“华为数据通信·基础理论系列”序言

20世纪30年代，英国学者李约瑟（Joseph Needham）曾提出这样的疑问：为什么在公元前1世纪到公元15世纪期间，中国文明在获取自然知识并将其应用于人的实际需要方面要比西方文明更有成效？然而，为什么近代科学蓬勃发展没有出现在中国？这就是著名的“李约瑟难题”，也称“李约瑟之问”。对这个“难题”的理解与回答，中外学者见仁见智。有一种观点认为，在人类探索客观世界的漫长历史中，技术发明曾经长期早于科学研究。古代中国的种种技术应用，更多地来自匠人经验知识的工具化，而不是学者科学研究的产物。

近代以来，科学研究的累累硕果带来了技术应用的爆发和社会的进步。力学、热学基础理论的进步，催生了第一次工业革命；电磁学为电力的应用提供了理论依据，开启了电气化时代；香农（Shannon）创立了信息论，为信息与通信产业奠定了理论基础。如今，重视并加强基础研究已经成为一种共识。在攀登信息通信技术高峰的30多年中，华为公司积累了大量成功的工程技术经验。在向顶峰进发的当下，华为深刻认识到自身理论研究的不足，亟待基础理论的突破来指导工程创新，以实现技术持续领先。

“华为数据通信·基础理论系列”正是基于这样的背景策划的。2019年年初，华为公司数据通信领域的专家们从法国驱车前往位于比利时鲁汶的华为欧洲研究院，车窗外下着大雨，专家们在车内热烈讨论数据通信网络的难点问题，不约而同地谈到基础理论突破的困境。由于具有“统计复用”和“网络级方案”的属性，数据通信领域涉及的理论众多，如随机过程与排队论、图论、最优化理论、信息论、控制论等，而与这些理论相关的图书中，适合国内从业者阅读的中文版很少。华为数据通信产品线研发部总裁刘少伟当即表示，我们华为可以牵头，与业界专家一起策划一套丛书，一方面挑选部分经典图书引进翻译，另一方面系统梳理我们自己的研究成果，让从业者及相关专业的高校老师和学生能更系统、更高效地学习理论知识。

在规划丛书选题时，我们考虑到随着通信技术和业务的发展，网络的性能受到了越来越多的关注。在物理层，性能的关键点是提升链路或者Wi-Fi信道的容量，这依赖于摩尔定律和香农定律；网络层主要的功能是选路，通常路径上链路的瓶颈决定了整个业务系统所能实现的最佳性能，所以网络层是用户业务体验的上界，业务性能与系统的瓶颈息息相关；传输层及以上是用户业务体验的下界，通过实时反馈精细调节业务的实际发送，网络性能易受到网络服务质量（如时延、丢包）的影响。因此，从整体网络视角来看，网络性能提升优化是对“业务要求+吞吐率+时延+丢包率”多目标函数求最优解的过程。为此，首期我们策划了《排队论基础》（第5版）（Fundamentals of Queueing Theory ,Fifth Edition）、《网络演算：互联网确定性排队系统理论》（Network Calculus:A Theory of Deterministic Queuing Systems for the Internet）和《MIMO-OFDM技术原理》（Technical Principle of MIMO-OFDM）这三本书，前两本介绍与网络服务质量保障相关的理论，后一本介绍与Wi-Fi空口性能研究相关的技术原理。

由美国乔治·华盛顿大学荣誉教授唐纳德·格罗斯（Donald Gross）和美国乔治·梅森大学教授卡尔·M.哈里斯（Carl M. Harris）撰写的《排队论基础》自1974年第1版问世以来，一直是排队论领域的权威指南，被国外多所高校列为排队论、组合优化、运筹管理相关课程的教材，其内容被7000余篇学术论文引用。这本书的作者在将排队论应用于多个现实系统方面有丰富的实践经验，并在40多年中不断丰富和优化图书内容。本次引进翻译的是由美国乔治·梅森大学教授约翰·F.肖特尔（John F. Shortle）、房地美公司架构师詹姆斯·M.汤普森（James M. Thompson）、唐纳德·格罗斯和卡尔·M.哈里斯于2018年更新的第5版。由让-伊夫·勒布代克（Jean-Yves Le Boudec）和帕特里克·蒂兰（Patrick Thiran）撰写的《网络演算：互联网确定性排队系统理论》一书于2002年首次出版，是两位作者在洛桑联邦理工学院从事网络性能分析研究、系统应用时的学术成果。这本书出版多年来，始终作为网络演算研究者的必读书目，也是网络演算学术论文的必引文献。让-伊夫·勒布代克教授的团队在2018年开始进行针对时间敏感网络的时延上界分析，其方法就脱胎于《网络演算：互联网确定性排队系统理论》这本书的代数理论框架。本次引进翻译的是作者于2020年9月更新的最新版本，书中详细的理论介绍和系统分析，对实时调度系统的性能分析和设计具有指导意义。

《MIMO-OFDM技术原理》的作者是华为WLAN LAB以及华为特拉维夫研究中心的专家多伦·埃兹里（Doron Ezri）博士和希米·希洛（Shimi Shilo）。从2007年起，多伦·埃兹里一直在特拉维夫大学教授MIMO-OFDM技术原理的研究生课程，这本书就是基于该课程讲义编写的中文版本。相比其他MIMO-OFDM图书，书中除了给出MIMO和OFDM原理的讲解外，作者团队还基于多年的工程研究和实践，精心设计了丰富的例题，并给出了详尽的解答，对实际无线通信系统的设计有较强的指导意义。读者通过对例题的研究，可进一步深入地理解MIMO-OFDM系统的工程约束和解决方案。

数据通信领域以及整个信息通信技术行业的研究最显著的特点之一是实用性强，理论要紧密结合实际场景的真实情况，通过具体问题具体分析，才能做出真正有价值的研究成果。众多学者看到了这一点，走出了象牙塔，将理论用于实践，在实践中丰富理论，并在著书时鲜明地体现了这一特点。本丛书书目的选择也特别注意了这一点。这里我们推荐一些优秀的图书，比如，排队论方面，可以参考美国卡内基·梅隆大学教授莫尔·哈肖尔-巴尔特（Mor Harchol-Balter）的Performance Modeling and Design of Computer Systems :Queueing Theory in Action（中文版《计算机系统的性能建模与设计：排队论实战》已出版）；图论方面，可以参考加拿大滑铁卢大学两位教授约翰·阿德里安·邦迪（John Adrian Bondy）和乌帕鲁里·西瓦·拉马钱德拉·莫蒂（Uppaluri Siva Ramachandra Murty）合著的Graph Theory；优化方法理论方面，可以参考美国加州大学圣迭戈分校教授菲利普·E.吉尔（Philip E. Gill）、斯坦福大学教授沃尔特·默里（Walter Murray）和纽约大学教授玛格丽特·H.怀特（Margaret H. Wright）合著的Practical Optimization；网络控制优化方面，推荐波兰华沙理工大学教授米卡尔·皮奥罗（Michal Pioro）和美国密苏里大学堪萨斯分校的德潘卡·梅迪（Deepankar Medhi）合著的Routing,Flow,and Capacity Design in Communication and Computer Networks；数据通信网络设备的算法设计原则和实践方面，则推荐美国加州大学圣迭戈分校教授乔治·瓦尔盖斯（George Varghese）的Network Algorithmics:An Interdisciplinary Approach to Designing Fast Networked Devices；等等。

基础理论研究是一个长期的、难以快速变现的过程，几乎没有哪个基础科学理论的产生是由于我们事先知道了它的重大意义与作用从而努力研究形成的。但是，如果没有基础理论的突破，眼前所有的繁华都将是镜花水月、空中楼阁。在当前的国际形势下，不确定性明显增加，科技对抗持续加剧，为了不受制于人，更为了有助于全面提升我国的科学技术水平，开创未来30年的稳定发展局面，重视基础理论研究迫在眉睫。为此，华为公司将继续加大投入，将每年20%∼30%的研发费用用于基础理论研究，以提升通信产业的原始创新能力，真正实现“向下扎到根”。华为公司也愿意与学术界、产业界一起，为实现技术创新和产业创新打好基础。

首期三本书的推出只是“华为数据通信·基础理论系列”的开始，我们也欢迎各位读者不吝赐教，提出宝贵的改进建议，让我们不断完善这套丛书。如有任何建议，请您发送邮件至networkinfo@huawei.com，在此表示衷心的感谢。