智能普適網(wǎng)絡(luò)

童曉渝，張?jiān)朴?，徐?/p>

（中國(guó)聯(lián)通研究院，北京 100048）

1 引言

通信網(wǎng)絡(luò)從“模擬”發(fā)展到“數(shù)字”，電信網(wǎng)從最初的人工轉(zhuǎn)接發(fā)展到軟交換、IMS(IP multimedia subsystem)和 NGN(next generation network)等新技術(shù)，都可歸結(jié)于計(jì)算技術(shù)在通信領(lǐng)域的不斷深入應(yīng)用和快速發(fā)展的結(jié)果。通信網(wǎng)本身以及其上承載的業(yè)務(wù)越來(lái)越多地呈現(xiàn)出計(jì)算的特征。而計(jì)算技術(shù)的發(fā)展取決于軟件、硬件以及與它們相適應(yīng)的計(jì)算模式的共同進(jìn)步。從計(jì)算模式的發(fā)展來(lái)看，計(jì)算機(jī)經(jīng)歷了從主機(jī)計(jì)算到桌面計(jì)算的革新，這使得計(jì)算機(jī)從龐大、昂貴的科學(xué)計(jì)算專(zhuān)用設(shè)備（主機(jī)）變?yōu)楸憬荨?shí)用的個(gè)人工作和娛樂(lè)設(shè)備（個(gè)人電腦）。尤其是個(gè)人電腦的普及進(jìn)一步推動(dòng)了計(jì)算模式的發(fā)展。在桌面計(jì)算時(shí)代，Client/Server模式首先開(kāi)始得到廣泛應(yīng)用，由高性能服務(wù)器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)為多個(gè)用戶提供所需要的服務(wù)，如萬(wàn)維網(wǎng)WWW、E-mail等，這是計(jì)算能力從集中式向分布式邁出的第一步。隨著應(yīng)用和用戶數(shù)量的不斷增加，服務(wù)器端的負(fù)荷越來(lái)越重，Client/Server模式對(duì)資源（如帶寬、計(jì)算、存儲(chǔ)等）的要求越來(lái)越高，成為其發(fā)展瓶頸，分布式的概念逐漸成為主流，分布式計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算、P2P技術(shù)、Web 2.0等得到廣泛研究和應(yīng)用。另一方面，互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅猛，移動(dòng)接入漸成主流，移動(dòng)設(shè)備（智能手機(jī)、平板電腦、照相機(jī)、播放器、導(dǎo)航儀、游戲機(jī)等）和嵌入式電器、電子設(shè)備（冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)、機(jī)頂盒等）層出不窮，人們開(kāi)始享用移動(dòng)終端和電器帶來(lái)的豐富信息和智能應(yīng)用，由此又帶來(lái)了一次計(jì)算模式的新變革，即產(chǎn)生了云計(jì)算，這將為泛在網(wǎng)和普適計(jì)算技術(shù)帶來(lái)新的發(fā)展。

云計(jì)算起源于亞馬遜EC2產(chǎn)品和Google-IBM分布式計(jì)算項(xiàng)目，是分布式處理[1,2]、并行處理和網(wǎng)格計(jì)算的發(fā)展[3～5]，可說(shuō)是計(jì)算機(jī)科學(xué)概念的商業(yè)實(shí)現(xiàn)[6]。云計(jì)算的一個(gè)核心理念就是通過(guò)不斷提高“云”的處理能力，進(jìn)而減少用戶終端的處理負(fù)擔(dān)，最終使用戶終端簡(jiǎn)化成一個(gè)單純的執(zhí)行設(shè)備，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接入“云”中，并能以按需分配、即插即用的方式享受“云”帶來(lái)的強(qiáng)大計(jì)算處理能力。

“泛在網(wǎng)”即廣泛存在的網(wǎng)絡(luò)，它以無(wú)所不在、無(wú)所不包、無(wú)所不能為基本特征，以實(shí)現(xiàn)在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何人、任何物都能順暢的通信為目標(biāo)[7]。目前，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)信息化水平的日益提高，構(gòu)建“泛在網(wǎng)絡(luò)社會(huì)”，帶動(dòng)信息產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展，已經(jīng)成為一些發(fā)達(dá)國(guó)家和城市追求的目標(biāo)。2004年5月，日本通過(guò)u-Japan構(gòu)想；韓國(guó)情報(bào)通信部于2004年3月公布了u-Korea戰(zhàn)略，旨在使所有人可以在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間享受現(xiàn)代信息技術(shù)帶來(lái)的便利[8]；2005年2月，新加坡資訊通信發(fā)展局發(fā)布名為“下一代 i-Hub”的新計(jì)劃，標(biāo)志著正式將“U”型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建納入國(guó)家戰(zhàn)略，旨在通過(guò)一個(gè)安全、高速、無(wú)所不在的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)下一代網(wǎng)絡(luò)的連接[9]。

普適計(jì)算在1991年由美國(guó)施樂(lè)公司Palo Alto研究中心的首席技術(shù)官M(fèi)ark Weiser首次提出[10]。最近發(fā)展迅速的傳感器網(wǎng)絡(luò)可以作為普適計(jì)算的一個(gè)實(shí)際延伸，強(qiáng)調(diào)自我組織、自我協(xié)同和自我定位，以嵌入式技術(shù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用涉及到制造、運(yùn)輸、能源、環(huán)境和建筑等國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)領(lǐng)域，以適應(yīng)人們對(duì)探索、利用和管理物理世界的需求。

普適計(jì)算雖經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，但離大規(guī)模應(yīng)用仍距離遙遠(yuǎn)，一直處于學(xué)術(shù)研究階段。主要原因一是網(wǎng)絡(luò)帶寬和接入能力未能滿足普適計(jì)算的普適高速接入需求；二是嵌入式設(shè)備計(jì)算能力不足，限制了普適計(jì)算的智能協(xié)同能力，增加了軟件系統(tǒng)的復(fù)雜性。隨著通信網(wǎng)帶寬的提升，云計(jì)算模式的形成，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的興起，通信技術(shù)與計(jì)算技術(shù)進(jìn)一步融合，網(wǎng)絡(luò)不僅能提供語(yǔ)音、視頻和數(shù)據(jù)交換，也能提供計(jì)算能力的傳輸與服務(wù)。云計(jì)算的出現(xiàn)，泛在網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，為解決普適計(jì)算對(duì)大容量帶寬和實(shí)時(shí)計(jì)算能力以及設(shè)備交互和協(xié)同能力的需求提供了有力支撐，帶來(lái)了普適計(jì)算螺旋式上升的發(fā)展。對(duì)于電信運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，“管道”智能化運(yùn)營(yíng)是轉(zhuǎn)型發(fā)展方向，這要求電信運(yùn)營(yíng)商在信息服務(wù)的產(chǎn)業(yè)生態(tài)中，既能不斷提升網(wǎng)絡(luò)服務(wù)價(jià)值，又能為豐富的應(yīng)用服務(wù)提供支撐。這種需求會(huì)促使云計(jì)算、普適計(jì)算與網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步融合，產(chǎn)生新的具有“普適、協(xié)同、智能”能力的新型網(wǎng)絡(luò)。

2011年1月的ITU-T SG13會(huì)議也提出了類(lèi)似的觀點(diǎn)，稱(chēng)為智能泛在網(wǎng)絡(luò)（SUN, smart ubiquitous networks）。SUN是一張具有可學(xué)習(xí)性、上下文感知、自治、安全等特性的網(wǎng)絡(luò)，可以隨時(shí)隨地為人和設(shè)備提供接入和各種服務(wù)[11]。現(xiàn)在 SUN作為一種未來(lái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)想，只有概念，沒(méi)有內(nèi)容，但是從中卻可以看出未來(lái)網(wǎng)絡(luò)智能普適的發(fā)展方向。

本文基于普適計(jì)算、云計(jì)算和現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以云計(jì)算為核心，以普適計(jì)算為觸角，提出了“智能普適網(wǎng)絡(luò)(IUN, intelligent ubiquitous network)”概念及其系統(tǒng)架構(gòu)，以建立“普適”、“協(xié)同”、“智能”的業(yè)務(wù)活動(dòng)和個(gè)性化服務(wù)，支撐移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和“三網(wǎng)融合”的應(yīng)用，使人們可以獲得“無(wú)處不在、無(wú)所不能”的響應(yīng)與體驗(yàn)。在智能普適網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，任何人能夠在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，通過(guò)任何設(shè)備以任何方式獲得任何服務(wù)。

2 智能普適網(wǎng)絡(luò)

通信網(wǎng)是一種面向端到端互聯(lián)的復(fù)雜通信體系。隨著通信網(wǎng)的全I(xiàn)P化發(fā)展，電信網(wǎng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)正逐步互相滲透。效用計(jì)算、服務(wù)計(jì)算等新的計(jì)算模式的出現(xiàn)，使得計(jì)算技術(shù)向面向服務(wù)方向發(fā)展，而面向服務(wù)正是通信技術(shù)的特征之一。通信技術(shù)與業(yè)務(wù)正在趨向計(jì)算技術(shù)與應(yīng)用；計(jì)算技術(shù)與應(yīng)用正在趨向網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)提供，CT、IT正真正走向融合[12,13]?！霸朴?jì)算”正是這種融合的產(chǎn)物，通過(guò)公眾通信網(wǎng)絡(luò)整合 IT資源和業(yè)務(wù)，向用戶提供新型的業(yè)務(wù)產(chǎn)品和新的交付模式[14]。云計(jì)算的出現(xiàn)，使通信網(wǎng)絡(luò)可提供面向服務(wù)的融合業(yè)務(wù)，稱(chēng)之為“公眾計(jì)算通信網(wǎng)（PCCN）”，實(shí)現(xiàn)通過(guò)通信網(wǎng)向公眾傳輸計(jì)算的能力。PCCN依托寬帶通信網(wǎng)與泛在網(wǎng)，運(yùn)用云計(jì)算與普適計(jì)算建立數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、信息處理、應(yīng)用開(kāi)發(fā)、終端協(xié)同的服務(wù)交付，向公眾提供信息管理（包括基礎(chǔ)設(shè)施、公共平臺(tái)和互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、三網(wǎng)融合應(yīng)用）服務(wù)，即公眾計(jì)算通信服務(wù)。PCCN會(huì)讓人們?cè)谑褂秒娔X、電子和電器設(shè)備時(shí)，獲得“無(wú)處不在、無(wú)所不能”服務(wù)體驗(yàn)。

在CT、IT融合的趨勢(shì)下，依靠網(wǎng)絡(luò)連接后端強(qiáng)大計(jì)算能力和前端普適接入能力，產(chǎn)生了智能普適網(wǎng)絡(luò)。它把計(jì)算能力網(wǎng)絡(luò)化，使應(yīng)用與服務(wù)智能化、普適化，從而滿足用戶追求“無(wú)處不在、無(wú)所不能”的普適、協(xié)同、智能的體驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。智能普適網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

利用云計(jì)算的虛擬化技術(shù)可以建立支撐網(wǎng)、業(yè)務(wù)網(wǎng)、統(tǒng)一基礎(chǔ)設(shè)施資源池[15]；以云計(jì)算的理念對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施資源池進(jìn)行組織和運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)虛擬資源控制和管理；通過(guò)IaaS、PaaS和SaaS實(shí)現(xiàn)服務(wù)提供；通過(guò)普通公有云和虛擬專(zhuān)用云（如同公眾通信網(wǎng)中的MPLS、IP虛擬專(zhuān)用網(wǎng)、SDH、ATM租線等）向終端（個(gè)人電腦、手機(jī)、云終端、物聯(lián)網(wǎng)傳感器、普適終端等）提供服務(wù)與控制。其中普通公有云面向公眾對(duì)象提供現(xiàn)有通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、IT支撐系統(tǒng)所提供的業(yè)務(wù)；虛擬專(zhuān)用云利用運(yùn)營(yíng)商的公共計(jì)算網(wǎng)資源，為企業(yè)構(gòu)建了一個(gè)滿足企業(yè)自身發(fā)展需要的虛擬私有云。利用普適計(jì)算，可將計(jì)算能力傳輸?shù)饺魏涡枰牡胤?，滿足人們隨時(shí)隨地的信息獲取和計(jì)算任務(wù)的需求，并且這一過(guò)程對(duì)用戶來(lái)說(shuō)完全透明。智能普適網(wǎng)絡(luò)致力于建立以人為本的計(jì)算環(huán)境，使計(jì)算融入生活、工作（生產(chǎn)與管理），為使用者提供全方位、立體的服務(wù)空間。

IUN充分滿足了未來(lái)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和“三網(wǎng)融合”的各種需求，可以把各種分布式模塊之間紛繁復(fù)雜的互聯(lián)、通信、協(xié)作以一種有機(jī)統(tǒng)一的方式組織和管理起來(lái)。在IUN環(huán)境下，小型廉價(jià)的網(wǎng)絡(luò)化普適設(shè)備將融合傳感器設(shè)備廣泛分布在日常生活的各個(gè)場(chǎng)所。普適設(shè)備不僅成為后臺(tái)云服務(wù)的輸出端，而且可廣泛探測(cè)真實(shí)世界的屬性信息，使數(shù)據(jù)收集達(dá)到前所未有的規(guī)模，進(jìn)而支撐核心云計(jì)算的數(shù)據(jù)挖掘，使服務(wù)更加個(gè)性、精確，實(shí)現(xiàn)電信業(yè)務(wù)的精細(xì)化運(yùn)營(yíng)。例如，早間交通報(bào)道主要依賴道路攝像頭和歷史數(shù)據(jù)所提供的推測(cè)，而有了IUN環(huán)境，所有配備計(jì)算機(jī)芯片的汽車(chē)就會(huì)向核心云平臺(tái)提交實(shí)時(shí)路況的信息，云平臺(tái)依據(jù)數(shù)據(jù)融合結(jié)果，反饋?zhàn)罴研旭偮肪€。云強(qiáng)大的計(jì)算能力和高速網(wǎng)絡(luò)保證了反饋的實(shí)時(shí)性。IUN將各種技術(shù)糅雜在一起，形成一個(gè)無(wú)縫的設(shè)備生態(tài)系統(tǒng)，所有設(shè)備都能交互作用。

3 分布式智能開(kāi)放系統(tǒng)

分布式智能開(kāi)放系統(tǒng)（DIOS, distributed intelligent open system）是智能普適網(wǎng)絡(luò)的核心系統(tǒng)，其組網(wǎng)拓?fù)淙鐖D2所示。

3.1 數(shù)據(jù)中心層

數(shù)據(jù)中心層是由網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中心和用戶數(shù)據(jù)中心 3個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)(BDS, business data system)。相比傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)最大的不同之處在于增加了一個(gè)新系統(tǒng)，即網(wǎng)絡(luò)“大腦”，由此使網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)、經(jīng)營(yíng)和管理具有了智能特性。

圖1 智能普適網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

圖2 DIOS組網(wǎng)拓?fù)?/p>

各種終端、傳感器和網(wǎng)絡(luò)捕獲的多種信息元數(shù)據(jù)，包括網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)、上下文感知數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)和用戶行為數(shù)據(jù)等都存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)中心層，構(gòu)成海量分布式文件、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)和業(yè)務(wù)模型庫(kù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析與處理，對(duì)網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)、終端提供“普適”、“協(xié)同”、“智能”的一致性控制與服務(wù)和經(jīng)營(yíng)管理支撐。

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心主要收集、存儲(chǔ)和處理網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，為網(wǎng)絡(luò)智能管理提供支撐，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)狀態(tài)分析，動(dòng)態(tài)產(chǎn)生控制策略，下發(fā)到云路由器、云交換機(jī)、HLR（歸屬位置服務(wù)器）、STP（信令轉(zhuǎn)接點(diǎn)）和網(wǎng)關(guān)等，自動(dòng)、智能地提供網(wǎng)絡(luò)控制。

業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中心主要收集、存儲(chǔ)和處理業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)，為業(yè)務(wù)受理、計(jì)費(fèi)與結(jié)算、客戶服務(wù)和業(yè)務(wù)策略部署提供商業(yè)智能支撐。

用戶數(shù)據(jù)中心主要通過(guò)對(duì)用戶使用網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)、終端產(chǎn)生的行為數(shù)據(jù)進(jìn)行特征分析，建立業(yè)務(wù)策略模型庫(kù)，實(shí)現(xiàn)用戶服務(wù)的個(gè)性化與智能化。

3.2 云資源系統(tǒng)層

云資源系統(tǒng)由云存儲(chǔ)、云計(jì)算和云網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 3部分組成，相比傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)不同之處在于增加了新的服務(wù)能力，即“云計(jì)算”，由此使網(wǎng)絡(luò)具有了強(qiáng)大的計(jì)算能力與共享服務(wù)能力。其中，云交換機(jī)和云路由器是一種新型可編程、可虛擬化、自適應(yīng)和智能調(diào)度與資源共享構(gòu)成的精簡(jiǎn)架構(gòu)，即“智能交換機(jī)和智能路由器”。云資源系統(tǒng)層將資源和策略集中處理，支持各種協(xié)議，由此實(shí)現(xiàn)了接入普適化和控制智能化。

3.3 能力引擎層

能力引擎由事務(wù)處理引擎、業(yè)務(wù)控制引擎、數(shù)據(jù)分析引擎和上下文感知協(xié)同引擎4部分組成，相比傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)不同之處在于增加了資源和支撐能力的開(kāi)放使用，即“智能工具”，由此使網(wǎng)絡(luò)能力實(shí)現(xiàn)開(kāi)放和共享。

事務(wù)處理主要是指：基于工作流的業(yè)務(wù)流程和管理流程實(shí)現(xiàn)過(guò)程。如BSS（業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)）、PRM（合作伙伴關(guān)系管理）、OSS（運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)）、ODS（開(kāi)放式數(shù)據(jù)服務(wù)）、OA（辦公自動(dòng)化）等。

數(shù)據(jù)分析主要是指：基于特定的計(jì)算規(guī)則對(duì)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，以期從海量信息中得到規(guī)律性的認(rèn)識(shí)。如 BI（經(jīng)分系統(tǒng)）、CRM（客戶關(guān)系管理系統(tǒng)）和搜索引擎業(yè)務(wù)。

業(yè)務(wù)控制主要是指：根據(jù)預(yù)先設(shè)定的規(guī)則，對(duì)網(wǎng)絡(luò)組織、業(yè)務(wù)控制、應(yīng)用適配、服務(wù)交付等進(jìn)行策略管控。如SBC（會(huì)話邊緣控制）、CSCF（呼叫會(huì)話控制功能）、SDC/HLR/HSS（用戶數(shù)據(jù)中心/歸屬位置寄存器/歸屬用戶服務(wù)器）、AAA（驗(yàn)證、授權(quán)和賬戶）、API、SDP（會(huì)話描述協(xié)議）等。電信增值業(yè)務(wù)平臺(tái)中的業(yè)務(wù)控制模塊和計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的用戶信用控制模塊都是這方面的典型應(yīng)用。

上下文感知協(xié)同主要是指：在免打擾或無(wú)察覺(jué)的狀態(tài)下，基于對(duì)象（人或物）的上下文狀態(tài)信息（即對(duì)象身份、行為、關(guān)系、事件、位置、時(shí)間、環(huán)境等）感知對(duì)象的實(shí)時(shí)需求，動(dòng)態(tài)提供服務(wù)與控制行為，對(duì)互連普適終端與應(yīng)用提供數(shù)據(jù)交換、消息交互、服務(wù)發(fā)現(xiàn)、任務(wù)協(xié)調(diào)等系統(tǒng)級(jí)支持，從而向?qū)ο筇峁o(wú)所不在和透明訪問(wèn)方式的個(gè)性化、智能化服務(wù)。

3.4 資源控制節(jié)點(diǎn)層

資源控制節(jié)點(diǎn)層基于分布式架構(gòu)技術(shù)，屏蔽系統(tǒng)內(nèi)部復(fù)雜的物理和邏輯結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)持續(xù)業(yè)務(wù)提供能力、自適應(yīng)負(fù)載均衡能力、帶寬匯聚能力、分布式存儲(chǔ)能力和動(dòng)態(tài)資源調(diào)度能力，進(jìn)行實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)與不同業(yè)務(wù)引擎的適配，形成自動(dòng)智能調(diào)度。具有自組織、自適應(yīng)、自愈、高可靠性、低成本的特點(diǎn)?？蓜?dòng)態(tài)管理網(wǎng)絡(luò)中云計(jì)算、云存儲(chǔ)資源及各種能力引擎服務(wù)器，可根據(jù)訪問(wèn)對(duì)象的地理位置、服務(wù)需求，并考慮負(fù)載均衡、成本效益等因素，動(dòng)態(tài)智能地分配最合理的服務(wù)資源給對(duì)象，實(shí)現(xiàn)無(wú)所不在的普適終端協(xié)同互聯(lián)。

3.5 智能接入網(wǎng)關(guān)層

通過(guò)智能接入網(wǎng)關(guān)將普適終端接入云中，包括物理接入網(wǎng)關(guān)和業(yè)務(wù)平臺(tái)接入網(wǎng)關(guān)，屏蔽物理設(shè)備和業(yè)務(wù)平臺(tái)的差異，進(jìn)行不同終端接入的智能適配，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一接入。由于各種終端擁有的資源不同且動(dòng)態(tài)變化，需要智能接入網(wǎng)關(guān)層進(jìn)行自動(dòng)發(fā)現(xiàn)識(shí)別和智能適配。包括不同需求和資源匹配時(shí)的適配策略（如改變應(yīng)用行為，降低應(yīng)用服務(wù)質(zhì)量）；不同需求和多種資源的適配策略（如為應(yīng)用選擇適合的計(jì)算資源）；不同終端交互互通的適配策略。

3.6 終端層

終端是指應(yīng)用或服務(wù)獲取的末端設(shè)備，包括個(gè)人電腦、手機(jī)、傳感器和各類(lèi)具有計(jì)算與通信能力的電子、電器設(shè)備或工具。尤其云終端和普適終端是云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用興起，又派生出新的終端形態(tài)。

云終端是一種精簡(jiǎn)、低廉但高性能的個(gè)人計(jì)算機(jī)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以共享、按需、彈性和復(fù)用方式獲得計(jì)算資源和應(yīng)用能力，相比傳統(tǒng)意義的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)和瘦客戶機(jī)具有更大成本與性能優(yōu)勢(shì)；普適終端是具有一定感知能力、計(jì)算能力和通信能力的多形態(tài)設(shè)備，包括手機(jī)、感知設(shè)備（傳感器、RFID、攝像頭等），以及一些電子、電器設(shè)備（如相機(jī)、電視機(jī)、播放器、冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)等）。云計(jì)算的出現(xiàn)可以降低云終端和普適終端的復(fù)雜性，減少終端功耗，簡(jiǎn)化終端計(jì)算系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)，使復(fù)雜的協(xié)同、上下文感知、自適應(yīng)策略等功能放在云中實(shí)現(xiàn)。

DIOS系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。對(duì)應(yīng)于DIOS組網(wǎng)拓?fù)?，系統(tǒng)架構(gòu)采用分層結(jié)構(gòu)，BDS業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)通過(guò)智能資源適配獲取所需資源，在此基礎(chǔ)上為實(shí)現(xiàn)DIOS各個(gè)層次功能提供數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的普適、協(xié)同和智能。

業(yè)務(wù)交付與支撐系統(tǒng)和安全可信與保障系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)架構(gòu)的管理與控制，使系統(tǒng)具有智能運(yùn)營(yíng)、交付和服務(wù)能力。這2個(gè)系統(tǒng)主要關(guān)注端到端業(yè)務(wù)能力提供，包括業(yè)務(wù)受理、計(jì)費(fèi)與結(jié)算、客戶服務(wù)等。

4 DIOS關(guān)鍵技術(shù)

4.1 統(tǒng)一虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)是DIOS實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，包括服務(wù)器虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化以及網(wǎng)絡(luò)虛擬化。具體包括異構(gòu)服務(wù)器虛擬化、異構(gòu)虛擬機(jī)遷移、異構(gòu)存儲(chǔ)設(shè)備整合、承載網(wǎng)和控制網(wǎng)絡(luò)虛擬化、自組織網(wǎng)絡(luò)、可重構(gòu)智能網(wǎng)絡(luò)等，是目前復(fù)雜物理設(shè)備環(huán)境下的必然需求。它可充分利用異構(gòu)資源，為數(shù)據(jù)、計(jì)算和存儲(chǔ)能力提供統(tǒng)一接口，屏蔽物理結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)資源的統(tǒng)一管理和使用。

4.2 海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)

業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)，對(duì)其處理、分析和挖掘能力是實(shí)現(xiàn)DIOS智能化的關(guān)鍵。目前最常用的海量數(shù)據(jù)處理編程模型是由 Google公司設(shè)計(jì)的MapReduce編程模型，后來(lái)也運(yùn)用在開(kāi)源的云技術(shù)Hadoop中。MapReduce編程模型通過(guò)將一個(gè)任務(wù)分成很多細(xì)粒度的子任務(wù)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模數(shù)據(jù)集的并行運(yùn)算。由于MapReduce封裝了并行處理、容錯(cuò)處理、數(shù)據(jù)本地化優(yōu)化、負(fù)載均衡等技術(shù)難點(diǎn)的細(xì)節(jié)，使得MapReduce庫(kù)易于使用。MapReduce運(yùn)行在規(guī)?？蓜?dòng)態(tài)調(diào)整的云計(jì)算環(huán)境上，處理TB級(jí)別以上的數(shù)據(jù)。

4.3 普適網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

DIOS系統(tǒng)是建立在互連互通基礎(chǔ)上的架構(gòu)，無(wú)處不在的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境融合了無(wú)線網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)等，還包括 RFID網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線傳感器網(wǎng)、GPS網(wǎng)絡(luò)等多種不同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)。普適計(jì)算網(wǎng)絡(luò)需要支持異構(gòu)環(huán)境和多種設(shè)備的自動(dòng)連接，對(duì)環(huán)境的變化具有自適應(yīng)性，提供無(wú)處不在的通信服務(wù)。

圖3 DIOS系統(tǒng)架構(gòu)

4.4 統(tǒng)一云管理技術(shù)

云管理技術(shù)是實(shí)現(xiàn)DIOS的關(guān)鍵，它決定系統(tǒng)的效率和可用性。統(tǒng)一云管理技術(shù)通過(guò)虛擬機(jī)調(diào)度管理，實(shí)現(xiàn)虛擬服務(wù)器資源自動(dòng)配置和調(diào)度；通過(guò)部署管理，支持操作系統(tǒng)和應(yīng)用的自動(dòng)化安裝、配置和批量部署；通過(guò)存儲(chǔ)管理，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)存儲(chǔ)資源整合，遠(yuǎn)程復(fù)制功能（同步及異步）、遠(yuǎn)程鏡像復(fù)制和快照。

4.5 上下文感知計(jì)算

DIOS上下文感知協(xié)同引擎的關(guān)鍵模塊就是上下文感知計(jì)算，它利用上下文信息向?qū)ο筇峁└咝实男畔⒔换?，并提高服?wù)的針對(duì)性。其主要技術(shù)包括：上下文模型、上下文感知和采集技術(shù)、上下文存儲(chǔ)查詢和管理技術(shù)、上下文推理和有效利用技術(shù)等。通過(guò)對(duì)終端的行為分析，以及分布在全網(wǎng)的各類(lèi)型感知設(shè)備，可以獲得海量的有效信息量；通過(guò)對(duì)這些信息進(jìn)行有效地分類(lèi)存儲(chǔ)、查詢和管理，上下文應(yīng)用可根據(jù)這些信息進(jìn)行分析和計(jì)算，以便更好地服務(wù)于對(duì)象。

4.6 業(yè)務(wù)能力引擎

DIOS業(yè)務(wù)能力引擎決定了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和快速業(yè)務(wù)交付能力。通過(guò)業(yè)務(wù)能力引擎，系統(tǒng)對(duì)外開(kāi)放了基礎(chǔ)電信能力，使第三方開(kāi)發(fā)者方便開(kāi)發(fā)低成本業(yè)務(wù)，吸引更多用戶，提高業(yè)務(wù)開(kāi)放和聚合能力。開(kāi)放業(yè)務(wù)能力引擎，加快了新業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)速度，可全面快速響應(yīng)對(duì)象新的需求。業(yè)務(wù)能力引擎由事務(wù)處理引擎、業(yè)務(wù)控制引擎、數(shù)據(jù)分析引擎和上下文感知協(xié)同引擎4部分組成，是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)智能化的工具。

4.7 智能資源適配

智能資源適配層實(shí)現(xiàn)引擎的管理和調(diào)度。根據(jù)上層業(yè)務(wù)類(lèi)型不同，自動(dòng)適配不同業(yè)務(wù)能力引擎，進(jìn)而使用不同的計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源，使上層應(yīng)用效用最大化，底層資源實(shí)現(xiàn)最合理利用。

4.8 終端技術(shù)

終端技術(shù)需要關(guān)注計(jì)算系統(tǒng)交互模式與用戶體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)用戶或?qū)ο蠖嗤ǖ乐鲃?dòng)輸入信息和系統(tǒng)自動(dòng)獲取上下文信息的無(wú)縫融合，從而向用戶或?qū)ο筇峁┩该鞯挠?jì)算服務(wù)，使其注意力回歸到任務(wù)本身，實(shí)現(xiàn)普適、協(xié)同和智能的目標(biāo)。

接入DIOS系統(tǒng)的終端位于普適計(jì)算和泛在網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境，同時(shí)具有多樣化、智能化和多?；忍匦裕谒谢ミB的末端區(qū)域內(nèi)要實(shí)現(xiàn)各種終端能力、通信方式和接入手段的有機(jī)結(jié)合，需要借助終端智能協(xié)同技術(shù)，主要涉及基于終端協(xié)同的自組織自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)控制、移動(dòng)性管理和終端協(xié)同對(duì)系統(tǒng)性能的影響評(píng)估機(jī)制等。

4.9 系統(tǒng)安全和用戶隱私保護(hù)技術(shù)

DIOS系統(tǒng)通過(guò)融合物理空間、數(shù)字虛擬空間和人類(lèi)感知，自發(fā)為人們提供隨時(shí)隨地的透明的個(gè)性化服務(wù)，其無(wú)處不在和移動(dòng)特性需要系統(tǒng)安全和用戶隱私保護(hù)技術(shù)保障。系統(tǒng)安全保護(hù)技術(shù)涉及動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)連接和開(kāi)放系統(tǒng)安全機(jī)制，而用戶隱私保護(hù)技術(shù)則主要包括隱私保護(hù)策略、隱私保護(hù)協(xié)議、認(rèn)證和訪問(wèn)控制等。

5 結(jié)束語(yǔ)

普適計(jì)算是20世紀(jì)90年代計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的一次革新，推動(dòng)了以傳感器網(wǎng)絡(luò)帶動(dòng)的計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。今天，由于云計(jì)算的出現(xiàn)，帶來(lái)了普適計(jì)算的新發(fā)展，兩者結(jié)合，必將使電信網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)為智能普適網(wǎng)絡(luò)，電信管道變?yōu)椤爸悄芄艿馈保詫?shí)現(xiàn)“無(wú)處不在、無(wú)所不能”的服務(wù)。

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