[摘 要]Internet2作為未來網(wǎng)絡(luò)的核心，必將對(duì)未來學(xué)習(xí)和生活產(chǎn)生巨大的影響。美國為了提高其高等教育和科研機(jī)構(gòu)的網(wǎng)上學(xué)術(shù)，欲建立一個(gè)具有高性能的網(wǎng)絡(luò)，即Internet2。而數(shù)字圖書館又是學(xué)術(shù)界中知識(shí)的源泉，必然是最先受到Internet2的影響的對(duì)象。Internet2正在不斷的完善中，本文探討了Internet2對(duì)數(shù)字圖書館的影響。

[關(guān)鍵詞]Internet2;數(shù)字圖書館;Ipv6;組播;視頻傳輸

[中圖分類號(hào)]G250.76 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1008-0821(2010)04-0162-03

The Impact of Interne2 Bringing to the Digital LibraryZhang Jianhui

(School of Information Management，Heilongjiang University，Haerbin 150001，China)

[Abstract]Internet2，as the nuclear of future internet，will have big affect on future study and life.America wants to build a high performance internet in order to enhance his academic of higher education and scientific research institution in internet，and in order to build a high performance internet，that is internet 2.The digital library is also the fountain of knowledge in academic，and is certainly the object of internets influence.Internet is constantly perfecting，this paper discussed the influence to digital library.

[Keywords]Internet2;digital Library;Ipv6;video transmission

1 Internet2簡介為了提高高校教學(xué)質(zhì)量和學(xué)術(shù)研究水平，美國于1996年開始了他的Next Generation Internet 計(jì)劃。這一計(jì)劃主要是以美國的34所高校作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，由國家教育系統(tǒng)大學(xué)間委員會(huì)提供支持。Internet2的提出是解決兩個(gè)主要問題，首先解決了采用現(xiàn)有Ipv4建立起來的Internet面臨的IP地址枯竭問題。其次由于Internet2引用了先進(jìn)的Ipv6(Internet protocol version 6)技術(shù)，所以它能從根本上解決數(shù)字圖書館網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬不足、視音頻延遲、視頻抖動(dòng)的問題。具體的說，Internet2可以使目前的網(wǎng)絡(luò)傳輸速度從10M提高到1G。目前數(shù)字圖書館只能做到Best efforts，但是不能保證Qos(Quality of Service)。Internet2技術(shù)使數(shù)字圖書館傳輸高質(zhì)量的音頻、視頻成為可能，從而對(duì)當(dāng)前數(shù)字圖書館的服務(wù)質(zhì)量產(chǎn)生巨大的影響。Internet2主要有4部分組成:①Internet2運(yùn)行程序及支持這些程序的設(shè)備，簡稱應(yīng)用系統(tǒng);②Gigapop(千兆級(jí)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn));③有千兆節(jié)點(diǎn)、圖書館所組成的校園網(wǎng);④Gigapop(千兆級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn))和Gigapop間的互連網(wǎng)[6]。Internet2的關(guān)鍵技術(shù):①Ipv6(Internet protocol version)技術(shù);②改進(jìn)數(shù)據(jù)傳輸過程中Qos的要求;③加強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)組播能力;④提高了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

2 數(shù)字圖書館視頻資源自從20世紀(jì)90年代中后期國內(nèi)高校數(shù)字圖書館開始蓬勃發(fā)展以來，各大高校都基本完成了網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代化。目前國內(nèi)有幾百家規(guī)模不等的數(shù)字圖書館，如國家數(shù)字圖書館、超星數(shù)字圖書館、各大學(xué)自己的數(shù)字圖書館等，他們主要負(fù)責(zé)向高校的師生提供數(shù)字化信息的服務(wù)。數(shù)字圖書館不是傳統(tǒng)圖書館的簡單延伸，數(shù)字圖書館不僅具有傳統(tǒng)圖書館收藏、加工、整理保存和服務(wù)的基本功能，而且能提供深層的、數(shù)字媒體的遠(yuǎn)程圖書館服務(wù)。主要有信息資源數(shù)字化、共享化、信息服務(wù)主動(dòng)化三大特點(diǎn)[1]。與傳統(tǒng)圖書資源相比較，數(shù)字圖書館資源主要分為文本、圖像、音頻、視頻、多媒體等數(shù)字格式。在現(xiàn)在高校數(shù)字圖書館資源中主要是以文本信息為主，圖片、音頻、視頻等數(shù)字資源所占的比例相對(duì)較少。由于視頻音頻資源的格式眾多，兼容性就顯得十分重要了。這些信息資源格式滿足信息用戶各方面的需求，需要一種方法來提高這些信息資源格式之間的相互轉(zhuǎn)化的效率，從而節(jié)約人力、物力和時(shí)間上的消耗，降低圖書館運(yùn)營成本。傳統(tǒng)的視頻傳輸設(shè)計(jì)基于香農(nóng)信息論信源/信道分離的理論，可分為只考慮編碼的方法和只考慮網(wǎng)絡(luò)的方法兩種[2]。改進(jìn)編碼方法是從設(shè)計(jì)低比特率高性能視頻編碼器方面來提高傳輸質(zhì)量，這樣不能適應(yīng)隨時(shí)變化的信道造成信道資源的浪費(fèi)。網(wǎng)絡(luò)的方法是從設(shè)計(jì)高性能的傳輸協(xié)議的方面來保證視頻數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量?，F(xiàn)有的Internet是以IPv4傳輸協(xié)議為核心技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)，它是共享帶寬的傳輸通道，不能做到不同用戶分別對(duì)待。由于上網(wǎng)費(fèi)用的降低和網(wǎng)絡(luò)硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，使得最近幾年來上網(wǎng)用戶呈現(xiàn)指數(shù)性的增長。人們不在滿足簡單的文本信息，而是把目光移到了視音頻數(shù)字信息上面。帶寬共享和上網(wǎng)用戶指數(shù)增長會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁堵和數(shù)據(jù)丟失，從而會(huì)在網(wǎng)絡(luò)終端表現(xiàn)為數(shù)據(jù)流(Date stream)間斷、視頻(Video)抖動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)延遲(Net lag)，這些表征都是讓終端用戶不能容忍的，從而影響到了數(shù)字圖書館的服務(wù)質(zhì)量。之所以會(huì)出現(xiàn)分組數(shù)據(jù)丟失、時(shí)延加長、時(shí)延擾動(dòng)等網(wǎng)絡(luò)問題，主要是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)擁塞。所以緩解或減少網(wǎng)絡(luò)擁塞，是保證有效的網(wǎng)絡(luò)帶寬和解決網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸問題的根本所在。

3 Internet2對(duì)數(shù)字圖書館視音頻傳輸?shù)挠绊應(yīng)プ詮?993年Internet問世以來的20年間，數(shù)字圖書館網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸和處理能力已經(jīng)得到了長足的發(fā)展，同時(shí)也加快了數(shù)字圖書館上視頻音頻等數(shù)字資源的傳輸量。數(shù)字圖書館上面的視頻音頻等資源同圖片、文本等靜態(tài)數(shù)字資源相比，它們對(duì)帶寬、延時(shí)、持續(xù)時(shí)間等方面要求比較高。目前數(shù)字圖書館只能利用現(xiàn)有資源盡最大的努力提供數(shù)字服務(wù)，并不能保證視頻傳輸質(zhì)量。圖書館本身作為一個(gè)服務(wù)機(jī)構(gòu)，如果只提供資料不能提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)就不能說是一個(gè)令人滿意的圖書館。同樣數(shù)字圖書館也應(yīng)如此，要想提供高水平的數(shù)字化信息服務(wù)，就必須解決視音頻延遲、抖動(dòng)、間斷等諸多影響服務(wù)質(zhì)量的問題。由于目前資金和技術(shù)水平限制，使得在硬件上增加帶寬的目的一時(shí)難以實(shí)現(xiàn)。即便是硬件方面能有重大改進(jìn)，也會(huì)很快的被高質(zhì)量的視頻等要求高傳輸速度的客戶端所占盡。所以為了提高數(shù)字圖書館視頻數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量，改進(jìn)目前數(shù)字圖書館網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)無疑是最好的選擇。Internet2的出現(xiàn)改進(jìn)了現(xiàn)有數(shù)字圖書館網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)上的不足，使得高質(zhì)量的視頻傳輸服務(wù)在下一代數(shù)字圖書館的網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)成為可能。

期Internet2對(duì)數(shù)字圖書館的影響Apr.，2010Vol.30 No.43.1 Internet2解決了IP地址匱乏問題Internet2采用Ipv6作為其網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議。Ipv6把地址空間從傳統(tǒng)的32位定IP地址長度為32，即有2^32-1(符號(hào)^表示升冪，下同)個(gè)地址;而IPv6中IP地址的長度為128，即有2^128-1個(gè)地址[3]。這就意味著地球上每一個(gè)人都有自己的固定IP地址，而不需要進(jìn)行IP地址轉(zhuǎn)換。從根本上解決了日益嚴(yán)峻的IP地址枯竭的危機(jī)，也提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸效率。路由器一直是網(wǎng)絡(luò)速度提高的瓶頸，Ipv6使得每一臺(tái)主機(jī)都對(duì)應(yīng)一個(gè)IP地址，這樣就簡化了路由表，從而提高網(wǎng)絡(luò)傳輸率減少網(wǎng)絡(luò)延遲的發(fā)生機(jī)率。訪問者可以對(duì)數(shù)字圖書館的視音頻資源進(jìn)行訪問，不必為其會(huì)數(shù)據(jù)流間斷而煩心。讓訪問者能充分享受信息技術(shù)帶來的舒適學(xué)習(xí)環(huán)境，履行圖書館的宗旨。

3.2 在服務(wù)質(zhì)量方面有所改進(jìn)目前的數(shù)字圖書館對(duì)于帶寬是采用共享機(jī)制。數(shù)據(jù)傳輸是重復(fù)傳輸，即M個(gè)訪問用戶，每個(gè)用戶需要N兆的帶寬，那么總傳輸所需帶寬就是M*N。由于現(xiàn)實(shí)中數(shù)字圖書館訪問者對(duì)帶寬的需求是有差異的，以Ipv4為核心的當(dāng)前數(shù)字圖書館網(wǎng)絡(luò)顯然不能適應(yīng)這一情況。Internet2完善了目前數(shù)字圖書館網(wǎng)絡(luò)在Qos(Quality of Service)方面的不足，使訪問終端根據(jù)自己的要求來使用網(wǎng)絡(luò)。用戶可以設(shè)置的參數(shù)有:①傳輸速率:提供最小的有效數(shù)據(jù)率、目標(biāo)平均數(shù)和最大容忍限度;②有效地延時(shí)及延時(shí)變化:特別是對(duì)視頻和其他傳送實(shí)時(shí)信息的信號(hào)，規(guī)定允許的最大中斷時(shí)間;③吞吐量:在特定時(shí)間段內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量;④進(jìn)度表:請求服務(wù)的起始和終止時(shí)間;⑤損失率:在特定時(shí)間間隔內(nèi)預(yù)計(jì)的最大丟包[4]。例如想要訪問數(shù)字圖書館文本資源的用戶可以把參數(shù)設(shè)定在(傳輸率=2.3Mbps，有效延遲=1分鐘，進(jìn)度表=2010/1/12 am 10∶00，損失率=0.01)、音頻資源(傳輸率=6Mbps，效延遲=4分鐘，進(jìn)度表=2009/10/12 pm 10∶00，損失率=0.1)、視頻資源(傳輸率=60Mbps～70Mbps，效延遲=0.1分鐘，損失率=0.05)、即時(shí)視頻(傳輸率=120Mbps，效延遲=0.05分鐘，損失率=0.01)，對(duì)于那些想下載數(shù)字圖書館上資源的用戶可以把參數(shù)設(shè)定(傳輸率=65Mbps，效延遲=8分鐘，進(jìn)度表=2009/10/11 am 01∶00，吞吐量=1000GB，損失率=0.001)。這樣既能保持帶寬使每個(gè)訪問者的個(gè)人需求得到滿足，又能不相互干擾產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)冗余及擁塞。

3.3 提高了傳輸過程中的準(zhǔn)確性Ipv4網(wǎng)絡(luò)傳輸主要是以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(P to P)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的廣播方式。前者是最常見的網(wǎng)絡(luò)傳輸形式如圖1:

圖1 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)[5] 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)是將數(shù)據(jù)包重復(fù)輸出這樣會(huì)產(chǎn)生很多冗余，從而會(huì)影響數(shù)字圖書館數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸效率。當(dāng)數(shù)字圖書館訪問者數(shù)量或者網(wǎng)絡(luò)吞吐量很大時(shí)，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸方式顯然是不適合的。但是后者是不判斷訪問主機(jī)是否需要，一起把數(shù)據(jù)包發(fā)送給所有主機(jī)，這樣就會(huì)加重那些不需要這些數(shù)據(jù)的訪問主機(jī)額外的負(fù)擔(dān)。在訪問者很少的情況下，點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的傳輸方式會(huì)加重大多數(shù)訪問主機(jī)的負(fù)擔(dān)，使網(wǎng)絡(luò)傳輸降低。Interner2的組播(Multicast)方式就能把兩種傳輸方式的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合，中和掉各自缺陷。組播的數(shù)據(jù)傳輸原理很簡單，就是把原來的主動(dòng)發(fā)送變成被動(dòng)發(fā)送。數(shù)字圖書館首先將一份數(shù)據(jù)包發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)，其他訪問主機(jī)如果需要這些數(shù)據(jù)就從緩沖區(qū)拷貝到本地。這樣既不能產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)冗余，也不能加重訪問終端的負(fù)擔(dān)，大大提高網(wǎng)絡(luò)傳輸率。即使數(shù)字圖書館的訪問主機(jī)驟然增加，也不會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸捲斐商笥绊?。Internet2的Ipv6，要求網(wǎng)絡(luò)路由能支持組播。路由器被認(rèn)為是網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)钠款i，如果路由能支持組播將大大提高網(wǎng)絡(luò)傳輸能力。Ipv6的地址空間是Ipv4的4倍，使IP地址空間得到極大的擴(kuò)展。Ipv4網(wǎng)絡(luò)中的組播采用變動(dòng)IP，這樣網(wǎng)絡(luò)通訊就會(huì)有傳輸不準(zhǔn)確的缺陷。Ipv6的IP地址不是那么緊張，每一個(gè)組播組都有一個(gè)固定的IP使得傳輸準(zhǔn)確性加強(qiáng)，降低數(shù)據(jù)包丟失幾率。視音頻延時(shí)和抖動(dòng)的主要是由帶寬的隨機(jī)變化、服務(wù)器等待、數(shù)據(jù)丟失等原因造成的，組播技術(shù)能保證數(shù)字圖書館視音頻數(shù)據(jù)傳輸帶寬穩(wěn)定、路由表簡化、準(zhǔn)確性，即保證了視音頻網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量。組播技術(shù)能對(duì)某一特定的組播組進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，這樣就可以有選擇的發(fā)送數(shù)據(jù)。這樣既能減少網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴和網(wǎng)絡(luò)擁塞的發(fā)生，又能設(shè)置權(quán)限。例如，數(shù)字圖書館可以向它的VIP用戶提供某些特定的信息服務(wù)，而其他同時(shí)間的訪問者卻不能接收到這些信息。數(shù)字圖書館可以對(duì)不同級(jí)別的訪問者，提供不同的信息服務(wù)。

圖2 組播[9] Internet2能使數(shù)字圖書館大大節(jié)省資金。Internet2技術(shù)能有效地保證數(shù)字圖書館網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，這樣就會(huì)吸引更多的用戶來購買數(shù)字圖書館，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)維護(hù)費(fèi)用。節(jié)省下來的錢可以用來更新設(shè)備，為數(shù)字圖書館的建設(shè)創(chuàng)造一個(gè)良好的環(huán)境。

4 Internet2未來發(fā)展方向中國也正在逐步的開展Internet2項(xiàng)目，中國教育和計(jì)算機(jī)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中心提供技術(shù)支持，清華大學(xué)、北京大學(xué)等100所大學(xué)作為參與對(duì)象。清華大學(xué)帶頭組建“未來互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究中心”，并將其建設(shè)成中國第一個(gè)未來網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)基地。這一基地將會(huì)得到教育部500萬美元的資金支持，其實(shí)驗(yàn)范圍是面向全國的?！拔磥砘ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)研究中心”將會(huì)在Internet2現(xiàn)有的成果上面進(jìn)行自己的技術(shù)創(chuàng)新，并和美國等國家保持學(xué)術(shù)上的交流。Ipv4自身的設(shè)計(jì)缺陷，如地址空間不能滿足要求、由于地址轉(zhuǎn)移導(dǎo)致的路由表龐大、變動(dòng)IP導(dǎo)致的數(shù)據(jù)包丟失，使得Ipv6必然是未來網(wǎng)絡(luò)的傳輸協(xié)議。但是要在近期全面實(shí)施Ipv6是不現(xiàn)實(shí)的事情，因?yàn)楝F(xiàn)在還沒有研究出能支持Ipv6的路由器、網(wǎng)橋等網(wǎng)絡(luò)重要設(shè)備。筆者認(rèn)為Internet2的實(shí)施，完全可以按照現(xiàn)有Internet的建設(shè)過程而建設(shè)。先建立Internet2技術(shù)的局域網(wǎng)，然后再慢慢的擴(kuò)大成廣域網(wǎng)。對(duì)于那些已有的Ipv4局域網(wǎng)，可以把Ipv4轉(zhuǎn)換成Ipv6進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。每一個(gè)局域網(wǎng)可以根據(jù)自己的技術(shù)或者硬件等不同情況，采用不同的措施。這樣就能解決系統(tǒng)與系統(tǒng)之間交互的障礙和不兼容性，保證通訊的暢通。為了能順利的度過這一過渡時(shí)期，人們把目光放在了融合技術(shù)和方式上面了。以求能很快的進(jìn)入數(shù)據(jù)、語音、視頻綜合服務(wù)的“電信級(jí)”網(wǎng)絡(luò)時(shí)期，來滿足人們的迫切需要。這必然要進(jìn)入很多學(xué)者研究的后IPV6時(shí)代，在保留原有的IPv4優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上發(fā)揮IPV6的長處。

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