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第 三 届 国 家 期 刊 奖 百 种 重 点 期 刊 中 国 科 技 核 心 期 刊 工 信 部 优 秀 科 技 期 刊 中 国 五 大 文 献 数 据 库 收 录 期 刊 ISSN 1009-6868 CN 34-1228/TN ZTE TECHNOLOGY JOURNAL www.zte.com.cn/magazine 2012 年 4 月 第 2 期 专 题 : 物 联 网 与 行 业 信 息 化 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P1

专 题 : 物 联 网 与 行 业 信 息 化 专 题 导 读 物 联 网 作 为 新 一 代 信 息 技 术 的 代 表 已 成 为 信 息 产 业 的 重 要 发 展 方 向, 引 起 了 各 国 的 广 泛 重 视 近 年 来 物 联 网 在 中 国 更 是 受 到 了 前 所 未 有 的 高 度 关 注, 它 已 成 为 中 国 战 略 性 新 兴 产 业 的 重 要 组 成 部 分, 对 推 动 信 息 化 与 工 业 化 融 合 促 进 中 国 经 济 发 展 和 社 会 进 步 产 生 重 要 作 用 物 联 网 是 融 合 通 信 计 算 机 网 络 传 感 器 微 电 子 软 件 等 多 个 领 域 的 技 术 而 产 生 的 新 兴 交 叉 学 科, 不 仅 是 传 感 网 互 联 网 和 通 信 网 的 网 络 延 伸 与 应 用 拓 展, 更 是 诸 多 新 一 代 信 息 技 术 的 集 成 创 新 虽 然 各 方 对 物 联 网 的 认 识 和 理 解 还 不 够 统 一, 但 业 界 通 常 都 认 为 物 联 网 应 该 包 含 信 息 感 知 传 递 和 处 理 3 个 基 本 要 素 感 知 层 使 用 传 感 器 RFID 等 手 段 来 实 现 信 息 采 集 和 标 识 ; 网 络 层 利 用 移 动 网 互 联 网 或 其 他 专 用 网, 对 采 集 来 的 信 息 进 行 传 输 和 基 础 处 理, 并 提 供 公 共 管 理 服 务 ; 应 用 层 对 所 感 知 的 信 息 进 行 智 能 处 理 和 决 策 后, 实 现 各 类 应 用 服 务 物 联 网 的 基 本 目 的 是 利 用 信 息 技 术 实 现 对 物 理 世 界 的 协 同 感 知 和 智 能 处 理, 从 而 更 好 地 服 务 于 人 们 的 生 产 生 活 物 联 网 与 行 业 信 息 化 息 息 相 关, 基 于 物 联 网 的 行 业 应 用 是 物 联 网 产 业 发 展 的 基 础 驱 动 力 物 联 网 将 人 与 人 的 通 信 扩 展 到 了 人 与 物 物 与 物 之 间 的 信 息 交 互, 也 为 信 息 通 信 业 开 辟 了 新 的 市 场 市 场 研 究 机 构 赛 迪 顾 问 的 报 告 显 示 :2010 年 中 国 物 联 网 产 业 市 场 规 模 达 到 2 000 亿 元, 到 2015 年 中 国 物 联 网 整 体 市 场 规 模 将 达 到 7 500 亿 元, 年 复 合 增 长 率 将 超 过 30% 但 总 体 看, 物 联 网 还 处 于 市 场 培 育 和 初 级 发 展 阶 段, 物 联 网 的 大 发 展 还 需 要 政 产 学 研 各 方 的 全 面 协 作 不 断 创 新 和 持 续 努 力 本 专 题 旨 在 从 应 用 技 术 和 标 准 等 多 个 维 度 探 讨 物 联 网 与 行 业 信 息 化 的 关 系, 论 文 内 容 涵 盖 物 联 网 发 展 策 略 标 准 进 展 关 键 技 术 业 务 平 台 以 及 车 联 网 智 慧 医 疗 等 典 型 应 用 文 章 的 作 者 都 是 物 联 网 领 域 的 专 家, 他 们 分 别 来 自 高 校 科 研 院 所 运 营 商 和 设 备 制 造 商 在 此 对 各 位 作 者 的 大 力 支 持 和 精 心 撰 稿 表 示 衷 心 的 感 谢, 也 希 望 本 专 题 能 为 关 心 物 联 网 与 行 业 信 息 化 的 读 者 提 供 有 价 值 的 参 考 唐 雄 燕 本 期 专 题 策 划 人 唐 雄 燕 中 国 联 通 教 授 级 高 工, 现 任 中 国 联 通 研 究 院 副 总 工 程 师 中 国 联 通 科 技 委 固 网 专 业 副 主 任 NGI 宽 带 业 务 应 用 国 家 工 程 实 验 室 技 术 负 责 人, 并 兼 任 北 京 邮 电 大 学 教 授 博 士 生 导 师, 中 国 通 信 标 准 化 协 会 泛 在 网 技 术 工 作 委 员 会 副 主 席, 北 京 通 信 学 会 常 务 理 事 兼 青 年 工 作 委 员 会 主 任 ; 入 选 新 世 纪 百 千 万 人 才 工 程 国 家 级 人 选, 享 受 国 务 院 特 殊 津 贴 ; 长 期 从 事 通 信 新 技 术 新 业 务 研 发 和 技 术 管 理 工 作, 主 要 专 业 领 域 包 括 宽 带 通 信 光 纤 传 输 接 入 网 IP 技 术 下 一 代 网 络 泛 在 网 / 物 联 网 等 2012 年 第 1 6 期 专 题 计 划 1 2 3 4 5 6 智 能 管 道 及 其 运 营 续 合 元 电 信 研 究 院 通 信 标 准 所 总 工 物 联 网 与 行 业 信 息 化 唐 雄 燕 智 能 终 端 技 术 糜 正 琨 中 国 联 通 国 家 工 程 实 验 室 副 总 工 南 京 邮 电 大 学 教 授 数 据 中 心 网 络 关 键 技 术 杜 军 朝 郭 得 科 西 安 电 子 科 技 大 学 副 教 授 国 防 科 技 大 学 副 教 授 光 与 无 线 融 合 接 入 技 术 陈 建 平 上 海 交 通 大 学 教 授 云 存 储 与 云 灾 备 杨 义 先 北 京 邮 电 大 学 教 授 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P2

第 三 届 国 家 期 刊 奖 百 种 重 点 期 刊 中 国 科 技 核 心 期 刊 工 信 部 优 秀 科 技 期 刊 中 国 五 大 文 献 数 据 库 收 录 期 刊 ISSN 1009-6868 CN 34-1228/TN ZTE TECHNOLOGY JOURNAL www.zte.com.cn/magazine 专 题 : 物 联 网 与 行 业 信 息 化 2012 年 4 月 第 2 期 办 刊 宗 旨 目 次 以 人 为 本, 荟 萃 通 信 技 术 领 域 精 英 ; 迎 接 挑 战, 把 握 世 界 通 信 技 术 动 态 ; 立 即 行 动, 求 解 通 信 发 展 疑 难 课 题 ; 励 精 图 治, 促 进 民 族 信 息 产 业 崛 起 ZHONGXING TONGXUN JISHU 双 月 刊 1995 年 创 刊 总 第 103 期 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 主 管 安 徽 省 科 学 技 术 厅 主 办 中 兴 通 讯 股 份 有 限 公 司 安 徽 省 科 学 技 术 情 报 研 究 所 编 辑 中 兴 通 讯 技 术 编 辑 部 总 编 谢 大 雄 副 总 编 邓 新 常 务 副 总 编 黄 新 明 责 任 编 缉 杨 勤 义 编 辑 徐 烨, 卢 丹, 朱 莉,Paul Sleswick 排 版 制 作 余 刚 发 行 王 萍 萍 编 务 王 坤 专 题 : 物 联 网 与 行 业 信 息 化 01 物 联 网 产 业 化 发 展 思 路 与 泛 在 无 线 通 信 技 术 研 究 朱 洪 波, 杨 龙 祥, 朱 琦 05 物 联 网 的 标 准 化 进 展 刘 多 10 对 大 规 模 传 感 器 网 络 应 用 面 临 问 题 的 思 考 孙 利 民, 刘 伟 15 物 联 网 应 用 前 景 和 解 决 方 案 叶 云 18 物 联 网 能 力 开 放 体 系 研 究 刘 越 22 智 慧 医 疗 应 用 技 术 特 点 及 发 展 趋 势 李 建 功, 唐 雄 燕 27 基 于 REST 的 混 杂 感 知 车 载 网 信 息 服 务 设 计 黄 江 龙, 陆 剑 峰 32 物 联 网 在 节 能 减 排 中 的 应 用 张 凤 全 专 家 视 点 36 构 建 网 络 认 证 体 系, 打 造 可 信 网 络 空 间 刘 飞 运 营 应 用 39 CDMA 2000 1x EVDO Rev.A 系 统 的 QoS 应 用 杨 召 江 中 兴 通 讯 技 术 编 辑 部 地 址 合 肥 市 金 寨 路 329 号 凯 旋 大 厦 12 楼 邮 编 230061 网 址 :www.zte.com.cn/magazine 投 稿 平 台 :www.zte.com.cn/paper 电 子 信 箱 magazine@zte.com.cn 电 话 (0551)5533356 传 真 (0551)5850139 出 版 发 行 中 兴 通 讯 技 术 杂 志 社 发 行 范 围 全 球 发 行 印 刷 合 肥 中 建 彩 色 印 刷 厂 出 版 日 期 2012 年 4 月 10 日 ISSN 1009-6868 刊 号 CN 34-1228/ TN 广 告 经 营 许 可 证 皖 合 工 商 广 字 0058 定 价 每 册 10.00 元, 全 年 60.00 元 研 究 论 文 45 移 动 无 线 传 感 器 网 络 中 节 点 自 定 位 算 法 研 究 陈 晶 晶, 刘 萍 开 发 园 地 51 移 动 SNS 的 关 键 技 术 及 架 构 邝 宇 锋, 蔡 求 喜 系 列 讲 座 57 云 存 储 (2) 薛 一 波, 易 成 岐 综 合 信 息 中 兴 通 讯 推 出 U-Government 方 案 (9) 中 兴 通 讯 管 理 服 务 复 合 增 长 率 达 81%(38) 广 告 索 引 (44) 中 兴 通 讯 独 家 实 现 下 一 代 PON 产 品 规 模 发 货 (50) 中 兴 通 讯 智 能 手 机 专 利 居 全 球 第 四 中 国 企 业 第 一 (56) 中 兴 通 讯 CPE 销 售 额 和 出 货 量 双 居 全 球 第 一 (56) 期 刊 基 本 参 数 :CN 34-1228/TN 1995 b 16 64 zh P 10.00 15000 13 2012-04 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P3

C ontents ZTE TECHNOLOGY JOURNAL Vol.18 No.2 Apr. 2012 Special Topic: IoT and Industry Informatization 01 The Industrial Development of IOT and Ubiquitous Wireless Communications Expert View Operational Application ZHU Hongbo, YANG Longxiang, ZHU Qi 05 Standardization of Internet of Things LIU Duo 10 Issues in Large-Scale Wireless Sensor Networks SUN Limin, LIU Wei 15 Prospects and Solutions for the Internet of Things YE Yun 18 Open Enabler Architecture of IoT LIU Yue 22 Development of Smart Health Applications LI Jiangong, TANG Xiongyan 27 Design of RESTful Service for Hybrid Sensor and Vehicular Networks HUANG Jianglong, LU Jianfeng 32 Energy Saving and Emissions Reduction in IoT ZHANG Fengquan 36 Constructing the Internet Authentication System and Trusted Internet LIU Fei 中 兴 通 讯 技 术 编 辑 委 员 会 主 任 钟 义 信 副 主 任 侯 为 贵 糜 正 琨 编 委 ( 按 姓 氏 拼 音 顺 序 排 列 ) 艾 波 曹 淑 敏 陈 建 平 陈 杰 陈 锡 生 程 时 端 高 文 顾 畹 仪 郭 云 飞 侯 为 贵 何 士 友 洪 波 纪 越 峰 江 华 蒋 林 涛 雷 震 洲 李 红 滨 李 建 东 李 乐 民 李 少 谦 李 星 孟 洛 明 糜 正 琨 倪 勤 史 立 荣 谈 振 辉 田 文 果 王 晓 明 王 育 民 韦 乐 平 卫 国 谢 大 雄 徐 安 士 须 成 忠 续 合 元 杨 义 先 杨 震 尤 肖 虎 乐 光 新 张 同 须 张 智 江 赵 厚 麟 赵 慧 玲 赵 先 明 钟 义 信 朱 近 康 39 QoS in CDMA 2000 1x EVDO Rev.A System YANG Zhaojiang Research Paper 45 Node Self-Localization Algorithms in Mobile Wireless Sensor Networks CHEN Jingjing, LIU Ping Development Field 51 Key Technology and Architecture of Mobile SNS KUANG Yufeng, CAI Qiuxi Lecture Series 57 Cloud Storage (2) XUE Yibo, YI Chengqi 敬 告 读 者 本 刊 享 有 所 发 表 文 章 的 版 权, 包 括 英 文 版 电 子 版 和 网 络 版 版 权, 所 支 付 的 稿 酬 已 经 包 含 上 述 各 版 本 的 费 用 未 经 本 刊 许 可, 不 得 以 任 何 形 式 全 文 转 载 本 刊 内 容 ; 如 部 分 引 用 本 刊 内 容, 须 注 明 该 内 容 出 自 本 刊 邮 购 须 知 本 刊 常 年 办 理 邮 购 订 阅 业 务, 欢 迎 订 阅 订 阅 方 法 : 从 邮 局 汇 款 至 编 辑 部, 在 汇 款 单 上 将 订 阅 者 的 详 细 地 址 收 件 人 姓 名 及 联 系 电 话 填 写 清 楚, 并 在 汇 款 单 附 言 栏 注 明 所 购 杂 志 期 次 及 数 量 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P4

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物 联 网 产 业 化 发 展 思 路 与 泛 在 无 线 通 信 技 术 研 究 朱 洪 波 等 专 题 物 联 网 产 业 化 发 展 思 路 与 泛 在 无 线 通 信 技 术 研 究 The Industrial Development of IoT and Ubiquitous Wireless Communications 中 图 分 类 号 :TN929.5 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :1009-6868 (2012) 02-0001-04 摘 要 : 文 章 基 于 物 联 网 的 特 征 技 术 思 想 及 其 与 新 兴 产 业 的 关 系, 重 点 研 究 了 实 现 物 联 网 产 业 化 应 用 的 关 键 泛 在 无 线 技 术, 主 要 包 括 末 梢 感 知 层 网 络 融 合 层 无 线 资 源 管 理 以 及 对 数 据 进 行 综 合 处 理 的 信 息 处 理 等 关 键 技 术 文 章 指 出 物 联 网 的 本 质 是 利 用 泛 在 网 络 实 现 泛 在 服 务, 是 一 种 更 加 广 泛 深 远 的 未 来 网 络 应 用 形 态 物 联 网 正 催 生 一 场 战 略 性 新 兴 产 业 革 命, 将 带 来 千 载 难 逢 的 机 遇, 全 面 推 动 社 会 的 经 济 振 兴 和 社 会 进 步 朱 洪 波, 杨 龙 祥, 朱 琦 /ZHU Qi ( 南 京 邮 电 大 学 通 信 与 信 息 工 程 学 院, 江 苏 南 京 210003) (College of Telecommunications and Information Engineering, Academy of Internet of Things, Nanjing University of Posts and telecommunications, Nanjing 210003, China) 关 键 词 : 物 联 网 ; 泛 在 网 ; 后 互 联 网 ; 异 构 网 络 融 合 ; 云 计 算 Abstract: This paper discusses one of the key aspects of industrial IoT: ubiquitous wireless technology. Ubiquitous wireless technology includes peripheral perception layer, network convergence layer, radio resource management, and information processing for integrated data. In this paper, we suggest that the essence of IoT is to achieve ubiquitous services through a ubiquitous network, which is a far-reaching network. We also suggest that IoT will create opportunities and promote economic revitalization and social progress. Keywords: Internet of things; ubiquitous networks; post internet; heterogeneous network convergence; cloud computing 1 物 联 网 的 技 术 思 想 联 网 作 为 全 球 战 略 性 新 兴 产 业 物 已 经 受 到 国 家 和 社 会 的 高 度 重 视 物 联 网 的 应 用 标 志 着 互 联 网 的 发 展 已 经 开 始 进 入 一 个 新 的 历 史 阶 段, 而 基 于 互 联 网 的 产 业 化 应 用 和 智 慧 化 服 务 将 成 为 下 一 代 互 联 网 的 重 要 时 代 特 征 物 联 网 将 充 分 发 挥 新 一 代 信 息 通 信 技 术 的 发 展 优 势, 与 传 统 产 业 服 务 深 度 融 合, 促 进 传 统 产 业 的 革 命 性 转 型, 研 究 满 足 国 家 产 业 发 展 需 求 的 信 息 化 解 决 方 案, 推 动 信 息 基 金 项 目 : 国 家 科 技 重 大 专 项 (2012ZX03003011-005 2011ZX03005-005) 服 务 产 业 的 发 展 与 建 设, 实 现 战 略 信 息 服 务 产 业 的 智 慧 化 ; 将 形 成 以 新 兴 信 息 服 务 业 为 龙 头, 网 络 运 营 业 为 支 撑, 网 络 设 备 制 造 业 为 补 充 的 完 善 的 产 业 结 构 物 联 网 的 技 术 思 想 可 以 定 义 为 利 用 泛 在 网 络 实 现 泛 在 服 务, 是 一 种 更 加 广 泛 深 远 的 未 来 网 络 应 用 形 态 ; 其 原 意 是 用 网 络 形 式 将 世 界 上 的 物 体 都 连 接 在 一 起, 使 世 界 万 物 都 可 以 主 动 上 网 它 的 基 本 方 式 是 将 射 频 识 别 设 备 (RFID) 传 感 设 备 全 球 定 位 系 统 或 其 他 信 息 获 取 方 式 等 各 种 创 新 的 传 感 科 技 嵌 入 到 世 界 的 各 种 物 体 设 施 和 环 境 中 ; 把 信 息 处 理 能 力 和 智 能 技 术 通 过 互 联 网 注 入 到 世 界 的 每 一 个 物 体 里 面, 令 物 质 世 界 被 极 大 程 度 的 数 据 化, 并 赋 予 生 命 ; 物 联 网 希 望 世 界 万 物 能 够 智 慧 化 地 上 网, 使 物 体 会 说 话 会 思 考 会 行 动 物 联 网 的 本 质 就 是 借 助 于 网 络 智 慧 化 的 实 现, 把 各 种 事 物 以 信 息 化 的 方 式 通 过 网 络 表 现 出 来 ; 物 品 能 够 利 用 RFID 等 传 感 技 术 彼 此 进 行 智 慧 交 流, 而 无 需 人 的 干 预 ; 通 过 互 联 网 实 现 物 品 的 自 动 识 别 和 信 息 的 互 联 与 共 享 物 联 网 最 为 明 显 的 特 征 是 物 物 相 连, 而 无 需 人 为 干 预, 从 而 极 大 程 度 地 提 升 效 率, 同 时 降 低 人 工 带 来 的 不 稳 定 性 因 此, 物 联 网 在 行 业 应 用 中 将 发 挥 无 穷 的 潜 力 比 如, 将 感 应 器 嵌 入 和 装 备 到 电 网 铁 路 桥 梁 隧 道 公 路 建 筑 供 水 系 统 大 坝 油 气 管 道 等 各 种 物 体 中, 然 后 将 物 联 网 与 现 有 的 互 联 网 整 合 起 来, 实 现 人 类 社 会 与 物 理 系 统 的 整 合 在 一 个 网 络 物 理 平 台 上 提 供 多 种 业 务, 这 才 是 多 域 资 源 和 服 务 融 合 Apr 2012 Vol.18 No.2 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 01 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P6

专 题 朱 洪 波 等 物 联 网 产 业 化 发 展 思 路 与 泛 在 无 线 通 信 技 术 研 究 的 真 正 内 涵 真 正 的 多 域 融 合 以 后, 将 会 提 供 一 个 统 一 的 网 络 平 台, 所 有 的 业 务 就 都 可 以 在 这 个 网 络 平 台 上 实 现, 当 然, 接 入 方 式 是 多 种 多 样 的, 但 整 个 网 络 将 会 是 一 个 统 一 融 合 的 网 融 合 后 的 网 络, 将 能 够 为 用 户 的 使 用 带 来 极 大 的 方 便 物 联 网 是 一 个 多 设 备 多 网 络 多 应 用 互 联 互 通 互 相 融 合 的 一 个 大 网, 相 关 的 接 口 通 信 协 议 等 都 需 要 有 一 个 统 一 标 准 来 指 导 而 目 前, 各 地 的 物 联 网 都 各 有 自 己 的 标 准 标 准 很 多, 又 缺 乏 权 威 性, 这 就 导 致 不 同 的 物 联 网 项 目 难 以 互 通, 成 为 一 个 个 孤 岛 仅 仅 RFID 在 全 球 就 有 几 十 个 标 准 化 组 织 出 台 了 250 个 标 准, 而 全 球 两 万 多 种 传 感 器 的 标 准 化 现 状 可 想 而 知 因 此 统 一 的 标 准 对 物 联 网 产 业 化 发 展 显 得 至 关 重 要 不 仅 可 以 让 各 地 正 开 展 的 示 范 应 用 的 成 功 案 例 在 其 他 地 区 进 行 有 效 复 制, 推 而 广 之, 并 且 能 让 一 个 个 信 息 孤 岛 有 效 融 合, 整 合 资 源 链, 在 一 定 程 度 上 避 免 重 复 建 设 带 来 的 资 源 耗 费 从 而 提 高 效 率 广 泛 的 物 联 网 应 用 需 求 必 将 积 极 推 进 物 联 网 标 准 体 系 的 构 建, 建 立 跨 行 业 跨 领 域 的 物 联 网 标 准 化 协 作 机 制, 鼓 励 和 支 持 企 业 积 极 参 与 国 际 标 准 化 工 作, 推 动 中 国 具 有 自 主 知 识 产 权 的 技 术 成 为 国 际 标 准 国 家 将 围 绕 物 联 网 关 键 技 术 和 产 业, 开 展 技 术 攻 关 和 产 业 化 推 进 工 程, 着 力 突 破 传 感 器 网 物 联 网 关 键 技 术, 加 快 通 信 网 传 感 网 络 以 及 物 联 网 的 结 合, 推 动 形 成 完 整 产 业 链 和 自 主 发 展 的 规 模 产 业 化 能 力, 提 升 整 体 产 业 层 级 和 在 国 际 分 工 体 系 的 位 置, 推 动 形 成 具 有 国 际 竞 争 力 的 物 联 网 制 造 和 运 营 产 业 体 系 国 家 将 大 力 支 持 自 主 知 识 产 权 的 创 造 和 应 用, 鼓 励 企 业 建 立 专 利 联 盟, 加 大 对 物 联 网 知 识 产 权 保 护 和 管 理 物 联 网 的 技 术 思 想 正 在 催 生 一 [1-3] 场 战 略 性 新 兴 产 业 革 命, 物 联 网 时 代 的 到 来 将 给 我 们 带 来 千 载 难 逢 的 机 遇 物 联 网 产 业 发 展 的 核 心 价 值 是 传 促 使 传 统 产 业 在 这 场 新 兴 产 业 革 命 的 新 一 轮 竞 争 中 占 领 制 高 点, 抢 占 先 机, 掌 握 主 动 权, 引 领 世 界 信 息 化 的 发 展 与 建 设, 全 面 推 动 社 会 的 经 济 振 兴 和 社 会 进 步 2 泛 在 无 线 技 术 是 实 现 物 联 网 产 业 化 应 用 的 关 键 物 联 网 可 以 理 解 为 是 泛 在 网 的 [4] 应 用 形 式, 而 不 是 传 统 意 义 上 的 网 络 概 念 泛 在 网 是 在 异 构 网 络 融 合 和 频 谱 资 源 共 享 基 础 上 实 现 无 所 不 在 的 网 络 覆 盖, 是 一 种 基 于 个 人 和 社 会 的 需 求 泛 在 网 利 用 现 有 的 和 新 的 网 络 技 术, 实 现 人 与 人 人 与 物 物 与 物 之 间 无 所 不 在 并 且 按 需 进 行 的 信 息 获 取 传 递 存 储 认 知 决 策 使 用 等 [5] 综 合 服 务 的 网 络 体 系 泛 在 无 线 技 术 是 泛 在 网 在 连 接 物 质 世 界 过 程 中 实 现 末 梢 效 应 和 边 缘 价 值 的 核 心 技 术, 也 是 促 进 物 联 网 产 业 化 应 用 的 关 键 泛 在 网 通 过 泛 在 无 线 技 术 完 成 与 物 质 世 界 的 连 接, 并 且 实 现 环 境 感 知 内 容 感 知 以 及 智 慧 性, 为 个 人 和 社 会 提 供 泛 在 的 无 所 不 含 的 信 息 服 务 和 应 用 泛 在 网 具 有 比 物 联 网 更 广 泛 的 内 涵 作 为 泛 在 无 线 技 术 重 要 组 成 部 分 的 传 感 网 可 以 看 作 是 物 联 网 的 一 种 末 梢 网 络 和 感 知 延 伸 网 传 感 网 是 多 个 由 传 感 器 数 据 处 理 单 元 和 通 信 单 元 组 成 的 节 点, 通 过 自 组 织 方 式 构 成 范 围 受 限 的 无 线 局 域 网 络 传 感 网 为 物 联 网 提 供 事 物 的 连 接 和 信 息 的 感 知 目 前, 与 物 联 网 紧 密 相 关 的 无 线 通 信 技 术 已 渗 透 到 社 会 各 领 域, 成 为 很 多 行 业 的 支 撑, 并 形 成 新 的 经 济 增 长 点 随 着 无 线 通 信 网 络 发 展 所 呈 现 出 的 高 速 化 宽 带 化 异 构 化 泛 在 化 趋 势, 由 于 泛 在 网 络 实 现 的 关 键 就 在 于 泛 在 无 线 技 术, 泛 在 无 线 通 信 成 为 近 年 来 无 线 通 信 领 域 关 注 的 热 点 之 一 作 为 泛 在 无 线 通 信 的 一 个 重 要 应 用, 无 所 不 在 的 物 联 网 通 信 时 代 即 将 来 临, 从 长 远 来 看, 物 联 网 的 产 业 化 应 用 有 望 成 为 后 互 联 网 时 代 经 济 增 长 的 引 擎 通 信 网 络 正 在 朝 着 泛 在 网 络 发 展, 而 泛 在 无 线 接 入 是 泛 在 网 络 和 物 联 网 的 核 心 和 关 键 技 术 泛 在 网 络 能 够 随 时 随 地 提 供 网 络 服 务, 泛 在 网 络 中 用 户 通 过 智 能 终 端 可 以 从 网 络 上 获 得 除 传 统 的 话 音 短 信 视 频 业 务 外 的 各 种 各 样 的 服 务 泛 在 网 络 是 一 个 无 处 不 在 的 网 络, 人 们 可 以 在 任 意 时 间 任 意 地 点 接 入 网 络 泛 在 网 络 帮 助 人 类 实 现 在 任 何 时 间 任 何 地 点, 任 何 人 任 何 物 都 能 顺 畅 地 通 信 通 信 对 象 可 以 是 机 器 对 机 器 机 器 对 人 人 对 机 器 和 人 对 人 随 着 国 民 经 济 的 发 展 和 社 会 信 息 化 水 平 的 日 益 提 高, 泛 在 网 络 已 经 成 为 国 内 外 政 府 学 术 界 运 营 商 社 会 团 体 设 备 厂 商 关 注 的 重 要 话 题 3 泛 在 无 线 通 信 技 术 研 究 进 展 在 物 联 网 产 业 发 展 的 过 程 中, 关 于 泛 在 无 线 通 信 技 术 的 研 究 进 展 已 经 在 业 界 引 起 了 广 泛 的 关 注, 所 涉 及 的 关 键 无 线 技 术 主 要 包 括 : 末 梢 感 知 层 的 关 键 技 术 网 络 融 合 层 的 关 键 技 术 无 线 资 源 管 理 的 关 键 技 术 以 及 对 数 据 进 行 综 合 处 理 的 信 息 处 理 等 关 键 技 术 3.1 末 梢 感 知 层 末 梢 感 知 层 的 关 键 技 术 主 要 涉 及 数 据 的 感 知 采 集 和 传 输 技 术, 其 中 无 线 技 术 主 要 集 中 在 数 据 传 输 部 分 物 联 网 的 末 梢 网 络 主 要 是 以 无 线 传 感 器 为 代 表 的 大 规 模 自 组 织 网 络 结 构 传 感 器 网 络 内 部 署 了 海 量 的 多 种 类 型 传 感 器, 每 个 传 感 器 都 是 一 个 信 息 源, 不 同 类 别 的 传 感 器 对 不 中 兴 通 讯 技 术 02 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr. 2012 Vol.18 No.2 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P7

物 联 网 产 业 化 发 展 思 路 与 泛 在 无 线 通 信 技 术 研 究 朱 洪 波 等 专 题 同 的 环 境 和 信 息 进 行 感 知 并 捕 获 数 据 传 感 器 按 一 定 周 期 采 集 不 同 类 型 的 数 据, 所 采 集 的 信 息 内 容 和 信 息 格 式 也 不 同 数 据 采 集 需 要 采 用 短 距 离 低 功 率 的 无 线 通 信 技 术, 之 后 要 将 数 据 传 输 到 控 制 中 心 或 者 处 理 平 台, 经 过 处 理 后, 由 应 用 平 台 控 制 实 现 不 同 的 系 统 应 用 因 为 本 文 主 要 探 讨 物 联 网 与 无 线 技 术, 因 此, 以 下 着 重 说 明 短 距 离 无 线 通 信 技 术 和 无 线 传 感 器 网 络 3.1.1 短 距 离 无 线 通 信 技 术 鉴 于 物 联 网 的 无 线 连 通 方 式 有 部 署 灵 活 移 动 性 渗 透 性 强 等 特 点, 近 年 来, 世 界 众 多 站 在 技 术 前 沿 的 国 家 和 企 业 在 制 订 标 准 研 究 新 技 术 和 应 用 解 决 方 案 方 面 纷 纷 予 以 关 注, 以 期 掌 握 市 场 主 动 国 家 近 期 也 通 过 一 系 列 措 施 支 持 和 鼓 励 中 短 距 离 无 线 通 信 与 无 线 传 感 技 术 相 关 技 术 的 研 发 和 产 业 化 短 距 离 无 线 通 信 尤 其 适 合 物 联 网 的 感 知 延 伸 层 的 组 网 和 应 用, 尤 其 以 无 线 个 域 网 (WPAN) 为 主 的 无 线 通 信 网 络 为 主 要 内 容 目 前, 主 流 的 微 功 率 短 距 离 的 无 线 通 信 技 术 如 WLAN UWB RFID [6] Bluetooth Zigbee 60 GHz 毫 米 波 的 WPAN 等, 其 中 大 部 分 技 术 的 工 作 频 率 都 集 中 在 了 2.3~2.4 GHz 频 段 上 2.4 GHz 频 段 无 线 系 统 主 要 有 Bluetooth Wi-Fi Wireless USB Zigbee 以 及 无 绳 电 话 和 微 波 炉 等 系 统 与 设 备 如 此 密 集 的 系 统 分 布, 必 然 造 成 该 频 段 的 资 源 紧 缺, 频 谱 日 益 拥 挤, 电 磁 兼 容 问 题 日 益 凸 现 [7-8] 蓝 牙 (Bluetooth) 技 术 是 一 种 适 用 于 短 距 离 无 线 数 据 与 语 音 通 信 的 开 放 性 全 球 规 范 目 前, 蓝 牙 技 术 已 经 经 历 了 艰 难 的 酝 酿 阶 段, 进 入 了 全 面 起 飞 阶 段 蓝 牙 越 来 越 多 地 嵌 入 到 中 高 档 产 品 中, 如 PDA 移 动 电 话 无 绳 电 话 台 式 计 算 机 笔 记 本 计 算 机 MP3 播 放 机 数 字 相 机 和 便 携 式 上 网 设 备 等, 并 从 移 动 信 息 电 器 逐 步 拓 展 到 汽 车 工 业 控 制 医 疗 设 备 等 新 的 领 域 Wi-Fi [9-10] 是 一 种 可 以 将 个 人 电 脑 手 持 设 备 ( 如 PDA 手 机 ) 等 终 端 以 无 线 方 式 互 相 连 接 的 技 术 其 技 术 标 准 采 用 IEEE 802.11b 标 准 Wi-Fi 可 以 帮 助 用 户 访 问 电 子 邮 件 Web 和 流 式 媒 体 它 为 用 户 提 供 了 无 线 的 宽 带 互 联 网 访 问 同 时, 它 也 是 在 家 里 办 公 室 或 在 旅 途 中 上 网 的 快 速 便 捷 的 途 径 在 物 联 网 应 用 中,Wi-Fi 将 作 为 无 线 和 有 线 相 连 接 短 距 离 与 长 距 离 通 信 相 衔 接 的 桥 梁, 发 挥 更 大 的 作 用 Zigbee [11] 使 用 IEEE 802.15.4 标 准 作 为 媒 体 访 问 控 制 (MAC) 和 物 理 (PHY) 层 规 范, 并 在 此 基 础 上 定 义 了 应 用 层 (APL) 网 络 层 以 及 用 户 应 用 框 架 Zigbee 之 所 以 能 在 自 动 控 制 领 域 得 到 广 泛 应 用, 是 由 于 它 自 身 具 备 的 多 种 优 点, 包 括 低 功 耗 低 成 本 低 速 率 近 距 离 短 时 延 高 容 量 高 安 全 免 执 照 频 段 总 之, 除 了 底 层 的 传 感 器 技 术 海 量 的 IPv4/IPv6 地 址 资 源 自 动 控 制 智 能 嵌 入 等 配 套 技 术 之 外, 实 现 真 正 的 无 所 不 在 的 大 规 模 的 物 与 物 联 网, 更 为 重 要 的 是 在 传 输 层 实 现 统 一 协 作 的 通 信 协 议 基 础, 而 这 其 中, 各 种 无 线 电 通 信 技 术, 将 起 到 特 别 关 键 作 用 WPAN WLAN NGBWA 等 无 线 通 信 技 术, 以 及 基 于 这 些 无 线 技 术 相 结 合 的 融 合 应 用 将 是 物 联 网 产 业 链 中, 最 为 重 要 的 组 成 部 分 3.1.2 无 线 传 感 器 网 络 [12-13] 无 线 传 感 器 网 络 将 以 其 网 络 规 模 大 自 组 织 性 强 网 络 拓 扑 动 态 变 化 强 以 数 据 为 中 心 等 优 势 成 为 物 联 网 不 可 或 缺 的 主 要 部 分 ITU 架 构 中 泛 在 传 感 器 网 络 基 础 骨 干 网 络 和 泛 在 传 感 器 接 入 网 络 是 物 联 网 网 络 架 构 中 可 能 采 用 无 线 传 输 技 术 的 部 分, 也 是 物 联 网 频 谱 需 求 的 主 要 来 源 传 感 器 网 络 基 础 骨 干 网 络 以 传 统 的 公 共 移 动 通 信 网 络 和 数 字 集 群 网 络 为 代 表, 泛 在 传 感 器 接 入 网 络 则 以 短 距 离 无 线 传 输 技 术 为 代 表 物 联 网 在 各 个 行 业 ( 如 智 能 家 居 智 能 安 全 动 物 溯 源 智 能 医 院 智 能 交 通 智 能 物 流 等 ) 领 域 应 用 中, 末 端 设 备 和 设 施, 包 括 具 备 内 在 智 能 的 ( 如 传 感 器 移 动 终 端 工 业 系 统 楼 控 系 统 家 庭 智 能 设 施 视 频 监 控 系 统 等 ) 和 外 在 使 能 的 ( 如 贴 上 RFID 的 各 种 资 产 携 带 无 线 终 端 的 个 人 与 车 辆 甚 至 智 能 尘 埃 等 ) 物 理 界 实 体, 都 需 要 通 过 各 种 传 感 器 设 备 无 线 有 线 的 通 信 网 络 实 现 互 联 互 通, 以 实 现 其 智 能 化 物 件 或 动 物 的 特 质, 这 其 中 无 线 传 感 器 网 络 的 应 用 需 求 最 为 强 烈 目 前, 我 们 在 无 线 传 感 器 网 络 方 面 研 发 的 技 术 包 括 : 无 线 传 感 网 接 入 技 术, 内 容 包 括 基 于 无 线 传 感 器 网 络 的 多 网 络 融 合 系 统 结 构 和 多 种 无 线 传 感 器 网 络 接 入 技 术 的 比 较 无 线 传 感 网 路 由 技 术, 内 容 包 括 无 线 传 感 器 网 络 路 由 协 议 设 计 无 线 传 感 网 拓 扑 控 制 技 术, 内 容 包 括 无 线 传 感 器 网 络 功 率 控 制 技 术 和 典 型 的 拓 扑 控 制 方 法 无 线 传 感 网 中 数 据 聚 合 与 管 理, 内 容 包 括 无 线 传 感 网 数 据 聚 合 技 术, 无 线 传 感 网 数 据 管 理 技 术 以 及 无 线 传 感 网 安 全 技 术 3.2 无 线 频 谱 资 源 应 用 与 管 理 策 略 我 们 对 物 联 网 应 用 过 程 中 对 无 线 资 源 特 别 是 无 线 频 谱 资 源 的 需 求 做 了 分 析 在 末 梢 网 络 中, 以 无 线 传 感 器 网 络 的 频 谱 需 求 为 例, 无 线 传 感 器 网 络 所 能 提 供 的 无 线 通 信 带 宽 是 十 分 有 限 的, 特 别 是 在 2.4 GHz 的 通 信 频 段 上, 聚 集 了 蓝 牙 Wi-Fi ZigBee 等 无 线 网 络, 使 得 该 频 段 的 信 道 变 得 十 分 拥 挤 Apr 2012 Vol.18 No.2 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 03 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P8

专 题 朱 洪 波 等 物 联 网 产 业 化 发 展 思 路 与 泛 在 无 线 通 信 技 术 研 究 从 全 局 的 观 点 考 虑, 根 据 ITU-R [14] M.2078 等 国 际 报 告,4G 还 需 要 352~1 152 MHz 的 频 率, 这 些 频 谱 都 是 按 照 4G 的 用 户 流 量 模 型 为 人 与 人 的 通 信 而 设 计 的, 并 不 包 括 物 联 网 的 频 谱 需 求, 因 此 解 决 物 联 网 的 频 谱 需 求 的 难 度 远 远 大 于 4G 无 线 频 谱 资 源 紧 张 可 能 成 为 物 联 网 应 用 的 瓶 颈 问 题 同 时, 我 们 发 现, 可 以 通 过 有 效 的 资 源 管 理 机 制 实 现 频 谱 的 合 理 和 高 效 再 利 用, 从 而 解 决 频 谱 资 源 紧 张 问 题, 使 资 源 的 供 需 达 到 平 衡 无 线 资 源 管 理 可 以 从 国 家 政 策 和 规 划 角 度 得 到 很 好 的 再 配 置, 我 们 也 对 该 方 面 提 出 了 相 关 的 建 议 例 如 对 物 联 网 频 谱 的 合 理 规 划 与 管 理 物 联 网 频 率 划 分 调 整 及 频 率 保 护 政 策 参 照 国 际 惯 例 对 物 联 网 频 谱 进 行 规 划 建 立 物 联 网 的 流 量 模 型 及 常 见 应 用 模 型 为 典 型 的 物 联 网 应 用 制 订 频 谱 标 准 借 鉴 频 谱 拍 卖 机 制 适 当 实 施 频 谱 开 放 计 划 等 等 目 前, 我 们 主 要 从 技 术 方 面 提 出 了 适 合 于 物 联 网 无 线 资 源 管 理 的 各 种 措 施, 包 括 : 从 空 时 频 能 复 用 角 度, 开 发 频 谱 池 频 谱 聚 合 智 能 天 线 软 件 无 线 电 多 点 协 作 等 技 术 ; 在 授 权 频 段 开 发 D2D 直 通 技 术, 在 非 授 权 频 段, 开 发 多 种 短 距 离 通 信 技 术 共 存 技 术 等 ; 从 系 统 级 角 度 开 发 频 谱 分 析 频 谱 决 策 频 谱 监 视 频 谱 搬 移 和 频 谱 共 享 等 频 谱 管 理 技 术 ; 从 频 谱 二 次 利 用 角 度 开 发 可 见 光 通 信 太 赫 兹 通 信 白 色 空 间 通 信 以 及 开 发 2.5 GHz 3.3~3.4 GHz 3.5 GHz 5 GHz 5.15~ 5.725 GHz 等 新 频 段 业 务 ; 此 外, 在 无 线 资 源 管 理 方 面, 着 重 开 发 无 线 技 术 的 电 磁 兼 容 和 电 磁 干 扰 技 术, 为 无 线 资 源 的 有 效 复 用 多 种 技 术 和 系 统 的 高 效 共 存 提 供 保 障 3.3 异 构 网 络 融 合 与 协 同 技 术 网 络 的 异 构 性 主 要 体 现 在 以 下 几 个 方 面 : 不 同 的 无 线 频 段 特 性 导 致 的 频 谱 资 源 使 用 的 异 构 性 不 同 的 组 网 接 入 技 术 所 使 用 的 空 中 接 口 设 计 及 相 关 协 议 在 实 现 方 式 上 的 差 异 性 和 不 可 兼 容 性 业 务 的 多 样 化 终 端 的 多 样 化 不 同 运 营 商 针 对 异 构 网 络 所 实 施 的 相 应 的 运 营 管 理 策 略 不 同 以 上 几 个 方 面 交 叉 联 系, 相 互 影 响 构 成 了 无 线 网 络 的 异 构 性 这 种 异 构 性 对 网 络 的 稳 定 性 可 靠 性 和 高 效 性 带 来 了 挑 战, 同 时 给 移 动 性 管 理 联 合 无 线 资 源 管 理 服 务 质 量 保 证 等 带 来 了 很 大 的 问 题 网 络 融 合 的 主 要 策 略 可 以 理 解 为 各 种 异 构 网 络 之 间, 在 基 础 性 网 络 构 建 的 公 共 通 信 平 台 之 上, 实 现 共 性 的 融 合 与 个 性 的 协 同 所 谓 融 合 是 在 技 术 创 新 和 概 念 创 新 的 基 础 上 对 不 同 系 统 间 共 性 的 整 合, 具 体 是 指 各 种 异 构 网 络 与 作 为 公 共 通 信 平 台 的 移 动 通 信 网 或 者 下 一 代 网 络 的 融 合, 从 而 构 成 一 张 无 所 不 在 的 大 网 所 谓 协 同 则 是 在 技 术 创 新 和 概 念 创 新 的 基 础 上 对 不 同 系 统 间 个 性 的 整 合, 具 体 是 指 大 网 中 的 各 个 接 入 子 网 通 过 彼 此 之 间 的 协 同, 实 现 共 存 竞 争 与 协 作 的 关 系 以 满 足 用 于 的 业 务 和 应 用 需 求 不 同 通 信 网 络 的 融 合 是 为 了 更 好 地 服 务 于 异 构 通 信 网 络 的 协 同 协 同 技 术 是 实 现 多 网 互 通 及 无 线 服 务 的 泛 在 化 高 速 化 和 便 捷 化 的 必 然 选 择, 也 是 未 来 的 物 联 网 频 谱 资 源 共 享 亟 待 解 决 的 问 题 具 体 来 说, 异 构 网 络 融 合 的 实 现 分 为 两 个 阶 段 : 一 是 连 通 阶 段, 二 是 融 合 阶 段 连 通 阶 段 指 各 种 网 络 如 传 感 器 网 络 RFID 网 络 局 域 网 广 域 网 等 都 能 互 联 互 通, 感 知 信 息 和 业 务 信 息 传 送 到 网 络 另 一 端 的 应 用 服 务 器 进 行 处 理 以 支 持 应 用 服 务 融 合 阶 段 是 指 在 网 络 连 通 层 面 的 网 络 平 台 上, 分 布 式 部 署 若 干 信 息 处 理 的 功 能 单 元, 根 据 应 用 需 求 而 在 网 络 中 对 传 递 的 信 息 进 行 收 集 融 合 和 处 理, 从 而 使 基 于 感 知 的 智 能 服 务 实 现 得 更 为 精 确 从 该 阶 段 开 始, 网 络 将 从 提 供 信 息 交 互 功 能 扩 展 到 提 供 智 能 信 息 处 理 功 能 乃 至 支 撑 服 务, 并 且 传 统 的 应 用 服 务 器 网 络 架 构 向 可 管 可 控 可 信 的 集 中 智 慧 参 与 的 网 络 架 构 演 进 因 此, 异 构 网 络 融 合 不 是 对 现 有 网 络 的 革 命 与 颠 覆, 而 是 对 现 有 网 络 分 阶 段 的 演 进 有 效 地 规 划 异 构 网 络 融 合 的 研 究 与 应 用 3.4 海 量 信 息 处 理 技 术 与 云 计 算 在 物 联 网 中, 从 末 梢 网 络 采 集 了 大 量 的 数 据, 这 些 数 据 需 要 进 行 处 理 才 能 实 现 各 种 不 同 的 应 用 需 求 于 是, 海 量 信 息 智 能 处 理 与 云 计 算 技 术 应 运 而 生 根 据 泛 在 无 线 网 络 中 数 据 信 息 的 特 点, 可 以 采 用 诸 如 数 据 时 间 对 准 技 术 集 中 式 数 据 融 合 算 法 及 分 布 式 数 据 融 合 算 法 等 技 术 进 行 数 据 融 合, 采 用 分 类 估 值 预 言 相 关 性 分 组 或 关 联 规 则 聚 集 描 述 和 可 视 化 复 杂 数 据 类 型 (Text Web 图 形 图 像 视 频 音 频 等 ) 挖 掘 等 进 行 数 据 挖 掘 目 前, 我 们 针 对 海 量 信 息 处 理 和 云 计 算 方 面, 建 立 了 相 应 的 实 验 平 台, 涵 盖 网 络 信 息 处 理 等 领 域 的 应 用, 围 绕 机 器 翻 译 语 言 信 息 处 理 海 量 信 息 存 储 与 搜 索 网 络 内 容 技 术 语 义 计 算 Web 挖 掘 与 服 务 云 计 算 网 络 通 信 及 安 全 等 若 干 领 域 的 理 论 技 术 与 应 用 开 展 研 究 4 结 束 语 如 今, 物 联 网 正 越 来 越 多 地 运 用 到 人 们 的 生 活 中 全 中 国 的 力 量 都 被 发 动 起 来 迎 接 物 联 网 时 代 的 到 来, 作 为 科 研 力 量 之 一 的 学 校 和 科 研 团 队 一 直 努 力 在 物 联 网 研 究 方 面 做 出 有 价 值 的 工 作, 目 前, 我 们 研 发 了 智 慧 校 园 系 统 校 园 环 境 控 制 系 统 云 计 算 开 发 平 台, 将 各 种 信 息 与 服 务 孤 下 转 第 14 页 中 兴 通 讯 技 术 04 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr. 2012 Vol.18 No.2 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P9

物 联 网 标 准 化 进 展 ZTE TECHNOLOGY JOURNAL 刘 多 专 题 物 联 网 标 准 化 进 展 Standardization of the Internet of Things 中 图 分 类 号 :TN929.5 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :1009-6868 (2012) 02-0005-005 摘 要 : 物 联 网 是 跨 行 业 跨 领 域 具 有 明 显 交 叉 学 科 特 征 面 向 应 用 的 信 息 基 础 设 施, 其 标 准 需 要 各 行 业 与 通 信 行 业 分 工 协 作 密 切 配 合 文 章 认 为 物 联 网 标 准 需 要 以 应 用 为 主 导 和 牵 引, 需 要 通 信 行 业 积 极 配 合 从 横 向 上 考 虑, 需 做 好 各 行 业 和 部 门 间 的 协 调 合 作, 保 证 各 自 标 准 相 互 衔 接, 满 足 跨 行 业 跨 地 区 的 应 用 需 求 ; 从 纵 向 上 考 虑, 需 确 保 网 络 架 构 层 面 的 互 联 互 通, 做 好 信 息 获 取 传 输 处 理 服 务 等 环 节 标 准 的 配 套 文 章 指 出 特 别 要 加 强 各 个 物 联 网 相 关 标 准 化 组 织 之 间 的 协 调 沟 通, 建 立 及 时 有 效 的 联 络 机 制, 使 其 明 确 各 自 定 位 和 范 围, 共 同 做 好 物 联 网 标 准 体 系 建 设 关 键 词 : 物 联 网 ; 智 能 电 网 ; 标 准 化 体 系 Abstract: The Internet of things is a global infrastructure that is application oriented, interdisciplinary, and that cuts across industries. The development of IoT standards is based on the requirements of IoT applications, and close collaboration is needed between communication industries and other industries. On the one hand, collaboration between different industries and departments is needed to ensure standards are connected and meet the requirements of cross-industry applications. On the other hand, internetworking and interoperability are needed between different layers for information capturing, transmission, processing, and services. Improving coordination between various IoT standardization organizations is necessary, and more effective liaison mechanisms need to be established to improve the systems used to devise IoT standards. Keywords: 基 金 项 目 : 国 家 科 技 重 大 专 项 (2011ZX03005-005) Internet of things; smart grid; standard system 联 网 对 于 促 进 社 会 信 息 化 建 设 物 和 经 济 发 展 具 有 重 要 的 意 义, 因 此 全 球 多 个 国 家 和 地 区 都 把 物 联 网 作 为 其 重 要 的 经 济 和 科 技 发 展 战 略, 给 予 了 高 度 的 重 视 物 联 网 的 发 展 依 赖 于 多 个 方 面 的 因 素, 包 括 法 律 技 术 产 业 标 准 等, 其 中 标 准 是 物 联 网 大 规 模 产 业 化 发 展 和 互 联 互 通 的 先 决 条 件, 因 此 多 个 国 家 / 地 区 的 政 府 和 全 球 的 众 多 标 准 化 组 织 都 在 积 极 开 展 物 联 网 的 标 准 化 工 作, 并 在 有 些 领 域 取 得 了 一 些 成 效 1 物 联 网 的 概 念 目 前 与 物 联 网 相 关 的 概 念 很 多, 包 括 物 联 网 泛 在 网 智 能 电 网 机 器 到 机 器 的 通 信 (M2M) 等, 他 们 所 涵 盖 的 范 围 和 重 点 不 同, 但 都 有 密 切 的 相 关 性 物 联 网 是 泛 在 网 发 展 的 初 级 阶 段, 智 能 电 网 是 物 联 网 技 术 在 电 力 行 业 的 应 用,M2M 则 是 与 通 信 网 络 相 连 的 具 备 通 信 能 力 的 终 端 设 备 之 间 的 通 信 一 般 电 信 运 营 商 将 利 用 其 网 络 实 现 的 应 用 叫 做 M2M 应 用, 其 是 刘 多 /LIU Duo ( 工 业 和 信 息 化 部 电 信 研 究 院, 北 京 100191) (China Academy of Telecommunication Research, Beijing 100191, China) 物 联 网 的 一 个 组 成 部 分 在 不 同 的 国 家 和 地 区, 所 使 用 的 名 词 术 语 也 不 尽 相 同, 例 如 在 欧 洲, 主 要 提 及 物 联 网 和 机 器 到 机 器 的 通 信 ; 在 美 国, 则 把 物 联 网 的 具 体 应 用 智 能 电 网 作 为 国 家 战 略 项 目, 而 不 强 调 泛 在 网 和 物 联 网 ; 在 日 本 和 韩 国, 则 更 加 强 调 泛 在 网 和 泛 在 社 会 愿 景 但 无 论 用 哪 一 种 说 法, 其 实 质 都 是 通 过 射 频 标 识 (RFID) 和 传 感 器 等 可 标 识 和 感 知 的 设 备 获 取 物 的 信 息 从 而 为 各 行 各 业 提 供 服 务 国 际 电 信 联 盟 (ITU-T) 的 物 联 网 全 球 标 准 化 工 作 组 (IoT-GSI) 于 2011 [1] 年 11 月 初 步 给 出 了 物 联 网 的 概 念, 即 物 联 网 是 全 球 信 息 社 会 基 础 设 施, 物 与 物 ( 包 括 物 理 的 和 虚 拟 的 ) 之 间 通 过 现 有 的 和 演 进 的 信 息 通 信 技 术 进 行 互 联 从 而 提 供 先 进 的 服 务 物 联 网 通 过 识 别 数 据 获 取 处 理 和 通 信 等 能 力, 在 保 证 隐 私 的 条 件 下 利 用 物 向 所 有 的 应 用 提 供 服 务 物 理 的 物 通 常 是 指 可 以 看 得 见 或 触 摸 到 的 在 物 理 世 界 存 在 的 实 体, 可 以 被 感 知 和 / 或 操 作, 虚 拟 的 物 是 指 在 信 息 通 信 系 统 能 够 被 识 别 和 访 问 的 可 以 标 准 化 的 具 有 标 识 的 对 象, 能 够 被 获 取 存 储 分 析 或 控 制 物 理 世 界 的 物 通 常 可 以 对 应 到 虚 拟 的 物 从 而 提 供 与 物 相 关 的 服 务, 但 有 些 虚 拟 的 物 没 有 物 理 世 界 的 物 与 之 相 对 应, 例 如 Apr 2012 Vol.18 No.2 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 05 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P10

专 题 刘 多 物 联 网 标 准 化 进 展 数 字 动 画 片 等 2 物 联 网 的 核 心 特 征 物 联 网 之 所 以 冠 以 一 个 新 的 名 词, 一 定 有 它 不 同 于 其 他 现 有 的 网 络 和 服 务 的 特 征 ITU-T 正 在 研 究 的 建 议 草 案 物 联 网 概 述 给 出 了 物 联 网 的 如 下 核 心 特 征 : 基 于 标 识 的 连 接 物 联 网 需 要 支 持 建 立 基 于 标 识 的 物 与 物 之 间 的 连 接, 并 支 持 用 统 一 的 方 式 处 理 异 构 的 标 识 自 动 组 网 为 了 在 不 同 的 应 用 中 适 配 不 同 的 通 信 环 境 和 不 同 类 型 的 传 感 器 / 执 行 器, 物 联 网 需 支 持 自 动 组 网 功 能, 包 括 自 我 配 置 自 我 修 复 自 我 优 化 和 自 我 保 护 的 技 术 和 机 制 业 务 的 自 动 提 供 根 据 运 营 者 或 用 户 配 置 的 规 则 而 自 动 地 获 取 通 信 和 处 理 物 的 数 据, 业 务 的 自 动 提 供 依 赖 于 自 动 数 据 聚 合 和 数 据 挖 掘 的 技 术 基 于 位 置 的 通 信 一 些 物 由 于 没 有 被 分 配 网 络 地 址 而 只 有 标 签, 所 以 这 些 与 物 相 关 的 通 信 将 依 赖 于 物 的 位 置 信 息 这 些 物 的 位 置 信 息 可 以 用 于 定 位 物 的 终 端 节 点, 例 如 RFID 阅 读 器 基 于 位 置 的 通 信 将 受 限 于 法 律 和 监 管 基 于 位 置 的 服 务 物 联 网 中 的 一 些 生 成 编 译 选 择 和 过 滤 信 息 的 服 务 要 基 于 物 的 位 置 用 户 不 需 要 手 动 输 入 位 置 信 息, 这 些 位 置 信 息 被 自 动 感 知 和 跟 踪 物 联 网 中 的 位 置 信 息 在 物 理 世 界 是 有 意 义 的, 而 不 同 于 现 有 的 网 络 数 据 源 的 鉴 权 物 联 网 对 数 据 源 的 鉴 权 主 要 包 含 以 下 两 个 方 面, 一 方 面 是 鉴 权 发 送 数 据 的 物 是 真 实 的 ; 另 外 一 方 面 是 鉴 权 传 送 的 和 存 储 的 数 据, 用 以 保 证 这 些 数 据 是 原 始 的 数 据 隐 私 保 护 很 多 人 工 的 物 有 其 拥 有 者 和 使 用 者 所 感 知 的 数 据 可 能 包 含 与 他 们 的 拥 有 者 和 使 用 者 相 关 的 私 人 信 息 物 联 网 需 在 传 送 汇 集 存 储 挖 掘 和 处 理 数 据 过 程 中 支 持 隐 私 保 护, 但 隐 私 保 护 不 能 为 数 据 源 鉴 权 设 置 障 碍 与 人 体 相 关 的 高 质 量 和 高 安 全 性 服 务 低 质 量 或 不 安 全 的 服 务 将 有 害 于 人 的 身 体 这 类 服 务 在 不 同 的 国 家 有 不 同 的 法 律 和 管 制 政 策 3 物 联 网 的 标 准 化 特 点 物 联 网 不 是 全 新 的 网 络 和 应 用 物 联 网 是 在 现 有 电 信 网 互 联 网 行 业 专 用 网 的 基 础 上, 增 强 网 络 延 伸 和 信 息 感 知 的 能 力 和 信 息 处 理 能 力, 基 于 应 用 的 需 求 构 建 的 信 息 通 信 融 合 应 用 的 基 础 设 施, 因 此 物 联 网 不 是 新 的 网 络 和 应 用, 而 是 多 年 来 各 行 各 业 应 用 与 信 息 通 信 技 术 融 合 发 展 的 产 物 物 联 网 的 应 用 和 感 知 设 备 呈 现 跨 行 业 的 多 样 性 物 联 网 应 用 涉 及 经 济 与 社 会 发 展 的 各 个 行 业 和 领 域, 并 与 各 自 业 务 流 程 紧 密 结 合, 具 有 应 用 跨 度 大 需 求 长 尾 化 产 业 分 散 度 高 产 业 链 长 和 技 术 集 成 性 高 的 特 点 物 联 网 的 应 用 按 照 最 终 用 户 来 进 行 分 类, 可 以 分 为 公 共 服 务 ( 服 务 于 普 通 消 费 者, 例 如 智 能 家 居 手 机 支 付 等 ) 和 行 业 服 务 ( 服 务 于 各 行 各 业, 例 如 智 能 电 网 智 能 物 流 等 ) 由 于 应 用 的 不 同, 应 用 所 需 感 知 的 内 容 不 同, 因 此 对 感 知 设 备 的 性 能 和 接 口 要 求 也 不 一 样 物 联 网 应 用 的 提 供 者 是 各 行 各 业, 应 用 提 供 者 利 用 信 息 通 信 技 术 和 网 络 为 其 提 供 服 务 物 联 网 是 各 行 各 业 应 用 与 信 息 通 信 技 术 融 合 发 展 的 产 物, 各 行 各 业 的 应 用 提 供 者 是 物 联 网 应 用 的 主 体, 其 应 用 种 类 繁 多, 需 求 差 异 较 大 信 息 通 信 行 业 是 其 中 一 个 行 业, 但 因 通 信 行 业 具 有 网 络 规 模 大 覆 盖 范 围 广 的 优 势, 因 此 能 够 为 其 他 行 业 提 供 信 息 通 信 基 础 网 络 设 施 物 联 网 的 上 述 特 点 决 定 了 物 联 网 的 标 准 化 特 点, 即 物 联 网 的 标 准 不 是 某 一 个 行 业 或 仅 仅 信 息 通 信 行 业 所 能 够 单 独 完 成 的, 而 需 要 各 行 各 业 与 信 息 通 信 行 业 共 同 制 订, 才 能 既 符 合 行 业 需 求, 也 能 将 最 好 的 最 适 合 的 信 息 通 信 技 术 应 用 于 各 个 行 业, 因 此 物 联 网 的 标 准 既 包 含 行 业 应 用 和 特 定 行 业 需 求 的 标 准, 例 如 电 力 交 通 医 疗 等 行 业 标 准, 同 时 也 包 含 信 息 通 信 行 业 的 标 准, 例 如 感 知 通 信 和 信 息 处 理 等 技 术 标 准 4 物 联 网 的 标 准 化 现 状 基 于 以 上 的 物 联 网 标 准 化 特 点, 物 联 网 的 标 准 化 工 作 在 全 球 的 多 个 标 准 化 组 织 竞 相 展 开, 包 括 国 际 标 准 化 组 织 ( 如 ITU ISO 和 IEC) 区 域 性 标 准 化 组 织 ( 如 ETSI) 国 家 标 准 化 组 织 ( 如 CCSA ATIS TTA TTC) 行 业 标 准 化 组 织 论 坛 和 任 务 组 ( 如 IETF IEEE OMA) 等, 这 些 标 准 化 组 织 各 自 沿 着 自 己 擅 长 的 领 域 进 行 研 究, 所 开 发 的 标 准 有 重 叠 也 有 分 工, 但 他 们 之 间 的 竞 争 大 于 合 作, 目 前 尚 缺 乏 整 体 的 协 调 组 织 和 配 合 在 各 标 准 化 组 织 进 行 研 究 的 同 时, 有 些 行 业 标 准 在 国 家 或 地 区 政 府 的 推 动 下 也 在 快 速 形 成, 这 些 行 业 应 用 的 标 准 带 动 了 相 关 标 准 化 组 织 之 间 的 分 工 和 合 作, 为 物 联 网 标 准 做 出 了 实 质 性 的 贡 献 目 前 在 行 业 应 用 标 准 化 方 面, 智 能 电 网 智 能 交 通 和 智 能 医 疗 等 方 面 的 进 展 比 较 快 4.1 国 际 标 准 化 组 织 的 物 联 网 标 准 进 展 物 联 网 涉 及 的 范 围 很 广, 因 此 目 前 与 之 相 关 的 国 际 标 准 化 组 织 和 工 业 标 准 化 组 织 都 在 从 事 物 联 网 相 关 的 标 准 化 工 作, 如 图 1 所 示 下 面 介 绍 几 个 主 要 的 标 准 化 组 织 的 研 究 进 展 情 况 ITU-T 专 门 成 立 了 物 联 网 全 球 标 准 化 工 作 组 (IoT-GSI), 正 在 研 究 物 联 网 定 义 和 物 联 网 概 述 两 个 国 际 建 议, 并 在 2012 年 2 月 份 通 过 在 物 联 网 概 述 建 议 草 案 中 给 出 了 物 中 兴 通 讯 技 术 06 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr. 2012 Vol.18 No.2 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P11

物 联 网 标 准 化 进 展 ZTE TECHNOLOGY JOURNAL 刘 多 专 题 IEEE 802.15.4 的 物 理 层 和 媒 体 访 问 控 制 (MAC) 层 技 术, 重 点 制 订 了 网 络 层 和 应 用 层 协 议, 支 持 Mesh 和 簇 状 动 态 路 由 网 络, 在 目 前 的 无 线 传 感 器 网 络 中 得 到 广 泛 应 用 图 1 物 联 网 相 关 的 国 际 标 准 组 织 联 网 的 体 系 架 构, 如 图 2 所 示 从 图 2 可 见, 在 业 务 / 应 用 支 撑 层 能 力 管 理 能 力 和 安 全 能 力 方 面 都 分 为 两 个 方 面 的 能 力, 即 通 用 能 力 和 面 向 某 类 应 用 的 特 定 能 力, 比 如 智 能 电 网 和 智 能 交 通 所 需 的 能 力 可 能 不 同 IEEE 主 要 研 究 IEEE 802.15 低 速 近 距 离 无 线 通 信 技 术 标 准, 并 针 对 智 能 电 网 开 展 了 大 量 工 作 IEEE P2030 技 术 委 员 会 成 立 于 2009 年 5 月, 分 为 电 力 信 息 和 通 信 3 个 工 作 组, 旨 在 为 理 解 和 定 义 智 能 电 网 互 操 作 性 提 供 技 术 基 础 和 指 南, 针 对 NIST 智 能 电 网 应 用 各 个 环 节, 帮 助 电 力 系 统 与 应 用 和 设 备 协 同 工 作, 确 定 模 块 和 接 口, 为 智 能 电 网 相 关 的 标 准 制 订 奠 定 基 础 IEEE 2010 年 4 月 发 布 了 P2030 草 案 ETSI 成 立 了 M2M 技 术 委 员 会, 对 M2M 需 求 网 络 架 构 智 能 电 网 智 能 医 疗 城 市 自 动 化 等 方 面 进 行 了 研 究, 并 陆 续 出 台 了 多 个 技 术 规 范 IETF 制 订 以 IP 协 议 为 基 础 的, 适 应 感 知 延 伸 层 特 点 的 组 网 协 议 目 前 IETF 的 工 作 主 要 集 中 于 6LoWPAN 和 ROLL 协 议 两 个 方 面,6LoWPAN 以 IEEE 802.15.4 为 基 础, 针 对 传 感 器 节 点 低 开 销 低 复 杂 度 低 功 耗 的 要 求, 对 现 有 IPv6 系 统 进 行 改 造, 压 缩 包 头 信 息, 提 高 对 感 知 延 伸 层 应 用 的 使 用 能 力 而 ROLL 的 目 标 是 使 公 共 的 可 互 操 作 的 第 3 层 路 由 能 够 穿 越 任 何 数 量 的 基 本 链 路 层 协 议 和 物 理 媒 体, 例 如, 一 个 公 共 路 由 协 议 能 够 工 作 在 各 种 网 络, 如 802.15.4 无 线 传 感 网 络 蓝 牙 个 人 区 域 网 络 以 及 未 来 低 功 耗 802.11 Wi-Fi 网 络 之 内 和 之 间 目 前 6LoWPAN 已 进 入 标 准 化 的 中 期 阶 段, 而 ROLL 仍 处 于 草 案 阶 段 3GPP 结 合 移 动 通 信 网 研 究 M2M 的 需 求 架 构 以 及 对 无 线 接 入 的 优 化 技 术 ; 其 SA 和 RAN 分 别 针 对 网 络 架 构 核 心 网 以 及 无 线 接 入 网 开 展 了 工 作, 目 前 网 络 架 构 的 增 强 已 经 进 入 实 质 性 工 作 阶 段, 而 无 线 接 入 网 的 增 强 仍 处 于 研 究 阶 段 ZigBee 联 盟 的 Zigbee 协 议 基 于 管 理 能 力 ( 通 用 管 理 能 力 特 定 管 理 能 力 ) 应 用 层 业 务 / 应 用 支 撑 层 网 络 层 端 点 层 图 2 物 联 网 的 体 系 架 构 通 用 支 撑 能 力 终 端 能 力 4.2 智 能 电 网 的 标 准 进 展 智 能 电 网 的 标 准 推 进 主 要 来 自 于 政 府 行 业 标 准 化 开 发 组 织 和 协 会 等 几 个 方 面 的 力 量 美 国 和 欧 盟 都 通 过 法 案 将 智 能 电 网 的 建 设 作 为 重 要 战 略, 组 织 多 个 标 准 化 组 织 进 行 分 工 合 作, 极 大 地 促 进 了 智 能 电 网 的 标 准 化 工 作, 使 得 智 能 电 网 成 为 目 前 物 联 网 标 准 化 最 活 跃 和 有 成 果 的 领 域, 也 成 为 垂 直 行 业 标 准 化 的 典 范 美 国 能 源 部 于 2003 年 7 月 就 提 出 建 设 现 代 化 电 力 系 统, 以 确 保 经 济 安 全 和 促 进 电 力 系 统 自 身 的 安 全 运 行, 并 于 2007 年 12 月 通 过 了 能 源 独 立 与 安 全 法 案 2007, 确 立 了 国 家 层 面 的 电 网 现 代 化 政 策, 并 指 定 由 美 国 标 准 与 技 术 研 究 院 (NIST) 负 责 协 调 相 关 部 门 和 相 关 标 准 化 组 织 进 行 分 工 合 作 制 订 智 能 电 网 标 准 NIST 制 订 了 3 个 阶 段 的 智 能 电 网 互 操 作 计 划, 并 在 第 二 阶 段 成 立 了 智 能 电 网 互 操 作 小 组 (SGIP), 成 员 包 括 680 个 组 织 成 员 1 794 位 个 人 成 员, 主 要 包 括 电 力 企 业 电 子 产 业 提 供 商 自 动 化 和 物 联 网 应 用 组 网 能 力 传 送 能 力 特 定 支 撑 能 力 网 关 能 力 端 节 点 能 力 安 全 能 力 ( 通 用 安 全 能 力 特 定 安 全 能 力 ) Apr 2012 Vol.18 No.2 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 07 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P12

专 题 刘 多 物 联 网 标 准 化 进 展 端 用 户 功 能 请 求 和 响 应 本 地 发 电 和 存 储 插 入 式 电 动 汽 车 计 费 楼 内 / 家 内 能 源 管 理 自 动 化 电 网 功 能 有 效 智 能 能 源 分 配 可 再 生 的 集 中 或 分 布 发 电 图 3 智 能 电 网 的 体 系 架 构 电 器 提 供 商 标 准 化 组 织 IT 和 电 信 公 司 独 立 系 统 运 营 商 和 区 域 性 传 输 组 织 产 业 协 会 等 在 组 织 成 员 中 包 括 国 际 标 准 化 组 织 ( 如 IEC) 标 准 开 发 组 织 ( 如 IEEE IETF SAE International 等 ) 美 国 标 准 化 组 织 ( 如 ANSI 北 美 电 力 可 靠 性 公 司 等 ) NIST 于 2009 年 9 月 发 布 了 智 能 电 网 互 操 作 框 架 和 演 进 的 1.0 版 本, 并 于 2010 年 2 月 发 布 了 智 能 电 网 网 络 安 全 战 略 和 需 求, 包 括 安 全 战 略 对 逻 辑 接 口 安 全 隐 私 保 护, 以 及 对 现 有 相 关 标 准 的 分 析 目 前 已 经 发 布 的 指 南 包 括 智 能 电 网 互 操 作 框 架 和 路 线 图 草 案 版 本 1.0, 其 中 包 含 25 项 标 准 和 50 项 侯 选 标 准 欧 盟 委 员 会 (EU) 的 智 能 电 网 标 准 化 推 动 工 作 从 2009 年 3 月 颁 发 的 M441 指 令 开 始,2010 年 6 月 EU 发 布 指 令 M468, 要 求 欧 洲 各 标 准 组 织 回 顾 和 制 订 电 动 汽 车 相 关 标 准, 以 实 现 充 电 器 供 电 站 等 相 关 设 备 之 间 的 互 操 作 2011 年 3 月 EU 发 布 指 令 M490, 要 求 欧 洲 各 标 准 组 织 在 2012 年 底 之 前 制 订 推 动 高 级 智 能 电 网 业 务 应 用 的 标 准 2011 年 4 月,EU 发 布 Smart Grids: from innovation to deployment 文 件, 从 标 准 管 制 等 方 面 说 明 了 对 智 能 电 网 的 推 动 措 施 分 布 式 能 源 存 储 应 用 功 能 信 息 管 理 ( 数 据 句 法 语 义 存 储 ) 客 户 管 理 ( 签 约 账 单 ) 能 源 市 场 和 动 态 定 价 请 求 和 响 应 电 表 控 制 维 护 电 表 读 取 和 数 据 管 理 智 能 电 表 功 能 网 络 功 能 服 务 质 量 管 理 可 靠 数 据 传 送 计 量 网 络 能 源 控 制 功 能 广 域 获 知 分 配 系 统 欧 盟 为 推 动 智 能 电 网 的 标 准 化 工 作, 成 立 了 若 干 专 家 组, 主 要 的 标 准 化 机 构 包 括 ETSI CEN 和 CENELEC,ETSI 专 门 成 立 了 M2M 技 术 委 员 会, 并 完 成 了 M2M 应 用 系 统 架 构 智 能 电 网 电 表 等 标 准 除 了 上 述 的 美 国 和 欧 盟 的 强 力 推 动, 国 际 上 相 关 的 标 准 化 组 织 也 都 在 对 智 能 电 网 的 相 关 标 准 进 行 研 究, 包 括 ITU ISO Zigbee OASIS 等, ITU-T 专 门 成 立 了 智 能 电 网 焦 点 组 (SG FG), 完 成 了 5 份 技 术 报 告, 包 括 智 能 电 网 名 词 术 语 智 能 电 网 使 用 案 例 智 能 电 网 概 述 智 能 电 网 的 通 信 需 求 智 能 电 网 体 系 架 构 智 能 电 网 [2] 的 体 系 架 构 如 图 3 所 示 中 国 在 智 能 电 网 方 面 也 在 制 订 相 应 的 标 准, 包 括 国 网 信 通 公 司 和 中 国 通 信 标 准 化 协 会 (CCSA) CCSA 正 在 制 订 面 向 智 能 电 网 中 物 联 网 应 用 的 无 线 技 术 研 究 安 全 功 能 物 理 系 统 运 行 表 1 CCSA TC10 的 组 织 结 构 及 工 作 范 围 应 用 层 应 用 工 作 组 (WG2): 对 各 种 泛 在 网 业 务 的 应 用 及 业 务 应 用 中 间 件 等 内 容 进 行 研 究 及 标 准 化 监 测 和 管 理 恢 复 ( 监 控 和 数 据 采 集 ) 支 持 插 入 式 电 动 汽 车 计 费 能 力 管 理 数 据 聚 合 监 控 和 数 据 采 集 网 络 网 络 层 管 理 功 能 提 供 ( 服 务 质 量 可 获 得 性 ) 运 行 差 错 诊 断 和 恢 复 网 络 工 作 组 (WG3): 研 发 网 络 中 业 务 能 力 层 的 相 关 标 准, 负 责 现 有 网 络 的 优 化 异 构 网 络 间 的 交 互 协 同 工 作 等 方 面 的 研 究 及 标 准 化 经 过 各 界 的 努 力, 智 能 电 网 的 标 准 化 体 系 已 经 初 步 形 成, 包 括 名 词 术 语 需 求 体 系 架 构 电 力 系 统 标 准 无 线 通 信 标 准 面 向 物 联 网 的 轻 量 级 IP 标 准 互 联 互 通 标 准 等, 这 些 标 准 不 仅 为 智 能 电 网 的 实 施 做 出 了 贡 献, 也 为 物 联 网 标 准 体 系 奠 定 了 基 础 4.3 中 国 通 信 标 准 化 协 会 中 国 通 信 标 准 化 协 会 (CCSA) 于 2010 年 2 月 专 门 成 立 了 泛 在 网 技 术 工 作 委 员 会 (TC10), 下 设 4 个 工 作 组, 对 物 联 网 的 共 性 总 体 标 准 应 用 标 准 网 络 标 准 和 感 知 延 伸 等 标 准 进 行 了 全 面 的 研 究 和 行 业 标 准 的 制 订 表 1 列 出 了 此 技 术 工 作 委 员 会 的 组 织 架 构 和 工 作 范 围 自 成 立 以 来,TC10 已 共 计 完 成 行 标 技 术 报 告 和 研 究 课 题 立 项 31 项, 内 容 涵 盖 了 物 联 网 标 准 体 系 中 的 3 个 层 次 以 及 相 关 的 总 体 架 构 和 公 共 技 术 其 中, 涉 及 总 体 架 构 和 公 共 技 术 的 立 项 6 项, 涉 及 物 联 网 应 用 层 的 立 项 16 项, 涉 及 物 联 网 网 络 层 的 立 项 4 项, 涉 及 物 联 网 感 知 延 伸 层 的 立 项 5 项 同 时 CCSA 与 智 能 交 通 标 准 工 作 组 签 订 了 合 作 协 议, 对 智 能 交 通 的 标 准 进 行 合 作 5 物 联 网 标 准 化 体 系 的 构 建 物 联 网 是 跨 行 业 跨 领 域 具 有 明 显 交 叉 学 科 特 征 面 向 应 用 的 信 息 基 础 设 施, 因 此 构 建 物 联 网 的 标 准 体 系 时, 不 仅 要 考 虑 已 有 行 业 制 订 的 标 准, 而 且 要 兼 顾 物 联 网 服 务 体 系 的 发 展 需 要 ; 要 避 免 不 同 行 业 标 准 组 织 的 重 复 制 订, 还 要 做 好 各 行 业 和 部 门 间 的 协 调 合 作, 保 证 各 自 标 准 相 互 衔 感 知 延 伸 层 感 知 / 延 伸 工 作 组 (WG4): 对 信 息 采 集 获 取 的 前 端 及 相 应 的 网 络 技 术 进 行 研 究 及 标 准 化 重 点 解 决 各 种 泛 在 感 知 节 点, 以 多 种 信 息 获 取 技 术 ( 包 括 传 感 器 RFID 近 距 离 通 信 等 ) 多 样 化 的 网 络 形 态 进 行 信 息 的 获 取 及 传 递 的 问 题 总 体 工 作 组 (WG1): 通 过 对 标 准 体 系 的 研 究, 重 点 负 责 泛 在 网 络 所 涉 及 的 名 词 术 语 总 体 需 求 框 架 以 及 码 号 寻 址 和 解 析 频 谱 资 源 安 全 服 务 质 量 管 理 等 方 面 的 研 究 和 标 准 化 中 兴 通 讯 技 术 08 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr. 2012 Vol.18 No.2 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P13

物 联 网 标 准 化 进 展 ZTE TECHNOLOGY JOURNAL 刘 多 专 题 接, 满 足 跨 行 业 跨 地 区 的 应 用 需 求 物 联 网 标 准 化 体 系 应 由 物 联 网 总 体 标 准 物 联 网 共 性 技 术 标 准 以 及 行 业 物 联 网 标 准 构 成 物 联 网 总 体 标 准 由 基 本 类 标 准 物 联 网 需 求 类 标 准 物 联 网 架 构 类 标 准 物 联 网 评 估 和 测 试 类 标 准 构 成 基 本 类 标 准 将 包 括 物 联 网 基 本 术 语 物 联 网 的 总 体 参 考 模 型 物 联 网 标 准 指 南 等 ; 物 联 网 需 求 类 标 准 包 括 物 联 网 的 总 体 技 术 要 求 物 联 网 安 全 的 总 体 技 术 要 求 物 联 网 服 务 质 量 总 体 要 求 物 联 网 标 识 和 解 析 总 体 需 求 ; 物 联 网 架 构 类 标 准 包 括 物 联 网 系 统 的 总 体 架 构 物 联 网 安 全 的 总 体 架 构 物 联 网 标 识 和 解 析 的 总 体 架 构 智 慧 城 市 总 体 架 构 等 ; 物 联 网 评 估 和 测 试 类 标 准 包 括 物 联 网 应 用 评 估 物 联 网 公 共 测 试 等 物 联 网 共 性 技 术 标 准 包 括 信 息 感 知 技 术 类 标 准 信 息 传 输 技 术 类 标 准 信 息 开 放 技 术 类 标 准 和 信 息 处 理 技 术 类 标 准, 这 些 标 准 是 用 于 不 同 行 业 物 联 网 的 共 性 技 术 标 准 物 联 网 共 性 标 准 基 于 可 重 用 于 物 联 网 应 用 的 现 有 各 类 信 息 通 信 技 术 标 准, 同 时 各 类 ICT 技 术 标 准 也 面 向 物 联 网 应 用 发 展 增 强 行 业 物 联 网 标 准 由 公 共 服 务 和 智 能 电 网 智 能 交 通 智 能 医 疗 等 垂 直 行 业 物 联 网 标 准 构 成 物 联 网 的 纵 向 模 型 分 为 感 知 层 网 络 层 应 用 层, 因 此 行 业 物 联 网 标 准 包 括 行 业 应 用 和 公 共 服 务 特 定 的 感 知 标 准 网 络 标 准 和 行 业 应 用 标 准 行 业 物 联 网 标 准 将 遵 循 物 联 网 总 体 性 标 准 和 共 性 技 术 标 准 的 要 求, 面 向 行 业 应 用 需 求, 研 制 开 发 行 业 特 有 的 技 术 产 品 和 应 用 类 标 准 6 结 束 语 物 联 网 应 用 涉 及 到 各 个 行 业 各 个 产 业, 因 此 物 联 网 的 标 准 需 要 形 成 以 需 求 方 为 主 导, 通 信 行 业 标 准 积 极 配 合 的 局 面 从 横 向 上 考 虑, 需 做 好 各 行 业 和 部 门 间 的 协 调 合 作, 保 证 各 自 标 准 相 互 衔 接, 满 足 跨 行 业 跨 地 区 的 应 用 需 求 ; 从 纵 向 上 考 虑, 确 保 网 络 架 构 层 面 的 互 联 互 通, 做 好 信 息 获 取 传 输 处 理 服 务 等 环 节 标 准 的 配 套 特 别 是 加 强 各 个 物 联 网 相 关 标 准 化 组 织 之 间 的 协 调 沟 通, 建 立 及 时 有 效 的 联 络 机 制, 使 其 明 确 各 自 定 位 和 范 围, 共 同 做 好 物 联 网 标 准 体 系 建 设 物 联 网 的 标 准 体 系 构 建 需 要 经 历 以 下 3 个 阶 段 : 阶 段 1, 着 重 行 业 应 用 和 公 共 服 务 标 准 的 制 订, 每 一 类 应 用 自 成 体 系, 其 中 包 括 行 业 本 身 的 标 准 和 本 行 业 对 通 信 技 术 的 要 求 ; 阶 段 2, 对 阶 段 1 各 类 应 用 的 标 准 进 行 收 集 分 析, 从 而 提 取 出 共 性 标 准, 尤 其 是 共 性 的 通 信 类 要 求 和 接 口 标 准 ; 阶 段 3, 用 阶 段 2 的 共 性 标 准 指 导 行 业 应 用 和 公 共 服 务 的 实 施, 并 不 断 完 善 阶 段 2 的 共 性 标 准 其 中 物 联 网 的 总 体 标 准 将 贯 穿 这 3 个 阶 段, 并 不 断 深 化 和 完 善 目 前 全 球 的 物 联 网 标 准 处 于 阶 段 2, 即 尚 处 于 收 集 应 用 实 例, 分 析 现 有 需 求 和 架 构, 提 取 共 性 需 求 能 力 和 架 构 的 阶 段 7 参 考 文 献 [1] ITU-T draft Recommendation of Y. IoT-Overview [S]. 2012. [2] ITU-T SG-FG. Output Document of Smart Grid Architecture [S]. 2012. 收 稿 日 期 :2012-02-06 作 者 简 介 刘 多, 工 业 和 信 息 化 部 电 信 研 究 院 副 院 长 教 授 级 高 级 工 程 师, 中 国 通 信 标 准 化 协 会 副 秘 书 长, 中 国 通 信 标 准 化 协 会 泛 在 网 技 术 工 作 委 员 会 主 席, 中 国 下 一 代 互 联 网 第 二 届 专 家 委 秘 书 长, 互 动 媒 体 产 业 联 盟 秘 书 长, 国 际 电 信 联 盟 标 准 局 (ITU-T) 第 13 研 究 组 (SG13) 副 主 席,ITU-T 物 联 网 全 球 标 准 化 技 术 和 战 略 工 作 组 (IoT-GSI TSR) 主 席 综 合 信 息 中 兴 通 讯 推 出 U-Government 方 案 本 刊 讯 2012 年 3 月 7 日, 在 博 茨 瓦 纳 世 界 数 字 政 府 论 坛 中, 中 兴 通 讯 对 外 发 布 其 U-Government 数 字 政 府 解 决 方 案, 中 兴 通 讯 将 采 用 现 代 化 的 信 息 通 信 技 术 网 络 通 信 技 术, 进 行 信 息 通 信 基 础 设 施 建 设 和 办 公 自 动 化 等 方 面 的 建 设, 致 力 于 助 力 政 府 及 相 关 部 门 建 设 高 速 和 高 可 靠 的 信 息 交 互 系 统, 提 高 信 息 化 水 平, 改 善 政 府 效 率, 实 现 可 持 续 发 展 随 着 各 个 国 家 在 行 业 信 息 化 和 企 业 信 息 化 领 域 的 大 力 推 进 ICT 融 合 的 进 一 步 加 速, 政 府 和 企 业 网 络 市 场 飞 速 发 展 中 兴 通 讯 作 为 全 球 化 通 信 设 备 供 应 商, 将 在 持 续 保 持 电 信 系 统 设 备 市 场 领 先 的 基 础 上, 积 极 推 进 政 府 和 企 业 网 级 市 场, 以 及 云 终 端 和 云 应 用 等 多 领 域 多 维 度 的 拓 展 作 为 领 先 的 国 际 化 通 信 企 业 网 络 通 讯 领 域 专 家, 中 兴 通 讯 是 全 球 最 早 研 究 数 字 政 府 并 应 用 于 实 践 的 方 案 提 供 厂 商 之 一, 对 数 字 政 府 领 域 有 着 深 入 的 分 析 以 及 丰 富 的 经 验 此 次 推 出 的 U-Government 综 合 解 决 方 案, 是 以 ZESCM 为 蓝 本, 采 用 最 新 的 云 计 算 技 术, 并 针 对 各 国 不 同 发 展 阶 段, 不 同 需 求 层 次 的 定 制 化 数 字 政 府 建 设 方 案 依 托 U-Government 综 合 解 决 方 案, 中 兴 通 讯 致 力 于 助 力 客 户 实 现 由 内 及 外 的 推 动 政 府 以 致 国 家 全 社 会 数 字 化 进 程 进 而 加 快 国 民 经 济 发 展, 提 升 民 众 素 质 及 其 生 活 水 平 Apr 2012 Vol.18 No.2 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 09 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P14

专 题 孙 利 民 等 对 大 规 模 传 感 器 网 络 应 用 面 临 问 题 的 思 考 对 大 规 模 传 感 器 网 络 应 用 面 临 问 题 的 思 考 Issues in Large-Scale Wireless Sensor Networks 中 图 分 类 号 :TN929.5 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :1009-6868 (2012) 02-0010-05 摘 要 : 资 源 受 限 和 环 境 干 扰 使 得 无 线 传 感 器 网 络 大 规 模 应 用 面 临 诸 多 问 题, 包 括 流 量 不 均 衡 功 能 与 需 求 失 衡 理 论 与 实 际 失 衡 等 文 章 在 分 析 这 些 问 题 的 基 础 上, 结 合 当 前 技 术 的 发 展 和 应 用 需 求, 从 传 感 器 网 络 应 用 架 构 体 系 结 构 稀 疏 网 络 部 署 下 的 数 据 传 输 及 大 规 模 传 感 器 网 络 的 仿 真 测 试 技 术 等 方 面, 给 出 了 对 大 规 模 传 感 器 应 用 的 一 些 思 考 孙 利 民 /SUN Limin 刘 伟 /LIU Wei ( 中 国 科 学 院 信 息 工 程 研 究 所, 北 京 100190) (Institute of Information Engineering, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China) 关 键 词 : 大 规 模 传 感 器 网 络 ; 系 统 架 构 ; 体 系 结 构 ; 移 动 数 据 收 集 ; 仿 真 与 测 试 Abstract: There are a number of issues in large-scale wireless sensor networks because of environmental interference and a scarcity of system resources. Issues include imbalances between sensing and delivering, ability and demand, and theory and practice. In this paper, recommendations are made for a network framework, system architecture, and data forwarding in sparse networks. We also give a brief introduction to simulation and testing technologies for large-scale networks. Keywords: large scale wireless sensor network; system architecture; mobile data collection; simulation and testing 线 传 感 器 网 络 是 大 量 的 静 止 或 无 移 动 的 传 感 器 以 自 组 织 和 多 跳 的 方 式 构 成 的 无 线 网 络, 其 目 的 是 协 作 地 感 知 采 集 处 理 和 传 输 网 络 覆 盖 地 理 区 域 内 感 知 对 象 的 监 测 信 息, 并 报 告 给 用 户 传 感 器 网 络 一 般 由 传 感 器 节 点 汇 聚 节 点 和 数 据 服 务 器 组 成 越 来 越 多 的 传 感 器 网 络 的 研 究 和 技 术 针 对 于 特 定 的 行 业 和 应 用 其 中, 很 多 应 用 都 需 要 进 行 大 规 模 的 部 署, 以 达 到 高 覆 盖 高 精 确 感 知 等 目 的 如 森 林 火 灾 监 测 战 场 上 敌 情 监 测 等, 成 千 上 万 枚 传 感 器 节 点 部 署 于 环 境 中, 用 于 完 成 监 测 任 务 然 而, 与 小 规 模 应 用 相 比, 大 规 模 应 基 金 项 目 : 国 家 科 技 重 大 专 项 (2011ZX03005-006) 用 中 除 了 节 点 数 量 上 的 区 别 外, 还 会 产 生 节 点 管 理 困 难 资 源 使 用 不 均 衡 等 一 系 列 问 题 1 大 规 模 应 用 面 临 的 问 题 经 过 传 感 器 网 络 理 论 与 技 术 的 发 展, 虽 然 其 在 各 行 各 业 都 得 到 了 广 泛 的 应 用, 然 而 目 前 大 多 数 的 应 用 仍 然 局 限 于 小 规 模 程 度 如 在 火 山 活 [1] 动 状 况 监 测 的 应 用 中, 设 计 者 在 火 山 口 布 置 了 16 个 传 感 器 节 点, 用 来 监 测 火 山 温 度 震 动 等 信 息 ; 在 野 生 [2] 斑 马 监 测 系 统 中, 部 署 了 6~10 套 装 置 于 斑 马 颈 部, 监 测 斑 马 的 移 动 及 生 活 习 性 ; 在 大 鸭 岛 行 为 监 测 系 统 中, 部 署 了 32 个 节 点 用 于 监 测 岛 上 [3] 海 鸟 的 习 性 等 少 量 传 感 器 网 络 在 部 署 组 网 能 量 等 方 面 的 问 题 都 不 会 太 突 出, 其 要 解 决 与 处 理 的 关 注 点 与 大 规 模 应 用 不 同 因 此, 要 探 究 大 规 模 传 感 器 网 络 中 存 在 的 问 题, 要 依 靠 大 规 模 传 感 器 网 络 的 应 用 系 统 很 多 科 研 机 构 与 公 司 已 经 开 始 在 大 规 模 传 感 器 网 络 应 用 方 面 做 了 尝 试 如 香 港 科 技 大 学 等 单 位 在 浙 [4] 江 省 天 目 山 建 立 的 绿 野 千 传 系 统, 部 署 了 上 千 枚 节 点, 持 续 工 作 了 1 年 以 上, 用 于 监 测 森 林 环 境 的 温 度 湿 度 光 照 和 二 氧 化 碳 浓 度 等 为 了 减 少 冬 季 一 氧 化 碳 中 毒 事 故 的 发 生, 在 北 京 朝 阳 区 崔 各 庄 乡 部 署 的 一 氧 化 碳 监 测 报 警 系 统, 每 个 村 庄 有 大 约 8 000 到 12 000 个 房 间, 每 个 房 间 内 都 部 署 了 一 氧 化 碳 监 测 传 感 器 节 点, 这 些 节 点 将 室 内 的 一 氧 化 碳 浓 度 信 息 收 集 到 管 理 节 点 进 行 监 测 和 管 理 现 有 的 应 用 实 例 对 我 们 设 计 和 研 究 大 规 模 传 感 器 网 络 和 系 统 提 供 了 有 力 的 依 据 通 过 对 大 规 模 传 感 器 网 络 系 统 的 研 究, 归 纳 出 目 前 大 规 模 应 用 面 临 的 三 大 问 题 1.1 流 量 不 均 衡 在 传 感 器 网 络 中 并 不 是 每 个 节 中 兴 通 讯 技 术 10 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr. 2012 Vol.18 No.2 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P15

对 大 规 模 传 感 器 网 络 应 用 面 临 问 题 的 思 考 孙 利 民 等 ZTE TECHNOLOGY JOURNAL 专 题 点 的 流 量 都 是 一 样 的, 这 主 要 由 于 传 感 器 网 络 中 数 据 汇 聚 服 务 为 主 要 业 务, 数 据 从 感 知 节 点 到 汇 聚 节 点 的 汇 聚 过 程 中, 越 靠 近 汇 聚 节 点 的 节 点 需 要 担 负 越 多 的 转 发 任 务, 使 得 越 靠 近 汇 聚 节 点 的 节 点 数 据 量 越 大, 产 生 漏 斗 流 量 效 应 流 量 的 不 均 衡 容 易 使 流 量 大 的 节 点 的 能 量 过 早 耗 尽, 影 响 整 个 网 络 的 连 通 性 和 工 作 寿 命 当 传 感 器 节 点 网 络 规 模 增 加 时, 网 络 中 的 流 量 会 成 倍 增 加, 每 个 数 据 包 经 历 的 平 均 跳 数 就 会 增 加, 使 得 中 间 的 节 点 不 得 不 耗 费 大 量 的 能 量 用 于 数 据 的 中 转, 降 低 了 能 量 的 使 用 效 率 ; 而 且 由 于 节 点 数 量 的 增 加, 路 由 维 护 成 本 也 将 相 应 增 加 1.2 需 求 与 功 能 失 衡 在 互 联 网 中, 数 据 处 理 设 备 和 数 据 传 输 设 备 往 往 有 明 显 界 限, 且 由 于 使 用 环 境 多 为 非 受 限, 其 性 能 与 功 能 容 易 做 到 匹 配 相 比 而 言 在 传 感 器 网 络 中, 节 点 既 是 信 息 采 集 设 备 又 要 起 到 中 间 路 由 作 用, 几 乎 每 个 节 点 都 需 要 完 成 感 知 传 输 计 算 的 功 能 但 是 传 感 器 节 点 往 往 是 一 个 嵌 入 式 系 统, 这 就 造 成 与 其 网 络 资 源 计 算 资 源 与 存 储 资 源 等 受 限 的 事 实 严 重 不 匹 配 由 于 传 感 器 网 络 漏 斗 流 量 特 性, 使 得 网 络 流 量 和 节 点 负 载 不 均 衡, 这 更 加 剧 了 这 种 失 衡 相 比 而 言, 后 端 系 统 由 于 不 受 能 量 的 束 缚, 其 性 能 可 以 不 受 限 制, 不 会 成 为 系 统 的 瓶 颈, 而 其 完 成 的 功 能 主 要 为 数 据 的 存 储 或 透 传, 相 对 较 单 一 在 传 感 器 网 络 中 性 能 差 的 设 备 工 作 负 载 重, 而 性 能 好 的 设 备 工 作 负 载 低, 造 成 了 需 求 与 功 能 失 衡 的 矛 盾 1.3 理 论 与 实 际 失 衡 在 无 线 传 感 器 网 络 系 统 实 际 部 署 前, 常 需 要 进 行 模 拟 仿 真 与 小 规 模 测 试 其 中 使 用 的 理 论 模 型 与 实 际 模 型 差 距 较 大 例 如 无 线 信 道 模 型, 常 用 的 理 论 模 型 为 圆 盘 模 型, 即 当 接 受 设 备 位 于 以 发 射 设 备 为 中 心, 通 信 距 离 为 半 径 的 一 个 圆 内 时, 可 正 常 通 信 然 而 在 实 际 情 况 中, 由 于 受 到 遮 挡 及 天 线 方 向 图 等 原 因, 通 信 范 围 不 可 能 是 标 准 的 圆 形, 而 是 一 个 不 规 则 的 形 [5] 状, 如 图 1 所 示 另 外 无 线 信 道 易 受 到 周 围 的 环 境 的 干 扰, 其 通 信 的 范 围 也 是 时 变 的, 造 成 对 通 信 范 围 的 评 估 产 生 困 难 目 前 仍 然 没 有 很 好 的 模 型 能 够 精 确 地 描 述 信 道 特 性 2 对 于 大 规 模 应 用 问 题 的 思 考 影 响 传 感 器 网 络 大 规 模 应 用 有 多 种 因 素 首 先 部 署 的 传 感 器 节 点 资 源 是 受 限 的 在 小 型 化 节 点 的 要 求 下 传 感 器 节 点 的 计 算 资 源 存 储 资 源 及 能 量 都 非 常 有 限 由 于 大 多 数 的 应 用 需 要 传 感 器 节 点 进 行 野 外 布 置, 为 了 灵 活 性, 电 池 成 为 首 选 能 源 电 池 有 限 的 能 量 需 满 足 传 感 器 网 络 长 期 工 作 的 任 务 为 了 延 长 电 池 的 工 作 时 间, 只 能 使 用 低 功 耗 的 处 理 器 和 通 信 方 式, 因 此 造 成 传 感 器 节 点 的 处 理 能 力 低, 通 信 范 围 和 传 输 速 率 受 限 无 线 信 号 容 易 受 到 各 种 因 素 的 干 扰, 会 造 成 无 线 链 路 的 质 量 和 网 络 拓 扑 结 构 的 变 化 由 于 大 多 数 应 用 的 传 感 器 节 点 部 署 于 不 受 控 的 环 境 中, 环 境 的 变 化 会 影 响 无 线 链 路 的 质 量 和 节 点 间 的 连 通 性, 进 而 会 改 变 网 络 的 拓 扑 结 构, 这 些 动 态 变 化 的 环 境 给 理 论 模 型 的 建 立 和 推 导 提 出 了 挑 战, 进 而 对 建 立 于 其 上 的 网 络 协 议 设 计 等 产 生 影 响 图 1 无 线 信 道 模 型 为 了 应 对 大 规 模 应 用 中 的 问 题, 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 本 文 从 网 络 架 构 体 系 结 构 移 动 传 感 器 网 络 3 个 方 面 来 展 开 针 对 大 规 模 应 用 实 用 化 方 面 的 思 考 2.1 应 用 相 关 的 网 络 架 构 降 低 流 量 失 衡 影 响 传 统 的 传 感 器 网 络 采 用 多 跳 单 汇 聚 节 点 的 解 决 思 路, 即 所 有 的 传 感 器 节 点 的 数 据 采 用 多 跳 的 传 输 手 段 汇 聚 到 同 一 个 汇 聚 节 点 上 这 种 架 构 的 问 题 在 于 可 扩 展 性 差 能 量 利 用 率 低 通 信 协 议 复 杂 且 容 易 造 成 漏 斗 流 量 效 应 为 了 应 对 这 些 问 题, 很 多 大 规 模 应 用 中 采 用 了 变 形 的 架 构, 如 单 跳 单 汇 聚 节 点 单 跳 多 汇 聚 节 点 多 跳 多 汇 聚 节 点 等 : -55.5 dbm : -59 dbm 单 跳 单 汇 聚 节 点 模 式 中 所 有 传 感 器 节 点 与 汇 聚 节 点 的 距 离 只 有 一 跳 也 就 是 说 所 有 传 感 器 节 点 与 汇 聚 节 点 进 行 直 接 通 信 这 种 模 式 适 用 于 网 络 覆 盖 范 围 不 是 很 大, 所 有 节 点 都 在 一 跳 通 信 范 围 距 离 之 内 的 情 况 目 前 很 多 应 用 使 用 的 此 种 架 构, 如 智 能 家 居 Wi-Fi 网 络 等 单 跳 多 汇 聚 节 点 模 式 中 有 多 个 汇 聚 节 点, 每 个 节 点 到 汇 聚 节 点 之 间 的 距 离 是 一 跳, 即 每 个 节 点 只 要 与 任 一 个 汇 聚 节 点 通 信 上 即 可 实 现 网 络 Apr 2012 Vol.18 No.2 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 11 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P16

专 题 孙 利 民 等 对 大 规 模 传 感 器 网 络 应 用 面 临 问 题 的 思 考 的 连 通 性 这 些 汇 聚 节 点 将 收 集 到 的 数 据 汇 聚 到 同 一 组 数 据 服 务 器 上 进 行 存 储 与 处 理 本 架 构 适 用 于 不 同 区 域 且 相 距 较 远 的 场 景 下 的 数 据 收 集 应 用 层 传 送 层 网 络 层 链 路 层 在 大 范 围 的 网 络 中, 无 法 使 用 单 跳 的 方 式 进 行 部 署, 此 时 不 得 不 采 用 多 跳 多 汇 聚 节 点 的 网 络 架 构 汇 聚 节 点 之 间 一 般 可 通 过 有 线 网 络 或 其 他 网 络 进 行 互 联, 并 将 数 据 通 过 同 一 个 后 端 服 务 器 针 对 特 定 应 用, 选 择 合 适 的 网 络 架 构 可 以 降 低 网 络 协 议 设 计 的 复 杂 度, 增 加 系 统 的 可 靠 性, 并 解 决 数 据 流 量 不 均 衡 和 能 量 使 用 效 率 的 问 题 2.2 标 准 化 的 体 系 结 构 降 低 网 络 管 理 难 度 SPIN Broadcast Storm Tiny OSOG 图 2 经 典 传 感 器 网 络 协 议 WooMAC GAF S-MAC Aloha PS PSFQ 随 着 传 感 器 节 点 数 量 的 增 加, 原 有 的 体 系 结 构 不 适 于 大 规 模 网 络 节 点 的 管 理 传 统 的 传 感 器 节 点 硬 件 资 源 受 到 限 制, 为 了 更 高 效 地 进 行 数 据 处 理, 放 弃 了 分 层 的 思 想 而 使 用 跨 [6] 层 设 计, 图 2 所 示 为 近 10 年 内 经 典 GDI CODA MintRoute T-MAC RMST B-MAC Multihop LQI Fusion Deluge FPS WiseMAC 的 传 感 器 网 络 协 议, 多 数 协 议 采 用 了 跨 层 的 设 计 思 想 ; 大 多 数 协 议 使 用 了 局 部 算 法 ; 由 于 传 感 器 网 络 的 操 作 大 多 集 中 于 分 发 和 汇 聚 操 作, 因 此 大 多 数 的 协 议 没 有 为 每 个 节 点 进 行 地 址 [7] 标 识 在 传 统 传 感 器 网 络 体 系 结 构 上 对 节 点 进 行 管 理 变 得 较 为 困 难 然 而 经 过 10 年 技 术 的 发 展, 传 感 器 的 硬 件 性 能 得 到 了 较 大 的 提 升, 处 理 能 力 也 大 幅 提 升, 针 对 单 个 节 点 进 行 查 询 控 制 操 作 需 求 的 应 用 的 出 现 及 传 感 器 节 点 的 任 务 更 加 复 杂, 改 变 了 原 有 设 计 的 观 点 和 准 则, 使 得 应 该 考 虑 更 加 层 次 化 可 复 用 性 高 易 于 寻 址 与 路 由 便 于 自 配 置 与 自 管 理 的 网 络 体 系 结 构 在 现 有 技 术 中,IPv6 是 [8] 较 好 的 解 决 思 路 之 一 通 过 修 改 媒 体 访 问 控 制 (MAC) 协 议 和 增 加 6LoWPAN 适 配 层 可 实 现 将 IPv6 应 用 于 传 感 器 网 络 中 SP Drip Drain BVR Redwoods North Sea SCP-MAC PEDAMACS 工 业 界 针 对 6LoWPAN 的 应 用 和 发 展, 制 订 了 不 同 场 景 下 的 路 由 要 求, 如 针 对 城 市 环 境 和 工 业 场 景 等 从 国 家 战 略 层 面 上 对 6LoWPAN 也 在 X-MAC Flush Golden Gate Bridge 1999 年 2000 年 2001 年 2002 年 2003 年 2004 年 2005 年 2006 年 2007 年 2008 年 Volcano CTP S4 Dip 进 行 大 力 支 持, 如 2010 年 工 业 与 信 息 化 部 发 布 的 国 家 科 技 重 大 专 项 中 (03 专 项 ), 发 布 了 基 于 IPv6 的 无 线 传 感 网 的 网 络 协 议 研 发 及 验 证 基 于 IPv6 的 无 线 传 感 器 网 络 协 议 一 致 性 测 试 方 法 研 究 及 仪 表 研 发 两 个 专 项 子 课 题 2.3 引 入 和 利 用 移 动 性 优 化 网 络 性 能 大 规 模 传 感 器 网 络 应 用 中, 往 往 没 有 固 定 的 网 络 基 础 设 施 如 战 场 监 测 边 境 监 测 森 林 监 测 等, 网 络 覆 盖 范 围 大, 但 是 节 点 密 度 稀 疏, 网 络 往 往 是 分 离 的, 因 此 不 能 保 证 提 供 持 续 稳 定 的 连 接, 此 时 传 统 的 网 络 架 构 及 形 式 将 不 能 满 足 需 求 在 这 种 情 形 下, 通 过 汇 聚 节 点 的 移 动 对 各 个 节 点 信 息 的 收 集 是 一 个 较 好 的 选 择 在 汇 聚 节 点 自 身 移 动, 或 者 人 动 物 直 升 机 等 携 带 移 动 的 过 程 中, 当 到 达 某 一 个 节 点 的 通 信 范 围 内 时, 传 感 器 节 点 将 其 收 集 到 的 信 息 发 送 给 汇 聚 节 点, 由 汇 聚 节 点 携 带 信 息 回 后 端 系 统 通 过 汇 聚 节 点 的 移 动, 使 得 网 络 不 需 要 全 连 通, 大 大 减 少 节 点 的 部 署 密 度, 避 免 了 漏 斗 流 量 效 应 的 问 题 造 成 的 后 果 是 数 据 延 时 较 大, 因 此 适 用 于 对 网 络 延 时 要 求 不 高 的 应 用 目 前 的 一 个 研 究 热 点 移 动 容 迟 网 络 (DTN) 属 于 这 种 网 络 形 式 以 我 们 团 队 设 计 实 现 的 感 知 城 市 信 息 收 集 系 统 为 例 城 市 中 部 署 有 各 种 类 型 的 传 感 器 节 点, 这 些 节 点 周 期 性 地 或 基 于 事 件 触 发 地 收 集 周 围 环 境 的 信 息, 如 车 祸 等 突 发 事 件 交 通 流 量 信 息 环 境 噪 音 信 息 环 境 污 染 情 况 等, 城 市 公 交 车 及 出 租 车 中 中 兴 通 讯 技 术 12 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr. 2012 Vol.18 No.2 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P17

对 大 规 模 传 感 器 网 络 应 用 面 临 问 题 的 思 考 孙 利 民 等 ZTE TECHNOLOGY JOURNAL 专 题 真 实 度 安 装 有 移 动 汇 聚 节 点, 利 用 行 驶 的 公 交 车 或 出 租 车 将 传 感 器 节 点 采 集 到 的 数 据 收 集 回 服 务 器, 并 将 其 通 过 因 特 网 发 布, 使 用 者 可 通 过 浏 览 器 智 能 手 机 PDA 等 设 备 查 看 这 些 数 据 由 于 城 市 范 围 太 广, 部 署 的 传 感 器 节 点 无 法 达 到 全 连 通 的 网 络 状 态, 而 公 交 车 及 出 租 车 又 遍 及 城 市, 因 此, 利 用 了 车 载 移 动 汇 聚 节 点 成 功 实 现 了 感 知 数 据 的 收 集 2.4 强 化 网 络 测 试 评 估 能 力 完 善 理 论 模 型 实 际 场 地 部 署 测 试 床 仿 真 图 3 传 感 器 网 络 开 发 阶 段 传 感 器 网 络 通 常 部 署 在 复 杂 环 境 中, 环 境 中 多 种 因 素 的 干 扰 和 节 点 失 效 等 可 能 造 成 节 点 间 无 线 链 路 与 网 络 拓 扑 动 态 变 化, 准 确 测 量 与 评 估 网 络 性 能 非 常 困 难, 因 此, 需 要 在 部 署 前 仿 真 大 规 模 传 感 器 网 络 的 行 为, 及 时 发 现 网 络 故 障 和 优 化 网 络 配 置 传 感 器 网 络 系 统 的 研 发 过 程 划 [9] 分 为 3 个 阶 段 : 首 先, 在 系 统 研 发 初 期 对 网 络 系 统 进 行 小 规 模 的 模 拟 仿 真, 验 证 协 议 算 法 和 系 统 的 可 行 性 然 后 把 协 议 算 法 等 移 植 到 实 际 的 小 规 模 测 试 床 上, 进 行 小 规 模 实 物 测 试 和 评 估 最 后 在 实 际 场 景 中 进 行 部 署, 进 入 ( 试 ) 运 行 阶 段 如 图 3 所 示, 其 中, 横 轴 代 表 节 点 规 模, 纵 轴 代 表 真 实 度 ( 即 实 验 环 境 与 实 际 部 署 环 境 的 差 异 程 度 ),3 个 条 块 代 表 3 个 研 发 阶 段 仿 真 范 围 大 规 模 应 用 中 需 要 更 为 精 细 与 实 际 更 为 贴 近 的 理 论 模 型 与 实 验 仿 真 手 段 要 获 取 准 确 的 理 论 模 型, 需 要 有 配 套 的 测 试 手 段, 因 此 研 究 传 感 器 网 络 测 试 平 台 与 工 具 具 有 重 要 的 现 实 意 义 传 感 器 网 络 的 测 试 贯 穿 在 科 研 标 准 化 网 络 规 划 建 设 运 维 优 化 等 阶 段, 是 科 学 研 究 的 重 要 数 据 来 源, 是 商 业 化 大 规 模 应 用 的 重 要 保 障 但 是 传 感 器 网 络 的 测 试 不 同 于 传 统 网 络, 其 在 测 试 需 求 测 试 内 容 测 试 方 法 测 试 工 具 等 诸 多 方 面 有 明 显 差 异 传 感 器 网 络 的 测 试 困 难, 因 为 恶 劣 的 运 行 环 境 受 限 的 资 源 和 复 杂 多 样 的 应 用 使 得 传 感 器 网 络 测 试 极 为 困 难, 且 与 节 点 设 计 组 网 协 议 信 息 处 理 和 系 统 应 用 等 技 术 环 节 有 着 密 切 的 联 系 应 用 目 标 1 2 5 10 100 1 000 节 点 规 模 / 个 传 感 器 网 络 测 试 的 难 点 主 要 体 现 为 : 在 传 感 器 网 络 的 测 量 评 估 行 为 中, 为 了 获 得 网 络 的 内 部 状 态 信 息, 总 是 需 要 执 行 额 外 的 计 算 任 务 传 输 额 外 的 测 量 所 需 要 的 信 息 抽 象 而 言, 任 何 一 种 测 量 行 为 均 会 在 一 定 程 度 上 影 响 被 测 对 象 的 自 身 状 态, 即 所 谓 的 海 森 堡 (Heisenberg) 测 不 准 现 象, 这 是 网 络 测 量 研 究 中 得 共 性 和 基 础 的 关 键 问 题 具 体 到 传 感 器 网 络 测 试 而 言, 测 试 行 为 本 身 对 传 感 器 网 络 自 身 运 行 存 在 打 扰, 资 源 受 限 的 传 感 器 网 络 使 得 该 矛 盾 尤 为 突 出 降 低 或 避 免 测 试 行 为 对 传 感 器 网 络 自 身 运 行 的 影 响 高 精 度 获 取 网 络 测 试 数 据 是 传 感 器 网 络 测 试 的 关 键 针 对 上 述 问 题 我 们 团 队 研 制 了 零 打 扰 传 感 器 网 络 测 试 平 台 (HINT), 并 已 成 功 应 用 于 多 所 高 校 及 研 究 所 等 HINT [10] 测 试 平 台 是 基 于 内 部 侦 听 测 试 技 术 研 发 的 一 类 传 感 器 网 络 测 试 平 台, 对 于 传 感 器 节 点 及 节 点 上 的 应 用 软 件 具 有 透 明 性, 节 点 本 身 无 法 察 觉 测 试 平 台 的 存 在, 节 点 的 软 件 也 无 需 增 加 任 何 用 于 测 试 目 的 的 辅 助 代 码 ;HINT 测 试 平 台 通 过 额 外 的 高 精 度 测 试 设 备 捕 获 传 感 器 节 点 内 部 芯 片 的 互 连 信 号 来 产 生 测 试 数 据, 测 试 数 据 经 由 额 外 的 传 输 网 络 收 集 并 集 中 分 析 处 理, 从 而 避 免 对 传 感 器 节 点 的 资 源 占 用, 满 足 高 精 度 和 零 打 扰 的 测 试 需 求 HINT 可 实 现 远 程 编 程 信 号 分 析 分 组 分 析 行 为 回 放 数 据 管 理 和 性 能 评 估 等 功 能 3 结 束 语 随 着 传 感 器 网 络 技 术 的 成 熟, 越 来 越 多 的 应 用 趋 向 于 大 规 模 化 与 小 规 模 应 用 相 比, 大 规 模 化 的 传 感 器 网 络 向 我 们 提 出 了 更 为 尖 锐 的 挑 战 本 文 在 现 有 大 规 模 应 用 的 基 础 上, 归 纳 并 分 析 了 目 前 传 感 器 网 络 流 量 不 均 衡 需 求 与 规 模 失 衡 理 论 与 模 型 失 衡 的 三 大 问 题, 并 基 于 这 些 特 点 对 当 前 现 有 的 网 络 架 构 体 系 结 构 及 移 动 网 络 方 面 进 行 了 分 析 和 思 考, 针 对 传 感 器 网 络 的 测 试 和 仿 真 工 具 的 重 要 性 进 行 了 论 述 和 分 析 4 参 考 文 献 [1] ZHANG P, SADLER C M, LYON S A, et al. Hardware design experiences in ZebraNet [C]//Proceedings of the 2nd International Conference on Embedded Networked Sensor Systems (SenSys 04), Nov 3-5,2004, Baltimore, MD, USA. New York, NY, USA: Apr 2012 Vol.18 No.2 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 13 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P18

专 题 孙 利 民 等 对 大 规 模 传 感 器 网 络 应 用 面 临 问 题 的 思 考 ACM, 2004: 227-238. [2] WERNER-ALLEN G, LORINCZ K, RUIZ M, et al. Deploying a wireless sensor network on an active volcano [J]. IEEE Internet Computing, 2006,10(2):18-25. [3] MAINWARING A, POLASTRE J, SZEWCZYK R, et al. Wireless sensor networks for habitat monitoring [C]//Proceedings of the 1st ACM International Workshop on Wireless Sensor Networks and Applications (WSNA 02), Sep 28, 2002, Atlanta, GA, USA. New York, NY, USA: ACM, 2002:88-97. [4] IOT center of TNLIST [EB/OL]. [2012-01-15]. http://www.greenorbs.org/. [5] ZHOU G, HE T, KRISHNAMURTHY S, et al. Models and solutions for radio irregularity in wireless sensor networks [J]. ACM Transactions on Sensor Networks, 2006, 2(2): 221-262. [6] CULLER D. The Internet of every thing -- Steps toward sustainability [C]//Proceedings of the 5th China Wireless Sensor Network Conference (CWSN 11), Sep 26-27,2011, Beijing, China. 2011. [7] ESTRIN D, GOVINDAN R, HEIDEMANN J S, et al. 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EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, 2010(2): ID 642531. 收 稿 日 期 :2012-02-02 作 者 简 介 孙 利 民, 中 国 科 学 院 信 息 工 程 研 究 所 研 究 员 博 士 生 导 师, 中 国 计 算 机 学 会 高 级 会 员, 计 算 机 学 会 传 感 器 网 络 专 业 委 员 会 副 主 任, 计 算 机 学 会 互 联 网 专 业 委 员 会 委 员, 中 关 村 物 联 网 产 业 联 盟 副 理 事 长, 国 家 物 联 网 基 础 标 准 工 作 组 成 员 ; 主 要 研 究 方 向 为 无 线 传 感 器 网 络 车 载 网 和 容 迟 网 络 ; 主 持 和 参 与 国 家 级 项 目 10 余 项 ; 已 发 表 论 文 100 余 篇, 出 版 学 术 著 作 3 部, 获 得 或 申 请 国 家 专 利 30 余 项 刘 伟, 中 国 科 学 院 信 息 工 程 研 究 所 在 读 博 士 研 究 生 ; 主 要 研 究 方 向 为 无 线 自 组 织 网 络 物 联 网 上 接 第 4 页 岛 融 合 成 为 一 个 统 一 的 平 台, 统 一 了 门 户, 统 一 了 用 户 的 身 份, 实 现 了 全 校 资 源 服 务 和 用 户 的 融 合 共 享 ; 采 用 云 计 算 和 新 一 代 信 息 技 术 使 校 园 服 务 逐 步 实 现 智 慧 化 将 人 才 培 养 科 学 研 究 服 务 社 会 融 为 一 体 需 要 融 合 需 要 创 新 需 要 共 享, 这 是 物 联 网 的 方 向 还 有 一 个 是 面 向 服 务 面 向 应 用, 而 云 计 算 就 是 基 础 相 信, 我 们 会 继 续 为 物 联 网 时 代 做 出 更 多 有 意 义 的 成 果 在 后 互 联 网 时 代 的 国 家 物 联 网 产 业 化 发 展 和 技 术 应 用 策 略 中 应 当 高 度 重 视 泛 在 无 线 通 信 技 术 的 研 发, 并 加 快 推 进 与 物 联 网 产 业 化 应 用 的 深 度 融 合, 以 新 兴 信 息 服 务 业 为 龙 头 优 先 发 展 基 于 网 络 的 新 兴 智 慧 服 务 产 业, 以 社 会 发 展 的 服 务 需 求 为 导 向 发 展 物 联 网 物 联 网 不 仅 需 要 技 术 革 命, 它 更 是 牵 涉 到 新 兴 经 济 领 域 各 个 行 业 各 个 产 业 的 发 展, 需 要 多 种 力 量 的 整 合 这 就 需 要 国 家 的 新 兴 经 济 产 业 政 策 和 立 法 上 要 走 在 前 面, 要 制 订 出 适 合 新 兴 产 业 革 命 和 发 展 的 政 策 与 法 规, 保 证 新 兴 经 济 的 正 常 发 展 对 于 物 联 网 时 代 的 新 兴 产 业 和 经 济 发 展, 必 须 要 有 政 府 的 政 策 支 持, 必 须 要 有 专 门 人 员 和 专 门 机 构 来 研 究 和 协 调, 这 样 物 联 网 才 能 真 正 带 动 新 兴 经 济 的 发 展 而 大 有 作 为 5 参 考 文 献 [1] ITU Internet Reports 2005: The Internet of things [R]. ITU, 2005. [2] GIUSTO D, IERA A, MORABITO G, et al. The Internet of things [M]. New York, NY, USA: Springer, 2010. [3] 朱 洪 波, 杨 龙 祥, 于 铨. 物 联 网 的 技 术 思 想 与 应 用 策 略 研 究 [J]. 通 信 学 报, 2010,31(11) 1-8. [4] 朱 洪 波, 杨 龙 祥, 朱 琦. 物 联 网 技 术 进 展 与 应 用 [J]. 南 京 邮 电 大 学 学 报 : 自 然 科 学 版, 2011, 31 (1): 1-7. [5] 朱 晓 荣, 孙 君, 齐 丽 娜, 等. 物 联 网 [M]. 北 京 : 人 民 邮 电 出 版 社, 2010. [6] 沈 苏 彬, 范 曲 立, 宗 平, 等. 物 联 网 的 体 系 结 构 与 相 关 技 术 研 究 [J]. 南 京 邮 电 大 学 学 报 : 自 然 科 学 版,2009, 29(6):1-11. [7] 马 凯, 庄 奕 琪, 程 雪 梅. 蓝 牙 无 线 信 道 建 模 及 系 统 仿 真 [J]. 移 动 通 信, 2004,(S3): 1-5. [8] 戴 迎. 蓝 牙 室 内 信 道 模 型 与 同 频 干 扰 研 究 [J]. 计 算 机 工 程 与 应 用, 2008,(05): 12-17. [9] 李 扬. Wi-Fi 技 术 原 理 及 应 用 研 究 [J]. 科 技 信 息, 2010,06(1):241-241. [10] 季 晓 澎. IEEE 802.11n 关 键 技 术 研 究 [D]. 北 京 邮 电 大 学, 2009. [11] 关 健. 无 线 个 人 区 域 网 ZigBee 与 Wi-Fi 的 干 扰 分 析 [D]. 北 京 : 北 京 邮 电 大 学, 2009. [12] 赵 忠 华, 皇 甫 伟, 孙 利 民, 等. 无 线 传 感 器 网 络 管 理 技 术 [J]. 计 算 机 科 学, 2011,01(01): 08-14 [13] 胡 湘 华. 无 线 传 感 器 网 络 节 点 调 度 方 法 研 究 [D]. 国 防 科 学 技 术 大 学, 2008. [14] Internet of things An action plan for Europe [R]. Commission of the European Communities, 2009. 收 稿 日 期 :2012-02-20 作 者 简 介 朱 洪 波, 南 京 邮 电 大 学 副 校 长 教 授 博 士 生 导 师, 南 京 邮 电 大 学 物 联 网 研 究 院 院 长 物 联 网 科 技 园 董 事 长 兼 首 席 科 学 家, 江 苏 省 重 点 学 科 通 信 与 信 息 系 统 博 士 点 学 科 带 头 人, 江 苏 省 无 线 通 信 重 点 实 验 室 主 任, 教 育 部 泛 在 无 线 通 信 与 传 感 网 技 术 重 点 实 验 室 常 务 副 主 任, 国 际 电 信 联 盟 无 线 电 通 信 局 (ITU-R) 第 三 研 究 组 (SG3) 副 主 席, 中 国 电 子 学 会 学 术 工 作 委 员 会 副 主 任 物 联 网 专 家 委 员 会 副 主 任, 中 国 通 信 学 会 无 线 电 应 用 与 管 理 委 员 会 副 主 任, 科 技 部 国 家 973 计 划 信 息 学 科 领 域 专 家 组 成 员, 国 家 自 然 科 学 基 金 通 信 学 科 评 审 专 家 组 成 员, 工 信 部 国 家 科 技 重 大 专 项 评 审 专 家 组 成 员, 研 究 方 向 为 移 动 通 信 与 宽 带 无 线 技 术 泛 在 无 线 通 信 与 物 联 网 技 术 电 波 传 播 与 电 磁 兼 容 等 杨 龙 祥, 南 京 邮 电 大 学 通 信 与 信 息 工 程 学 院 教 授 博 士 生 导 师 副 院 长, 通 信 技 术 研 究 所 所 长, 江 苏 省 无 线 通 信 重 点 实 验 室 副 主 任, 研 究 方 向 为 宽 带 无 线 通 信 未 来 移 动 通 信 系 统 协 作 通 信 和 网 络 编 码 朱 琦, 南 京 邮 电 大 学 通 信 与 信 息 工 程 学 院 教 授 博 士 生 导 师, 研 究 方 向 为 移 动 通 信 与 无 线 技 术 中 兴 通 讯 技 术 14 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr. 2012 Vol.18 No.2 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P19

物 联 网 的 应 用 前 景 和 解 决 方 案 叶 云 ZTE TECHNOLOGY JOURNAL 专 题 物 联 网 的 应 用 前 景 和 解 决 方 案 Prospects and Solutions for the Internet of Things 中 图 分 类 号 :TN929.5 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :1009-6868 (2012) 02-0015-03 摘 要 : 文 章 认 为 要 实 现 物 联 网 规 模 化 发 展, 产 业 链 的 横 向 整 合 行 业 应 用 的 纵 向 深 入 是 关 键 电 信 运 营 商 作 为 物 联 网 的 重 要 推 动 者, 在 横 向 整 合 方 面, 应 以 建 设 社 会 公 共 物 联 网 基 础 架 构 为 目 标, 并 通 过 物 联 网 智 能 管 道 能 力 开 放 提 供 附 加 增 值 服 务 ; 在 纵 向 深 入 方 面, 应 以 新 技 术 变 革 政 府 示 范 项 目 商 业 模 式 创 新 为 契 机, 以 个 人 / 家 庭 业 务 为 发 展 重 点, 同 时 致 力 于 打 造 物 联 网 开 放 生 态 环 境, 实 现 行 业 应 用 的 长 尾 聚 合 基 于 上 述 思 路, 文 章 提 出 了 服 务 运 营 商 的 端 到 端 物 联 网 解 决 方 案 关 键 词 : 物 联 网 ; 物 联 网 支 撑 平 台 ; 智 能 管 道 ; 开 放 生 态 环 境 ; 智 能 家 居 ; 健 康 保 健 Abstract: To scale the development of the Internet of things (IoT), converging the industrial chain is necessary. Operators need to construct public IoT infrastructure and provide value-added services by opening IoT smart pipes. To open up the IoT environment and long-tail industrial applications, chances have to be taken with new technology, government projects, and business models. The focus should also be on individual and family services. We propose IoT E2E solutions for operators. Keywords: IoT; IoT support platform; smart pipe; opening environment; intelligence home; health care 联 网 的 发 展 潮 流 代 表 了 社 会 信 物 息 化 的 发 展 方 向, 存 在 着 客 观 的 发 展 需 求 长 期 以 来, 通 信 产 业 的 发 展 目 标 一 直 是 实 现 人 与 人 之 间 无 缝 的 联 系 和 沟 通 这 一 目 标 已 经 较 好 实 现, 但 未 来 发 展 空 间 有 限 2009 年 以 来, 以 物 联 网 智 慧 地 球 为 代 表 的 信 息 化 发 展 理 念 在 全 球 范 围 内 出 现, 标 志 着 社 会 信 息 化 逐 步 从 人 与 人 向 人 与 物 物 与 物 方 向 发 展, 为 [1] 通 信 产 业 未 来 的 发 展 指 明 了 方 向 在 全 球 范 围 内, 运 营 商 成 为 物 联 网 发 展 的 重 要 推 动 者 人 们 期 望 其 在 物 联 网 的 发 展 中 获 得 巨 大 利 益 的 同 时 带 领 整 个 通 信 产 业 迈 向 更 加 广 阔 的 空 间 这 一 方 面 是 由 于 传 统 通 信 业 务 的 饱 和, 运 营 商 迫 切 需 要 寻 找 基 金 项 目 : 国 家 科 技 重 大 专 项 (2010ZX03006-006) 新 的 蓝 海 ; 另 一 方 面 也 期 望 通 过 物 联 网 业 务 进 一 步 拓 展 粘 滞 度 高 的 行 业 用 户, 获 得 持 续 稳 定 收 入 来 源 在 物 联 网 发 展 的 过 程 中, 运 营 商 除 了 为 物 联 网 提 供 基 础 承 载 网 络 之 外, 还 希 望 借 助 物 联 网, 深 入 到 各 行 各 业 的 应 用 中, 提 供 物 联 网 专 业 服 务, 扩 大 自 身 生 存 空 间 1 物 理 层 实 现 规 模 化 发 展 面 临 的 挑 战 及 应 对 策 略 物 联 网 的 发 展 将 经 历 应 用 示 范 期 规 模 成 长 期 全 面 发 展 期 3 个 阶 段 经 过 多 年 的 努 力 和 尝 试, 全 球 物 联 网 当 前 正 处 在 规 模 发 展 的 前 夜 物 联 网 突 破 瓶 颈 实 现 规 模 化 发 展, [2] 面 临 三 大 挑 战 : (1) 横 向 欠 缺 整 合 面 对 复 杂 的 物 联 网 产 业 链, 缺 乏 社 会 公 共 的 物 联 叶 云 /YE Yun ( 中 兴 通 讯 股 份 有 限 公 司, 广 东 深 圳 518057) (ZTE Corporation, Shenzhen 518057, China) 网 基 础 架 构 整 合 众 多 厂 家 形 成 的 物 联 网 产 业 联 盟 联 系 松 散, 缺 乏 有 效 的 价 值 链 分 工 这 一 现 状 导 致 单 一 厂 商 被 迫 考 虑 物 联 网 应 用 方 案 端 到 端 的 各 个 环 节, 资 源 投 入 大 见 效 慢, 提 高 了 整 个 社 会 的 物 联 网 建 设 成 本 同 时 导 致 厂 商 自 身 资 源 投 入 分 散, 难 以 聚 焦 资 源 实 现 应 用 深 化, 导 致 物 联 网 应 用 肤 浅, 无 法 满 足 最 终 客 户 复 杂 的 实 际 需 求 (2) 纵 向 亟 待 深 入 首 先, 物 联 网 面 对 的 行 业 众 多 且 分 散, 部 署 环 境 应 用 场 景 本 身 存 在 巨 大 差 异 ; 其 次, 部 分 行 业 控 制 力 较 强, 工 业 级 环 境 要 求 严 格, 客 观 或 人 为 存 在 着 行 业 壁 垒 ; 此 外, 行 业 难 以 规 模 化, 一 些 行 业 物 联 网 应 用 改 造 成 本 高 企, 而 新 的 商 业 模 式 匮 乏 这 些 均 阻 碍 着 物 联 网 行 业 应 用 的 深 化, 以 及 跨 行 业 主 导 厂 商 的 培 育 和 发 展 (3) 基 础 网 络 需 要 优 化 伴 随 物 联 网 进 一 步 的 发 展 和 规 模 化, 其 对 通 信 网 络 产 生 巨 大 压 力, 并 且 产 生 地 址 安 全 服 务 质 量 (QoS) 等 一 系 列 的 新 问 题, 需 要 对 整 个 基 础 网 络 进 行 针 对 性 优 化 其 中, 既 需 要 通 盘 考 虑 规 划 通 信 网 络 的 长 期 演 进, 并 进 行 相 应 的 标 准 化 工 作, 也 需 要 从 现 实 的 网 络 升 级 需 求 出 发, 逐 步 探 索 物 联 网 基 础 网 络 优 化 的 途 径 下 面 分 别 就 应 对 这 些 挑 战 的 方 Apr 2012 Vol.18 No.2 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 15 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P20

专 题 叶 云 物 联 网 的 应 用 前 景 和 解 决 方 案 向 和 思 路 进 行 分 析 和 探 讨 : 1.1 横 向 整 合 物 联 网 横 向 整 合 的 目 标 是 建 立 社 会 公 共 物 联 网 基 础 架 构, 从 感 知 层 网 络 层 到 应 用 层, 形 成 相 应 的 价 值 链 分 工, 降 低 整 个 社 会 的 物 联 网 建 设 和 投 入 成 本, 其 中 运 营 商 将 发 挥 关 键 作 用 社 会 公 共 物 联 网 基 础 架 构 如 图 1 所 示 这 一 物 联 网 基 础 架 构 存 在 两 个 关 键 的 核 心 节 点 : 一 个 是 感 知 层 和 网 络 层 之 间 标 准 化 规 范 化 的 物 联 网 嵌 入 通 信 模 块 和 网 关 产 品, 将 不 同 类 型 的 感 知 终 端 以 规 范 的 方 式 接 入 通 信 网 络, 从 而 使 得 通 信 网 络 能 够 对 物 联 网 感 知 终 端 进 行 识 别, 进 而 保 证 其 在 网 络 层 数 据 传 输 的 QoS 和 安 全 性 ; 另 一 个 是 网 络 层 和 应 用 层 之 间 的 物 联 网 业 务 支 撑 平 台, 其 通 过 标 准 化 的 通 信 协 议 与 物 联 网 通 信 模 块 和 网 关 进 行 通 信, 从 感 知 终 端 获 取 原 始 感 知 数 据, 并 通 过 标 准 应 用 编 程 接 口 (API) 将 感 知 数 据 提 供 给 应 用 层, 从 而 对 应 用 层 屏 蔽 了 感 知 终 端 / 网 络 的 差 异 性 通 过 上 述 两 个 核 心 节 点, 整 个 物 联 网 才 能 够 真 正 形 成 感 知 层 网 络 层 应 用 层 的 价 值 链 分 工, 并 形 成 基 于 价 值 链 分 工 的 产 业 联 盟 社 会 公 共 物 联 网 基 础 架 构 的 建 设, 关 键 是 上 述 两 个 核 心 节 点 的 建 设 和 推 广 应 用, 而 运 营 商 成 为 建 设 的 积 极 倡 导 者 和 推 进 者 在 这 一 过 程 中, 标 准 化 工 作 非 常 重 要 从 国 际 范 围 来 看, 整 个 标 准 化 组 织 的 物 联 网 标 准 制 订 都 处 于 相 对 滞 后 的 状 态, 这 使 得 领 先 的 运 营 商 纷 纷 制 定 自 身 的 企 业 规 范 物 联 网 规 范 的 制 订 以 物 联 网 业 务 支 撑 平 台 为 核 心, 重 点 在 平 台 与 终 端 接 口 平 台 与 应 用 接 口 的 标 准 化 上 述 架 构 成 功 的 关 键, 在 于 充 分 发 挥 这 一 架 构 与 松 耦 合 的 物 联 网 架 构 之 间 的 差 异 化 竞 争 优 势, 从 而 吸 引 各 厂 商 将 其 产 品 和 应 用 迁 移 到 这 一 架 构 中 运 营 商 物 联 网 智 能 管 道 能 力 的 开 放 成 为 重 要 的 竞 争 优 势, 通 过 应 用 系 统 运 营 支 撑 平 台 承 载 网 络 物 联 网 终 端 无 线 传 感 器 网 络 图 1 社 会 公 共 物 联 网 基 础 架 构 开 放 运 营 商 在 网 络 层 拥 有 的 网 络 感 知 控 制 能 力 终 端 感 知 控 制 能 力 基 础 业 务 能 力 运 营 支 撑 能 力, 能 够 有 效 提 升 物 联 网 应 用 的 安 全 性 和 可 靠 性 特 别 是 对 于 关 键 的 物 联 网 应 用, 具 有 更 加 重 要 的 意 义 1.2 纵 向 深 入 推 进 物 联 网 行 业 应 用 的 纵 向 深 入, 应 抓 住 新 技 术 变 革 政 府 示 范 项 目 商 业 模 式 创 新 的 变 革 契 机, 推 动 物 联 网 在 各 个 行 业 的 深 化 (1) 新 技 术 带 来 的 变 革 契 机 物 联 网 新 技 术 通 过 对 传 统 产 业 的 技 术 变 革, 在 某 种 程 度 上 颠 覆 了 传 统 行 业 产 业 链 条, 从 而 为 运 营 商 和 设 备 制 造 商 进 入 行 业 市 场 提 供 了 良 好 的 契 机 当 前, 尤 其 应 重 视 网 络 视 频 监 控 和 RFID 技 术 在 各 个 行 业 的 运 用 例 如 中 兴 通 讯 承 担 的 中 国 重 庆 电 子 车 牌 项 目 就 是 一 个 利 用 新 技 术 所 带 来 的 机 遇, 突 破 重 点 行 业 的 范 例 该 项 目 借 助 RFID 新 技 术 变 革 引 入, 较 短 时 间 内 就 实 现 了 电 子 车 牌 在 整 个 重 庆 市 范 围 的 规 模 化 应 用, 并 推 向 全 国 家 居 安 防 智 能 农 业 智 能 电 网 智 能 交 通 环 保 监 测 资 产 管 理 物 联 网 业 务 支 撑 平 台 (2) 政 府 示 范 项 目 的 机 会 伴 随 物 联 网 热 潮 的 兴 起, 各 国 政 府 纷 纷 推 出 各 行 业 的 物 联 网 应 用 示 物 联 网 基 础 通 信 网 络 + 物 联 网 通 信 模 块 物 联 网 网 关 读 码 器 摄 像 头 传 感 器 控 制 器 范 项 目 在 示 范 项 目 建 设 中, 政 府 关 注 重 点 在 于 整 个 物 联 网 产 业 链 的 发 展, 以 及 社 会 公 共 资 源 在 物 联 网 领 域 最 优 化 的 投 入, 从 而 为 运 营 商 主 导 的 社 会 公 共 物 联 网 基 础 架 构 深 入 行 业 提 供 了 机 会 电 信 运 营 商 和 设 备 制 造 商 可 以 通 过 在 政 府 示 范 项 目 充 分 的 合 作, 形 成 合 力, 实 现 重 点 行 业 的 突 破 例 如 中 兴 通 讯 和 上 海 电 信 合 作, 在 上 海 提 供 了 车 辆 监 控 系 统 服 务 世 博 会, 取 得 了 良 好 的 社 会 效 应 此 项 目 于 2010 年 10 月 获 得 了 CDG 组 织 颁 发 的 业 务 创 新 大 奖 (3) 商 业 模 式 创 新 带 来 的 机 会 物 联 网 的 建 设, 除 了 少 量 能 够 投 入 巨 资 的 重 点 行 业 之 外, 大 量 行 业 呈 现 碎 片 化 的 应 用 场 景, 这 使 得 采 用 传 统 的 建 设 方 式 无 法 赢 利 并 进 入 良 性 循 环 因 此, 必 须 借 鉴 互 联 网 创 新 经 验, 在 物 联 网 应 用 经 营 模 式 和 商 业 模 式 方 面 进 行 创 新 其 中 重 要 的 发 展 思 路, 是 运 营 商 自 主 运 营 的 个 人 / 家 庭 业 务, 采 用 互 联 网 基 地 模 式 开 展 运 作 ; 而 对 于 大 量 的 碎 片 化 行 业 应 用, 应 致 力 于 打 造 物 联 网 开 放 生 态 环 境, 实 现 行 业 应 用 的 长 尾 聚 合 1.3 基 础 网 络 优 化 通 信 网 关 物 联 网 应 用 层 物 联 网 网 络 层 物 联 网 感 知 层 随 着 物 联 网 的 规 模 化 发 展, 物 联 中 兴 通 讯 技 术 16 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr. 2012 Vol.18 No.2 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P21

物 联 网 的 应 用 前 景 和 解 决 方 案 叶 云 ZTE TECHNOLOGY JOURNAL 专 题 网 终 端 数 量 日 益 庞 大, 物 联 网 通 信 数 据 量 在 整 个 通 信 网 络 中 所 占 的 比 例 将 持 续 增 加 现 有 的 基 础 通 信 网 络 必 然 要 针 对 物 联 网 的 业 务 模 型 和 流 量 模 型 进 行 适 当 的 优 化 尤 其 在 如 下 3 个 方 面, 矛 盾 更 加 突 出, 将 推 动 通 信 技 术 的 长 期 发 展 : 为 了 满 足 庞 大 的 物 数 量 而 对 标 识 地 址 体 制 的 优 化 (IPv6 标 识 网 等 ) 为 满 足 物 的 低 功 耗 低 移 动 性 特 性 而 对 无 线 网 络 资 源 管 理 进 行 优 化 为 满 足 物 的 安 全 性 而 对 基 础 通 信 网 络 的 安 全 体 制 进 行 优 化 在 实 际 物 联 网 的 建 设 过 程 中, 由 政 府 主 导 启 动 了 一 些 城 市 的 物 联 网 专 网 建 设, 为 从 新 的 网 络 建 设 中 摸 索 物 联 网 优 化 途 径 提 供 了 机 会 同 时, 在 运 营 商 网 络 已 经 存 在 几 百 万 甚 至 上 千 万 物 联 网 终 端 在 线 的 情 况 下, 出 现 了 一 些 现 实 的 建 设 需 求, 如 加 强 网 络 终 端 感 知 能 力 的 需 求, 为 了 规 避 数 据 安 全 风 险 而 进 行 数 据 分 流 的 需 求 等 这 些 需 求 正 在 不 断 地 得 到 细 化, 其 中 部 分 已 经 转 化 为 物 联 网 智 能 管 道 的 建 设 需 求 其 应 对 需 要 运 营 商 和 设 备 制 造 商 共 同 探 索, 形 成 相 应 的 解 决 方 案 从 长 期 来 看, 物 联 网 必 须 在 横 向 整 合 纵 向 深 入 以 及 基 础 网 络 优 化 3 个 重 要 问 题 上 取 得 突 破, 才 能 取 得 规 模 化 的 发 展 2 中 兴 通 讯 物 联 网 解 决 方 案 经 过 前 期 与 运 营 商 的 合 作, 中 兴 通 讯 在 物 联 网 领 域 逐 渐 形 成 了 金 字 塔 形 的 产 品 层 次 结 构 : 处 在 金 字 塔 顶 端 的 是 物 联 网 业 务 支 撑 平 台 产 品 ; 处 在 第 二 层 的 是 标 准 化 规 范 化 的 物 联 网 通 信 模 块 和 网 关 产 品, 其 与 平 台 一 起 共 同 打 造 运 营 商 推 动 的 社 会 公 共 物 联 网 基 础 架 构 ; 第 三 层 是 关 键 行 业 应 用 方 案, 重 点 聚 焦 运 营 商 针 对 个 人 / 家 庭 的 自 营 应 用 ; 第 四 层 是 物 联 网 的 基 础 网 络 优 化 相 关 产 品 和 服 务, 服 务 于 运 营 商 物 联 网 基 础 网 络 发 展 这 个 金 字 塔 形 的 结 构 形 成 了 中 兴 通 讯 服 务 运 营 商 的 物 联 网 端 到 端 解 决 方 案 中 兴 通 讯 物 联 网 产 品 层 次 结 构 如 图 2 所 示 2.1 物 联 网 业 务 支 撑 平 台 作 为 社 会 公 共 物 联 网 基 础 架 构 核 心, 中 兴 通 讯 与 运 营 商 长 期 合 作, 在 中 国 最 早 发 布 了 成 熟 的 物 联 网 平 台 产 品 该 平 台 可 以 提 供 完 整 的 终 端 统 一 接 入 和 管 理 业 务 统 一 管 理 第 三 方 系 统 接 入 提 供 业 务 快 速 定 制 的 能 力 客 户 与 合 作 伙 伴 运 营 管 理 等 功 能 根 据 市 场 需 求, 近 期 重 点 强 化 了 针 对 长 尾 应 用 开 发 者 的 业 务 开 发 环 境 和 业 务 执 行 环 境, 帮 助 运 营 商 打 造 物 联 网 应 用 生 态 圈 同 时, 完 善 了 能 力 开 放 组 件 的 功 能, 重 点 实 现 智 能 管 道 能 力 的 开 放, 帮 助 运 营 商 提 供 智 能 管 道 的 附 加 服 务, 同 时 提 升 了 平 台 的 差 异 化 优 势 2.2 物 联 网 通 信 模 块 及 网 关 产 品 在 系 列 化 标 准 化 的 物 联 网 模 块 方 面, 中 兴 通 讯 目 前 提 供 全 球 范 围 内 最 完 整 的 物 联 网 模 块 产 品 系 列, 支 持 包 括 TDS-CDMA WCDMA 以 及 CDMA 三 大 标 准, 并 根 据 不 同 的 应 用 场 景 形 成 Mini PCI-E 卡 LGA/BGA 封 装 的 模 块 B2B/SMT 模 块 等 多 种 产 品 形 态 在 物 联 网 模 块 领 域, 中 兴 通 讯 已 经 在 一 些 行 业 已 经 占 据 了 突 出 的 市 场 地 位, 比 如 在 中 国 的 电 力 行 业 就 具 有 很 大 的 市 场 份 额 中 兴 通 讯 在 物 联 网 模 块 领 域 积 极 和 国 际 的 一 些 运 营 商, 包 括 国 家 政 府 展 开 合 作 例 如 中 兴 通 讯 和 俄 罗 斯 SISTEMA 集 团 合 作 研 究 车 载 通 信 终 端 模 块, 该 模 块 可 以 支 持 Glonass 北 斗 GPS 伽 利 略 等 多 种 定 位 技 术, 在 上 海 世 博 会 进 行 了 成 功 的 展 示 同 时, 中 兴 通 讯 依 托 原 有 的 家 庭 网 关 无 线 终 端 产 品, 逐 步 形 成 物 联 网 业 务 支 撑 平 台 物 联 网 模 块 / 网 关 产 品 ZTE 关 键 行 业 应 用 方 案 物 联 网 基 础 网 络 优 化 图 2 中 兴 通 讯 物 联 网 产 品 层 次 结 构 了 多 种 物 联 网 网 关 产 品 形 态, 并 配 合 运 营 商 进 行 了 试 验 和 试 点 2.3 关 键 行 业 应 用 方 案 中 兴 通 讯 紧 密 结 合 网 络 视 频 监 控 和 射 频 标 识 (RFID) 两 大 感 知 元 素, 在 RFID 视 频 监 控 动 环 监 控 家 庭 网 关 等 产 品 基 础 上 已 经 发 展 了 超 过 10 个 大 的 行 业 应 用 解 决 方 案, 并 且 仍 在 不 断 完 善 延 伸 在 运 营 商 市 场, 重 点 聚 焦 针 对 个 人 / 家 庭 的 自 营 应 用 方 案, 包 括 : 针 对 个 人 的 移 动 支 付 和 一 卡 通 方 案, 以 2.4G RF-SIM 技 术 为 核 心, 同 时 融 合 近 距 离 无 线 传 输 (NFC), 提 供 从 芯 片 POS 机 支 付 平 台 到 支 付 手 机 产 品 在 内 的 全 系 列 产 品 ; 智 能 家 居 宜 居 通 方 案, 在 现 有 无 线 座 机 的 基 础 上, 集 成 物 联 网 模 块, 实 现 家 庭 安 防 智 能 家 电 控 制 无 线 上 网 等 多 种 功 能 的 物 联 网 方 案, 面 向 最 终 客 户 包 括 家 庭 和 小 商 铺 小 公 司 库 房 ; 家 庭 健 康 保 健 解 决 方 案, 与 IPTV 紧 密 结 合 提 供 多 种 健 康 监 控 设 备 接 入, 将 测 量 到 的 健 康 数 据 汇 总 到 网 络 数 据 库 中, 形 成 个 人 电 子 病 历, 并 在 用 户 及 其 亲 人 健 康 顾 问 间 进 行 共 享 2.4 基 础 网 络 优 化 解 决 方 案 中 兴 通 讯 密 切 参 与 3GPP SA1/ SA2 ETSI MTC 等 组 织 物 联 网 基 础 网 络 优 化 的 相 关 工 作, 同 时 参 与 了 下 转 第 35 页 Apr 2012 Vol.18 No.2 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 17 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P22

专 题 刘 越 物 联 网 能 力 开 放 体 系 研 究 物 联 网 能 力 开 放 体 系 研 究 Open Enabler Architecture of IoT 中 图 分 类 号 :TN929.5 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :1009-6868 (2012) 02-0018-04 摘 要 : 文 章 认 为 由 于 细 分 市 场 所 导 致 的 物 联 网 应 用 规 模 受 限 和 成 本 增 加, 已 成 为 现 阶 段 物 联 网 应 用 发 展 的 制 约 因 素 为 此 需 要 针 对 用 户 的 共 性 需 求, 聚 集 产 业 链 各 方 资 源, 以 规 模 化 服 务 降 低 应 用 部 署 成 本, 这 也 是 物 联 网 能 力 开 放 的 出 发 点 文 章 对 用 户 在 不 同 层 面 的 共 性 需 求 进 行 了 分 析, 基 于 此, 提 出 由 终 端 服 务 能 力 网 络 服 务 能 力 支 撑 服 务 能 力 应 用 及 内 容 服 务 能 力 构 成 的 物 联 网 能 力 开 放 体 系, 并 分 析 了 实 现 物 联 网 能 力 有 序 安 全 开 放 所 需 考 虑 的 若 干 关 键 问 题 关 键 词 : 物 联 网 ; 能 力 开 放 ; 智 能 管 道 Abstract: The limited application and high cost of the Internet of things (IoT) is caused by market segmentation and is constraining IoT development. To reduce deployment costs, it is necessary to collate resources across all the industrial chain in order to satisfy the common needs of users. The open enabler system of IoT comprises four kinds of enabler based on the common needs of different layers: terminal services, network and service, support and service, and applications and content services. We analyze key points in implementing a managed and controllable enabler for IoT. Keywords: 1 物 联 网 应 用 现 状 基 金 项 目 : 国 家 科 技 重 大 专 项 (2010ZX03006-006) Internet of things; open enabler; smart pipe 联 网 作 为 继 互 联 网 之 后 全 球 信 物 息 产 业 的 又 一 次 科 技 与 经 济 浪 [1-2] 潮, 对 于 加 速 整 个 社 会 信 息 化 发 展 的 进 程, 促 进 形 成 新 的 经 济 增 长 点 具 有 重 要 的 作 用 随 着 中 国 将 物 联 网 作 为 战 略 性 新 兴 产 业 的 重 要 组 成 部 [3] 分, 围 绕 物 联 网 相 关 的 技 术 研 究 产 品 研 发 和 应 用 推 广 等 均 呈 现 出 迅 猛 发 展 的 势 头 从 物 联 网 的 具 体 应 用 来 看, 无 论 是 以 简 单 的 机 器 类 数 据 交 互 为 特 征 的 机 器 类 通 信 (M2M) 应 用, 还 是 基 于 传 感 网 与 通 信 网 相 结 合 的 泛 在 应 用, 在 种 类 和 用 户 数 量 方 面 都 在 加 速 增 [4] 长 目 前, 物 联 网 技 术 已 经 在 电 力 交 通 物 流 农 业 工 业 生 产 等 领 域 得 到 广 泛 的 应 用, 并 在 环 保 医 疗 城 市 管 理 安 防 等 行 业 进 行 了 以 应 用 示 范 [5-7] 为 主 的 尝 试, 正 处 于 从 产 业 启 动 期 到 大 规 模 产 业 化 推 广 过 渡 的 重 要 阶 段 物 联 网 作 为 一 个 综 合 的 信 息 技 术 领 域, 也 将 为 产 业 链 各 方 拓 展 广 阔 的 市 场 空 间 对 于 物 联 网 这 样 一 个 规 模 庞 大 的 市 场, 其 健 康 发 展 需 要 包 括 设 备 制 造 商 系 统 集 成 商 运 营 商 在 内 的 产 业 链 的 各 环 节 之 间 的 协 同 配 合, 并 将 是 一 个 循 序 渐 进 的 过 程 物 联 网 应 用 的 发 展 现 状 具 有 以 下 特 点 : 刘 越 /LIU Yue ( 中 国 移 动 通 信 研 究 院, 北 京 100053) (China Mobile Research Institute, Beijing 100053, China) 应 用 的 种 类 和 用 户 数 量 初 具 规 模, 但 与 预 期 的 市 场 规 模 相 比, 仍 处 于 起 步 阶 段 应 用 多 集 中 在 行 业 信 息 化 领 域, 在 个 人 和 家 庭 领 域 内 的 应 用 相 对 偏 少 所 处 的 行 业 相 对 集 中, 同 时, 受 限 于 行 业 信 息 化 的 发 展 现 状, 跨 行 业 融 合 型 的 物 联 网 应 用 尚 未 形 成 由 于 未 形 成 规 模 发 展 和 普 遍 应 用, 市 场 利 润 空 间 多 集 中 在 元 器 件 制 造 系 统 集 成 等 环 节, 运 营 商 以 提 供 纯 通 信 服 务 为 主 绝 大 多 数 情 况 下 业 务 管 理 和 运 营 由 用 户 自 己 完 成, 使 用 成 本 较 高 细 分 市 场 需 求 庞 杂, 但 集 成 商 和 运 营 商 受 限 于 成 本 压 力, 均 无 法 提 供 满 足 客 户 需 求 的 服 务 物 联 网 应 用 现 状 所 体 现 出 的 上 述 特 点 也 符 合 信 息 化 发 展 的 规 律 物 联 网 作 为 一 种 信 息 化 手 段, 同 其 他 的 信 息 技 术 相 比, 其 与 用 户 的 日 常 生 产 工 作 和 生 活 过 程 更 加 深 度 耦 合, 需 面 对 用 户 更 加 细 分 的 需 求, 从 而 导 致 单 个 应 用 的 规 模 受 限, 并 进 一 步 影 响 到 应 用 推 广 和 普 及 的 成 本 在 目 前 的 发 展 阶 段, 为 了 更 有 效 地 促 进 物 联 网 应 用 的 规 模 普 及, 需 要 尽 可 能 地 提 炼 出 共 性 需 求, 并 以 专 业 化 的 服 务 满 足 这 些 共 性 需 求, 降 低 应 用 开 发 部 署 和 维 护 成 本, 拓 展 更 大 的 市 场 空 中 兴 通 讯 技 术 18 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr. 2012 Vol.18 No.2 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P23

物 联 网 能 力 开 放 体 系 研 究 ZTE TECHNOLOGY JOURNAL 刘 越 专 题 间 这 也 是 本 文 提 出 物 联 网 能 力 开 放 的 基 本 出 发 点 和 目 标 所 在 2 物 联 网 服 务 需 求 分 析 需 求 复 杂 度 提 升 信 息 聚 合 需 求 需 进 行 跨 系 统 跨 领 域 的 信 息 共 享 挖 掘 聚 合 聚 合 服 务 服 务 附 加 值 增 加 2.1 用 户 需 求 分 类 从 信 息 化 角 度 分 析, 用 户 对 于 物 联 网 服 务 的 共 性 需 求 可 分 为 4 个 层 次, 如 图 1 所 示 (1) 基 础 通 信 需 求 基 础 通 信 需 求 是 物 联 网 应 用 中 的 最 基 本 需 求 用 户 需 要 各 种 近 距 离 或 远 距 离 的 通 信 手 段, 通 过 短 信 数 据 或 语 音 等 方 式 实 现 物 联 网 终 端 与 应 用 系 统 之 间 的 信 息 交 互 例 如, 在 工 业 生 产 监 控 中, 将 远 程 设 备 监 测 到 的 生 产 数 据 封 装 在 短 信 或 数 据 包 中, 通 过 移 动 通 信 网 发 送 到 后 台 的 控 制 系 统 基 础 通 信 需 求 对 应 物 联 网 的 基 础 通 信 服 务, 可 通 过 运 营 商 的 网 络 提 供, 此 外, 对 于 有 特 殊 需 求 的 行 业, 也 可 通 过 行 业 专 用 网 络 实 现 (2) 通 信 管 理 需 求 通 信 管 理 需 求 的 含 义 包 括 两 方 面, 一 是 在 物 联 网 与 生 产 和 控 制 紧 密 结 合 的 情 况 下, 用 户 需 要 比 基 础 通 信 服 务 更 可 靠 的 通 信 能 力, 以 实 现 更 可 靠 稳 定 的 数 据 交 互 ; 二 是 对 于 大 规 模 部 署 的 应 用, 用 户 可 使 用 高 效 的 管 理 手 段, 判 断 通 信 过 程 和 终 端 的 状 态 是 否 正 常, 对 终 端 的 软 硬 件 进 行 批 量 升 级, 当 发 生 异 常 时, 能 快 速 定 位 发 生 故 障 的 环 节 并 进 行 诊 断 恢 复 通 过 物 联 网 智 能 通 道 服 务 满 足 通 信 管 理 需 求, 其 核 心 是 先 于 用 户 发 现 问 题 解 决 问 题, 从 而 降 低 用 户 的 使 用 和 管 理 成 本 (3) 应 用 需 求 应 用 需 求 包 括 信 息 采 集 传 输 控 制 和 处 理, 以 及 用 户 特 定 的 业 务 逻 辑 在 内 的 信 息 化 应 用 系 统 的 实 现 部 署 和 维 护 应 用 需 求 可 涵 盖 基 础 通 信 需 求 和 通 信 管 理 需 求, 还 包 括 生 产 和 管 理 等 业 务 逻 辑 的 实 现 和 集 成 从 技 术 角 度 分 析, 物 联 网 仅 提 供 了 信 息 交 互 和 处 理 的 手 段, 要 构 成 一 个 完 整 的 信 息 化 应 用 系 统, 还 需 要 与 用 户 的 核 心 业 务 有 机 结 合 应 用 需 求 通 过 应 用 集 成 服 务 实 现, 目 前 大 多 数 的 示 范 类 物 联 网 应 用 项 目 均 包 含 本 类 需 求 (4) 信 息 聚 合 需 求 信 息 聚 合 需 求 是 指 对 于 不 同 系 统 中 的 信 息, 按 照 用 户 的 特 定 需 求 和 业 务 逻 辑 进 行 筛 选 分 析 挖 掘 和 组 织, 形 成 新 的 应 用 信 息 聚 合 的 前 提 是 跨 系 统 的 信 息 共 享 由 于 信 息 化 系 统 的 归 属 主 体 不 同, 技 术 实 现 方 式 不 同, 且 缺 乏 信 息 共 享 和 交 互 标 准, 目 前 信 息 聚 合 类 的 物 联 网 应 用 较 少 但 随 着 以 无 线 城 市 为 代 表 的 各 种 跨 行 业 应 用 的 逐 渐 启 动, 信 息 聚 合 服 务 需 求 将 日 趋 增 加 2.2 需 求 及 服 务 现 状 分 析 以 上 对 物 联 网 应 用 中 所 涉 及 的 公 共 需 求 和 对 应 的 服 务 进 行 了 归 纳 从 现 阶 段 物 联 网 应 用 部 署 的 实 际 情 况 看, 主 要 以 基 础 通 信 服 务 为 主, 但 已 体 现 出 向 智 能 通 道 服 务 应 用 集 成 服 务 甚 至 聚 合 服 务 转 型 的 发 展 趋 势 应 用 需 求 信 息 采 集 传 输 控 制 处 理 及 业 务 逻 辑 实 现 通 信 管 理 需 求 需 要 更 可 靠 的 通 信 能 力, 以 及 对 通 信 及 终 端 故 障 的 快 速 定 位 与 恢 复 基 础 通 信 需 求 需 要 短 信 数 据 语 音 等 基 本 的 通 信 能 力 图 1 用 户 对 物 联 网 服 务 的 共 性 需 求 及 所 对 应 的 服 务 目 前 以 智 能 电 网 智 能 环 境 等 为 代 表 的 众 多 有 较 强 行 业 主 体 特 征 的 示 范 项 目, 就 是 为 未 来 相 关 行 业 物 联 网 解 决 方 案 的 规 模 推 广 而 进 行 的 先 期 试 点 例 如, 在 电 力 行 业, 要 求 对 远 程 智 能 电 表 的 工 作 状 态 进 行 有 效 管 理 ; 在 安 防 领 域, 要 求 为 客 户 提 供 一 体 化 的 安 防 解 决 方 案 ; 在 环 保 领 域, 需 要 基 于 各 类 环 境 指 标 人 口 数 据 气 象 数 据 和 工 业 生 产 信 息 进 行 前 瞻 性 的 分 析, 等 等 随 着 用 户 需 求 从 基 础 通 信 到 信 息 聚 合 的 复 杂 度 的 提 升, 所 对 应 的 服 务 的 附 加 价 值 也 随 之 增 加, 这 对 于 产 业 链 各 方 既 是 机 遇, 也 是 挑 战 为 此, 无 论 是 器 件 制 造 商 设 备 制 造 商 系 统 集 成 商 和 运 营 商, 都 在 试 图 拓 展 自 己 的 服 务 领 域, 形 成 更 大 的 市 场 优 势 对 于 通 信 运 营 商, 需 要 在 提 供 基 础 通 信 服 务 的 基 础 上, 向 提 供 智 能 通 道 服 务 应 用 集 成 服 务 和 聚 合 服 务 的 方 向 转 变, 而 这 个 转 变 的 前 提 就 是 能 力 开 放 体 系 的 建 设, 通 过 能 力 开 放 体 系 更 灵 活 地 满 足 客 户 在 不 同 层 面 的 需 求 应 用 集 成 服 务 智 能 通 道 服 务 基 础 通 信 服 务 目 前, 国 际 和 国 内 运 营 商 均 将 能 [8-12] 力 开 放 和 智 能 通 道 服 务 作 为 物 联 网 应 用 服 务 的 发 展 重 点, 并 在 此 基 础 Apr 2012 Vol.18 No.2 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 19 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P24

专 题 刘 越 物 联 网 能 力 开 放 体 系 研 究 物 联 网 应 用 层 物 联 网 网 络 层 物 联 网 感 知 层 上 探 索 如 何 高 效 低 成 本 地 提 供 应 用 集 成 服 务 和 聚 合 服 务 3 物 联 网 能 力 开 放 体 系 设 计 及 实 现 3.1 能 力 开 放 的 目 标 运 营 商 通 过 将 与 物 联 网 相 关 的 各 类 服 务 能 力 开 放 给 合 作 伙 伴 和 用 户, 逐 步 建 立 起 可 快 速 满 足 用 户 多 样 化 需 求 的 统 一 的 可 持 续 发 展 的 服 务 体 系, 并 基 于 此 形 成 可 规 模 销 售 和 管 理 的 业 务 产 品 具 体 而 言, 能 力 开 放 的 目 的 包 括 以 下 几 方 面 : (1) 提 供 更 有 效 更 丰 富 的 服 务, 拓 展 价 值 空 间, 这 是 能 力 开 放 最 直 接 的 目 的 在 以 往 只 提 供 纯 通 道 服 务 的 基 础 上, 将 更 多 的 服 务 以 能 力 这 种 统 一 的 形 式 提 供 出 来, 满 足 用 户 的 通 信 管 理 需 求 应 用 需 求 和 信 息 聚 合 需 求, 从 而 提 升 在 用 户 物 联 网 信 息 化 应 用 中 的 服 务 比 重 (2) 以 专 业 化 服 务 的 方 式 满 足 多 用 户 的 共 性 需 求, 降 低 服 务 的 提 供 和 使 用 成 本 应 用 及 内 容 服 务 能 力 支 撑 服 务 能 力 网 络 服 务 能 力 终 端 服 务 能 力 图 2 物 联 网 能 力 体 系 基 于 运 营 商 已 经 建 设 成 熟 的 基 础 网 络 业 务 环 境 和 运 营 体 系, 可 为 用 户 提 供 广 域 范 围 内 的 物 联 网 应 用, 有 效 拓 展 物 联 网 应 用 的 种 类 和 业 务 运 营 商 自 有 能 力 第 三 方 能 力 账 务 信 息 服 务 业 务 量 统 计 分 析 运 算 存 储 资 源 基 础 通 信 通 信 状 态 管 理 通 信 故 障 管 理 远 程 管 理 在 线 升 级 安 全 管 理 空 间 此 外, 通 过 与 云 计 算 等 技 术 有 机 结 合, 利 用 公 共 的 软 硬 件 设 施 和 运 营 服 务, 可 有 效 降 低 在 系 统 研 发 部 署 和 运 维 过 程 中 的 成 本, 并 提 高 服 务 质 量, 从 而 为 用 户 特 别 是 没 有 IT 服 务 能 力 的 用 户 降 低 总 体 成 本 (3) 使 应 用 开 发 更 加 敏 捷 有 效, 迅 速 满 足 客 户 个 性 化 需 求 针 对 物 联 网 应 用 碎 片 化 大 市 场 的 情 况, 将 应 用 开 发 分 为 能 力 素 材 建 设 和 业 务 逻 辑 开 发 两 个 相 对 独 立 的 部 分 运 营 商 及 合 作 伙 伴 聚 焦 能 力 素 材 建 设, 用 户 及 应 用 开 发 合 作 伙 伴 ( 包 括 大 量 的 独 立 开 发 者 ) 则 负 责 将 用 户 需 求 转 化 为 具 体 的 业 务 流 程, 并 利 用 底 层 所 开 放 出 的 服 务 能 力 实 现 业 务 系 统 这 种 方 式 可 以 有 效 解 决 物 联 网 应 用 开 发 周 期 长 开 发 成 本 高 的 问 题, 并 有 利 于 分 散 型 应 用 在 能 力 层 面 的 统 一 3.2 物 联 网 能 力 体 系 设 计 与 物 联 网 体 系 架 构 对 应, 物 联 网 可 供 开 放 的 能 力 包 括 以 下 4 类 : 终 端 服 务 能 力 网 络 服 务 能 力 支 撑 服 务 能 力 应 用 和 内 容 服 务 能 力, 如 图 2 所 示 标 准 的 服 务 调 用 接 口 及 流 程 引 擎 (1) 终 端 服 务 能 力 物 联 网 业 务 应 用 终 端 服 务 能 力 是 指 通 过 内 嵌 在 终 端 中 的 监 控 代 理 软 件, 主 动 探 测 终 端 的 工 作 状 态 和 位 置 等 信 息, 并 与 平 台 侧 进 行 交 互, 实 现 对 终 端 的 远 程 管 理 在 线 升 级 安 全 管 理 等 功 能 终 端 服 务 能 力 的 正 常 提 供 基 于 两 个 前 提 : 一 是 终 端 与 平 台 之 间 的 通 信 链 路 正 常, 或 者 在 发 生 通 信 异 常 时 平 台 和 终 端 可 通 过 心 跳 等 机 制 发 现 ; 二 是 终 端 服 务 的 机 制 流 程 工 作 正 常, 现 阶 段 各 运 营 商 尚 无 关 于 终 端 服 务 协 议 的 统 一 定 义, 但 从 实 现 方 式 看, 均 考 虑 到 物 联 网 终 端 的 工 作 特 点, 在 物 联 网 终 端 与 平 台 之 间 的 报 文 交 互 上 采 用 了 低 带 宽 小 数 据 量 的 处 理 方 式 (2) 网 络 服 务 能 力 网 络 服 务 能 力 是 指 可 由 运 营 商 物 联 网 基 础 网 络 开 放 出 来 的 能 力, 具 体 包 括 : 基 础 通 信 功 能 ( 如 短 信 移 动 数 据 等 基 础 通 信 能 力 ) 终 端 通 信 状 态 通 知 与 查 询 ( 包 括 终 端 在 线 状 态 / 在 网 状 态 终 端 位 置 / 漫 游 越 界 信 息 终 端 IP 地 址 和 网 络 接 入 点 (APN) 等 信 息 ) 通 信 故 障 管 理 ( 如 在 短 信 发 送 失 败 时 向 应 用 侧 发 出 提 示 ) 上 述 能 力 需 要 对 短 信 息 中 心 (SMSC) 归 属 位 置 寄 存 器 (HLR) 网 关 通 用 分 组 无 线 业 务 支 持 节 点 (GGSN) 等 设 备 进 行 必 要 的 功 能 增 强 方 可 实 现 (3) 支 撑 服 务 能 力 支 撑 服 务 能 力 为 用 户 提 供 计 费 流 量 管 理 和 运 营 维 护 等 服 务 具 体 内 容 包 括 : 用 户 帐 户 信 息 的 查 询 和 通 知 额 度 告 警 设 置 和 门 限 告 警 业 务 详 单 查 询 业 务 量 统 计 分 析, 以 及 与 运 维 相 关 的 运 算 存 储 等 一 些 IT 服 务 能 力 (4) 应 用 和 内 容 服 务 能 力 应 用 和 内 容 服 务 能 力 是 目 前 发 展 较 成 熟 的 一 类 能 力 应 用 和 内 容 包 括 两 个 来 源, 一 是 运 营 商 自 身 提 供 的 各 类 增 值 服 务 ; 二 是 由 第 三 方 合 作 伙 伴 提 供 的 应 用 和 行 业 特 定 信 息, 例 如 由 金 融 行 业 合 作 伙 伴 提 供 的 标 准 金 融 操 作 流 程, 由 气 象 部 门 提 供 的 实 时 气 象 和 预 报 信 息 等 对 于 第 二 类 应 用 和 内 容, 需 考 虑 通 过 何 种 方 式 引 入 到 运 营 商 的 统 一 能 力 平 台, 以 及 使 中 兴 通 讯 技 术 20 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr. 2012 Vol.18 No.2 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P25

物 联 网 能 力 开 放 体 系 研 究 ZTE TECHNOLOGY JOURNAL 刘 越 专 题 用 该 应 用 或 内 容 的 商 务 模 式 3.3 物 联 网 能 力 的 有 序 可 控 开 放 物 联 网 能 力 体 系 建 设 是 一 个 逐 步 完 善 的 过 程, 随 着 新 技 术 新 业 务 的 发 展 和 市 场 的 日 趋 成 熟, 每 一 类 能 力 所 包 含 的 具 体 内 容 及 所 适 用 的 商 务 模 式 也 将 逐 渐 丰 富, 而 用 户 需 求 和 应 用 的 特 点 也 决 定 了 物 联 网 能 力 开 放 必 然 是 一 个 有 序 受 控 的 渐 进 过 程 一 方 面, 从 信 息 化 应 用 尤 其 是 行 业 应 用 发 展 的 角 度 看, 从 相 对 封 闭 到 开 放 性 地 使 用 外 部 所 提 供 的 能 力 是 一 个 渐 进 的 过 程 ; 另 一 方 面, 所 开 放 出 来 的 能 力 作 为 面 向 用 户 的 一 种 服 务, 只 有 做 到 可 管 理 可 运 营, 才 能 在 满 足 用 户 需 求 的 同 时, 为 运 营 商 和 合 作 伙 伴 带 来 增 值 空 间 能 力 开 放 的 先 后 顺 序 取 决 于 市 场 需 求 和 技 术 可 行 性 两 个 方 面 在 前 文 所 述 4 类 物 联 网 能 力 中, 网 络 服 务 能 力 应 用 及 内 容 服 务 能 力 是 发 展 相 对 成 熟 的 领 域, 终 端 服 务 能 力 是 目 前 讨 论 和 研 究 的 热 点, 各 运 营 商 分 别 以 特 有 的 方 式 实 现 了 其 中 的 部 分 功 能, 支 撑 服 务 能 力 的 提 供 则 由 于 涉 及 运 营 商 自 身 计 费 营 帐 和 IT 系 统 的 改 造, 需 要 较 长 的 实 现 周 期 具 体 到 每 一 类 能 力 中, 不 同 能 力 的 成 熟 度 也 有 差 异 在 网 络 服 务 能 力 中, 基 础 通 信 能 力 开 放 已 经 有 标 准 的 接 口 定 义, 但 通 信 状 态 管 理 和 通 信 故 障 管 理 能 力 则 需 要 对 网 元 进 行 改 造 和 增 强 ; 在 应 用 及 内 容 服 务 能 力 中, 运 营 商 自 有 能 力 的 开 放 目 前 已 实 现, 但 第 三 方 能 力 的 开 放 需 要 定 义 统 一 接 口, 逐 渐 引 入 并 给 外 部 用 户 与 有 序 开 放 密 切 相 关 的 另 一 个 问 题 是 安 全 问 题, 能 力 开 放 过 程 中 需 要 考 虑 的 安 全 需 求 包 括 两 个 方 面 : (1) 防 止 对 能 力 的 非 法 使 用, 只 有 当 用 户 ( 的 应 用 系 统 ) 订 购 了 某 种 能 力 后, 才 能 使 用 该 能 力 (2) 能 力 分 为 内 部 能 力 和 外 部 引 入 能 力, 对 于 内 部 能 力, 其 实 现 可 能 牵 涉 到 运 营 商 的 网 络 运 营 支 撑 等 关 键 系 统, 物 联 网 能 力 的 开 放 不 应 影 响 到 现 有 业 务 的 正 常 运 行 ; 对 于 从 外 部 引 入 的 能 力, 由 于 是 通 过 统 一 的 能 力 开 放 平 台 提 供 给 用 户, 所 以 需 要 能 对 其 进 行 有 效 监 控 和 审 计, 防 止 由 于 能 力 误 操 作 或 错 误 信 息 等 对 用 户 信 息 化 系 统 造 成 异 常 影 响 3.4 物 联 网 能 力 开 放 方 案 设 计 要 素 目 前, 物 联 网 能 力 开 放 体 系 建 设 正 处 于 起 步 阶 段, 国 内 外 主 流 的 运 营 商 均 已 启 动 或 推 出 相 关 服 务 在 设 计 能 力 开 放 的 具 体 实 现 方 案 时, 需 考 虑 以 下 因 素 : (1) 无 论 能 力 开 放 的 对 象 是 自 有 业 务 还 是 非 自 有 业 务, 在 能 力 开 放 平 台 架 构 和 调 用 接 口 方 面 均 应 统 一 规 划, 从 而 在 降 低 外 部 应 用 系 统 设 计 复 杂 度 的 同 时, 最 大 限 度 地 发 挥 能 力 服 务 的 规 模 优 势, 降 低 研 发 部 署 和 维 护 成 本 (2) 在 设 计 具 体 的 能 力 开 放 方 案 时, 应 考 虑 如 何 支 撑 多 样 化 的 商 务 模 式 如 前 所 述, 能 力 既 包 含 运 营 商 自 有 服 务, 也 包 含 第 三 方 提 供 的 服 务 为 此, 既 需 要 支 持 传 统 的 通 信 费 功 能 费 等 计 费 模 式, 也 需 要 支 持 合 作 运 营 收 入 分 成 集 成 服 务 等 模 式 (3) 物 联 网 应 用 涵 盖 的 类 型 多 种 多 样, 从 应 用 的 地 域 性 角 度, 可 分 为 区 域 应 用 和 全 网 应 用 物 联 网 能 力 开 放 方 案 需 综 合 考 虑 及 时 满 足 用 户 需 求 和 降 低 能 力 运 维 成 本 等 多 个 因 素 对 于 区 域 型 物 联 网 应 用, 采 用 本 地 服 务 的 方 式 可 迅 速 满 足 客 户 需 求, 并 降 低 维 护 成 本 ; 对 于 全 网 应 用, 则 需 要 通 过 统 一 的 服 务 平 台 实 现 应 用 的 一 点 接 入 全 网 服 务 这 就 要 求 能 力 开 放 系 统 采 用 分 级 部 署 等 方 式, 并 确 保 区 域 平 台 与 全 网 平 台 在 能 力 接 口 和 处 理 流 程 方 面 的 一 致 性 4 结 束 语 以 能 力 开 放 迅 速 满 足 用 户 对 物 联 网 业 务 在 不 同 层 面 的 需 求, 降 低 应 用 的 开 发 推 广 和 部 署 成 本, 已 经 成 为 业 界 共 识 和 趋 势 随 着 物 联 网 技 术 与 应 用 的 逐 渐 普 及, 能 力 开 放 体 系 和 系 统 建 设 也 将 逐 步 增 强 下 阶 段 研 究 和 建 设 的 重 点 将 集 中 在 能 力 资 源 的 丰 富 完 善 能 力 开 放 的 规 范 化 与 现 有 的 网 络 和 服 务 的 更 有 机 结 合, 以 及 能 力 开 放 平 台 的 建 设 等 方 面 能 力 开 放 对 于 物 联 网 应 用 的 规 模 发 展 具 有 重 要 的 意 义, 也 将 构 成 未 来 以 信 息 聚 合 服 务 和 产 业 链 协 同 为 特 色 的 物 联 网 服 务 体 系 的 基 础 5 参 考 文 献 [1] IBM 中 国 商 业 价 值 研 究 院. 智 慧 地 球 [M]. 北 京 : 东 方 出 版 社,2009. [2] Internet of things--an action plan for Europe [R]. Brussels, Belgium: Commission of the European Communities, 2009. [3] 国 务 院 关 于 加 快 培 育 和 发 展 战 略 性 新 兴 产 业 的 决 定 [Z]. 国 发 (2010)32 号, 2010-10-10. [4] Cellular machine-to-machine (M2M) markets: Market opportunities and trends for embedded modules [R]. New York, NY, USA: ABI Research, 2010. [5] 全 球 物 联 网 产 业 发 展 现 状 及 趋 势 研 究 报 告 [R]. 北 京 : 北 京 诺 达 咨 询 有 限 公 司, 2011. [6] 中 国 物 联 网 各 行 业 应 用 发 展 及 潜 力 评 估 报 告 [R]. 北 京 : 北 京 诺 达 咨 询 有 限 公 司, 2011. [7] 中 国 物 联 网 产 业 发 展 现 状 及 趋 势 研 究 报 告 [R]. 北 京 : 北 京 诺 达 咨 询 有 限 公 司, 2011. [8] Global M2M communication white paper [R]. London, UK: Vodafone. [9] Sprint M2M: Machine-to-machine & emerging solutions [R]. Tampa, FL, USA: Sprint. [10] MOSS J. M2M: A partnership-driven market with enough potential for all participants [R]. London, UK: Informal Telecoms & Media, 2010. [11] Innovate with M2M (machine to machine) applications [R]. Foxboro, MA, USA: Axeda. [12] M2M Service Delivery Platform [R]. San Diego, CA, USA: nphase. 收 稿 日 期 :2012-01-13 作 者 简 介 刘 越, 北 方 交 通 大 学 博 士 毕 业 ; 中 国 移 动 无 锡 物 联 网 研 究 院 院 长 助 理,CCSA TC10 应 用 工 作 组 组 长 ; 主 要 从 事 物 联 网 领 域 相 关 技 术 研 究 以 及 物 联 网 技 术 与 行 业 信 息 化 结 合 的 新 业 务 研 发 ; 曾 主 持 移 动 代 理 服 务 器 M2M 技 术 及 应 用 等 ICT 产 品 研 发 项 目 Apr 2012 Vol.18 No.2 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 21 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P26

专 题 李 建 功 等 智 慧 医 疗 应 用 技 术 特 点 及 发 展 趋 势 智 慧 医 疗 应 用 技 术 特 点 及 发 展 趋 势 Development of Smart Health Applications 中 图 分 类 号 :TN929.5 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :1009-6868 (2012) 02-0022-05 摘 要 : 文 章 指 出 目 前 智 慧 医 疗 应 用 中 政 府 主 导 规 模 有 限 标 准 缺 乏 的 特 点 明 显, 未 来 趋 势 将 是 应 用 范 围 更 广 物 联 健 康 终 端 需 求 猛 增 医 疗 信 息 互 联 互 通 更 加 全 面 文 章 认 为 智 慧 医 疗 的 核 心 目 标 是 使 得 每 一 个 用 户 享 受 到 协 同 的 协 调 的 智 能 化 的 医 疗 服 务, 围 绕 这 一 目 标 将 形 成 一 个 以 患 者 为 中 心 价 值 为 基 础 的 医 疗 产 业 链, 产 业 链 包 括 政 府 医 疗 服 务 提 供 机 构 药 品 厂 家 和 设 备 制 造 商 李 建 功 /LI Jiangong 唐 雄 燕 /TANG Xiongyan ( 中 国 联 通 研 究 院, 北 京 100048) (China Unicom Research Institute, Beijing 100048, China) 关 键 词 : 智 慧 医 疗 ; 物 联 网 ; 物 联 健 康 Abstract: The development of smart health applications is still predominately in the government domain and is limited by skills shortage and a lack of standards. As smart health applications become more commonplace, demand for terminals will increase and comprehensive interconnection will be necessary. In this paper, we suggest that the goal of such applications is to allow every user to benefit from collaborative, coordinated, and intelligent health services. A smart health industry will include governments, medical service providers, pharmaceutical companies, and equipment manufacturers. Keywords: smart health; Internet of things; interactive health 慧 医 疗 作 为 生 命 科 学 和 信 息 技 智 术 交 叉 学 科, 为 用 户 提 供 了 医 疗 健 康 互 动 服 务 保 障, 逐 渐 成 为 未 来 生 活 必 不 可 少 的 一 部 分 在 近 年 的 智 慧 医 疗 的 应 用 推 广 中 突 显 出 政 府 主 导 性 规 模 有 限 性 标 准 性 缺 乏 等 特 点, 同 时 也 展 现 出 巨 大 市 场 潜 力 和 未 来 应 用 推 广 的 发 展 趋 势 1 智 慧 医 疗 概 念 及 业 务 形 式 智 慧 医 疗 是 一 门 新 兴 学 科, 也 是 一 门 交 叉 学 科, 融 合 了 生 命 科 学 和 信 息 技 术 智 慧 医 疗 的 关 键 技 术 是 现 代 医 学 和 通 信 技 术 的 重 要 组 成 部 分 智 慧 医 疗 通 过 打 造 以 电 子 健 康 基 金 项 目 : 国 家 科 技 重 大 专 项 (2011ZX03005-004-01); 科 技 部 国 际 科 技 合 作 项 目 (2010DFA11590) 档 案 为 中 心 的 区 域 医 疗 信 息 平 台, 利 用 物 联 网 相 关 技 术, 实 现 患 者 与 医 务 人 员 医 疗 机 构 医 疗 设 备 之 间 的 互 动, 逐 步 达 到 全 面 信 息 化 目 前, 类 似 概 念 很 多, 诸 如 无 线 医 疗 移 动 医 疗 物 联 健 康 等 说 法, 然 而 从 以 上 概 念 的 核 心 特 征 看 均 属 于 智 慧 医 疗 范 畴 根 据 信 息 互 动 主 体 不 同, 智 慧 医 疗 的 业 务 范 围 大 体 分 为 智 慧 医 院 服 务 区 域 医 疗 交 互 服 务 社 区 / 家 庭 自 助 健 康 监 护 服 务 智 能 远 程 急 救 服 务 1.1 智 慧 医 院 服 务 智 慧 医 院 服 务 主 要 指 在 医 院 范 围 内 部 展 开 的 智 能 化 业 务, 一 方 面 有 方 便 患 者 的 智 能 化 服 务, 如 患 者 无 线 定 位 患 者 智 能 输 液 智 能 导 医 等 ( 如 图 1 所 示 为 患 者 智 能 输 液 的 业 务 流 程, 在 药 品 配 发 输 液 耗 材 配 发 人 药 匹 配 上 均 自 动 化 实 现 ); 另 一 方 面 有 方 便 医 护 人 员 的 智 能 化 服 务, 如 防 盗 视 频 监 控 一 卡 通 无 线 巡 更 手 术 示 教 护 理 呼 叫 等 此 外, 医 院 之 间 的 远 程 会 诊 也 是 智 慧 医 疗 业 务 的 重 要 组 成 部 分 在 智 慧 医 院 内 部 信 息 化 平 台 方 面, 各 医 院 正 在 加 速 实 施 基 于 信 息 化 平 台 医 院 信 息 系 统 (HIS) 的 整 体 建 设 建 立 以 患 者 为 中 心, 以 优 化 流 程 为 导 向, 以 电 子 病 历 为 信 息 单 元 的 医 疗 临 床 信 息 标 准 化 电 子 化 语 义 化 处 理 平 台, 在 实 现 临 床 信 息 采 集 与 存 储 的 基 础 上, 实 现 临 床 信 息 的 深 入 利 用 同 时, 在 有 资 源 有 实 力 的 医 院 逐 步 整 合 HIS, 医 学 影 像 存 储 与 传 输 系 统 (PACS RIS) 实 验 室 信 息 管 理 系 统 (LIS) 会 诊 系 统, 实 现 临 床 科 研 一 体 化 以 及 医 疗 信 息 集 成 和 共 享 交 换, 实 现 医 疗 临 床 信 息 的 深 层 次 利 用 在 智 慧 医 院 医 生 所 持 终 端 方 面, 逐 渐 向 智 能 化 便 捷 化 发 展 据 Manhattan 研 究 所 预 言, 到 2012 年, 81% 的 医 生 将 拥 有 一 部 智 能 手 机 然 而 在 Manhattan 研 究 所 2011 年 5 月 的 报 告 中 展 现, 这 一 数 字 已 经 在 2011 年 得 以 实 现 随 着 终 端 产 品 的 小 型 化 及 屏 幕 分 辨 率 提 高, 移 动 护 士 站 中 兴 通 讯 技 术 22 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr. 2012 Vol.18 No.2 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P27

智 慧 医 疗 应 用 技 术 特 点 及 发 展 趋 势 李 建 功 等 专 题 无 线 网 络 医 用 Pad 终 端 已 开 始 在 部 分 医 院 中 [1] 应 用 病 人 药 品 1.2 区 域 医 疗 服 务 药 品 摆 药 护 士 台 无 线 网 络 图 1 智 慧 医 院 业 务 流 程 示 意 图 区 域 医 疗 服 务 信 息 化 是 以 用 户 为 中 心, 将 公 共 卫 生 医 疗 服 务 疾 病 控 制 甚 至 包 括 社 区 自 助 健 康 服 务 的 内 容 相 互 联 系 起 来 该 信 息 化 服 务 以 健 康 档 案 信 息 的 采 集 存 储 为 基 础, 自 动 产 生 分 发 推 送 工 作 任 务 清 单, 为 区 域 内 各 类 卫 生 机 构 开 展 医 疗 卫 生 服 务 活 动 提 供 支 撑 该 服 务 作 为 十 二 五 卫 生 信 息 化 的 主 要 组 成 部 分, 将 在 十 二 五 医 疗 卫 生 规 范 中 成 为 医 疗 信 息 化 建 设 重 点 内 容 之 一 区 域 医 疗 服 务 平 台 是 连 接 区 域 内 的 医 疗 卫 生 机 构 基 本 业 务 信 息 系 统 的 数 据 交 换 和 共 享 平 台, 是 不 同 系 统 间 进 行 信 息 整 合 的 基 础 和 载 体 图 2 展 示 的 是 基 于 电 子 健 康 档 案 的 区 域 卫 生 信 息 平 台 基 本 架 构 通 过 该 平 台, 将 实 现 以 电 子 健 康 档 案 信 息 的 中 心 的 妇 幼 保 健 疾 控 医 疗 服 务 等 各 系 统 的 信 息 进 行 协 同 和 共 享 从 业 务 角 度 看, 平 台 可 支 撑 多 种 业 务, 而 非 仅 服 务 于 特 定 应 用 层 面 药 品 局 域 网 输 液 室 人 类 或 家 庭 类 客 户, 主 要 实 现 方 式 为 通 过 手 机 家 庭 网 关 或 专 用 的 通 信 设 备, 将 用 户 使 用 各 种 健 康 监 护 仪 器 采 集 到 的 体 征 信 息 实 时 ( 或 准 实 时 ) 传 输 至 中 心 监 护 平 台, 同 时 可 与 专 业 医 师 团 队 进 行 互 动 交 流, 获 取 专 业 健 康 指 导 实 现 形 式 多 种 多 样, 也 可 结 合 区 域 医 疗 服 务 信 息 化 平 台, 开 展 全 民 建 档 及 电 子 健 康 档 案 信 息 更 新 ; 也 可 与 应 急 指 挥 联 动 平 台 结 合, 结 合 定 制 化 手 机 或 定 位 网 关 提 供 一 键 呼 预 报 注 册 服 务 个 人 注 册 服 务 医 疗 卫 生 人 员 注 册 服 务 医 疗 卫 生 机 构 注 册 服 务 术 语 / 字 典 注 册 服 务 呼 叫 个 人 基 本 服 务 二 三 级 医 院 信 息 整 合 平 台 CIS/ HIS PACS LIS/RIS 二 三 级 医 院 主 要 疾 病 和 健 康 问 题 摘 要 无 线 接 收 器 警 等 功 能 健 康 监 护 业 务 根 据 应 用 场 景 不 同 可 分 为 家 庭 健 康 监 护 业 务 个 人 健 康 监 护 业 务 和 车 载 急 救 监 护 业 务 几 类, 各 场 景 对 平 台 网 络 及 终 端 的 关 键 技 术 实 现 形 式 均 有 不 同 需 求 图 3 展 现 了 健 康 监 护 业 务 架 构, 其 中 涵 盖 健 康 监 护 终 端 数 据 传 送 网 关 信 息 展 现 平 台 等 终 端 实 现 环 节 2 智 慧 医 疗 应 用 技 术 特 点 智 慧 医 疗 需 要 新 一 代 的 生 命 科 学 技 术 和 信 息 技 术 作 为 支 撑, 才 能 实 现 全 面 透 彻 精 准 便 捷 的 服 务 智 慧 医 疗 体 系 架 构 图 如 图 4 所 示 智 慧 医 疗 在 整 个 泛 在 网 物 联 网 体 系 中 所 涉 及 感 知 层 网 络 层 平 台 层 的 各 种 关 键 技 术 (1) 技 术 范 围 广 在 智 慧 医 疗 相 关 技 术 领 域 涉 及 感 知 层 网 络 层 平 台 层 的 关 键 技 术, 针 对 以 上 介 绍 的 几 类 业 务 场 景 所 相 关 的 技 术 包 括 : 基 于 健 康 档 案 的 区 域 卫 生 信 息 平 台 儿 童 保 健 智 能 感 知 类 技 术, 如 射 频 标 识 (RFID) 技 术 定 位 技 术 体 征 感 知 技 术 视 频 识 别 技 术 等 智 慧 医 疗 中 的 相 关 数 据 主 要 从 医 院 和 用 户 家 中 各 系 统 传 出 信 息 的 传 感 器 获 取 的, 实 现 医 疗 卫 生 信 息 共 享 和 业 务 协 同 妇 女 保 健 疾 病 控 制 索 引 服 务 业 务 服 务 数 据 服 务 事 务 处 理 健 康 档 案 浏 览 器 全 程 健 康 档 案 服 务 区 维 卫 生 信 息 交 换 层 社 区 卫 生 信 息 整 合 平 台 CIS/ HIS CHSS LIS/RIS 社 区 卫 生 服 务 机 构 健 康 档 案 浏 览 器 疾 病 管 理 安 全 管 理 数 据 疾 控 系 统 医 疗 服 务 隐 私 数 据 妇 幼 系 统 公 共 卫 生 机 构 其 他 数 据 仓 库 : 医 疗 卫 生 业 务 管 理 和 辅 助 决 策 配 置 信 息 其 他 公 卫 系 统 健 康 档 案 浏 览 器 1.3 家 庭 自 助 健 康 监 护 服 务 健 康 监 护 业 务 主 要 直 接 针 对 个 CHSS: 公 共 卫 生 信 息 系 统 CIS: 临 床 信 息 系 统 图 2 区 域 医 疗 信 息 平 台 系 统 架 构 图 HIS: 医 院 信 息 系 统 LIS: 实 验 室 信 息 管 理 系 统 PACS: 影 像 归 档 和 通 信 系 统 RIS: 影 像 信 息 系 统 Apr 2012 Vol.18 No.2 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 23 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P28

专 题 李 建 功 等 智 慧 医 疗 应 用 技 术 特 点 及 发 展 趋 势 血 压 血 氧 心 电 被 检 测 对 象 准 确 的 数 据 采 集 检 测 识 别 控 制 和 定 位 信 息 互 通 类 技 术, 如 上 下 文 感 知 中 间 件 技 术 电 磁 干 扰 技 术 高 能 效 传 输 技 术 等 实 现 用 户 与 医 疗 机 构 服 务 机 构 之 间 健 康 信 息 网 络 协 作 的 数 字 沟 通 渠 道, 为 整 个 医 疗 系 统 海 量 信 息 的 分 析 挖 掘 提 供 通 道 基 础 信 息 处 理 技 术, 如 分 布 式 计 算 技 术 网 络 计 算 技 术 等, 完 成 对 各 类 传 感 器 原 始 测 报 或 经 过 预 处 理 的 数 据 进 行 综 合 和 分 析, 更 高 层 次 的 信 息 融 合 实 现 对 原 始 信 息 进 行 特 征 提 取, 再 进 行 综 合 分 析 和 处 理 (2) 技 术 需 求 个 性 化 强 针 对 几 类 医 疗 健 康 场 景 采 用 的 关 键 技 术 也 各 有 不 同 特 点, 具 有 一 定 复 杂 性 血 压 无 线 健 康 监 测 仪 无 线 患 者 图 3 个 人 健 康 监 护 业 务 架 构 针 对 智 慧 医 院 场 景 下 环 境 复 杂 多 种 终 端 共 存 医 用 设 备 防 干 扰 要 求 高 等 特 点, 医 疗 健 康 环 境 电 磁 干 扰 技 术 要 求 成 为 智 慧 医 院 场 景 下 一 个 重 点 要 求 包 括 临 床 场 景 下 多 径 环 境 下 多 个 移 动 用 户 及 射 频 干 扰 源 时 对 医 疗 设 备 的 电 磁 干 扰 影 响, 目 前 中 国 联 通 研 究 院 与 北 京 邮 电 大 学 开 展 合 作 国 际 科 技 合 作 项 目 拟 与 加 拿 大 合 作 针 对 室 内 电 磁 辐 射 级 别 的 室 内 现 场 预 测 模 型 进 行 建 模, 用 于 蒙 特 利 尔 医 院 无 线 局 域 网 (WLAN) 环 境 下 的 电 磁 干 扰 及 覆 盖 研 究 数 据 传 送 数 据 传 送 无 线 定 位 技 术 是 第 三 代 移 动 通 信 的 重 要 技 术 之 一, 根 据 医 院 家 客 户 代 表 监 测 数 据 转 发 及 监 测 结 果 接 收 患 者 健 康 档 案 庭 野 战 环 境 下 实 时 监 护 需 求, 提 出 三 维 空 间 的 精 确 定 位 的 要 求, 目 前 业 内 已 提 出 了 许 多 室 内 定 位 技 术 解 决 方 案, 如 ZigBee 定 位 技 术 超 声 波 定 位 技 术 蓝 牙 技 术 红 外 线 技 术 射 频 识 别 技 术 超 宽 带 技 术 光 跟 踪 定 位 技 术, 以 及 图 像 分 析 信 标 定 位 计 算 机 视 觉 定 位 技 术 等, 以 实 现 医 护 人 员 病 人 医 疗 设 备 等 目 标 移 动 条 件 下 的 精 确 定 位 高 效 传 输 技 术 是 指 充 分 利 用 不 同 信 道 的 传 输 能 力 构 成 一 个 完 整 的 传 输 系 统, 使 信 息 得 以 可 靠 传 输 的 技 术 针 对 医 疗 健 康 信 息 传 输 的 需 要, 针 对 医 学 信 号 处 理 技 术, 研 究 能 够 有 效 压 缩 医 疗 传 感 器 数 据 流 医 疗 泛 在 网 应 用 层 泛 在 网 网 络 层 终 端 及 感 知 延 伸 层 心 电 监 测 传 感 定 位 感 知 呼 吸 机 传 感 器 图 4 智 慧 医 疗 体 系 架 构 图 社 区 / 医 院 影 像 数 据 的 新 的 压 缩 算 法 ; 针 对 无 线 传 感 器 网 络 的 高 能 效 传 输 技 术 研 究, 涵 盖 传 感 器 网 络 分 布 式 协 作 分 集 传 输 算 法, 从 而 提 高 传 感 器 节 点 及 整 个 无 线 传 感 器 网 络 的 能 效 (3) 技 术 门 槛 高 智 慧 医 疗 属 新 兴 行 业, 但 其 涉 及 技 术 和 研 发 成 本 偏 高, 在 为 传 统 医 疗 信 息 系 统 和 设 备 厂 商 带 来 商 机 的 同 时, 也 将 一 些 研 发 实 力 薄 弱 投 入 资 金 有 限 的 企 业 逐 渐 排 挤 出 智 慧 医 疗 主 流 产 品 供 应 商 外 围 基 于 以 上 技 术 分 析, 面 向 智 慧 医 疗 的 一 些 关 键 技 术 仍 不 成 熟, 还 待 继 续 完 善 研 发 产 品 化 规 模 化 生 产 和 产 业 布 局 仍 需 投 入 较 大 研 发 成 本, 因 此 对 企 业 的 创 新 研 发 能 力 技 术 基 础 和 产 品 沉 淀 有 较 高 的 要 求 3 智 慧 医 疗 应 用 发 展 现 状 智 慧 医 疗 领 域 在 电 信 运 营 商 眼 中 的 位 置 正 变 得 越 来 越 重 要 近 年 来, 无 论 是 中 国 运 营 商 还 是 国 际 运 营 商, 都 在 积 极 向 这 一 领 域 扩 张 运 营 商 不 仅 将 提 供 医 疗 信 息 化 服 务 作 为 履 行 企 业 社 会 责 任 的 举 措, 而 且 也 将 其 视 为 新 的 盈 利 增 长 点 在 组 织 结 构 上, 全 球 重 要 电 信 运 营 商 纷 纷 成 立 了 专 门 的 部 门 以 负 责 医 疗 信 息 化 的 急 救 业 务 慢 病 业 务 院 内 诊 前 业 务 个 人 健 康 管 理 业 务 泛 在 网 业 务 支 撑 分 布 式 计 算 / 网 络 计 算 有 线 网 络 / 无 线 网 络 无 线 高 效 传 输 / 电 磁 干 扰 / 上 下 文 感 知 中 间 件 网 关 血 氧 监 测 传 感 视 频 采 集 网 关 家 用 心 电 监 测 传 感 家 用 血 糖 传 感 便 携 血 压 监 测 传 感 器 ( 带 通 信 模 块 ) 心 电 监 测 传 感 网 关 血 压 传 感 车 载 类 传 感 器 场 景 个 人 / 家 庭 类 传 感 器 场 景 医 院 类 传 感 器 场 景 血 氧 检 测 仪 ( 带 通 信 模 块 ) 中 兴 通 讯 技 术 24 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr. 2012 Vol.18 No.2 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P29

智 慧 医 疗 应 用 技 术 特 点 及 发 展 趋 势 李 建 功 等 专 题 运 营, 并 且 还 大 量 聘 请 来 自 医 疗 机 构 负 责 信 息 技 术 的 高 管 组 成 咨 询 委 员 会 这 对 于 运 营 商 了 解 医 疗 行 业 需 求 具 有 重 要 的 作 用 除 此 之 外, 运 营 商 还 非 常 重 视 与 产 业 链 重 点 环 节 建 立 伙 伴 关 系 在 服 务 方 面, 运 营 商 非 常 重 视 网 络 及 安 全 设 施 的 部 署, 这 是 [2] 提 供 医 疗 信 息 化 服 务 的 基 础 2010 年, 运 营 商 西 班 牙 电 信 强 势 进 军 医 疗 信 息 领 域, 专 门 成 立 了 智 慧 医 疗 业 务 部 门 西 班 牙 电 信 采 取 了 进 军 电 子 医 疗 业 务 领 域 的 做 法 提 供 开 发 并 销 售 基 于 ICT 的 医 疗 业 务, 包 括 通 过 移 动 方 式 提 醒 患 者 就 医 适 用 于 慢 性 病 患 者 的 远 程 监 控 远 程 修 改 病 历 以 及 基 于 视 频 会 议 的 病 患 咨 询 等 AT&T 公 司 最 近 在 管 理 层 架 构 中 新 设 了 一 个 全 新 的 高 层 职 位 首 席 医 疗 信 息 官 该 举 措 标 志 着 该 公 司 已 经 将 智 慧 医 疗 行 业 作 为 一 大 潜 力 领 域 进 行 系 统 开 发 AT&T 公 司 针 对 行 业 中 医 院 医 生 公 共 卫 生 人 员 纳 税 人 等 不 同 的 主 体 提 供 了 相 应 的 解 决 方 案 AT&T 提 供 了 包 括 医 疗 信 息 交 换 远 程 医 疗 安 全 服 务 灾 后 恢 复 统 一 通 信 远 程 医 疗 等 解 决 方 案 Vodafone 在 智 慧 医 疗 服 务 领 域 重 点 关 注 三 类 主 体, 制 药 公 司 医 疗 服 务 机 构 和 医 疗 保 险 提 供 者 Vodafone 研 发 团 队 提 供 应 用 服 务 系 统 作 为 重 点 产 业 医 疗 机 构 员 工 可 通 过 移 动 终 端 以 远 程 方 式 方 便 接 入 其 应 用 系 统, 使 其 能 够 实 时 接 入 最 新 医 疗 健 康 数 据 并 使 用 其 他 资 源, 以 方 便 服 务 客 户 判 断 产 品 效 能 指 导 安 全 用 药 提 高 产 品 和 服 务 效 率 此 外, 国 际 几 家 主 要 的 平 台 研 发 企 业 和 服 务 提 供 商 也 高 调 介 入 智 慧 医 疗 行 业 领 域 高 通 公 司 宣 布 组 建 全 资 子 公 司 高 通 生 命 公 司, 将 运 营 此 前 的 高 通 无 线 医 疗 部 门 业 务 同 时 还 将 设 立 规 模 为 1 亿 美 元 的 高 通 生 命 基 金, 由 高 通 公 司 的 投 资 集 团 高 通 风 险 投 资 管 理 高 通 生 命 公 司 的 首 项 产 品 无 线 医 疗 终 端 的 2net 平 台, 目 前 已 上 市 旨 在 通 过 基 于 云 的 解 决 方 案 将 无 线 医 疗 终 端 互 连, 以 方 便 终 端 用 户 他 们 的 医 疗 保 健 服 务 提 供 者 和 护 理 者 访 问 生 物 计 量 信 息 谷 歌 和 IBM 公 司 在 2009 年 即 宣 布, 患 者 可 以 使 用 IBM 的 软 件 从 他 们 的 医 疗 设 备, 如 血 压 和 血 糖 监 测 的 接 口 来 传 输 各 自 的 数 据, 并 通 过 谷 歌 在 线 录 入 个 人 健 康 记 录 库 中 英 特 尔 公 司 和 通 用 电 气 公 司 也 早 在 2009 年 建 立 合 作 关 系, 在 智 慧 医 疗 业 务 领 域 开 展 深 入 合 作 他 们 发 起 成 立 了 康 体 佳 健 康 联 盟, 旨 在 实 现 医 疗 设 备 和 系 统 之 间 交 换 信 息 标 准 化 然 而, 在 过 去 的 3~5 年 内, 中 国 运 营 商 的 智 慧 医 疗 业 务 与 国 际 方 向 不 同, 大 多 数 地 方 运 营 商 目 前 主 要 提 供 的 是 一 些 保 健 健 康 提 醒 类 信 息 服 务, 多 是 为 用 户 提 供 疾 病 预 防 和 饮 食 调 养 之 类 的 信 息 推 送 服 务 或 预 约 类 服 务 该 类 普 适 性 的 信 息 用 户 也 可 以 通 过 网 络 免 费 获 得, 缺 乏 针 对 性, 并 且 在 服 务 链 中 多 以 哑 管 道 提 供 者 角 色 出 现, 介 入 服 务 深 入 有 限, 对 用 户 的 吸 引 力 有 限, 仍 未 在 医 疗 健 康 信 息 服 务 本 身 中 产 生 价 值 令 人 鼓 舞 的 是, 近 来 中 国 智 慧 医 疗 应 用 发 展, 其 多 数 发 展 模 式 是 在 延 承 国 际 健 康 服 务 先 进 理 念 的 同 时 兼 顾 具 体 国 情, 其 经 验 具 有 借 鉴 价 值 如 何 突 破 价 格 竞 争 瓶 颈, 积 累 充 足 且 合 格 的 专 业 人 才, 梳 理 优 化 业 务 流 程, 加 强 信 息 化 建 设, 建 立 适 合 中 国 国 情 的 智 慧 医 疗 发 展 模 式 与 发 展 战 略, 已 经 成 为 决 定 智 慧 医 疗 产 业 未 来 命 运 的 主 要 因 素 综 上, 目 前 全 球 智 慧 医 疗 业 务 发 展 均 突 显 出 以 下 共 同 特 点 : 传 统 通 信 行 业 多 以 ICT 基 础 业 务 作 为 智 慧 医 疗 业 务 切 入 点 和 业 务 开 展 基 础 智 慧 医 疗 作 为 行 业 信 息 化 的 一 种 典 型 应 用, 具 有 行 业 特 点 强 个 性 化 要 求 高 特 点 智 慧 医 疗 作 为 新 兴 行 业, 目 前 仍 未 形 成 成 熟 产 业 链, 各 合 作 伙 伴 正 在 探 索 未 来 发 展 模 式 4 智 慧 医 疗 应 用 发 展 趋 势 通 过 对 全 球 智 慧 医 疗 技 术 特 点 分 析 及 业 务 现 状 梳 理, 可 见 智 慧 医 疗 将 成 为 健 康 管 理 最 有 效 的 适 宜 技 术 智 慧 医 疗 将 覆 盖 影 响 个 人 及 人 群 的 健 康 因 素 全 生 命 周 期 的 过 程, 实 现 有 效 地 利 用 以 用 户 为 中 心 的 健 康 信 息 及 各 类 医 疗 资 源 来 达 到 最 大 健 康 效 果 中 国 的 智 慧 医 疗 产 业 是 在 中 国 特 定 的 制 度 环 境 下 新 兴 的 医 疗 服 务 业 态, 目 前 仍 没 有 形 成 成 熟 的 模 式 可 供 比 较 和 参 考, 在 近 年 的 发 展 过 程 中 展 现 出 政 府 参 与 度 加 强 应 用 范 围 广 物 联 健 康 终 端 需 求 猛 增 互 联 互 通 更 加 全 面 等 特 点 (1) 政 府 参 与 加 强 智 慧 医 疗 作 为 一 种 新 兴 的 医 疗 服 务 业 态, 没 有 相 对 成 熟 的 商 业 模 式 可 供 参 考, 目 前 中 国 还 缺 乏 与 之 相 匹 配 的 法 律 政 策 及 规 范, 现 行 政 策 按 医 院 审 批 和 监 管 模 式 进 行, 为 医 疗 服 务 机 构 发 展 带 来 了 一 些 困 难, 对 个 人 电 子 健 康 档 案 信 息 法 律 保 护 缺 失 随 着 中 国 医 疗 卫 生 十 二 五 规 划 出 台, 明 确 医 疗 信 息 化 建 设 作 为 四 梁 八 柱 之 一, 要 求 利 用 现 代 化 的 信 息 手 段, 推 动 医 药 卫 生 体 制 改 革, 为 百 姓 提 供 安 全 有 效 方 便 价 廉 的 基 本 卫 生 服 务, 并 进 一 步 明 确 3521 工 程 建 设 要 求, 即 建 设 国 家 省 和 市 州 3 级 卫 生 信 息 平 台, 加 强 公 共 卫 生 医 疗 服 务 新 农 合 基 本 药 物 制 度 和 综 合 管 理 等 5 项 业 务 应 用, 建 设 居 民 电 子 健 康 档 案 电 子 病 历 2 个 基 础 数 据 库 和 1 个 专 用 网 络 可 以 预 见 在 未 来 3 年 内, 医 疗 主 管 机 关 将 逐 渐 针 对 人 群 服 务 范 围 标 准, 出 台 相 关 政 府 监 管 法 律 规 范, 解 决 健 康 体 检 与 健 [3] 康 诊 疗 健 康 保 险 的 结 合 问 题 据 谷 歌 宣 布 将 从 2012 年 1 月 1 日 起 永 久 关 闭 个 人 医 疗 信 息 聚 合 服 务 Google Health, 该 服 务 的 关 闭 反 映 出 Apr 2012 Vol.18 No.2 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 25 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P30

专 题 李 建 功 等 智 慧 医 疗 应 用 技 术 特 点 及 发 展 趋 势 政 府 部 门 芯 片 与 技 术 科 研 院 所 医 疗 市 场 健 康 监 护 市 场 公 共 云 服 务 的 现 状, 也 表 明 公 众 对 于 将 个 人 信 息 存 放 于 免 费 服 务 的 意 愿 仍 不 够 强 烈, 用 户 更 期 望 政 府 监 管 下 的 健 康 信 息 服 务 (2) 应 用 范 围 更 广 政 策 的 制 订 者 产 业 发 展 的 主 要 推 动 者 应 用 设 备 厂 商 医 疗 健 康 关 键 技 术 理 论 和 新 技 术 的 主 要 创 造 者 图 5 智 慧 医 疗 产 业 链 示 意 图 随 着 应 用 系 统 和 终 端 产 品 的 逐 渐 成 熟 完 善, 智 慧 医 疗 的 应 用 范 围 也 将 逐 渐 拓 广, 智 慧 医 疗 的 应 用 范 围 逐 渐 覆 盖 用 户 全 生 命 周 期, 从 新 生 儿 出 生 新 生 儿 家 庭 访 视 儿 童 健 康 检 查 预 防 接 种 健 康 体 检 高 血 压 患 者 随 访 糖 尿 病 患 者 随 访 重 性 精 神 疾 病 患 者 随 访 老 年 人 健 康 管 理 健 康 教 育 等 一 系 列 活 动 在 国 际 上,IDC 研 究 公 司 2011 年 数 据 显 示, 大 约 14% 的 美 国 成 年 人 使 用 智 慧 医 疗 的 移 动 医 疗 程 序 管 理 保 健 健 康 和 慢 性 病 问 题 中 国 卫 生 部 3521 工 程 明 确 提 出 重 点 业 务 系 统 中 包 括 药 物 管 理 公 共 卫 生 信 息 管 理 新 农 合 监 管 城 镇 医 疗 保 障 药 品 器 械 信 息 化 监 管 远 程 医 疗 服 务 共 享 协 作 服 务 等, 智 慧 医 疗 也 将 覆 盖 以 上 范 围 (3) 物 联 健 康 终 端 需 求 猛 增 网 络 提 供 商 数 据 采 集 数 据 传 输 数 据 处 理 终 端 软 件 应 用 提 供 据 ABI 研 究 公 司 2011 年 的 一 份 研 究 报 告 中 预 测,2016 年 可 佩 带 设 备 的 市 场 需 求 将 超 过 1 亿 台, 未 来 将 有 8 000 万 该 类 设 备 成 为 健 身 感 测 器 ABI 预 测, 在 未 来 5 年 中, 消 费 者 在 体 育 健 身 以 及 临 床 上 使 用 的 心 率 监 测 器 和 可 佩 带 血 压 计 等 设 备 将 促 进 无 电 信 网 络 广 电 网 络 系 统 集 成 商 医 疗 健 康 监 护 应 用 软 件 开 发 设 备 集 成 应 用 集 成 线 感 测 器 的 应 用 蓝 牙 4.0 等 新 型 低 功 率 无 线 技 术 也 将 与 社 交 网 络 和 智 能 手 机 相 结 合 促 进 无 线 感 测 器 的 应 [4] 用 根 据 InMedica 公 司 2010 年 报 道, 在 世 界 范 围 内, 远 程 医 疗 使 用 的 家 庭 血 糖 仪 血 压 计 体 重 秤 脉 动 血 氧 计 和 峰 值 流 量 计 等 联 合 装 置 的 发 运 量 将 增 长 到 160 多 万 台 可 见 物 联 健 康 终 端 产 品, 将 在 未 来 3~5 年 里 成 为 广 大 市 民 主 要 健 康 业 务 必 不 可 少 的 一 部 分, 尤 其 对 于 管 理 慢 性 病, 尤 其 是 慢 性 阻 塞 性 肺 病 (COPD) 充 血 性 心 力 衰 竭 (CHF) 高 血 [5-6] 压 和 糖 尿 病 以 便 捷 化 低 成 本 化 移 动 化 为 特 征 的 物 联 网 健 康 终 端 也 将 随 着 智 慧 医 疗 应 用 范 围 拓 广 急 剧 增 加 (4) 医 疗 信 息 互 联 互 通 将 普 遍 随 着 中 国 区 域 医 疗 服 务 平 台 分 阶 段 开 始 部 署 搭 建, 未 来 的 智 慧 医 疗 将 真 正 实 现 医 疗 信 息 的 互 联 互 通 而 且, 预 计 智 慧 医 疗 将 成 为 一 个 多 级 多 层 面 的 数 据 处 理 平 台, 完 成 多 个 信 息 源 的 数 据 进 行 关 联 估 计 和 组 合, 实 现 各 系 统 及 物 联 网 多 元 数 据 相 关 信 息 的 全 面 加 工 和 协 同 利 用, 最 终 实 现 医 疗 信 息 的 融 合 5 结 束 语 运 营 及 服 务 提 供 商 医 疗 健 康 专 业 指 导 业 务 运 营 维 护 最 终 用 户 通 过 以 上 分 析, 智 慧 医 疗 将 成 为 未 来 医 疗 卫 生 信 息 化 的 主 要 发 展 趋 势, 其 核 心 目 标 是 使 得 每 一 个 用 户 享 受 到 协 同 的 协 调 的 智 能 化 的 医 疗 系 统 所 提 供 的 服 务 从 产 业 角 度 看, 未 来 将 创 建 一 个 以 患 者 为 中 心 价 值 为 基 础 的 医 疗 产 业 链, 包 括 政 府 角 色, 医 疗 服 务 提 供 机 构 角 色, 社 区 药 品 和 设 备 制 造 商 角 色 智 慧 医 疗 产 业 链 如 图 5 所 示 目 前 产 业 链 各 角 色 面 向 智 慧 医 疗 均 有 所 动 作, 或 研 发 平 台 产 品, 或 研 发 芯 片 或 提 供 系 统 集 成, 或 提 供 网 络, 然 而 远 未 实 现 针 对 智 慧 医 疗 信 息 为 中 心 的 有 机 产 业 链 上 下 游 互 动, 只 有 实 现 各 角 色 协 同 合 作, 才 能 真 正 打 通 面 向 智 慧 医 疗 的 智 能 管 道, 提 供 协 同 化 健 康 服 务, 用 户 才 能 享 受 到 最 便 捷 最 放 心 的 智 慧 医 疗 业 务 6 参 考 文 献 [1] 感 知 健 康 智 慧 医 疗 战 略 规 划 报 告 [R]. 2010. [2] 郭 庆 婧. 运 营 商 剑 指 医 疗 信 息 化 [N]. 人 民 邮 电 报, 2011-10-12. [3] 基 于 健 康 档 案 的 区 域 卫 生 信 息 平 台 建 设 指 南 ( 试 行 ) [S]. 北 京 : 卫 生 部 信 息 化 工 作 领 导 小 组, 2009. [4] 李 建 功, 赵 文 东, 王 宁, 等. 移 动 医 疗 终 端 呈 现 四 大 发 展 趋 势 [J]. 通 信 世 界, 2011(30). [5] 贾 雪 琴, 包 建 军, 李 建 功. 物 联 网 在 智 能 心 电 监 护 上 的 应 用 [J]. 信 息 通 信 技 术, 2010(4): 24-28. [6] 李 建 功. 物 联 网 环 境 下 移 动 终 端 的 发 展 趋 势 思 考 [J]. 信 息 通 信 技 术, 2011(5): 75-78. 收 稿 日 期 :2012-01-12 作 者 简 介 李 建 功, 天 津 大 学 硕 士 毕 业 ; 工 作 于 中 国 联 通 集 团 研 究 院 ; 研 究 领 域 为 智 慧 医 疗 业 务 物 联 网 业 务 平 台 架 构 及 终 端 技 术 ; 主 要 从 事 泛 在 网 及 物 联 网 业 务 研 究 工 作, 牵 头 负 责 中 国 联 通 智 慧 医 疗 研 发 及 中 国 联 通 物 联 网 终 端 及 中 间 件 研 发 项 目, 主 持 编 写 了 基 于 泛 在 网 的 医 疗 健 康 监 测 业 务 场 景 及 技 术 要 求 标 准 报 告 唐 雄 燕, 中 国 联 通 研 究 院 副 总 工 程 师 博 士 教 授 级 高 工, 兼 任 北 京 邮 电 大 学 教 授 博 士 生 导 师, 中 国 通 信 标 准 化 协 会 泛 在 网 技 术 工 作 委 员 会 副 主 席 ; 长 期 在 电 信 运 营 企 业 从 事 宽 带 通 信 和 信 息 应 用 方 面 的 研 发 以 及 技 术 管 理 工 作 ; 已 出 版 专 著 5 部, 发 表 技 术 论 文 100 余 篇 中 兴 通 讯 技 术 26 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr. 2012 Vol.18 No.2 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P31

基 于 REST 风 格 的 混 杂 感 知 车 载 网 信 息 服 务 设 计 黄 江 龙 等 专 题 基 于 REST 风 格 的 混 杂 感 知 车 载 网 信 息 服 务 设 计 Design of a RESTful Service for Hybrid Sensor and Vehicular Networks 中 图 分 类 号 :TN929.5 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :1009-6868 (2012) 02-0027-05 摘 要 : 实 时 可 靠 地 获 得 全 面 的 车 载 感 知 服 务 信 息 是 车 载 网 络 发 展 的 瓶 颈 问 题 混 杂 感 知 车 载 网 (HSVN) 兼 有 无 线 传 感 器 网 络 (WSN) 和 车 载 自 组 网 (VANET) 的 特 点, 为 车 载 用 户 提 供 了 大 量 车 载 信 息, 是 车 载 网 络 的 发 展 趋 势 表 述 性 状 态 转 移 (REST) 架 构 统 一 了 资 源 格 式 和 交 互 形 式, 在 服 务 器 和 客 户 端 间 进 行 无 状 态 服 务, 有 利 于 异 构 问 题 的 解 决 文 章 基 于 HSVN 的 信 息 服 务 特 征, 提 出 一 种 新 型 车 载 网 络 框 架 和 服 务 模 型, 能 提 高 车 载 感 知 信 息 的 服 务 交 互 能 力 ; 基 于 REST 架 构 理 念, 采 用 HSVN 中 信 息 服 务 资 源 设 计 方 法, 为 异 构 网 络 下 的 信 息 交 互 系 统 提 供 一 种 轻 量 化 的 实 现 途 径 关 键 词 : 混 杂 感 知 车 载 网 ; 表 述 性 状 态 转 移 ; 车 载 感 知 服 务 ; 服 务 资 源 Abstract: Obtaining vehicular sensor information reliably in real time has always been a bottleneck in vehicular networks. Hybrid sensor and vehicular networks (HSVN) incorporates the features of wireless sensor networks (WSN) and vehicular ad hoc networks (VANET) and provides users with a large amount of vehicular information. HSVN is becoming the trend in vehicular network development. REST architecture makes resources and interactive behavior more uniform and creates stateless services between server and client. These features are helpful for heterogeneous applications. In this paper, we propose a new vehicular network frame and service module for improving interaction. We propose a way of using the information service resources design method in HSVN to create a lightweight method for building an interactive system in a heterogeneous network environment. Keywords: HSVN; REST; vehicular sensor service; service resource 着 物 联 网 技 术 的 不 断 发 展, 以 随 感 知 互 联 为 特 征 的 物 联 网 应 用 越 来 越 得 到 重 视, 一 个 重 要 的 应 用 领 域 就 是 车 联 网 和 传 统 的 物 联 网 一 样, 车 联 网 的 基 础 也 是 无 线 传 感 网 (WSN), 它 为 车 辆 的 感 知 互 联 提 供 基 础 支 持 由 于 车 辆 移 动 的 特 性, 车 辆 之 间 通 常 形 成 以 自 组 织 为 特 点 的 车 载 自 组 网 (VANET) WSN 和 VANET 基 金 项 目 : 基 金 项 目 : 国 家 科 技 重 大 专 项 (2011ZX03005-004-01) 的 结 合 形 成 一 种 混 杂 感 知 车 载 网 (HSVN) [1-2] 在 VANET 或 HSVN 中, 车 辆 非 静 态 地 与 基 础 网 络 进 行 链 接 ( 与 传 统 的 计 算 机 网 络 方 式 不 同 ), 这 使 得 车 辆 网 络 必 须 考 虑 如 何 将 车 辆 作 为 节 点 集 成 到 基 础 网 络 当 中, 以 便 网 络 能 够 通 过 路 由 设 施 寻 址 获 得 对 车 辆 节 点 的 交 互 服 务 由 于 VANET 和 HSVN 的 移 动 和 自 组 织 性, 在 物 联 网 的 应 用 层, 从 信 息 资 源 类 型 信 息 资 源 访 问 方 法 信 黄 江 龙 /HUANG Jianglong 陆 剑 峰 /LU Jianfeng ( 同 济 大 学 CIMS 研 究 中 心, 上 海 200092) (CIMS Research Center of Tongji University, Siping Road 1239, Shanghai 200092, China) 息 资 源 的 交 互 方 式 等 角 度 出 发, 对 其 所 运 行 的 信 息 系 统 也 有 不 同 的 要 求 在 Web 服 务 当 中, 表 述 性 状 态 转 移 (REST) 作 为 一 种 软 件 架 构 约 束 或 者 设 计 原 则, 其 目 标 在 于 避 免 服 务 器 使 用 资 源 服 务 的 应 用 状 态, 通 过 确 保 服 务 当 中 的 重 要 资 源 能 够 以 统 一 标 识 符 (URI) 的 方 式 得 以 指 示, 进 而 使 得 客 户 端 的 所 有 交 互 能 够 从 服 务 器 上 获 得 所 有 必 需 的 服 务 状 态 信 息, 同 时 服 务 器 端 不 用 保 存 来 自 客 户 端 的 资 [3-4] 源 会 话 状 态 信 息 与 传 统 的 基 于 状 态 的 应 用 相 比,REST 的 这 种 工 作 方 式 大 大 提 高 了 Web 服 务 的 可 伸 缩 性 通 用 性 和 组 件 独 立 性, 这 对 于 需 要 处 理 海 量 的 不 同 信 息 类 型 的 无 线 车 辆 网 络 无 疑 具 有 一 定 的 适 用 性 本 文 结 合 HSVN 信 息 服 务 的 典 型 应 用, 给 出 一 种 基 于 REST 设 计 思 想 的 车 载 感 知 信 息 服 务 的 设 计 框 架, 它 能 够 以 较 经 济 的 方 式 满 足 车 载 感 知 信 息 服 务 需 求 1 混 杂 感 知 车 载 网 信 息 服 务 1.1 混 杂 感 知 车 载 网 信 息 服 务 场 景 车 辆 在 道 路 上 行 驶, 在 经 过 道 路 Apr 2012 Vol.18 No.2 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 27 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P32

专 题 黄 江 龙 等 基 于 REST 风 格 的 混 杂 感 知 车 载 网 信 息 服 务 设 计 终 端 用 户 ( 便 携 ) 交 通 安 全 服 务 中 心 有 线 网 络 GPRS/3G/Wi-Fi... 停 车 场 终 端 有 线 网 络 主 干 网 ( 如 Internet) 802.11p/802.11n GPRS/3G/... 有 线 网 络 终 端 用 户 802.11p 道 路 终 端 802.11p 802.11p 道 路 终 端 802.11p 道 路 终 端 GPRS: 通 用 分 组 无 线 业 务 图 1 典 型 HSVN 应 用 场 景 交 叉 口 临 时 停 靠 和 进 入 停 车 场 后 停 靠 情 况 下, 车 辆 和 外 在 单 元 的 信 息 交 互 服 务 应 用, 可 以 看 作 是 典 型 的 具 有 WSN 和 VANET 特 征 的 HSVN 应 用 图 1 表 示 了 这 种 HSVN 应 用 的 一 个 典 型 场 景 图 1 中, 架 设 在 道 路 边 上 的 道 路 终 端, 以 及 在 停 车 场 上 的 停 车 场 终 端, 构 成 了 一 个 静 态 的 无 线 传 感 器 网 络 (WSN), 静 态 WSN 的 主 节 点 可 以 以 有 线 的 方 式 接 入 主 干 网 ( 如 Internet) 而 车 辆 自 身 的 感 知 服 务 加 入 到 这 个 静 态 WSN 中, 形 成 了 动 态 的 WSN 行 驶 在 道 路 上 的 车 辆 之 间 构 成 一 个 自 组 织 的 VANET 车 辆 处 在 VANET 和 WSN 两 个 网 络 之 中 这 两 个 网 络 能 够 实 现 道 路 交 通 信 息 的 共 享 以 及 进 行 快 速 的 数 据 交 换 车 辆 自 发 组 成 的 VANET, 并 不 是 保 持 持 续 的 状 态 而 是 在 可 能 的 条 件 下 以 点 对 点 的 模 式 进 行 互 联, 尤 其 是 在 两 辆 车 相 互 靠 近 的 时 候 车 辆 一 方 面 能 够 采 集 自 身 的 状 态 信 息, 另 一 方 面 当 车 辆 经 过 道 路 终 端 时 能 够 下 载 存 储 于 网 络 当 中 的 道 路 信 息, 而 车 辆 也 能 实 时 地 将 自 身 的 信 息 上 传 到 WSN 进 行 覆 盖 更 新 图 1 给 出 的 典 型 场 景 当 中 存 在 着 3 种 交 互 子 场 景 : VANET 中 车 辆 与 WSN 的 交 互, 通 过 和 道 路 终 端 的 通 信 完 成 同 一 方 向 上 的 车 车 交 互 相 反 方 向 上 以 车 群 为 单 位 的 车 车 交 互 1.2 混 杂 感 知 车 载 网 服 务 模 型 通 过 对 典 型 场 景 的 分 析, 可 以 把 一 个 HSVN 内 信 息 交 互 对 象 分 成 车 载 终 端 用 户 道 路 交 通 服 务 基 站 交 通 安 全 服 务 中 心 和 PC 用 户 四 大 类 其 中,PC 用 户 是 指 通 过 高 速 接 入 ( 一 般 为 有 线 网 络 ) 方 式 接 入 到 主 干 网 的 静 态 终 端 用 户, 这 部 分 用 户 的 应 用 模 式 表 1 HSVN 典 型 场 景 服 务 内 容 和 传 统 的 PC 应 用 模 式 相 同, 本 文 中 不 加 专 门 讨 论 HSVN 应 用 目 的 之 一 是 保 障 交 通 安 全, 为 用 户 提 供 平 安 出 行 的 服 务 交 通 安 全 服 务 中 心 作 为 整 个 服 务 系 统 的 核 心, 维 护 了 各 项 服 务 的 独 立 性 和 安 全 性 一 般 它 具 有 专 门 的 数 据 库 系 统 数 据 库 系 统 和 交 通 路 况 信 息 系 统 地 理 信 息 系 统 (GIS) 等 进 行 互 联, 结 合 HSVN 中 道 路 交 通 传 感 器 网 络, 能 够 存 储 从 各 个 节 点 收 集 来 的 各 项 数 据, 进 行 有 效 地 数 据 分 类 规 划 并 对 各 分 类 服 务 进 行 有 效 地 管 理 控 制 典 型 的 服 务 内 容 见 表 1 图 2 中 的 道 路 交 通 服 务 基 站 是 由 一 系 列 道 路 终 端 停 车 场 终 端 等 组 成 的 传 感 器 网 络 根 据 交 通 安 全 设 计 的 需 要, 这 些 基 站 ( 终 端 ) 可 以 是 简 单 的 信 息 收 发 单 元 ( 类 似 于 接 入 点 (AP)), 也 可 以 是 自 带 系 统 的 智 能 单 元 从 安 全 感 知 的 需 求 出 发, 道 路 交 通 服 务 基 站 会 被 设 计 成 为 带 有 数 据 库 的 小 型 计 算 机 系 统, 既 可 监 测 路 况 信 息 又 可 作 为 数 据 的 接 入 点 它 能 够 从 任 何 的 车 辆 节 点 接 收 存 储 数 据, 也 能 够 为 车 辆 提 供 一 定 的 信 息 服 务 其 拥 有 属 于 自 己 的 资 源 控 制 规 则 基 于 基 站 感 知 元 件 的 感 知 能 力 不 同, 不 同 的 道 路 交 通 服 务 基 站 有 不 同 的 覆 盖 范 围 在 移 动 应 用 中, 车 载 终 端 用 户 形 成 车 载 自 组 网 (VANET), 网 内 车 辆 为 点 对 点 的 通 信 模 式 随 着 车 辆 在 道 路 上 的 行 进, 一 般 这 个 网 络 会 动 态 地 进 行 改 变 车 载 终 端 和 交 通 安 全 服 务 中 心 以 及 道 路 交 通 服 务 基 站 的 通 信 会 比 较 复 杂 一 些 一 方 面, 车 辆 通 过 道 路 终 端 或 停 车 场 终 端 等 服 务 基 站 来 获 取 信 息 服 务 如 果 车 辆 在 行 驶 过 程 服 务 项 目 车 辆 预 警 路 况 信 息 气 象 服 务 地 图 服 务 服 务 参 数 速 度 安 全 气 阀 等 车 流 量 事 故 报 告 等 温 度 颗 粒 物 等 经 纬 度 电 子 地 图 等 服 务 描 述 超 速 车 辆 爆 炸 紧 急 刹 车 脱 离 路 道 等 情 况 时 进 行 警 报 前 方 发 生 事 故 道 路 拥 堵 等 情 况 时 进 行 警 报 从 服 务 基 站 获 取 的 气 象 信 息 车 辆 定 位 路 径 规 划 等 中 兴 通 讯 技 术 28 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr. 2012 Vol.18 No.2 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P33

基 于 REST 风 格 的 混 杂 感 知 车 载 网 信 息 服 务 设 计 黄 江 龙 等 专 题 PC 用 户 ( 静 态 终 端 ) 图 2 HSVN 场 景 服 务 结 构 中, 其 和 道 路 终 端 的 关 系 动 态 地 改 变, 服 务 会 根 据 车 辆 行 驶 的 路 线 分 段 进 行 车 载 终 端 会 进 行 网 络 接 入 点 的 监 测, 选 择 便 于 接 入 的 道 路 交 通 服 务 基 站 车 辆 终 端 用 户 从 中 获 取 路 况 信 息 道 路 交 通 服 务 基 站 会 定 期 与 交 通 安 全 服 务 中 心 进 行 交 互 以 更 新 信 息 道 路 交 通 服 务 基 站 扮 演 着 无 线 网 络 和 固 定 网 络 的 接 口 角 色, 其 自 身 也 相 应 搜 集 气 象 等 信 息 图 2 显 示 了 场 景 的 服 务 结 构 车 载 终 端 用 户 所 在 的 车 辆 节 点 拥 有 独 立 的 信 息 展 示 系 统, 沿 其 行 驶 路 线 进 行 数 据 收 集, 一 方 面 接 受 服 务 基 站 和 安 全 中 心 的 各 种 服 务, 一 方 面 将 自 身 的 数 据 与 基 站 和 中 心 进 行 共 享 车 辆 节 点 与 其 所 在 的 车 载 自 组 网 同 样 也 会 进 行 信 息 的 共 享 对 于 没 有 道 路 交 通 服 务 基 站 覆 盖 的 区 域, 车 载 终 端 可 以 通 过 移 动 网 络 (2G/3G 网 络 ) 和 主 干 网 进 行 通 信, 直 接 从 交 通 安 全 服 务 中 心 获 取 服 务 1.3 混 杂 感 知 车 载 网 信 息 服 务 的 特 点 根 据 上 面 分 析, 结 合 HSVN 中 车 载 终 端 的 移 动 特 性, 可 以 得 知 HSVN 中 信 息 服 务 有 如 下 特 点 : 交 通 安 全 服 务 中 心 预 警 服 务 气 象 服 务 (1) 信 息 多 路 传 播, 多 路 由 车 载 终 端 可 以 通 过 道 路 终 端 接 入 到 主 干 网, 获 取 交 通 安 全 服 务 中 心 的 服 务, 地 图 服 务 路 况 服 务 道 路 交 通 服 务 基 站 ( 道 路 终 端 / 停 车 终 端 等 ) 终 端 终 端 终 端 也 可 以 通 过 移 动 网 络 直 接 接 入 主 干 网 获 取 服 务 数 据 传 输 路 由 的 选 择 则 与 道 路 终 端 的 部 署 情 况 车 辆 无 线 网 络 的 信 号 强 度 服 务 的 内 容 等 因 素 有 关 系 (2) 客 户 / 服 务 角 色 的 统 一 一 个 节 点 ( 车 载 终 端 道 路 终 端 等 ) 在 整 个 网 络 中 既 可 能 是 客 户 ( 获 取 服 务 ), 也 可 以 是 服 务 者 ( 提 供 信 息 服 务 ) 每 个 终 端 都 有 一 定 的 信 息 处 理 能 力, 需 要 对 不 同 的 信 息 进 行 融 合 分 析 处 理 (3) 信 息 可 以 分 成 紧 急 和 非 紧 急 两 大 类 对 于 紧 急 信 息, 需 要 实 时 传 播 例 如, 前 面 车 辆 的 突 发 故 障 信 息 需 要 及 时 传 递 给 后 续 车 辆, 发 出 警 示 紧 急 信 息 一 般 可 以 被 设 计 成 短 帧 格 式, 便 于 传 送 而 非 紧 急 信 息, 如 道 路 的 实 时 路 况 视 频 信 息, 一 般 需 要 更 大 的 带 宽 来 进 行 传 输 (4) 服 务 传 送 信 息 越 简 洁 越 好 由 于 移 动 过 程 中 车 辆 和 道 路 终 端 的 连 接 会 频 繁 切 换, 因 此 一 个 服 务 最 好 是 车 辆 在 一 个 道 路 终 端 的 覆 盖 范 围 内 完 成 服 务 信 息 涉 及 的 字 节 数 越 少, 完 成 服 务 的 时 间 越 短, 其 涉 及 的 信 息 单 元 就 越 少 车 载 终 端 用 户 ( 移 动 终 端 ) 2 表 述 性 状 态 转 移 信 息 交 互 设 计 针 对 跨 平 台 松 耦 合 的 客 户 / 服 务 体 系, 面 向 服 务 的 架 构 (SOA) 是 一 种 普 遍 的 解 决 方 法 2000 年 Microsoft 公 司 正 式 提 出 Web 服 务 概 念, 并 且 随 后 联 合 其 他 公 司 共 同 制 订 了 简 单 访 问 对 象 协 议 (SOAP),Intel IBM Microsoft 等 公 司 指 定 了 Web 服 务 描 述 语 言 (WSDL) 和 统 一 描 述 发 现 和 集 成 (UDDI) 协 议, 形 成 了 完 整 的 SOAP Web [5] 服 务 体 系 架 构 在 该 模 式 下, 超 文 本 传 输 协 议 (HTTP) 只 是 用 来 进 行 信 息 传 递 的 协 议 在 这 协 议 之 上 有 [6] SOAP 协 议 对 数 据 进 行 封 装 一 个 Web 服 务 通 过 WSDL 来 进 行 描 述, 一 般 包 含 了 多 个 可 以 被 调 用 的 方 法 调 用 方 法 可 以 使 用 多 种 数 据 类 型, 甚 至 是 数 组 等 复 杂 数 据 类 型 这 种 面 向 传 统 计 算 机 平 台 的 Web 服 务 架 构 主 要 缺 点 是 实 现 复 杂, 一 个 URI 对 应 的 Web 服 务 包 含 很 多 方 法, 各 个 方 法 调 用 形 式 不 同, 参 数 类 型 不 同, 导 致 访 问 的 编 程 复 杂 同 时, 由 于 信 息 传 递 是 通 过 基 于 SOAP 规 范 的 可 扩 展 标 记 语 言 (XML) 文 件 实 现, 数 据 传 递 过 程 必 须 进 行 必 要 的 打 包 操 作, 带 来 了 数 据 传 送 量 的 增 大 2000 年,Roy Thomas Fielding 提 出 了 REST 风 格 的 Web 服 务 服 务 在 Web 级 规 模 交 互 上 存 在 优 势, 其 具 有 [6-7] 以 下 特 征 : 带 有 状 态 的 服 务 被 抽 象 成 资 源 每 个 资 源 都 对 应 唯 一 的 资 源 标 识 (URI) 所 有 资 源 通 过 通 用 的 连 接 器 接 口 (HTTP) 进 行 通 信 和 操 作, 限 制 在 CRUD(Create Retrieve Update Delete)4 种 操 作 和 所 有 REST 交 互 都 是 无 状 态 的 采 用 Client-Server 结 构, 用 户 界 面 与 数 据 存 储 分 开 架 构 是 分 层 的 服 务 器 端 响 应 强 制 标 志 出 是 否 可 以 缓 存 在 SOAP 式 的 Web 服 务 架 构 中, 关 注 点 在 于 方 法 ; 在 REST 式 的 架 构 中, 关 注 点 在 于 资 源 服 务 架 构 使 用 标 准 方 法 检 索 并 操 作 信 息 片 段, 同 时 Apr 2012 Vol.18 No.2 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 29 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P34

专 题 黄 江 龙 等 基 于 REST 风 格 的 混 杂 感 知 车 载 网 信 息 服 务 设 计 表 2 HSVN 场 景 典 型 数 据 集 模 块 车 辆 预 警 路 况 预 警 气 象 服 务 定 位 服 务 路 径 规 划 [8] 需 要 制 订 信 息 的 表 示 方 法 REST 利 用 简 单 的 HTTP URI 标 准 和 XML 语 言 构 建 起 轻 量 级 的 Web 服 务, 从 而 大 幅 度 地 提 升 了 开 发 效 率 和 程 序 性 能, 也 为 构 建 下 一 代 高 性 能 高 可 伸 缩 性 简 单 性 可 移 植 性 可 靠 性 的 Web 程 序 提 供 了 一 个 架 构 风 格 上 的 准 则 3 混 杂 感 知 车 载 网 信 息 服 务 的 表 述 性 状 态 转 移 风 格 的 服 务 设 计 REST 风 格 的 服 务 设 计, 可 以 被 称 为 面 向 资 源 的 应 用 (ROA) 风 格 的 应 用 在 REST 当 中, 资 源 的 定 义 起 到 了 基 础 性 的 作 用 资 源 设 计 可 借 鉴 的 方 法 有 很 多 种, 这 里 主 要 从 上 面 提 到 的 服 务 对 象 和 服 务 过 程 来 归 纳 3.1 感 知 信 息 数 据 规 划 在 REST 当 中, 进 行 数 据 规 划 的 真 正 作 用 在 于 提 出 系 统 想 要 提 供 或 者 说 暴 露 的 数 据 集, 也 就 是 系 统 的 服 务 类 表 2 是 HSVN 场 景 下 所 定 义 的 典 型 数 据 集, 每 一 数 据 集 拥 有 其 根 据 实 际 需 要 而 统 一 的 数 值 类 型 和 命 名 方 式 3.2 感 知 信 息 资 源 设 计 数 据 集 表 3 路 况 预 警 资 源 URI 设 计 表 资 源 路 况 预 警 URI 车 辆 预 警 信 息 路 况 预 警 信 息 气 象 服 务 信 息 定 位 服 务 信 息 路 径 规 划 信 息 GET/road-warning/{condition} POST/road-warning PUT/road-warning/{condition} DELETE/road-warning/{condition} REST 的 资 源 设 计 和 命 名 是 通 过 设 计 URI 来 体 现 的, 同 时 URI 也 表 明 [9-10] 了 资 源 的 地 址 URI 是 客 户 端 与 服 务 端 之 间 接 口 的 重 要 部 分, 保 持 其 稳 定 性 和 永 久 性 是 相 当 重 要 的, 为 此 设 计 时 应 该 按 照 一 定 的 规 范 来 保 障 URI 的 一 致 性 本 文 按 文 献 [11] 所 提 的 惯 例 来 设 计 首 先 对 于 整 个 服 务 来 讲, 服 务 首 页 也 就 是 根 资 源, 定 义 其 URI 为 http: //www.hsvn-service.com 接 下 来, 可 对 每 个 子 服 务 进 行 设 计, 其 URI 分 别 定 义 如 下 : 车 辆 预 警 模 块 http://www. hsvn-service.com/vehicle-warning 路 况 预 警 模 块 http://www. hsvn-service.com/road-warning 气 象 服 务 模 块 http://www. hsvn-service.com/weather-services 定 位 服 务 模 块 http://www.hsvn-service.com/ localization-services 路 径 规 划 模 块 http://www.hsvn-service.com/ path-plan 数 据 集 属 性 在 此 基 础 上, 以 路 况 预 警 为 例, 进 一 步 进 行 设 计, 具 体 如 表 3 所 示 车 辆 ID 车 速 车 向 等 前 方 事 故 报 告 车 流 量 等 气 温 湿 度 PM2.5 等 经 纬 度 道 路 位 置 等 文 字 图 像 等 描 述 获 取 指 定 条 件 的 路 况 发 现 新 路 况 有 条 件 更 新 路 况 有 条 件 删 除 路 况 信 息 3.3 感 知 信 息 资 源 表 述 确 定 资 源 并 设 计 好 URI 以 后, 必 须 考 虑 当 客 户 端 发 送 服 务 请 求 时, 服 务 器 应 返 回 什 么 数 据 在 REST 风 格 中, 资 源 有 多 种 表 示 形 式, 包 括 XML/ JSON/ATOM 等 等 该 资 源 格 式 应 要 能 够 : 传 达 资 源 的 当 前 状 态 ; 链 接 到 可 能 的 下 个 应 用 状 态 或 资 源 状 态 路 况 预 警 资 源 的 组 织 形 式, 表 现 为 层 次 结 构, 每 一 层 次 就 是 一 项 数 据 报 告, 以 属 性 名 进 行 命 名 同 时 为 实 现 连 通 性, 在 路 况 预 警 资 源 的 表 示 中 将 显 示 其 他 资 源 的 URI 由 于 JSON 格 式 表 示 简 单, 属 于 纯 文 本 格 式, 有 [12-13] 利 于 降 低 网 络 的 负 载 要 求, 本 文 采 用 此 格 式 类 似 的 表 述 格 式 如 图 3 所 示 从 整 体 上 考 虑, 资 源 的 表 示 主 要 是 设 定 HTTP 的 请 求 报 头 和 请 求 实 体, 并 且 实 体 的 格 式 必 须 和 连 接 类 型 声 明 一 致 4 表 述 性 状 态 转 移 式 的 混 杂 感 知 车 载 网 服 务 架 构 建 立 针 对 HSVN 的 REST 风 格 的 服 务, 需 要 通 过 分 析 服 务 当 中 的 逻 辑 实 体, 建 立 服 务 信 息 模 型, 从 而 规 划 出 满 足 HSVN 条 件 的 REST 风 格 的 服 务 图 4 是 根 据 HSVN 信 息 服 务 特 征 及 REST 约 束 规 则 设 计 的 HSVN 软 件 服 务 架 构 架 构 以 资 源 服 务 控 制 器 为 核 心 客 户 端 是 各 类 需 要 服 务 的 应 用 系 统 客 户 端 包 括 移 动 终 端 以 及 静 态 终 端, 其 涉 及 的 操 作 系 统 平 台 也 各 { road-warning : { Density : v/h, Reports of accident :{ value : What you want is bellowed., time : xx/xx/xx } links :[ { rel : alternate, hrel : http://www.hsvn-service.com/vehicle-warning, } { rel : alternate, hrel : http://www.hsvn-service.com/path-plan, } ] } 图 3 感 知 信 息 资 源 表 述 格 式 中 兴 通 讯 技 术 30 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr. 2012 Vol.18 No.2 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P35

基 于 REST 风 格 的 混 杂 感 知 车 载 网 信 息 服 务 设 计 黄 江 龙 等 专 题 客 户 端 感 知 服 务 层 资 源 服 务 层 不 相 同 感 知 服 务 层 提 供 各 类 服 务 其 中, 资 源 服 务 控 制 器 负 责 管 理 客 户 端 的 服 务 请 求 ( 在 其 内 部 拥 有 一 个 路 由 设 备 ), 根 据 URI 将 每 个 收 到 的 请 求 路 由 到 适 合 的 服 务 节 点 ( 找 到 适 合 的 HSVN 网 络 接 入 点 ) 各 个 服 务 节 点 通 过 规 范 化 的 REST 接 口 去 执 行 具 体 的 信 息 服 务 请 求 服 务 节 点 运 行 在 道 路 终 端 车 载 终 端 或 者 服 务 中 心 的 异 构 计 算 机 平 台 上 各 类 服 务 节 点 提 供 的 服 务 能 力 不 同 资 源 服 务 层 提 供 整 个 网 络 服 务 共 享 的 数 据 和 资 源 服 务, 其 运 行 于 服 务 中 心 的 计 算 机 平 台 上 5 结 束 语 浏 览 器 资 源 服 务 控 制 器 HSVN 作 为 未 来 车 载 网 络 的 发 展 方 向, 其 混 合 式 的 框 架 决 定 了 其 在 处 理 车 载 感 知 信 息 时 的 复 杂 性 和 多 样 性, 对 信 息 服 务 的 数 据 融 合 表 示 存 储 等 各 方 面 提 出 了 较 高 要 求 本 文 在 分 析 HSVN 应 用 场 景 和 服 务 模 型 的 REST: 表 述 性 状 态 转 移 图 4 REST 风 格 的 HSVN 车 载 感 知 信 息 服 务 架 构 服 务 请 求 基 础 上, 结 合 REST 架 构 设 计 准 则, 给 出 了 HSVN 中 车 载 感 知 信 息 服 务 的 设 计 方 法, 可 以 生 成 具 有 良 好 可 伸 缩 性 通 用 性 和 组 件 独 立 性 的 车 载 网 络 服 务 系 统 信 息 服 务 客 户 端 网 络 接 入 服 务 分 类 终 端 管 理 REST 接 口 服 务 节 点 1 数 据 库 REST 接 口 服 务 节 点 2 数 据 和 资 源 请 求 资 源 库 6 参 考 文 献 REST 接 口 服 务 节 点 n [1] BARBA C T, AGUIRRE K O, IGARTUA M A. Performance evaluation of a hybrid sensor and vehicular network to improve road safety [C]//Proceedings of the 7th ACM Workshop on Performance Evaluation of Wireless Ad Hoc, Sensor, and Ubiquitous Networks(PE-WASUN '10), Oct 17-18, 2010, Bodrum, Turkey. New York, NY, USA: ACM, 2010:71-78. [2] SUKUVAARA T, NURMI P, HIPPI M, t al. Wireless traffic safety network for incident and weather information [C]//Proceedings of the 1st ACM International Symposium on Design and Analysis of Intelligent Vehicular Networks and Applications (DIVANet 11), Oct 31- Nov 4, 2011 Miami Beach, FL, USA. New York, NY, USA: ACM, 2011. [3] FIELDING R T. Architectural styles and the design of network-based software architectures [D]. Irvine, CA,USA: University of California, 2000. [4] FIELDING R T, TAYLOR R N. Principled design of the modern Web architecture [C]// Proceedings of the 22nd International Conference on Software Engineering (ICSE 00), Jun 4-11, 2000, Limerick, Ireland. Washington, DC, USA: IEEE Computer Society, 2000:407-416. [5] KREGER H. Web services conceptual architecture (WSCA 1.0), Part I [C]. IBM Software Group, 2001. [6] 佘 文 通. REST 基 于 ROR 框 架 下 的 WEB2.0 应 用 研 究 [D]. 北 京 : 首 都 经 济 贸 易 大 学, 2010. [7] JAMAL S, DETERS R. Using a cloud-hosted proxy to support mobile consumers of RESTful services [C]//Proceedings of the 2nd International Conference on Ambient Systems, Networks and Technologies (ANT 11) / the 8th International Conference on Mobile Web Information Systems (MobiWIS 11),Sep 19-21,2011,Niagara Falls, Canada. Procedia Computer Science, Vol 5. Amsterdam, Netherlands: Elsevier Science, 2011: 625-632. [8] 刘 建 亮. P2P 网 络 中 的 REST 式 Web 服 务 的 研 究 与 实 现 [D]. 北 京 : 中 国 地 质 大 学, 2010. [9] WEBBER J, PARASTATIDIS S, ROBINSON I. REST 实 战 [M]. 李 锟, 等 译. 南 京 : 东 南 大 学 出 版 社, 2011. [10] RICHARDSON L, RUBY S. RESTful Web Service [M]. 徐 涵, 李 红 军, 胡 伟, 译. 北 京 : 电 子 工 业 出 版 社, 2008:216-218. [11] ALLAMARAJU S. RESTful Web Services Cookbook [M]. 丁 雪 丰, 常 可, 译. 北 京 : 电 子 工 业 出 版 社, 2011. [12] SCHOR L, SOMMER P, WATTENHOFER R. Towards a zero-configuration wireless sensor network architecture for smart buildings [C]//Proceedings of the 1st ACM Workshop on Embedded Sensing Systems for Energy- Efficiency in Buildings(BuildSys' 09), Nov 3, 2009, Berkeley, CA, USA. New York, NY, USA: ACM, 2009. [13] DGUINARD D, TRIFA V, WILDE E. A resource oriented architecture for the Web of things [C]//Proceedings of the 2nd International Conference on the Internet of Things (IoT 10), Nov 8, 2010,Tokyo, Japan. Piscataway, NJ, USA: IEEE, 2010. 收 稿 日 期 :2012-01-03 作 者 简 介 黄 江 龙, 同 济 大 学 CIMS 研 究 中 心 在 读 硕 士 研 究 生 ; 主 要 研 究 方 向 为 嵌 入 式 应 用 陆 剑 峰, 同 济 大 学 CIMS 研 究 中 心 副 主 任 博 士 副 教 授 ; 主 要 研 究 方 向 为 系 统 工 程 企 业 数 字 化 应 用 ; 获 国 家 科 技 进 步 奖 1 次 省 部 级 科 技 进 步 奖 5 次, 已 发 表 论 文 20 余 篇 Apr 2012 Vol.18 No.2 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 31 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P36

A2 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P37

A3 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P38

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专 题 张 凤 全 物 联 网 在 节 能 减 排 中 的 应 用 物 联 网 在 节 能 减 排 中 的 应 用 Energy Saving and Emissions Reduction in IoT 中 图 分 类 号 :TN929.5 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :1009-6868 (2012) 02-0032-04 摘 要 : 文 章 指 出 作 为 一 种 新 型 的 市 场 化 节 能 机 制, 合 同 能 源 管 理 具 有 先 期 投 入 小 风 险 小 的 特 点, 是 电 信 运 营 商 实 现 节 能 减 排 的 重 要 手 段 之 一 随 着 节 能 工 作 的 不 断 开 展, 节 能 改 造 前 后 的 能 耗 变 化 数 据 采 集 不 准 确 成 本 高 等 问 题 将 凸 显, 因 缺 乏 有 效 的 数 据 支 撑, 合 同 能 源 管 理 模 式 推 广 比 较 困 难 文 章 认 为 采 用 物 联 网 技 术 构 建 智 慧 能 耗 计 量 系 统, 通 过 在 局 站 机 房 内 的 主 要 耗 能 设 备 上 加 装 互 感 器 和 采 集 器 实 现 能 耗 数 据 实 时 采 集, 并 经 计 量 网 关 进 行 统 一 处 理 后 再 上 传 至 能 耗 计 量 平 台 进 行 评 估 分 析, 能 够 加 快 合 同 能 源 管 理 模 式 推 广 及 节 能 减 排 工 作 有 效 落 实 关 键 词 : 物 联 网 ; 节 能 减 排 ; 智 慧 能 耗 计 量 ; 合 同 能 源 管 理 Abstract: Energy management contracting has became an important way for telecom operators to save energy and reduce emissions. Acquiring data about changes in energy consumption is difficult to do accurately and the cost is very high. Contracting out energy management is difficult because of the lack of valid data for energy consumption. By creating a smart energy consumption measurement system and adding a transformer and collector to energy-consuming equipment in the bureau station and engine room, real-time data on energy consumption can be acquired. This data can be uploaded to the energy consumption measurement platform for evaluation and analysis after it has been processed in the metering gateway. This will promote energy management contracting and reduce emissions. Keywords: Internet of things; energy saving and emissions reduction; smart energy consumption measurement; energy management contracting 1 电 信 运 营 商 节 能 减 排 的 背 景 国 从 2006 年 开 始, 强 调 节 能 减 中 排 是 企 业 节 能 增 效 落 实 科 学 发 展 观 的 重 要 手 段, 并 要 求 十 二 五 期 间 将 单 位 国 内 生 产 总 值 (GDP) 能 耗 在 2010 年 基 础 上 下 降 16%, 并 规 定 节 能 总 目 标 为 : 到 2020 年 单 位 GDP 能 耗 在 2005 年 基 础 上 下 降 40% ~ 45% 然 而, 通 信 行 业 随 着 业 务 量 和 网 络 规 模 的 快 速 扩 张, 通 信 领 域 能 源 基 金 项 目 : 国 家 科 技 重 大 专 项 (2011ZX03005-004-01) 的 消 耗 持 续 增 加, 仅 2010 年, 三 大 电 信 运 营 商 行 业 综 合 耗 电 就 超 过 了 300 亿 度, 能 耗 增 长 幅 度 高 于 收 入 增 长 幅 度, 运 营 成 本 不 断 增 加 能 耗 亟 待 严 格 控 制, 节 能 减 排 任 务 艰 巨 1.1 电 信 运 营 商 节 能 减 排 的 需 求 作 为 国 有 大 型 通 信 企 业, 电 信 运 营 商 在 整 个 通 信 行 业 产 业 链 中 处 于 龙 头 位 置, 其 地 位 举 足 轻 重 覆 盖 面 广, 耗 能 大 是 电 信 运 营 商 面 临 的 现 实 问 题 基 于 国 家 对 节 能 减 排 的 要 求, 电 信 运 营 商 对 于 自 身 节 能 减 排 方 面 的 考 虑 可 归 结 为 管 理 和 生 产 两 个 层 张 凤 全 /ZHANG Fengquan ( 中 国 联 通 集 团 研 究 院 网 络 技 术 研 究 中 心, 北 京 100048) (Network Telecommunications Regulatory Commission, China Unicom Research Institute, Beijing 100048, China) 面 的 需 求 管 理 层 面 需 求 主 要 包 括 : 采 用 怎 样 的 管 理 手 段 能 够 有 效 支 撑 企 业 节 能 总 体 目 标 的 实 现? 节 能 减 排 工 作 如 何 统 筹 计 划 统 一 安 排? 指 标 如 何 分 解 落 实? 采 用 各 种 技 术 上 管 理 上 节 能 手 段 的 节 能 效 果 如 何, 如 何 科 学 评 估? 耗 能 指 标 是 否 可 量 化, 是 否 覆 盖 全 面, 数 据 是 否 客 观? 如 何 建 立 科 学 的 考 核 体 系? 如 何 减 少 管 理 成 本, 提 高 管 理 效 率? 生 产 层 面 需 求 主 要 包 括 : 耗 能 设 备 是 否 能 够 做 到 可 监 可 控, 是 否 能 够 分 表 计 量, 按 照 设 备 专 业 等 维 度 分 析 能 耗 情 况? 能 耗 计 量 是 否 准 确 及 时, 控 制 手 段 的 自 动 化 程 度 安 全 程 度 如 何? 能 耗 管 控 工 作 是 否 会 大 量 增 加 维 护 的 工 作 量, 难 度 如 何? 是 否 需 要 大 面 积 地 改 动 现 网 结 构, 施 工 改 造 难 度 如 何? 等 等 1.2 电 信 运 营 企 业 的 节 能 举 措 基 于 以 上 需 求, 电 信 运 营 企 业 分 别 根 据 自 身 的 情 况 和 特 点, 主 要 从 局 房 管 理 通 信 主 设 备 通 信 配 套 设 备 几 个 方 面 采 取 措 施 以 达 到 节 能 减 排 的 效 果 局 房 管 理 方 面, 对 现 有 通 信 机 房 建 筑 围 护 结 构 进 行 节 能 改 造, 积 极 试 点 各 类 节 能 新 技 术, 如 新 的 风 系 统 中 兴 通 讯 技 术 32 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr. 2012 Vol.18 No.2 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P41

物 联 网 在 节 能 减 排 中 的 应 用 张 凤 全 ZTE TECHNOLOGY JOURNAL 专 题 热 交 换 系 统 等 通 信 主 设 备 方 面, 对 通 信 机 房 主 设 备 和 基 站 主 设 备 进 行 节 能 改 造 或 升 级 机 房 主 设 备 采 用 设 备 改 造 和 网 络 架 构 演 进 技 术 实 现 节 能 设 备 改 造 包 括 老 旧 设 备 改 造 和 老 旧 设 备 替 换 缩 容 ; 网 络 演 进 技 术 包 括 核 心 网 网 络 架 构 扁 平 化, 话 务 网 / 信 令 网 持 续 IP 化, 时 分 复 用 (TDM) 设 备 逐 步 退 网, 采 用 软 交 换 设 备, 向 下 一 代 网 络 (NGN) IP 多 媒 体 子 系 统 (IMS) 发 展 ; 业 务 网 由 垂 直 向 水 平 演 进, 业 务 网 IP 化 IT 化, 业 务 平 台 接 口 标 准 化 功 能 组 件 能 力 复 用 化, 管 理 功 能 集 中 化 统 一 化 ; 数 据 /IT 系 统 采 用 动 态 调 整 技 术 虚 拟 化 技 术 云 计 算 技 术, 采 用 刀 片 式 服 务 器 和 单 位 功 耗 更 低 的 芯 片 ; 传 输 上 采 用 光 纤 宽 带 (FTTx) 无 源 光 网 络 (xpon) 大 容 量 波 分 等 新 技 术 基 站 主 设 备 节 能 主 要 采 用 硬 软 件 节 能 技 术 和 天 线 馈 线 技 术 硬 件 节 能 技 术 包 括 机 架 架 构 设 计 设 备 板 件 设 计 分 布 式 基 站 等 ; 软 件 节 能 技 术 包 括 话 务 优 先 分 配 技 术 载 频 智 能 下 电 技 术 时 隙 级 功 放 关 断 技 术 等 通 信 配 套 设 备 方 面, 对 空 调 和 电 源 进 行 节 能 改 造 并 采 用 新 能 源, 空 调 节 能 采 用 节 能 技 术 节 能 型 空 调 改 变 空 调 送 风 方 式 实 现 ; 电 源 方 面 采 用 直 流 电 源 节 能 技 术 交 流 电 源 节 能 技 术 蓄 电 池 节 能 技 术 动 态 环 境 监 控 技 术 等 ; 新 能 源 方 面 采 用 太 阳 能 光 伏 发 电 技 术 风 能 及 多 能 源 互 补 供 电 技 术 燃 料 电 池 发 电 技 术 等 1.3 电 信 运 营 企 业 节 能 问 题 与 现 状 随 着 节 能 工 程 的 开 展, 节 能 改 造 前 后 基 站 / 机 房 的 能 耗 变 化 采 集 是 非 常 重 要 并 且 相 当 复 杂 的 工 程, 一 些 问 题 比 较 突 出 目 前 局 站 机 房 耗 能 数 据 采 集 大 多 采 用 人 工 抄 表, 此 种 方 式 不 但 耗 费 人 力 资 源, 且 获 得 的 数 据 易 受 各 种 因 素 的 影 响 导 致 数 据 不 准 确, 如 厂 家 为 了 提 高 节 能 率, 采 取 改 变 测 试 环 境, 修 改 测 试 参 数, 修 改 空 调 参 数, 调 整 温 度 传 感 器 位 置, 篡 改 节 能 数 据 等 方 式 达 到 宣 传 的 节 能 效 果 具 体 在 节 能 减 排 工 作 中, 局 站 机 房 内 的 具 体 耗 能 设 备 定 位 不 明, 单 个 耗 能 设 备 的 耗 电 多 少 不 得 而 知, 对 于 耗 能 设 备 的 耗 电 量 缺 乏 系 统 的 统 计 和 评 估, 不 利 于 节 能 减 排 工 作 有 效 合 理 的 展 开 基 站 配 套 设 备 ( 如 空 调 等 ) 的 老 化 也 会 产 生 多 余 的 耗 能, 且 老 化 的 设 备 能 直 接 增 加 基 站 本 身 的 耗 电 量 以 上 问 题 使 得 电 信 运 营 企 业 的 节 能 减 排 管 理 需 求 和 生 产 需 求 难 以 解 决 1.4 物 联 网 技 术 对 节 能 减 排 的 作 用 物 联 网 具 有 泛 在 感 知 可 靠 传 送 智 能 处 理 等 特 点, 与 节 能 减 排 的 需 求 相 结 合, 能 够 带 动 具 备 共 性 的 关 键 技 术 的 创 新 与 实 施 (1) 可 实 现 用 能 精 细 化 管 理, 可 实 时 监 测 局 站 各 种 能 耗 设 备 详 细 的 用 电 情 况, 包 括 电 压 电 流 功 率 因 数 等 电 参 量, 解 决 了 原 有 人 工 方 式 的 高 成 本, 数 据 可 靠 度 差 等 问 题, 同 时 可 分 别 对 生 产 用 电 ( 如 通 信 设 备 ) 环 境 用 电 ( 如 空 调 ) 辅 助 用 电 ( 如 照 明 ) 等 进 行 分 类 监 控 汇 总, 定 期 产 生 各 类 用 电 报 表 (2) 为 局 站 节 能 改 造 提 供 数 据 依 据, 通 过 实 时 采 集 电 量, 识 别 主 要 能 耗 设 备, 有 针 对 性 地 进 行 节 能 改 造 工 作 ; 准 确 获 取 节 能 改 造 前 后 用 电 数 据, 便 于 评 估 节 能 改 造 效 果 ; 为 后 续 节 能 改 造 提 供 历 史 统 计 数 据, 持 续 改 进 ; 为 管 理 部 门 制 订 减 排 计 划 制 订 各 级 考 核 指 标 提 供 科 学 有 效 的 数 据 支 撑 (3) 可 作 为 判 断 局 站 配 套 设 备 是 否 老 化 的 一 项 依 据 通 过 实 时 采 集 电 量, 可 发 现 异 常 耗 能 设 备 ( 如 空 调 ), 据 此 可 及 时 升 级 或 更 新, 减 少 不 必 要 的 能 耗 浪 费 (4) 为 实 施 合 同 能 源 管 理 提 供 数 据 支 撑, 可 以 掌 握 节 能 项 目 实 施 前 后 耗 电 数 据, 为 合 同 能 源 管 理 项 目 提 供 科 学 的 计 量 手 段 与 测 算 数 据, 准 确 衡 量 节 能 效 果, 把 握 双 方 收 益, 合 理 确 定 分 成 模 式 2 合 同 能 源 管 理 2.1 合 同 能 源 管 理 运 行 模 式 合 同 能 源 管 理 是 一 种 新 型 的 市 场 化 节 能 机 制, 由 节 能 需 求 单 位 ( 甲 方 ) 和 节 能 整 体 方 案 提 供 单 位 ( 乙 方 ) 通 过 签 署 合 同, 以 甲 方 减 少 的 能 源 费 用 来 支 付 节 能 项 目 全 部 成 本 的 节 能 业 务 方 式 目 前 中 国 合 同 能 源 管 理 运 行 模 式 主 要 有 3 种 : (1) 节 能 效 益 分 享 型 模 式 节 能 改 造 工 程 的 全 部 投 入 和 风 险 由 乙 方 承 担, 项 目 实 施 完 毕, 经 双 方 共 同 确 认 节 能 率 后, 在 项 目 合 同 期 内, 双 方 按 比 例 分 享 节 能 效 益 项 目 合 同 结 束 后, 先 进 高 效 节 能 设 备 无 偿 移 交 给 甲 方 使 用, 以 后 所 产 生 的 节 能 收 益 全 归 甲 方 享 受 (2) 节 能 量 保 证 型 模 式 节 能 改 造 工 程 的 全 部 投 入 和 风 险 由 乙 方 承 担, 在 项 目 合 同 期 内, 乙 方 向 甲 方 承 诺 某 一 比 例 的 节 能 量, 用 于 支 付 工 程 成 本 ; 达 不 到 承 诺 节 能 量 的 部 分, 由 乙 方 负 担 ; 超 出 承 诺 节 能 量 的 部 分, 双 方 分 享 ; 直 至 乙 方 收 回 全 部 节 能 项 目 投 资 后, 项 目 合 同 结 束, 先 进 高 效 节 能 设 备 无 偿 移 交 给 甲 方 使 用, 以 后 所 产 生 的 节 能 收 益 全 归 甲 方 享 受 (3) 运 行 服 务 型 模 式 甲 方 无 需 投 入 资 金, 项 目 完 成 后, 在 一 定 的 合 同 期 内, 乙 方 负 责 项 目 的 运 行 和 管 理, 甲 方 支 付 一 定 的 运 行 服 务 费 用 合 同 期 结 束, 项 目 移 交 给 甲 方 2.2 能 耗 计 量 的 方 法 能 耗 计 量 的 方 法 主 要 有 3 种 : (1) 与 同 一 标 杆 站 比 较 法 节 能 改 造 前, 选 定 一 标 杆 站, 标 杆 站 要 充 分 考 虑 局 站 结 构 尺 寸 差 异 设 备 量 的 差 异 设 备 功 耗 的 差 异 空 调 性 能 的 差 异 局 站 内 外 环 境 的 差 异 等, 在 相 同 时 间 间 隔 内 交 替 开 启 节 能 设 备, 检 测 节 能 设 备 开 启 前 后 的 耗 电 量, 统 计 一 定 时 间 后 计 算 改 造 标 杆 站 的 节 电 率 Apr 2012 Vol.18 No.2 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 33 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P42

专 题 张 凤 全 物 联 网 在 节 能 减 排 中 的 应 用 应 用 层 网 络 层 感 知 层 (2) 对 比 标 杆 站 测 试 法 节 能 改 造 前, 选 定 一 改 造 标 杆 站 A 1 和 一 未 改 造 标 杆 站 B 1, 所 选 取 的 标 杆 站 要 充 分 考 虑 局 站 结 构 尺 寸 差 异 设 备 量 的 差 异 设 备 功 耗 的 差 异 空 调 性 能 的 差 异 局 站 内 外 环 境 的 差 异 等 因 素 尽 可 能 地 小, 节 能 改 造 一 定 时 期 后, 算 出 项 目 改 造 标 杆 站 的 节 电 率 (3) 历 史 数 据 比 较 法 历 史 数 据 比 较 法 是 将 经 节 能 改 造 所 有 局 站 上 年 度 每 月 的 用 电 数 据 与 改 造 后 的 用 电 数 据 进 行 比 较 ( 新 建 局 站 可 参 照 同 类 老 局 站 数 据 ), 作 为 节 电 效 果 的 评 定 依 据 但 由 于 随 着 后 续 组 网 基 站 对 于 之 前 同 一 基 站 的 话 务 量 影 响 温 湿 度 等 影 响, 历 史 比 较 法 也 存 在 一 定 误 差 PAN 网 络 : ZipBee,6LoWPA UWB, Wi-Fi, Blutooth, CAN 总 线 RFID ATM: 异 步 传 输 模 式 CDMA: 码 分 多 址 图 1 智 慧 能 耗 计 量 平 台 体 系 架 构 综 上, 由 于 话 务 量 天 气 温 湿 度 地 域 基 站 / 机 房 的 墙 体 厚 度 材 质 等 可 变 因 素 太 多, 难 以 建 立 近 似 的 数 学 模 型 分 析, 可 考 虑 将 以 上 几 种 方 法 得 到 的 节 电 量 进 行 加 权 系 数 取 平 均 值 作 为 最 终 节 电 量 的 标 定 3 基 于 物 联 网 的 智 慧 能 耗 计 量 平 台 物 联 网 技 术 是 指 通 过 信 息 传 感 设 备, 按 照 约 定 的 协 议, 把 任 何 物 体 与 互 联 网 连 接 起 来, 进 行 信 息 交 换 和 通 信, 以 实 现 智 能 化 的 识 别 定 位 跟 智 慧 能 耗 计 量 应 用 系 统 物 联 网 统 一 业 务 支 撑 平 台 GPRS: 通 用 分 组 无 线 业 务 PAN: 个 域 网 络 LAN 网 络 : Ethernet WiMax WLAN 智 慧 能 源 管 控 网 关 PSTN: 公 共 交 换 电 话 网 RFID: 射 频 标 识 WAN 网 络 : GPRS CDMA 3G PSTN ATM 光 敏 传 感 器 电 阻 传 感 器 光 纤 传 感 器 电 窝 传 感 器 基 站 主 设 备 空 调 智 能 新 风 智 能 热 交 换 节 电 器 恒 温 柜 其 他 耗 电 踪 监 控 和 管 理 与 传 统 节 能 减 排 技 术 相 比, 基 于 物 联 网 技 术 的 智 慧 能 耗 计 量 平 台 具 有 泛 在 感 知 数 据 采 集 精 准 灵 活 可 监 可 控 科 学 决 策 等 优 势 3.1 智 慧 能 耗 计 量 系 统 体 系 结 构 遵 循 物 联 网 的 体 系 架 构, 智 慧 能 [1] 耗 计 量 平 台 的 体 系 架 构 从 下 至 上 总 体 可 分 3 层 : 感 知 层 ( 感 知 延 伸 层 ) 网 络 层 应 用 层, 其 中 感 知 层 主 要 对 需 要 感 知 的 耗 能 设 备 进 行 能 耗 数 据 的 采 集, 通 过 传 感 网 传 至 网 络 层, 网 络 层 将 感 知 层 上 传 的 能 耗 数 据 通 过 物 联 网 网 关 进 行 协 议 转 换, 通 过 承 载 网 络 传 至 应 用 层 的 能 耗 计 量 应 用 系 统 进 行 智 能 化 处 理 智 慧 能 耗 计 量 平 台 体 系 架 构 如 图 1 所 示 UWB: 超 宽 带 WAN: 广 域 网 3.2 智 慧 能 耗 计 量 系 统 感 知 层 智 慧 能 耗 计 量 平 台 感 知 层 主 要 设 备 包 括 传 感 器 和 能 源 管 控 网 关 传 感 器 由 在 耗 能 设 备 的 火 线 上 ( 如 基 站 空 调 等 ) 加 装 的 开 口 式 电 流 互 感 器 和 采 集 器 构 成, 对 耗 能 设 备 的 用 电 信 息 ( 电 压 电 流 电 能 ) 实 时 采 集, 然 后 通 过 近 距 离 通 信 方 式 (RS-485 总 线,ZigBee 等 ) 传 至 能 源 管 控 网 关 进 行 统 一 数 据 预 处 理 开 口 式 电 流 互 感 器 与 普 通 电 流 互 感 器 一 样, 其 工 作 原 理 与 变 压 器 基 本 相 同, 如 图 2 所 示 由 于 一 次 绕 组 与 二 次 绕 组 有 相 等 的 安 培 匝 数, 电 流 互 感 器 额 定 电 流 比 I 1/I 2 等 于 N 1/N 2 电 流 互 感 器 实 际 运 行 中 负 荷 阻 抗 很 小, 二 次 绕 组 接 近 于 短 路 状 态, 相 当 于 一 个 短 路 运 行 的 变 压 器 开 口 式 电 流 互 感 器 采 用 阻 燃 高 强 度 乙 烯 基 聚 合 物 (PVC) 外 壳 注 塑 成 型, 铁 芯 采 用 取 向 冷 轧 硅 钢 带 卷 绕 而 成, 二 次 导 线 采 用 高 强 度 电 磁 漆 包 线 均 匀 绕 制 在 铁 芯 上, 通 过 对 内 部 铁 芯 匝 数 上 对 电 流 进 行 补 偿, 达 到 磁 场 平 衡 根 据 待 监 测 的 耗 电 设 备 一 次 电 流 值, 可 选 择 不 同 电 流 变 比 的 传 感 器 采 集 器 内 部 采 用 单 芯 片 高 可 靠 微 控 制 器, 实 现 了 控 制 数 字 信 号 处 理 与 数 据 通 信 的 结 合, 采 用 数 字 信 号 处 理 技 术, 提 高 了 对 耗 电 设 备 的 电 压 电 流 功 率 功 率 因 数 及 电 能 测 算 精 度 能 源 管 控 网 关 通 过 RS-485 总 线 或 无 线 ZigBee 方 式 和 前 端 采 集 器 之 间 完 成 数 据 采 集 和 汇 聚 功 能, 其 通 信 接 口 需 要 支 持 电 表 通 信 规 约 DL/ T645-1997/2007, 便 于 集 成 第 三 方 的 电 能 采 集 终 端, 同 时 采 用 专 门 的 电 磁 兼 容 性 设 计, 有 较 强 的 抗 干 扰 能 力 上 行 链 路 要 支 持 以 太 网 通 用 分 组 无 线 业 务 (GPRS) 宽 带 码 分 多 址 (WCDMA), 通 信 形 式 可 任 意 选 择, 支 持 双 链 路 备 份 采 集 速 度 可 以 远 程 设 定, 支 持 简 单 网 络 管 理 功 能 3.3 智 慧 能 耗 计 量 系 统 网 络 层 智 慧 能 耗 计 量 平 台 网 络 层 包 括 I 2 L1 K1 I 2 一 次 绕 组 铁 心 二 次 绕 组 负 荷 Z L1 N1 N2 K2 图 2 开 口 式 电 流 互 感 器 工 作 原 理 图 中 兴 通 讯 技 术 34 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr. 2012 Vol.18 No.2 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P43

物 联 网 在 节 能 减 排 中 的 应 用 张 凤 全 ZTE TECHNOLOGY JOURNAL 专 题 现 有 的 接 入 传 输 网 络 和 物 联 网 统 一 业 务 支 撑 平 台 接 入 和 传 输 网 络 主 要 提 供 高 效 稳 定 及 时 安 全 的 数 据 传 输 功 能, 可 依 据 不 同 的 建 设 需 求 和 环 境 条 件, 合 理 选 择 搭 配 适 合 的 传 输 网 络 物 联 网 统 一 业 务 支 撑 平 台 对 能 源 管 控 网 关 上 传 的 能 耗 数 据 进 行 标 准 化 处 理 并 进 行 业 务 路 由, 然 后 再 根 据 设 定 的 上 报 周 期 把 数 据 上 传 给 应 用 层 的 能 耗 计 量 应 用 系 统 同 时, 物 联 网 统 一 业 务 支 撑 平 台 提 供 一 些 共 性 管 理 支 撑 功 能 和 ITC 能 力 标 准 化 封 装, 例 如 通 信 定 位 等, 并 开 放 给 应 用 层 调 用, 能 够 大 大 减 少 应 用 系 统 中 相 同 的 支 撑 管 理 类 功 能 的 重 复 开 发, 缩 短 应 用 开 发 周 期 3.4 智 慧 能 耗 计 量 系 统 应 用 层 智 慧 能 耗 计 量 应 用 系 统 一 方 面 从 物 联 网 统 一 业 务 支 撑 平 台 获 取 到 各 类 能 耗 数 据 后 通 过 实 时 监 测 能 耗 预 警 统 计 分 析 测 算 评 估 等 功 能 实 现 对 企 业 整 体 耗 能 情 况 的 精 确 掌 握, 另 一 方 面 通 过 智 能 联 动 远 程 控 制 等 功 能 可 根 据 能 耗 设 备 的 实 时 负 荷 强 度 对 设 备 进 行 精 细 化 节 能 控 制 实 时 监 测 功 能 根 据 需 要 设 定 监 测 周 期 监 测 范 围 监 测 指 标, 并 实 时 获 取 测 量 的 能 耗 指 标 数 据, 以 列 表 等 各 种 形 式 实 时 呈 现 能 耗 预 警 功 能 设 定 设 备 能 耗 预 警 阶 梯 阀 值, 以 绝 对 阀 值 同 比 环 比 的 方 式 分 析 越 限 情 况, 以 声 光 电 或 短 信 等 方 式 实 时 报 警 提 醒 统 计 分 析 功 能 按 照 专 业 地 域 部 门 设 备 等 维 度, 以 日 报 周 报 月 报 等 形 式 对 能 耗 数 据 进 行 统 计 分 析, 并 自 动 生 成 能 耗 报 表 测 算 评 估 功 能 建 立 科 学 的 节 能 测 算 基 准 评 估 测 算 的 模 型 与 方 法, 并 在 节 能 减 排 系 统 中 设 定 远 程 控 制 功 能 可 以 对 能 耗 设 备 进 行 远 程 控 制, 如 批 量 设 定 空 调 温 度 等 ; 能 够 基 于 节 能 方 案, 分 析 分 解 到 设 备 级 控 制 指 令 方 案 中, 并 批 量 下 发 4 结 束 语 智 慧 能 耗 计 量 平 台 以 物 联 网 架 构 为 基 础, 以 先 进 的 感 知 技 术 平 台 化 的 应 用 技 术 作 为 载 体, 为 节 能 减 排 工 作 提 供 了 一 种 有 效 的 辅 助 管 理 手 [2-9] 段 在 不 改 变 机 房 设 备 的 基 础 上, 智 慧 能 耗 计 量 平 台 针 对 现 网 耗 能 设 备, 采 集 客 观 数 据 并 统 一 管 控 与 智 能 分 析, 建 立 科 学 的 能 耗 评 估 模 型 和 体 系, 为 管 理 者 决 策 落 实 节 能 减 排 方 案 提 供 了 可 靠 的 数 据 支 撑 ; 另 外 对 电 信 运 营 商 采 用 合 同 能 源 管 理 提 供 了 有 力 的 数 据 支 撑 和 评 估 手 段, 使 得 前 期 只 需 较 少 投 入 或 零 投 入, 即 可 达 到 节 能 减 耗 的 效 果 5 参 考 文 献 [1] 赵 文 东. 电 信 运 营 商 基 于 物 联 网 技 术 的 节 能 减 排 方 案 [C]// 泛 在 网 技 术 与 发 展 论 坛 年 度 大 会, 2011 年 12 月 1 日, 北 京. [2] LIN Chen. Internet of things technology for energy saving of telecom operators [C]// Proceedings of 2011 IET International Conference on Communications Technology and Applications(ICCTA 11), Oct 14-16, 2011, Beijing, China. 2011. [3] 王 晶. 电 信 运 营 商 布 局 物 联 网 [J]. 计 算 机 世 界, 2011(28):11. [4] 周 洪 波. 物 联 网 : 技 术 应 用 标 准 和 商 业 模 式 [M]. 北 京 : 电 子 工 业 出 版 社. 2010. [5] 中 国 电 信 集 团 公 司 中 国 电 信 股 份 有 限 公 司 广 州 研 究 院. 通 信 机 房 节 能 技 术 应 用 综 述 [M]. 北 京 : 人 民 邮 电 出 版 社, 2010. [6] 魏 红, 黄 慧 根. 移 动 基 站 设 备 与 维 护 [M]. 北 京 : 人 民 邮 电 出 版 社, 2011. [7] 秦 廷 奎. 电 信 行 业 节 能 减 排 技 术 方 法 与 案 例 [M]. 北 京 : 人 民 邮 电 出 版 社, 2009. [8] 宗 建 华. 智 能 电 能 表 [M]. 北 京 : 中 国 电 力 出 版 社, 2010. [9] 张 春 红. 物 联 网 技 术 与 应 用 [M]. 北 京 : 人 民 邮 电 出 版 社, 2011. 收 稿 日 期 :2012-01-12 作 者 简 介 张 凤 全, 中 国 联 通 研 究 院 网 络 中 心 工 程 师 ; 从 事 泛 在 网 物 联 网 体 系 架 构 及 行 业 应 用 解 决 方 案 研 究 ; 作 为 系 统 架 构 师 参 与 科 技 部 工 信 部 重 大 科 技 专 项 2 项 上 接 第 17 页 GSMA CDG 组 织 在 M2M 产 业 化 方 面 的 合 作 针 对 IP 网 络 的 地 址 标 识 等 方 面 不 足, 在 推 进 IPv6 商 用 的 基 础 上, 形 成 了 标 识 网 的 创 新 思 路 针 对 近 期 运 营 商 的 实 际 需 求, 形 成 终 端 状 态 感 知 物 联 网 数 据 分 流 智 能 管 道 能 力 开 放 等 系 列 方 案, 配 合 运 营 商 开 展 现 网 的 物 联 网 升 级 改 造 和 新 建 试 验 网 的 工 作 3 结 束 语 展 望 未 来, 全 球 物 联 网 在 突 破 规 模 化 瓶 颈 后, 将 迎 来 全 面 发 展 的 阶 段 其 标 志 特 征 在 于 运 营 商 推 动 的 社 会 公 共 物 联 网 基 础 架 构 的 建 立, 以 及 完 善 深 化 的 物 联 网 应 用 率 先 在 一 些 行 业 规 模 应 用 并 进 入 投 资 的 良 性 [3-4] 循 环 中 兴 通 讯 物 联 网 解 决 方 案 仍 在 不 断 发 展 过 程 中, 将 继 续 紧 密 结 合 运 营 商 发 展 物 联 网 的 关 键 问 题, 不 断 调 整 和 完 善 相 应 的 产 品 和 服 务 同 时 在 物 联 网 发 展 过 程 中, 中 兴 通 讯 将 不 断 的 加 强 和 产 业 链 的 合 作, 包 括 高 校 研 究 设 计 等 单 位, 共 同 推 进 物 联 网 产 业 的 发 展 和 繁 荣 4 参 考 文 献 [1] 王 志 良. 物 联 网 现 在 与 未 来 [M]. 北 京 : 机 械 工 业 出 版 社, 2010. [2] 叶 云. 物 联 网 应 用 前 景 和 发 展 展 望 [J]. 中 兴 通 讯 技 术 ( 简 讯 ), 2010(11): 7-9. [3] 柴 蓉, 冉 丽 丽, 陈 前 斌. 物 联 网 移 动 性 管 理 关 键 技 术 [J]. 重 庆 邮 电 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ), 2011,23(6):647-653. [4] 张 炎, 夏 骆 辉. 物 联 网 标 准 化 及 测 试 规 范 发 展 分 析 [J]. 数 字 通 信, 2011,(6):16-20. 收 稿 日 期 :2011-12-07 作 者 简 介 叶 云, 中 兴 通 讯 股 份 有 限 公 司 业 务 产 品 线 规 划 总 工 高 级 工 程 师 ; 长 期 从 事 业 务 软 件 产 品 的 技 术 预 研 产 品 方 案 规 划 及 标 准 化 工 作 ; 先 后 主 持 和 参 加 中 兴 通 讯 IMS 云 计 算 物 联 网 智 能 管 道 等 多 个 重 点 综 合 方 案 ; 已 发 表 学 术 论 文 40 余 篇 Apr 2012 Vol.18 No.2 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 35 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P44

专 家 视 点 刘 飞 构 建 网 络 认 证 体 系, 打 造 可 信 网 络 空 间 构 建 网 络 认 证 体 系, 打 造 可 信 网 络 空 间 Constructing the Internet Authentication System and Trusted Internet 中 图 分 类 号 :TP393 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :1009-6868 (2012) 02-0036-03 摘 要 : 随 着 互 联 网 与 现 实 社 会 生 活 的 不 断 融 合, 由 互 联 网 虚 拟 性 导 致 的 诸 多 问 题 也 逐 渐 显 现 其 中, 网 络 参 与 者 身 份 的 虚 拟 性 导 致 了 网 络 欺 诈 网 络 谣 言 等 诸 多 问 题, 严 重 影 响 社 会 安 全 和 稳 定 文 章 从 实 现 网 络 可 信 身 份 认 证 的 角 度 出 发, 探 讨 了 如 何 建 立 和 完 善 网 络 认 证 体 系, 从 而 打 造 可 信 网 络 空 间, 促 进 互 联 网 健 康 有 序 的 发 展 关 键 词 : 可 信 网 络 ; 网 络 认 证 ; 网 络 可 信 身 份 Abstract: As the Internet becomes an integral part of social life, many problems are becoming apparent. Phishing and malicious rumors spread by the virtual identity of participants has damaged the Internet and even social stability. This paper describes how to establish and improve the Internet s authentication system and how to create a trusted network space in order to promote healthy and orderly development of the Internet. Keywords: trusted internet; internet authentication; internet trusted authentication 刘 飞 /LIU Fei ( 工 业 和 信 息 化 部 电 信 研 究 院 通 信 信 息 研 究 所, 北 京 100191) (Teleinfo Institute China Academy of Telecommunication Research of MIIT, Beijing 100191) 诚 信 网 络 的 构 筑 更 是 需 要 政 府 的 管 理 和 统 筹 网 络 认 证 是 实 现 互 联 网 业 务 参 与 者 的 身 份 与 行 为 可 信 的 有 效 途 径 中 国 互 联 网 业 务 的 网 络 认 证 尚 处 于 初 期 阶 段 过 十 多 年 的 持 续 快 速 发 展, 互 经 联 网 已 经 深 深 融 入 人 们 的 日 常 工 作 和 生 活 当 中 据 国 际 电 信 联 盟 统 计 : 截 至 2010 年 底 全 球 网 民 数 已 超 过 20 亿, 也 就 是 全 球 每 3 个 人 里 面 就 有 1 个 网 民 在 中 国, 互 联 网 与 现 实 的 融 合 趋 势 则 更 加 明 显, 截 至 2011 年 底, 中 国 网 民 已 超 过 5.1 亿 数, 普 及 率 超 过 38% [1], 已 超 过 全 球 平 均 水 平 互 联 网 已 经 在 政 府 事 务 商 务 交 易 人 民 工 作 和 生 活 中 扮 演 着 重 要 的 角 色 据 中 国 电 子 商 务 研 究 中 心 统 计 数 据 显 示 :2011 年 中 国 电 子 商 务 交 易 额 已 达 到 7 万 亿, 同 比 增 长 46.3% 另 一 方 面, 随 着 微 博 等 社 交 媒 体 类 业 务 的 快 速 发 展, 互 联 网 已 成 为 民 意 表 达 的 重 要 窗 口, 大 量 的 政 府 机 构 政 府 官 员 纷 纷 入 驻 微 博, 政 务 微 博 成 为 政 府 发 布 信 息 了 解 民 意 汇 集 民 智 和 官 民 沟 通 互 动 的 重 要 平 台 报 告 显 示 : 截 至 2011 年 11 月, 仅 新 浪 政 务 微 博 总 数 已 达 18 694 个, 其 中 政 府 机 构 微 博 数 10 023 个, 公 务 人 员 微 博 数 8 671 个 与 此 同 时, 随 着 互 联 网 的 发 展, 互 联 网 的 虚 拟 性 也 给 其 发 展 带 来 了 种 种 问 题, 如 网 络 欺 诈 网 络 谣 言 等 事 实 上, 互 联 网 的 开 放 与 自 由, 并 不 意 味 着 互 联 网 一 个 责 任 缺 失 的 地 带 恰 恰 相 反, 互 联 网 也 从 来 不 是 纯 粹 的 虚 拟 空 间, 它 与 现 实 社 会 始 终 是 联 系 在 一 起 的, 而 且 越 来 越 紧 密 从 这 个 意 义 上 讲, 互 联 网 上 的 行 为 与 现 实 社 会 的 行 为 一 样, 必 将 受 到 社 会 法 律 和 道 德 的 约 束 1 可 信 网 络 空 间 的 关 键 从 可 信 互 联 网 的 角 度 看, 诚 信 网 络 的 构 筑 需 要 保 障 互 联 网 业 务 的 各 参 与 方 及 信 息 交 换 流 程 的 可 信 互 联 网 业 务 的 各 参 与 方 及 信 息 交 换 流 程 包 括 互 联 网 业 务 服 务 提 供 商 互 联 网 业 务 使 用 者 以 及 可 靠 的 信 息 传 输 和 交 换 过 程 从 目 前 互 联 网 的 发 展 看, 现 有 的 技 术 基 本 能 保 障 信 息 传 输 和 交 换 方 面 的 安 全 性 和 可 靠 性, 而 政 府 对 互 联 网 业 务 服 务 提 供 商 的 前 置 审 批 也 基 本 能 保 证 其 可 信 性 但 在 业 务 使 用 者 也 就 是 普 通 互 联 网 用 户 方 面, 由 于 用 户 数 量 众 多 行 为 各 异 且 参 与 程 度 差 异 性 大, 因 此 问 题 较 为 集 中 从 目 前 来 看, 对 互 联 网 用 户 身 份 和 行 为 可 靠 认 证 的 有 效 途 径 是 实 施 包 括 对 用 户 实 体 和 用 户 行 为 的 有 效 认 证, 即 网 络 认 证 网 络 认 证 包 括 : (1) 实 体 可 信 认 证 中 兴 通 讯 技 术 36 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr. 2012 Vol.18 No.2 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P45

构 建 网 络 认 证 体 系, 打 造 可 信 网 络 空 间 刘 飞 ZTE TECHNOLOGY JOURNAL 专 家 视 点 对 应 性 现 实 身 份 与 网 络 虚 拟 身 份 的 虚 拟 身 份 可 信 标 识 (2) 行 为 有 效 认 证 网 络 行 为 的 完 整 性 网 络 行 为 的 不 可 篡 改 性 网 络 行 为 的 不 可 否 认 性 互 联 网 发 达 国 家 逐 渐 意 识 到 可 信 网 络 的 重 要 性, 逐 步 提 升 其 在 国 家 发 展 战 略 中 的 地 位, 并 着 手 尝 试 构 建 网 络 空 间 可 信 身 份 系 统 如 韩 国 推 行 的 网 络 后 台 实 名 制, 欧 洲 各 国 推 动 的 电 子 身 份 证 计 划, 而 最 为 成 熟 最 为 全 面 的 网 络 可 信 身 份 战 略 当 属 美 国 政 府 于 2011 年 4 月 15 日 发 布 的 网 络 空 间 可 信 身 份 标 识 战 略 (NSTIC), 美 国 NSTIC 拟 打 造 一 套 网 络 空 间 可 信 身 份 生 态 系 统, 以 促 进 信 任 隐 私 选 择 和 创 新 的 方 式, 推 动 个 人 和 组 织 使 用 安 全 高 效 易 用 和 互 操 作 的 身 [2] 份 标 识 解 决 方 案 访 问 互 联 网 服 务 作 为 美 国 首 个 网 络 空 间 身 份 管 理 战 略,NSTIC 战 略 意 图 十 分 明 显 : 积 极 应 对 网 络 安 全 威 胁, 增 强 网 络 防 御 并 建 立 网 络 威 慑 ; 保 持 美 国 在 网 络 空 间 的 技 术 优 势, 增 强 对 网 络 空 间 的 掌 控 能 力, 继 续 主 导 未 来 互 联 网 的 发 展 ; 为 获 取 用 户 信 息 提 供 合 法 渠 道, 实 现 对 网 络 空 间 身 份 行 为 的 更 好 掌 控 2 中 国 网 络 认 证 现 状 中 国 作 为 互 联 网 大 国, 互 联 网 用 户 数 已 超 过 5 亿, 各 类 互 联 网 业 务 得 到 长 足 发 展, 互 联 网 对 社 会 生 活 的 影 响 力 也 在 逐 日 加 大, 对 实 现 互 联 网 用 户 的 可 信 性 要 求 也 与 日 俱 增 目 前, 政 府 和 部 分 互 联 网 企 业 都 在 积 极 探 索 网 络 认 证 的 方 式 和 途 径 一 方 面, 以 政 府 主 管 部 门 为 主 导 的 互 联 网 业 务 网 络 认 证 正 在 积 极 探 索, 包 括 网 游 实 名 制 网 店 实 名 制 等 ; 另 一 方 面, 互 联 网 企 业 也 在 积 极 探 索 网 络 可 信 身 份 认 证 的 途 径, 如 社 交 网 络 网 站 利 用 用 户 好 友 关 系 增 强 用 户 的 可 信 性, 微 博 客 网 站 通 过 用 户 加 V 认 证 身 份 勋 章 等 标 注 用 户 的 可 信 身 份 从 网 络 认 证 市 场 发 展 看, 中 国 互 联 网 业 务 的 网 络 认 证 尚 处 于 初 期 阶 段 一 方 面, 网 络 认 证 是 个 系 统 工 程, 需 要 政 府 互 联 网 企 业 认 证 服 务 提 供 企 业 和 用 户 的 协 同 配 合, 管 理 层 面 包 括 地 方 政 府 公 安 司 法 教 育 金 融 和 互 联 网 各 业 务 主 管 部 门 的 协 同 和 合 作, 市 场 层 面 包 括 各 类 互 联 网 业 务 服 务 提 供 商 银 行 互 联 网 接 入 服 务 提 供 商 的 协 同 配 合 但 目 前, 中 国 网 络 认 证 市 场 仍 处 于 各 自 为 战 的 阶 段 另 一 方 面, 中 国 现 有 网 络 认 证 内 容 较 为 单 一, 如 网 络 实 名 制 微 博 实 名 制 等, 仅 实 现 对 用 户 身 份 证 信 息 的 认 证, 而 忽 略 了 用 户 其 他 身 份 信 息 此 外, 为 增 强 用 户 对 网 络 认 证 的 认 可 度, 第 三 方 认 证 逐 渐 得 到 企 业 的 认 可, 并 将 其 引 入 到 网 络 认 证 当 中 但 第 三 方 认 证 市 场 发 展 尚 处 于 起 步 阶 段, 截 至 2012 年 1 月 底, 中 国 5 亿 网 民 的 有 效 电 子 证 书 仅 仅 有 2 500 多 [3] 万 张 从 认 证 效 果 看, 现 有 的 认 证 方 式 和 途 径 尚 不 能 完 全 达 到 身 份 可 信 和 行 为 可 信 的 效 果 从 解 决 网 络 可 信 身 份 的 目 的 出 发, 网 络 认 证 不 仅 包 含 对 用 户 身 份 证 信 息 的 确 认, 还 包 括 对 用 户 综 合 身 份 信 息 的 确 认, 这 在 微 博 等 媒 体 类 互 联 网 业 务 中 表 现 的 尤 为 突 出, 诸 如 郭 美 美 事 件 引 发 的 社 会 争 论 以 及 对 相 关 单 位 造 成 的 不 良 后 果 目 前, 中 国 的 网 络 认 证 尚 面 临 着 种 种 问 题, 主 要 包 括 : 网 络 认 证 有 效 性 差 这 主 要 体 现 在 认 证 实 施 上, 如 网 游 实 名 制 等 在 内 的 众 多 认 证 要 求 缺 乏 严 谨 的 后 台 比 对 流 程 ; 现 有 的 微 博 认 证 也 仅 限 于 身 份 证 信 息 的 比 对, 忽 视 了 用 户 其 他 综 合 身 份 信 息 的 认 证, 无 法 达 到 网 络 认 证 的 目 的 用 户 隐 私 保 护 环 境 不 完 善 据 调 查 显 示,88.57% 的 用 户 担 忧 网 络 认 证 可 能 会 造 成 个 人 隐 私 泄 露 造 成 这 一 担 忧 的 原 因 是 目 前 中 国 法 律 在 隐 私 保 护 方 面 的 缺 失 此 外, 用 户 还 担 忧 网 络 认 证 将 影 响 其 网 络 言 论 自 由 用 户 对 认 证 实 施 方 的 质 疑 互 联 网 用 户 对 目 前 网 络 认 证 主 体 持 质 疑 态 度, 质 疑 认 证 主 体 的 认 证 信 息 安 防 措 施 和 企 业 公 信 力 等 此 外, 用 户 和 互 联 网 企 业 对 第 三 方 认 证 的 认 可 度 低, 一 方 面 是 担 忧 其 泄 露 用 户 隐 私, 另 一 方 面 是 出 现 隐 私 泄 露 事 故 后, 难 以 界 定 责 任 方 认 证 兼 容 性 问 题 突 出 目 前, 各 业 务 政 府 主 管 部 门 或 各 企 业 各 自 为 战, 对 用 户 进 行 认 证, 并 发 放 认 证 凭 证 但 存 在 一 个 问 题 : 用 户 需 在 不 同 业 务 甚 至 同 一 业 务 不 同 企 业 之 间 进 行 认 证 这 样 则 会 造 成 社 会 成 本 的 浪 费 3 网 络 认 证 体 系 的 建 立 和 完 善 近 来, 以 微 博 为 代 表 的 媒 体 类 互 联 网 业 务 和 以 网 购 为 代 表 的 商 务 / 金 融 类 互 联 网 业 务 在 日 常 生 活 中 的 渗 透 率 高 发 展 较 为 抢 眼 媒 体 类 业 务 传 播 链 条 多 维 且 由 用 户 主 导 自 媒 体 特 性 明 显 社 会 动 员 功 能 强 大 信 息 发 布 快 传 播 和 放 大 效 应 明 显 ; 商 务 / 金 融 类 互 联 网 业 务 交 易 双 方 不 可 见 交 易 信 息 数 据 化 交 易 商 品 实 物 不 可 见 与 参 与 者 财 产 利 益 关 系 紧 密 从 对 社 会 生 活 的 影 响 力 和 风 险 程 度 高 低 看, 这 两 类 互 联 网 业 务 是 认 证 需 求 最 为 突 出 的, 且 用 户 认 证 意 愿 较 高, 可 考 虑 从 这 两 类 业 务 入 手, 结 合 各 地 方 政 府 加 强 微 博 管 理, 试 点 开 展 网 络 认 证, 并 从 国 家 层 面 统 筹 考 量, 完 善 隐 私 保 护 及 相 关 法 律 法 规, 建 立 认 证 市 场 的 准 入 / 退 出 机 制, 同 时 加 强 网 络 认 证 相 关 技 术 标 准 的 研 发, 逐 步 构 建 和 完 善 网 络 认 证 体 系, 打 造 诚 信 网 络 空 间 (1) 研 究 出 台 中 国 网 络 空 间 可 信 身 份 国 家 政 策 随 着 中 国 经 济 社 会 活 动 对 网 络 依 赖 性 增 强, 各 行 业 对 网 络 空 间 可 信 身 份 都 提 出 了 需 求, 如 网 上 购 物 网 上 银 行 网 上 社 保 等, 身 份 管 理 成 为 确 保 网 络 空 间 繁 荣 和 健 康 Apr 2012 Vol.18 No.2 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 37 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P46

专 家 视 点 刘 飞 构 建 网 络 认 证 体 系, 打 造 可 信 网 络 空 间 发 展 的 关 键 未 来 身 份 管 理 将 更 加 重 要, 美 国 欧 盟 等 都 在 加 强 身 份 管 理 技 术 研 发 和 部 署, 已 经 形 成 较 强 的 技 术 优 势 ; 对 中 国 而 言, 网 络 身 份 管 理 也 是 社 会 发 展 过 程 中 有 待 解 决 的 课 题, 关 系 到 中 国 在 未 来 网 络 中 的 话 语 权 为 此, 必 须 将 可 信 身 份 上 升 到 国 家 战 略 高 度, 出 台 相 关 政 策 措 施, 整 合 各 类 资 源, 明 确 分 工, 建 立 政 府 主 导 市 场 主 体 的 推 动 机 制, 促 进 网 络 空 间 身 份 管 理 的 发 展 (2) 建 立 并 完 善 网 络 隐 私 保 护 相 关 法 律 法 规 相 关 部 门 应 加 快 电 信 法 出 台, 制 订 促 进 信 息 化 如 电 子 商 务 电 子 政 务 等 相 关 法 律 法 规, 为 网 络 空 间 基 础 设 施 建 设 业 务 创 新 和 应 用 推 广 创 新 营 造 良 好 的 法 律 环 境 同 时 还 需 要 加 快 推 进 网 络 与 信 息 安 全 个 人 信 息 保 护 信 息 监 控 未 成 年 人 在 线 行 为 保 护 等 相 关 立 法, 建 立 明 确 透 明 的 网 络 安 全 保 障 信 息 安 全 监 控 用 户 信 息 保 护 跨 境 数 据 流 动 青 少 年 网 上 保 护 等 法 律 环 境, 明 确 安 全 要 求 企 业 责 任 和 管 理 边 界, 并 建 立 依 法 管 理 网 络 空 间 和 引 导 国 际 治 理 的 制 度 环 境, 从 而 能 够 推 进 互 联 网 竞 争 秩 序 知 识 产 权 保 护 等 相 关 立 法, 建 立 规 范 有 序 安 全 可 信 的 网 络 空 间 环 境 此 外, 相 关 部 门 还 可 以 以 近 期 密 码 泄 漏 事 件 为 契 机 加 强 宣 传 力 度, 鼓 励 和 吸 引 用 户 积 极 参 与 网 络 可 信 身 份 认 证 (3) 建 立 网 络 认 证 市 场 的 准 入 / 推 出 制 度, 提 升 认 证 主 体 资 质 政 府 可 结 合 中 国 电 子 认 证 十 二 五 规 划, 出 台 扶 持 政 策, 大 力 发 展 第 三 方 认 证 市 场, 通 过 建 立 第 三 方 认 证 准 入 许 可, 提 高 认 证 主 题 的 资 质 和 公 信 力 据 预 测, 十 二 五 期 间, 网 络 应 用 在 国 民 经 济 和 社 会 各 领 域 将 进 一 步 普 及 深 化, 到 2015 年, 电 子 商 务 年 交 易 额 [4] 将 突 破 18 万 亿 元, 电 子 认 证 服 务 市 场 潜 力 巨 大 (4) 加 强 标 准 化 研 究, 增 强 认 证 的 互 通 互 认 性 通 过 政 府 引 导, 企 业 主 导, 加 大 密 码 学 生 物 识 别 智 能 卡 等 认 证 技 术 的 研 发 力 度, 建 立 中 国 拥 自 主 知 识 产 权 的 行 业 及 国 家 认 证 技 术 和 标 准, 并 建 立 认 证 标 准 之 间 的 接 口 协 议, 增 强 第 三 方 认 证 互 通 互 认 性, 降 低 社 会 成 本 4 结 束 语 诚 信 网 络 是 互 联 网 发 展 的 趋 势 和 方 向, 也 是 保 障 互 联 网 在 经 济 社 会 发 展 中 充 分 发 挥 其 优 势 的 基 础 诚 信 网 络 的 构 筑, 不 仅 需 要 参 与 者 的 自 愿 和 自 觉, 更 需 要 政 府 的 管 理 和 统 筹 政 府 可 从 技 术 标 准 舆 论 导 向 等 多 方 面 引 导 和 建 立 网 络 认 证 体 系, 加 强 隐 私 保 护, 完 善 网 络 身 份 管 理, 增 强 用 户 认 证 参 与 意 愿, 打 造 可 信 网 络 空 间, 充 分 发 挥 互 联 网 在 经 济 社 会 发 展 中 的 优 势 作 用 5 参 考 文 献 [1] 第 29 次 中 国 互 联 网 络 发 展 状 况 统 计 报 告 [R]. 北 京 : 中 国 互 联 网 络 信 息 中 心 (CNNIC),2012. [2] The National Strategy for Trusted Identities in Cyberspace(NSTIC)[R]. Washington, DC,USA: US Department of Commerce,2011. [3] 前 8 月 电 子 信 息 产 业 经 济 运 行 情 况 [J]. 国 内 信 息 化 信 息,2010(5):10-11. [4] 电 子 认 证 服 务 业 十 二 五 发 展 规 划 [R]. 北 京 : 工 业 和 信 息 化 部,2011. 收 稿 日 期 :2012-02-14 作 者 简 介 刘 飞, 北 京 邮 电 大 学 硕 士 毕 业 ; 工 业 和 信 息 化 部 电 信 研 究 院 通 信 信 息 研 究 所 工 程 师 ; 长 期 从 事 互 联 网 业 务 市 场 和 政 策 等 的 研 究 综 合 信 息 中 兴 通 讯 管 理 服 务 复 合 增 长 率 达 81% 本 刊 讯 2012 年 2 月 29 日 消 息, 中 兴 通 讯 在 巴 塞 罗 那 举 行 的 2012 世 界 移 动 通 信 大 会 (MWC) 上 宣 布, 其 管 理 服 务 4 年 复 合 增 长 率 达 到 81%, 增 长 速 度 远 高 于 业 界 平 均 增 长 速 度, 处 于 行 业 第 1 中 兴 通 讯 管 理 服 务 的 快 速 增 长 源 于 服 务 拓 展 战 略 2005 年, 中 兴 通 讯 提 出 向 卓 越 的 软 件 和 服 务 产 品 提 供 商 转 型 的 战 略, 服 务 战 略 成 为 其 重 要 的 组 成 部 分 2007 2011 年 中 兴 通 讯 服 务 业 务 复 合 增 长 率 达 到 53% 凭 借 对 客 户 需 求 的 深 入 解 读 和 优 质 的 交 付, 中 兴 通 讯 正 在 为 Telenor Teliasonera Telefonica Orange H3G MTN KPN STC ZAIN 等 多 家 知 名 运 营 商 管 理 网 络 迄 今 为 止 累 计 获 得 超 过 100 份 管 理 服 务 合 同, 业 务 范 围 涵 盖 无 线 固 网 承 载 网 等 全 业 务 网 络, 覆 盖 欧 洲 北 美, 中 东 非 洲 亚 太 等 地 区, 为 全 球 超 过 1 亿 用 户 提 供 优 质 的 通 信 保 障 服 务 2011 年 11 月, 中 兴 通 讯 管 理 的 奥 地 利 H3G 网 络, 被 欧 洲 知 名 通 信 行 业 期 刊 Connect 评 为 德 语 区 综 合 排 名 第 1 中 兴 通 讯 扩 展 了 单 纯 的 运 维 外 包 方 式, 使 运 营 商 合 作 伙 伴 具 备 更 加 灵 活 的 市 场 适 应 能 力 中 兴 通 讯 服 务 业 务 部 总 经 理 杨 家 表 示 : 中 兴 通 讯 一 直 关 注 电 信 行 业 的 转 型 并 及 时 调 整 服 务 战 略 2012 年 中 兴 通 讯 将 继 续 面 向 运 营 商, 提 供 一 系 列 基 于 用 户 感 知 的 综 合 服 务 解 决 方 案, 并 协 助 运 营 商 为 企 业 客 户 在 IT 交 通 医 疗 教 育 等 领 域 提 供 广 泛 的 服 务 中 兴 通 讯 技 术 38 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr. 2012 Vol.18 No.2 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P47

CDMA 2000 1x EVDO Rev.A 系 统 的 QoS 应 用 杨 召 江 ZTE TECHNOLOGY JOURNAL 运 营 应 用 CDMA 2000 1x EVDO Rev.A 系 统 的 QoS 应 用 QoS in CDMA 2000 1x EVDO Rev.A System 摘 要 : 随 着 数 据 用 户 和 数 据 业 务 的 迅 猛 发 展, 运 营 商 网 络 的 承 载 压 力 不 断 加 大, 如 何 综 合 考 虑 网 络 资 源 利 用 最 大 化 和 用 户 间 公 平 性, 是 目 前 网 络 运 行 商 面 临 的 主 要 问 题 文 章 对 QoS 概 念 QoS 模 型 3G 业 务 的 QoS 分 类 以 及 CDMA2000 1x EVDO Rev. A 端 到 端 QoS 的 体 系 结 构 进 行 了 说 明, 并 对 EVDO Rev.A 系 统 中 端 到 端 QoS 保 证 的 系 统 实 现 进 行 了 介 绍 文 章 认 为 第 三 代 无 线 通 信 技 术 CDMA2000 1x EVDO Rev.A 能 提 供 端 到 端 的 QoS 解 决 方 案, 它 不 仅 增 强 了 对 实 时 业 务 的 支 持, 还 可 以 大 大 提 升 网 络 服 务 性 能 杨 召 江 /YANG Zhaojiang ( 中 国 电 信 广 西 公 司, 广 西 南 宁 530028) (China Telecom Guangxi Co.Ltd., Guangxi 530028, China) 关 键 词 : EVDO Rev.A; 用 户 间 的 QoS; 用 户 内 的 QoS; 端 到 端 QoS 业 务 Abstract: As the number of data users and services increases, the pressure on operator networks continues to increase. Maximizing resource use and appropriately distributing resources among users are main problems faced by network operators. In this paper, QoS concept, model, and classification of 3G businesses are discussed. A CDMA2000 1x EVDO Rev. A end-to-end QoS architecture and EVDO Rev.A system end-to-end QoS guarantee is proposed. CDMA2000 1x EVDO Rev.A, a third-generation technology, can provide end-to-end QoS that supports real-time business and greatly improves the network services. Keywords: EVDO Rev.A; inter-user QoS; intra-user QoS; end-to-end QoS services 中 图 分 类 号 :TN929.5 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :1009-6868 (2012) 02-0039-06 1 EVDO Rev.A QoS 概 述 1.1QoS 概 念 Q os 是 网 络 提 供 更 高 更 优 先 服 务 的 一 种 能 力 端 到 端 的 QoS 就 是 保 证 用 户 的 数 据 在 整 个 网 络 的 传 送 过 程 中 ( 包 括 从 源 端 到 目 的 端 ) 得 到 所 需 要 的 服 务 质 量, 这 实 际 体 现 了 网 络 的 服 务 水 平 及 网 络 的 安 全 性 能 包 括 : 衡 量 QoS 的 几 个 核 心 的 指 标 主 要 (1) 带 宽 / 吞 吐 量, 表 征 网 络 的 两 个 节 点 之 间 某 特 定 应 用 业 务 流 的 平 均 速 率 (2) 时 延, 数 据 包 在 网 络 的 两 个 节 点 之 间 传 送 的 平 均 往 返 时 间 (3) 抖 动, 时 延 的 变 化 程 度 (4) 丢 包 率, 在 网 络 传 输 过 程 中 丢 失 报 文 的 百 分 比, 用 来 衡 量 网 络 正 确 转 发 用 户 数 据 的 能 力 (5) 可 用 性, 网 络 可 以 为 用 户 提 供 服 务 时 间 的 百 分 比 EVDO Rev.A 系 统 的 QoS 可 分 为 用 户 间 QoS 和 用 户 内 QoS 用 户 间 QoS 就 是 把 用 户 区 分 为 不 同 的 用 户 等 级, 高 级 别 的 用 户 在 系 统 接 入 前 向 MAC 调 度 反 向 速 率 控 制 和 资 源 控 制 (T2P) 资 源 分 配 上 比 低 级 别 用 户 具 有 更 高 的 优 先 权 用 户 内 QoS 也 就 是 用 户 内 不 同 业 务 的 优 先 级 调 度, 各 种 业 务 级 别 的 优 先 级 关 系 为 加 速 转 发 (EF)> 确 保 发 送 (AF)> 尽 力 发 送 (BE) 1.2QoS 模 型 Internet 工 程 任 务 组 (IETF) 对 于 QoS 提 出 两 种 服 务 模 型 : 综 合 服 务 (IntServ) 和 区 分 服 务 (DiffServ) (1) IntServ IntServ 模 型 定 义 了 为 提 供 端 到 端 的 QoS 保 证, 对 网 络 元 素 进 行 控 制 和 [1-3] 实 现 这 些 控 制 的 行 为 如 图 1 所 示,IntServ 模 型 通 过 资 源 预 留 协 议 (RSVP) 在 数 据 流 的 发 送 端 和 接 收 端 之 间 申 请 端 到 端 的 资 源 预 留 若 接 收 端 和 发 送 端 之 间 所 有 的 路 由 节 点 均 成 功 进 行 资 源 预 留, 则 各 路 由 节 点 为 该 数 据 流 分 配 所 请 求 的 资 源 并 保 存 相 关 的 流 状 态 信 息, 端 到 端 的 连 接 建 立 起 来 后 就 可 以 进 行 数 据 流 的 传 送 ; 若 中 间 某 路 由 节 点 拒 绝 了 该 请 求, 路 由 节 点 将 发 送 一 个 出 错 信 息 给 接 收 方, 并 中 断 信 令 的 处 理, 数 据 流 连 接 建 立 失 败 (2) DiffServ DiffServ 模 型 ( 如 图 2 所 示 ) 定 义 了 边 界 节 点 流 分 类 和 内 部 节 点 流 转 发 的 策 略, 它 本 质 上 是 一 种 基 于 策 略 控 Apr 2012 Vol.18 No.2 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 39 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P48

运 营 应 用 杨 召 江 CDMA 2000 1x EVDO Rev.A 系 统 的 QoS 应 用 终 端 RSVP: 资 源 预 留 协 议 图 1 IntServ 模 型 终 端 分 类 器 RSVP 测 量 器 图 2 DiffServ 模 型 制 的 优 先 级 服 务 模 型, 网 络 资 源 分 配 由 总 体 服 务 策 略 决 定, 不 需 要 逐 级 资 源 预 留, 从 而 克 服 了 IntServ 模 型 分 布 式 资 源 预 留 所 带 来 的 网 络 扩 展 局 限 性 在 DiffServ 方 案 中, 在 网 络 入 口 处 根 据 服 务 要 求 对 业 务 进 行 分 类 及 流 量 控 制, 同 时 设 置 差 分 服 务 代 码 点 (DSCP), 并 在 网 络 中 根 据 实 施 好 的 QoS 机 制 来 区 分 每 一 类 通 信 ( 依 据 分 组 的 DSCP 值 ) 并 为 之 服 务 ( 包 括 资 源 分 配 分 组 丢 弃 策 略 等, 统 称 为 PHB),DiffServ 域 中 的 所 有 节 点 都 将 根 据 分 组 的 DSCP 字 段 来 遵 守 PHB IETF 定 义 了 4 种 PHB 服 务 类 型, 分 别 是 尽 力 而 为 加 速 转 发 确 保 发 送 及 IP 优 先 级 类 选 择 边 界 节 点 边 界 节 点 内 部 节 点 内 部 节 点 边 界 节 点 将 对 网 络 的 进 行 分 类 和 调 节, 把 进 入 网 络 的 流 分 成 不 同 的 类 型, 并 将 类 型 相 同 的 流 汇 聚 进 行 集 DS 域 DS 域 标 记 器 调 节 器 调 度 器 束 传 输 因 此, 在 区 分 服 务 中, 传 输 的 是 流 汇 聚 而 不 再 是 单 个 的 流 每 一 组 流 聚 集 都 具 有 相 应 的 各 自 不 同 的 流 传 输 服 务 标 准, 在 各 个 域 内 根 据 不 同 的 媒 体 传 输 要 求 提 供 不 同 的 传 输 服 务 这 一 过 程 是 通 过 区 分 服 务 中 IP 包 头 的 区 分 服 务 标 记 字 段 (DS Field) 来 实 现 的 表 1 3G 业 务 的 QoS 分 类 性 能 特 征 典 型 业 务 终 端 缓 存 要 求 抖 动 要 求 时 延 要 求 上 下 行 速 率 对 比 误 码 率 要 求 空 口 重 传 要 求 会 话 类 VT VoIP 终 端 不 需 缓 存 机 制 对 抖 动 的 要 求 很 高 时 延 要 求 高 上 行 和 下 行 基 本 对 称 可 以 容 忍 一 定 的 误 码 率 不 需 重 传 边 界 节 点 终 端 边 界 节 点 终 端 流 媒 体 类 VOD BCMCS 边 界 节 点 通 过 查 询 区 分 标 记 字 段 并 将 其 归 入 某 一 特 定 的 流 聚 集 中 区 分 服 务 模 型 中 边 界 节 点 的 处 理 功 能 主 要 包 括 : 接 纳 控 制, 判 断 是 否 有 足 够 的 资 源 来 支 持 相 应 类 型 的 控 制 分 类 器, 确 定 源 地 址 目 的 地 址 端 口 字 段, 包 的 类 型 测 量 器, 对 包 的 速 率 进 行 测 量, 并 根 据 测 量 结 果 控 制 标 记 器 对 数 据 包 头 进 行 DSCP 标 记 标 记 器, 对 数 据 包 头 进 行 DSCP 标 记 调 节 器, 对 一 个 分 组 流 中 的 部 分 或 全 部 分 组 进 行 整 形 处 理, 使 该 分 组 流 符 合 预 先 制 订 的 传 输 调 节 协 议 调 度 器, 用 来 基 于 服 务 连 接 的 包 的 调 度 发 送 IntServ 模 型 的 优 点 是 可 提 供 端 到 端 的 QoS 保 证 ; 缺 点 是 对 路 由 节 点 的 要 求 较 高, 实 现 复 杂, 对 网 络 扩 展 有 很 大 的 局 限 性 DiffServ 模 型 的 优 点 是 可 扩 展 性 好, 便 于 实 现 ; 缺 点 是 难 以 提 供 端 到 端 的 QoS 保 证 一 般 将 两 者 结 合 起 来,IntServ 模 型 用 于 网 络 边 缘,DiffServ 模 型 用 于 核 心 网 络 节 点, 共 同 实 现 整 个 网 络 端 到 端 的 QoS 保 证 1.3 3G 业 务 的 QoS 分 类 从 3G 业 务 的 应 用 特 性 上 进 行 分 析,QoS 一 般 可 以 分 为 4 类, 如 表 1 中 所 示 终 端 一 般 采 用 缓 存 机 制 对 抖 动 的 要 求 比 较 高 时 延 要 求 高 下 行 远 大 于 上 行 可 以 容 忍 一 定 的 误 码 率 不 需 重 传 可 见, 不 同 的 业 务 类 型 对 QoS 的 要 求 也 各 不 相 同,EVDO Rev.A 必 须 提 交 互 类 网 页 浏 览 终 端 不 需 缓 存 机 制 抖 动 要 求 低 时 延 要 求 低 请 求 - 响 应 类 型, 一 般 下 行 大 于 上 行 对 误 码 率 要 求 很 高 需 重 传 背 景 类 FTP 下 载 Email 终 端 不 需 缓 存 机 制 无 要 求 无 要 求 有 些 业 务 下 行 大 于 上 行, 有 些 基 本 对 称 对 误 码 率 要 求 很 高 需 重 传 VT: 可 视 电 话 VoIP: 基 于 IP 承 载 的 语 音 业 务 VOD: 视 频 点 播 技 术 BCMCS: 广 播 多 播 技 术 中 兴 通 讯 技 术 40 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr. 2012 Vol.18 No.2 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P49

CDMA 2000 1x EVDO Rev.A 系 统 的 QoS 应 用 杨 召 江 ZTE TECHNOLOGY JOURNAL 运 营 应 用 供 有 效 多 样 的 QoS 机 制, 保 障 用 户 在 不 同 的 业 务 应 用 中 都 能 保 持 良 好 的 使 用 感 知 MS/AT RAN PDSN HA BR CN 端 到 端 QoS 业 务 1.4EVDO Rev.A 端 到 端 的 QoS 体 系 结 构 多 数 移 动 业 务 是 端 到 端 的, 因 此 系 统 必 须 提 供 从 终 端 无 线 接 入 网 分 组 核 心 网 外 部 公 共 网 的 整 体 QoS 解 决 方 案, 才 能 提 供 端 到 端 的 QoS 保 [4] 证 第 三 代 合 作 伙 伴 计 划 2(3GPP2) 定 义 了 基 于 IP 的 端 到 端 的 QoS 业 务 体 系 结 构, 如 图 3 所 示 它 是 一 个 多 层 次 的 QoS 业 务 体 系 结 构 : 在 应 用 层 描 述 端 到 端 的 QoS 业 务 要 求, 在 网 络 层 描 述 IP QoS 业 务 要 求, 在 承 载 层 和 传 输 层 则 描 述 了 底 层 承 载 和 传 送 的 QoS 要 求 在 不 同 的 QoS 业 务 层 次 之 间, 存 在 QoS 参 数 的 映 射 和 传 递 2 EVDO Rev.A 的 QoS 实 现 和 保 证 2.1EVDO Rev.A 的 QoS 实 现 机 制 1xEV-DO Rev. A QoS 解 决 方 案 是 基 于 3GPP2 无 线 IP 网 络 端 到 端 的 QoS 架 构, 由 无 线 接 入 网 提 供 链 路 层 的 QoS 服 务 每 个 用 户 允 许 建 立 多 个 具 有 不 同 QoS 特 征 的 逻 辑 链 路, 以 承 载 上 层 不 同 QoS 的 IP 流 这 种 逻 辑 链 路 称 为 服 务 连 接 一 条 服 务 连 接 由 一 条 前 / 反 向 无 线 链 路 协 议 (RLP) 流 一 条 反 向 业 务 信 道 媒 体 接 入 控 制 (RTC MAC) 流 以 及 一 条 A8/A10 连 接 组 成 的 调 度 器 则 是 基 于 服 务 连 接 调 [5] 度 的 包 括 : 1xEVDO Rev.A QoS 主 要 实 现 机 制 (1) 使 用 ProfileID 描 述 QoS 参 数 (2) 信 令 面, 终 端 通 过 QoS 信 令 请 求 基 站 预 留 资 源, 为 用 户 IP 流 建 立 相 应 的 承 载 链 路 ( 服 务 连 接 ) 这 个 过 程 涉 及 QoS 授 权 服 务 连 接 的 建 立 和 参 数 配 置 通 过 RSVP 请 求 分 组 数 据 服 务 节 点 (PDSN) 建 立 包 过 滤 器 接 纳 控 制 等 (3) 媒 体 面, 涉 及 IP 流 的 分 类 和 承 载 到 服 务 连 接 上, 以 及 服 务 连 接 的 调 度 2.2EVDO Rev.A 的 QoS 保 证 1xEV-DO Rev. A QoS 解 决 方 案 是 基 于 3GPP2 无 线 IP 网 络 端 到 端 的 QoS 架 构, 需 要 实 现 端 到 端 的 网 络 资 源 保 障 下 面 从 无 线 链 路 资 源 管 理 QoS 保 证 地 面 链 路 资 源 管 理 QoS 保 证 以 及 多 连 接 的 处 理 等 几 个 方 面 来 阐 述 EVDO Rev.A 系 统 的 QoS 保 证 2.2.1 无 线 链 路 资 源 管 理 QoS 保 证 (1) 准 入 控 制 根 据 业 务 的 QoS 要 求 和 系 统 可 用 资 源 来 判 断 是 否 可 以 满 足 该 业 务 的 要 求, 即 判 读 是 否 准 许 该 业 务 的 接 入 一 般 可 采 用 两 种 准 入 检 测 方 式 : 简 单 准 入 控 制 算 法 和 基 于 时 隙 占 用 率 的 控 制 算 法 简 单 准 入 控 制 算 法 可 以 分 别 为 EF 业 务 EF+AF 业 务 的 标 称 带 宽 总 和 设 置 上 限 ; 基 于 时 隙 占 用 率 的 控 制 算 法 可 以 实 时 计 算 EF 业 务 EF+AF 业 务 的 占 用 时 隙 应 用 准 入 控 制, 接 入 网 (AN) 需 要 检 查 的 系 统 资 源 有 : Abis 口 带 宽 选 择 器 和 分 配 单 元 (SDU) 子 卡 是 否 过 载 扇 区 带 宽 CDMA2000 承 载 网 业 务 接 入 承 载 业 务 无 线 传 输 业 务 扇 区 用 户 数 BR: 边 界 路 由 器 CN: 核 心 网 R-P 承 载 业 务 R-P 传 输 业 务 IP QoS 业 务 HA: 归 属 地 代 理 MS: 移 动 台 / 移 动 终 端 图 3 3GPP2 定 义 的 端 到 端 QoS 业 务 体 系 结 构 核 心 网 承 载 业 务 PDSN: 分 组 数 据 服 务 节 点 RAN: 无 线 接 入 网 (2) 前 向 空 口 负 荷 控 制 当 前 向 负 荷 过 载 时, 通 过 降 低 部 分 流 的 级 别 来 实 现 专 线 用 户 和 其 他 高 优 先 级 流 的 QoS 保 证, 以 达 到 前 向 空 口 负 荷 可 控 的 目 的 (3) 反 向 空 口 负 荷 控 制 根 据 用 户 等 级 和 业 务 等 级 的 不 同, 设 置 T2P 算 法 的 输 入 参 数 的 不 同 取 值, 以 达 到 反 向 负 荷 控 制 的 目 的, 实 现 高 优 先 级 用 户 和 流 的 QoS 保 证 (4) 前 向 空 口 MAC 层 调 度 可 分 为 多 用 户 的 调 度 及 多 流 的 调 度 多 用 户 调 度 时, 既 要 考 虑 系 统 整 体 吞 吐 量 的 最 大 化, 也 要 考 虑 用 户 间 的 公 平 性 对 于 多 流 的 调 度, 不 同 的 EF AF BE 业 务 流 具 有 不 同 的 调 度 权 重, 优 先 调 度 权 重 最 大 的 业 务 流 比 如 将 流 按 照 不 同 流 的 类 型 划 分 为 多 个 不 同 的 优 先 级 调 度 队 列, 不 同 的 数 据 流 到 达 信 道 处 理 板 后, 按 照 类 型 分 别 放 到 对 应 的 优 先 级 队 列 中, 队 列 间 则 采 用 优 先 调 度 算 法, 优 先 处 理 高 优 先 级 队 列 数 据 外 部 网 络 承 载 业 务 2.2.2 地 面 链 路 资 源 管 理 QoS 保 证 EVDO Rev.A 系 统 的 DiffServ 模 型, 通 过 对 数 据 包 头 的 DSCP 进 行 标 记, 对 不 同 类 型 的 业 务 流 进 行 了 分 类 聚 集 ; 差 分 服 务 是 业 务 级 别 在 不 同 数 据 流 上 的 直 接 映 射, 是 网 络 层 QoS 实 现 的 基 础 地 面 链 路 资 源 管 理 包 括 Apr 2012 Vol.18 No.2 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 41 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P50

运 营 应 用 杨 召 江 CDMA 2000 1x EVDO Rev.A 系 统 的 QoS 应 用 Abis 链 路 管 理 以 及 各 网 络 节 点, 包 括 基 站 (BTS) 基 站 控 制 (BSC) PDSN 的 流 量 调 度 管 理 (1) Abis 链 路 拥 塞 控 制 基 于 流 的 Abis 链 路 拥 塞 控 制, 包 括 前 向 拥 塞 控 制 和 反 向 拥 塞 控 制 由 于 Abis 带 宽 可 能 成 为 瓶 颈, 所 以 Abis 链 路 的 前 反 向 拥 塞 控 制 也 是 EVDO Rev.A 端 到 端 QoS 实 现 中 的 重 要 一 环 基 于 不 同 的 Abis 口 物 理 承 载, 具 有 不 同 的 调 度 算 法 基 于 E1 的 Abis 链 路 支 持 4 个 优 先 级 队 列, 从 高 到 低 分 别 承 载 信 令 语 音 数 据 和 操 作 维 护 中 心 (OMC) 报 文, 它 们 采 用 的 是 绝 对 优 先 级 的 调 度 策 略 基 于 以 太 网 的 Abis 链 路 也 是 支 持 4 个 优 先 级 队 列, 但 采 用 的 是 加 权 轮 循 (WRR) 调 度 算 法 (2) 各 节 点 的 流 量 调 节 策 略 在 1xEV-DO Rev.A 网 络 里, PDSN BSC BTS 取 了 不 同 的 流 量 调 节 策 略, 协 调 提 供 QoS 服 务 PDSN PDSN 根 据 包 过 滤 器 对 前 向 IP 流 分 类 汇 聚 到 A10 连 接 上 对 于 每 一 个 A10 连 接, 还 可 对 通 用 路 由 封 装 技 术 (GRE) 包 的 外 部 IP 标 记 上 相 应 的 DSCP 如 果 PDSN 和 BSC 之 间 是 DiffServ 网 络, 那 么 A10 包 就 可 以 得 到 不 同 的 服 务 在 反 向 链 路 中,AT 可 以 给 IP 包 标 记 上 DSCP PDSN 重 组 反 向 用 户 IP 包 后, 检 查 IP 包 的 DSCP 是 否 合 法, 必 要 时 可 以 重 新 标 记 如 果 使 用 的 是 反 向 隧 道, 用 户 IP 包 则 会 通 过 反 向 隧 道 发 送 到 归 属 地 代 理 (HA),PDSN 则 可 以 给 隧 道 标 记 上 相 应 的 DSCP BSC BSC 利 用 漏 桶 对 前 反 向 RLP 流 进 行 流 量 整 形 聚 合 到 RLP 流 上 的 IP 流, 它 们 的 ProfileID 所 对 应 的 需 求 速 率 峰 值 速 率 ( 突 发 速 率 ) 的 总 和 就 是 这 个 RLP 流 上 的 需 求 速 率 Rrlp_req 峰 值 速 率 Rrlp_peak 在 前 向 链 路 中,BSC 将 RLP 数 据 图 4 IP 流 到 服 务 连 接 的 绑 定 以 及 QoS 参 数 映 射 封 装 到 Abis 包 里, 并 对 Abis 包 标 记 上 相 应 的 DSCP, 以 便 在 BSC 和 BTS 间 的 传 输 网 络 里 能 得 到 相 应 的 QoS 服 务 对 于 反 向,BSC 也 可 以 为 不 同 的 A10 连 接 的 GRE 包 标 记 上 相 应 的 DSCP 不 同 的 RLP 流 在 BSC 内 部 有 不 同 的 优 先 级, 在 前 向 出 口 处 BSC 可 以 对 不 同 优 先 级 的 RLP 流 采 取 不 同 的 调 度 策 略 BTS 对 于 前 向 链 路,BTS 采 用 自 适 应 加 权 算 法 对 不 同 优 先 级 的 RLP 流 进 行 调 度 对 于 反 向,BTS 指 示 AT 当 前 扇 区 的 忙 闲 程 度 2.3 多 服 务 连 接 一 个 用 户 可 以 有 多 个 服 务 连 接, 以 承 载 不 同 QoS 的 IP 流 服 务 连 接 分 为 主 连 接 和 辅 连 接 (1) 主 连 接 : 在 空 口 业 务 信 道 建 立 后 可 以 自 动 建 立, 它 是 数 据 传 输 的 缺 省 连 接 (2) 辅 连 接 : 当 用 户 请 求 QoS 服 务 时,AN 将 创 建 起 辅 连 接, 用 于 承 载 QoS 流 IP 流 的 QoS 参 数 VoIP 流 ProfileID: VoIP ProfileID: 32k Vedio IP 流 的 QoS 参 数 ProfileID: 56k Vedio 56k Vedio 流 56k Vedio 流 中 兴 通 讯 1xEV-DO Rev. A 定 义 了 DSCP: 差 分 服 务 代 码 点 QosClassIDz Voice QosClassIDz Voice RLP: 无 线 链 路 协 议 若 干 套 QoSClass QoSClass 是 按 照 业 务 的 QoS 特 征 进 行 的 分 类, 如 普 通 应 用 (BE) 流 媒 体 语 音 视 频 游 戏 和 [6] 信 令 等 每 套 QoSClass 对 应 一 套 参 数, 包 括 调 度 参 数 空 口 协 议 参 数 和 功 率 控 制 参 数 等, 以 实 现 不 同 应 用 在 EV-DO 上 的 QoS 服 务 用 户 的 每 个 服 务 连 接 具 有 不 同 的 QoSClassID 如 图 4 中 示 所, 当 AN 收 到 AT 请 求 的 ProfileID 时,AN 查 询 OMC 配 置 的 ProfileID-QoSClassID 映 射 表, 每 个 QoSClassID 将 创 建 一 个 新 服 务 连 接, 具 有 相 同 QoSClassID 的 IP 流 将 被 聚 合 到 同 一 服 务 连 接 上 AN 使 用 相 应 的 QoSClassID 所 对 应 的 参 数 与 AT 进 行 协 商 以 建 立 服 务 连 接, 这 些 参 数 包 括 RLP 流 参 数 和 RTC MAC 流 参 数 等 3 EVDO Rev.A 的 QoS 应 用 举 例 3.1 天 翼 对 讲 应 用 调 度 参 数 RLP 属 性 RTCMA 属 性 DSCP 功 控 参 数 服 务 连 接 的 QoS 参 数 天 翼 对 讲 业 务 是 中 国 电 信 推 出 的 基 于 VoIP 的 一 键 通 (PTT) 应 用, 它 使 用 高 通 的 Qchat 平 台, 可 实 现 手 机 对 讲 的 功 能, 并 具 有 永 远 在 线 一 按 即 通 群 呼 组 呼 专 业 调 度 超 强 覆 中 兴 通 讯 技 术 42 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr. 2012 Vol.18 No.2 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P51

CDMA 2000 1x EVDO Rev.A 系 统 的 QoS 应 用 杨 召 江 ZTE TECHNOLOGY JOURNAL 运 营 应 用 盖 通 信 保 密 等 优 点 EVDO Rev.A 网 络 支 持 的 增 强 型 协 议 及 关 键 技 术 可 以 满 足 低 时 延 实 时 交 互 的 VoIP 业 务 对 QoS 的 需 求 EVDO Rev.A 支 持 3GPP2 中 的 如 [5] 下 协 议 : (MFPA) Protocol Protocol Multi-Flow Packet Application Enhanced Idle State Protocol Enhanced Access Channel MAC Enhanced Control Channel MAC Subtype 3 Reverse Traffic Channel MAC Protocol Enhanced Forward Traffic Channel MAC Protocol (GAUP) Subtype 2 Physical Layer Protocol Generic Attribute Update Protocol EVDO Rev.A 的 增 强 协 议 支 持 如 下 关 键 技 术 : 前 向 MAC 引 入 多 用 户 包 由 于 单 语 音 包 比 较 小 (20 字 节 左 右 ), 如 果 一 个 MAC 包 只 包 含 一 个 用 户 语 音 包 的 话 会 造 成 空 口 带 宽 的 巨 大 浪 费, 所 以 前 向 MAC 引 入 了 多 用 户 包, 即 一 个 前 向 MAC 包 中 可 包 含 多 个 用 户 的 安 全 层 包 多 用 户 包 的 MacIndex 标 明 了 包 的 长 度 反 向 物 理 信 道 引 入 子 帧 概 念 一 个 子 帧 持 续 4 个 时 隙, 前 向 混 合 自 动 重 传 请 求 (HARQ) 信 道 则 针 对 子 帧 进 行 了 确 认, 大 大 缩 短 了 反 向 空 口 的 传 输 时 延 ( 从 26.667 ms 缩 短 到 了 6.667 ms) 接 入 参 数 消 息 增 加 EnhancedAccessParametersIncluded 等 域 探 针 的 前 缀 部 分 的 长 度 可 大 大 减 少, 由 若 干 帧 减 少 到 4 或 16 时 隙 RLP 增 加 非 重 传 模 式 (FlowNNNakEnableFwd/Rev=0) 因 为 对 于 话 音 业 务 而 言, 由 于 时 延 较 为 敏 感, 在 允 许 一 定 的 丢 包 率 条 件 下, 一 般 去 使 能 重 传 机 制 寻 呼 更 快 增 强 空 闲 (IDLE) 协 议 中, 寻 呼 周 期 可 以 更 短, 而 不 是 固 定 为 5.12 s, 这 更 适 合 于 话 音 业 务 ( 寻 呼 周 期 也 可 以 更 短 以 便 更 好 地 支 持 PoC 业 务 ) 虚 拟 切 换 更 快 反 向 增 加 数 据 资 源 控 制 (DSC) 子 信 道, 和 数 据 速 率 控 制 (DRC) 子 信 道 配 合 使 用 基 于 信 令 信 道 承 载 的 数 据 业 务 允 许 使 用 控 制 信 道 接 入 信 道 等 非 业 务 信 道 来 传 送 业 务 数 据, 这 使 得 QChat 的 起 呼 信 令 可 以 在 业 务 信 道 建 立 之 前 就 开 始 交 互 避 免 了 先 建 立 业 务 信 道, 再 使 用 业 务 信 道 传 送 起 呼 信 令 这 种 串 行 模 式 所 带 来 的 延 迟 3.2 用 户 等 级 差 异 化 应 用 随 着 3G 用 户 的 高 速 增 长 以 及 业 务 应 用 趋 于 多 样 化 复 杂 化, 如 何 利 用 有 限 的 无 线 资 源 创 造 更 多 的 运 营 价 值 是 电 信 运 营 商 非 常 关 心 的 问 题 从 目 前 3G 网 络 用 户 的 使 用 情 况 来 看, 极 少 部 分 的 大 流 量 用 户 占 用 了 大 量 的 网 络 资 源, 极 大 增 加 了 网 络 的 负 担, 其 结 果 是 其 他 大 部 分 用 户 只 能 占 用 少 部 分 的 资 源, 用 户 使 用 感 知 受 到 严 重 的 影 响 对 于 这 部 分 高 流 量 用 户, 有 必 要 减 少 他 们 的 资 源 占 用 另 一 方 面, 一 些 行 业 用 户 政 企 用 户 等 高 端 用 户 对 服 务 需 求 有 特 殊 的 需 求, 且 高 端 用 户 对 运 营 商 可 贡 献 更 多 的 利 润, 对 这 部 分 用 户 需 要 提 供 更 好 的 服 务 以 保 证 高 端 用 户 对 电 信 运 营 商 的 忠 诚 度 以 及 粘 着 度 这 样 以 来, 在 EVDO Rev.A 中 就 可 以 通 过 对 用 户 的 差 异 化 精 细 化 QoS 机 制 来 实 现 用 户 间 的 QoS 应 用 在 EVDO Rev.A 中 可 对 用 户 分 类 为 专 线 用 户 普 通 用 户 两 种, 其 中 普 通 用 户 可 分 为 金 牌 用 户 银 牌 用 户 铜 牌 用 户 3 个 等 级 专 线 用 户 的 优 先 级 最 高, 通 过 配 置 的 最 低 速 率, 系 统 保 证 专 线 用 户 随 时 接 入, 并 保 障 专 线 用 户 的 最 低 速 率 体 验 对 于 普 通 用 户 系 统 不 保 证 接 入, 普 通 用 户 中 的 BE 业 务 可 设 置 为 3 种 用 户 等 级 : (1) 金 牌 用 户, 具 有 最 高 的 优 先 级, 享 受 最 高 的 峰 值 速 率 限 制, 比 如 可 设 置 最 高 下 行 速 率 为 2 Mbit/s 根 据 市 场 部 门 对 用 户 价 值 的 划 分 标 准, 可 以 将 市 场 定 义 的 钻 金 用 户 中 的 需 要 重 点 保 证 的 个 人 大 客 户 政 企 优 质 大 客 户 等 设 置 为 金 牌 用 户 (2) 银 牌 用 户, 具 有 较 高 的 优 先 级, 享 受 较 高 的 峰 值 速 率 限 制, 比 如 可 以 设 置 最 高 下 行 速 率 为 1 Mbit/s 可 将 一 般 普 通 用 户 设 置 为 银 牌 用 户 (3) 铜 牌 用 户, 具 有 最 低 的 优 先 级, 享 受 最 低 的 峰 值 速 率 限 制, 比 如 可 设 置 最 高 下 行 速 率 为 500 kbit/s 可 将 大 流 量 低 价 值 的 3G 无 线 宽 带 用 户 设 置 为 铜 牌 上 述 3 种 不 同 等 级 的 用 户 的 最 高 速 率 可 以 按 需 求 进 行 个 性 化 定 制, 并 且 满 足 如 下 条 件 : 金 牌 用 户 最 高 速 率 银 牌 用 户 最 高 速 率 铜 牌 用 户 最 高 速 率 通 过 用 户 间 的 QoS 设 置, 可 以 让 不 同 等 级 的 用 户 在 同 等 的 无 线 环 境 下 ( 相 同 C/I) 在 空 口 体 现 为 不 同 的 调 度 优 先 级 金 牌 用 户 调 度 优 先 级 要 高 于 银 牌 用 户, 银 牌 用 户 的 调 度 优 先 级 又 高 于 铜 牌 用 户 在 中 兴 通 讯 的 CDMA 系 统 中, 通 过 配 置 UserRankID 对 应 的 QoSClass 的 参 数 GoSFactor, 可 使 不 同 等 级 的 用 户 在 空 口 得 到 不 同 的 调 度 优 先 级 例 如 UserRank1 的 GoSFactor 设 置 为 1,UserRank2 的 GoSFactor 设 置 为 2, 那 么 两 类 用 户 在 无 线 环 境 相 同 的 情 况 下, 前 向 吞 吐 量 比 为 1:2 为 体 现 网 络 可 以 为 金 牌 用 户 提 供 更 优 先 的 服 务, 在 某 局 同 一 近 点 位 置 (C/I 接 近 ) 对 金 牌 用 户 和 普 通 用 户 进 行 了 对 比 验 证 测 试, 如 图 5 所 示, 金 牌 用 户 的 C/I=3.405, 而 普 通 用 户 的 C/I=3.936, 普 通 用 户 的 C/I 值 比 金 牌 用 户 的 C/I 值 还 要 稍 好 一 些 但 从 测 试 结 果 看, 金 牌 用 户 大 于 300 kbit/s 的 比 例 高 达 79.87%, 普 通 用 户 则 会 大 于 300 kbit/s 的 比 例 仅 为 74.09%, 如 图 6 中 所 示 表 2 中 的 测 试 结 果 表 明 : Apr 2012 Vol.18 No.2 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 43 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P52

运 营 应 用 杨 召 江 CDMA 2000 1x EVDO Rev.A 系 统 的 QoS 应 用 10 8 6 4 2 0-2 -4-6 -8-10 3.405 金 牌 C/I 平 均 值 图 5 金 牌 用 户 和 普 通 用 户 在 同 一 近 点 位 置 测 试 的 平 均 C/I 3.936 普 通 现 有 的 无 线 资 源 来 满 足 业 务 的 发 展 需 要, 并 给 用 户 提 供 满 意 的 服 务 质 量, 是 电 信 运 营 商 需 要 认 真 思 考 的 一 些 问 题 文 章 阐 述 了 基 于 EVDO Rev.A 网 络 的 QoS 原 理, 并 列 举 了 两 个 目 前 CDMA 业 界 较 为 成 熟 的 QoS 应 用 随 着 3G 产 业 链 的 规 模 化 日 益 成 熟, 更 多 的 QoS 应 用 会 提 出 来, 所 以 对 于 差 异 化 QoS 的 应 用 及 优 化 研 究 将 是 一 个 长 期 的 过 程 85.00% 83.00% 81.00% 79.00% 77.00% 75.00% 73.00% 71.00% 69.00% 67.00% 图 6 金 牌 用 户 和 普 通 用 户 在 同 一 近 点 位 置 下 载 速 率 对 比 表 2 金 牌 用 户 和 普 通 用 户 在 在 同 一 近 点 位 置 应 用 层 下 载 速 率 对 比 用 户 种 类 金 牌 用 户 普 通 用 户 应 用 层 平 均 速 率 (kbit/s) 931.01 809.76 79.87% 金 牌 用 户 300 kbit/s 应 用 层 瞬 时 速 率 比 例 (%) (<300 kbit/s) 20.13 25.91 74.09% 普 通 用 户 应 用 层 瞬 时 速 率 比 例 (%) ( 300 kbit/s) 79.87 74.09 5 参 考 文 献 [1] BERNET Y, FORD P, YAVATKAR R, et al. A Framework for Integrated Services Operation over DiffServ Networks[R]. IETF. RFC 2998. 2000. [2] NICHOLS K, BLAKE S, BAKER F, et al. Definition of the Differentiated Services Field (DS field)in the IPv4 and IPv6 Headers[R]. IETF. RFC 2474.1998. [3] BLAKE S, BLACK D, CARLSON M, et al. An Architecture for Differentiated Services[R]. IETF. RFC 2475.1998. [4] 3GPP2 S.R0079-A.v1.0.Support for End-to-End QoS-Stage 1 Requirements[S]. 2006 [5] 3GPP2 C.S0024-B.v2.0.CDMA2000 High Rate Packet Data Air Interface Specification [S].2007 [6] ZTE Rev.A QoS 技 术 白 皮 书 [S]. 深 圳 : 中 兴 通 讯 股 份 有 限 公 司. 收 稿 日 期 :2012-02-17 (1) 金 牌 用 户 的 平 均 速 率 比 普 通 用 户 每 秒 高 130 kbit/s (2) 金 牌 用 户 的 300 kbit/s 速 率 的 比 例 比 普 通 用 户 高 5.78% 在 同 等 或 者 略 低 的 C/I 条 件 下, QoS 金 牌 用 户 相 对 普 通 用 户 的 应 用 层 速 率 有 明 显 优 势 如 果 在 用 户 数 较 多 的 情 况 下,QoS 金 牌 用 户 更 能 体 现 出 金 牌 的 效 果 来 通 过 对 用 户 QoS 的 差 异 化 设 置, 保 障 了 高 端 用 户 的 使 用 感 知, 同 时 兼 顾 到 低 端 用 户 的 公 平 性, 实 现 了 运 营 商 对 网 络 资 源 的 高 效 利 用, 也 体 现 出 运 营 商 的 精 确 运 营 水 平 4 结 束 语 EVDO Rev.A 网 络 完 善 的 QoS 机 制 不 但 可 以 提 供 网 页 浏 览 FTP 下 载 等 BE 类 的 高 速 数 据 业 务, 同 时 也 支 持 可 视 电 话 VoIP PTT 等 时 延 敏 感 业 务 随 着 3G 业 务 的 不 断 丰 富 以 及 用 户 需 求 的 不 断 提 高, 如 何 充 分 利 用 作 者 简 介 杨 召 江, 广 西 大 学 无 线 电 专 业 毕 业,2009 年 获 电 子 科 技 大 学 EMBA 硕 士 ; 中 国 电 信 股 份 有 限 公 司 南 宁 分 公 司 副 总 经 理 工 程 师 ; 主 持 南 宁 电 信 整 体 维 护 工 作, 从 事 无 线 网 络 系 统 维 护 优 化 工 作 多 年, 主 攻 用 户 感 知 提 升 ; 组 织 完 成 了 南 宁 周 边 高 速 公 路 DO 精 品 网 系 统 性 优 化 工 作, 实 现 了 桂 海 高 速 ( 南 宁 段 ) 全 程 网 络 视 频 无 缝 播 放 ; 发 表 相 关 论 文 10 篇 广 告 索 引 A1 A5 封 四 : 中 兴 通 讯 股 份 有 限 公 司 中 兴 通 讯 技 术 44 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr. 2012 Vol.18 No.2 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P53

移 动 无 线 传 感 器 网 络 中 节 点 自 定 位 算 法 研 究 陈 晶 晶 等 研 究 论 文 移 动 无 线 传 感 器 网 络 中 节 点 自 定 位 算 法 研 究 Node Self-Localization Algorithms in Mobile Wireless Sensor Networks 陈 晶 晶 / CHEN Jingjing, 刘 萍 /LIU Ping ( 中 国 人 民 解 放 军 陆 军 军 官 学 院, 安 徽 合 肥 230031) (Army Officer Academy of PLA, Hefei 230031, China) 中 图 分 类 号 :TN929 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :1009-6868 (2012) 02-0045-06 摘 要 : 移 动 无 线 传 感 器 网 络 (MWSN) 是 一 种 全 新 的 信 息 获 取 和 处 理 技 术, 可 以 在 广 泛 的 应 用 领 域 内 实 现 复 杂 的 大 规 模 监 测 和 追 踪 任 务, 而 移 动 节 点 的 位 置 信 息 则 是 其 应 用 的 基 础 针 对 这 一 特 征, 文 章 深 入 探 讨 了 移 动 节 点 自 定 位 算 法 的 研 究 现 状, 介 绍 了 移 动 无 线 传 感 器 网 络 节 点 定 位 的 基 本 方 法, 讨 论 了 定 位 算 法 的 性 能 评 价 指 标, 并 对 各 种 算 法 性 能 进 行 了 比 较, 最 后 指 出 了 算 法 存 在 的 问 题 和 解 决 办 法 文 章 认 为 三 维 全 节 点 移 动 的 定 位 算 法 将 成 为 以 后 的 研 究 趋 势 关 键 词 : 移 动 ; 无 线 传 感 器 网 络 ; 自 定 位 算 法 Abstract: Mobile wireless sensor network (MWSN) is a novel technology for acquiring and processing information. It can perform complicated, large-scale monitoring and tracking tasks. In MWSN, localization of the mobile node is crucial for most applications. In this paper, we discuss the current status of node self-localization algorithms. We also introduce the basic methods of node localization and performance estimation index of localization algorithms. We analyze these popular localization algorithms, and disadvantages and solutions are discussed. We suggest that three-dimensional space will be a research trend. Keywords: mobile; wireless sensor network; self-localization algorithm [1] 多 无 线 传 感 器 网 络 (WSN) 的 应 很 用, 如 井 下 人 员 定 位 河 流 探 索 动 物 跟 踪 士 兵 定 位 战 场 探 测 等 都 需 要 利 用 节 点 的 移 动 来 实 现 这 就 涉 及 到 了 特 殊 的 无 线 传 感 器 网 络 移 动 无 线 传 感 器 网 络 (MWSN) MWSN 通 常 由 坐 标 已 知 的 信 标 节 点 和 坐 标 未 知 的 普 通 节 点 组 成, 与 一 般 的 无 线 传 感 器 网 络 不 同 的 是 网 络 中 的 部 分 节 点 或 全 部 节 点 都 是 可 移 动 的 它 采 用 分 布 式 的 控 制 结 构, 网 络 中 的 节 点 是 具 有 机 动 能 力 的 增 强 型 节 点, 一 般 同 时 具 有 传 感 处 理 和 转 发 功 能, 它 可 以 不 依 赖 于 事 先 设 置 的 网 络 基 础 设 施 而 迅 速 展 开 并 且 自 适 应 组 网, 各 节 点 可 在 不 进 行 通 知 的 情 况 下 自 由 进 入 网 络 或 离 开 网 络 且 不 会 导 致 整 个 网 络 陷 入 瘫 痪 在 WSNs 中, 确 定 传 感 器 节 点 自 身 位 置 是 网 络 的 基 本 功 能 之 一, 也 是 WSNs 的 支 撑 技 术 之 一 节 点 位 置 信 [2] 息 如 此 重 要, 主 要 3 个 原 因 : (1) 传 感 器 收 集 的 数 据, 必 须 知 道 感 知 数 据 的 发 生 位 置 才 有 应 用 价 值 (2) WSNs 的 很 多 通 信 协 议 是 在 已 知 节 点 位 置 基 础 上 运 行 的, 如 地 理 路 由 实 施 数 据 转 发, 并 且 需 拥 有 节 点 的 坐 标 (3) WSNs 的 一 些 系 统 功 能 需 要 节 点 位 置 信 息, 例 如, 有 了 位 置 信 息 可 以 为 网 络 提 供 命 名 空 间, 向 部 署 者 报 告 网 络 的 覆 盖 质 量 等 目 前 广 泛 使 用 的 全 球 卫 星 导 航 定 位 系 统 (GPS) 可 用 来 确 定 携 带 者 的 绝 对 位 置 信 息, 但 GPS 具 有 高 成 本 高 能 耗 尺 寸 较 大 和 不 可 在 室 内 等 电 磁 波 较 难 到 达 的 环 境 中 使 用 的 特 点 网 络 中 节 点 具 有 体 积 小 数 量 众 多 能 量 有 限 处 理 能 力 和 通 信 能 力 较 弱 等 特 点 由 于 上 述 种 种 原 因 使 得 GPS 不 能 广 泛 用 在 节 点 上, 这 就 需 要 发 展 适 合 于 无 线 传 感 器 网 络 应 用 的 节 点 定 位 方 法 目 前 全 球 的 研 究 机 构 已 开 展 了 大 量 工 作 文 章 对 MWSN 节 点 间 定 位 的 基 本 原 理 算 法 性 能 评 价 指 标 和 全 球 开 展 的 相 关 研 究 工 作 进 行 了 介 绍 和 归 纳, 以 便 于 为 无 线 传 感 器 网 络 的 深 入 研 究 与 应 用 提 供 借 鉴 在 MWSN 中, 节 点 移 动 分 为 部 分 移 动 和 全 部 移 动 的 情 况, 文 中 只 关 注 全 部 节 点 移 动 情 形 下 的 节 点 自 定 位 算 法 的 研 究, 部 分 节 点 移 动 的 定 位 算 法 不 在 文 章 考 虑 范 围 之 内 1 节 点 定 位 1.1 节 点 定 位 基 本 方 法 在 传 感 器 节 点 定 位 过 程 中, 未 知 节 点 在 获 得 对 于 邻 近 信 标 节 点 的 距 离, 或 获 得 邻 近 的 信 标 节 点 与 未 知 节 点 之 间 的 相 对 角 度 后, 通 常 使 用 下 列 Apr 2012 Vol.18 No.2 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 45 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P54

研 究 论 文 陈 晶 晶 等 移 动 无 线 传 感 器 网 络 中 节 点 自 定 位 算 法 研 究 图 1 图 2 三 边 测 量 法 B (xb,yb) A da 三 角 测 量 法 方 法 计 算 自 己 的 位 置 1.1.1 三 边 测 量 法 三 边 测 量 法 如 图 1 所 示 图 1 中 基 于 假 设 的 理 论 模 型 : 已 知 A,B,C 3 个 节 点 的 坐 标 分 别 为 (x a, y a) (x b, y b) (x c, y c ), 以 及 它 们 到 未 知 节 点 D 的 距 离 分 别 为 d a,d b,d c, 假 设 节 点 D 的 坐 标 为 (x, y) 那 么, 存 在 式 1: 由 式 1 可 得 到 节 点 D 的 坐 标 1.1.2 三 角 测 量 法 三 角 测 量 法 的 原 理 如 图 2 中 所 示,A,B,C 3 个 节 点 的 坐 标 分 别 为 (x a, y a) (x b, y b) (x c, y c), 那 么 节 点 D 相 对 于 节 点 A,B,C 的 角 度 则 分 别 为 : ADB, ADC, BDC, 假 设 节 点 D 的 坐 标 为 (x, y ) A(xa,ya ) D(x,y ) (x -x a ) 2 +(y -y a ) 2 = d a 对 于 节 点 A,C 和 角 ADC, 如 果 弧 段 AC 在 ΔABC 内, 那 么 能 够 唯 一 确 定 一 个 圆, 设 圆 心 为 O 1(X o1,y o1), 半 径 为 r 1, 那 么 a = AO 1C=(2π-2 ADC), D dc C B C (xc,yc ) (x -x b ) 2 +(y -y b ) 2 = d b (1) (x -x c ) 2 +(y -y c ) 2 = d c db 并 存 在 式 2: 由 式 2 能 够 确 定 圆 心 O 1 点 的 坐 标 和 半 径 r 1, 同 理 对 A B, ADB 和 B,C, BDC 分 别 确 定 相 应 的 圆 心 O 2 (X o2,y o2) 半 径 r 2 圆 心 O 3(X o 3,y o 3) 和 半 径 r 3 最 后 可 以 利 用 三 边 测 量 法, 由 点 D(x,y),O 1(X o1,y o1), O 2(X o 2, y o 2),O 3(X o 3,y o 3) 确 定 D 点 坐 标 1.1.3 极 大 似 然 估 计 法 极 大 似 然 估 计 法 如 图 3 所 示, 已 知 1,2,3 等 n 个 节 点 的 相 对 坐 标 分 别 为 (x 1,y 1),(x 2,y 2),(x 3,y 3),,(x n,y n), 它 们 到 节 点 D 的 距 离 为 d 1,d 2,d 3,, d n, 假 设 节 点 D 的 坐 标 为 (x,y) 那 么, 存 在 式 3: (x 1-x) 2 +(y 1-y) 2 2 =d 1 (x n -x) 2 +(y n -y) 2 2 =d n 从 第 一 个 方 程 开 始 分 别 减 去 最 后 一 个 方 程 得 : 式 4 的 线 性 方 程 表 示 方 式 为 : AX =b, 其 中 : 使 用 标 准 的 最 小 均 方 差 估 计 方 法 可 以 得 到 节 点 D 的 坐 标 为 : X = (A T A) -1 A T b 1.2 定 位 算 法 性 能 评 价 指 标 (3) x 12 -x n2-2(x 1-x n)x+ y 12 - y n2-2(y 1-y n)y 2 =d 12 -d n (4) 2 2 x n-1 -x n2-2(x n-1-x n)x+ y n-1- y n2-2(y n-1-y n)y 2 2 =d n-1 -d n A = (x o1 -x a ) 2 +(y o1 -y a ) 2 = r 1 (x o1 -x b ) 2 +(y o1 -y b ) 2 = r 1 (2) (x o1 -x c ) 2 +(y o1 -y c ) 2 2 2 = 2r 1-2r 1 cos a 2(x 1-x n) 2(y 1-y n), 2(x n-1-x n) 2(y n-1-y n) 2 x 12 - x n2 + y 12 - y n2 + d n2 - d 1 b =, x n-1-2 x n2 + y n-1-2 2 y n2 + d n2 - d n-1 X = x y (5) MWSN 定 位 机 制 和 算 法 的 性 能 将 直 接 影 响 其 可 用 性, 如 何 评 价 它 们 是 一 个 需 要 深 入 研 究 的 问 题 存 在 一 些 重 要 的 评 价 指 标 (1) 定 位 精 度 : 定 位 技 术 首 要 且 最 重 要 的 评 价 指 标 就 是 定 位 精 度 定 位 精 度 指 提 供 的 位 置 信 息 的 精 确 程 度, 它 分 为 相 对 精 度 和 绝 对 精 度 绝 对 精 度 指 以 长 度 为 单 位 度 量 的 精 度, 相 对 精 度 通 常 以 节 点 之 间 距 离 的 百 分 比 来 定 义 (2) 刷 新 速 度 : 刷 新 速 度 是 指 提 供 位 置 信 息 的 频 率 对 于 移 动 的 物 体, 位 置 信 息 刷 新 较 慢, 则 会 出 现 严 重 的 位 置 滞 后, 直 观 上 感 觉 已 经 前 进 了 很 长 距 离, 但 提 供 的 位 置 还 是 以 前 的 位 置 信 息 (3) 功 耗 : 功 耗 是 对 MWSN 的 设 计 和 实 现 影 响 最 大 的 因 素 之 一 由 于 一 般 传 感 器 节 点 使 用 的 电 池 都 是 一 次 性 的 能 量 有 限 的 微 型 电 池, 因 此 在 保 证 定 位 精 度 前 提 下, 与 功 耗 密 切 相 关 的 定 位 所 需 的 计 算 量 通 信 开 销 存 储 开 销 时 间 复 杂 性 是 一 组 关 键 性 指 标 (4) 容 错 性 和 自 适 应 性 : 定 位 算 法 和 系 统 的 软 硬 件 必 须 具 有 很 强 的 容 错 性 和 自 适 应 性, 节 点 能 够 在 数 据 丢 失 或 做 随 机 运 动 的 情 况 下, 通 过 算 法 恢 复 或 继 续 进 行, 从 而 纠 正 错 误 适 应 环 境 减 小 各 种 误 差 的 影 响, 提 高 定 位 精 度 (5) 代 价 : 包 括 时 间 空 间 成 本 等 多 种 代 价, 主 要 是 由 定 位 算 法 决 定 节 点 的 硬 件 设 施 (6) 信 标 节 点 密 度 : 网 络 中 已 知 自 身 位 置 的 节 点 占 节 点 总 数 的 比 例 一 般 信 标 节 点 的 密 度 越 大, 定 位 精 度 越 高, 但 定 位 的 成 本 也 就 越 大, 因 为 图 3 1 3 n 2 极 大 似 然 估 计 法 4 中 兴 通 讯 技 术 46 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr. 2012 Vol.18 No.2 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P55

移 动 无 线 传 感 器 网 络 中 节 点 自 定 位 算 法 研 究 陈 晶 晶 等 研 究 论 文 信 标 节 点 的 费 用 会 比 普 通 节 点 高 两 [3] 个 数 量 级, 这 意 味 着 即 使 仅 有 10% 的 节 点 是 信 标 节 点, 整 个 网 络 的 价 格 也 会 增 加 10 倍 (7) 安 全 定 位 : 由 于 传 感 器 网 络 自 身 以 及 定 位 机 制 均 存 在 固 有 的 脆 弱 性, 节 点 的 定 位 过 程 很 容 易 遭 受 来 自 内 部 或 外 部 的 攻 击 攻 击 所 产 生 的 错 误 定 位 结 果 可 能 导 致 网 络 功 能 的 局 部 失 效 和 监 测 结 果 出 错, 进 而 破 坏 整 个 网 络 应 用 的 有 效 性 因 此, 如 何 为 存 在 敌 对 可 能 的 传 感 器 网 络 应 用 提 供 安 全 的 节 点 定 位 系 统, 也 是 评 价 定 位 算 法 性 能 的 要 素 之 一 2 定 位 方 法 研 究 现 状 2.1 定 位 算 法 和 系 统 介 绍 现 阶 段 提 出 的 是 二 维 情 况 下 所 有 节 点 移 动 的 定 位 算 法 ; 三 维 情 况 下 的 所 有 节 点 移 动 的 定 位 算 法, 从 目 前 搜 集 到 的 资 料 来 看, 还 未 被 提 出 二 维 定 位 算 法 有 全 部 节 点 使 用 信 标 节 点 定 位 部 分 节 点 使 用 信 标 节 点 定 位 和 不 需 使 用 信 标 节 点 定 位 3 种 全 部 节 点 使 用 信 标 节 点 的 移 动 定 位 系 统 有 ZebraNet 系 统, 部 分 节 点 使 用 信 标 节 点 定 位 的 移 动 定 位 算 法 包 括 蒙 特 卡 罗 定 位 (MCL) 算 法 系 列 和 其 他 定 位 算 法 系 列, 不 需 使 用 信 标 节 点 定 位 的 移 动 定 位 算 法 有 DL 算 法 2.1.1 ZebraNet 系 统 2002 年,Princeton 大 学 的 Philo [4] Juang 等 人 设 计 了 ZebraNet 系 统, 该 系 统 用 于 跟 踪 研 究 肯 尼 亚 的 野 生 斑 马 群 系 统 由 全 部 带 有 GPS 定 位 系 统 的 节 点 和 一 个 移 动 基 站 组 成 节 点 安 置 在 部 分 斑 马 身 上, 节 点 每 隔 3 分 钟 使 用 GPS 定 位 系 统 确 定 节 点 自 身 位 置, 并 且 把 收 集 的 数 据 和 相 关 位 置 保 存 在 节 点 上 基 站 位 于 研 究 人 员 驾 驶 的 车 上, 当 车 靠 近 斑 马 群 时, 节 点 通 过 射 频 把 收 集 到 的 数 据 发 送 到 基 站 该 系 统 虽 然 节 点 都 是 移 动 的, 但 是 不 需 要 使 用 特 定 的 算 法 进 行 定 位 2.1.2 MCL 算 法 和 其 他 定 位 算 法 系 列 (1) MCL 算 法 系 列 文 献 [5] 弗 吉 尼 亚 大 学 的 Hu 和 Evans 借 鉴 了 移 动 机 器 人 中 的 序 贯 蒙 特 卡 罗 定 位 方 法 思 想, 并 首 次 将 其 应 用 于 MWSN 节 点 定 位 中 MWSN 中 的 序 贯 蒙 特 卡 罗 定 位 算 法 是 首 次 研 究 信 标 节 点 和 未 知 节 点 都 移 动 的 一 种 非 测 距 定 位 算 法 蒙 特 卡 罗 定 位 算 法 源 于 Bayesian 位 置 估 计, 其 核 心 思 想 是 用 若 干 个 带 有 权 重 的 离 散 采 样 来 估 计 后 验 概 率 密 度 分 布, 并 且 利 用 重 要 性 采 样 来 迭 代 地 更 新 它 们 在 MCL 定 位 算 法 中, 时 间 被 分 成 若 干 个 等 长 的 离 散 时 间 段, 待 定 位 节 点 在 每 一 个 时 间 段 对 自 身 重 定 位, 算 法 分 为 预 测 滤 波 重 采 样 和 估 计 节 点 位 置 4 个 阶 段 该 算 法 的 定 位 精 度 非 但 没 有 受 到 节 点 移 动 性 的 影 响, 相 反 通 过 节 点 的 移 动 提 高 了 定 位 精 度, 减 少 了 定 位 开 销 另 外, 该 算 法 不 需 要 在 节 点 上 安 装 额 外 硬 件, 因 此 降 低 了 网 络 成 本 然 而, 该 算 法 并 没 有 讨 论 在 不 同 应 用 环 境 下 无 线 传 感 器 网 络 的 条 件 是 如 何 假 设 的 以 及 不 同 类 型 的 运 动 模 型 是 如 何 影 响 定 位 精 度 的 等 问 题 文 献 [6] 中,Baggio A 等 在 Hu 和 Evans 研 究 成 果 的 基 础 上 总 结 并 提 出 了 蒙 特 卡 罗 盒 子 定 位 算 法, 该 算 法 通 过 定 义 信 标 节 点 盒 子 和 样 本 盒 子, 把 采 样 区 域 限 制 在 一 个 由 信 标 节 点 射 频 范 围 重 叠 组 成 的 样 本 盒 子 里, 这 样 使 得 采 样 效 率 得 到 了 显 著 提 高, 进 而 也 提 高 了 定 位 精 度 和 定 位 效 率 然 而 当 观 测 数 据 在 样 本 盒 子 分 布 的 比 重 较 少 时, 就 减 少 了 采 样 的 成 功 率 文 献 [7] 中, 加 拿 大 约 克 大 学 的 Rudafshani M 和 Datta S 提 出 了 移 动 和 静 态 传 感 网 络 定 位 算 法 (MSL) 和 MSL* 算 法, 它 们 利 用 节 点 的 一 阶 邻 居 节 点 和 二 阶 邻 居 节 点 的 位 置 信 息 改 善 定 位 精 度 然 而,MSL 算 法 和 MSL* 算 法 利 用 一 阶 邻 居 节 点 和 二 阶 邻 居 节 点 的 方 式 比 较 复 杂, 算 法 复 杂 难 懂, 并 且 MSL 算 法 计 算 量 大,MSL* 算 法 通 信 开 销 量 大, 算 法 的 实 现 都 需 要 消 耗 巨 大 的 能 量 考 虑 到 MCL 算 法 需 要 已 知 节 点 的 无 线 信 号 传 输 半 径, 而 实 际 上 由 于 环 境 改 变 能 量 损 耗 等 原 因, 无 线 信 号 的 传 输 半 径 值 也 是 时 刻 变 化 的, 并 不 是 很 容 易 就 能 得 到 针 对 上 述 问 题, 韩 国 延 世 大 学 的 Jiyoung Yi 等 人 提 出 了 一 种 叫 做 基 于 多 跳 的 蒙 特 卡 罗 算 法 (MMCL) [8], 这 种 算 法 不 需 要 已 知 节 点 的 无 线 信 号 传 输 半 径 值, 而 只 需 利 用 DV-Hop 算 法 将 平 均 每 跳 距 离 算 出, 然 后 利 用 未 知 节 点 到 各 信 标 节 点 的 跳 数 及 平 均 每 跳 距 离, 得 出 节 点 可 能 存 在 位 置 的 条 件, 最 后 利 用 蒙 特 卡 罗 定 位 方 法 就 能 将 满 足 条 件 的 节 点 位 置 求 出 MMCL 通 过 在 全 网 内 泛 洪 信 标 节 点 信 息, 减 少 了 未 知 节 点 接 收 不 到 信 标 节 点 信 息 的 可 能 性 文 献 [9] 中,Stevens-Navarro E 等 人 针 对 MCL 算 法 在 定 位 过 程 中 由 于 不 能 在 采 样 区 域 内 得 到 正 确 的 样 本 而 导 致 未 知 节 点 不 能 准 确 定 位 的 问 题, 对 MCL 算 法 进 行 了 改 进, 提 出 了 对 偶 蒙 特 卡 罗 定 位 算 法 和 混 合 蒙 特 卡 罗 定 位 算 法 对 偶 蒙 特 卡 罗 定 位 算 法 可 以 看 作 是 将 MCL 算 法 的 逻 辑 顺 序 颠 倒 得 到 的, 而 混 合 蒙 特 卡 罗 算 法 则 是 将 MCL 算 法 和 对 偶 蒙 特 卡 罗 定 位 算 法 综 合 起 来 运 用, 最 终 获 得 的 一 种 更 为 有 效 的 定 位 方 法 然 而 对 偶 蒙 特 卡 罗 定 位 算 法 算 法 和 混 合 蒙 特 卡 罗 算 法 也 同 样 存 在 着 缺 陷, 它 们 在 定 位 过 程 中 的 计 算 量 要 远 大 于 MCL 算 法 文 献 [10] 中,Martins 等 人 针 对 移 动 传 感 器 网 络 提 出 了 一 种 增 强 的 蒙 特 卡 罗 (EMCL) 定 位 算 法 该 算 法 通 过 把 每 步 相 关 工 作 的 主 要 思 想 并 入 最 初 的 MCL 中 来 对 MCL 进 行 改 进 考 虑 到 信 标 节 点 和 未 知 节 点 间 的 通 信 信 息 会 使 MCL 方 法 计 算 量 大 幅 扩 张 问 题, 该 算 法 通 过 协 调 多 跳 信 标 节 点 来 建 立 一 个 简 化 的 抽 样 区 域, 通 过 Apr 2012 Vol.18 No.2 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 47 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P56

研 究 论 文 陈 晶 晶 等 移 动 无 线 传 感 器 网 络 中 节 点 自 定 位 算 法 研 究 DV-hop 算 法 控 制 泛 洪 来 产 生 分 布 式 的 信 息, 进 而 减 少 算 法 的 计 算 负 荷, 保 证 较 好 的 精 度, 达 到 更 快 的 定 位 收 敛 性, 控 制 通 信 开 销 文 献 [11] 中,Dil B 等 人 把 两 种 基 于 测 距 和 非 测 距 类 型 的 信 息 引 入 到 序 贯 蒙 特 卡 罗 定 位 算 法 中, 提 出 了 一 种 基 于 测 距 的 序 贯 蒙 特 卡 罗 定 位 算 法 该 算 法 在 节 点 移 动 时 获 得 了 精 确 的 位 置 估 计, 但 是 同 时 也 存 在 着 网 络 中 的 节 点 必 须 使 用 特 殊 测 距 硬 件 的 缺 点 文 献 [12] 中, 魏 叶 华 等 人 针 对 未 知 节 点 和 信 标 节 点 都 随 机 运 动 的 网 络 模 型, 提 出 了 一 种 基 于 动 态 网 格 划 分 的 蒙 特 卡 罗 定 位 算 法 首 先, 在 算 法 中 当 接 收 的 信 标 节 点 数 超 过 一 定 阈 值 时 就 开 始 使 用 最 远 距 离 节 点 选 择 模 型, 选 出 部 分 信 标 节 点 参 与 定 位 和 信 息 转 发, 进 而 节 约 能 耗 接 下 来 利 用 选 择 的 或 所 有 接 收 的 信 标 节 点 构 建 采 样 区 域, 完 成 网 格 划 分, 通 过 使 用 网 格 单 元 数 计 算 最 大 采 样 次 数, 并 在 采 样 区 域 内 采 样 并 使 用 误 差 补 偿 的 运 动 模 型 进 行 过 滤, 使 得 采 样 效 率 得 到 提 高, 计 算 开 销 得 到 减 少, 并 保 证 了 较 好 的 定 位 精 度 然 而, 移 动 网 络 定 位 要 远 复 杂 于 静 态 网 络, 因 此 对 运 动 模 型 及 动 态 特 性 的 研 究 仍 然 是 一 个 难 点 文 献 [13] 中, 李 鹏 程 等 人 提 出 了 基 于 估 计 的 蒙 特 卡 罗 定 位 算 法 (MCBE) 移 动 定 位 算 法, 该 算 法 是 基 于 MCB 定 位 算 法, 其 利 用 信 标 盒 子 ( 即 包 含 待 定 位 节 点 可 能 位 置 且 平 行 于 坐 标 轴 的 矩 形 ) 和 邻 居 未 知 节 点 的 位 置 来 帮 助 定 位 由 于 信 标 盒 子 的 大 小 与 定 位 误 差 是 正 相 关 的, 因 此 该 算 法 根 据 当 前 时 刻 待 定 位 未 知 节 点 的 一 跳 和 二 跳 信 标 节 点 位 置 信 息 能 够 计 算 出 信 标 盒 子, 当 信 标 盒 子 的 大 小 大 于 某 一 定 值 时, 利 用 邻 居 未 知 节 点 的 位 置 缩 小 信 标 盒 子, 最 后 在 信 标 盒 子 内 采 样, 并 运 用 蒙 特 卡 罗 定 位 方 法 进 行 定 位 但 当 待 定 位 未 知 节 点 的 信 标 盒 子 较 大 时, 未 知 节 点 要 和 邻 居 表 1 算 法 比 较 一 览 表 定 位 方 法 MCL MCB MMCL MSL MSL* 节 点 通 信, 这 就 增 加 了 通 信 成 本, 所 以 MCBE 算 法 并 不 太 适 用 于 信 标 节 点 密 度 大, 对 能 量 效 率 要 求 高 的 场 合 文 献 [14] 王 洁 等 人 提 出 一 种 在 低 锚 节 点 密 度 的 移 动 传 感 器 网 络 中 实 现 定 位 跟 踪 的 方 法, 即 增 强 型 蒙 特 卡 罗 定 位 跟 踪 算 法 该 算 法 利 用 受 控 的 洪 泛 方 式 提 高 锚 节 点 利 用 效 率, 采 用 遗 传 交 叉 操 作 加 快 预 测 阶 段 的 抽 样, 并 采 用 插 值 方 法 对 节 点 运 动 速 度 及 方 向 进 行 预 测, 利 用 位 置 估 计 精 度 优 于 自 身 的 1 跳 邻 居 节 点 的 信 息 强 化 滤 波 条 件 仿 真 实 验 结 果 表 明, 该 算 法 与 传 统 MCL 算 法 相 比 加 快 了 收 敛 速 度, 提 高 了 定 位 精 度, 改 善 了 在 低 锚 节 点 密 度 时 的 性 能 (2) 其 他 定 位 算 法 系 列 文 献 [15] 中,S. Datta 等 人 提 出 了 一 种 基 于 多 边 形 的 算 法, 该 算 法 中 节 点 保 持 一 个 凸 多 边 形 来 代 表 当 前 的 可 能 位 置, 这 个 多 边 形 包 含 了 节 点 所 有 的 可 能 位 置, 多 边 形 的 质 心 被 认 为 是 节 点 的 位 置 估 计 节 点 所 在 位 置 由 前 一 时 刻 的 多 边 形, 当 前 所 听 到 的 锚 节 点 和 普 通 节 点 所 限 制, 这 些 限 制 也 由 一 个 个 的 多 边 形 表 示 文 献 [16] 中,Ji Luo 和 Qian Zhang 提 出 了 一 种 叫 做 MIL 的 算 法, 把 节 点 所 在 的 区 域 划 分 为 一 个 个 宽 度 相 等 的 小 长 方 形, 这 些 长 方 形 的 顶 点 的 坐 标 由 限 制 节 点 所 在 位 置 的 所 有 小 等 式 计 算 出, 这 些 小 长 方 形 的 质 心 被 认 为 是 节 点 所 在 区 域 的 质 心, 为 节 点 的 估 计 位 置 2.1.3 DL 算 法 定 位 失 败 概 率 大 一 般 小 一 般 较 小 定 位 精 度 较 低 较 高 [17] DL 定 位 算 法 是 由 Polytechnic University 的 Akcan 等 人 提 出 的 该 方 低 高 高 算 法 复 杂 度 一 般 低 低 高 高 通 信 开 销 小 小 较 大 较 大 大 采 样 成 功 率 低 较 高 一 般 一 般 高 法 应 用 于 没 有 锚 节 点 的 场 合, 易 于 布 置 但 它 也 有 一 些 限 制 条 件, 如 它 需 要 节 点 上 安 装 有 感 知 运 动 方 向 和 运 动 速 度 的 设 备, 并 且 有 测 距 设 备 测 量 到 邻 居 节 点 之 间 的 距 离 节 点 可 以 获 得 自 身 的 运 动 方 向 和 速 度, 通 过 与 邻 居 节 点 通 信 可 以 获 得 邻 居 节 点 的 运 动 方 向 和 速 度, 通 过 测 距 设 备 可 以 测 得 到 邻 居 节 点 间 的 距 离 利 用 这 些 方 向 速 度 和 距 离, 该 方 法 可 以 实 现 移 动 节 点 的 定 位 2.2 典 型 定 位 算 法 分 析 由 于 其 他 种 类 定 位 算 法 和 系 统 相 对 研 究 成 果 较 少, 每 种 算 法 和 系 统 都 是 在 特 定 情 况 下 提 出 的, 可 比 性 不 大, 所 以 文 章 主 要 分 析 MCL 算 法 系 列 2.2.1 性 能 比 较 对 MCL 算 法 系 列 进 行 分 析 研 究, 可 以 得 到 两 条 结 论 (1) 在 WSNs 节 点 定 位 算 法 中 没 有 一 种 通 用 的 算 法, 只 是 在 特 定 环 境 下 某 一 种 定 位 算 法 优 于 另 一 种 算 法 但 是 减 少 通 信 与 计 算 开 销, 节 省 网 络 能 量, 延 长 网 络 的 生 命 周 期, 以 最 少 的 信 标 节 点 数 和 最 低 的 网 络 成 本 达 到 最 高 的 节 点 定 位 精 度 和 覆 盖 率 这 是 每 种 定 位 算 法 所 追 求 的 表 1 可 以 直 观 看 到 几 种 具 有 代 表 性 算 法 及 其 优 缺 点 (2) 现 有 的 针 对 全 节 点 移 动 的 定 位 算 法, 基 本 上 都 是 在 蒙 特 卡 罗 算 法 的 基 础 上 对 其 的 改 进 ; 节 点 的 移 动 模 型 主 要 是 随 机 路 点 移 动 模 型 2.2.2 存 在 问 题 MCL 定 位 算 法 的 不 足 之 处 需 要 中 兴 通 讯 技 术 48 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr. 2012 Vol.18 No.2 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P57

移 动 无 线 传 感 器 网 络 中 节 点 自 定 位 算 法 研 究 陈 晶 晶 等 研 究 论 文 进 行 改 进, 这 主 要 集 中 在 6 个 方 面 (1) MCL 类 算 法 采 用 大 量 加 权 粒 子 来 表 征 未 知 节 点 的 概 率 密 度 分 布, 用 于 寻 找 这 些 粒 子 的 计 算 量 较 大 通 过 对 采 样 进 行 优 化, 使 采 样 向 后 验 密 度 分 布 取 值 较 大 的 区 域 移 动, 可 以 更 好 地 表 达 后 验 密 度 分 布, 解 决 MCL 方 法 采 样 效 率 低 的 问 题 (2) MCL 类 算 法 在 锚 节 点 密 度 小 于 1 时, 定 位 精 度 随 着 锚 节 点 密 度 的 降 低 急 剧 下 降 通 过 利 用 测 距 技 术 和 改 变 无 线 信 号 传 输 模 式 以 改 变 能 量 损 耗, 提 高 定 位 精 度 位 置 估 计 的 精 度 是 设 计 定 位 算 法 始 终 追 求 的 目 标, 它 直 接 影 响 WSNs 后 继 的 网 络 传 输 和 监 测 性 能 影 响 定 位 精 度 的 因 素 主 要 包 括 测 距 误 差 和 定 位 计 算 带 来 的 误 差 由 于 测 距 误 差 是 由 硬 件 设 备 决 定, 不 同 的 测 距 或 测 角 技 术 具 有 不 同 的 误 差 特 征, 但 目 前 尚 没 有 精 确 刻 画 这 些 技 术 特 征 的 公 开 资 料 传 感 器 在 理 想 情 况 下 的 无 线 传 输 范 围 是 以 该 节 点 为 中 心 的 球 形, 而 节 点 的 无 线 传 输 方 式 是 不 规 则 的, 即 不 同 方 位 的 传 输 距 离 不 同, 因 此 感 知 半 径 或 通 信 半 径 均 为 实 际 情 形 的 近 似 (3) MCL 类 算 法 仅 利 用 锚 节 点 的 信 息 进 行 滤 波 通 过 限 制 样 本 的 采 样 范 围 等 方 法 在 预 测 和 滤 波 阶 段 进 行 改 进, 并 利 用 位 置 估 计 精 度 优 于 自 身 的 普 通 邻 居 节 点 的 位 置 信 息, 实 现 了 多 点 参 与 的 协 作 定 位 (4) MCL 算 法 没 有 考 虑 运 动 轨 迹 的 预 测 问 题 通 过 利 用 节 点 前 几 个 时 刻 的 位 置 信 息 估 算 出 其 当 前 的 运 动 参 数, 从 而 提 高 运 动 预 测 的 精 度 (5) 混 合 定 位 技 术 和 算 法 的 研 究 每 一 种 定 位 技 术 和 算 法 都 有 其 优 缺 点, 仅 仅 使 用 一 种 定 位 技 术 和 算 法 不 可 能 满 足 所 有 的 传 感 器 网 络 通 信 环 境 的 要 求 这 需 要 把 己 有 的 定 位 技 术 和 算 法 进 行 融 合, 充 分 利 用 各 定 位 技 术 和 算 法 的 优 点, 避 免 其 缺 点, 使 节 点 能 够 获 得 更 加 精 确 的 定 位 (6) 地 理 环 境 的 不 均 匀 特 性 由 于 MWSN 可 能 部 署 在 战 场 市 区 等 具 有 障 碍 物 的 复 杂 地 理 环 境 中, 地 形 和 植 被 特 征 的 差 别, 存 在 网 络 所 处 环 境 的 不 均 匀 性 即 各 向 异 性 通 常 定 位 算 法 将 平 均 探 测 半 径 广 播 至 全 网 络, 其 实 这 只 是 平 均 估 计 值, 各 节 点 的 实 际 数 据 可 能 各 不 相 同, 产 生 的 误 差 不 仅 给 定 位 问 题 也 给 其 他 问 题 带 来 错 误 信 息, 这 是 一 个 急 需 解 决 的 问 题 3 定 位 方 法 研 究 趋 势 二 维 方 面 的 研 究 相 对 来 说 比 较 透 彻, 而 部 署 在 三 维 空 间 的 MWSN 相 比 于 二 维 空 间 具 有 更 丰 富 的 位 置 信 息, 且 网 络 规 模 和 分 布 密 度 也 都 有 所 增 加 三 维 MWSN 的 研 究 还 比 较 薄 弱, 有 大 量 的 新 问 题 需 要 解 决 三 维 的 特 殊 性 主 要 体 现 在 : (1) 研 究 资 料 和 成 果 缺 乏 不 能 仅 仅 靠 增 加 第 三 维 坐 标 计 算 的 方 式 把 二 维 的 研 究 结 论 推 广 到 三 维, 或 者 将 三 维 问 题 规 约 到 二 维 平 面 上 解 决 (2) 问 题 难 度 增 加 由 于 难 度 随 维 数 的 增 加 呈 指 数 增 长, 网 络 的 覆 盖 率 和 连 通 性 将 更 加 难 以 处 理, 而 且 相 对 坐 标 系 统 也 会 更 复 杂 (3) 计 算 复 杂 度 成 倍 上 升 随 着 维 度 的 增 加, 三 维 无 线 传 感 器 网 络 中 算 法 的 复 杂 度 往 往 高 出 其 二 维 平 面 对 应 算 法 一 个 或 多 个 数 量 级 这 就 要 求 算 法 在 处 理 大 量 数 据 时, 具 有 更 快 的 运 算 速 率 (4) 现 实 物 理 结 构 复 杂 大 多 数 二 维 传 感 器 网 络 研 究 都 假 设 n 个 节 点 在 理 想 的 完 全 平 坦 的 二 维 平 面 随 机 均 匀 分 布 或 规 则 格 状 分 布, 其 通 信 范 围 是 以 最 大 传 输 范 围 为 半 径, 以 未 知 节 点 的 位 置 为 圆 心 的 圆, 节 点 传 输 信 号 不 受 地 形 或 者 障 碍 影 响 ; 而 三 维 传 感 器 网 络, 在 现 实 世 界 的 结 构 更 加 复 杂, 受 到 物 理 环 境 的 严 格 制 约 未 知 节 点 的 通 信 范 围 是 以 最 大 传 输 范 围 为 半 径, 以 未 知 节 点 位 置 为 中 心 的 球 体, 节 点 信 号 传 输 受 到 地 形 因 素 和 障 碍 的 影 响 与 此 同 时, 节 点 在 三 维 空 间 的 运 动 路 线 将 更 加 复 杂, 移 动 模 型 的 建 立 将 更 加 困 难 (5) 空 间 拓 扑 结 构 更 加 复 杂 拓 扑 控 制 的 目 标 是 通 过 控 制 节 点 的 传 输 范 围, 使 生 成 的 网 络 拓 扑 满 足 一 定 的 性 质, 以 延 长 网 络 生 命 周 期, 降 低 网 络 干 扰, 提 高 网 络 吞 吐 率 复 杂 的 网 络 空 间 拓 扑 结 构 对 三 维 传 感 器 网 络 的 覆 盖 连 通 拓 扑 控 制 和 部 署 都 有 重 要 的 影 响 (6) 节 点 间 通 信 更 加 频 繁, 冗 余 信 息 加 剧, 干 扰 更 加 频 繁 由 于 节 点 具 有 随 时 的 机 动 性, 节 点 间 的 通 信 量 将 成 倍 增 加, 这 将 产 生 大 量 的 能 量 消 耗 和 冗 余 信 息 同 时, 单 个 远 处 的 节 点 在 本 地 产 生 的 干 扰 信 号 也 许 比 较 微 弱, 但 多 个 远 处 节 点 在 本 地 形 成 的 累 加 信 号 在 三 维 环 境 下 将 会 很 严 重, 以 至 可 能 使 网 络 完 全 无 法 工 作 传 感 器 节 点 的 空 间 信 号 传 输 模 型 为 理 想 的 球 体, 即 其 通 信 范 围 是 以 通 信 半 径 为 半 径 的 球 形 区 域, 但 是 在 实 际 应 用 中 由 于 空 间 物 理 结 构 的 差 异 可 能 存 在 各 向 异 性 (7) 安 全 性 变 得 更 差 MWSN 的 通 信 是 采 用 无 线 信 道 分 布 式 控 制 的, 节 点 是 在 三 维 空 间 中 运 动, 其 网 络 更 容 易 被 窃 听 入 侵, 节 点 也 更 容 易 遭 到 物 理 上 或 逻 辑 上 的 窃 取, 从 而 使 信 息 被 泄 露, 甚 至 造 成 信 息 的 篡 改 另 外, 传 感 器 节 点 所 在 的 环 境 是 比 较 恶 劣 的, 不 可 能 照 顾 到 每 个 传 感 器 节 点, 这 样, 网 络 的 维 护 也 十 分 困 难 因 此, 网 络 的 通 信 保 密 和 安 全 性 十 分 重 要, 信 道 加 密 抗 干 扰 用 户 认 证 等 安 全 措 施 要 特 别 考 虑, 同 时 设 计 的 传 感 器 节 点 要 非 常 坚 固, 不 易 损 耗, 适 应 各 种 恶 劣 的 环 境 条 件 因 此, 对 三 维 移 动 网 络 节 点 定 位 算 法 在 考 虑 以 上 特 殊 性 的 同 时, 需 在 如 下 的 方 面 做 进 一 步 的 深 入 研 究, 包 括 : 定 位 技 术 和 算 法 的 研 究 ; 建 立 新 的 移 动 模 型 ; 提 高 定 位 精 度 ; 平 衡 算 法 复 杂 度 与 能 量 消 耗 间 的 关 系 ; 减 少 误 差 累 积 问 题 等 4 结 束 语 定 位 问 题 在 MWSN 组 网 时 具 有 Apr 2012 Vol.18 No.2 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 49 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P58

研 究 论 文 陈 晶 晶 等 移 动 无 线 传 感 器 网 络 中 节 点 自 定 位 算 法 研 究 关 键 作 用, 是 传 感 器 网 络 运 行 的 前 提 和 基 础, 国 际 上 对 移 动 定 位 进 行 了 较 早 的 研 究 现 有 的 各 种 所 有 节 点 移 动 定 位 算 法 都 是 根 据 各 自 的 应 用 需 求 在 一 定 的 条 件 下 提 出 的, 适 合 于 特 定 情 况, 得 到 的 结 果 是 在 定 位 精 度 节 点 覆 盖 率 能 量 耗 损 计 算 与 通 信 代 价 等 要 求 上 的 折 中 由 于 各 种 应 用 差 别 较 大, 没 有 普 遍 适 合 于 各 种 应 用 的 定 位 算 法, 所 以 应 针 对 不 同 的 应 用, 通 过 综 合 考 虑 节 点 的 规 模 成 本 及 系 统 对 定 位 精 度 等 要 求, 来 设 计 最 适 合 的 定 位 算 法 由 于 不 同 环 境 下 传 感 器 节 点 都 存 在 资 源 有 限 随 机 部 署 通 信 易 受 环 境 干 扰 甚 至 节 点 失 效 等 特 点, 定 位 机 制 必 须 要 满 足 自 组 织 性 健 壮 性 能 量 高 效 分 布 式 计 算 等 要 求 5 参 考 文 献 [1] 孙 利 民, 李 建 中, 陈 渝, 等. 无 线 传 感 器 网 络 [M]. 北 京 : 清 华 大 学 出 版 社,2005. [2] 崔 逊 学, 赵 湛, 王 成. 无 线 传 感 器 网 络 的 领 域 应 用 与 设 计 技 术 [M]. 北 京 : 国 防 工 业 出 版 社, 2009. [3] HILL J L. Spec: Smartdust Chip with Integrated RF Communications[D]. Berkeley, CA, USA: University of California-Berkeley, 2001. [4] JUANG P, OKI H, WANG Y, et al. 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New York, NY, USA: ACM, 2006: 35-42. 收 稿 日 期 :2012-02-03 作 者 简 介 陈 晶 晶, 中 国 人 民 解 放 军 陆 军 军 官 学 院 五 系 硕 士 研 究 生 在 读 ; 主 要 研 究 方 向 为 军 事 仿 真 与 作 战 模 拟 研 究 传 感 器 网 络 ; 已 发 表 论 文 3 篇 刘 萍, 中 国 人 民 解 放 军 陆 军 军 官 学 院 二 系 军 用 网 络 工 程 教 研 室 教 授 博 士 ; 主 要 研 究 方 向 为 系 统 集 成 软 件 开 发 作 战 仿 真 与 实 验 传 感 器 网 络 及 应 用, 军 事 运 筹 决 策 技 术 ; 多 次 荣 获 军 队 级 奖 项, 已 发 表 论 文 数 十 篇 综 合 信 息 中 兴 通 讯 独 家 实 现 下 一 代 PON 产 品 规 模 发 货 本 刊 讯 2012 年 2 月 8 日 消 息, 知 名 咨 询 公 司 Ovum 关 于 2011 年 第 3 季 度 FTTx 市 场 份 额 的 最 新 报 告 显 示 : 2011 年 第 3 季 度, 中 兴 通 讯 下 一 代 PON OLT 和 ONT/ONU 已 完 成 发 货, 这 是 业 界 首 批 交 付 的 下 一 代 PON 设 备 Ovum 分 析 师 Kamalini Ganguly 表 示 : 随 着 第 一 批 下 一 代 PON 设 备 的 交 付, 中 兴 通 讯 开 启 了 下 一 代 PON 技 术 的 新 纪 元, 在 提 供 更 高 带 宽 能 力 方 面 树 立 了 一 个 重 要 的 里 程 碑 在 超 宽 带 技 术 (NG PON2) 领 域, 中 兴 通 讯 也 保 持 领 先 地 位, 业 内 首 家 推 出 基 于 可 调 激 光 器 的 WDM PON 系 统 等 ; 此 外 作 为 牵 头 单 位 在 FASN 发 起 OFDM-PON 的 技 术 白 皮 书 讨 论 等, 研 究 成 果 位 居 业 内 领 先 位 置 中 兴 通 讯 也 是 光 接 入 标 准 积 极 的 贡 献 者, 从 2008 2010 年, 中 兴 通 讯 在 FSAN 标 准 组 织 XG-PON 和 NG-PON2 方 面 的 提 案 数 累 计 业 界 第 1 中 兴 通 讯 技 术 50 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr. 2012 Vol.18 No.2 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P59

移 动 SNS 的 关 键 技 术 及 架 构 ZTE TECHNOLOGY JOURNAL 邝 宇 锋 等 开 发 园 地 移 动 SNS 的 关 键 技 术 及 架 构 Key Technology and Architecture of Mobile SNS 中 图 分 类 号 :TN929.11 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :1009-6868 (2012) 02-0051-06 摘 要 : 文 章 从 电 信 运 营 商 大 力 发 展 移 动 社 区 的 必 要 性 出 发, 分 别 对 移 动 社 区 的 现 状 特 点 模 式 开 放 平 台 等 方 面 展 开 分 析, 提 出 了 开 发 移 动 社 区 需 要 的 关 键 技 术, 如 Web App 开 放 API 基 于 组 件 的 开 发 等 文 章 提 出 采 用 符 合 轻 量 级 易 于 扩 展 和 聚 合 的 WOA( 面 向 网 络 架 构 ) 的 设 计 理 念, 描 绘 并 分 析 移 动 社 区 平 台 的 体 系 架 构, 从 而 为 运 营 商 发 展 移 动 社 区 奠 定 了 坚 实 的 技 术 基 础 邝 宇 锋 /KUANG Yufeng 蔡 求 喜 /CAI Qiuxi ( 中 兴 通 讯 股 份 有 限 公 司, 广 东 深 圳 518057) (ZTE Corporation, Shenzhen 518057, China) 关 键 词 : 移 动 社 区 ; 移 动 互 联 网 ; 电 信 运 营 商 ; 面 向 网 络 的 架 构 Abstract: This paper describes the features, operation mode, and open platform of mobile SNS as well as the current status of development. We suggest that the key aspects of mobile SNS development include web apps, open application programming interface (API), and component-based development. We discuss mobile SNS platform system architecture based on extendible web-oriented architecture (WOA). This is the technical foundation for operators to develop mobile SNS. Key words: mobile social network service(msns); mobile internet; telecom operator; web-oriented architecture(woa) 2 011 年 底, 中 国 网 民 人 数 已 达 到 5.13 亿, 互 联 网 普 及 率 达 到 38.3%, 使 用 手 机 上 网 的 网 民 人 数 更 [1] 达 到 3.35 亿, 超 过 了 美 国 的 总 人 口 随 着 电 信 重 组 和 3G 网 络 的 日 趋 成 熟, 中 国 正 迎 来 发 展 移 动 互 联 网 的 重 大 契 机, 并 已 正 式 步 入 移 动 互 联 网 时 代 在 移 动 互 联 网 时 代, 电 信 运 营 商 已 不 再 像 以 往 一 样 仅 依 靠 语 音 服 务 和 单 纯 的 业 务 来 迎 来 并 锁 住 客 户 在 移 动 互 联 网 时 代, 用 户 将 更 加 关 注 服 务 和 应 用, 因 此, 电 信 运 营 商 为 了 提 升 用 户 黏 度, 将 目 光 投 向 了 移 动 社 区 网 络 服 务 (MSNS) 社 区 网 络 服 务 (SNS), 是 一 种 旨 在 帮 助 人 们 建 立 社 区 性 网 络 的 互 联 网 应 用 移 动 SNS 是 指 在 移 动 互 联 网 上 开 发 的 基 于 移 动 终 端 用 户 的 社 区 性 网 络 服 务, 主 要 以 移 动 终 端 为 媒 介, 以 更 为 真 实 的 社 会 关 系 为 基 础, 以 发 展 更 多 纯 移 动 终 端 用 户 加 入 SNS 为 目 的, 将 SNS 与 移 动 通 信 技 术 有 机 地 结 合, 实 现 交 友 娱 乐 等 互 动 交 流 摩 根 士 丹 利 的 数 据 表 明 : 互 联 网 用 户 有 16% 的 时 间 均 用 于 体 验 SNS [2] 服 务 如 今 SNS 已 不 仅 局 限 于 互 动 社 交, 而 且 还 广 泛 融 合 游 戏 多 种 应 用 甚 至 电 子 商 务 等 众 多 模 式, 它 已 经 逐 渐 成 为 影 响 全 球 网 络 用 户 的 新 生 活 方 式 随 着 电 信 重 组 和 3G 的 逐 渐 普 及, 包 括 移 动 SNS 在 内 的 移 动 互 联 网 业 务 具 备 规 模 化 经 营 的 基 础, 当 前 中 国 移 动 SNS 的 主 要 推 动 力 量 已 经 由 传 统 的 互 联 网 运 营 商 转 变 为 电 信 运 营 商 中 国 的 几 大 电 信 运 营 商 也 纷 纷 推 出 移 动 SNS 产 品, 中 国 移 动 推 出 的 139 社 区, 融 合 了 流 行 SNS 的 众 多 元 素, 如 博 客 空 间 娱 乐 等 ; 中 国 联 通 的 SNS 也 整 合 了 邮 箱 手 机 即 时 通 信 工 具 实 名 社 区 和 积 分 商 城 等 ; 中 国 电 信 也 推 出 了 虚 拟 3D 社 区, 创 新 互 联 网 社 区 门 户 模 式 移 动 SNS 通 过 聚 集 人 气 以 提 升 用 户 粘 度, 而 手 机 随 时 随 地 随 身 的 便 捷 体 验 特 性 正 帮 助 手 机 SNS 体 现 出 更 大 的 应 用 价 值 种 种 迹 象 表 明 : 移 动 SNS 正 成 为 中 国 移 动 互 联 网 的 重 要 推 动 力 量, 同 时 它 也 成 为 了 电 信 运 营 商 大 举 进 军 移 动 互 联 网 领 域 的 重 要 武 器 1 移 动 SNS 的 发 展 1.1 全 球 市 场 现 状 在 目 前 的 移 动 SNS 世 界 市 场 中, 日 本 得 益 于 移 动 互 联 网 的 高 普 及 率, 其 移 动 SNS 市 场 的 领 先 地 位 无 可 撼 动 2008 年, 日 本 1 100 万 的 移 动 SNS 用 户 所 产 生 的 流 量 比 整 个 北 美 以 及 西 欧 所 有 用 户 产 生 的 流 量 还 要 高,3 家 移 动 SNS(Mobage-town GREE 和 MIX) 企 业 更 是 入 围 了 日 本 五 大 网 络 公 司 西 欧 移 动 SNS 用 户 数 量 正 在 高 速 Apr 2012 Vol.18 No.2 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 51 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P60

开 发 园 地 邝 宇 锋 等 移 动 SNS 的 关 键 技 术 及 架 构 增 长,2008 年 英 国 移 动 SNS 用 户 的 数 量 更 是 以 9.2% 的 增 长 速 度 远 超 其 他 西 欧 国 家 英 国 运 营 商 正 积 极 与 Google Yahoo 等 展 开 合 作, 积 极 尝 试 广 告 支 持 的 免 费 模 式, 并 与 移 动 SNS 服 务 提 供 商 进 行 收 入 分 成 美 国 的 Facebook MySpace 等 传 统 SNS 的 市 场 领 先 者 随 着 移 动 版 本 的 陆 续 推 出, 市 场 规 模 进 一 步 扩 大, 截 至 2011 年 12 月, 已 经 有 超 过 4.25 亿 用 户 使 用 Facebook 的 移 动 产 品, 而 且 更 有 Twitter Google+ 等 后 起 之 秀 不 断 爆 炸 性 地 吸 引 新 用 户, 市 场 前 景 也 非 常 乐 观 截 至 2011 年 12 月 底, 中 国 社 交 网 站 用 户 数 量 为 2.44 亿 在 使 用 率 方 面, 社 交 网 站 用 户 占 全 国 网 民 比 例 为 47.6% [1] 对 中 国 运 营 商 来 说, 移 动 SNS 已 成 为 运 营 商 必 须 重 点 发 展 的 业 务 中 国 移 动 SNS 尚 处 于 发 展 初 期, 传 统 的 SNS 网 站 如 开 心 网 等 都 已 经 开 通 了 移 动 版 本, 目 前 正 在 进 一 步 完 善 中 中 国 最 大 的 移 动 SNS 网 站 天 下 网, 其 平 台 上 的 用 户 已 经 超 过 了 3 000 万, 活 跃 用 户 近 1 000 万 互 联 网 社 区 在 中 国 的 迅 速 成 长 让 运 营 商 看 到 了 进 军 移 动 互 联 网 的 一 个 重 要 突 破 口 1.2 用 户 特 点 和 需 求 目 前 中 国 的 移 动 互 联 网 用 户 以 16~25 岁 的 年 轻 人 为 主, 手 机 上 网 尤 其 是 移 动 SNS 的 用 户 以 学 生 和 白 领 人 群 为 主 因 此, 针 对 该 用 户 群, 中 国 移 动 SNS 领 域 的 核 心 应 用 需 求 主 要 包 括 交 友 娱 乐 资 讯 搜 索 个 人 展 现 购 物 6 个 方 面 除 SNS 的 群 组 话 题 聊 天 论 坛 博 客 wiki 等 基 本 社 交 功 能 外, 还 包 括 了 一 些 热 门 的 产 品 移 动 IM: 在 以 腾 讯 和 中 国 移 动 为 首 的 强 势 带 动 下,2011 年 第 3 季 度, 中 国 市 场 的 移 动 IM 总 活 跃 用 户 数 达 到 3.06 亿, 腾 讯 手 机 QQ 中 国 移 动 手 机 飞 信 微 软 手 机 MSN 位 居 行 业 前 3 名, 并 占 据 了 移 动 IM 总 体 活 跃 用 户 市 场 份 额 的 92.9% 移 动 微 博 :2006 年 问 世 的 Twitter 以 席 卷 全 球 之 势 取 得 了 令 人 称 奇 的 成 功, 而 在 中 国 以 新 浪 微 博 和 腾 讯 微 博 较 有 代 表 性, 其 中 新 浪 微 博 以 其 名 人 效 应 推 广 方 法, 作 为 后 起 之 秀 在 短 期 之 内 攀 上 了 中 国 最 大 微 博 用 户 数 的 王 者 之 位, 近 期 注 册 用 户 数 已 突 破 2 亿 借 助 手 机 终 端 这 一 平 台, 即 时 的 资 讯 将 成 为 移 动 微 博 的 一 大 亮 点, 而 超 过 3 亿 用 户 的 移 动 微 博 市 场 规 模, 也 一 定 会 备 受 移 动 运 营 商 的 青 睐 移 动 位 置 服 务 : 这 是 移 动 SNS 区 别 于 互 联 网 SNS 的 主 要 特 征 业 务, 它 可 以 用 于 开 发 许 多 不 同 的 应 用, 如 好 友 位 置 交 通 查 询 地 图 导 航 位 置 群 组 等 在 日 本, 移 动 位 置 服 务 已 经 成 为 三 大 运 营 商 最 倚 重 的 增 值 收 入 服 务 来 源 之 一 移 动 电 子 商 务 : 目 前,SNS 运 营 商 也 正 在 积 极 寻 求 与 电 子 商 务 厂 商 的 合 作, 随 着 Facebook 平 台 的 开 放, 中 国 的 淘 宝 平 台 腾 讯 平 台 搜 狐 白 社 会 新 浪 朋 友 和 雅 虎 口 碑 的 平 台 也 竞 相 开 放, 其 目 的 都 是 在 SNS 与 电 子 商 务 之 间 拓 展 一 条 盈 利 大 道, 进 入 移 动 购 物 的 新 时 代 其 中,Facebook 在 2011 年 财 年 中, 除 广 告 外 的 支 付 及 其 他 服 务 费 营 收 就 已 经 达 到 了 5.57 亿 美 元, 由 此 可 见 其 市 场 需 求 是 非 常 旺 [3] 盛 的 1.3 开 放 平 台 在 这 个 Web 2.0 时 代, 要 开 发 受 欢 迎 的 移 动 SNS 应 用, 仅 靠 运 营 商 采 用 传 统 方 式 来 开 发 建 设 应 用, 是 难 以 跟 上 时 代 发 展 潮 流 的, 因 为 运 营 商 本 身 的 资 源 及 能 力 对 于 各 种 应 用 的 开 发 已 经 到 了 极 限 我 们 必 须 使 移 动 SNS 应 用 的 开 发 也 变 成 社 会 化 的 大 开 发, 通 过 开 放 API, 发 挥 第 三 方 创 意, 从 而 在 节 省 开 发 成 本 的 同 时 获 得 更 多 意 想 不 到 的 创 意 应 用, 实 现 双 赢 这 也 意 味 着 SNS 从 单 一 的 应 用 网 站 变 成 了 一 个 真 正 意 义 上 的 平 台 在 这 方 面,Facebook 无 疑 走 在 了 前 面 2007 年 5 月,Facebook 宣 布 推 出 F8 平 台, 开 放 API, 并 允 许 第 三 方 应 用 加 入 Facebook 网 站, 这 标 志 着 SNS 开 放 时 代 的 到 来 到 2009 年 1 月, 共 有 来 自 180 多 个 国 家 的 超 过 66 万 个 独 立 开 发 者 和 企 业 级 开 发 团 队, 在 Facebook 平 台 上 开 发 应 用 超 过 52 000 个, 平 均 每 天 新 增 应 用 140 个, 而 超 过 90% 的 Facebook 用 户 使 用 过 其 中 的 至 少 一 个 应 用 2008 年 6 月, Facebook 宣 布 将 F8 完 全 转 变 为 开 放 源 代 码 的 平 台, 并 推 出 了 Facebook Connect, 允 许 用 户 从 外 部 网 站 访 问 Facebook 数 据, 如 用 户 的 身 份 好 友 列 表 及 隐 私 设 定 等 这 是 比 F8 平 台 更 为 意 义 深 远 的 服 务, 各 种 应 用 都 可 以 通 过 一 套 机 制 在 互 联 网 的 各 个 角 落 得 以 运 行, 用 户 也 不 再 局 限 于 在 一 个 平 台 进 行 沟 通 交 流 可 见, 通 过 平 台 本 身 的 开 放 及 用 户 数 据 的 开 放, 不 但 解 决 了 用 户 对 应 用 的 需 求 以 及 将 平 台 做 大 的 问 题, 还 让 SNS 平 台 变 成 了 一 个 人 人 需 要 的 名 片, 一 个 任 何 服 务 进 入 ( 移 动 ) 互 联 网 的 入 口 SNS 网 站 正 朝 着 社 交 操 作 系 统 的 方 向 迈 进 1.4 运 营 商 的 经 营 模 式 综 合 上 述 的 分 析, 电 信 运 营 商 发 展 移 动 SNS 主 要 基 于 以 下 原 因 : 移 动 SNS 是 运 营 商 打 入 互 联 网 应 用 领 域 进 军 移 动 互 联 网 的 一 个 切 入 点 和 敲 门 砖 移 动 SNS 带 给 用 户 特 殊 的 价 值, 有 助 于 提 高 用 户 的 忠 诚 度 移 动 SNS 整 合 的 用 户 和 用 户 社 会 关 系 数 据, 将 可 能 成 为 运 营 商 的 另 一 利 益 增 长 点 移 动 SNS 有 助 于 运 营 商 孵 化 真 正 以 用 户 为 中 心 的 业 务, 增 强 业 务 的 市 场 竞 争 力 电 信 运 营 商 发 展 移 动 SNS 具 有 比 互 联 网 SNS 网 站 更 大 的 优 势, 主 要 体 中 兴 通 讯 技 术 52 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr. 2012 Vol.18 No.2 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P61

移 动 SNS 的 关 键 技 术 及 架 构 ZTE TECHNOLOGY JOURNAL 邝 宇 锋 等 开 发 园 地 现 在 : (1) 网 络 资 源 优 势 中 国 知 名 的 SNS 网 站 开 心 网, 其 服 务 器 和 带 宽 成 本 占 总 成 本 约 70%, 人 员 成 本 20%, 行 政 成 本 约 10%, 在 [4] 这 种 情 况 下 开 心 网 已 实 现 盈 利 而 电 信 运 营 商 手 握 庞 大 的 网 络 资 源, 与 互 联 网 SNS 相 比, 具 有 更 为 明 显 的 成 本 优 势 (2) 用 户 资 源 优 势 电 信 运 营 商 具 有 庞 大 的 用 户 资 源, 而 其 中 大 部 分 为 实 名 制 用 户, 用 户 能 够 在 此 平 台 上 则 能 够 更 放 心 地 建 立 更 真 实 的 社 交 关 系 这 样 以 来, 既 解 除 了 用 户 的 疑 虑, 也 能 更 好 地 发 展 业 务 如 何 将 此 优 势 转 化 为 运 营 商 实 在 的 利 润, 则 需 要 探 索 移 动 SNS 的 经 营 模 式 目 前, 全 球 的 运 营 商 开 展 移 动 SNS 的 模 式 主 要 有 两 种 : 一 种 是 提 供 通 道 的 分 散 经 营 模 式, 运 营 商 主 要 靠 收 取 流 量 费 盈 利 ; 另 一 种 是 运 营 商 为 主 导 的 门 户 式 整 合 经 营 模 式, 在 这 种 模 式 下 运 营 商 则 通 过 收 入 分 成 广 告 等 进 行 盈 利 虽 然 目 前 中 国 主 要 的 SNS 服 务 提 供 商 如 51.com 人 人 网 开 心 网 等 都 是 采 用 通 道 方 式 与 运 营 商 合 作, 但 是 对 于 运 营 商 来 说 这 无 疑 是 沦 为 管 道 的 典 型 表 现, 因 此 需 要 避 免 长 期 按 此 模 式 发 展 而 由 运 营 商 主 导 的 门 户 整 合 经 营 模 式, 正 是 目 前 探 索 发 展 的 方 向 运 营 商 利 用 自 己 的 平 台, 通 过 整 合 各 类 内 容 服 务 应 用 软 件 等 社 会 资 源 为 用 户 提 供 移 动 SNS 业 务, 如 欧 洲 的 Orange T-Mobile 美 国 的 Verizon 以 及 AT&T 都 采 取 了 这 种 模 式 目 前, 这 种 模 式 提 供 的 业 务 主 要 是 游 戏 组 件 和 娱 乐 应 用 为 方 便 用 户 登 录 自 己 的 移 动 SNS, 许 多 运 营 商 开 辟 了 专 门 的 移 动 SNS 门 户, 这 个 门 户 可 以 抵 达 多 个 移 动 SNS 站 点, 同 时 提 供 了 一 个 聚 合 用 户 和 服 务 提 供 商 的 平 台 在 这 种 模 式 下 运 营 商 同 SNS 服 务 提 供 商 之 间 通 过 收 入 分 成 的 方 式 进 行 合 作, 相 对 于 第 一 种 通 道 角 色 来 说, 运 营 商 有 更 多 的 盈 利 点 此 外, 运 营 商 需 要 在 流 量 分 成 的 基 础 上, 通 过 细 分 用 户 群, 创 新 激 励 机 制 等 方 式, 进 一 步 地 探 索 更 加 多 样 化 的 盈 利 模 式 这 些 模 式 包 括 精 准 定 向 广 告 会 员 费 与 线 下 活 动 收 费 虚 拟 商 品 等 2 移 动 SNS 关 键 技 术 移 动 SNS 是 最 近 几 年 在 Web 2.0 SOA 云 计 算 等 前 沿 技 术 大 发 展 的 背 景 下 成 长 起 来 的 新 生 事 物, 因 此 它 在 发 展 过 程 中 必 然 会 考 虑 应 用 这 些 技 术, 本 章 我 们 将 对 实 现 SNS 平 台 需 要 用 到 的 关 键 技 术 进 行 较 为 详 细 的 介 绍 实 现 移 动 SNS 的 关 键 技 术 如 图 1 所 示 搜 索 技 术 图 1 主 要 描 述 了 实 现 移 动 SNS 需 要 的 关 键 技 术, 对 于 一 般 普 遍 性 的 技 术 如 底 层 操 作 系 统 数 据 库 编 程 语 言 等 并 不 在 图 1 的 描 述 范 畴 内 下 面 将 对 移 动 SNS 的 关 键 技 术 进 行 简 要 描 述 (1) 云 计 算 基 于 组 件 的 开 发 BPEL: 业 务 流 程 执 行 语 言 RSS: 简 单 信 息 聚 合 SIP: 发 起 会 话 协 议 UGC: 用 户 原 创 内 容 图 1 移 动 SNS 关 键 技 术 体 系 示 意 图 云 计 算 包 括 分 布 式 数 据 库 分 布 式 文 件 存 储 系 统 虚 拟 技 术 等 一 系 列 技 术 它 在 技 术 上 是 从 分 布 式 计 算 Web App 展 现 技 术 Mobile Widget, HTML15/HTML, CSS, JS, Aj 业 务 生 成 技 术 BPEL, 脚 本 语 言 开 放 API REST Web Service 电 信 能 力 开 放 Parlay, ParlayX, JAIN, SIP Servlet Mobile Web 2.0 UGC, RSS, Mashup, Tag, 云 计 算 基 础 架 构 分 布 式 数 据 库, 分 布 式 存 储, 虚 拟 技 术, 分 布 式 计 算, 并 行 计 算 和 网 格 计 算 发 展 而 来 ; 而 在 业 务 上 则 是 从 软 件 即 服 务 (SaaS) 到 平 台 即 服 务 (PaaS) 基 础 设 施 即 服 务 (IaaS) 发 展 的 结 果 其 中 PaaS, 提 供 云 计 算 应 用 的 开 发 测 试 运 行 环 境, 引 擎 能 力 和 集 成 开 发 工 具, 第 三 方 创 建 的 社 区 应 用 软 件 可 以 在 此 平 台 上 开 发 并 对 外 提 供 服 务 此 外, 如 音 视 频 上 传 分 享 等 需 要 海 量 数 据 存 储 的 应 用, 也 可 以 采 用 分 布 式 存 储 服 务 得 以 实 现 中 国 几 大 运 营 商 目 前 正 在 紧 锣 密 鼓 地 建 设 云 计 算 平 台 中 国 移 动 在 2011 年 10 月 31 日 发 布 了 大 云 1.5 系 统, 并 同 时 发 布 了 基 于 大 云 1.5 的 并 行 数 据 挖 掘 工 具 分 布 式 海 量 数 据 仓 库 弹 性 计 算 系 统 云 存 储 系 统 并 行 计 算 执 行 环 境 分 布 式 文 件 系 统 等 产 品 而 中 国 电 信 的 PaaS 平 台 也 于 2012 年 初 上 线 这 些 平 台 都 可 以 被 移 动 SNS 所 用, 提 供 海 量 高 效 低 成 本 的 计 算 能 力 和 服 务 (2) Web 2.0 统 一 登 录 数 据 分 析 Web 2.0 是 互 联 网 的 一 次 理 念 和 思 想 体 系 的 升 级 换 代, 由 原 来 的 自 上 而 下 的 由 少 数 资 源 控 制 者 集 中 控 制 主 导 的 互 联 网 体 系, 转 变 为 自 下 而 上 的 由 广 大 用 户 集 体 智 慧 和 力 量 主 导 的 互 联 网 体 系 由 此 可 见, 社 交 网 络 Apr 2012 Vol.18 No.2 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 53 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P62

开 发 园 地 邝 宇 锋 等 移 动 SNS 的 关 键 技 术 及 架 构 表 现 层 业 务 逻 辑 领 域 逻 辑 基 本 能 力 数 据 访 问 服 务 SNS 正 是 Web 2.0 思 想 的 集 中 体 现, 而 移 动 Web2.0 正 是 由 Web 2.0 加 入 移 动 特 性 而 形 成 的, 其 中 很 多 技 术 都 适 用 于 移 动 SNS, 如 用 户 原 创 内 容 (UGC) 适 用 于 音 视 频 分 享 服 务, 简 单 信 息 聚 合 (RSS) 适 用 于 内 容 发 布 和 第 三 方 内 容 接 入,Mashup 适 合 于 服 务 和 数 据 的 编 排 和 集 成 等 电 信 运 营 商 需 要 把 呼 叫 控 制 短 信 彩 信 等 电 信 能 力 开 放 给 第 三 方 应 用 开 发 使 用, 使 之 成 为 电 信 运 营 商 的 一 个 重 要 收 入 来 源, 电 信 能 力 开 发 技 术 主 要 有 Parlay/Parlay X 和 基 于 Java 的 JCC API 会 话 发 起 协 议 (SIP) API, SIP Servlet 等 JSR 系 列 规 范 其 中, Parlay X 采 用 了 开 放 性 良 好 的 Web Services 这 一 方 式, 被 开 发 人 员 广 泛 认 可 (3) 开 放 API 开 放 API 主 要 用 于 移 动 SNS 本 身 的 功 能 和 数 据 开 放 ( 如 用 户 群 组 好 友 等 ), 以 及 第 三 方 能 力 的 接 入 ( 如 地 图 服 务 ), 包 括 REST 和 Web Services 两 种 方 式 其 中, 代 表 性 状 态 传 输 (REST) 最 核 心 的 观 念 转 变 是 面 向 资 源 的 Web Service 而 不 是 传 统 的 面 向 行 为, 每 个 资 源 都 由 唯 一 的 通 用 资 源 标 志 符 (URI) 定 位 (4) 业 务 生 成 技 术 SNS 组 件 SNS: 社 区 网 络 服 务 图 2 移 动 SNS 组 件 层 次 示 意 图 业 务 生 成 技 术 主 要 用 于 第 三 方 在 电 信 开 放 能 力 和 开 发 API 的 基 础 上 开 发 新 的 业 务, 其 中, 基 于 脚 本 语 言 的 业 务 生 成 技 术 特 别 适 合 于 熟 悉 业 务 流 程 而 又 缺 乏 专 业 编 程 能 力 的 第 三 方 开 发 者 进 行 业 务 开 发 尤 以 业 务 流 程 执 行 语 言 (BPEL) 应 用 最 为 广 泛, 它 是 一 种 使 用 XML 编 写 的 通 用 的 Web Services 流 程 定 义 语 言, 抽 象 层 次 较 低, 可 移 植 性 良 好 (5) Web App 展 现 技 术 由 于 终 端 应 用 开 发 与 终 端 操 作 系 统 关 系 较 大, 而 针 对 不 同 操 作 系 统 开 发 Native App 存 在 技 术 要 求 高 工 作 量 大 等 弊 端, 目 前 业 内 比 较 推 崇 采 用 Web App 方 式 实 现 Web App 重 要 的 技 术 包 括 HTML 5 和 Mobile Widget, 它 们 都 能 实 现 跨 平 台 的 展 现 界 面 开 发 Mobile Widget 即 移 动 Widget, 是 一 种 运 行 在 移 动 终 端 上 基 于 网 页 技 术 的 小 应 用, 主 要 使 用 Ajax 技 术 与 服 务 端 通 信 Widget 无 需 编 译, 在 运 行 时 由 浏 览 器 或 者 Widget 引 擎 进 行 解 析 和 运 行, 与 终 端 的 操 作 系 统 无 关 由 于 HTML 5 和 Widget 都 具 有 易 于 开 发 与 操 作 系 统 耦 合 度 低 等 特 点, 越 来 越 多 的 移 动 SNS 展 现 层 采 用 其 进 行 开 发 (6) 基 于 组 件 的 开 发 技 术 由 于 SNS 的 表 现 形 式 丰 富, 有 Web 页 面 WAP 页 面 Widget J2ME Native App 等 技 术, 而 且 很 多 功 能 都 需 要 开 放 给 第 三 方 使 用, 因 此, 应 用 功 能 可 采 用 基 于 组 件 的 开 发 技 术 应 用 功 能 组 件 由 不 同 层 次 的 小 组 件 构 成, 组 件 对 外 提 供 接 口, 组 件 间 通 过 接 口 调 用, 这 样 可 以 实 现 高 内 聚 低 耦 合, 从 而 提 高 功 能 复 用 程 度, 如 图 2 所 示 (7) 统 一 登 录 技 术 统 一 登 录 技 术 主 要 应 用 于 由 运 营 商 主 导 的 门 户 整 合 经 营 模 式, 它 可 以 实 现 单 点 统 一 登 录 (8) 搜 索 技 术 数 据 分 析 技 术 搜 索 技 术 不 但 可 以 用 于 移 动 搜 索 业 务, 还 可 以 对 社 区 中 用 户 内 容 提 供 的 标 签 进 行 分 类 处 理, 结 合 数 据 分 析 技 术, 可 对 用 户 的 群 组 喜 好 行 为 习 惯 进 行 分 析 和 挖 掘, 从 而 进 行 精 确 营 销 及 分 类 广 告 业 务 此 外,Native App 开 发 技 术, 手 机 终 端 提 供 的 定 位 视 频 播 放 等 能 力 的 调 用, 也 是 开 发 移 动 SNS 需 要 掌 握 的 技 术 3 移 动 SNS 平 台 体 系 架 构 3.1 WOA 的 设 计 理 念 移 动 SNS 系 统 是 处 在 异 构 网 络 融 合 内 容 聚 合 基 础 上 的 社 会 网 络 服 务 系 统, 是 移 动 通 信 能 力 和 Web 应 用 的 融 合 应 用 为 了 将 Web 技 术 与 传 统 移 动 通 信 技 术 相 结 合, 并 同 时 基 于 Web 2.0 特 性 提 供 易 于 使 用 易 于 组 合 和 混 用 易 于 扩 展 的 移 动 SNS 系 统, 文 章 引 入 面 向 Web 的 架 构 (WOA), 提 出 面 向 Web 的 移 动 SNS 系 统 的 设 计 方 法, 设 计 出 一 种 基 于 Web 2.0 的 移 动 SNS 系 统 体 系 结 构 WOA 又 称 为 下 一 代 轻 量 级 遵 从 Web 理 念 的 SOA WOA 与 SOA 一 样, 采 用 相 同 的 设 计 哲 学 和 理 念, 也 是 以 服 务 为 中 心 的 架 构 模 式, 只 是 它 主 要 采 用 来 自 Web 的 概 念 和 技 术 来 构 建 服 务 架 构 WOA 的 主 要 有 以 下 一 些 特 点 : 使 用 REST 来 表 示 和 访 问 服 务 数 据 交 换 被 编 码 成 XML 或 者 ATOM Feed, 在 B/S 架 构 中 也 可 以 使 用 JSON 编 码 基 于 AJAX 的 丰 富 用 户 体 验 WOA 核 心 部 分 主 要 包 括 REST URL SSL 以 及 XML 由 此 可 见, 第 2 节 中 提 出 的 Web 2.0 开 放 API 业 务 生 成 技 术 Widgets 等 关 键 技 术, 无 不 符 合 WOA 的 设 计 思 想 因 此, 基 于 WOA 的 设 计 思 想 和 基 于 组 件 编 程 模 型 的 分 层 策 略, 我 们 设 计 了 如 图 3 所 中 兴 通 讯 技 术 54 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr. 2012 Vol.18 No.2 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P63

移 动 SNS 的 关 键 技 术 及 架 构 ZTE TECHNOLOGY JOURNAL 邝 宇 锋 等 开 发 园 地 表 现 层 示 的 移 动 SNS 服 务 端 平 台 的 逻 辑 层 次 结 构 Wap 应 用 展 现 Web 应 用 展 现 客 户 端 应 用 展 现 JavaScript WMI 业 务 逻 辑 层 SNS 短 信 LBS 应 用 业 务 服 务 层 短 信 彩 信 位 置 视 频 计 费 等 服 务 数 据 支 撑 层 HTML4/HTML5 XML PLMN/PSTN 移 动 互 联 网 BOSS DFS BOSS: 业 务 运 营 支 撑 系 统 DFS: 分 布 式 文 件 系 统 图 3 移 动 SNS 服 务 端 平 台 的 逻 辑 层 次 结 构 移 动 SNS 服 务 端 的 逻 辑 层 次 自 顶 向 下 分 别 是 : 展 现 层 业 务 逻 辑 层 业 务 服 务 层 数 据 支 撑 层, 这 些 层 次 之 图 4 移 动 SNS 平 台 总 体 架 构 图 CSS Ajax 彩 信 彩 铃 第 三 方 应 用 接 入, 开 放 Blog 相 册 交 友 分 享 服 务 使 用 服 务 的 整 合 (Mashup) 音 乐 视 频 论 坛 论 坛 第 三 方 开 放 服 务 ( 内 容 聚 合 支 付 服 务 等 ) PLMN: 公 共 陆 地 移 动 网 络 PSTN: 公 共 交 换 电 话 网 络 Flash Json, atom 移 动 SNS 开 放 服 务 SNS: 社 区 网 络 服 务 Web Widgets Mobile Widgets 移 动 SNS 专 有 服 务 间 的 交 互 构 成 整 个 移 动 SNS 功 能 其 中, 业 务 逻 辑 层 负 责 对 移 动 SNS 的 属 性 和 功 能 进 行 逻 辑 控 制 和 服 务 聚 合 ; 业 务 服 务 层 则 能 够 负 责 解 决 异 构 环 境 下 的 数 据 交 换 和 功 能 调 用 等 一 Native App Web App Web 浏 览 器 Wap 浏 览 器 SNS 客 户 端 Widget 引 擎 浏 览 器 引 擎 Widget 管 理 Widget 运 行 环 境 Web 核 心 Web 扩 展 Netscape 插 件 系 统 API 封 装 层 ios, Andriod, Windows Phone, Symbian 移 动 SNS 客 户 端 架 构 浏 览 器 界 面 安 全 管 理 微 服 务 器 客 户 端 对 外 接 口 JS 核 心 JS 扩 展 SVG 社 交 组 件 用 户 论 证 用 户 授 权 用 户 资 料 用 户 关 系 用 户 活 动 用 户 分 享 社 区 服 务 群 组 活 动 新 闻 广 告 应 用 服 务 支 撑 层 数 据 支 撑 层 开 放 API 论 坛 PaaS 其 他 服 务 Linux Solaris AIX Windows Server 移 动 SNS 服 务 端 架 构 API: 应 用 程 序 编 程 接 口 LBS: 位 置 服 务 SNS: 社 区 网 络 服 务 UGC: 用 户 原 创 内 容 App1 Appn UGC 微 博 / 博 客 相 册 音 乐 视 频 电 信 能 力 API 短 信 彩 信 彩 铃 LBS 用 户 状 态 系 列 的 问 题 移 动 SNS 客 户 端 平 台 是 为 支 持 异 构 终 端 设 备 异 构 网 络 及 充 分 使 用 终 端 能 力 和 移 动 通 信 能 力 而 提 出 的 支 撑 软 件 系 统, 是 部 署 在 移 动 终 端 上 的 移 动 SNS 应 用 运 行 环 境, 除 了 具 备 基 本 的 浏 览 器 (WAP Web) 功 能 外, 还 应 支 持 移 动 Widget 的 运 行 因 此, 移 动 SNS 客 户 端 平 台 需 要 根 据 移 动 终 端 移 动 业 务 运 营 等 相 关 特 点, 为 运 营 移 动 SNS 相 关 服 务 提 供 丰 富 的 应 用 编 程 接 口, 既 支 持 移 动 终 端 能 力 ( 呼 叫 短 信 彩 信 多 媒 体 终 端 属 性 等 ) 应 用 资 源 的 访 问 ( 位 置 信 息 鉴 权 计 费 等 ), 也 支 持 动 态 加 载 调 用 第 三 方 应 用 模 块 的 能 力, 并 可 以 为 上 层 应 用 提 供 网 络 应 用 引 擎 网 络 能 力 以 及 终 端 能 力 等 一 系 列 的 相 关 支 撑 服 务 从 手 机 浏 览 器 的 发 展 情 况 来 看, 虽 然 现 阶 段 品 种 繁 多 的 手 机 终 端 很 难 实 现 一 个 完 整 且 功 能 强 大 的 浏 览 器, 但 是 随 着 3G 网 路 的 不 断 普 及 资 费 下 降 以 及 手 机 终 端 性 能 的 不 断 升 级, 支 持 HTML 5 的 浏 览 器 将 会 成 为 主 流 从 手 机 客 户 端 应 用 的 发 展 情 况 来 看, 用 户 对 手 机 小 应 用 更 加 感 兴 趣, 所 以 发 展 Web App 是 目 前 发 展 方 向 的 热 点 所 在 3.2 移 动 SNS 总 体 架 构 基 于 WOA 的 设 计 思 想 和 文 章 对 移 动 SNS 的 需 求 和 技 术 的 分 析, 文 章 认 为 移 动 SNS 平 台 总 体 架 构 主 要 包 括 服 务 端 架 构 和 客 户 端 架 构 两 部 分, 如 图 4 所 示 移 动 SNS 系 统 总 体 架 构 包 括 移 动 SNS 客 户 端 移 动 SNS 服 务 端, 用 户 通 过 Web/Wap 浏 览 器 或 移 动 SNS 客 户 端 登 录 移 动 SNS 服 务 端, 开 展 各 种 社 交 活 动, 进 行 各 种 休 闲 娱 乐 移 动 SNS 服 务 端 通 过 开 放 API 将 用 户 数 据 与 第 三 方 应 用 进 行 互 动, 而 电 信 能 力 的 接 入 不 但 能 为 用 户 提 供 更 加 方 便 的 UGC 创 作 过 程, 还 能 够 为 第 三 方 应 Apr 2012 Vol.18 No.2 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 55 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P64

开 发 园 地 邝 宇 锋 等 移 动 SNS 的 关 键 技 术 及 架 构 用 提 供 基 于 电 信 能 力 的 结 合 的 增 值 业 务 4 结 束 语 文 章 从 目 前 全 球 市 场 发 展 现 状 用 户 特 点 用 户 需 求 应 用 功 能 开 放 平 台 和 经 营 模 式 等 方 面 对 移 动 SNS 进 行 了 深 入 的 分 析, 提 出 了 开 发 移 动 社 区 需 要 的 关 键 技 术, 并 开 创 性 地 采 用 WOA 面 向 网 络 架 构 的 理 念, 描 绘 出 移 动 社 区 平 台 的 体 系 架 构, 为 运 营 商 发 展 移 动 社 区 奠 定 了 坚 实 的 技 术 基 础 目 前 移 动 SNS 从 业 务 到 技 术 都 趋 于 成 熟, 而 电 信 运 营 商 还 具 有 网 络 和 实 名 用 户 资 源 的 先 天 优 势, 因 此 现 在 正 是 运 营 商 大 力 发 展 移 动 SNS 的 黄 金 时 期 电 信 运 营 商 作 为 移 动 SNS 产 业 链 的 主 导 者, 只 要 做 好 网 络 平 台 内 容 应 用 和 终 端 的 整 合, 聚 合 各 类 优 质 资 源 构 建 多 方 共 赢 的 合 作 模 式, 进 一 步 发 挥 优 势 激 励 创 新, 移 动 SNS 就 一 定 可 以 成 为 运 营 商 进 军 移 动 互 联 网 的 重 要 武 器 5 参 考 文 献 [1] 王 晨. 关 于 中 国 互 联 网 发 展 和 管 理 [R]. 给 十 一 届 全 国 人 大 常 委 会 组 成 人 员 作 的 专 题 讲 座, 2010-5-1. [2] 高 春 生. 移 动 SNS 市 场 研 究 [R]. 北 京 : 慧 聪 邓 白 氏 研 究 通 信 事 业 部,2010. [3] 首 次 公 开 招 股 书 (IPO)[R].Palo Alto, CA, USA: Facebook Inc. 2012-02-01. [4] 杨 国 强. 开 心 网 : 虚 拟 社 区 的 现 实 之 战 [J].IT 经 理 世 界,2010,5(9):45-47. 收 稿 日 期 :2012-01-28 作 者 简 介 邝 宇 锋, 华 中 科 技 大 学 软 件 工 程 硕 士 毕 业 ; 现 任 中 兴 通 讯 业 务 研 究 院 业 务 平 台 分 中 心 统 一 移 动 应 用 平 台 项 目 经 理, 负 责 研 发 包 括 社 区 平 台 在 内 的 各 种 移 动 互 联 网 平 台 产 品 ; 长 期 从 事 互 联 网 移 动 互 联 网 IT 及 电 信 相 关 技 术 研 究, 拥 有 深 厚 的 理 论 基 础 和 实 践 经 验, 曾 参 与 OMA-ARC-REST 等 多 项 移 动 通 信 国 际 标 准 的 提 案, 获 得 多 项 国 内 外 授 权 发 明 专 利 ; 出 版 著 作 5 部 蔡 求 喜, 海 军 工 程 大 学 毕 业 ; 现 任 中 兴 通 讯 业 务 研 究 院 业 务 平 台 分 中 心 开 发 一 部 部 长 ; 主 要 从 事 部 门 技 术 规 划 及 管 理 工 作 ; 擅 长 Java C 语 言 开 发, 有 丰 富 的 架 构 设 计 经 验, 当 前 致 力 于 互 联 网 / 移 动 互 联 网 的 研 究 综 合 信 息 中 兴 通 讯 智 能 手 机 专 利 居 全 球 第 四 中 国 企 业 第 一 本 刊 讯 2012 年 3 月 8 日 消 息, 国 家 知 识 产 权 局 专 利 审 查 协 作 中 心 分 析 报 告 指 出 : 三 星 LG NEC 中 兴 诺 基 亚 分 别 位 居 全 球 智 能 手 机 专 利 申 请 量 前 5 位 ; 其 中, 三 星 以 超 过 2 000 件 智 能 手 机 专 利 领 先, 中 兴 通 讯 以 近 千 件 智 能 手 机 专 利 位 居 全 球 第 4 中 国 企 业 第 1, 且 在 人 机 交 互 等 关 键 领 域 拥 有 较 多 专 利 根 据 智 能 手 机 的 发 展 历 程, 该 报 告 检 索 并 分 析 了 从 2000 年 初 至 2011 年 上 半 年 的 近 40 000 项 全 球 专 利 文 献 样 本 报 告 指 出 : 全 球 智 能 手 机 专 利 申 请 在 2003 2006 年 为 迅 速 增 长 期,2006 年 之 后 则 进 入 平 稳 发 展 期 ; 美 国 日 本 韩 国 中 国 为 主 要 技 术 专 利 产 出 国 ; 在 众 多 技 术 专 利 中, 人 机 交 互 技 术 成 为 研 究 热 点, 触 控 技 术 则 占 据 主 导 地 位, 其 中 苹 果 三 星 LG 是 人 机 交 互 和 触 控 专 利 的 主 要 拥 有 者, 苹 果 因 拥 有 多 点 触 控 技 术 的 大 量 基 础 专 利, 优 势 明 显, 并 带 动 全 球 触 控 技 术 研 发 热 潮 报 告 还 指 出 : 中 国 智 能 手 机 专 利 申 请 从 2005 年 开 始 高 速 增 长 ; 目 前 中 兴 通 讯 以 1 019 件 智 能 手 机 专 利 遥 遥 领 先, 居 中 国 第 一 ; 在 关 键 技 术 专 利 领 域 方 面, 中 兴 宇 龙 联 想 在 人 机 交 互 技 术 上 具 有 相 对 优 势 中 兴 通 讯 在 手 机 领 域 的 长 期 不 懈 的 专 利 积 累 和 技 术 创 新 极 大 地 带 动 了 其 产 品 的 销 售 2011 年, 中 兴 通 讯 手 机 整 体 同 比 增 长 超 过 50%, 智 能 终 端 全 球 出 货 量 超 过 1 200 万 部, 同 比 增 长 400% 来 自 中 国 以 及 海 外 高 端 市 场 的 增 长 成 为 中 兴 手 机 终 端 销 售 增 长 的 主 要 来 源 中 兴 通 讯 CPE 销 售 额 和 出 货 量 双 居 全 球 第 一 本 刊 讯 2012 年 1 月 31 日 消 息, 全 球 知 名 咨 询 公 司 Infonetics 发 布 了 最 新 用 户 终 端 设 备 (CPE) 市 场 相 关 报 告 Broadband CPE and Subscribers:PON, FTTH, Cable, and DSL: 3Q11 报 告 指 出 : 在 2011 年 第 3 季 度, 中 兴 通 讯 CPE 产 品 销 售 额 和 出 货 量 双 双 位 居 全 球 第 1, 在 业 界 主 流 CPE 供 应 商 中, 发 展 最 为 稳 健 报 告 分 析 了 2011 年 第 3 季 度 全 球 CPE 的 整 体 情 况 2011 年 全 球 CPE 整 体 销 售 额 已 达 16 亿 美 金, 较 第 2 季 度 总 体 增 长 了 1%, 销 售 数 量 达 到 4 100 万 台, 同 比 下 降 了 1% 其 中,FTTH CPE 增 长 较 为 迅 速, 整 体 销 售 数 量 较 第 2 季 度 增 长 了 20%,cable CPE 增 长 了 2%, 而 DSL CPE 则 有 明 显 下 滑, 减 少 了 6% Infonetics 分 析 认 为 : 未 来 随 着 更 多 中 国 日 本 韩 国 美 国 以 及 中 东 等 地 的 电 信 运 营 商 在 FTTH 网 络 建 设 方 面 的 大 力 投 入,CPE 用 户 数 量 将 会 不 断 增 加,CPE 的 销 售 也 将 继 续 增 长 报 告 还 认 为, 在 业 界 主 流 CPE 供 应 厂 商 中, 中 兴 通 讯 发 展 最 为 稳 健 早 在 2011 年 第 2 季 度, 中 兴 通 讯 DSL CPE 的 出 货 量 以 及 销 售 额 已 超 越 竞 争 对 手, 跃 居 全 球 第 1, 分 别 为 22% 和 15% 第 3 季 度, 中 兴 通 讯 的 DSL CPE 依 然 保 持 较 强 的 发 展 势 头, 份 额 遥 遥 领 先 其 他 厂 商, 连 续 两 个 季 度 的 销 售 额 和 出 货 量 双 居 全 球 第 1 中 兴 通 讯 技 术 56 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr. 2012 Vol.18 No.2 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P65

云 存 储 ZTE TECHNOLOGY JOURNAL 薛 一 波 等 系 列 讲 座 云 存 储 2 薛 一 波 1, 易 成 岐 2 (1. 清 华 大 学 信 息 技 术 研 究 院, 北 京 100083; 2. 哈 尔 滨 理 工 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 学 院, 黑 龙 江 哈 尔 滨 150080 ) [ 编 者 按 ] 云 存 储 是 随 着 云 计 算 的 产 生 而 发 展, 并 逐 渐 成 为 研 究 热 点 云 存 储 是 云 计 算 的 存 储 部 分, 并 且 可 以 作 为 一 种 服 务 提 供 给 用 户, 任 何 经 过 授 权 的 合 法 用 户 都 可 以 通 过 网 络 访 问 云 存 储, 享 受 云 存 储 带 来 的 便 利 本 讲 座 将 分 3 期 对 云 存 储 进 行 讨 论 : 第 1 期 介 绍 云 存 储 的 定 义 与 传 统 存 储 的 区 别 种 类 结 构 模 型 及 相 关 标 准 ; 第 2 期 介 绍 云 存 储 的 关 键 技 术, 包 括 存 储 虚 拟 化 技 术 分 布 式 存 储 技 术 对 等 存 储 技 术 存 储 加 密 技 术 重 复 数 据 删 除 技 术 内 容 分 发 技 术 数 据 备 份 技 术 ; 第 3 期 探 讨 目 前 云 存 储 的 成 功 案 例 以 及 云 存 储 的 发 展 趋 势 中 图 分 类 号 :TN91 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :1009-6868 (2012) 02-0057-04 6 云 存 储 关 键 技 术 着 云 存 储 的 不 断 发 展, 云 存 储 随 产 生 了 多 种 关 键 技 术, 包 括 存 储 虚 拟 化 技 术 分 布 式 存 储 技 术 对 等 存 储 技 术 存 储 加 密 技 术 重 复 数 据 删 除 技 术 内 容 分 发 技 术 数 据 备 份 技 术 等 等 云 存 储 通 过 融 合 多 种 云 存 储 技 术, 将 存 储 提 升 为 一 种 服 务, 用 户 可 以 对 存 储 资 源 进 行 任 意 访 问 和 管 理 6.1 存 储 虚 拟 化 技 术 存 储 虚 拟 化 技 术 是 云 存 储 的 关 键 和 核 心 技 术, 是 指 通 过 存 储 虚 拟 化 方 法, 将 系 统 中 各 种 异 构 的 存 储 设 备 映 射 为 一 个 统 一 的 存 储 资 源 池, 存 储 资 源 池 对 用 户 完 全 透 明 存 储 虚 拟 化 技 术 既 可 以 屏 蔽 存 储 实 体 间 的 物 理 位 置 以 及 异 构 特 性, 又 可 以 实 现 存 储 资 源 的 灵 活 调 配, 从 而 提 升 云 存 储 系 统 的 资 源 利 用 率 通 过 存 储 虚 拟 化 技 术, 可 以 实 现 不 同 厂 商 不 同 型 号 不 同 通 信 技 术 不 同 类 型 的 存 储 设 备 之 间 的 互 联 将 存 储 资 源 整 合 成 一 个 统 一 的 存 储 资 源 池, 既 实 现 了 资 源 的 透 明 性, 又 降 低 了 构 建 管 理 和 维 护 成 本 另 在 不 影 响 用 户 及 应 用 的 前 提 下, 克 服 外, 通 过 存 储 虚 拟 化 可 以 对 存 储 资 源 块 级 物 理 存 储 设 备 的 物 理 限 制 进 行 统 一 的 分 配 管 理, 能 够 有 效 提 升 (2) 磁 盘 虚 拟 化 资 源 利 用 率 磁 盘 虚 拟 化 是 指 将 磁 盘 的 柱 面 根 据 全 球 网 络 存 储 工 业 协 会 磁 头 扇 区 等 物 理 信 息 进 行 虚 拟 化 (SNIA) 的 分 类 方 法, 存 储 虚 拟 化 技 术 磁 盘 虚 拟 化 技 术 已 经 被 广 泛 应 用 到 分 为 : 块 虚 拟 化 磁 盘 虚 拟 化 磁 带 虚 几 乎 所 有 的 磁 盘 驱 动 器 中 磁 盘 虚 拟 化 文 件 系 统 虚 拟 化 文 件 / 记 录 虚 拟 化 的 好 处 是 可 以 将 磁 盘 多 种 信 息 拟 化 等, 如 图 3 所 示 透 明 化 (1) 块 虚 拟 化 (3) 磁 带 虚 拟 化 块 虚 拟 化 是 指 将 块 级 物 理 存 储 磁 带 虚 拟 化 是 指 将 磁 带 介 质 磁 设 备 进 行 虚 拟 化 块 虚 拟 化 是 将 多 带 库 磁 带 驱 动 进 行 虚 拟 化 磁 带 具 个 存 储 设 备 虚 拟 成 一 个 线 性 存 储 空 有 价 格 低 廉 和 可 靠 性 高 的 特 点, 通 常 间, 或 者 将 一 个 物 理 存 储 设 备 虚 拟 成 被 用 作 系 统 的 备 份 介 质 磁 带 虚 拟 多 个 独 立 的 逻 辑 块, 同 时 隐 藏 物 理 存 化 可 以 使 磁 带 透 明 化, 给 用 户 提 供 一 储 设 备 的 特 征, 给 用 户 提 供 一 个 统 一 个 统 一 的 磁 带 空 间 的 管 理 视 图 块 虚 拟 化 主 要 是 为 了 (4) 文 件 系 统 虚 拟 化 存 储 虚 拟 化 块 虚 拟 化 磁 盘 虚 拟 化 磁 带 虚 拟 化 文 件 系 统 虚 拟 化 文 件 / 记 录 虚 拟 化 基 于 主 机 的 虚 拟 化 基 于 存 储 设 备 的 虚 拟 化 基 于 网 络 的 虚 拟 化 带 内 虚 拟 化 带 外 虚 拟 化 图 3 存 储 虚 拟 化 分 类 方 法 Apr 2012 Vol.18 No.2 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 57 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P66

系 列 讲 座 薛 一 波 等 云 存 储 文 件 系 统 虚 拟 化 是 指 将 系 统 底 层 的 多 种 文 件 系 统 进 行 虚 拟 化 通 过 文 件 系 统 虚 拟 化 技 术, 用 户 在 处 理 位 于 不 同 服 务 器 上 的 多 种 类 型 的 文 件 系 统 时, 可 以 感 觉 像 是 在 一 个 文 件 系 统 中 处 理 (5) 文 件 / 记 录 虚 拟 化 文 件 虚 拟 化 是 指 将 任 意 数 量 的 文 件 或 者 目 录 虚 拟 成 单 个 复 合 文 件 ; 记 录 虚 拟 化 是 指 将 纪 录 数 据 从 不 同 的 数 据 形 式 中 进 行 抽 取 虚 拟 化 文 件 / 记 录 虚 拟 化 的 好 处 是 可 以 通 过 统 一 的 视 图 进 行 文 件 或 者 记 录 的 表 示, 为 用 户 提 供 层 次 化 的 管 理 (6) 基 于 主 机 的 虚 拟 化 存 储 技 术 基 于 主 机 的 虚 拟 化 存 储 技 术 是 指 通 过 特 定 的 软 件 在 主 机 服 务 器 上 完 成 虚 拟 化 功 能 经 过 基 于 主 机 虚 拟 化 的 存 储 空 间 可 以 跨 越 多 个 异 构 的 磁 盘 阵 列 基 于 主 机 的 虚 拟 化 存 储 技 术 的 优 点 是 不 需 要 任 何 附 加 的 硬 件 支 持, 很 容 易 实 现, 并 且 能 够 有 效 地 降 低 硬 件 成 本 ; 缺 点 是 会 占 用 主 机 的 处 理 时 间, 如 果 一 个 主 机 出 现 故 障 可 能 会 影 响 整 个 存 储 系 统 数 据 的 完 整 性 (7) 基 于 存 储 设 备 的 虚 拟 化 存 储 技 术 基 于 存 储 设 备 的 虚 拟 化 存 储 技 术 是 指 在 特 定 存 储 设 备 上 提 供 虚 拟 化 存 储 功 能 该 技 术 的 优 点 是 可 以 和 某 个 特 定 的 存 储 提 供 商 进 行 协 调, 相 对 来 说 会 更 容 易 管 理 ; 但 是 该 技 术 具 有 较 强 的 依 赖 关 系, 会 依 赖 某 种 单 独 存 储 的 供 应 商 所 以 该 技 术 的 缺 点 是 缺 乏 足 够 的 软 件 支 持, 难 以 增 加 新 的 解 决 方 案 (8) 基 于 网 络 的 虚 拟 化 存 储 技 术 基 于 网 络 的 虚 拟 化 存 储 技 术 是 指 在 服 务 器 与 存 储 设 备 之 间 的 网 络 设 备 上 提 供 存 储 虚 拟 化 功 能 主 要 有 两 种 实 现 方 式 : 一 种 是 带 内 虚 拟 化, 即 基 于 互 联 网 设 备 的 虚 拟 化 ; 另 一 种 是 带 外 虚 拟 化, 即 基 于 元 数 据 服 务 器 的 虚 拟 化 带 内 虚 拟 化 模 型 中, 会 在 交 换 机 表 2 网 络 存 储 技 术 比 较 类 型 网 络 传 输 协 议 数 据 传 输 速 度 扩 展 性 访 问 方 式 性 能 开 销 备 份 效 率 是 否 集 中 管 理 安 全 性 成 本 优 点 缺 点 或 者 路 由 器 中 直 接 嵌 入 虚 拟 化 层, 使 其 同 时 具 备 虚 拟 化 和 交 换 的 功 能 这 种 模 型 的 优 点 是 可 以 不 用 在 应 用 服 务 器 上 运 行 虚 拟 化 软 件, 有 效 减 少 负 载, 并 且 它 可 以 通 过 设 备 管 理 和 负 载 均 衡 机 制 减 轻 互 连 设 备 的 负 载 另 外, 当 一 个 存 储 设 备 出 现 故 障 时, 模 型 能 够 容 易 地 进 行 故 障 设 备 替 换 但 是 这 种 模 型 的 缺 点 是 扩 展 性 较 差 带 外 虚 拟 化 模 型 中, 应 用 服 务 器 与 存 储 设 备 直 接 进 行 数 据 传 输, 由 独 立 于 数 据 传 输 通 路 的 存 储 虚 拟 化 服 务 器 提 供 存 储 资 源 的 管 理 功 能 相 比 之 下, 带 内 虚 拟 化 模 型 存 在 由 输 入 / 输 出 (I/O) 端 口 造 成 的 性 能 瓶 颈 和 单 点 故 障 等 问 题, 它 不 能 够 充 分 发 挥 单 个 存 储 设 备 的 I/O 能 力 但 是 通 过 对 数 据 传 输 通 路 的 有 效 管 理, 带 内 虚 拟 化 模 型 更 易 于 实 现 数 据 迁 移 快 照 等 功 能 带 外 虚 拟 化 模 型 使 数 据 存 储 与 控 制 命 令 分 别 在 两 条 不 同 的 通 路 运 行, 相 比 带 内 虚 拟 化 模 型 更 具 有 扩 展 性 6.2 分 布 式 存 储 技 术 分 布 式 存 储 技 术 是 指 运 用 网 络 存 储 技 术 分 布 式 文 件 系 统 网 格 存 储 技 术 等 多 种 技 术, 实 现 云 存 储 中 的 多 种 存 储 设 备 多 种 应 用 多 种 服 务 的 协 同 工 作 DAS 无 快 基 本 无 扩 展 性 直 接 访 问 数 据 块 低 低 否 高 低 价 格 最 低 扩 展 性 能 较 差, 无 法 用 多 服 务 器 集 合 NAS TCP/IP 慢 较 低 以 文 件 方 式 访 问 较 低 较 低 是 低 较 低 价 格 较 低 单 个 设 备 容 量 受 限, 受 网 络 环 境 影 响 大 (1) 网 络 存 储 技 术 网 络 存 储 技 术 将 数 据 的 存 储 从 传 统 的 服 务 器 存 储 转 移 到 网 络 设 备 存 储 网 络 存 储 技 术 中 比 较 典 型 的 有 : 直 接 附 属 存 储 (DAS) 网 络 附 加 存 储 (NAS) 存 储 区 域 网 络 (SAN) 和 IP SAN, 它 们 各 有 特 色 各 具 特 点, 如 表 2 所 示 SAN 光 纤 通 道 极 快 易 于 扩 展 直 接 访 问 数 据 块 低 高 是 高 高 跨 平 台 兼 容 性 差, 投 资 成 本 高 (2) 分 布 式 文 件 系 统 IP SAN TCP/IP 较 快 最 易 扩 展 分 布 式 文 件 系 统 是 指 文 件 系 统 管 理 的 物 理 存 储 资 源 并 不 一 定 直 接 连 接 在 本 地 节 点 上, 而 是 通 过 网 络 与 网 络 节 点 互 联 分 布 式 文 件 系 统 可 以 将 负 载 由 单 个 节 点 转 移 到 多 个 节 点, 提 高 效 率 分 布 式 文 件 系 统 还 可 以 避 免 由 于 单 个 节 点 失 效 而 造 成 的 整 个 系 统 崩 溃 目 前, 比 较 典 型 的 分 布 式 文 件 系 统 有 :Lustre PanFS Google 文 件 系 统 (GFS) 等 直 接 访 问 数 据 块 较 高 较 高 Lustre 文 件 系 统 是 基 于 对 象 存 储 的 分 布 式 文 件 系 统, 是 一 个 开 源 的 项 目 1999 年,Lustre 项 目 在 卡 耐 基 梅 隆 大 学 启 动, 现 在 已 经 发 展 成 为 最 广 泛 的 分 布 式 文 件 系 统, 目 前 已 经 用 于 核 武 器 分 子 动 力 学 等 相 关 的 模 拟 Lustre 的 集 群 组 件 包 含 了 元 数 据 服 务 器 (MDS) 元 数 据 存 储 节 点 (MDT) 对 象 存 储 服 务 器 (OSS) 对 象 存 储 节 点 (OST) 客 户 端 以 及 连 接 所 有 组 件 的 高 速 网 络 Lustre 的 性 能 和 扩 展 性 都 很 好, 而 且 还 拥 有 基 于 对 象 的 智 能 化 是 低 较 低 易 于 扩 展 容 量 安 全 性 较 低 DAS: 直 接 附 属 存 储 NAS: 网 络 附 加 存 储 TCP: 传 输 控 制 协 议 SAN: 存 储 区 域 网 络 中 兴 通 讯 技 术 58 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr. 2012 Vol.18 No.2 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P67

云 存 储 ZTE TECHNOLOGY JOURNAL 薛 一 波 等 系 列 讲 座 存 储 比 较 智 能 的 容 错 机 制 相 对 安 全 的 认 证 机 制 以 及 部 分 文 件 锁 机 制 PanFS 文 件 系 统 是 Panasas 公 司 开 发 的,Panasas 公 司 是 卡 耐 基 梅 隆 大 学 在 1999 年 创 建 的 PanFS 突 出 的 特 点 是 采 用 并 行 和 冗 余 的 方 式 进 行 对 象 的 存 取, 使 用 了 分 布 式 元 数 据 管 理 一 致 性 客 户 管 理 基 于 文 件 的 冗 余 模 式 文 件 锁 服 务 和 集 群 管 理 等 技 术, 为 用 户 提 供 了 一 个 扩 展 性 高 容 错 能 力 强 性 能 优 越 的 分 布 式 文 件 系 统 GFS 文 件 系 统 是 Google 公 司 为 了 满 足 日 益 增 长 的 数 据 处 理 需 求 而 设 计 的 一 款 分 布 式 文 件 系 统 其 特 点 是 可 以 运 行 在 廉 价 的 硬 件 存 储 设 备 上, 拥 有 较 高 的 容 错 功 能 GFS 支 持 海 量 数 据 的 处 理 和 多 用 户 的 并 发 访 问, 具 有 高 吞 吐 率 高 传 输 率 等 特 点 GFS 针 对 大 文 件 更 新 的 特 点, 采 取 一 次 写 入, 多 次 读 取 策 略 (3) 网 格 存 储 技 术 作 为 一 种 全 新 的 数 据 存 储 技 术, 网 格 存 储 具 备 更 高 的 容 错 和 冗 余 度, 在 负 载 出 现 波 动 的 情 况 下 可 以 保 持 高 性 能 网 格 存 储 技 术 具 备 先 进 的 异 构 性 透 明 访 问 性 协 同 性 自 助 控 制 性 全 生 命 周 期 性 等 特 性, 用 户 在 使 用 网 格 的 时 候, 可 以 不 用 关 心 存 储 容 量 数 据 格 式 数 据 安 全 性 数 据 读 取 位 置 和 数 据 是 否 会 丢 失 等 问 题 网 格 技 术 的 优 越 性 体 现 在 智 能 的 资 源 管 理 高 速 的 数 据 传 输 机 制 存 储 副 本 的 创 建 与 动 态 备 份 优 秀 的 调 度 策 略 与 远 程 执 行 以 及 较 完 善 的 安 全 机 制 6.3 对 等 存 储 技 术 对 等 (P2P) 存 储 技 术 也 是 近 几 年 云 存 储 相 关 技 术 研 究 的 热 点 之 一 对 等 网 络 是 构 建 在 现 有 物 理 网 络 上 面 的 一 个 虚 拟 层 它 通 过 抽 象 出 来 的 网 络, 在 无 需 改 变 已 有 网 络 结 构 的 前 提 下 就 能 够 实 现 网 络 的 互 联 以 及 资 源 的 共 享 对 等 存 储 技 术 是 指 在 对 等 网 络 环 境 下, 通 过 一 种 功 能 对 等 的 方 式 将 存 储 节 点 组 成 一 个 存 储 网 络, 并 且 各 个 节 点 之 间 可 以 通 过 统 一 的 路 由 协 议 进 行 通 信 对 等 存 储 系 统 按 照 使 用 的 环 境 可 以 分 为 封 闭 式 系 统 与 开 放 式 系 统 封 闭 式 系 统 中 的 存 储 节 点 相 对 来 说 比 较 稳 定, 并 且 系 统 有 严 格 的 中 心 认 证 管 理 和 审 计 等 功 能, 从 而 使 节 点 能 够 持 续 的 运 行 如 果 系 统 出 现 了 间 歇 性 的 错 误, 系 统 会 及 时 进 行 修 复, 由 于 节 点 协 同 性 非 常 好, 不 会 随 意 退 出 封 闭 式 系 统 与 封 闭 式 系 统 不 同 的 是, 开 放 式 系 统 中 的 节 点 可 以 随 意 地 加 入 或 者 退 出, 开 放 式 系 统 中 的 节 点 可 以 不 必 保 证 持 续 地 提 供 服 务, 所 以 系 统 的 临 时 性 错 误 和 永 久 性 错 误 相 对 于 封 闭 系 统 来 说 会 更 加 频 繁 由 于 开 放 式 系 统 的 动 态 性 太 强, 目 前 成 功 部 署 的 实 例 很 少 同 传 统 的 存 储 技 术 和 分 布 式 存 储 系 统 相 比, 对 等 网 络 存 储 系 统 具 有 5 方 面 的 优 势 (1) 低 廉 的 构 建 成 本 因 为 对 等 存 储 系 统 只 需 要 在 物 理 网 络 上 面 构 建 逻 辑 的 拓 扑, 且 用 户 无 需 购 买 非 常 昂 贵 的 服 务 器 路 由 器 等 网 络 设 备, 只 需 利 用 现 有 的 物 理 网 络 资 源 即 可 建 立 逻 辑 连 接, 提 供 网 络 存 储 服 务 (2) 大 容 量 的 存 储 对 等 存 储 系 统 的 存 储 容 量 是 网 络 中 所 有 节 点 共 享 存 储 空 间 的 总 和, 而 且 存 储 容 量 随 着 节 点 的 增 加 呈 现 线 性 的 增 长 (3) 良 好 的 服 务 性 能 对 等 存 储 系 统 中 的 每 个 节 点 分 别 承 担 了 服 务 器 和 客 户 端 两 种 角 色, 每 个 节 点 只 需 承 担 较 少 量 的 任 务, 便 可 实 现 非 常 好 的 负 载 均 衡 作 用, 而 且 网 络 的 变 化 对 系 统 性 能 产 生 的 影 响 也 很 小 (4) 较 高 的 可 靠 性 对 等 存 储 系 统 通 常 会 融 合 分 片 冗 余 纠 删 码 文 件 复 制 等 容 错 技 术, 提 高 了 系 统 的 可 靠 性 ; 查 询 节 点 也 可 以 就 近 访 问 文 件 的 副 本, 降 低 了 网 络 延 迟, 提 高 了 访 问 效 率 (5) 安 全 的 匿 名 性 对 等 存 储 系 统 可 以 通 过 多 播 伪 节 点 标 识 哄 骗 地 址 转 换 等 技 术 实 现 系 统 的 匿 名 性 对 等 存 储 系 统 也 有 不 足 之 处, 如 : 封 闭 式 系 统 不 能 够 及 时 检 测 和 管 理 对 等 节 点 的 随 机 进 入 和 退 出, 同 时 开 放 式 系 统 具 有 较 大 的 网 络 安 全 和 网 络 拥 塞 等 问 题 6.4 存 储 加 密 技 术 目 前 云 存 储 中 所 涉 及 的 存 储 加 密 技 术 主 要 包 括 : 全 盘 加 密 虚 拟 磁 盘 加 密 卷 加 密 文 件 与 目 录 加 密 全 盘 加 密 是 指 对 所 有 数 据 进 行 加 密 ; 虚 拟 磁 盘 加 密 是 指 存 放 数 据 之 前 建 立 加 密 的 磁 盘 空 间, 并 通 过 加 密 磁 盘 空 间 对 数 据 进 行 加 密 ; 卷 加 密 是 指 对 卷 上 的 所 有 数 据 进 行 加 密 ; 文 件 / 目 录 加 密 是 指 对 单 个 的 文 件 或 者 目 录 进 行 加 密 4 种 存 储 加 密 方 法 各 有 优 劣, 如 表 3 所 示 6.5 重 复 数 据 删 除 技 术 随 着 数 据 中 重 复 数 据 的 数 据 量 不 断 增 加, 如 果 不 采 取 措 施, 则 会 导 致 重 复 的 数 据 占 用 更 多 的 空 间 而 重 复 数 据 删 除 技 术 的 目 的 就 是 增 大 可 用 的 存 储 空 间, 并 且 增 加 网 络 传 输 中 的 有 效 数 据 量 重 复 数 据 删 除 是 指 通 过 删 除 运 算, 消 除 冗 余 的 文 件 数 据 块 或 字 节, 以 保 证 只 有 单 一 的 数 据 存 储 在 系 统 中 重 复 数 据 删 除 技 术 通 分 为 文 件 级 和 数 据 块 级 文 件 级 重 复 数 据 删 除 技 术 也 称 为 单 实 例 存 储, 根 据 索 引 检 查 需 要 备 份 或 归 档 文 件 的 属 性, 并 且 与 已 经 存 储 的 文 件 进 行 比 较 如 果 两 个 文 件 相 同, 则 新 文 件 不 被 存 储 块 级 重 复 数 据 删 除 技 术 会 将 文 件 分 割 成 数 据 块, 并 将 多 个 数 据 块 写 入 磁 盘 的 相 应 区 域 为 了 识 别 传 输 数 据 流 中 的 数 据 块 是 否 重 复, 重 复 数 据 删 除 技 术 会 为 每 个 数 据 块 创 建 一 个 数 字 签 名, 并 且 创 建 签 名 索 引 如 果 通 过 数 字 签 名 发 现 某 一 数 据 块 之 前 已 经 存 储 过, 则 此 数 据 块 不 会 再 次 存 储 目 前 重 复 数 据 删 除 技 术 还 处 于 Apr 2012 Vol.18 No.2 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 59 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P68

系 列 讲 座 薛 一 波 等 云 存 储 表 3 存 储 加 密 技 术 的 分 析 与 比 较 特 性 受 加 密 的 数 据 在 解 决 方 案 失 效 时, 对 设 备 潜 在 的 伤 害 能 否 降 低 了 操 作 系 统 和 应 用 层 的 威 胁 研 究 和 发 展 阶 段, 仍 有 许 多 待 解 决 的 问 题 提 升 重 复 数 据 删 除 性 能 方 面 的 研 究 是 目 前 重 复 数 据 删 除 技 术 的 研 究 热 点 因 为 重 复 数 据 删 除 技 术 除 了 需 要 满 足 存 储 空 间 优 化 外, 还 必 须 满 足 高 速 数 据 运 算 性 能 方 面 的 要 求 虽 然 可 以 通 过 一 些 技 术 提 高 重 复 数 据 的 删 除 效 果, 但 是 会 引 发 时 间 开 销 大 的 问 题 目 前 比 较 典 型 的 提 升 重 复 数 据 删 除 性 能 方 法 主 要 有 数 据 域 文 件 系 统 (DDFS) 技 术 以 及 稀 疏 索 引 技 术 6.6 内 容 分 发 网 络 技 术 CDN ( 内 容 分 发 网 络 ) 技 术 主 要 是 针 对 现 有 的 Internet 进 行 改 造, 并 且 添 加 一 层 新 的 网 络 架 构, 通 过 智 能 化 的 分 发 策 略, 将 数 据 服 务 器 的 数 据 内 容 分 发 到 服 务 能 力 最 好 的 边 缘 节 点 以 及 距 离 用 户 最 近 的 节 点 通 过 CDN 技 术 添 加 的 这 层 新 的 网 络 架 构 既 可 以 有 效 解 决 网 络 拥 塞 情 况, 同 时 可 以 加 快 用 户 访 问 网 站 的 响 应 速 度 一 般 情 况 下, 通 过 CDN 技 术 来 提 高 访 问 效 率 主 要 是 遵 从 了 以 下 4 个 方 面 : (1) 可 靠 性, 将 数 据 内 容 分 发 到 多 个 边 缘 节 点, 可 以 实 现 负 载 均 衡 的 容 错 网 络 (2) 效 率 性, 将 数 据 内 容 分 发 到 离 用 户 最 近 的 节 点, 可 以 提 高 用 户 的 请 求 响 应 时 间 (3) 突 发 性, 当 某 个 节 点 负 载 很 大 的 时 候, 可 以 选 择 离 该 节 点 比 较 相 近 的 其 他 节 点 进 行 内 容 分 发, 以 解 决 这 个 问 题 (4) 量 化 性,CDN 技 术 包 含 了 网 络 设 备 信 息 带 宽 信 息 以 及 用 户 信 息, 可 以 进 行 量 化 全 盘 加 密 所 有 数 据 所 有 的 数 据 和 设 备 功 能 丢 失 否 虚 拟 磁 盘 加 密 加 密 空 间 数 据 所 有 加 密 空 间 数 据 丢 失 在 一 定 程 度 上 会 降 低 威 胁 当 然,CDN 技 术 需 要 智 能 的 分 发 策 略, 设 计 CDN 分 发 策 略 需 要 重 点 考 虑 以 下 3 个 方 面 : (1) 数 据 内 容 分 布 式 存 储, 并 且 将 内 容 有 效 地 分 发 到 客 户 端 (2) 高 效 的 数 据 内 容 管 理 机 制, 能 够 区 分 数 据 的 优 先 级 和 网 络 性 能 的 优 化 度 (3) 通 过 本 地 数 据 内 容 的 分 发 缓 解 网 络 带 宽 CDN 技 术 通 过 智 能 的 分 发 策 略 可 以 有 效 降 低 服 务 器 和 带 宽 产 生 的 资 源 消 耗, 从 而 提 高 服 务 品 质 6.7 数 据 备 份 技 术 在 数 据 为 王 的 时 代, 数 据 的 重 要 性 可 想 而 知, 如 何 保 护 数 据 是 一 个 永 恒 的 话 题, 即 便 在 云 存 储 系 统, 数 据 备 份 技 术 也 非 常 重 要 目 前 比 较 主 流 的 数 据 备 份 技 术 主 要 包 括 : 冷 备 份 和 热 备 份 技 术 写 前 拷 贝 技 术 快 照 技 术 镜 像 技 术 独 立 冗 余 磁 盘 阵 列 (RAID) 技 术 等 (1) 冷 备 份 和 热 备 份 技 术 冷 备 份 又 被 称 为 离 线 备 份, 主 要 是 指 当 服 务 器 执 行 备 份 指 令 时, 不 再 接 受 用 户 或 者 应 用 对 数 据 的 更 新 操 作 冷 备 份 的 缺 点 是 在 实 施 备 份 的 过 程 中 不 能 及 时 响 应 用 户 的 其 他 需 求, 而 且 恢 复 时 间 较 长 ; 优 点 是 投 资 较 少 热 备 份 也 被 称 为 在 线 备 份, 在 用 户 和 应 用 更 新 数 据 的 时 候 也 可 以 进 行 备 份 操 作 热 备 份 的 缺 点 是 资 源 占 用 较 大, 投 资 较 大 ; 优 点 也 很 明 显, 可 以 有 效 实 现 同 步 备 份, 而 且 恢 复 的 时 间 也 非 常 短 卷 加 密 所 有 卷 数 据 卷 上 所 有 的 数 据 丢 失 若 数 据 卷 被 保 护, 会 降 低 威 胁 文 件 / 目 录 加 密 单 个 文 件 / 目 录 所 有 受 保 护 文 件 与 目 录 丢 失 在 一 定 程 度 上 会 降 低 威 胁 (2) 写 前 拷 贝 技 术 写 前 拷 贝 的 思 想 是 当 正 在 备 份 的 数 据 发 生 变 化 时, 会 将 磁 盘 上 原 有 的 数 据 拷 贝 到 一 个 临 时 的 磁 盘 位 置, 并 且 对 原 有 数 据 位 置 和 临 时 存 储 的 相 对 位 置 进 行 索 引 写 前 拷 贝 技 术 大 多 会 在 数 据 库 备 份 的 环 境 下 实 现 (3) 快 照 技 术 快 照 技 术 分 为 硬 件 快 照 和 软 件 快 照 两 种 类 型 硬 件 快 照 是 利 用 卷 映 像 技 术 执 行 磁 盘 驱 动 器 上 的 数 据 拷 贝, 软 件 快 照 是 通 过 内 存 作 为 缓 冲 区, 通 过 软 件 提 供 及 时 数 据 映 像, 通 过 缓 冲 区 调 度 获 得 完 整 的 数 据 拷 贝 (4) 镜 像 技 术 镜 像 技 术 分 为 同 步 镜 像 异 步 镜 像 和 半 同 步 镜 像 同 步 镜 像 需 要 接 收 同 步 确 认 信 号, 一 旦 发 生 数 据 丢 失, 存 储 池 将 不 可 使 用 异 步 镜 像 虽 然 可 以 实 现 镜 像 过 程 与 本 地 写 操 作 分 离, 但 是 会 导 致 数 据 一 致 性 的 危 险 而 半 同 步 镜 像 本 质 上 属 于 异 步 操 作, 镜 像 的 关 系 是 在 本 地 存 储 与 路 由 器 之 间 (5) RAID 技 术 RAID 是 独 立 冗 余 磁 盘 阵 列,RAID 技 术 支 持 自 动 检 测 故 障 硬 盘 重 建 磁 盘 轨 道 等 功 能 目 前 应 用 比 较 广 泛 的 是 RAID 0 RAID 1 RAID 5 RAID 6 RAID 1-0, 不 同 的 RAID 规 范 对 于 磁 盘 备 份 的 侧 重 点 也 不 同 ( 待 续 ) 收 稿 日 期 :2011-12-15 作 者 简 介 薛 一 波, 中 国 科 学 院 计 算 技 术 研 究 所 博 士 毕 业, 现 任 清 华 大 学 信 息 技 术 研 究 院 研 究 员 CPU&SOC 中 心 副 主 任 ; 目 前 主 要 研 究 方 向 为 网 络 与 信 息 安 全 云 计 算 及 云 安 全 计 算 机 体 系 结 构 等 ; 承 担 课 题 40 余 项, 发 表 论 文 100 多 篇, 申 请 发 明 专 利 20 余 项 易 成 岐, 哈 尔 滨 理 工 大 学 计 算 机 应 用 技 术 专 业 在 读 博 士 ; 主 要 研 究 领 域 为 网 络 安 全 云 计 算 社 会 计 算 等 ; 参 与 过 国 家 自 然 科 学 基 金 242 项 目 国 家 农 业 部 公 益 项 目 等 多 项 科 研 项 目 中 兴 通 讯 技 术 60 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr. 2012 Vol.18 No.2 D:\MAG\2011-10-100/VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P69