对象存储库需要标准化到应用程序开发环境中，取代目前存在的过多的案例工具和表示。第五，全球信息网络的安全、命名、消息传递、对象标识和位置标准化至关重要。最后，对实物技术的资本投资对于实现其全部潜力是绝对关键的。

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知识与分布式智能

美国国家科学基金会(NSF)设想的知识网络代表了下一代电信系统网络、智能数据库和协作技术以及高性能计算平台。NSF在这一方向上的愿景促成了研究、开发和实践的融合[4国家科学基金会的愿景和影响包括:

• 计算机、通信和信息的融合;
• 发展下一代信息基础设施;
• 促进协作工作的新兴科学和技术;
• 将用户从商业、工程和科学界扩大到普通民众;
• 质量数字化(内容);而且
• 信息交易成本与信息价值的转换。

NSF在这些领域进行了大量的基础工作。一些主要的计划包括千兆试验台计划、NSFnet、高性能连接计划、数字图书馆研究跨机构计划、教育网络基础设施以及学习和智能系统计划。因此，一些研究思路已经被确定和推广，其中一些主要的新兴知识网络研究思路包括:

• 互动性:多模式，多媒体连接，人机界面，同步/异步交互的协作实验室，组织-组织互动性;
• 表示:物理过程和模型、信号、符号、语义、对象、工件、领域本体、异构;
• 认知:感知和行动、群体行为、真实和虚拟环境中的人-系统协调、组织认知(感知、学习、记忆、VLKBs组织);
• 代理:用于创建、访问、构造、分发数据挖掘信息/知识的智能软件，组织作为解决问题的技术;而且
• 语料库:科学数据库、多语言语料库、通用数字图书馆、虚拟美术馆和博物馆;语义互操作性。

知识网络是变革的载体。数据通信的速度和带宽的增加以及大量的信息交易产生了巨大的规模经济。异构数据的集成和媒体/知识领域和应用程序的扩展带来了显著的范围经济。与新一代的用户结合起来，不断发展的信息基础设施将产生向更高效的环境转变的经济效益。然而，在这一愿景成为现实之前，必须克服几个关键的障碍。一些主要的障碍是:

• 自然和人工系统中分布式智能的基本过程还没有被完全理解。
• 需要确定和评估促进或阻碍个人、群体和组织在互联互通新发展中互动的因素。
• 海量数据存储的利用需要在统计数据精简、数据可视化、数据挖掘和数据组织检索方面取得进展。
• 缺乏实践和经验，特别是在技术、信息和合作丰富的环境中，阻碍了跨学科的科学企业。

这些障碍无论多么可怕，都应该转化为重要的研究机会。首先，分布式智能的过程和动态是一个重要的研究前沿。该领域包括:计算方面，如知识聚合、流程协调等;认知方面，如集体学习和团队合作;以及知识网络的动态过程、适应和进化。其次，处理知识网络的异构性和互操作性是一个重要问题。计算基础、主动分布式传感和计算/组织基础设施是主要的研究问题。第三，计算基础设施本身会导致一些范围有限的特定问题，如安全网络架构、大规模远程数据采集和分布式知识。最后，开发原型知识网络、实证评估、开发可持续使用的知识传播过程以及与广泛的用户群体进行知识网络的社会整合是主要的研究机会。

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这些领域和其他领域将出现的研究和创新将最终实现马歇尔·麦克卢汉对地球村的设想。

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智能系统

自主智能代理和多代理技术是计算和通信新兴时代的基石。智能多智能体系统用于各种传统的人类活动，如规划、谈判、决策和认知关联，实际上正在重新定义通信和计算基础设施在世界范围内的使用方式。在这一领域中出现的研究问题有几个，跨越了多个学科的综合发展，如认知科学、计算机科学、电信工程和许多最终用户领域。特别是，一些主要的发展包括分布式智能框架、表示和推理、感知模型、学习和适应，以及支持广泛的人类企业的多智能体系统的体系结构设计。在接下来的讨论中，我们将讨论一些重要的新兴研究前沿，它们具有相当大的理论吸引力和现实意义。

对形式主义、推理和协商模型、人-智能体交互、智能体学习和适应性等表征和建模问题的基础研究，为合作、协调、冲突检测和解决等更高层次的构建和理论奠定了基础。嵌入这些新兴技术的一些功能包括诸如谈判市场代理的计算行为、导致合作学习和交流的群体智能以及博弈策略等想法。智能代理在未来发挥建设性和关键作用的潜在领域将包括混合人机系统，如计算机支持的协作工作，业务应用，执行信息收集和分析的现场智能系统，以及在虚拟环境中的计算机游戏，如培训系统中的模拟器测试台。此外，最近过去和现在的主要研究计划已经产生了一些用于智能代理开发的框架、语言和软件系统。虽然这些技术处于不同的发展阶段，但其中一些最先进的框架是:

• 基于ILOG的c++智能代理动态适应引擎
• 来自加州理工学院的Infospheres基础设施，这是一个用Java实现的分布式系统框架;
• MAGENTA(电信应用移动代理)由柏林技术大学开发，它是基于代理的电信应用开发的综合框架;而且
• General Magic的基于telescript的Tabriz AgentWare是一种通用软件，它支持创建和交互“进程”，这些进程可以发生并相互交互，甚至当请求进程的用户没有主动连接到网络时也是如此。

尽管这一领域进展迅速，但也存在一些令人生畏的研究和发展挑战，我们在此概述其中一些。

第一个是通过扩展代理支持增强人类智能的能力。建模人类行为和人类决策的复杂性使这项任务更加复杂。这些领域的研究应该从学习和适应的角度解决多智能体架构和感知模式和系统。第二个挑战与降低或管理智能系统的复杂性有关。这包括建模和管理代理操作中的实时不确定性的困难。第三是开发高效的人机界面，以便很好地集成人的增强功能。在这种情况下，传感和控制、规范验证、混合系统的鲁棒性和代理/人交互的问题变得至关重要。为了解决这些问题，必须开发各种各样的计算、扩充和分析工具。这些挑战共同为认知系统建模、高速计算、代理间连接、代理技术的标准化和广泛的自主应用的多代理体系结构提供了发展机会。

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卫星网络和移动计算

彼得·德鲁克(Peter Drucker)观察到:“今天，财富不再被定义为土地、金钱和财产。它是知识和知道如何使用它。”知识从根本上是基于信息和将信息从一个地方移动到另一个地方的能力。在电信时代，一些信息的主要推动者是卫星网络。特别是，新兴的卫星技术使人们能够从移动平台进行计算和通信，游牧计算的新范式很可能是正在进行的IT革命的下一个重要里程碑。我们设想，从个人和组织的角度来看，卫星和蜂窝支持的移动计算将在未来十年成为计算和通信的通用模式。这两项技术在用户和流量方面的增长是惊人的。例如，移动电话行业正在经历爆炸式增长，到1997年仅在北美就有超过4000万用户，而全球移动数据使用量估计到2000年将达到52亿用户。朝着这个方向发展的几种技术正处于不同的发展阶段，它们一起很可能影响本世纪初的IT世界。在本节中，我们将重点介绍卫星技术，特别是摩托罗拉的Celestri系统。

对宽带通信需求的升级导致对全球信息基础设施的需求不断增加，以服务于大公司、小企业、个人住宅和政府。虽然光纤有望在点对点应用中发挥作用，但据估计，用光纤连接世界需要25年时间和1万亿美元。Celestri固定业务卫星系统计划在2002年提供全球点对点和多点宽带服务。这将通过地球同步地球轨道(GEO)和近地轨道(LEO)卫星来实现，为直接家庭、小型企业和企业终端提供成本最低的优化宽带服务。GEO或LEO卫星是否适合宽带通信主要取决于所涉及的应用。例如，GEO通信的延迟时间太长，无法进行语音电话或视频会议等交互使用。此外，距离GEO卫星较远也需要更大的功率和增加天线的复杂性。因此，用户希望交互式应用程序的小型终端可能更好地满足LEO通信。另一方面，广播通常是最好的GEO卫星，因为它们相对于地球的位置是固定的。因此，不需要切换和跟踪。 Addressing these specific needs for both GEO and LEO satellites, the Celestri system provides a composite of three parts: Celestri Multimedia LEO, Celestri GEO, and Celestri Trunking LEO. Together, the GEOs and LEOs point to a growing area of research and developmental activities in the next decade. More specifically, the research frontiers in mobile computing include:

• 在无线领域，从事宽带无线应用的组织需要什么样的网络基础设施?
• 宽频无线基础设施、有线基础设施和移动平台之间有什么关系?
• 与宽带无线技术相关的成本、收益和风险是什么?如何评估这方面的投资?
• 需要什么样的应用程序开发环境?如何将卫星网络与其他技术集成，开发全面的分布式计算解决方案?
• 开发和实施无线技术解决方案的项目管理问题是什么?
• 为了优化无线计算技术的效益，需要进行什么样的组织重组和业务重组?

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虚拟公司

虽然前面的前沿解决了快速发展的IS/IT领域的特定方面，但一场相对无声的革命已经在工业部门发展起来:虚拟公司。Verifone就是这种虚拟企业的一个经典例子，它成功地将可用的信息技术工具与积极的战略相结合，实现了一个虚拟组织的非凡成功。下面的分析集中在Verifone对虚拟企业运营的实验上，并在当前和未来虚拟公司的广阔视角中整合了我们之前关于新兴前沿的讨论。

Verifone是一家成立于20世纪80年代初的全球性事务自动化公司。当Verifone在1981年以微不足道的投资起家时，它不得不面对IBM、AT&T、GTE和松下等工业巨头的竞争。作为第一步，Verifone决定，为了生存，它必须做一些非常不同的事情。为此，Verifone转向信息技术以获得至关重要的竞争优势。所有的竞争都是在非常集中的地点，集中服务他们的客户。当像松下或IBM这样的巨头为客户的需求提供了解决方案时，他们不得不回到总部进行产品开发和交付的所有方面。这导致了对客户的响应严重延误。意识到这一点，Verifone决定将公司组织成小而完整的职能小组，将这些小组安排在地理上尽可能靠近主要客户的地方，然后利用信息技术将公司联系在一起。

将公司分散的决定是基于这样一种理念:技术不应该仅仅是技术，而应该是一种粘合剂，把不同的团队聚集在一起，把世界各地的虚拟团队聚集在一起，让他们去为客户解决特定的问题，然后解散。在这个过程中，技术应该得到人的支持，一起应该找到保持远程员工积极性的方法，克服“不在行动区”的恐惧，并提供技术(T)、组织结构(O)、思维(M)和环境关注(E)的集成。Verifone引用了这个哲学公式:成功= T+O+M+E。TOME公式已扩展为全公司的七点哲学，总结如下:

1. (O+M)在实现组织目标时得到(T+E)的支持。这被称为Verifone中的Open Book管理(OBM)。
2. 在OBM开始行动之前，整个公司应该先在精神上、技术上和操作上做好准备。
3. OBM首先要确保每个员工都理解并接受公司的信念结构。
4. 通过向员工灌输信仰结构的作者自豪感，员工的接受度得到了最好的保证。
5. 一旦OBM付诸行动，随之而来的发展是员工的授权和他们对它的认可。
6. 员工赋权的一个伴随发展是企业问责制和员工及其认可的客户满意度。
7. 选择最具成本效益的技术来集成分布式油田单元是交付OBM的关键。

OBM的理念是，成功的企业领导首先意味着成为商业领袖，其次才是技术专家。领导的真正作用不仅仅是使用技术将人们在物理联系的意义上联系起来，更重要的是帮助建立一个公司并使其团结在一起。Verifone尤其如此，因为与大多数其他公司相比，Verifone的员工与公司实体的凝聚力要小得多，因为他们分布在全球各地，独立运营。因此，技术不仅要把它们联系起来，还要把它们在文化上联系起来。这意味着:将计算能力推到外围(每个人都在线并被授权);利用有技术的专业人员(没有秘书);使用电子文件柜运行整个系统(没有纸质备忘录);让任何文件随时随地可用(任何员工都可以随时随地工作);电子跟踪所有员工(24小时/天整合全球企业社区);通过适当的技术整合数据、语音、图形、音频和视频通信(成本最低、价值最高的选项)。

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结论

我们关注了导致虚拟组织概念的五个重要前沿领域。这些领域和其他领域将出现的研究和创新将最终实现马歇尔·麦克卢汉对地球村的设想。虽然在这些背景下出现了一些问题，但我们最后将重点放在一个关键问题上，如下:产业界和学术界如何共同努力，以推进IS/IT的新兴前景?我们从政府资助机构和产业研发部门两个角度来解决这个问题。

资助机构的视角。这是国家科学基金会和陆军研究实验室不断遇到的一个永恒的问题。很明显，有些研发计划对工业界很有价值，但由于缺乏资源，它们无法赞助。涉及大量团队合作、跨职能努力和长期参与的研究计划就是这种冒险的例子。这样的举措非常适合学术领域，最好在大学里进行。一个经典的例子是一个为期五年的项目，叫做密歇根大学的高层大气研究合作项目。这个项目需要一大批大气科学家、计算机科学家和行为科学家一起研究空间和天气，导致了高度异质性的科学贡献的整合。这种多学科的冒险导致最先进的发展显然是可能的从学术界，并在逻辑上更适合这些有资助机构支持的组织。显然，产业界和学术界的合作可以产生显著的协同效应，两个社区的独立和并行企业也可以产生共生共存。政府和其他供资机构的作用是确保这两个方面的发展是平衡的和相互支持的。

产业研发部门的视角。与学术界相比，工业界的主要优势在于遇到日常的实际问题，必须设计出实用的、具有成本效益的解决方案。与此相比，尽管学术界拥有巨大的智力资本，但它在很大程度上依赖于资助机构和产业来实现其创新想法。虽然资源限制在学术界和工业界同样活跃，但真实需求的驱动力使工业界能够找到解决其问题所需的资源。由于这种驱动力在学术界几乎是不存在的，所以学术研究的很大一部分往往是长期导向的，而工业研究则需要处理近期和中期的问题。因此，学术冒险往往是抽象的和理论性的，而行业可能没有足够的动力去追求它们，因为距离它们的充分的、实际的实现还有一段距离。学术界和工业界的发展之间的差距很大程度上是由于这种不同的关注重点和方法。然而，学术界和产业界之间的伙伴关系在某些领域也蓬勃发展，特别是在半导体研究领域。大学和其他学术机构在这一领域的领先发展中起着显著的互补作用。尽管与其他行业一样，这一领域的公司也同样面临着资产负债表和下个季度收益的压力，但它们也经历着聚集各种人才来解决中短期问题的需要。考虑到它们的财政资源和学术界的知识资源，在这一领域已经形成了一个理想的工业/学术界财团互补系统，导致了一些前沿的技术发展。 In particular, the university academic labs, government labs, and industrial testbeds can collaborate and play key research roles. Greater interaction and collaboration among these various players is very much neededfailing this, the gap between the directions of these communities is only likely to widen.

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