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通信网络的基本问题范文1
实验教学手段的优势“教学实验箱+常用仪表”可以说是所有院校实验室的实践设施基本配置,它是长期教学方法的结晶。现在的通信专业课程实验设备多为科研成果的浓缩,从基础实验到开放创新、二次开发实验,从课题设计到毕业设计实验,学校只需要一次性经费投入,就可长期发挥作用。它很适合于传统的验证性实验和开放型实验教学。实验教学手段的优势主要体现在以下几个方面:(1)利用实验箱可以演示知识点的核心原理。实验过程直观明了,使用安全可靠,操作方便,测试手段简单且性价比高,教师易教,学生易懂。例如,FSK调制的验证实验,实际的FSK电路集成在一个芯片中,学生只能观测其端口表现。但是在通信原理实验箱中,各种调制解调器、位时钟提取等电路采用分立元件构成,却能够生动观测到各中间过程的波形,使学生能够真正了解其调制过程及详细原理。(2)实验内容丰富。既能完成通信专业基础课的实验,又能与通信技术相结合,完成通信系统及其接口技术等课程的实验。(3)实验方法灵活。学生可以通过实验系统做例题实验,许多实验箱还可借助仿真器做开发实验,也可用实验系统配备的软件,将编制的目标文件下载到实验装置,验证实验结果。(4)实验系统开放,实验系统资料完备。实验指导书、实验手册、实验电路图集、课程设计、毕业设计及二次开发实验指南等资料厂家通常都会提供给用户。另外,实验系统所有的硬件及相关资料通常对用户完全开放,学生可以在此基础上进行特殊的功能扩展或开发自己的课题以及进行二次开发实验。可以满足学生不同程度学习目标的要求。
目前实验教学中存在的问题在实验教学过程中,教师可以通过提问讲解相关知识,使学生能够举一反三。因此,应立足于传统实验教学方式提高实践教学效果。同时,应该重视并解决好以下几个方面的问题:(1)高等职业教育是我国高等教育大众化的主要承担者,随着我国高等教育走向大众化,大量的“三校生”(从技校、中专、职业学校毕业的学生)走进了高职院校的大门,加上高中毕业的“三年制”学生和初中毕业的“3+2”学制学生,造成生源质量的个体差异明显加大。体现在实验课教学中,许多学生对实验原理不感兴趣,只对原理应用或自己认识的部分知识感兴趣。不去了解理论,做实验仅仅是来凑热闹。做实验时心不在焉,只完成本次实验任务,对其他问题却漠不关心。(2)实验系统的实验效果有限。目前通信实验设备市场上的实验模拟设备(如实验箱),箱式实验设备均局限于电路层,只能使学生简单观测预设的数据和波形和掌握通信基本原理,模拟效果非常有限,无法有效地锻炼学生对通信网络的实际运用能力。(3)由于通信设施具有系统性,涉及的设备类别较多,包含通信终端、复用设备、传输设备和交换设备等。尤其是对通信网络系统的运营、测试、管理等技能培训,没有真实网络环境是难以完成的,也很难使学生(尤其是高职院校的学生)建立感性认识,很难与实际系统联系在一起。因此,我们不仅要加强对学生实验教学的指导,了解学生的兴趣点,积极引导并多加鼓励,提高学生自主学习能力,而且也应充分认识到传统实验教学的局限性。
专业技能实训课程教学的现状
高职教育把自己的培养目标确定为无需过渡期即可直接顶岗的中高级技术人员和管理人员。这就是说,高职教育培养的人才动手能力应非常强。因此,可以说,实训课的成功与否标志着高职教育的成败。
贯彻“以能力为中心”的教育思想,也需要体现在实训课程中。在课时安排上,理论课与实训课的比例应达到1∶1。在教学方法上,应保证学生能真实地接触实际,真刀真枪地体验一番。较理想的方式就是在企业设立实训基地,让学生同企业员工同工作、同生活,真实感受企业氛围。通过这样的实训,既可以培养学生的职业技能,又可以培养职业观念、文明生产的习惯和严格认真的工作作风,培养学生的动手能力和工作责任心。
产学研结合,校企全程合作培养人才,实现校企“双赢”,这是高职教育改革与发展的基本趋势。但是,当前开展校企合作和产学研结合工作客观上存在许多困难。通信专业在实训环节面临的问题尤为突出,主要表现在:(1)学生校外实训场地较难安排。一方面,通信设施具有系统性,涉及的设备类别较多,对通信系统的运营、测试、管理等技能培训,没有完全的网络环境是难以进行的。另一方面,由于通信机房的环境及管理要求,难以接纳成批的学生进行实习。(2)学生在校外实训基地常常缺乏实际动手操作机会。由于实训基地的现场设备和系统都处于正常运转状态,考虑到系统运行的安全性,大多数实训教学也只是安排有限的参观电信部门现场设备,致使一些通信专业学生(甚至有些专业教师)离开学校时还没有动手调试过程控交换机、光网络传输等常用设备,这也是导致用人单位在招聘时不愿意考虑应届毕业生的原因之一。(3)有些学校在校内进行专业实训,但实训设备普遍不具有代表性,设备制式庞杂,连不成系统。因此,学生能力培养难以满足工作岗位的实际技能要求。有些学校即使购置了先进的工程用通信设备,但又面临设备的技术支持、实训项目及其指导书的开发等新问题。建立校内实训系统的可行性
采用成套的设备,搭建完整的系统,可以给学生提供一个符合实际操作现场的全程全网的实验、实训环境,学生可以自己组建各种通信网,并从中了解各种网络传输技术及接入技术,掌握各种通信常用设备及仪器的使用,了解通信网络系统的运营、测试、管理等,建立全程全网的概念。
因此,能够将现场设备搬到学校,在学校建立一套真实的、规范化的、精简的电信运营网络是解决通信专业实训安排难题和充实实训内容的重大举措。它对培养学生的系统观念、多理论知识点的综合应用水平、实际设备和测试仪表的操作能力等都会有本质的改观。具有丰富教学内容,深化教学层次,提高教学水平的功能。
通过对近年来通信技术和设备市场的了解,笔者认为,将现场设备搬到学校,在学校建立一套真实的、精简的电信运营网络是可行的,时机已经到来。主要原因是:(1)目前的通信设备总体价格已经较几年前有了明显下降。实训系统建设资金投入甚至可以与实验模拟设备(如实验箱)相比拟。(2)已经有极少数系统集成商介入了学校的这块市场,并且针对教学需求开发了第三方支持软件和配套的实训项目文件。
与此同时,对校内实际通信系统进行合理设计、建设及有效的使用和管理等问题,需要我们事先有清醒的认识,做好充分的准备(尤其是对系统技术方案的设计),并应把握以下原则:(1)以实际通信系统为主,主要面向通信网络系统的运营、测试、管理等技能训练;实验模拟设备为辅,主要进行基本原理的验证,传统的验证性实验要继承、保留。(2)校内实际系统不可能完全替代现场系统,两者应互为补充,适当安排校外的现场实习是必需的。(3)校内实际通信系统的建设、实训内容的进一步开发以及对系统的运行管理等必须配套。
基于以上分析,对于宽带交换网络实训系统方案的设计应与目前各大电信运营网络接近,首选在国内电信大网中有着高占有率的著名通信设备生产商提供的设备,又不能完全照搬这些大网的实施技术方案。而应将学校的通信实训系统设计成电信大网的简化缩影。突出主流技术及业务,充分考虑教学实施方式和系统建设总成本等因素。
这样,一个全方位、立体交叉布局的实训体系将为实践教学打下坚实的平台,使每个学生经过2~3年的学习都能学到一定的专业知识与一技之长,并在专业平台上做到“广基础、宽平台、活模块、强技能”。同时,为产学研相结合提供实践舞台。
典型案例:宽带交换网络实训平台总体方案
如图所示是笔者所在学院正在建设的宽带交换网络实训系统方案。本方案的功能及特点如下:(1)系统结构主要由程控交换平台、光网络传输平台、宽带数据业务平台三部分组成。在硬件方面三部分相互独立,通过信令将各部分连接组成一个整体。网络类型多样,接口种类丰富,涉及PSTN、AN、IN、Internet、ISDN、SDH、HFC、WLAN、LAN等网络的接口,选用规模商用、成熟先进的设备,同时兼顾成本,尽量采用小规格但功能完备的产品,可以说是中国电信网络的简化缩影。(2)系统应用方面,可以方便地开展常用的网络业务。本方案包含了电信网络目前所运营的几种主要业务:语音业务、视频业务、数据业务。并可实现窄带和宽带综合业务的接入;(3)实训内容完全满足实际工程应用,系统组建灵活,具有较强的开放性,可以根据具体需求裁减、调配设备。学生可动手修改网络设置、配置业务、添加新用户等,对网络进行维护和管理,完全置身于真实的网络环境之中。(4)利用此系统,今后还可以将学校通信技术技能演练基地功能拓展为通信技能培训鉴定中心,开展通信技术工种的技能鉴定考证工作。同时,也为指导教师及学生提供了宽广的产学研结合的技术平台,提升学校的网络通信教学和科研水平。可以说,良好的校内实践基地是学校培养高技能人才的一大特色。
实训环境、实验设备的不足及落后,必将严重影响教学质量,成为专业发展的“瓶颈”。应尽量给学生构建宽阔的专业基础平台,使学生具备本专业的基本素质,加强实践教学环节,增加与实践教学紧密结合的教学内容,这是见效明显的举措。同时,实践教学环节建设也是提高专业社会认可度,进而推动学校可持续发展的必要条件。
因此,在充分利用传统的实验实训设施的基础上,构建宽带交换网络通信实训系统这一全新的专业实训平台,将会使学生在真实的通信网络环境中学习掌握最新的通信知识和技术,增强专业素质,尽快适应将来工作岗位,快速贴近实际电信网络,提高就业竞争力。
参考文献:
[1]教育部高教司.教学相长——高等职业教育教师基础知识读本[M].北京:高等教育出版社,2005.
通信网络的基本问题范文2
这些情况,充分说明了一个基本问题:由广义的电信网(包括电信网、广播电视网与互联网)构成的网络空间,已成为人类社会的“第二类生存空间”,网络与信息安全问题更亟须妥善有效的应对,国家的管辖权必须要延伸到网络空间,并确立安全可靠的国家网络空间。
当前,中国通信、互联网及银行使用的大部分软硬件产品,大都来自西方发达国家。与此同时,互联网的出现,促使网络成为受众超过任何媒体、影响力迅速增长的巨大新媒体。根据统计,中国网民已接近6亿,其中手机网民4.64亿,他们已成为与网络互动的自媒体。但同时,互联网也成为以讹传讹的谣言温床,并因为流传速度快,影响面广,对社会秩序造成的影响也越来越大。
此外,全球市场环境正发生重大变革,中国经济发展模式也正由出口外向型转向更多依靠内需,为此,中国正在积极推动信息消费与两化融合,以此拉动国内有效需求,推动产业结构和社会经济转型升级,这也需要更加安全、高效的信息通信网络作为基础支撑。
在这样的形势下,深化电信改革,打造一个高效可靠的国家网络空间治理体系,已经刻不容缓。一是加强政府对通信信息的管理体系是当务之急。
站在国家利益全局的高度,统筹国家优势资源,设计和构建国家统一的网络空间治理体系,强化网络空间的管控能力、网络产业的推动能力、网络国防的支撑能力和网络文化的引导能力等四项能力,应该成为这个治理体系的四项最重要职能。目前,美国电信业是由对国会负责的独立政府机构FCC(美国联邦通讯委员会)管理。相比之下,中国通信信息的管理体系亟待充实。
二是必须实施网业分离,深化国有电信公司改革。
国家控股的电信公司是为各行各业提供基础保障的具有公益特点的部门,应该通过网络、网络基础平台(包括应用基础平台)和电信基础数据,向政府、企业与民众提供安全可靠又廉价的基础服务。但由于同时担负了更多的大众常规通信服务职能,所以电信公司一直不得不在基础服务和市场盈利之间进行艰难平衡。这既增加了管理难度,也让电信公司面临越来越大的挑战。
要解决这个问题,可以着力推动网业分离,电信变身为像水、电、气一样的民生服务提供者,提供电信网络支撑。其他竞争性或服务性的业务,则原则上支持由民企及国有中小企业开拓发展。
此外,基础网络建设应逐步国产化,以华为、中兴等国内企业的硬件设备和国内软件公司研发的国产软件为主,以此为基础打好网络基础设施的安全战。同时加强网络安全的研究与投资,并建立与之配套的扶持政策体系和市场环境。值得注意的是,必须改变电信公司以完成销售收入与利润为中心的运营现状,将电信的基础服务保障作用及安全保障作用,作为企业考核的主要内容。
三是需要在深化电信改革的统一部署下,实现三网融合。
随着互联网技术的飞速进步,传统的电信网与广播电视网将逐步融入新一代的互联网,广播电视系统不应另建一个专用互联网。三网融合的困难是部门利益的分割之争。只有对国家网络空间治理体系进行科学的顶层设计,才能实现在统一网络基础上的职责与业务的合理分工,完成三网融合的重大改革之举。
四是必须在避免重复建设的原则基础上,开展第四代移动通信系统建设。
以第三代移动通信系统投资为参考,若三大电信公司各建一个4G网,总计将投资近万亿人民币。如果广播电视系统从头开始再建一个4G网,则要再增加数千亿。对这样大的投资,应花大力气进行符合科学发展的总体可行性研究。
通信网络的基本问题范文3
关键词:通信工程;发展现状;网络安全;解决对策
1发展现状
我国通信工程专业是源于电机系电机工程专业,并由有线电、无线通信、电子技术等专业相互渗透、相互补充而发展起来的一门综合产业。在20世纪的初期,我国的多所大学就曾经先后建立过“无线电门”和“电讯组”,建国以后,我国高等学校在苏联高等教育的基础上,对各高校的电机系和电机工程专业进行大规模的调整,为现代通信工程技术的人才培养积蓄着雄厚的力量。
通信工程在我国真正地进入快速发展是在20世纪80年代,这个时期从美、日、英等发达国家吹过来的信息革命这股飓风。为我国通信工程专业的发展增添了强劲的动力,也是从这时起,通信工程专业有了它现在的名称。大量的技术成果如:晶体纤维生长与晶体光纤器件的研究,光纤高温传感器、光纤环形腔的细度及环形激光器的研究,窄线宽可调谐半导体激光器及相关技术等都走在了世界的前沿。
2存在的问题
随着信息技术的广泛应用。人类社会经历着一场前所未有的全方位的深刻变革,网络通信已广泛地应用于政治、军事,经济及科学等各个领域,它改变了传统的事务处理方式,对社会的进步和发展起着很大的推动作用,与此同时,人们也越来越意识到信息安全的重要性,因此,信息在网络通信中的安全性、可靠性日趋受到通信网络设计者与网络用户的重视。
鉴于信息安全开始对国家安全产生了重大的影响,需要准确认识信息安全的基本问题与表现方式,清晰了解保障信息安全所依赖的信息网络化的客观规律。从而做到有的放矢,以便真正发挥作用,在这里我们着重讨论通信工程中的网络通信安全。网络通信安全一般是指网络信息的机密性、完整性、可用性、真实性、实用性、占有性。从技术层面上来看,反映在物理安全、运行安全、数据安全、内容安全四个不同的层面中。而现在网络通信的安全问题可以大体分为;内网通信安全和网络问信息传播安全两个方面。
3解决对策
3.1内网通信安全
3.1.1采用安全交换机
由于内网的信息传输采用广播技术,数据包在广播域中很容易受到监听和截获,因此需要使用安全交换机。利用网络分段及VLAN的方法从物理上或逻辑上隔离网络资源,以加强内网的安全性。
3.1.2操作系统的安全
从终端用户的程序到服务器应用服务、以及网络安全的很多技术,都是运行在操作系统上的。因此,保证操作系统的安全是整个安全系统的根本。除了不断增加安全补丁之外,还需要建立一套对系统的监控系统。并建立和实施有效的用户口令和访问控制等制度。
3.1.3使用网关
使用网关的好处在于网络数据包的变换不会直接在内外网络之间进行,内部计算机必须通过网关。进而才能访问到Internett这样操作者便可以比较方便地在服务器上对网络内部的计算机访问外部网络进行限制。
3.1.4使用密钥管理
在现实中,入侵者攻击Internet目标的时候,90%会把破译普通用户的口令作为第一步。以Unix系统或Linux系统为例,先用“fjnger远端主机名”找出主机上的用户账号。然后用字典穷举法。
如果这种方法不能奏效,入侵者就会仔细地寻找目标的薄弱环节和漏洞,伺机夺取目标中存放口令的文件shad-OW或者passwd.然后用专用的破解DES加密算法的程序来解析口令。
在内网中系统管理员必须要注意所有密码的管理。如口令的位数尽可能的要长;不要选取显而易见的信息做口令;不要在不同系统上使用同一口令;输入口令时应在无人的情况下进行;口令中最好要有大小写字母、字符、数字;定期改变自己的口令:定期用破解口令程序来检测shadow文件是安全。没有规律的口令具有较好的安全性。
3.2网络间信息传播安全
所谓的网络信息传播安全主要是指网络信息在传播的过程中应保持信息本身的完整性、可用性和机密性。信息网络的通信是由通信协议堆栈完成的,通信协议大致可分为应用层、传输层、网络层、链路层和物理层,采用通信协议分层的方式对网络通信进行安全控制可满足信息网络安全通信的需要,保障信息传输的机密性、完整性和可用性,接下来,我们就保证信息传播安全的技术和方法进行探讨。
3.2.1采用数字签名技术
所谓“数字签名”就是通过某种加密算法生成一系列符号及代码组成电子密码进行签名,来代替书写签名或印章,对于这种电子式的签名还可进行技术验证,其验证的准确度是一般手工签名和图章的验证而无法比拟的。它能验证出文件的原文在传输过程中有无变动。确保传输电子文件的完整性、真实性和不可抵赖性。这样数字签名就可用来防止有人修改信息等情况的发生,可以进一步保证信息的完整性、保密性,强化身份识别功能和不可抵赖性,同时数字签名技术还可以提高交易的速度和准确性。
3.2.2数字集群系统网络技术
数字集群系统的信息安全主要涉及用户鉴权、加密、分级用户管理、日志管理、虚拟专网。数字集群系统分为专网运营和共网运营两种方式。数字集群网络对于网络的容量、通信覆盖率、呼叫建立成功率等都有更高的要求。
数字集群通信系统经常应用于应急通信,因此其业务量具有突发性,拥塞控制对于数字集群通信网络也就尤其的重要。拥塞控制可以通过多种方式来实现。数字集群网络的网络结构还具备更高的抗灾变能力,对于重点地区进行基站的双覆盖,由于数字集群系统担负着应急通信的重大使命。因此通常其社会效益要重于经济效益,因此有必要投入一定的资金来提升网络的可靠性。
3.2.3采用量子密码信息加密技术
量子密码术是密码学与量子力学结合的产物,这种加密方法是用量子状态作为信息加密和解密的密钥。量子的一些神奇性质是量子密码安全性的根本保证。到目前为止主要有三大类量子密码实现方案:一是基于单光子量子信道中海森堡测不准原理的方案;二是基于量子相关信道中Bell原理的方案;三是基于两个非正交量子态性质的方案。
量子密码的研究进展顺利。某些方面尤其是量子密钥分发已经逐步趋于实用。面对未来具有超级计算能力的量子计算机,现行基于解自然对数及因子分解困难度的加密系统、数字签章及密码协议都将变得不安全。而量子密码术则可达到经典密码学所无法达到的效果。可以说,量子密码是保障未来网络通信安全的一种重要的技术,我们即将进入到一个量子信息时代。
通信网络的基本问题范文4
关键词 QoS;路由;算法;分析
中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2014)17-0064-01
当前信息时代之下,通信网络的责任在于如何利用有限的数据传输资源和力量为用户提供更为优质的数据传输服务。在这样的需求环境之下,QoS作为重要的网络传输领域技术之一得到了广泛的重视,其路由机制以及相关算法,更是成为数据传输领域中的关注重点。
1 QoS路由技术的发展分析
随着网络中多媒体传输业务的不断增多和日益广泛,如何对网络资源实现优化利用,借以实现降低传输成本,并且有效提升用户的满意度成为了整个行业的最终目标。在这样的环境之下,QoS路由(Quality of Service Routing)作为保证服务质量的重要技术,作为重要的安全机制之一,在解决网络延迟和阻塞等问题方面一直有着良好表现。QoS在数据传输体系中,在区分层面有所表现,这种区分重点表现在两个方面,其一在于对于传输需求的区分对待,即以业务特征作为对于数据传输需求的一种判断,从而提供更具针对性的数据传输服务;而另一个方面则在于针对需要的服务质量展开区分,这是基于用户等级的区分,从而实现基于优先权限的数据传输服务。通过这样的两个主要方面,来对既有的数据传输资源做出优化调整,以优化整个数据传输环境中的资源利用率,并且切实提升用户体验。
从目前的相关研究状况中可以发现,当前实现QoS水平提升主要有两个途径,即面向节点的控制和面向网络的控制。前者的控制工作在耽搁节点或者链路中完成,其控制着手点在于针对单节点共享资源的占用,包括共享的链路、缓存区、处理器资源等方面,常见的节点控制手段包括业务流整形、业务调度、节点缓冲区管理。而面向于网络的控制工作,则主要通过对路由与信令的控制达到对业务流或业务连接在网络中传输的控制,并且考虑到路由在数据传输工作过程中的重要地位,QoS路由已经成为QoS技术簇中的关键技术之一。
QoS路由存在的主要价值,即在于为接入网络中的诸多业务选择满足其需求以及行为特征的最优传输路径,并且以最优的方式配给相应的路径传输资源给该项业务,最终实现满足其服务质量要求的目的。从工作内容的角度看,路由工作本身包括有两个部分的工作内容,即以寻路和探测网络数据传输资源有效性作为主要目的的寻路过程,这个过程中会在节点之间发送相应的信号数据包;另一个部分则是在不同的节点之间交换相应的路由信息。而对于QoS路由工作而言,重要问题首先在于如何确定合理的度量参数来展开寻路,以及在相应的标准参数确定之后,如何找到满足相应数据传输需求的路径,才能切实完成相应的数据传输任务。而在实际的工作过程中,由于网络中传输时延的问题,从而必然会造成相应的节点状态信息在一定程度上存在偏差,这成为了QoS路由算法有效水平有所下降的重要影响因素,而如何切实有效地针对这种问题展开控制,并且最终实现对于QoS路由工作质量的提升,成为了该领域的工作重点。
就目前的状况看,QoS路由的研究重点聚集于单播路由(Unicast Routing)、多播路由(Multicast Routing)以及Adhoc路由三个方面,而对于每一个方面而言,参数的选择和路径的确定都成为基本问题,也就是QoS路由研究的重点所在。
2 QoS路由工作分析
限于文章篇幅,在此仅对QoS路由中的单播路由以及多播路由两个方面作出浅要分析。
首先对于QoS单播路由而言,即目的节点只有一个的路由,通常出现在端对端的传输环境中。在这样的环境下,QoS路由需要面对两个方面的问题,即最优化问题和性能界约束问题。其中前者的任务在于寻找出与相应的QoS度量参数对应的最优路径,而后者的任务则在于确定一条合理的路径,通常以寻找一条大于指定带宽或者小于指定时延的最优路径。
常见的QoS单播路由算法包括最短路径算法、分级路由算法、启发式路由算法、QBR算法以及基于调度策略的路由算法五种。其中最短路径算法关注在网络中获取到从信息源到目标节点之间整体路径权重之和最小,并且以Dijkstra算法和Bellman Ford算法著称于世。前者关注面向网络不断选取最优的最短路径,但是却因此造成资源的浪费,而后者则是在此基础上的改进,但却进一步加剧了节点同步的影响价值。分级路由算法则是专门用于解决大型互连网源路由可扩展性问题,启发式路由算法主要在多限制条件的情况下用以解决QoS路由问题,并且能够有效降低时间复杂度,但却无法保证传输路径的有效发现。QBR算法在资源的利用方面表现良好,通过较小的资源利用即可实现最短路径选择,但是却会因此造成小部分路径拥堵,而进一步改进其面向全网展开选择,则无法有效实现最短路径的需求,同样是一种资源浪费。因此该种算法不断在两端之间寻找平衡点,并且这也成为推动其进一步的助力。最后基于调度策略的路由算法则将分组调度算法引入路由算法的度量值计算环境中,这种做法能够简化路由计算过程,相对而言对QoS路由的多限制问题有所改善。
而QoS多播路由算法,则主要包括了集中式算法以及分布式算法、数据驱动算法以及需求驱动算法、单路径算法以及多路径算法、最大带宽树算法几种,并且具有强烈的对比特征。其中集中式路由算法即显式路由算法货源路由算法,重点在于整个网络中的每一个路由节点都需要维护一个全局状态信息表;而分布式算法则仅需要在每个节点上存储一个距离向量,存储它到其他每个节点的最小时延。数据驱动算法从工作特征上看,则是首先将数据发送至所有节点,一直到传播了否定信息后一些节点才停止转发,此种方法虽然无需传播节点信息,但是却会存在额外传输开销。与之对应的需求驱动算法则由欲加入群组的接收者发起,其能够有效克服数据驱动算法的弊端,但却需要传播节点成员的关系信息。单路径算法与多路径算法的区别在于前者需要由算法提供一条单一的路径将新成员连接到多播树上,而后者则提供多条路径供新成员选择。确定其中最能满足其要求的一条连接到树上。最后,最大带宽树算法则是采用了Dijkstra算法来计算到所有目的节点的最大单向带宽,该优化算法能够为每个节点计算出其从源节点收到数据的预期几率,并且实现相应的带宽分配。
3 结论
对于QoS路由算法的问题,必然会随着通信技术的整体发展而不断进步,同时呈现出对于通信路由领域的重要支持价值。
通信网络的基本问题范文5
在过去的一年多时间里,学术界、产业界、地方政府和广大媒体对于物联网的期望和关注热度一浪高过一浪,物联网俨然已经成为整个ICT领域最耀眼的明星。然而,迄今为止,市场上似乎并没有真正发生什么巨变,三大运营商来自物联网的业务收入扣除视频监控业务后仅剩约3亿元,离人们的巨大期望值相差十万八千里,这究竟是怎么一回事?
因此,我们有必要对物联网的内涵、特征、市场、定位、策略和面临的挑战等一系列基本问题做一次认真的梳理,这将有助于物联网下一步更加理性和务实地发展。
物联网非“网”
物联网泛指“物物相联之网”,是利用二维码标签、射频识别标签(RFID)、各类传感器/敏感器件等技术和设备,通过互联网、电信网实现物与物、物与人之间的信息交互,支持智能的信息化应用,实现信息基础设施与物理基础设施的全面融合,最终形成全社会统一的智能基础设施。需要指出的是,按照ITU-T(国际电信联盟远程通信标准化组织)对于泛在网(含物联网)的定义,泛在网(物联网)是指人和/或设备接入服务和通信的能力,即物联网不是网,或者说不是一个物理上独立存在的完整网络,而是一种架构在现有或下一代公网或专网基础上的联网应用和通信能力,强调的是应用层面上的智能应用。
在网络范畴方面,物联网可以理解为从现有网络向泛在边缘的拓展,即“公网/专网+传感网”。在可以预见的未来,物联网主要涉及与电信网的通信接口、业务应用处理控制平台等, 并不涉及独立建网或大网改造问题。当然,为了适配某些高价值物联网应用,有可能需要对于网络本身进行一些优化和适配,仅此而已。
物联网与ITU-T正在定义规范的泛在网又是什么关系?从通信对象看,物联网强调物与物、物与人的通信;而泛在网还进一步包括了人与人的通信,内涵更加广泛。从另一个角度看,物联网实质上是泛在网要融合协同的一种网络工作模式,是泛在网络及信息化在行业应用角度的一个重要体现,也可以看做是泛在网的一类具体表现形态。
物物相连的希望之光
物联网概念的提出,体现了大融合理念,突破了将物理基础设施和信息基础设施分开的传统思维,具有很大的战略意义。在实践上,我们也期望它能够解决交通、电力和医疗等行业上的一些难题。以交通为例,全球每两秒就有一个人因交通事故受伤或致残,每50秒就有一个人死于车祸,美国每年因交通拥塞造成的经济损失高达780亿美元。这些问题的解决必须依靠现实物理基础设施和虚拟信息基础设施的结合才有可能,而物联网为人们提供了这种希望之光。
从通信的角度看,当今世界现有的通信行为主要是人与人之间的通信(H2H)。目前全球已经有60多亿通信用户,即60多亿通信连接,离全球总人口数已经相差不远,发展空间有限。而物联网涉及的通信对象不仅是人,更多的是“物”,仅仅就目前涉及的物联网行业应用而言,就至少有交通、教育、医疗、物流、能源、环保、制造、安全等行业实现了“物”与“物”之间的通信。目前的个人电子设备有电子书阅读器、音乐播放器、DVD播放器、游戏机、数码相机、家用电器等多种类型,如果这些所谓的“物”都纳入到物联网的通信应用范畴,其可能涉及的潜在通信连接数可达数百亿,远高于现有的人与人之间的通信连接数,这就为通信领域的扩展和企业转型提供了巨大的想像空间。
考虑到物联网的潜在巨大通信连接数量和极具吸引力的融合理念,因而有人将物联网称之为继万维网和移动互联网之后,互联网变革的第三阶段,还有人将之称为大型机、PC机之后,互联网计算模式变革的第四阶段。
简言之,我们正处于一个新时代的黎明,以物联网为代表的新型产业革命为大家开启了巨大的想像空间,各国政府和产业界都对其未来发展寄予了很大的希望。但需要指出的是,这种战略上的巨大市场潜力要真正转化为现实的、有分量的市场收入,还需要经过几十年长期不懈的努力和脚踏实地的工作才有可能,绝不能有不切实际、急功近利的幻想和冲动。
三大特征 四大挑战
从大的方面来看,物联网行业有三个最重要的特征:
第一个特征,是国家和政府驱动, 而非直接的市场驱动。面对世界经济的低迷,从国家的经济发展引擎、信息化、节能环保等战略出发考虑,很多国家都给予物联网高度重视和政策支持;
第二个特征,是物联网产业链复杂而分散,不存在单一责任主体。物联网产业链上主要是薄利小众市场,专业性强、专业门槛高、集中度低、规模性差。
第三个特征,是标准化严重滞后。物联网不存在统一的标准体系,涉及行业多,涉及国内外标准组织多,涉及标准也多,仅RFID器件就有30个国际组织出具了250个标准,专业性、专有性太强,公众性和公用性较弱,标准化程度低,必要性弱。
物联网尽管拥有广泛的潜在应用前景,但作为一个新兴市场,也面对着来自各方面的挑战,主要有以下四个方面:
第一方面是技术挑战。目前缺乏在统一框架内融合虚拟网络世界和现实物理世界的理论、技术架构和标准体系。其次,我国也不掌握核心芯片和传感器技术。另外,传感器成本居高不下,80%以上靠进口芯片,可靠性差、安全性和隐私权值得担忧。最后,整体技术落后,例如落后的RFID单信道体制在某些应用领域需要升级换代。
第二方面是标准挑战。目前物联网根本没有统一的标准体系和顶层技术架构设计,物联网标准涉及大量国际标准化组织,很难协调。
第三方面是市场挑战。当前物联网发展整体上处于萌芽阶段,产业链复杂而分散,主要是薄利小众市场,集中度低、不稳定、不成规模,造成成本居高不下。行业信息化程度低、门槛和壁垒高、高端难介入、低端收入微薄。再有,物联网商业模式复杂,运营商擅长一对一的服务关系,即一个用户、一个终端、一个账单,而物联网的本质是多点连接,且涉及终端范围广,数量巨大。
第四方面是社会挑战。说到底,物联网能否大发展,完全取决于它未来能否带动经济发展和社会进步,改进个人安全和生活质量,而不是给社会、经济、政治、军事、文化和个人隐私带来负面影响乃至危害。
物联网的未来
鉴于以上十分复杂的因素,要预测物联网的未来发展,是十分困难的,但大体可以从两个维度来考察:
从时间维度看,物联网的发展速度取决于国家宏观政策的取向和支持力度,技术的进展,产业链的形成、协同和壮大。否则,将是一个十分漫长的、自生自灭的随机过程。
从空间维度看,物联网的渗透广度和深度,取决于能否为社会和个人生活带来文明的进步和有价值的变化,能否妥善解决社会和公众对于安全和私有性的关切。否则,只能受限于少数专业化行业市场应用,例如政务监管、交通、教育、电力、医疗、制造、环境、安全等,不大可能成为人们所期望的无所不包的巨大公共市场。
专家简介:韦乐平,工业和信息化部通信科学技术委员会副主任、中国通信学会信息通信网络委员会主任、中国电信集团公司科学技术委员会主任。主要研究领域:传送网、接入网、承载网、NGN/NGI和网络发展战略等。
物联网不是“网”,或者说不是一个物理上独立存在的完整网络,而是一种联网应用和通信能力,强调的是应用层面上的智能应用。
所谓“下一个万亿级服务市场”纯粹是一个“天上的馅饼”,可望而不可及,起码在可以想像得到的下一个10年,物联网绝不可能成为与传统电信业相匹敌的服务市场。
2010年三大运营商的物联网收入刨除视频监控业务后仅剩3亿元,远未达到人们的预期。
背景
物联网市场空间究竟有多大?
市场空间是决定物联网战略地位的一个重要依据,也是引发当前物联网热的一个重要原因。那么,我们来详细辨析一下,物联网的市场空间究竟有多大?
首先引证几家咨询公司的预测数据:Alexander Resources预测,2010年全球物联网中的M2M市场规模为2700亿美元;法国IDATE的预测数据则是2200亿欧元。一个最“雷人”的、也是业界最常引用的重要数据,来自美国ITG公司在10年前组织的一场Forrester公司与哈佛大学Berkman中心研讨会的会议材料。该材料预测,全球2010年的物联网花费将接近3万亿美元,超过全球电信业的市场规模,从而提出可能出现继传统电信业之后下一个万亿级服务市场的预测。该报告甚至预测,到2020年全球物联网市场将是电信市场规模的30倍,从而可能达到60万亿美元以上的巨大市场。
显然,这样一个极其巨大的市场空间对于当前面临全球经济低迷形势的各国政府无疑是一剂难得的强心剂,具有无与伦比的诱惑力,并因而催发了各国政府的巨大想像空间,纷纷出台与物联网相关的扶植政策。然而,且不说面对当今这样一个日新月异的多变世界的发展,怎么能轻易以一个10年前的预测作为今天决策的依据?即便就其对2010年的所谓近3万亿美元花费的预测而言,也比其他咨询公司的预测数据至少高10倍,比2010年实际发生的1000亿美元的物联网市场空间更大了30倍!这样的预测误差,不仅大得完全不靠谱,而且简直近乎儿戏般的荒唐。
即便在这有限的1000亿美元物联网市场空间里,绝大部分花费也来自传感器或传感网市场,真正属于全球电信运营商的服务市场规模仅数十亿美元而已,还不到整体的1%,绝对谈不上一个巨大的服务市场,更谈不上万亿级的市场空间。以中国为例:2010年三大基础电信运营商在传感网和RFID上的服务收入约3亿元,是其整体业务收入的0.03%,即便算上中国电信“全球眼”等视频监视系统的业务收入,也只有30多亿元,只比其业务收入的0.3%多一点儿。如果进一步考虑投入产出比的问题,结果可能更不乐观。
通信网络的基本问题范文6
关键词:云计算;服务组合;情境建模;按需服务
云计算作为一种新的计算模式,力图改变传统的计算系统的占有和使用方式。论文百事通云计算以网络化的方式组织和聚合计算与通信资源,以虚拟化的方式为用户提供可以缩减或扩展规模的计算资源,增加了用户对于计算系统的规划、购置、占有和使用的灵活性。在云计算中,用户所关心的核心问题不再是计算资源本身,而是他所能获得的服务。从这个角度出发,可以认为服务问题(服务的提供和使用)是云计算中的核心和关键问题。
云计算通过管理、调度与整合分布在网络上的各种资源,以统一的界面为大量用户提供服务。例如,借助云计算,用户的应用程序可以在很短时间内处理TB级甚至PB级的信息内容,实现和超级计算机同样强大的效能。用户则按需计量地使用这些服务,从而实现将计算、存储、软件等各种资源作为一种公用设施来提供的梦想。云计算涉及两层内容:云计算基础设施(硬件、平台、软件等)以及建立在基础设施上的信息服务——云应用。
实现云计算按需服务具有重要的意义。除了基础设施服务(如Amazon的基础设施服务、Google的AppEngine服务、微软WindowsAzure服务平台等)外,分布式数据存储与处理平台(如开源的Hadoop)为海量数据的存储和处理提供了可水平扩展的基础服务。同时,越来越多的应用开发人员可以开始在云计算平台上开发、并部署各类服务和应用。可以预见的是,互联网上各种可用的服务资源将越来越多,因此云计算中如何实现按需的个性化服务具有重要的意义。云计算中的服务问题既涉及用户所期望达到的要求,又涉及云计算服务的提供者所能提供的功能和性能。从云应用的用户——服务消费者来看,用户希望获得满足其个性化需求的云服务,这些云服务将利用“云”中的领域知识和用户端的状态信息来提供情境感知的服务,以极大的提高用户体验。另一方面,从云平台的维护者来看,按需服务的另一层含义是,如何根据云端的可用资源情况、用户的情境需求,来更加高效地满足尽可能多的大量用户的服务需求,以提高平台的使用效率。
地球空间信息系统是重要的信息基础设施,涉及地表及近地空间内对位置、时间和地理等有关信息的集成与应用,主要使用的技术有全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、遥感(RS)技术。连续运行参考站网(CORS)则是地球空间信息系统重要的组成部分,是一种提供定位基准和定时服务的基础设施,以此可以建立各类GIS和RS应用系统。典型的CORS是由分散于某区域的、具有精确位置坐标的、连续采集卫星信号的参考站,用于计算和向用户提供定位服务的数据中心,由实时数据传输的广域网络以及用户终端组成。从云计算的角度可以认为,CORS建立起了一个资源(参考站软硬件、数据等)管理和调度平台,并向用户提供关于空间位置和时间等信息的服务。
1云计算中按需服务的应用架构
一个基于云计算的按需服务的应用架构如图1所示,具体包括:
(1)云基础设施层
支持多个云中心的模式,不仅有来自内部可控云,还有来自外部的、满足相应的服务水平协议的第三方云资源。云平台将综合这些资源为上层系统模块和应用提供统一的云服务。云基础设施支持多样化的资源类型,既有硬件资源、也有网络资源、结构和非结构化数据存储资源以及其他基础软件资源等。
(2)服务资源管理与监控层
云基础设施层提供的各类资源,以及面向具体业务应用的服务资源,包括来自第三方的云服务资源,都可以统一注册到服务资源管理中,以服务的形态统一对外提供服务。该层主要解决大规模分布式环境下的资源管理属性的动态监测与控制,为上层资源调度和按需服务提供资源管理属性和状态的支持。可根据不同种类的资源管理与监测需求,定义相应的资源模型、管理属性以及相应的监测策略等,来实现可扩展的资源管理与监测。
(3)云服务的编程框架及运行引擎层
该层提供在基础平台和服务资源之上的云服务编程支持,以及云服务运行时的引擎支持。云计算在诸多行业领域的进一步应用,将使基于云的应用编程接口(API)与服务的数量迅猛增长。一个具体的应用需求往往涉及多个服务资源,为此需要多种形式的服务资源的组合编程环境及运行引擎支持,包括:预定义服务模板,可视化的人工服务组合,面向大规模、动态环境的按需自动服务组合,实现大并况下的高效、可靠的组合应用运行等。
(4)个性化按需服务层
针对不同的云服务需求,如何为用户提供“即时按需”的个性化云服务是本层要解决的问题。主要涉及两个方面:(1)如何支持用户对需求进行准确且方便的描述,从而实现根据用户需求进行服务资源的发现、匹配与推荐。(2)如何实现对云计算中可用资源的状态、用户的情境等信息进行感知,从而提供能够主动适应这些状态信息变化的云服务。
2云计算中按需服务的关键技术
2.1资源的分布式管理与状态监测技术
云计算不仅仅实现硬件资源、存储资源、网络资源等的虚拟化,还包括在此基础上的各种软件资源的虚拟化,关注于如何实现“软件即服务”。在一个统一的云平台上,注册、管理着互联网上大量不同种类的资源,如何对它们进行有效的动态监测以及管理与控制,是实现高质量的软件即服务的保障。解决大规模分布式环境下的异构资源管理属性的高效的动态监测及其有效管理问题,涉及的关键问题包括:如何满足不同种类的资源管理与监测需求,实现资源类型及其管理属性的动态配制;如何实现可方便扩展的监测架构支持;如何实现高效且灵活的资源监测策略,以尽量少的资源开销实现尽量有效的资源监测与状态预测;基于智能管理事件的资源状态管理技术,如何更加有效的主动监测资源的状态,并及时发现、诊断资源的故障,为提供高质量服务提供基本支撑。如文献提出了一个基于市场机制、服务等级协议(SLA)进行资源分配的云计算架构。而实现按SLA进行资源分配的基础之一是如何对多个资源提供者的资源进行监测。文献给出了一个面向大规模、分布式的异构资源管理与监测平台C3ServiceManagement,通过该平台实现了资源的注册、管理以及资源状态的主动监测。
2.2情境感知的按需服务建模技术
当云平台上可用的服务资源越来越丰富时,为用户提供情境感知的按需服务成为提高用户体验的关键。具体需要解决以下关键技术:
(1)领域需求驱动的用户需求建模
领域需求模型可以为用户的个性化需求建模提供基础和参照,用户可以在此基础上进行其个性化需求的建模与定制。面向服务的语义互操作技术,包括领域知识/规范、需求模型等技术为用户需求的准确描述与匹配提供了互操作的语义基础,为以用户为中心需求建模以及自动服务组合提供了底层支持。文献提出了基于多个交互、活动间冲突,来发现跨组织的多个业务过程间冲突的方法,以及基于独立修改区域的冲突修正计划,用来辅助/校验用户的业务过程需求建模。
(2)支持不确定性的需求建模技术
对用户需求准确建模的另一个主要挑战是,用户的需求经常是具有不确定性,面临“说不清、说不准、说不全”的情况,如何对这种不确定性需求进行准确的刻画及推理是用户需求建模的关键。此外,对服务的建模、评价也存在不确定性,在进行服务和需求的匹配时,需要进行不确定性的推理。为此,需要综合采用各种不确定性建模与推理技术(如概率逻辑、模糊逻辑和云模型等)。
(3)用户和情境建模
在需求准确建模基础上,一个关键问题是:如何对用户及当前情境信息进行感知,从而提供能够主动适应这些状态变化的按需服务。针对不确定性的情境建模需求,文献[8]提出了一种基于有概率约束的模糊逻辑情境建模及其推理方法。不同于一般情境感知计算所关注的问题,云应用中需要面对的是大规模资源状态、用户情境的感知与推理计算问题,主要是要解决大规模情况下的情境识别、情境推理问题,效率是关键。单个情境的识别及推理逻辑不会太复杂,但需要针对大规模的识别及推理效率需求设计高效的算法。
2.3按需自动服务组合技术
随着云计算技术的飞速发展,以GFS、MapReduce为代表的云文件系统和并发处理模型逐渐成熟,大规模数据库服务也在不断完善,形成了一系列开源或商业系统,为基于云的应用程序以及服务的开发奠定了坚实的基础。当前面向服务的体系结构(SOA)技术中的服务组合建模以及运行模式能够提供实现灵活的组合应用建模,并能够利用各种流程引擎提供组合应用的运行时支撑环境,但却无法适应云计算环境中海量服务管理与大并发的执行请求。一方面,在海量的服务资源中,对传统人工选择可互操作的服务进行组合流程建模的方法无法延续,难以支撑服务组合应用的开发;另一方面,集中式的执行引擎也无法支撑数以十万计的并发流程,无法满足海量用户的监控需求。面对云计算这种挑战,服务组合的按需构造以及按需运行就成为亟待解决的关键问题。
(1)服务组合应用的自动按需构造
服务组合的按需构造服务于云服务的开发者,其目的是按照用户粗粒度的需求和上下文,自动或者半自动地查找、组织服务资源,并提供灵活易用的导航机制,协助用户快速构造复杂组合应用程序。其关键技术包括基于自动服务组合的多模式快速应用建模方法。Amazon和SAP分别从网站复杂WS-BEPL程序的生成以及流程建模的辅助工具等方面,探讨了自动服务组合技术在建模方面的应用。为了有效服务于云计算环境中大量的应用程序开发者,不仅需要研究降低应用构造时间复杂度的高效算法,还需要研究采用合理的并发模式以及分布式处理方法,以提高系统的并发处理能力,提高按需构造应用的效率。
(2)服务组合应用的按需部署与运行
服务组合应用的按需部署与运行要根据用户的服务等级协议(SLA)以及可用计算、存储、网络资源的状态,优化服务运行时的任务调度,从而最大程度地利用分布式资源,提高云服务环境的整体运行效果。其关键技术包括SLA及情境感知的服务/路径动态选取。根据服务提供者与用户签订的SLA,或者用户的情境,在服务组合运行的过程中动态选取最优服务质量(QoS)的副本,以实现服务组合的局部以及全局优化。在服务组合的按需部署与运行中,需要根据资源利用情况以及SLA约束,在完全分散运行、分片运行等多种结构之间进行灵活转换,从而避免单点性能“瓶颈”,实现服务组合任务的按需部署和高效运行。
2.4基于复杂适应系统理论的按需服务
云计算“生态系统”是一个典型的复杂适应系统。云计算系统通过各组成部分之间、各组成部分与网络化的云计算环境之间的交互,形成复杂适应系统。在复杂的云计算网络环境下,云计算系统通过自组织形成具有特定时空结构的有序状态(模态或社团结构),在复杂网络环境的影响下能够自组织、自学习、自适应,不断演化,进而生存、繁衍和发展。如果云计算或其不同组成部分的适应能力赶不上网络环境的变化,它们就会很快被消费者淘汰。所以,云计算必须适应按需服务。云计算系统不断地根据环境和用户需求的变化调整自己的运行机制,不断地适应环境。云计算系统通过自身各部分以及各部分与环境之间的交互,实现整个云计算系统的互联、互通、互操作,进而最终实现按需服务。云计算系统具有典型的自组织、自适应、开源、开放特性。与传统的计算相比较,网络化云计算组成单元更自主,可按需服务、按需演变,耦合更松散,规模可伸缩。从复杂适应系统的角度研究网络化的云计算系统的行为特性,对于系统管理、资源组织和调度等具有重要意义。
3按需服务的云计算框架在连续运行参考站网络中的应用
3.1连续运行参考站网络概述
典型的连续运行参考站(CORS)网络系统是由参考站、数据中心、通信网络、用户等组成的实时通信和服务系统。各参考站具有精确、统一的三维坐标。其将卫星的观测数据实时发送到数据中心,由数据中心统一进行设备管理和数据计算,并向用户提供实时或快速的定位服务。CORS系统结构如图2所示。
3.2连续运行参考站网络的应用与服务
在中国,CORS的应用多在国土测绘、城市规划、交通物流、水利电力等领域开展。CORS服务主要包括空间坐标基准服务、空间位置服务、源数据服务、时间服务等内容。各种服务中,源数据、空间坐标基准和时间服务是系统向外部提供的基本服务。空间位置服务、卫星轨道服务、气象服务、地球动力学参数服务等需要与其他信息系统所提供的服务进行聚合,属于高级服务。其中,卫星轨道服务是源数据服务的聚合体,气象服务是源数据与气象技术结合后形成的跨领域服务,大气环境监测也属于等跨领域高级服务。以上服务的响应时间、内容如表1所示。
3.3按需服务的云计算结构下的连续
运行参考站网络体系结构分析
在网络的视点下,可以建立物理层、数据层和应用层的3层CORS体系结构,分别对应于物理互联、数据组织与调度以及计算与服务3个层次[18]。在按需服务的云计算视点下,CORS结构有所细化,主要是在数据层细分为两点:一是参考站等资源的管理与监控,二是参考站数据组织与监控。图3所示为云计算视点下的CORS的层次结构。
3.4云计算模型在连续运行参考站网络中应用的关键
应用云计算的计算模式构造和使用CORS系统,需要解决两个基本问题:一是,大规模资源的调度与监控技术。相对于一般的云计算基础设施,CORS的资源相对单一,物理设备主要包括参考站硬件设备、数据中心的服务器、通信网络资源等等,数据资源主要包括参考站的原始数据、坐标、系统生成的服务数据、注册用户信息等等。主要难点在于如何构建统一的云数据与服务平台;基于智能管理事件的资源状态管理技术,如何更加有效的主动监测资源的状态,并及时发现、诊断资源的故障等等。二是,大规模用户的按需服务技术。CORS对用户的服务内容单一,且语义和语法明确,多采用用户概略位置作为检索来进行迭代式的精密定位。主要难点是构建与现有系统结构兼容的云计算平台,建立统一的系统接入和用户登陆接口,对实时和事后用户需求进行服务挖掘和重定向。