引言

無線泛在網(wǎng)絡(luò)(WirelessUbiquitousNetworking)在現(xiàn)有電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、行業(yè)專網(wǎng)集合的基礎(chǔ)上，采用移動(dòng)蜂窩接入、無線接入、短距離和傳感器等技術(shù)向下延伸、向上擴(kuò)展,支持各種行業(yè)融合的應(yīng)用，并擴(kuò)展支持人與物、物與物之間的通信。隨著人類社會(huì)逐漸進(jìn)入移動(dòng)信息時(shí)代，人與人、人與物、物與物之間的信息獲取和交互將愈來愈多地通過無線方式進(jìn)行，具備無線接入能力的智能化信息家電、通信器材、汽車、傳感監(jiān)控設(shè)備以及各種通信基礎(chǔ)設(shè)施等將無處不在，遍布人類活動(dòng)的周圍世界。

無線泛在網(wǎng)支持用戶環(huán)境感知是指無線泛在網(wǎng)絡(luò)需根據(jù)用戶需求，主動(dòng)、動(dòng)態(tài)地感知、分發(fā)、利用、管理用戶環(huán)境信息,并根據(jù)用戶所處的環(huán)境自動(dòng)進(jìn)行業(yè)務(wù)調(diào)用和適配，達(dá)到實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)用戶體驗(yàn)、最大限度地減少用戶介入和干預(yù)、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無縫融合等目標(biāo)，用戶無論何時(shí)何地都可無縫使用多樣的個(gè)性化通信業(yè)務(wù)。

1無線泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下用戶環(huán)境感知內(nèi)涵分析

1.1無線泛在環(huán)境感知網(wǎng)絡(luò)的特征

無線環(huán)境感知泛在網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)調(diào)以用戶為中心，使任何用戶,無論何時(shí)身處何地，都可以獲得所期望的、統(tǒng)一的、高質(zhì)量的業(yè)務(wù)體驗(yàn)和信息服務(wù)，實(shí)現(xiàn)無處不在的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，無所不包的應(yīng)用。無線泛在環(huán)境感知泛在網(wǎng)絡(luò)具有以下特征：

環(huán)境感知性

未來的生活，在人們四周都會(huì)存在各種各樣的智慧型接口，網(wǎng)絡(luò)能感知到用戶的存在以及用戶周邊環(huán)境場(chǎng)景的信息,自動(dòng)選擇適當(dāng)?shù)膫魉头绞?，與正確的用戶進(jìn)行正確的服務(wù)傳送。

自動(dòng)恢復(fù)性

網(wǎng)絡(luò)具有分布式管理的功能特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)都是動(dòng)態(tài)、智能的，抗干擾、抗故障能力較高，并且網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具備自動(dòng)恢復(fù)能力，因此，傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛。

泛在異構(gòu)性

網(wǎng)絡(luò)兼容多種接入方式、多種承載方式，能實(shí)現(xiàn)無縫接入，任何對(duì)象（人或物品）都能隨時(shí)隨地通過合適的方式介入網(wǎng)絡(luò)，做到隨時(shí)隨地從網(wǎng)絡(luò)中存取所需的信息。

（4）多媒體協(xié)同性

信息的整合、服務(wù)協(xié)同是整個(gè)泛在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的核心，數(shù)字化、多媒體化的信息服務(wù)將融入到人們的日常生活中，使人們的生活更加便捷，工作效率更加高效。

（5）對(duì)稱融合性

網(wǎng)絡(luò)提供基礎(chǔ)架構(gòu)，向其他行業(yè)提供信息通信服務(wù)的同時(shí)，用戶也不是被動(dòng)地接收服務(wù)，而是可以主動(dòng)地創(chuàng)造服務(wù),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的綜合利用，使個(gè)人、單位、家庭的生活品質(zhì)和工作效率得到提升。

1.2無線泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境感知場(chǎng)景

無線泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下用戶環(huán)境按類型可以分為個(gè)人網(wǎng)、家庭網(wǎng)、辦公網(wǎng)、汽車網(wǎng)和自組織網(wǎng)絡(luò)。個(gè)人網(wǎng)常指?jìng)€(gè)人以及圍繞個(gè)人移動(dòng)的“bubble"（泡、水泡、氣泡），bubble內(nèi)的一切設(shè)備都將稱為個(gè)人網(wǎng)中潛在的通信設(shè)備，如用戶手機(jī)、PC等；家庭網(wǎng)涉及家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的各種電子和通信設(shè)備，如家用電器、門禁系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等；辦公網(wǎng)是指各種企業(yè)和政府的局域網(wǎng)；汽車網(wǎng)實(shí)際是一個(gè)移動(dòng)的子網(wǎng)，包含汽車的內(nèi)外通信，典型應(yīng)用為智能交通、車內(nèi)辦公和移動(dòng)通信等；自組織網(wǎng)絡(luò)通過無線連接構(gòu)成任意的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò),可以是獨(dú)立的，也可以與因特網(wǎng)連接。

處于無線泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的用戶，會(huì)出現(xiàn)用戶環(huán)境間的切換，包括個(gè)人網(wǎng)、家庭網(wǎng)、辦公網(wǎng)、汽車網(wǎng)等環(huán)境之間的兩兩切換，圖1所示是無線泛在網(wǎng)絡(luò)下用戶場(chǎng)景切換示意圖。

用戶所處的環(huán)境不同，無線泛在網(wǎng)絡(luò)能根據(jù)用戶需求，主動(dòng)、動(dòng)態(tài)地感知用戶環(huán)境信息，對(duì)用戶信息進(jìn)行分發(fā)、管理和利用，自動(dòng)進(jìn)行業(yè)務(wù)調(diào)用和適配，最大程度地減少用戶的干預(yù)和介入，用戶隨時(shí)隨地都可以無縫使用多種個(gè)性化通信業(yè)務(wù)。用戶各種網(wǎng)絡(luò)之間的交互場(chǎng)景涉及到的上下文信息包括終端/設(shè)備上下文、業(yè)務(wù)/應(yīng)用上下文、網(wǎng)絡(luò)上下文、用戶個(gè)人上下文，用戶環(huán)境感知實(shí)際上就是在無線泛在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，以用戶為中心的上下文感知。

1.3無線泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的用戶環(huán)境感知需求分析

通過對(duì)用戶典型應(yīng)用場(chǎng)景需求進(jìn)行分析，可以得出終端/設(shè)備上下文、業(yè)務(wù)/應(yīng)用上下文、網(wǎng)絡(luò)上下文、用戶個(gè)人上下文信息共同構(gòu)成了基于無線泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下用戶環(huán)境感知的信息庫，并能夠在一定程度上為典型應(yīng)用場(chǎng)景中的業(yè)務(wù)應(yīng)用和部署提供有效支撐。無線泛在網(wǎng)絡(luò)需具備環(huán)境感知的如下功能：能感知用戶環(huán)境變化，并隨之進(jìn)行自我調(diào)節(jié)、重新分配資源；能夠提取環(huán)境相關(guān)信息和參數(shù)，與用戶所處的真實(shí)環(huán)境相對(duì)應(yīng)；能保存用戶信息，當(dāng)用戶所處環(huán)境變化時(shí)，能提供相應(yīng)的服務(wù)列表和模式；能根據(jù)場(chǎng)景靈活進(jìn)行業(yè)務(wù)適配等。

用戶環(huán)境感知信息處理流程中需要相應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)的支撐，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：用戶環(huán)境感知信息獲取、用戶環(huán)境感知信息建模與表示、用戶環(huán)境感知信息的存儲(chǔ)、用戶環(huán)境感知信息交互與安全控制、用戶環(huán)境感知信息推理利用、用戶環(huán)境感知信息架構(gòu)開放性等，這些技術(shù)的研究將為網(wǎng)絡(luò)開放性及業(yè)務(wù)應(yīng)用快速開發(fā)提供必要的支撐。

2無線泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的用戶環(huán)境感知關(guān)鍵技術(shù)分析

用戶環(huán)境感知的研究?jī)?nèi)涵比較寬，筆者就架構(gòu)和用戶環(huán)境感知信息獲取、信息建模與表示、信息存儲(chǔ)、信息交互與安全控制、信息推理利用等方面展開探討。

2.1用戶環(huán)境感知架構(gòu)

無線泛在網(wǎng)絡(luò)用戶環(huán)境感知架構(gòu)如圖2所示。

從圖2可以看出，無線泛在網(wǎng)絡(luò)需具備環(huán)境信息管理、環(huán)境信息庫、環(huán)境信息協(xié)調(diào)等功能實(shí)體。網(wǎng)絡(luò)能主動(dòng)感知用戶場(chǎng)景的變化并能夠進(jìn)行信息交互，根據(jù)用戶的個(gè)性化需求主動(dòng)提供服務(wù)。無線泛在網(wǎng)絡(luò)中保存的用戶信息可以分為以下三類：

(1)網(wǎng)絡(luò)上下文

網(wǎng)絡(luò)上下文主要用來標(biāo)識(shí)用戶各種狀態(tài)的信息，比如用戶正在使用某個(gè)業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)上下文用于標(biāo)識(shí)當(dāng)前會(huì)話或業(yè)務(wù)狀態(tài)。此外，它還可以標(biāo)識(shí)用戶對(duì)業(yè)務(wù)應(yīng)用執(zhí)行的操作、用戶個(gè)人偏好的智能積累等。

通信環(huán)境

通信環(huán)境主要采集和保存用戶通信的環(huán)境信息，根據(jù)用戶所處的環(huán)境不同，通信網(wǎng)絡(luò)和各種應(yīng)用業(yè)務(wù)能隨之提供通信的適配。

用戶服務(wù)

用戶服務(wù)主要用于保存、提供用戶基本屬性信息以及用戶業(yè)務(wù)訂購(gòu)信息。這些信息包括用戶的標(biāo)識(shí)信息、安全認(rèn)證信息和業(yè)務(wù)簽約信息等靜態(tài)信息。

2.2用戶環(huán)境信息獲取

利用廣泛分布的傳感器、射頻識(shí)別技術(shù)等獲取方式采集獲得用戶信息，用戶環(huán)境信息獲取技術(shù)的關(guān)鍵是要保證獲取的用戶信息精確、有效、恰當(dāng)、無冗余等。目前的技術(shù)主要分為物理信息獲取和虛擬信息獲取。

物理信息獲取主要通過傳感器或其他設(shè)備直接感知和采集，目前比較成熟的信息獲取傳感器技術(shù)主要有位置傳感、物理環(huán)境傳感和生物環(huán)境傳感。

虛擬信息獲取主要通過信息世界內(nèi)部直接感知，比如用戶交互習(xí)慣、偏好等信息，主要包括RFID、用戶輸入方式等。通過RFID建立物理世界中物體與虛擬世界中信息之間的關(guān)聯(lián)，此外，由于設(shè)備的移動(dòng)性，網(wǎng)絡(luò)還應(yīng)該支持用戶輸入的方式輸入用戶的信息。

根據(jù)泛在網(wǎng)絡(luò)和上下文的特點(diǎn)，在泛在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中可以采用以下幾種用戶環(huán)境信息的獲取方案：根據(jù)業(yè)務(wù)內(nèi)容和用戶偏好上下文獲取方案；通過網(wǎng)絡(luò)特征上下文獲取方案；從用戶的終端設(shè)備獲取上下文信息。

2.3用戶環(huán)境信息存儲(chǔ)

為了解決存儲(chǔ)用戶的上下文信息，并且為上下文推理提供依據(jù)，用戶信息存儲(chǔ)技術(shù)是關(guān)鍵。目前，用戶環(huán)境信息的存儲(chǔ)技術(shù)主要有分布式和集中式兩種，根據(jù)泛在網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，可以采用的存儲(chǔ)方案有如下幾種：

基于頻度的存儲(chǔ)方案

根據(jù)信息的使用頻度建立存儲(chǔ)系統(tǒng)，采用分級(jí)的模式將使用頻率高的信息存儲(chǔ)在運(yùn)行速度較快的存儲(chǔ)器中，如寄存器；而將使用頻率較低的信息存儲(chǔ)在運(yùn)行速度較慢的如磁盤之類的存儲(chǔ)器中。此外，還可以增加一個(gè)CHS(ContextHistoryStorage)功能實(shí)體，存儲(chǔ)一些較長(zhǎng)時(shí)間不使用的信息。

基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的存儲(chǔ)方案根據(jù)用戶所處的環(huán)境建立存儲(chǔ)系統(tǒng)，采用集中式和分布

式的存儲(chǔ)系統(tǒng)。比如，用戶處于像車載網(wǎng)之類的相對(duì)開放或者移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，一般就會(huì)采用分布式的存儲(chǔ)系統(tǒng)。此外,還需要增加一個(gè)判斷網(wǎng)絡(luò)類型以及鑒別用戶信息的功能實(shí)體。

基于業(yè)務(wù)類型的存儲(chǔ)方案

根據(jù)用戶所請(qǐng)求的業(yè)務(wù)類型建立存儲(chǔ)系統(tǒng)，判斷用戶請(qǐng)求的業(yè)務(wù)類型如交互類、流媒體，再區(qū)分是采用分布式還是集中式進(jìn)行存儲(chǔ)。

基于信息來源的存儲(chǔ)方案

通過某種方式來判斷信息的來源是集中在一個(gè)節(jié)點(diǎn)還是幾個(gè)節(jié)點(diǎn)，亦或是相對(duì)分散的節(jié)點(diǎn)，這種存儲(chǔ)方式需增加一個(gè)位置服務(wù)器用來判斷定位信息。

2.4用戶環(huán)境信息交互

為了解決上下文信息的全局不一致問題，通過調(diào)度控制、多通道等用戶環(huán)境信息交互機(jī)制來保證上下文在交互的過程中不發(fā)生沖突。目前，用戶環(huán)境信息交互機(jī)制的研究主要有調(diào)度算法、多通道技術(shù)、自組織、輪流檢測(cè)、事件驅(qū)動(dòng)、信息共享等技術(shù)，主要分為用戶和設(shè)備之間的交互、設(shè)備和設(shè)備之間的交互、服務(wù)和服務(wù)之間的交互、用戶和服務(wù)之間的交互、服務(wù)和設(shè)備之間的交互。交互的模式可以分為集中式存儲(chǔ)與集中式交互、集中式存儲(chǔ)與分布式控制交互、分布式存儲(chǔ)與集中式控制交互、分布式存儲(chǔ)與分布式控制交互。此外，為實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶環(huán)境的交互控制，還需要增加智能代理、上下文調(diào)度管理和通用上下文共享中心等功能實(shí)體。

2.5用戶環(huán)境信息利用

無線泛在網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境中存在著海量的信息，這些信息有我們關(guān)心的用戶有用信息，也包含了如噪聲之類的無用信息,很多有用信息淹沒在噪聲信息中沒有得到有效利用，因此，對(duì)這些信息的有效處理在很大程度上決定了泛在網(wǎng)絡(luò)的表現(xiàn)。泛在網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)處理過程可以分為如下幾個(gè)步驟：

第一步是將數(shù)據(jù)匯集到數(shù)據(jù)處理層，經(jīng)過ETL引擎進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和過濾等預(yù)處理，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，為數(shù)據(jù)挖掘提供數(shù)據(jù)支撐。

第二步是在用戶環(huán)境推理模塊中，對(duì)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到各種應(yīng)用服務(wù)所需要的參數(shù)，通過調(diào)用不同的分析模型對(duì)主體進(jìn)行分析、提煉，保留在知識(shí)庫中，再通過結(jié)果評(píng)估模塊對(duì)模型的使用和知識(shí)的準(zhǔn)確性、有效性進(jìn)行評(píng)估、改進(jìn)。

第三步是將數(shù)據(jù)送到應(yīng)用層，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)用戶環(huán)境和用戶行為的表現(xiàn)，分析當(dāng)前的工作情況，并及時(shí)調(diào)整在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)現(xiàn)的問題，滿足對(duì)用戶的服務(wù)體驗(yàn)。

此外，在數(shù)據(jù)分析的過程中，還需要將用戶的感受、行為等信息反饋回網(wǎng)絡(luò)，通過數(shù)據(jù)的采集、模型調(diào)用、參數(shù)調(diào)用、數(shù)據(jù)挖掘、用戶環(huán)境推理、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等過程實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的不斷更新和自我適應(yīng)。

2.6用戶環(huán)境信息安全

無線泛在網(wǎng)絡(luò)依托用戶上下文信息為其提供個(gè)性化服務(wù),個(gè)人信息很容易在用戶不知情的情況下被收集，使得個(gè)人隱私得不到安全保障。因此，可以從認(rèn)證與訪問控制、數(shù)據(jù)傳輸、節(jié)點(diǎn)安全防護(hù)等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，最大程度保證用戶環(huán)境信息的安全。

節(jié)點(diǎn)認(rèn)證就是對(duì)傳感器或匯集網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行認(rèn)證，保證用戶上下文信息的可靠性。每當(dāng)有新的節(jié)點(diǎn)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，必須對(duì)其身份進(jìn)行認(rèn)證，可以根據(jù)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，采用集中式認(rèn)證和分布式認(rèn)證兩種方式。

所謂用戶的身份認(rèn)證與訪問控制，就是通過最小特權(quán)原則、職責(zé)分離原則和動(dòng)態(tài)授權(quán)等安全控制原則構(gòu)建統(tǒng)一的用戶認(rèn)證與訪問控制體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)用用戶身份的統(tǒng)一管理，用戶在各業(yè)務(wù)應(yīng)用之間通過單點(diǎn)登陸和對(duì)用戶上下文信息進(jìn)行訪問控制等。

數(shù)據(jù)傳輸安全主要是指泛在網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸過程中的安全問題，可通過提供不同的安全等級(jí)來滿足泛在網(wǎng)絡(luò)要求的數(shù)據(jù)安全，使數(shù)據(jù)的機(jī)密性、完整性得到保證。

節(jié)點(diǎn)安全防護(hù)機(jī)制則是通過對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施層與業(yè)務(wù)層融合的安全機(jī)制來保證用戶上下文信息的安全。此外，用戶上下文安全控制機(jī)制還應(yīng)該實(shí)現(xiàn)跨行業(yè)應(yīng)用協(xié)同和融合，根據(jù)用戶上下文安全等級(jí)劃分安全域，不同的安全域執(zhí)行不同的安全朿峪。

3結(jié)語

目前，各種無線泛在網(wǎng)絡(luò)還主要局限于各個(gè)行業(yè)內(nèi)部,行業(yè)之間的應(yīng)用互不相通。我國(guó)無線泛在網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用才剛剛起步，因此，開展無線泛在網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和研究，以及在關(guān)鍵技術(shù)上的突破，有利于推動(dòng)我國(guó)無線泛在網(wǎng)絡(luò)的健康發(fā)展，為我國(guó)通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展打下基礎(chǔ)。

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