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移動互聯網；網絡優化；能耗優化

This paper describes the similarities and differences between Internet and mobile Internet in terms of technologies， optimization techniques， and energy consumption. In light of current developments in mobile Internet， IPv6 transition and integration of the Internet of things appear to be future development trends in mobile Internet.

mobile Internet； networking design； energy optimization

互聯網的出現對世界經濟、政治、文化等方方面面產生了深刻影響。然而傳統互聯網難以滿足人們移動、實時接入網絡的需求。移動互聯網的誕生實現了人們隨時隨地接入互聯網的夢想。

在起步的最初5年，全球移動互聯網用戶數量的增長速度是傳統互聯網相同發展階段的2倍，目前已經超過了傳統互聯網，達到了15億之巨。移動互聯網的迅猛發展更是創造了產業迭代周期由PC時代的18個月（摩爾定律）縮減至互聯網的6個月的奇跡[1]。移動互聯網的應用已經滲透到人們工作、生活的每個角落，但移動互聯網的概念卻始終缺乏一個統一的定義。

廣義上來說，移動互聯網是以無線方式接入互聯網并提供移動網絡訪問服務的各種網絡的總稱。移動互聯網繼承了互聯網的網絡體系架構，具有應用層、傳輸層、網絡層等清晰的網絡層次結構。但由于移動互聯網網絡環境復雜多變，又強調移動實時接入，傳統互聯網的組網方式以及終端接入技術已經無法完全適用于移動互聯網。此外，互聯網網絡節點有持續電量供應，而移動互聯網的網絡終端多采用電池供電，有限的電量直接影響到用戶的網絡體驗。以上這些差異導致移動互聯網與傳統互聯網在網絡技術、能耗技術等方面具有較大差異。

1 移動互聯網的網絡技術

為滿足網絡節點移動實時接入網絡的需求，移動互聯網在終端接入、組網技術等方面都與互聯網有著巨大差別。為適應新的網絡環境，網絡終端更注重多接口多連接管理與移動性管理。

1.1 網絡接入技術

互聯網的接入方式主要為有線接入，而為實現各應用場景的移動性支持，移動互聯網則主要為無線接入，并有多種網絡接入方式。

（1）移動通信網

移動通信網絡是移動互聯網的重要組成部分，采取集中控制、層次化路由的體系架構，通過核心網分組域的GPRS業務支持節點（SGSN）和GPRS網關支持節點（GGSN）為接入端提供分組數據服務。

移動通信網絡具有很強的移動性支持，使終端可以在很大地域范圍內，在高速移動的同時保持移動通信網絡的連接。為適應移動互聯網用戶高速傳輸的需求，移動通信網又推出了LTE技術，在無線接入時采用正交頻分復用多址編碼技術來達到高速傳輸，通過有空間復用特性的多輸入多輸出（MIMO）技術，使得無線傳輸時數據可以在多重天線之間并行收發，同時取消無線控制器（RNC），簡化網絡設計，實現全IP路由，朝著扁平化全IP網絡結構演進。高速數據服務的支持使得移動通信網寬帶化，必將為移動互聯網提供更強有力的網絡支持。

（2）無線局域網

無線局域網是互聯網的延伸，其網絡速度幾乎與以太網相當，并允許終端在一定范圍內移動接入。同以太網不同的是，以IEEE 802.11系列標準為基礎的無線局域網在媒體訪問控制子層中采用載波監聽多路訪問/沖突避免（CSMA/CA）控制傳輸媒介，在數據傳輸前必須檢測媒介空閑狀態，避免沖突，而不是同時進行傳輸和沖突監聽，并采用兩次握手模式的確認機制來確保數據傳輸[2]。最新的802.11ad利用開放的60 GHz頻段，大幅度提升了碼元傳輸速率。60 GHz頻段的短波長使天線尺寸更小，易實現智能天線陣列，高增益接收信號。該頻段的優良定向性使傳輸波束更窄，有利于減少接入點（AP）間干擾，實現波束空間復用，使得最大傳輸速率可達到6.76 Gb/s[3]。

高速發展的無線局域網是互聯網和移動互聯網相互交叉的網絡形式，為寬帶業務移動化的實現提供了有力支持。

（3）其他接入網絡

除了以上兩種主要的接入技術外，移動互聯網還具有多種網絡接入方式，以滿足不同場景移動用戶的無線接入需求。

針對小范圍無線傳輸的無線個域網（WPAN）包括Bluetooth、Zigbee、NFC、UWB、IrDA、6LoWPAN等技術，實現了短距離、低功耗、低成本的無線通信。

針對室外大范圍寬帶無線接入的無線城域網（WMAN）以IEEE 802.16標準為基礎，其中基于802.16e 的WiMax是國際電信聯盟批準的全球3G標準之一。

針對邊遠地區的無線區域網（WRAN）由IEEE 802.22推動，利用認知無線電技術自動檢測空閑的電視頻段并加以利用，對低人口密度區域提供無線寬帶服務。WMAN和WRAN的出現極大推動了寬帶業務移動化，使得更多區域能夠高速接入移動互聯網。

1.2 組網技術

互聯網的組網思想主張分布式和無層次的組網結構，局部則采用以太網網絡的星形拓撲結構。移動互聯網組網技術源于互聯網，但又衍生出一些新的組網方式，以滿足節點的移動需求，適應網絡拓撲動態變化，使得移動互聯網能夠適應各類特殊應用場景。

無線局域網延續了以太網的星形結構，移動通信網絡則采用集中式控制、嚴格的層次結構[4]，這兩種網絡為集中式無線網絡，均有中心節點，而移動自組織網絡則是無中心節點的分布式無線網絡，無線Mesh網絡則是多中心的自組織網絡。

移動自組織網絡是無需基礎設施支持、自組織、無線多跳連接、高度動態、對等式、支持移動通信的網絡。該網絡是由一組處于移動狀態的節點組成，無需基站等基礎設施集中控制，其網絡結構如圖1所示。移動自組織網絡的各個節點具有對等性，均充當主機和路由器角色，不需要管理控制中心。

移動自組織網絡面臨的主要挑戰是網絡拓撲結構變化太快、網絡節點資源嚴重受限，而無線Mesh網絡則是由固定且有電源供應的Mesh路由器采用點到多點無線互聯組成，由路由器負責組織維護Mesh連接，具有相對穩定的拓撲結構，可提供高帶寬傳輸服務。

1.3 網絡終端管理技術

在移動互聯網環境下，網絡終端往往需要同時管理多個網絡接口以對應不同的接入網絡，有多接口多連接的特性。當多接口（MIF）終端接入網絡時，各接口均能獲取域名服務器（DNS）、默認路由等網絡參數。如果DNS解析（如私有DNS請求）沒有選擇相應接口的DNS服務器，這將會導致DNS解析失敗。由于各種接入網絡性能差異大，分組數據傳輸時默認接口默認路由的選取將直接影響網絡性能。終端移動時，不同接入網之間的切換將會導致終端已連接至網絡的會話中斷，嚴重影響用戶網絡體驗。RFC6418[5]和RFC6419[6]中采用集中式管理多接口，單應用設置網絡連接參數，并在協議棧處理DNS解析、路由、地址選擇等特殊問題。

具有多接口的設備往往具有多連接特性，可在源節點與目的節點間建立多條路徑。多徑傳輸控制協議（TCP）即為利用該網絡特性來提高網絡吞吐量發展而來的新技術。多徑TCP需處理傳輸時流內干擾、流間并行干擾、流間交匯干擾等問題。基于噴泉碼的FMTCP[7]通過對數據進行碼率無關的隨機編碼，令傳輸可忽略數據包的丟包、抖動、到達順序，只須有足夠冗余度就可將數據還原，有效地提高多徑TCP性能。

當終端節點在不同網絡間漫游，節點移動性管理應當允許節點保持IP地址不變，保證節點在漫游過程中與網絡的連通性。移動IP（MIP）協議中，在外地網絡的移動節點（MN）進行發現獲取轉交地址后，向家鄉進行注冊，建立數據轉發服務。家鄉完成MN注冊，使用IP隧道技術將原數據包封裝后發往MN的轉交地址。MN卻可以向遠端響應節點（CN）直接發送數據，導致MIP路由不是最優路徑，也不對稱，產生了“三角路由問題”。移動IPv6同MIP相似，需發現、節點注冊、數據傳輸等流程。但家鄉在轉發數據包時，采用綁定更新（BU），向CN通告移動節點當前的轉交地址，后續傳輸中CN可向MN直接傳輸數據，避免了“三角路由”。移動IP三角路由優化示意圖如圖2所示。移動IP和移動IPv6是在網絡側實現MIP和MIPv6中移動節點需要處理的移動性管理工作，使得節點對移動完全無感知。

同互聯網相比，移動互聯網網絡環境復雜多變，網絡終端管理注重終端多接口多連接的特性，加強對終端節點移動性的管理，提升網絡性能。

2 移動互聯網的能耗優化

技術

移動終端的計算、存儲、電量等資源嚴重受限，移動云計算的興起使得終端可便捷地使用移動云強大的計算、存儲能力，但同時也提高了移動節點對傳輸質量和能耗的要求。移動云的定位、傳輸、計算等任務占用終端能耗的很大比例。因此相對于互聯網來說，移動互聯網能耗優化更側重于終端能耗優化。

2.1 終端定位能耗優化

基于位置服務（LBS）是移動互聯網最典型服務之一。在定位中，移動節點需要獲取當前精確時間T，全球導航衛星系統（GNSS）可見衛星星歷表，并通過多普勒頻率和碼相位（CP）計算T時刻節點到各衛星的距離（偽距）。獲取星歷表及其解碼、偽距計算等過程電能消耗巨大，在長時間持續更新位置信息時，能耗問題尤為嚴重。

終端定位能耗優化基本策略是通過增大位置信息更新時間間隔來降低能耗。利用節點本地資源的動態跟蹤策略分為動態預測和動態選擇。在一次精確定位后，動態預測利用陀螺儀、加速度計等能耗較低傳感器進行軌跡預測，當預測漂移超過閾值精度時，重新開啟GPS進行精確定位。動態選擇根據定位需求精度不同而選擇不同的定位方式進行輔助定位，如基站定位、Wi-Fi定位、GPS定位。

隨著移動云發展，定位能耗也不局限于本地優化，還可利用云端豐富的存儲和計算資源。基于歷史地圖的方法是通過存儲大量與精確的GPS方位、其他標記關聯的歷史位置和軌跡信息，終端提交其移動時切換的基站序列號、無線網絡信號強度等標記，實現查詢定位，降低定位能耗。

2.2 網絡傳輸能耗優化

無線網絡節能主要是針對蜂窩數據傳輸節能和Wi-Fi傳輸節能。無線資源控制（RRC）機制是在蜂窩系統中所使用的傳輸功率管理機制。圖3為兩種常見RRC狀態轉移方式。蜂窩網絡接口分為高性能高功耗狀態DCH、低功耗低速率狀態FACH、空閑狀態IDLE。高功耗狀態向低功耗狀態轉移存在空閑等待浪費能量，即圖4所示的尾能耗[8]。而在一次網絡傳輸中，幾乎60%的能耗為尾能耗[9]。縮短DCH和FACH狀態的尾部空閑門限時間，或進行集中調度傳輸、流量整形，預測傳輸結束時間，直接跳轉到空閑狀態，可顯著降低尾能耗。

蜂窩數據傳輸和信號強弱也有很大關系，Bartendr[10]指出信號弱時，每比特消耗能量是信號強時的6倍。基于信號的優化策略在信號弱時，延遲同步通信。信號強時，預讀取網絡數據，利用信號跟蹤來預測信號強度。

Wi-Fi占用移動節點大部分能量消耗，其固有CSMA機制導致能量效率低下。而消耗能量主要是空閑監聽機制[11-12]。Wi-Fi的功耗控制機制為節能模式（PSM）。PSM通過周期性空閑監聽（IL）實現提高能量效率。Xinyu等人研究表明即使PSM啟動，網絡繁忙時IL消耗約占總消耗60%，網絡空閑時IL消耗約80%[13]。因此在PSM基礎上進行優化時，可以通過減少花費在IL上的等待時間來提高能量效率。

2.3 基于移動云計算的能耗優化

移動云計算的強勁計算能力以及低延時網絡使得利用計算卸載來降低終端能耗成為可能。計算卸載是將原本在資源受限的移動節點上執行的計算任務遷移到遠程服務器上執行，降低終端CPU和內存的能量消耗，以此提高能量效率和應用性能。計算卸載原理如圖5。

計算卸載技術可分為細粒度和粗粒度兩大類。細粒度計算卸載是對應用程序進行詳細分解，分離出網絡傳輸數據少而計算量繁重的CPU密集型任務，將其遷移至遠端服務器。在任務遷移前，計算卸載需要細致得檢查運行環境，衡量終端當前網絡狀況，再將其遷移。細粒度卸載的任務分離算法加大應用開發復雜度，其好壞也直接影響了卸載效率。而粗粒度任務卸載不需要程序員預先對應用任務進行劃分，只需要將所有進程或整個虛擬機遷移到遠程服務器上運行，利用移動云統計應用執行時間去尋找統計學上的最佳時間限制，當應用在本地運行時間超過了該限制后就被整體遷移到云端。粗粒度卸載的最大弊端是部分任務（如用戶交互部分）可能無法從云端遷移中獲益。另外，整個程序遷移可能會導致額外傳輸消耗。

3 移動互聯網發展趨勢

3.1 移動互聯網向IPv6過渡

目前由于IPv4地址短缺，移動節點一般只能獲取私有地址。移動互聯網網絡服務提升之后，將有大量高速網絡訪問需求，從而會面臨很多問題。運營商為爆炸式增長的移動設備提供網絡服務時，需要對有限公網IP地址進行多級網絡地址轉換（NAT），為CGN服務器帶來繁重負載。私有地址破壞了移動互聯網的端到端特性，直接影響網絡服務質量。而IPv6巨大的地址空間為移動終端成為互聯網上的獨立節點提供了支撐，在減輕網絡負載的同時又可為用戶提供更好服務。

3.2 移動互聯網與物聯網融合

隨著移動互聯網絡發展，具有智能感知、便捷傳輸、高效計算、綠色節能等特性的移動互聯網將會是物聯網的基礎。在感知方面，擁有眾多傳感器以及最新傳感技術的移動互聯網終端將成為物聯網的重要節點，成為物聯網識別物體、采集信息的源節點。在網絡傳輸方面，移動互聯網的網絡接入方式、組網方式是物聯網所需的重要網絡技術，移動高速實時連接的網絡使得物聯網節點更好地進行數據傳輸，具有自組織、自管理特性的網絡令物聯網有更強魯棒性、穩定性。在信息處理方面，移動云計算令物聯網擁有更高效的處理能力，擺脫節點電量受限、計算能力受限等局面。在能耗方面，移動互聯網的定位、傳輸、能耗優化等技術均適用于物聯網，可降低物聯網網絡與節點能耗。移動互聯網與物聯網的融合勢在必行。

4 結束語

移動互聯網基于互聯網技術但更注重移動特性與節點能耗，新的網絡技術、能耗優化技術使其終端移動性支持更加完善。在后續發展中，IPv6過渡、與物聯網的融合將會令移動互聯網迎來新一輪的快速發展，產生更大社會影響力。

參考文獻

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【關鍵詞】 面向未來 移動通信 核心網架構 網絡

以虛擬化網絡以及軟件定義網絡為基礎的虛擬化核心網架構，不僅可以使核心網的接口與協議更加簡化，而且還對智能化管理模塊進行構建，可以使未來移動網絡更具自動化，使5G網絡可以在各種環境中正常通信。同時虛擬化核心架構可以對功能進行集成，將處理模塊與用戶模塊進行分離，使核心網更好的進行分布式處理。

一、以4G網絡為基礎的核心網虛擬化

在4G網絡架構中，核心網是由一系列的物理網元構成的，同時物理網元之間有標準化接口進行連接通信。在4G網絡架構中控制面與用戶面是分開的，其中控制面責用戶的接入管理、鑒權、會話管理等；而用戶面主要是對用戶的數據包進行轉發、隧道管理、地址管理等。雖然4G網絡架構中控制面與用戶面是分開的，但用戶面的相應網元中依然有部分控制面的功能，主要負責IP地址分配、會話管理等功能。對核心網虛擬化時，最簡捷的方法就是對物理網元分別進行虛擬化。

二、面向未來的移動通信核心網架構

1、集成虛擬核心網架構。虛擬核心網架構構建的前提是不改變4G架構。在虛擬化平臺上網元之間的數據是共享的，明顯減少網元之間的接口以及信令交互，從而縮短時延，提升通信效率。同時在虛擬化平臺上可以更加容易實現核心網元的功能。而集成的核心網軟件包可以減少網元之間的接口，簡化流程，有效縮短時延，提升系統的便捷程度。

2、多張網絡并存的核心網。5G網絡具有較強的多樣性，可以滿足各種場景的不同需求。5G網絡不僅需要支持超密集網絡，而且需要支持海量連接，同時還需要確保高速傳輸與可靠性。在5G網絡場景中并不需要同時對所有性能進行支持，如果在同一張網絡中對所有需求進行支持，不僅會提升網絡要求，而且不利于對網絡性能的優化。而在5G時代，網絡需求會更多、更高，用一張網絡對各種功能進行支持的難度越來越大。而運用網絡虛擬化技術，可以對新的移動核心網進行有效構建，只需要把不同版本與功能的虛擬核心網網元的相應原件與需求告訴編排器，就可以自動的為核心網分配硬件資源，對相應軟件進行加載，對網元進行實例化與配置，并對網元之間的鏈路進行分配。如圖1所示，為多張核心網并存的未來網絡運營模式。

圖中運營商同時運用兩張虛擬核心網，其中一個是針對人與人之間進行通信的網絡，另一個是針對物聯網的專用核心網。運營商可以運用專用網絡作為物聯網的終端服務，可以以物聯網的特點為依據對網絡進行有針對性的優化。同時不同的虛擬核心網可以對基礎設施與轉發設備進行共享。

3、智能管理。智能管理可以自動的對網絡進行配置，對正在運行的網絡進行實時監控，并以網絡的運行情況為依據進行恰當、有效的調整，以確保網絡達到最佳的運行狀態。5G網絡時代，NFV的引入與應用使多個專用核心網同時運行成為可能。但是核心網的配置與維護工作量會提升。所以需要對網絡自動安裝、部署、配置與維護的實現進行重點研究。為了對網絡智能管理進行支持，首先需要對正在運行的網絡相應狀況信息進行收集；其次，需要對空閑資源的情況進行收集；最后，還需要對與業務有關的信息進行收集。在所需信息收集完全后，對信息進行分析。而收集信息的主要目的就是對終端的行為模式進行了解與掌握，并以此為依據對網絡進行優化。網絡智能管理系統不僅需要對各種信息進行收集，并進行有效的分析處理，而且還需要提供接口，可以使運營商管理人員對必要信息進行配置。例如：策略信息、可以選擇的、新型的網絡服務需求。其中策略信息可以是網絡部署策略、優化策略等，而網絡服務需求就是企業、政府、運營商等大客戶的需求。網絡智能管理系統需要根據相應要求進行網絡部署與優化。如圖2所示，為未來核心網中的網絡智能管理系統。

結束語：以虛擬化4G核心網為依據，利用5G網絡的熱點技術進行有效簡化，提出了一種集成的虛擬化核心網架構，可以支持網絡智能管理，并實現多種核心網的并存。集成的虛擬化核心網架構可以對核心網功能進行集成，并將處理模塊以及用戶模塊分離，從而使網絡可以更好地進行分布式處理。同時智能管理模塊的引入與應用，可以使網絡實現運行與維護的自動化。

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一、移動通信網與物聯網簡述

隨著移動通信技術的迅速發展，其用戶群體不斷增長，移動通信不僅實現清晰的話音功能，加之方便人們攜帶，其方便的網絡化功能也受到用戶的喜愛，正成為人們生活和工作不可缺少的一部分。隨著移動通信網網絡化的發展，移動網絡帶寬的增加，不僅可以為物聯網應用提供的網絡支撐更強大，也使得物聯網普及的廣度和深度拓展到一個新的層面，更好的促進了物聯網運用和發展。可以說移動通信網已經成為物聯網技術應用的重要伙伴，其不受時間、空間的限制，可以更好的為用戶提供個性化的服務。

物聯網做為一個新興網絡化技術，其主要是通過相關的信息傳輸設備，如射頻識別（RFID），激光掃描器、紅外感應器等組成信息化全球定位系統，通過自身傳感設備按一定的協議和標準，實現物品與互聯網的互聯互通。從而達到通過信息通信，實現雙向或多向的信息交換，達到對物品的智慧化識別、管理、跟蹤、定位、監控的功能。隨著物聯網技術的不嚳⒄梗其應用也會更加豐富。如現在已經實現的將感應器嵌入和裝備嵌入到鐵路系統、供水系統、大型建筑、電網、隧道、橋梁、公路、油氣管線、大壩等重要設施中，通過物聯網與互聯網的整合，可以更方便的對相關數據進行采集，對其設施的操作實現遠程化、智能化的。

而作為物聯網服務實現的重要載體之一，移動通信網與物聯網的融合就顯得至關重要，也是移動通信應用面臨前所未有發展機遇。在未來一段時期，隨著我國社會信息化的全面推進，也必將給移動通信提供更加廣闊的空間。同時，我們也看到了移動通信網絡已經滲透社會生活的各個領域，隨著通信技術的不斷發展和網絡的演進，基于物聯網的新型移動通信網絡應用將應運而生，將移動通信網與物聯網的相互融合，我們將逐步邁進一個網絡和應用智能化的移動物聯網信息社會。

二、物聯網的重要組成

物聯網的核心和基礎仍是互聯網，作為互聯網的延伸，物聯網是新一代信息技術的重要組成部分，也是“信息化”時代的重要發展階段，是繼計算機、互聯網之后世界信息產業發展的第三次浪潮。物聯網主要通過智能感知、識別技術與普適計算等先進技術，廣泛應用于網絡的融合中。物聯網主要由五大部分組成：

（一）信息的獲取部分

信息的獲取部分，主要是通過采用大量的傳感設備對相關的信息進行識別和獲取，并將采集的信息進行數字信號的轉換。傳感技術是物聯網最前端的感覺細胞，也是相關信息收集的主要來源，通過傳感設備將信息傳輸到大腦進行分析和反饋處理。

（二）信息的控制

信息控制部分是將獲取的信息依據相關傳輸網絡的指令要求做進一步處理，從而達到相關信息傳輸的要求的狀態，為下一步傳輸做準備。

（三）信息傳輸

因為物體相關信息分布在不同的區域，有的物體還是處于不斷的移動過程中，因此，信息的傳輸需要一個非常靈活的傳輸網絡將獲取的物體信息接收和傳遞出去，就目前而言，移動通信網絡是物聯網非常便捷的傳輸通道，信息傳輸部分也是物聯網十分重要的一個環節，對物聯網的安全運行有著至關重的作用。

（四）信息的處理

信息的處理，包括對收集到的信息進行重新組合，將收集的數據進行分析整理，從而使得數據更清晰更可靠。信息的處理一直是物聯網發展的一個難點，面對海量信息的分析和甄別涉及到眾多行業技術，如模糊識別、云計算等。

（五）信息的應用

信息的應用是指對對接受的相關數據和信息處理應用。這部分主要是依據不同用戶的需求，設計不同的控制管理系統或應用程序，然后通過這些系統和程序來識別物體的身份、獲取物體的位置、對物體進行管理和監控等，從而達到物聯網應用目標。

三、移動通信網絡與物聯網的融合實踐

由于物體的位移具有較強的隨意的，其的位置也是不斷移動變化的。因此，物聯網中海量數據的傳輸和處理需要一種機動性和靈活性都比較強的網絡來支持。而目前，發展迅速的移動通信網是其最好的選擇。在近些年來，移動通信網絡的不斷發展和進步，尤其是第四代移動通信技術的廣泛應用，為海量數據的傳輸和處理提供了基本的網絡通信支持，隨著第五代移動互聯網絡的發展，移動通信網絡是物聯網最好的網絡伙伴。移動通信網與物聯網的融合主要體現以下幾個方面：

移動互聯網與物聯網的融合。我們都知道，移動通信網絡由移動的終端設備、移動傳輸網絡以及網絡的維護管理三個部分組成的，而物聯網與移動通信網絡的融合在這三個部分都具有共同點，從而為二者的融合提供了很大的便利。

移動終端設備與物聯網的融合。我們都知道，移動終端設備的機動性和靈活性都比較強，具有其他通信網絡無法比擬的優勢。具體到手持移動終端設備，可以更便利的獲取物聯網的相關信息，并具有相關信息的識別功能。針對物聯網需要對不同節點進行跟蹤，而移動終端設備可以很方便的獲取相關的物品信息，并對物品信息進行采集。

移動傳輸網絡與物聯網的融合。移動通信網絡主要的功能是對網絡中各節點之間建立信息傳輸。而物聯網發展所需要通信傳輸功能與移動通信網功能十分接近。而建立動通信網不僅是一個快速、方便、穩定的無線網絡，也可以很方便使物聯網不同的識別設備接入網絡中，并在移動通信網絡中進行海量化的數據傳輸。第4代移動通信技術的應用，以及第5代移動通信的不斷發展與成熟，通過移動通信網與物聯網的融合，也為物聯網的發展和應用起到了很好的促進作用。

移動網絡維護管理與物聯網的融合。為了保證移動通信網的正常使用和運行，需要定期或不定期的對移動通信傳輸設備及其性能維護和管理。對物聯網而言，其維護和管理的范圍更為廣泛，因為物聯網不僅包含了物品與物品、人與物品、人與人之間的信息和數據的傳輸，也需要人與人之間語間、視頻的通信傳輸。但二者之間網絡管理和基本維護基本相同，如果移動通信網與物聯網相融合，只要進行一些改進就可以完全適用。

四、移動通信與物聯網融合展望

在通信業人口紅利釋放殆盡，主流移動通信市場的終端滲透率趨于飽和，運營商急需通過尋找新的服務，挖掘網絡服務價值。在這樣的大背景下，蜂窩物聯網被公認為移動通信業務的新藍海。移動通信網與物聯網融合，可以滿足物聯網發展對大容量、低成本滿足物聯網海量連接和低吞吐量需求；其中移動通信網可以實時彈性、無損升級滿足物聯網業務多變、發展變化快的特性，分布式容災、精確故障定位滿足物聯網網絡可靠性和安全性要求；架構開放，兼容5G，滿足未來網絡的演進。移動通信網通過專業的運維手段，包括業務的自動部署、網絡的數據分析、自動彈性伸縮，形成一整套閉環的運維系統，降低物聯網運營商的運維成本。

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中國電信集團公司副總工程師靳東濱透露，中國電信將在明年正式推出云主機、云存儲等系列產品。在具體推進過程中，電信將著重做好以下三個方面的工作：一是合作共贏，充分發揮技術示范效應；第二，是持續創新，以標準促發展，實現研發突破。十二五期間，中國電信將重點聚焦云平臺、網絡云承載、移動云應用、行業云應用等產品課題，加快研究制定和中國電信M2M技術規范和管理規范。在此基礎上，通過建立終端管理、能力匯聚、行業應用等平臺和系統，最終形成完整的物聯網應用公共服務平臺，為社會提供服務；第三是提升數據服務能力，加速產業發展。中國電信將依托遍布全國的數據中心、基礎設施、資源，統一建設、部署覆蓋全國業內一流的云計算數據中心。十二五期間，將提供數百萬臺高性能虛擬主機的能力，通過構建全國統一的云管理平臺，實現一鍵接入、全網服務；彈性調度，按需分配；綠色環保、互為災備。同時，依托覆蓋全國的大容量、高互聯網網絡，實現云數據中心之間的高速互聯及用戶的高速接入。

中聯通：重點進攻行業信息服務業

“從目前ICT業務的熱點應用來看，云計算、物聯網、移動互聯網、行業信息服務將成為ICT業務發展的重點領域，其中，行業信息服務，將承載云計算、物聯網、移動網絡服務等多種應用，成為ICT業務中最強勁的增長點。”中國聯通總裁朱立軍在201 1通信展上表示，近年來，中國聯通依托3G業務，在移動辦公、物聯網、視頻監控、電子商務、安全服務等行業應用領域，取得了突破性成果。未來，中國聯通將以服務社會信息化為己任，發揮自身的網絡、技術和服務的優勢，積極服務于車聯網等產業的戰略布局，在移動辦公、物聯網及電子商務等重點領域，推出眾多行業應用的創新產品，為各級政府和各級部門、各行業信息化建設提供全方位的信息服務。

中移動：推進“四網融合"，加強行業應用開發

“為了應對外部環境的劇烈變化，中國移動將在鞏固傳統業務優勢的基礎上，不斷加大在移動互聯網領域的探索和投入，以在移動互聯網時代保持自身的競爭優勢。”中國移動通信集團公司副總裁沙躍家表示，在具體層面，中移動將重點開展4方面的工作：第一，抓住移動互聯網發展的機遇，積極探索新領域和新模式，在新領域方面，中移動順應移動互聯網發展的趨勢，推出了手機閱讀，手機視頻等電信和其他行業相結合的應用。在新模式方面，推出了移動應用商場，并通過這個平臺打造了移動互聯網時代一種全新的合作共贏的模式；第二，推動物聯網快速發展，助力信息化社會的建設；第三，推進無線城市的建設，創建高效的城市發展模式；最后，加快3G到LTE的演進，應對移動互聯網的流量挑戰。

廣電：積極謀求改變

與電信運營商清晰的產業化、行業化發展思路相比，有線運營商的步伐明顯有些落后，但在三網融合和信息化發展的背景下，廣電思維受到巨大沖擊，也在悄然發生著變化。ICTC2011展會顯示，廣電行業在諸多方面均已取得突破性發展：網絡從封閉走向開放；運營從區域分割轉向以省網為核心的聯盟化、規模化、標準化方向發展；隨著直播衛星公共服務地位的確立，廣電各傳輸渠道的發展更趨和諧；智能交通等行業應用初現端倪；云計算、物聯網、IDC等新技術均在逐漸地發展。這一切都將推動廣電業向更遠的方向前進，如今的廣電行業，無論從發展方向上，還是時機把握上都至關重要。

與往屆相比，ICTC2011展會的亮點主要表現在發展思路和業務應用改變兩大方面：

首先。是發展思路的轉變。

廣電在三網融合時代的發展，是借鑒電信發展的思路，還是依托自身優勢走自己的道路?在ICTC201 1相關論壇上，廣電人就此話題展開激烈的爭論，這表明，廣電已有了危機意識和探索發展的意識。筆者認為，對于廣電行業來說，在內容上尋求自身的特點和優勢，在業務及應用方面借鑒電信的發展方式，并將兩者有機結合，尋求一條適合自己的發展道路才是可取的。其次。業務應用從單純的技術展示向行業應用方向拓展。

ICTC2011在展示NGB、雙向網改、互動業務、終端、家庭網絡、無線傳輸等方面新技術的同時，也展示了在線醫療、家庭信息化、可視交互、在線支付、電視理財、網絡教育、綜合信息服務等豐富多彩的互動業務和行業新應用。

NAGER、博通、摩托羅拉、深圳同洲、茁壯網絡、永新視博、烽火等行業內領軍企業圍繞OTT、多屏融合、家庭聯網、IP化傳輸、三網融合、云計算等廣電行業的新技術全面展示了端到端三網融合解決方案，涵蓋了融合播控平臺、PTN寬帶承載、EPON+EoC寬帶接入等多個方面。

其中，NAGRA公司展示的端到端多屏技術解決方案，不但傳輸網絡可橫跨地面、衛星、有線、lP及移動網絡等多種平臺，而且用戶通過平板電腦、智能手機、個人電腦、互

(下轉第43頁)聯網電視及有線電視機頂盒等多種終端均能以統一界面接收運營商提供的服務內容，且對各通道的內容均能提供完善的CA支持。該技術在極大地提升了用戶體驗的同時，也為有線運營商提供了更好的業務盈利能力。

篇(5)

關鍵詞：智慧校園；網絡環境；設計；方案

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）17-0263-03

Abstract： In reviewing the achievements of campus information construction of Anqing Normal University in 12th Five-Year， the existing problems and challenges are analyzed. Combined with cloud computing， mobile Internet， Internet of things， virtualization and other technologies， construction objectives of Smart campus are proposed， the application of key technologies in the construction of smart campus network environment are studied， network structure optimization， the implementation of wireless network coverage planning programs are designed， carrying all kinds of things in the network support platform and a one-stop intelligent information management platforms are built. It provides a design scheme for the construction of the campus information network environment during 13th Five-Year.

Key words： intelligent campus； network environment； design； scheme

1 概述

基于云計算、物聯網、虛擬化等技術的綜合運用，智慧校園是數字校園的擴展與提升，是學校信息化發展的高級階段。智慧校園通過與物聯網相融合，實現對人、財、物等環境的主動感知；通過與無線網絡的相融合，實現網絡的無縫互聯；通過提供的統一、便捷、智能化的信息應用和資源，實現個性化服務；通過校園網內外環境的融合開放、資源支持和空間拓展，構建開放的網絡環境。網絡環境的規劃與建設是智慧校園的基礎平臺，本文在回顧安慶師范大學數十年信息化建設綜合成就的基礎上，面向十三五規劃，研究并分析智慧校園網絡環境的設計與實現。

安慶師范大學校園網絡為扁平化大二層結構，網絡主干萬兆互聯，有線網絡全校覆蓋，無線網絡覆蓋全校教學辦公區域；全網交換機超過350臺，校園網各類服務器超過80余臺，信息點超過12000個，無線AP近714個，注冊用戶數30000人；校園網絡提供四個出口（中國電信、中國移動、中國聯通、教育科研計算機網絡（含IPV6）），總帶寬5.5G；提供DNS、WWW、E-Mail、VPN、FTP、VOD、OA、教務管理系統、科研管理、圖書管理系統、學生管理系統、財務管理系統、國有資產管理系統、網絡教學平臺等應用服務；網絡出口部署萬兆防火墻、上網行為審計系統、網絡管理平臺、身份認證計費系統等；2015年6月，校園信息門戶（統一身份認證系統）和移動信息門戶順利上線，基本實現全校用戶數據共享和應用系統的信息融合。2015年12月，新建的150平方米標準機房正式投入使用，為智慧校園網絡平臺安全穩定運行提供了可靠的保障。

校園網絡拓撲結構如圖1所示。

圖1 校園網絡拓撲結構

2 存在的問題與面臨的挑戰

教育部《教育信息化十年發展規劃（2011―2020年）》提出的“推進信息技術與教育深度融合，以教育信息化帶動教育現代化”；安徽省政府《安徽省教育信息化中長期發展規劃（2013―2020年）》高等教育信息化發展預期目標：2017年，高等教育“兩平臺”接入安徽教育公共服務平臺；建成高質量的數字資源體系并與教育教學深度融合，科研創新信息化支撐體系基本建成。2020年，人才培養模式不斷創新，人才培養質量顯著提升，利用信息化手段服務社會和傳承文化能力顯著增強。

2015年7月，國務院印發《關于積極推動“互聯網+”行動的指導意見》，互聯網+已上升為國家戰略。2015年7月，清華大學舉辦了“2015智慧校園規劃與建設暨高校信息化峰會”，旨在推動智慧校園規劃與建設創新，為高校信息化建設“十三五”規劃指明方向。

結合安慶師范大學“十三五”校園信息化建設現狀和需求，提出“高感知度 強協作能力的‘智慧校園’作為學校“十三五”信息化規劃建設的重要內容。綜合分析學校支撐智慧校園的網絡環境，還面臨以下挑戰：

大二層網絡架構對核心設備依賴嚴重，單點故障將影響全網，網絡結構有待進一步優化。學校網絡由原來的三層結構改造成大二層網絡結構運行至今，期間，因設備版本自身BUG運行中兩次宕機，導致全網網絡服務中斷，后通過版本升級，問題得以較快解決。

無線網絡全校覆蓋有待進一步優化和拓展。早期四棟教學樓無線網絡AP支持802.11a/b/g，最大帶寬54M，每樓層部署2個AP。AP密度低，帶寬小，用戶體驗較差；少數公共廣場和學生食堂網絡沒有覆蓋，無感知上網存在盲區；學生宿舍區的無線網絡覆蓋有待進一步延伸。

各類專業子網需進一步整合資源，實現集約化管理，構建感知度高、協同能力強的智慧校園一體化網絡平臺。2014年12月，校園視頻監控系統一期工程投入使用，龍山校區已全覆蓋，各類攝像頭940個。二期工程正在建設中，擬覆蓋菱湖校區，各類攝像頭超過200個。建成后的校園視頻監控系統各類攝像頭將達到1200左右，為學校師生員工學習生活提供了有力安全保障。2015年9月，由后勤管理處建設并管理的水電節能監控平臺、由計算機學院建設并管理的水污染在線監控平臺、由生命科學學院建設并管理的江豚研究在線監測平臺等先后上線運行。隨著非技術部門搭建的網絡平臺，如視頻監控系統，節能監控平臺，水污染在線監控平臺，江豚研究在線監測平臺等系統因前期規劃等各種因素與校園網絡的融合存在一定的障礙，如何構建一體化網絡環境，實現智慧校園網絡無縫隙對接顯得尤其重要。

全網IPV6規劃和應用；為開放辦學提供便捷、開放的網絡環境；內外網融合，為校園卡用戶進一步拓展支付渠道等。

3 “智慧校園”網絡環境建設目標

以物聯網、云計算和虛擬化等新興技術為支撐，構建感知度高、協同能力強的智慧校園網絡基礎設施，到2020年，基本建成覆蓋全校的教學、科研、管理信息化環境；整合校內各應用系統，實現優質教學資源共享、數據集中存儲、系統安全穩定運行、信息智能推送、一站式響應服務的信息化支撐體系；進一步提升教育管理信息化水平和公共服務信息化水平，建設師生滿意的智慧校園。

4 關鍵技術設計與實現

結合學校實際情況，分析智慧校園建設存在的問題和面臨的挑戰，研究網絡環境的關鍵技術，提出以下設計方案。

4.1 優化網絡結構，夯實智慧校園支撐平臺

傳統網絡結構主要由核心、匯聚和接入三層構成，該構架的核心層主要負責高速轉發，匯聚和接入層負責用戶接入、相互隔離以及協議終結。網絡維護的主要工作量多集中在匯聚層和接入層，用戶上網行為控制較難，整網精細化管理和控制比較復雜，此類結構對規模越來越大、應用越來越復雜的高校校園網絡的發展構成瓶頸。

考慮到高校校園網絡多業務承載下的高性能、優化網絡構架和業務模式、簡化運維工作量等需求，對傳統的三層網絡結構實施扁平化改造勢在必行：將原來核心、匯聚、接入三層結構從邏輯上變成業務控制層和寬帶接入層兩層構架。

扁平化構架中的網絡核心設備功能是完成用戶業務控制和管理，主要有：ACL、QOS、帶寬控制、認證控制、上網行為控制等，有利于發揮核心設備的高性能、穩定性和可靠性的優勢；匯聚層和接入層提供用戶寬帶接入，只提供VLAN隔離功能，不涉及業務功能，有利于業務部署，同時也增強了匯聚層和接入層設備的通用性（匯聚層設備支持QinQ，接入層設備支持VLAN），簡化了設備管理，尤其是降低了接入層設備的日常維護。兩層構架的網絡層次功能更清晰，并且實現“用戶”級別的管控：用戶的賬號、MAC、IP地址、上線時間及訪問行為可跟蹤、可審計；用戶可訪問的資源權限、對網絡帶寬的占用等，實現了網絡應用的精細化管理，保障重要應用系統的網絡承載，包括安全性、穩定性和可靠性。

為使校園網絡“無處不在，隨處可用”，學校將進一步優化網絡結構，校園網核心雙機雙路虛擬化，核心節點萬兆雙鏈路上行，使智慧校園支撐平臺更加安全、健壯，擬進一步優化的網絡拓撲結構如圖2所示。

圖2 擬進一步優化的校園網絡拓撲結構圖

4.2 構建與有線網絡相互融合、用戶體驗良好的WLAN網絡

為使用戶能便捷地訪問校內各類應用資源，暢享5A服務（Anyone、Anytime、Anywhere、Anyway、Anything），構建與有線網絡相互融合，用戶體驗良好的WLAN網絡，按照“統一規劃，分步實施”的原則，學校無線網絡（AQTCWLAN）項目分三期建設：

一期工程：教學辦公區無線網絡建設，主要覆蓋教學樓、實驗樓、辦公樓、體育場館、會議室、圖書館等區域，為學校教學、科研、管理，學生學習提供無線網絡平臺。

二期工程：學生生活區無線網絡建設，擬主要覆蓋學生宿舍區、食堂等，為學校管理，學生學習、生活、娛樂提供無線網絡平臺。

三期工程：校內公共區域無線網絡全覆蓋。

從1999年至今，無線接入已經歷了四代技術，分別是802.11b，802.11a/802.11g，802.11n，802.11ac，主要終端產品接入速率也從2Mbps，54Mbps，450Mbps到現在的1.3Gbps，最新推出的11ac wave2產品接入速率已達1.7Gbps。

在一期建設中，作為有線網絡的輔助手段，學校部分AP采用放裝模式，使用支持802.11a/b/g/n技術的無線AP，部分場所用戶體驗較差。根據規劃，在二期、三期工程中，將增加AP布放密度，增強用戶在原四棟教學樓的無線感知。增補人員密集區域的無線網絡設備覆蓋密度，延伸無線校園網絡覆蓋范圍，改善用戶的網絡體驗。

由于無線網絡與物理環境、電磁環境、人員密度、用戶需求等因素有較強的關聯，上述因素組合構成了不同的場景，導致無線網絡具有較大的彈性。在設計中，基于現場勘查，無線網絡的規劃設計主要考慮無線覆蓋的合理性、設備運行的可靠性及業務的高可用性。對一些環境面積較大、材質特別或建筑格局非常規場所，如體育館、圖書館、實習車間等場景，可考慮采取抽取樣本區域進行仿真設計。在設計AP位置和數量時，主要考慮以下因素：

保證目標區域人號全覆蓋；

考慮在線用戶數量，即高密環境下保障無線部署；

盡量避免安裝在承重柱、實心障礙物等附近，影響覆蓋；

盡量避免安裝在強烈干擾源附近。

4.3 建設融合并承載各類物聯網的泛在網絡支撐平臺和一站式智能化信息管理平臺

智慧校園對網絡需求是無所不在的連接，即泛在網絡，它能提供給用戶無論何時，無論何地都可以通過合適的終端設備與網絡相連，獲取個性化的信息需求。隨著物聯網技術的快速發展，泛在網絡與物聯網深度融合，通過采用各種不同的技術把物理世界的各種智能體、傳感器接入網絡，實現人與物、物與物、人與人之間按需進行信息獲取、傳遞、存儲、認知、決策、使用等服務。將通信網、互聯網、物聯網之間相互協同融合，具備環境感知、內容感知及智能感知，為用戶和管理者提供泛在的，無所不含的信息服務和應用。

隨著學校事業的快速發展，信息化系統得到廣泛應用，近年來，現代教育技術中心牽頭的一卡通系統從傳輸鏈路、網絡設備、管理系統到中心機房，建設有相對獨立的網絡鏈路；保衛處牽頭建設的校園視頻監控平臺、門禁系統的傳輸鏈路、網絡設備、管理平臺等相對獨立組網；后勤管理處牽頭建設的節能監控平臺通信光纜、網絡設備、服務器、采集器、機房相對獨立組網；水污染在線監控網絡、江豚研究在線監測系統均由相關學院牽頭建設并管理。整合各類資源，建設能融合并承載各類物聯網的泛在網絡支撐平臺和一站式智能化信息管理平臺，提升無縫感知效能是智慧校園網絡環境建設的重要目標。

泛在物聯網融合平臺具有支持第三方應用、終端兼容性好、基于海量的大數據分析和應用定制等特征，其基本構架如圖3所示。

4.4 建立面向業務、面向服務的快響應、高質量協同運維服務體系

為了更好地保障學生公寓網絡運維的可靠性，提高服務效率，解決業務量激增而人手不足的現狀。2015年4月，學校與專業網絡服務公司簽署了“學生公寓網絡維護協議”。維護內容包括樓棟交換機及以下的維護工作，經過半年的運維，整體效果良好，基本沒有學生投訴。

隨著智慧校園網絡基礎設施的逐漸完善，應用系統和最終用戶的快速增加，需要建立快速響應、高質量的運維體系，用于保障全網的安全、穩定、可靠的運行。部門成立運維中心，專業管理外包運維團隊，服務外包范圍將進一步擴大，將包括學生公寓網絡、教學辦公網絡、教工樓網絡、多媒體教室維護等。依托網管和運維軟件，以無線網絡為支撐，開發并運行校園網絡運維APP，改變傳統運維模式，建立面向業務、面向服務的快響應、高質量協同運維服務體系。建立統一的運維平臺后，用戶服務將更加方便快捷，智慧校園支撐平臺將更加完善。

圖3 泛在物聯網平臺構架

5 校本創新點

智慧校園支撐平臺和服務平臺建設重點體現“高感知度”，不僅體現對網絡環境的高感知度，更體現個性化定制服務的高感知度。智慧校園數據平臺和應用平臺重點體現“強協作能力”，各應用平臺和相關數據平臺分屬不同的管理部門，需要各部門通力協作，也只有充分配合，信息充分利用，才能進行智慧分析并做出智慧決策。最終實現“以物聯化、集成化、智能化為主要技術路線，以服務創新為導向，將智慧導入校園各個系統、過程和基礎設施中，將信息化深植與教學、科研、管理和生活的各個方面，全面構建智慧校園。”

參考文獻：

[1]李盧一，鄭燕林.物聯網在教育中的應用[J].現代教育技術，2010，20（2）：8-10.

篇(6)

關鍵詞： 網絡道德教育 學校德育 校園文化

網絡的快速發展，為學生開拓了知識面，遠在世界另一端的知識可以通過網絡得到，學習不再局限于單一的書本，可以自主地進行多樣化的網絡學習；但事物有利必有弊，網絡是一把“雙面刃”，它給學生帶來了種種好處，也隨著帶來了負面影響。一些錯誤的信息和不良的內容對學生的學習和生活產生不良的影響，使得學生在價值觀方面表現出價值目標的模糊。而在信息高速公路上，五花八門的“垃圾車”里面裝滿大量的不客觀、不科學的甚至是錯誤腐朽的東西。據有關專家調查，網絡上的非學術信息中，一些迷人的形象、刺激的場面和離奇的情節，對學生有很大的誘惑力，由于他們的閱歷有限，好奇心強，求知欲旺盛，接受新事物快，容易受到“西化”的影響，由欣賞到認同，由無意模仿到有意識追求，致使部分學生沉迷于網絡，荒廢了學業，成為網絡垃圾的犧牲品。許多教育者對于網絡與學生關系的處理重點是“防”和“堵”，而我認為這一重點應當放到“疏”和“導”的方向上去。

一、將網絡道德教育列入學校德育之中

1.課堂是學校德育工作的主渠道。要在信息技術課上加大力度做好具體引導工作，通過教學開展豐富多彩、內容健康、技術含量高的網上活動，從而激發學生的求知欲望，讓學生獲得強烈的成就感，感受成功的樂趣。同時還要在信息技術與其他學科整合的過程中從多個學科的角度，在不同學科教學中有機地滲透。要將學生難以直觀認識的網絡倫理知識引入課堂，以科學的態度和人文情懷，引導學生在科技理性與倫理理性的結合上獲得相關的網絡道德知識，讓學生認識到，個人的網絡行為不僅存在“能不能”的技術操作規定，而且存在“該不該”的倫理道德要求，從而培養內在的網絡責任感、道德自主和自律，在道德實踐基礎上提高道德的選擇與評價能力，使其承擔起維護“網絡社會”秩序的重任。

2.學校要從管理和技術上進行必要的約束。在管理方面，學校和班級都要制定網絡使用管理制度，對學生在校的上網等活動，要如同檢查作業一樣，定時檢查他們的使用記錄，發現學生的問題及時矯正。學校要在校園網上建立體現本校特色的文化園地，還要給學生推薦一些優秀的網站，使學生在互聯網上接受優秀文化的熏陶。家庭要與學校密切配合，讓學生的網上行為在老師或家長的陪同、指引下進行，養成正確地、負責任地使用網絡的習慣。在技術方面，應安裝防護軟件，對不適合青少年觀看的內容進行過濾阻攔，減少不良信息的傳播、污染，建設一個規范、開放、理智的校園網絡氛圍。

3.積極發展學生的道德判斷能力，積極開展身心健康指導，加大引導力度，啟發他們的道德思維，自主建立正確的道德理念，培養和形成良好的道德行為。德育工作者應加大網絡德育教育，從做人的基本道德入手，給予學生處事的評判標準，積極幫助和引導學生樹立健康的上網意識，培養健康的網上人格。判斷能力強了，品位高了，識別是非、真假、正誤、美丑就不成問題了。學會了選擇，就能夠增強他們對網絡毒素的抵抗能力，使他們自覺建立一種自我保護、自律自求的機制。

二、繁榮校園文化，搶占網絡陣地

網吧現象、青少年的網絡行為已牽動社會的“神經”，引起人們的關注。一位教育專家指出，從表象看，進網吧、上網只是一種簡單的消遣方式，實際上，恰恰相反，法規管理的空白、網絡媒體的海量信息和無序的溝通空間，都使得它在文化層面、道德層面上對使用者要求更高，但學生群體的認知能力十分有限。由此，如何讓網絡空間的“紅燈區”轉變為青少年健康成長的“綠色網絡通道”，已迫在眉睫。網絡技術預示著科技發展的一種趨勢，家長、學校都沒有必要設置“禁令”，關鍵在于引導、提倡健康文明的網絡使用方式，把學生的注意力轉移到與學習相關的網絡正面效果上來。

網吧也可以辦成青少年的有益課堂。我們可以組織學生對當前社會熱點進行問題網上討論，依托校園網建“熱點網”，可設熱點聚焦、新聞人物、時事縱橫等欄目；針對畢業班，可組織網上對母校留言和建議。學校可通過各種方式吸引廣大師生參與校園網網上德育主題活動，還可以引導學生超越單純的網上消遣層面，把消遣與學習結合起來，拓展、延伸學習的空間。譬如，建立基于學校局域網的“數字圖書館”，并建立校級、班級、個人網頁相互鏈接的園地，依據學生的興趣設置不同的欄目，讓學生利用這一網絡平臺，輕點鼠標即可進入潔凈的網絡世界博覽群書，進行探究性學習，從而增強道德判斷能力，增強自我控制、自我約束能力，從小培育正直、真誠、寬容、仁愛等基本的人格素養和追求真善美的道德素養。

三、加強對信息網絡的監控和管理

1.提供專門上網場所，為未成年人開辟“綠色通道”。為了讓未成年人在一個健康的環境下上網，可以開展以青少年文明上網為內容的“紗網”工程，建設“綠色生態互聯網上網服務場所”和“紅色健康互聯網上網服務場所”。并加強對校園網站的管理，規范其上網，為未成年人提供健康有益的綠色上網空間。

篇(7)

本期特別推出的“移動通信的技術創新”專欄,將以“云計算與通信領域的創新發展”為主題,探討通信行業的云計算發展和中國運營商的云計算部署策略,分析云計算為通信行業帶來的機遇和挑戰。

【摘要】文章從用戶終端組網方式、電信運營商網絡連接的計費模式、互聯網應用的緊耦合型應用執行環境三方面分析了互聯網時代電信運營商面臨的困境,歸納了現有互聯網內容與應用服務主要實現方式,在此基礎上提出如何基于云計算及虛擬化技術構建電信運營商的內容與應用執行環境(CAEE),討論了不同情景下的CAEE的實現方式,實現按需提供計算服務。

【關鍵詞】電信運營商 互聯網 終端 云計算 虛擬化技術 應用執行環境

1 互聯網時代電信運營商面臨的困境

目前國內的電信運營商已經是全業務的運營商,即中國電信、中國移動與中國聯通可以同時提供固定電話網絡服務、移動網絡服務、互聯網服務。至今電信運營商業務收入結構中, 固定與移動語音技術成熟,仍是主體收入,但呈現逐步下降的趨勢;固定互聯網基于銅纜的接入技術已經普遍推廣使用,部分省份開始部署用戶光纖接入網,大部分省份收入仍在增長,部分發達城市互聯網接入收入已趨緩現象;移動互聯網的寬帶接入技術如目前的發展熱點3G網絡已經部署商用,WiFi網絡在熱點地區及家庭與企業組織內業已普遍使用,LTE的技術也開始試商用。依托固定與移動互聯網的增值業務(除語音與帶寬通道業務之外)的收入規模仍然有限,遠未達到三分天下的程度。更有甚者,在互聯網增值業務的發展上,電信運營商正面臨在互聯網產業鏈上的角色“管道化”及利益“邊緣化”的威脅,同時面臨新的計算模式對網絡組網結構與網絡資源虛占的挑戰。

制約各電信運營商在固定與移動互聯網增值業務發展的因素很多,如政策管制因素(互聯網視頻業務、IPTV業務、三網融合)、企業內部因素(能力、戰略)、市場因素(行業內外的競爭、客戶的需求及滿意度)。但在技術層面也存在諸多制約的因素,特別是用戶終端側技術因素及由此引發的平臺側問題。

1.1 運營商可控及不可控的用戶終端組網方式

首先是終端側因素涉及到終端組網技術與業務應用功能實現。電信服務中的應用終端一般包含兩類功能,即網絡連接功能、業務應用執行功能。終端網絡連接功能一般有兩種方式實現,一種方式是終端直接通過有線或無線方式與電信運營商網絡連接,從而通過電信的網絡服務實現與連接在網絡上的其他終端的業務應用功能交互;另一種方式是,終端首先連接到本地網絡,通過本地網絡可以實現與本地網絡上其他終端之間的業務功能交互,或通過本地網絡與電信運營商網絡的連接,實現與電信網絡上其他終端的應用功能交互。對于固定電話網絡來說,電話終端可以直接連接電信網絡,也可以先連接內部網絡企業總機后再連接電信網絡。

隨著PAN(Personal Area Network)個人網絡、HAN家庭網絡(Home Area Network)、企業機構網絡(LAN、Campus Network)的日益普及,新型互聯網電子終端不斷出現,這些終端從組網模式來看,同樣可以如電話終端那樣分成兩類方式,即直接通過有線或無線方式直接與電信運營商網絡互聯;或通過連接本地網絡并通過本地網絡實現與本地網絡上其他終端的交互通信或通過本地網絡與運營商的網絡連接,實現與其他互聯設備的通信。目前現狀是企業內部網路組網技術相對成熟,一般采用基于以太幀的有線與無線WiFi組網技術, 家庭網絡技術及個人網絡技術也有多種形式,但仍未大規模商用規模。

云計算服務基礎假設是網絡服務隨時隨地可獲得的,在此基礎上,終端可以通過網絡獲取服務側的其他計算資源,終端側與服務側之間涉及鍵盤/鼠標操作的交互、數據的交互、軟件的分發、呈現的交互等等,都需要網絡承載;而服務側的計算資源的集成整合依托的是分布式的計算系統與虛擬化技術實現的,也是以高速高可靠的網絡為基礎。這就不僅要求網絡基礎設施的覆蓋問題,解決有與沒有的問題,還要網絡的帶寬與連接的可靠性可獲得性,解決好與壞的問題,確保云計算服務的連續性與實時性。而網絡的可靠性與可獲得性除了通過網絡的規劃確保冗余性外,更重要的是有維護的技術手段與技術人員,因為我們的網絡與設備的自愈功能不是缺乏手段就是成本昂貴。

而從終端組網方式來看,個人網絡、家庭網絡及企業網絡的資產所有權可以屬于也可不屬于電信運營商,組網形式、組網的設備乃至組網的技術中,電信有的可以主導有的不可以主導,如果電信運營商不能主導,客戶自身主導就很難形成云計算或互聯網增值服務的基礎網絡設施。那么出路何在?看來需要技術標準與規范,及政府的作用。純粹依托電信運營商解決終端側的組網問題,也需要政策的支持。

因此,從云計算對網絡基礎設施的基本要求來看,電信運營商的云計算服務可以也應該首先對于那些直接接入的運營商網絡的終端用戶提供,其次是對那些終端組網網絡外包給電信運營商的終端提供云計算服務。目前,移動網絡的手機終端、家庭中的PC終端、IPTV終端目前的接入網絡相對簡單。手機終端直接與運營商基站接入交互;目前家庭中的大部分PC與IPTV機頂盒通過家庭網關或DSL Modem連接運營商的網絡設備。此外中小企業的內部網絡比較簡單。上述三類客戶即個人、家庭、中小企業的網絡維護主體是運營商,這些客戶的共同特性是絕大部分是非IT人員或無IT專職人員。而云計算服務模式的本質特性是從專有化向共享公用集約化,專業化向大眾化的服務外包。云計算服務從技術與維護的角度來看,也應該從幫助降低用戶購置成本、維護成本,提升用戶業務應用多樣性、可獲得性,提高用戶互聯網服務的QoS、EoS,充分發揮客戶對電信運營商的信任度,開展互聯網增值業務。

1.2 電信運營商網絡連接的計費模式影響互聯網商業模式形成

從目前運營商提供的網絡接入來看,固定互聯網接入的帶寬與穩定性要遠高于無線移動互聯網提供的帶寬與穩定性;從計費模式來看,固定互聯網接入資費與無線移動方式的資費也有較大差異,表現為固定互聯網接入以接入帶寬包月方式為主,目前流量與時長不納入作為計費元素;而移動互聯網接入的計費以時長與流量為主。從目前云計算服務模式來看,按需提供服務,按量按時計費是主流模式。云計算服務的計費模式與移動互聯網的計費模式極其相似,究竟是固定互聯網接入的包月資費模式上疊加云計算服務的按量按時計費方式,還是移動互聯網與云計算服務的按量按時計費方式,還是其他資費組合還有研究。但資費方式確實影響商業模式的形成,目前固定互聯網的商業模式主要體現為媒體特性與目前全球范圍的固定互聯網包月資費模式不無關聯,而媒體特性主要表現為面向消費者的前向免費使用,服務提供商通過廣告媒體面向投放企業后向收費。云計算服務模式究竟是面向消費者的前向收費還是面向企業的媒體特性后向收費模式會成功,以及如何引導客戶接受前向收費服務模式是電信運營商值得思考的課題。

1.3 互聯網應用的緊耦合型應用執行環境與不可控的終端類型

目前來看,個人客戶與電信互聯網絡有連接的應用終端有手機、便攜機PC,上網本等;家庭客戶與電信互聯網絡有連接的應用終端主要有電話、游戲機、IPTV機頂盒、PC機;中小企業的客戶與電信互聯網絡有連接的應用終端主要有電話、手機、PC、便攜機、服務器。我們這里只討論手機終端與PC終端。現有的終端應用計算模式是緊耦合的計算執行環境,即必須在所用的終端設備上,安裝能驅動相關硬件的軟件操作系統,并在此終端與操作系統上存儲并安裝相關應用軟件,應用軟件執行代碼與數據要裝載到此終端的RAM與處理器中執行計算,計算的結果要存儲或呈現終端的顯示設備上。具有互聯網連接功能的終端設備可以與網絡上其他終端或服務器交互應用數據。

相對電話網絡來看,目前互聯網應用終端種類繁多,制式標準繁多或缺乏標準;終端成本遠高于電話機成本,而終端更新周期快、維修成本高、技術復雜度高,終端計算能力擴展方式是通過單體的有限空間擴容或淘汰現有設備添置計算能力更高的設備。目前終端設備復雜性表現為:專業化的嵌入式操作系統、多樣的應用軟件系統、不一致的計算處理資源配置、不同的顯示設備等。由于現有互聯網應用終端的緊耦合型應用執行方式,終端使用者對硬件與應用軟件要用基礎的知識與技能,從而使用成本及維護成本高;對個人、家庭或企業要么自身維護相關的網絡與終端,要么外包相關服務。目前的應用終端的緊耦合型應用執行環境也要求使用者自身或專業人員安裝/卸載所需應用軟件,應用軟件的使用只有在本地終端上安裝了相關應用軟件后,此軟件在本地的Memory/CPU加載執行后,才能獲得所需服務。這也表明應用終端的執行環境,無論從終端的選擇配置、資產屬性,還是應用軟件安裝使用執行,基本上是終端擁有者/使用者控制,是客戶主導型;電信運營商在互聯網內容與應用所依賴的關鍵應用執行環境上,目前基本無法控制。

在應用終端現有緊耦合的計算模式下,運營商開展信息與應用的互聯網移動增值業務,將面臨許多挑戰。由于各終端的硬件資源的不一致性、操作系統版本的不一致性、應用軟件的不一致、網絡接入不一致性等,即應用執行環境的不一致性,運營商難以面向客戶分發、部署及提供在不同終端上業務質量與體驗質量指標一致的應用服務,特別是實時性與體驗指標高的服務。除了質量與體驗指標難以保證外,在現有企業資源、收益與成本的約束下,運營商難以提供如此大規模終端側的維護問題, 維護難以界定用戶設備問題、應用軟件問題、網絡問題、用戶服務平臺問題。

2現有互聯網內容與應用服務主要實現方式

在各終端的硬件資源的不一致性、操作系統版本的不一致性、網絡接入不一致性等,即應用執行環境的不一致性情景下,為了克服目前開展豐富的固定與移動互聯網應用服務的終端瓶頸點,互聯網內容與服務提供商及電信運營商采取的策略有以下幾類:

從終端上出發,采用合作定制手機如iPhone、Blackberry、Palm,構建統一應用執行環境,提供內容與應用服務商店。

從應用軟件與服務平臺出發,針對現網上終端種類,定制開發測試同一應用軟件的不同手機版本客戶端與服務端軟件,用戶依據自己的終端下載或自動測試下載。

以瀏覽器及其插件為內容與應用執行環境,提供有限應用與內容服務,即終端安裝同樣版本的瀏覽器及相關插件,服務平臺提供內容、腳本語言或字節代碼,如widget應用、flash應用等。

上述三種策略中,定制合作終端實際上是電信運營商不得已而為之,運營商實際仍然是通道角色,蘋果、RIM和 HP/Palm借助電信運營商構建了各自的內容與應用運營平臺。策略二,電信運營商必須聚集大量的軟件開發公司,開發測試驗證矩陣龐大,工作量驚人。策略三是目前大部分互聯網公司的發展策略,如Google、Baidu等。

由此可見,電信運營商欲擺脫“管道化”的命運,必須在網絡、終端、平臺上有協同的戰略策略。而今,云計算技術的出現,為電信運營商的互聯網內容應用增值業務乃至電信除網絡帶寬連通性業務之外所有業務提供新型的實現模式和服務模式,具體來說,通過云計算與虛擬化技術,電信運營商可以構建可控的內容與應用執行環境。

3基于云計算技術及虛擬化技術的互聯網內容與應用執行環境(CAEE)

在此,我們區分內容服務與應用服務的異同點,內容服務本質上是應用服務的一種特殊形式,其表現為內容服務必須有其對應的應用軟件,如 Web內容服務必須依托Web瀏覽器與Web服務器等應用軟件,互聯網視頻服務必須有視頻播放應用軟件與視頻內容服務器。相對于應用有單機版,內容服務也對應有單機內容服務;應用實現方式還有Client/Server、Browser/Server、Peer to Peer等分布式網絡通信應用方式,與此對應也有相應的內容服務。因此我們僅討論應用執行環境,并限于討論網絡通信形式的應用。我們將內容與應用執行環境(Content/Application Execution Environment)縮略為CAEE。

云計算技術目前不包含終端的網絡接入技術的解決方案,但是假設網絡虛擬化技術已在電信互聯網基礎設施中實現;而云計算及虛擬化技術中所涉及的網絡虛擬化技術與系統虛擬化及VM Migration技術關聯,本文不討論虛擬化網絡技術。我們主要討論如何通過云計算與虛擬化技術實現電信運營商可控的內容與應用執行環境,即CAEE。

構建CAEE的核心理念是,有無技術將目前應用終端的緊耦合的應用執行環境轉變松耦合的應用執行環境?能否通過相關技術解決目前應用計算能力由終端配置決定的現狀?能否解決操作系統與底層硬件系統的緊耦合的狀態?能否解決應用軟件與操作系統的緊耦合關聯性?

首先,我們從用戶終端角度出發,用戶為了獲得應用服務的前提條件是,用戶擁有可以輸入其指令及呈現其所需內容與應用服務的終端。應用執行環境的種類可以應用代碼存儲的位置、應用代碼執行所依賴的操作系統位置、應用代碼計算執行所依賴的 CPU/Memory位置等三個主要屬性來區分(在此我們有意忽略應用執行中及執行結果所需的DISK的位置,此屬性可在終端本地也可以網絡中)。以此三屬性是使用終端本地資源還是使用網絡資源可以組合出八種應用執行環境(見表1)。我們將重點討論表1中的1~5應用執行環境情景及其依賴的云計算與虛擬化技術。在所討論的應用執行環境情景中,現有應用軟件大都可以無縫遷移到新的應用執行環境而無需重新開發。

情景一:應用的單機執行環境。應用軟件代碼及執行應用的操作系統與CPU/Memory都在終端上,是離線應用或單機應用執行環境。情景一中根據應用終端是否支持終端虛擬化技術(Client virtualization)分為實機執行環境與虛擬機執行環境。引入終端上的hypervisor,使用客戶機虛擬化技術可以獨立定義電信運營商應用執行環境,實現應用執行環境與終端硬件系統的解耦合,有利于區分終端硬件故障、操作系統故障、應用軟件故障。從而降低運營商維護工作量。

情景二:實際上是可采用應用虛擬化(Application virtualization/Application streaming)技術實現。在此情景下,應用軟件代碼可以通過網絡從應用軟件分發平臺分發到終端上,一般每個應用軟件在終端上都有自身獨立的應用執行環境,這樣無需在終端及操作系統上預裝安裝應用軟件,各應用軟件在其執行環境中執行,并與其他應用分時共享終端上CPU/Memory計算資源。所使用的計算資源可以是終端實機資源也可以是終端虛擬化后的虛擬機資源。通過應用應用虛擬化技術可以實現應用軟件與操作系統的緊耦合,同時實現應用執行環境之間的隔離。進一步簡化電信運營商的維護工作量,并能實現應用故障的快速定位。

情景三:可以看成無盤系統的應用或OS streaming執行方式,也可以看成是virtual appliance方式的應用執行環境。在此情景下,終端上無操作系統業務應用軟件,操作系統及應用軟件通過網絡獲得。但應用的執行在終端本機或虛擬機上執行。

情景四:應用代碼及應用執行的操作系統與 CPU/memory等計算資源全部在網絡側,終端上只執行指令的輸入與應用結果的呈現。這就是所謂的VDI(Virtual Desktop Infrastructure)技術。為實現此類應用執行環境涉及的關鍵技術有服務器虛擬化技術、OS streaming技術、應用虛擬化技術、遠程桌面技術(如 ICA/HDX、RDP、PCoIP等)等。采用 VDI技術實現時, 遠端的執行環境可以是刀片或單體計算機也可以是虛擬機。通過規劃分配相同的虛擬應用執行環境,并與每個終端相對應, 電信運營商可以構建獨立于終端環境的應用執行環境。這是云計算技術幫助電信運營商擺脫“管道化”宿命、擺脫終端瓶頸、實現計算資源按需提供的最關鍵的技術。也是電信運營商構建統一應用執行環境的關鍵技術。基于服務器系統虛擬化技術的VDI技術與終端系統虛擬化技術相結合, 可以實現運營商的Online/Offline的應用執行環境。此情景的另一實現方式是采用terminal service方式實現。

情景五:終端用戶將終端上的應用執行代碼上傳到網絡上的應用執行環境執行處理, 并將執行結果返回到終端上。此情景涉及的技術與情景四相同,其關鍵技術有服務器虛擬化技術、OS streaming技術、應用虛擬化技術、遠程桌面技術等。基于服務器系統虛擬化技術與終端系統虛擬化技術相結合,可以實現應用的在終端Online時在網絡上執行,Offline時應用回到終端的應用執行環境執行。

通過上述分析可知,情景四與五可以實現用戶計算能力的擴展不依賴終端的實現方式。通過系統虛擬化技術可以實現終端與服務硬件系統與操作系統的緊耦合的關聯,通過應用虛擬化與應用Streaming技術可以實現操作系統與應用軟件之間的緊耦合關系。我們建議,未來電信運營商的CAEE實現部署應以情景三、四、五三種方式為主體開展。