全球数字基础设施发展报告

全球数字基础设施发展报告
“基础设施”一词原本泛指支撑一个社会运转的一系列实体资产和机制，是能源、电信、半成品、原材料等生产要素的载运途径，是一国经济社会发展的基石。

在信息社会发展浪潮中，逐渐衍生出“信息基础设施”这一概念，成为信息化发展的基础；在当今如火如荼的数字经济中，“信息基础设施”融入一些新的要素演变为“数字基础设施”。

20世纪80年代，计算机及网络技术进入生产生活，标志着信息社会的来临。

最早出现的主要概念是信息基础设施，以1993年美国政府发布《国家信息基础设施：行动计划》为标志，该行动计划启动了美国国家信息基础设施（NII）建设，明确了美国信息基础设施建设的总体目标：通过发展高等级的国家信息基础设施和保持美国在全球信息基础设施的优越地位，保证美国公民享有广泛的信息资源及信息服务；充分运用通信和信息技术的创新成果，通过企业、劳动者、消费者和各级政府的相互配合，实现美国更广泛的经济和社会目标。

该行动计划明确指出信息基础设施建设与经济和社会发展之间的关联，意图将信息技术推入人们的日常工作、生活和娱乐中。

美国政府认识到该项建设投资巨大，而且并无短期利益，但是将对国家未来的发展产生巨大的推进作用。

因此，1994年比尔·克林顿总统签署了《建立国家空间数据基础设施》（National Spacial Data Infrastructure，NSDI）的12906号总统令，计划投入4000亿美元、耗时20年建成NII，从而拉开了人类历史首次大规模信息基础设施建设的序幕。

在这个阶段，信息基础设施主要由计算机服务器、网络和计算机终端组成[1]。

互联网历经十多年的商用开发，迸发出旺盛的生命力，不仅突破了人际沟通的界限，还走进工业、商业，并最终深刻地影响了经济的发展。

人类开始了数字化商业的运营，而高效可靠的通信网络和服务是数字经济的基础[2]。

正如每次工业革命都伴随着基础设施的变革与飞跃，网络和IT设备构成的信息基础设施超越了人与人的互联，开始了人与物以及物与物之间的物理连接，这就组成了全连接的数字世界的坚实基础，使数字化成为可能。

数字基础设施赋予了物理基础设施中流动的比特新的意义，通过数字化使社会生产、商业运作与物理实体解耦，从而更加灵活易用（例如移动支付，社交网络），并且通过对数字信息的重新组织与处理，挖掘其中新的机会与价值。

简而言之，数字基础设施是连接物理基础设施与数字经济世界的纽带，是全连接的数字世界中商业创新、交互与送达的引擎。

数字基础设施包含两个关键因素：数字生态系统和在线数字化运营。

这些系统均由最先进的软件技术驱动。

企业通过数字基础设施广泛互联、开放资源共享、聚合生态系统，使得数字生产、数字经营和数字物流高效运转并实现价值最大化，最大限度地促成了数字经济的飞速
发展。

未来支撑各种数字化商业实践的则是由物理基础设施和数字基础设施共同融合组成的下一代基础设施[3]，这颠覆了传统意义上基础设施仅服务于可见实体世界的界限。

与数字基础设施融合后，物理基础设施的运行也将极大地依赖数字基础设施，而数字基础设施之于人们的生产生活，终将同人们随手可得的自来水、电力、煤气等基础设施一样。

唯一不同的是，我们享受的是虚拟的比特数据流和远端计算能力，甚至都不再需要我们动手，自有各种传感器、智能设备与计算、存储能力无限的云端来支撑我们的生活、商业活动。

美国信息技术与创新基金会（Information and Technology and Innovation Foundation，ITIF）在2016年5月发布的《给政策制定者的数字基础设施指引》报告中指出，数字基础设施有如下作用：能力扩充（提高现有和新基础设施的使用率）、节省时间和便利（减少拥堵、简化操作、使决策更明智）、节约成本（减少浪费、提高效率、为关键服务提供更大的灵活性）、提高可靠性（为关键服务提供领域降低不可预测性）、增强安全性（提高面临威胁和干扰时的弹性）[4]。

2017年3月1日，英国政府正式发布了酝酿已久的《数字英国战略》（UK Digital Strategy），提出了建立世界级数字化基础设施。

英国认为数字化连接是公用事业，可推动生产力发展和创新，是建设数字化国家的物理基础，希望再一次引领全球性的工业革命。

而德国，早在2013年就将其联邦交通、建筑及都市事务部原先这一专注于发展基础设施的行政机关改名为联邦交通和数字基础设施部，积极推进数字基础设施建设，推动数字与工业相融合的“工业4.0”。

荷兰作为全球港口基础设施最优的国家，并不满足于仅充当进入欧洲物理世界的门户，还计划通过建设领先的数字基础设施，让荷兰继续担当欧洲数字世界的门户。

以上种种案例，一方面说明数字基础设施的重要性，另一方面也说明由于各个国家资源要素禀赋的不同，它们对于数字基础设施的理解和建设方向也不相同，各有侧重点。

本报告首先概述全球数字基础设施的发展历程，结合当今数字经济的发展的脉络，探讨如何对主要经济体在数字基础设施建设成就和未来发展进行测量。

然后从“云”“管”“端”这三个方面对各国数字基础设施进行评估，通过相关数据对此进行排名并分析。

最后讨论数字基础设施的发展趋势。

一数字基础设施发展概述
（一）发展沿革
1.通信基础设施的出现
1844年，电报这种长程通信手段正式用于公众通信，开创了人类利用电能来传递信息的历
史，继而出现可持续沟通的电话，这些发明及其快速普及构筑了最早的信息基础设施，揭开电信时代的序幕。

这些新式通信手段拓展了当时人们的沟通能力，对于信息的传播起到极大的作用，但由于同时代交通基础设施以及运输方式不断发展，相比之下，物理互联对于经济的发展起了更大的作用，而电话、电报在推动实体经济发展方面的作用远不及后来的信息化或数字化那么明显。

一百多年后，人们敷设并连接世界各地用于通信的网络，组成通信基础设施。

2.信息基础设施的发展
20世纪60年代起，电子计算机等技术开始应用于生产、生活领域，人们已经开始展望信息社会生活。

1980年，未来学家托夫勒（Alvin Toffler）出版了轰动世界的《第三次浪潮》，洞见了社会的变革方向—信息时代的来临。

他认为，此次变革是继农业文明、工业文明之后的第三次浪潮，是一种独特的社会状态，也是人类文明史的新阶段。

这本跨时代的巨著，也给人类发展带来更大的梦想和希冀。

在20世纪90年代，随着移动通信与互联网开始步入普通人的生活，这些梦想逐渐成为现实。

此时的信息基础设施从电报、电信网络扩张到相应的网络通信资源、提供计算能力的硬件、相应的软件及服务等构成，这些网络资源主要的表征在于连通性、连接速率等。

连接全球的互联网络也激发人们更多的思考，一批商业领袖敏锐地观察到互联网可能给企业、社会和经济发展带来的潜在影响，如时称“全球第一CEO”的美国通用电气公司（GE）的前总裁杰克·韦尔奇（Jack Welch）在其回忆录中提到，20世纪90年代才开始进入商业领域的互联网，已给企业界带来“旧经济”与“新经济”的讨论，他认为互联网可以给类似GE这样的工业巨头带来三个机会：采购、制造和销售[5]。

如今，在当时杰克·韦尔奇参与制定的GE电子商务战略中，这些不仅逐渐成为现实，甚至还使GE得以成功转型为工业无线互联网的领导者，有望引领以物联网、智能制造为特征的下一代数字经济的潮流。

而英特尔公司的安迪·格鲁夫（Andrew S.Grove）在其著作《格鲁夫给经理人的第一课》的自序“从20世纪80年代的巨变谈起”中指出这样一个事实：电子邮件对信息流通及新式管理的革命敲响了第一声的战鼓，电子邮件“化天为秒”“化繁为简”，使得信息传递的时间大为缩短，而且邮件还可以同时发送给很多人，许多人可以更快速地和你做生意。

因此“美国的电子邮件战胜日本的大方桌”，让美国企业在20世纪90年代反超日本企业的高效率沟通从而更能应对局势、赢得竞争[6]。

在信息化早期，这些商业巨头对于网络技术应用的潜能基于朴素的认知和理解，虽然没有预料到会出现与以往完全不同的商业运营模式乃至以往都没有存在过的商业形态，但已经意识到这些潜在的改变，而且敏锐地把握到数据全链接对于
生产效率的提升作用。

信息基础设施的发展与繁荣，在于信息产品有着互联的内在需要，信息基础设施越完善、规模越大，越充分展现网络的正外部性。

从实际发展成果来看，说明这些智者或者未来学者的观念与想法并非天方夜谭，使用网络进行快捷的信息传输是不言而喻的道理，而且应当是必然的事物。

此时的基础设施主要以满足全球互联和企业内部信息化应用为主，主要由信息技术的技术扩散和与其他行业的渗透融合所推动，通常由服务器、网络和客户端所组成。

最直接的商业利益拉动了经济体以企业信息化服务为目标的基础设施投资，与此同时，大型电信企业开始进行大规模的骨干网络建设，逐渐组建为泛域连接的国际、洲际直至全球互联互通的互联网。

信息基础设施的逐步完善，首先促进了以“眼球经济”为特征的第一代互联网经济，以更复杂、更直观的形式改变了人类的沟通和信息处理模式，进而在此基础之上催生了各类精彩纷呈的应用，在经济的生产、流通及消费层面也开始进行各种各样的网络化尝试与努力，也为数字基础设施的发展指明了方向。

3.数字基础设施的形成
阿里研究院2017年1月发布的《数字经济2.0》报告，将此阶段定义为数字经济1.0时代，并以1998年美国商务部发布《浮现中的数字经济》报告作为数字经济1.0的起点标志事件；又因为2016年8月1日当日，全球15大互联网科技公司和有着上百年积累的工业化时代的工商业公司的市值相当，报告将该日作为数字经济2.0时代的起点[7]。

这份报告还指出，数字经济1.0的核心是IT化，而数字经济2.0的核心是DT化，即数据化的万物互联。

这意味着信息基础设施向以“云”“管”“端”为基础的新基础设施，即数字基础设施转变。

从普遍意义上来看，信息基础设施推动信息技术的发展来服务商业的演化，而数字基础设施以信息技术的发展来推动产业的融合。

（二）“云”“管”“端”
本报告采用“云”“管”“端”即云计算、网络管路和智能终端来分析数字基础设施。

1.云
“云”主要是指云计算，云计算作为在线数据存储、处理、分析的主要技术，历经10余年的发展，其成本、效率优势成为创新的技术基石[8]。

信息技术因应新的商业需求而发展与演化，但由于技术的日渐复杂、庞大、昂贵，商业企业独立建设和维护专有的数据中心已变得异常困难，并且也不经济。

因此，互联网巨头
Google公司首席执行官埃里克·施密特（Eric Schmidt）在2006年搜索引擎大会（SES San Jose 2006）提出“云计算”（Cloud Computing）的概念。

美国国家标准与技术研究院（NIST）对“云计算”给出的定义如下：云计算是一种按使用量付费的模式，这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问，进入可配置的计算资源共享池（资源包括网络、服务器、存储、应用软件以及相应的服务），这些资源能够被快速提供，只需投入很少的管理工作，仅与服务供应商进行很少的交互。

Rajkumar Buyya等人所著的《云计算原理与范式》一书给出的定义或更接近“云”这种技术给数字基础设施带来的根本性的变化：它（云计算）是一种突破性技术商业化模式，它使用分布式大型数据中心为客户提供可扩展的虚拟化基础设施或一系列符合服务水平协议（SLA）标准的抽象服务，仅对已使用的抽象IT资源收费[9]。

综合来看，云计算给数字基础设施资源带来共享化的可能，并促成集约化和标准化的生产服务，其出现和快速发展使商业企业应用信息技术降低难度和成本，企业可将运算能力和存储作为电力一样的公用资源，企业不必“以我为主”建设数据中心，可专注在商业模式转型与开发上。

这给经济发展带来不一样的视角和思路，也是数字基础设施演进的重要意义之一。

2.管
与云的发展相对应，“管”可统指为终端用户提供云端服务的综合，也就是通常意义上的网络。

“管”作为最终用户接入网络的重要途径，其发展是外在的，通常可直观观察和感受到。

从起初的拨号接入到固定宽带接入，再到如今的无线宽带接入，管对于整个信息社会的发展起到至关重要的作用（见图1）。

图1 2001～2015年全球ICT发展对全球用户的影响
虽然“管”一直是信息或数字基础设施建设的重点，但要满足新型数字经济的发展，“管”应满足万物互联、随时随地的条件。

与信息基础设施注重“管”的跨域连通略有不同，数字基础设施的“管”偏重于到达率和覆盖率，并且要能根据万物互联的需求提供高效率、低成本的通信。

因此，“管”通常以各类无线通信为主。

在信息基础设施时代，早期部署的蜂窝通信、卫星、微波等通信网络构成广域范围的无线通信，以Bluetooth、WiFi、ZigBee等技术构成局域范围的无线通信，已基本满足固定范围内的互联互通要求。

但在数字基础设施时代，这些显然已无法满足万物互联、随时随地的要求，因此以基于蜂窝通信的LTE演进网络为代表的低功耗广域网（Low-Power Wide-Area Network，LPWAN）将逐渐成为主流。

近年来ICT技术的发展，主要是无线通信技术的发展，使得用户不再依赖固定宽带接入，已经将更多用户接入全球虚拟网络，其发展趋势如图2所示。

图2 无线通信技术促成更多用户接入网络
3.端
而数据产生或消费的“端”作为最终用户单元，同时也是经济体的末梢神经。

“端”的普遍性和多样性将决定未来数字经济发展的宽度和深度，“端”包含计算机终端、消费类电子（如手机、PAD等），还包括针对各种生活和生产应用的智能设备。

在未来，以智能设备为代表“物物互联”的“端”的数量将远远超过人类的数量，预计到2020年，可能会有超过250亿只联网智能设备同时在线，其发展过程如图3所示。

图3 联网设备数量估算
（4）从2G、3G、4G+到NB-IoT，“管”和“端”的同与不同
数字基础设施在新时期的一个重要目标就是要适应和满足万物互联的需要，即物联网的应用。

简言之“物联网”就是可以实现物物之间进行信息交换和通信的网络，“窄带物联网”（NB-IoT）是专为物物互联的应用场景而设计的通信技术。

与传统“人际互联”应用需要高带宽、长连续的互联网相比，物物互联一般属于低耗流、片段应用。

以前物联网推进较慢，部分原因是超过60%的低速率传感器应用没有合适的传输手段，WiFi、Bluetooth等连接技术不可靠且传输距离短、覆盖窄，使用光纤与移动通信又不经济。

从应用来看，物物互联主要需满足长距离、低速率、低功耗、多终端物联网业务的通信技术。

窄带物联网承载物联网世界的信息通路，除了“管”的层面外，也包括“端”层（终端）的相关标准，从这个角度来看，面向物联网应用的数字基础设施应当具备支持物联网相关的技术能力。

低功耗广域网目前主要有两种主流技术：一类是如LoRa、Sigfox等，可工作在非授权无线电频段，这类技术大多由开放联盟主导非标准化、自定义实现；另一类可工作在GSM、CDMA、WCDMA等较成熟的蜂窝通信技术，以及最新的LTE及其演进技术的授权频段。

后者一般被称为NB-IoT，当前商用的NB-IoT一般采用LTE技术，因此是否支持LTE网络及其演进技术，可代表该数字基础设施面向未来服务的准备度测量。

概括起来看，“云”“管”“端”构成数字基础设施的三个基本特征，以往建设的信息基础设施也可按层次对应划分，但三者不是绝对孤立或隔离的概念，随着应用的深化，未来的数
字基础设施必然是多元化和复杂多态的。

如，“云”可能因应现场大规模计算的需要，自“管”的顶端下沉至“管”的末端，从而组成“现场云”；“管”和“端”也从来不是可完全区分的概念，在现实某些场合中，“管”与“端”的边界其实也是模糊的。

但为了进行数字基础设施研究的方便，我们将数字基础设施的特征从概念分开。

二全球数字基础设施的综合评价
（一）数字基础设施指标选取
本报告主要从“云”“管”“端”三个方面选择合适的指标来评估各国数字基础设施发展状态，具体如表1所示。

表1 数字基础设施评价体系
该评价体系将“云”“管”“端”三者作为对等因素进行数字基础设施的评估，因此，这三部分权重相同。

在进行各项打分时，首先选取该项指标当中表现最好的国家，以该国家的这一指标为满分（100分）参照系，并将该国的这一指标标准化为100，然后将其他国家的该项指标按照以下公式进行评分：
其综合指标计算公式如下：
除综合评价指标外，根据数字基础设施的当前状况和未来的发展趋势，另设计了一组分指标用来评估一国数字基础设施面向现在就绪度分指标和服务未来准备度分指标。

面向现在的数字基础设施主要指满足现有商业应用的相关指标（就绪度），而面向未来的数字基础设施主要指因应其发展方向（移动化、物联网、智能化等）的指标，其指标设置如表2所示。

表2 数字基础设施面向现在和未来的指标设置
根据最终评分将参与评估的国家分为四类，分别为领先型、追随型、创新型、落后型。

当前指征数字基础设施的数据较少，本报告采用技术查询的方式获取相关数据，但数据仍然
不完全，不过经过初步分析可用来评估各国数字基础设施的发展状况。

（1）“云”数据说明
对于“云”的相关数据，本报告主要从云计算的规模来评估，一般可用在线服务器总数来代表。

我们选择三种云计算常用且较为通用的应用服务器名称进行统计，分别为Nginx、Apache、Lighthttp。

这三种服务器占全球在线服务器数量的70%以上，而且在各国均有使用，经统计全球总共约有4210万个在线服务器实例。

对于物联网专用服务器，主要查询运行如下八类物联网专用协议的服务器实例：MQTT、AMAQ、STOMP、XMPP、CoAP、WAMP、Restful Http、DDS。

这八类专用协议基本上可覆盖目前在线可检索的90%的服务器，但由于物联网目前尚未大规模运用，目前检索到约6.3万个在线物联网服务器实例。

此类通过技术分析采集的服务器数据或有差异，主要有如下三个原因。

一是样本数据收集偏差：由于Shodan.io是搜索引擎，其数据采集可能存在样本偏差。

二是由于部分国家可能更习惯使用私有云或部分服务器未放在公网中，无法进行统计。

三是即便一台服务器位于某国的数据中心，但其可能是跨国公司的一个组成部分。

尽管存在上述误差，使用服务器数量仍然可以表明一国的数字基础设施的云计算规模，这些数据仍然存在一定的指向意义。

（2）“管”数据说明
如前文所述，“管”实际存在多种方式，在本报告分析框架中，主要使用移动宽带普及率以及LTE覆盖率作为指标，这是因为数字基础设施应具备随时随地连接的能力，移动宽带是目前无线智能设备主要采用的方式，而LTE网络的覆盖率可为物联网的发展打下基础。

（3）“端”数据说明
在本分析框架中，“端”主要采用智能手机渗透率和在线智能设备数量作为指标，其中智能手机渗透率为各国每百人使用智能手机的比重，而智能手机可支撑各类移动应用。

由于目前智能设备种类繁多，其自身的智能化和应用方式也千差万别，协议也不尽统一，所以本分析框架主要使用目前相对协议统一的智能家居类智能设备作为指标。

在Shodan.io检索统计使用X10协议的智能设备，共得到约59万个实例。

（二）各地数字基础设施评价分析
根据本报告构建的数字基础设施评价模型，同时整理相关数据，得出具体排名和得分情况
（见表3）。

表3 数字基础设施排名/得分
美国以88.20分雄踞榜首；第二名新加坡综合得分为52.98分；中国为第三名，综合得分为50.30；其后直至第十五名，综合得分差异均不大，这也体现出当今数字基础设施“一超多强”的格局。

全球仅75个地区得分在10分以上，对前一百名地区的数字基础设施进行综合梯度分析，可更直观地观察到这个现象（见图4）。

图4 世界前一百名地区数字基础设施梯度
为更好地了解此现象，我们将排名前五的地区进行分项对比，其结果如图5所示。

图5 世界前五名国家数字基础设施综合对比
中美两国“云”“管”“端”结构相似，只是中国的各分项得分均略低于美国。

“云”设施中，美国的在线服务器数量（云服务器约1647万个实例、物联网服务器1.6万个实例）均远远超过其他国家，而中国的在线服务器数量（云服务器约525万个实例、物联网服务器1.3万个实例）占据第二位，其余国家的在线服务器数量远少于这两国。

新加坡、韩国、日
本等三国结构同样相近，在“管”这一分项均更为突出，其国内的移动宽带覆盖率和LTE的覆盖率在全球均属于极高水平。

将数字基础设施拆分为面向现在的基础设施和面向未来的基础设施进行分析，结果分别如图6和图7所示。

在面向现在的数字基础设施中，美国仍然是当之无愧的强者；在面向未来的数字基础设施中，美国可能会暂时领先，但有可能会被中国超越，中国持续在物联网领域进行研究和应用。

相较而言美国目前在“端”的应用更强，总体趋势是各国在线物联网服务器数量差异已经没有在线服务器总量那么明显，随着窄带物联网技术的进步，未来数年将有可能形成新的格局。

图6 世界前五名国家面向现在的数字基础设施对比
由图6可见，由于仅选取各国以移动互联为表征的数字基础设施指标（在线云服务器总数、移动宽带普及率及智能手机渗透率），更可清晰地看出排名前五位国家数据基础设施结构的不同与相似之处：中美两国在“云”“管”“端”构成相似，而新、日、韩三国在“管”和“端”更为突出，但“云”端稍显薄弱。

图7 世界前五名国家面向未来的数字基础设施对比
当选取各国以“万物互联”为表征的数字基础设施指标（在线物联网服务器总数、LTE网络覆盖率及在线智能设备数量）时，发现如下事实（见图7）。

（1）中美在云端的差异已缩小，两者在线的物联网服务器数量相近，而且两者的LTE覆盖率差距也较小。

随着中国2017年三大运营商持续发力，以及更多的城市或地区参与LTE商用测试，中国可能在“云”和“管”超过美国。

（2）新、日、韩三国在物联网的云端表现也较为出色，其实这三国“LTE的覆盖率”实际非常高，韩国则已超过95%，基本可说是覆盖全境。

（3）由于本次在线智能终端采用小样本统计，预计未来将会有较大的发展。

（三）各地区基础设施数据发展现状评述
将排名前五十的地区按面向现在及面向未来进行评分，以40分为界限，可将这50个地区分为四种类型。

（1）领先型：该地区数字基础设施完善，无论是面向现在还是面向未来均能满足应用，其。