环境感知的自组织虚拟业务支撑环境.doc

1、环境感知的自组织虚拟业务支撑环境邹华北京邮电大学3.1、课题简介（简要说明课题的目的意义、主要研究内容、预期目标等，字数要求 1000 字以内）随着通信网络的逐步开放，越来越多的虚拟业务运营商得以进入增值业务领域，在繁荣业务市场的同时，给业务市场的规范带来新的挑战。与此同时，通信技术的智能化、泛在化、融合化以及业务用户对业务功能和质量需求的提高，导致业务环境及业务更加多样化并动态多变，从而抬高了虚拟运营商进入增值业务提供领域的门槛，以至阻碍增值业务市场繁荣的进程。因此，我们预测通信网络从智能网技术分离业务控制层与呼叫处理层发展到 Parlay 技术分离业务执行层与网络能力层之后，必然会进一步向

2、分离业务执行环境与业务逻辑的方向演进。为此，本课题提出了“环境感知的自组织虚拟业务支撑环境”这一概念，其意义主要体现在以下几个方面： 1) 为业务运营商提供个性化的有质量保障的业务运行和管理支持的虚拟业务平台，大大降低虚拟业务运营商的门槛，推动增值业务市场的繁荣； 2) 增值业务的接入和执行由该环境完成，为规范增值业务市场业务提供的总体质量提供技术上的支持； 3) 真正分隔了业务逻辑与业务执行平台之间的联系，促进第三方业务开发商的发展。 本课题将对环境感知的自组织虚拟业务支撑环境的基本原理和关键技术进行研究，主要研究内容包括：业务、业务环境、业务执行环境的模型以及这三者之间的关系；环境信息的收

3、集、反馈和使用方法；环境感知的业务执行支撑资源自组织自适应调整机制；业务支撑环境的虚拟化提供技术等。 本项课题的预期目标是提出一个比较完善的环境感知的自组织虚拟业务支撑环境的相关理论及技术体系，为具有质量保障能力的个性化虚拟业务支撑环境的实现提供必要的理论和技术指导。其创新点体现如下： 1) 在电信领域，首次提出虚拟业务支撑环境的概念，为虚拟业务运营商提供支持； 2) 在虚拟业务支撑环境中引入环境感知和自组织的思想，使其能够在越来越复杂的网络环境中，提供有质量保证的业务运行和管理支持； 3) 在关键技术突破中，将在融合通信网络环境信息模型，业务环境、业务、虚拟业务支撑环境之间的环境信息反馈、交

4、互和控制机制，环境感知的业务执行支撑资源自组织自适应调整机制等方面有所创新。 综上，本课题立足于通信技术的发展趋势，对增值业务提供技术进行深入研究，提出的新思路和新方法将对当前静态的基于开放 API 或协议的业务支撑技术体系产生重大影响，因此具有十分重要的意义。 3.2、课题主要研究技术的国内外发展现状与趋势，课题主要研究技术国内外专利申请和授权情况3.2.1 课题主要研究技术的国内外发展现状与趋势本课题的研究内容主要涉及业务执行环境、自组织技术、环境感知技术、虚拟平台技术等方面。这些技 术与本项目相关部分的国内外发展现状与趋势概括如下： 在自组织技术方面，自组织的概念在网络层主要用于网络的动

5、态调整，网络拓扑的更新等；在应用层则主要借鉴了自组织的无中心特点，把分散在网络中的能力组织起来，充分利用现有网络资源完成所要求的任务。当前研究并没有真正涉及电信领域业务层，特别是业务支撑环境的自组织。 在环境感知技术方面，环境感知计算还主要局限于计算领域的普适计算。环境感知在电信领域的研究已经受到关注，但起步不久，其感知信息主要为用户和终端信息，缺乏对整个网络环境信息的感知以及基于环境信息对业务和业务支撑环境的自组织控制。但是其趋势是向全面、多方位的感知发展，本课题所提的业务和支撑环境的环境感知正符合该发展趋势。 在虚拟平台方面，在计算领域中的 Virtual PC 等技术，可以在一个操作系统

6、中虚拟出独立的操作系统。而电信领域的虚拟归属环境面向移动网络的漫游用户，主要采用业务和网络的互通方式实现，仅对位置信息具备一定程度的感知能力。总体来说虚拟平台技术主要是为了满足用户的个性化需求并为用户提供业务使用、平台使用等的方便性支持。 在业务支撑环境方面，主流电信业务执行环境均不支持对环境信息的感知能力以及基于环境信息的自组织自适应能力。但如何提供具有环境感知能力的业务平台已经受到了比较广泛的关注。而未来的业务平台将朝着更加智能化方向发展已经成为业界的共识。下面，对各个相关技术进行相对详细的介绍。1）自组织技术自组织技术 1-6的研究热点主要是移动 Ad Hoc 网络、传感器网络以及自组织

7、计算网等。近年来移动 Ad Hoc 网络的研究主要以路由协议、多波路由、服务质量等为研究的重点，也有研究将 Ad Hoc 网络技术 用于下一代网络（NGN）中，实现蜂窝网、WLAN、Internet 之间的互联。传感器网络（WSN）是 Ad Hoc 网络的一种典型应用，但与传统的 Ad hoc 网络有较大的区别。其研究主要集中在操作系统、网 络 通信协议、数据 汇聚算法、数据查询处理技术，以及传 感器网络的模拟环境等方面。自组织计算网是指网络中的所有计算设备能够自动地相互协同工作，自动形成一个更大规模的虚拟、统 一和完全分布式的计算机。当前国际上的研究重点主要集中在混和网络自组织计算、自组织计

8、算的网络操作系统、通信协议、安全保障技术等方面。此外，自组织的思想在 P2P 中也得到了很好的体现 。P2P 借鉴了自组织无中心和多跳等特点，定义了 P2P 相应的协议，并通过这些协议开发了丰富的应用，主要体现在即时通信、文件共享、协同工作、 对等计 算、搜索、存储、游戏等方面，如 ICQ、Skype、Napster、BT、eDonkey 等著名的应用和工具。从上面的介绍可以看出，当前自组织的概念在网络层主要用于网络的动态调整，网络 拓扑的更新；而在 应用层， 则主要借鉴了自 组织的无中心的特点，充分利用各个分散节点的能力，把分散在网络中的能力组织起来，通过各个分散节点之间信息的交互，充分利用

9、现 有网络资源完成所需的任务。但是当前自组织的研究并没有涉及到电信领域业务层面。2）环境感知技术目前，国内外环境感知 7-10相关技术的研究点比较多，与本课题相关的研究主要涉及普适计算的环境感知计算、环境信息获取、环境感知业务以及环境感知业务支撑环境这几个方面。普适计算中的环境感知计算系统能够利用感知到的信息来推断周围环境，并相应改变自己的行为，主动 适应用户的需求和工作的变化。与此相关的研究项目主要有欧洲的 IST-CONTEXT 项目 11、卡耐基梅隆大学的 Aura 项目 12等。这些研究仅局限于计算领域，没有涉及电信领域，其 环境信息模型、业务执行方式和业务功能需求等均与融合通信网络中

10、的有较大的不同。其次，它们的研究环境局限为用户和终端设备环境。而在融合通信网络中，特别是具有自组织能力的通信网络中，不仅用户和终端设备的环境会发生变化，网络环境也会不断变化，例如，网络结构、资源的可用性、容量和质量等因素都会改 变并影响业务的执行。在环境信息获取方面，目前国际上已经有项目开展了对终端动态能力和用户属性的研究，但大多为用户 和终端的静态信息。如 Parlay 组织定义的终端能力服务（TCS）可以 获取和上报终 端能力，移 动性管理服 务可以获取用户状态以及用户位置等信息；MIT 大学则对增强手机终端感知用户环境的能力进行研究 13；各运营商也通过构建自己的 CRM 系统来管理用户

11、属性信息。虽然这些成果对于感知用户的环境信息有一定的作用，但是没有对其它网络资源如何配合环境信息提出比较合理的方案，也没有把环境信息的适配研究融入到整个网络体系中。此外，这些信息中缺少实时的动态环境信息，或者仅有一些动态能力的信息。在环境感知的业务支撑环境方面，基于融合网络的环境感知自组织业务支撑框架的研究才刚刚开始。例如 CAM、CASS、MobiPADS 和 QoSDREAM 等项目，它们只是根据某一方面或某一个类别的业务对动态业务或环境感知的支持方法作一些简单的研究，而且在 业务环境信息模型、自 组织业务执行平台和业务自组织动态执行等方面研究较少，不能够有效支持融合网络中根据终端、网络、

12、用 户多方面环境信息进行感知的业务动态自组织执行。在具有环境感知能力的业务方面，目前尚无真正大规模的应用。虽然已经有了少量具有一定环境感知能力的业务，但它们要么还处于试验阶段，如简单的Follow Me 业务；要么面向特定的用户环境，难以在大规模人群中展开，如全球通 VIP 用户在机场手机没电时，可收到广播转述的手机信息。由此看出，环境感知在电信领域的研究已经受到关注，但是刚刚起步，很多研究都着重于某一方面的环境信息，对于整体利用环境感知的相关技术来设计功能更强的融合网络业务平台还未涉及。3）虚拟平台技术虚拟技术究其实质可分为两种类型：一种是以虚拟技术替代现实设备和实体，如虚拟设备、虚拟器件、

13、虚拟现实等。它们可将虚拟 的设备作为现实设备来使用，可以离开现实对象而单独存在，独立完成需要的任务。另外一种则是以虚拟技术增强现实，如虚拟专用网、Virtual PC 等。它们在现实对象的基础上，利用抽象和虚拟等方式划分出多个“ 现实对 象” ，使用 户感觉不到其中的差异，并可在此基础上实现对现实对象功能的补充和扩展，从而增强了现实对象的能力。例如，虚 拟专用网就从物理上统一的网络抽象出专用的虚拟网络，从而实现了用户的个性化需求并提供了安全保证。本课题中使用的虚拟概念主要借鉴了第二种概念，使用虚拟的业务平台增强现存业务平台的能力，为 用户提供更好的服务。目前电信领域的虚拟归属环境（VHE）14

14、也属于 这一类别 。VHE 是可以随漫游用户跨越不同异构网络并且允许不同类型终端接入的用户个人业务环境。这就要求 VHE 对业务移动与用户移动的环境信息具有一定程度的感知能力。然而，VHE 依然存在如下的局限性：1）它主要研究如何在不同的移动网络环境下提供和归属网络中一样的服务，其侧重点和问题域，与环境感知的业务支撑环境的有较大区别。2）在现有研究中 VHE面向漫游用户，主要通过业务互通机制来实现，即支持业务提供商与拜访地网络直接建立业务互通协议，或由代理机构建立业务互通管理。因此， VHE 难以感知到更多的环境信息，如终端类型、网 络结构、资源能力和容量等信息。3）VHE 无法根据环境信息对

15、业务和业务执行平台进行自组织和动态控制，仅能支持逻辑较为简单的业务，难以满足用户对业务的更多个性化需求。4）VHE 面向移动网络环境，难以支持融合网络中的除移动网络以外的多种网络和资源能力。4）业务支撑环境传统的智能网技术较好地解决了传统智能通信业务的快速提供，但其在网络体系结构、业务开发、系统控制、业务种类和客户 化能力等很多重要方面逐渐显现出它固有的缺陷，不再适合于基于融合网络的业务提供 15。而由于信息领域企业应用与电信领域通信业务在网络类型、调用方式、事件粒度、 业务类型、业务开发方法和快捷性要求等方面，都有着较大的不同，因此面向 Web 应用的企业应用服务器系统也不适合作为通信业务的

16、提供平台使用 16。电信应用服务器 17为下一代网络业务层提供各种增值业务的驻留和执行环境，而且还提供各种开放的 API，为第三方的业务开 发提供创作平台。国外的研究组织对下一代网络的应用服务器开展了广泛的研究工作，很多公司也已经开始研究和提供自己的相关产品，如 Truetel 公司的 TrueConverge、Appium 公司的XWay 和 SCE 等。国内在下一代网络的应用服务器方面的研究也正在 进行，如华为的增强网络智能平台（TELLIN-ENIP ）、中兴的统 一业务平台（ZXUP10）、UT 斯达康的多业务应用服务平台 mService 1500，以及课题申请单位自行研发的具有自主

17、知识产权的电信应用服务器系统 18。目前，这 些应用服务器均缺乏基于环境信息的业务执行动态控制。计算机领域中的反射中间件 19也可认为是应用程序执行的平台，它通过反射机制对外提供自身的描述信息，并允许外界对其自身进行修改和定制，从而具有开放和灵活的特点，能够适 应动态变化的环境。根据研究目的， 现有相关研究可以分为 3 类：支持对中间件的静态配置和运行时的动态配置，如 dynamicTAO 和OpenORB；实现由环境感知触发、通过策略驱动的中 间件的自动的动态配置，如CARISMA 和 Chisel 等；面向普适 计算或移动计算的反射式中 间件，如LegORB、UIC、ReMMoC 和 CA

18、RISMA 等。国内的相关研究包括北京大学软件研究所的 PKUAS20，和 电子科技大学的 RECOM21。目前，反射中间件的研究主要针对平台本身的反射模型和实现机制设计，缺少对环境感知模型、基于环境信息动态自组织平台和运行其中的业务等方面的研究。而且，通信领域特别是融合网络中业务执行环境，虽然也可视为一种中间件，但它所面向的网络结构、网 络能力、业务类型、业务执行流程、用 户习惯和需求等，均与中间件面向的应用程序有较大区别。因此，反射中间件的相关研究成果并不能直接应用于融合网络中，但可以作为研究业务执行环境自身的自组织模型和自适应机制的参考。3.2.2 课题主要技术国内外专利授予情况及分析1

19、）自组织技术国内以自组织为关键字的专利有 70 多个（数据来源于国家专利局网站），但大多数专利都是自组织网络相关的，尤其以自组织网络中路由协议相关的专利最多，主要用于自组织网络 的组织和拓扑更改。在国际方面，根据我 们在欧洲专利局网站的查询结果显示，以 Ad hoc 为关键字的专利总数超过了 2000 个，其中主要的专利也是 Ad hoc 网络中的路由协议，此外 还包括 QoS、地址分配、功率（节能）控制、安全性问题、分布式算法等。 这些国内外 专利基本上都面向计算机领域中网络部分的研究，对 于业务层的研究比较少。特别是对于融合网络环境下业务层面自组织方面还未查到相关的专利。本课题拟申请的专利

20、是面向融合网络的应用层面，是在借鉴自组织概念的基础上，所做的创新性工作，目标是开创融合网络业务层面架构的新局面，提升融合网络业务提供的整体质量。2）环境感知技术国内在环境感知技术方面的专利比较少，目前以环境感知为关键字的国内专利仅有不到 10 个，其中 对终端环境感知的专利占了不少篇幅，并以研究终端位置改变作为重点，而其他的 专利主要侧重于对人周围的环境改变的研究。在国际方面，根据我们在欧洲专 利局网站的查询结果显示，以 Context aware 作为关键字的专利总数有 100 多个，大体涵盖了设备、移 动企业应用、跟踪系 统、框架、搜索、邮件过滤、位置、信息处理等多个方面。与本课题研究领域

21、相关的专利主要体现在设备、移动企业应用及框架几个方面。对设备而言，专利中研究的热点主要是可穿戴 设备，同 时环境感知的方向大多是设备状态及位置信息。移动企业应用的研究主要集中在对特定业务分析上，没有提出统一的概念。而在环境感知框架的研究中，大多的 专利局限于某一个具体的小的方向，比如涉及到移动位置改变的一个框架或者针对具体业务的框架，没有对全网、平台所涉及到的各种因素 进行分析，因此不能满足融合网络的复杂环境需求。本课题在环境感知方向拟申请的专利主要是针对融合网络环境下，对于用户、网络 等所有涉及的业务环 境信息的收集以及和新型业务模型之间的映射等内容，这 些内容在现有专利中并未涉及。此外，本

22、 课题 在环境感知交互等方面的研究将探索新的方法和技术路线，充分利用跨领域的知识，开阔研究视野。本 项目研究成果将具有创新性、 实用性，有利于我国融合网络业务的进一步发展。3）业务平台技术国内在业务平台技术方面的专利有 60 个左右，其中大多数的平台技术涉及到的是专有的系统，比如银 行的支付平台之类。在通信领域的业务平台技术也仅局限于某个具体业务领域的平台技术，比如 WAP 平台、SS7 相关平台。对融合网络的业务平台，还没有见到相关专利。在国 际方面，根据我们在欧洲专利局网站的查询结果显示，以 Service platform 作为关键字的专利有 2800 多个，不过大部分的平台也是专有平台

23、或是某个协议之上的平台技术。对于考虑全网以及全网涉及的环境信息的平台还未见相关专利，更未查到除 VHE 之外的电信领域大规模融合网络虚拟支撑技术方面的专利。本课题在业务平台技术方向拟申请的专利主要结合了自组织、环境感知、虚拟的各项有自主创新的研究成果，并面向融合网络的平台相关技术。本技术的研究成果将能够指导我国新一代业务平台的开发，促进相关技术的发展。主要参考文献1. Dow C.R., Lin P.J., Chen S.C. et al. A study of recent research trends and experimental guidelines in mobile ad-ho

24、c network. 19th International Conference on Advanced Information Networking and Applications (AINA 2005), March 2005, vol. 1, pp. 7277.2. Mauve M., Widmer A., Hartenstein H. A survey on position-based routing in mobile ad hoc networks. IEEE Network. Volume 15, Issue 6, Nov.-Dec. 2001, pp: 3039.3. W.

25、 T. Chen and P. Y. Chen, Group Mobility Management in Wireless Ad Hoc Networks, 58th IEEE Vehicular Technology Conference (VTC 2003-Fall), Vol. 4, pp. 2202-2206, Oct.2003.4. Z. Fu, X. Meng, S. Lu. A transport protocol for supporting multimedia streaming in mobile ad hoc networks. IEEE Journal on Sel

26、ected Areas in Communications, Vol. 21, Issue 10, pp. 1615-1626, Dec. 20035. S. Basagni et al., Mobile Ad Hoc Networking, IEEE Press and John Wiley The Virtual Home Environment”. June 200115. 杨放春. 下一代网络中关键技术. 北京邮电大学学报, 2003, 26 (1):1816. Sun Microsystems, Inc. JAIN SLEE Turorial. http:/ EURESCOM. P1

27、109: Next Generation Networks: the Service Offering Standpoint, TI1: Requirements Analysis and Architecture Definition. November 200118. 邹华, 杨放春. 下一代网络中电信应用服务器的研究与实现. 北京邮电大学学报, 2004, 27(S1): 1519. M.Roman , F.Kon , R.H.Campbell. Reflective middleware: From your desk to your hand. IEEE Distributed Sy

28、stems Online. http:/puter.org/0105/features/rom0105-print.htm ,200120. 黄罡, 王千祥, 梅宏等. 基于软件体系结构的反射式中间件研究. 软件学报, 2003, 14(11):1819182621. Yang Sizhong, Liu Jinde. RECOM: A reflective architecture. Reflection2001, Workshop on Experience with Reflective Systems, Kyoto, Japan, 20013.3、课题主要研究内容、拟解决的技术难点和主要

29、创新点，现有研究基础3.3.1 研究内容“环境感知的自 组织虚拟业务 支撑环境” 是一种能 够根据各业务运营商的个性化需求以及业务环境（网络、终端、用 户等）的动态变 化，使用自 组织技术对各种客观存在的业务执行支撑资源（网络能力、存储能力、计算能力以及业务所需要的其他服务能力等）进行有机的组织、分配、调度和 调整， 为业务运营商提供具有质量保障的业务运行和管理支持的虚拟业务平台，以降低业务提供门槛，使得尽可能多的虚拟业务运行商能够进行具有质量保证并能进行质量规范的业务运营。本课题的主要研究思路是：对业务、业务环境、 业务支撑环境以及这三者之间的关系进行建模，基于这 些模型， 对环境信息的收集

30、、反馈、使用，自组织的资源调整机制，虚拟化提供技 术等业务运行支撑方面的相关理论和方法进行研究，从而提出一个比较完善的环境感知的自组织虚拟业务支撑环境的相关技术体系。基于此研究思路，本课题的研究内容主要包括两大部分：一是环境感知的自组织虚拟业务支撑环境基础理论模型研究，二是基于上述理论模型的面向实现该环境感知的自组织虚拟业务支撑环境的关键技术研究。3.3.1.1 环境感知的自组织虚拟业务支撑环境基础理论模型研究1) 融合网络的业务环境信息模型融合网络异构、多变的环境信息能否被系统、有效地用于自组织虚拟业务支撑平台和环境感知业务的自适应调整的驱动，首先取决于这些错综复杂的信息及其内在规律能否被比

31、较准确地把握。这就需要构建一个抽象的业务环境信息模型，它定义一套可迭加，可互影响的 环境信息基本元素，并对业务提供过程中涉及的包括网络、终端、用户等在内的业务环境的信息组成、分 类、信息之间的相互关系、变化规律等进行表示。该信息模型需要具有良好的可扩展性，以适 应未来网络、终端等技术的不断发展。2) 支持融合网络环境感知的自适应业务模型目前的主流业务模型是基于静态业务能力组件的静态模型，无法支持需要根据业务环境的改变而进行动态自适应的业务的提供。因此，需要 对动态自适应业务行为、 动态变化特性、能够 与环境信息相对应的 业务能力组件抽象等进行深入研究，提出支持环境感知的自适应动态业务模型，并分

32、离出可以由虚拟业务执行环境统一支持的通用自适应功能，为此类业务的执行和管理建立坚实的理论基础。3) 业务支撑环境模型要深入地研究环境信息对业务支撑环境的影响，首先需要对业务支撑环境进行建模。此外，本课题的研究需要独立于具体的 业务 和业务运营商，并独立于下层网络环境，因此也需要 对业务支撑环境的外在特征进行抽象，分别针对物理业务支撑环境、虚拟业务支撑 环境以及它们之间的关系进行建模。本研究的重点是用统一的抽象方法来表示各种业务执行支撑资源，并且在抽象的基础上定义虚拟业务执行环境的业务接口、资源接口、用 户接口等，并建立物理业务执行支撑资源与虚拟资源之间的关系模型。4) 各模型之间的映射关系本课题的基本宗旨，就是基于自组织技术， 实现能根据业务环境信息进行业务平台和业务之间的主动调配，从而为业务运营商和业务用户提供统一、独立的满足自身需求的虚拟业务支撑环境，这使得业务环境、业务执行环境以及业务自身之间的相互作用关系成为了本课题的关键问题之一。因此需要基于业务环境信息模型、业务模型以及业务 支撑环境模型， 对业务环 境的多样性和多变性与业务能力和业务行为之间的关系、环境信息动态变化与虚拟业务支撑环境的自组织自适应调整之间的关系等进行研究，探讨这三个模型之间的交互关系，提出三者之间的适配方法。