歐 亮，朱永慶，何曉明，鄒 潔

（中國(guó)電信股份有限公司廣東研究院 廣州 510630）

1 引言

通過(guò)無(wú)處不在的網(wǎng)絡(luò)將人類社會(huì)和物理世界的所有對(duì)象相聯(lián)系，并利用先進(jìn)的信息處理技術(shù)對(duì)人類的生活和生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行精細(xì)管理，這個(gè)龐大的信息生態(tài)環(huán)境將使人類步入一個(gè)全新的智能化生活空間。與上述愿景緊密相連的技術(shù)概念是云計(jì)算與泛在網(wǎng)絡(luò)，由于兩者都是未來(lái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的潛在關(guān)鍵技術(shù)，在IT與通信領(lǐng)域受到了重點(diǎn)關(guān)注。

云計(jì)算與泛在網(wǎng)絡(luò)都包含有革命性的技術(shù)理念并涉及廣泛的產(chǎn)業(yè)鏈，泛在網(wǎng)絡(luò)突破了以往單一的人-人及周邊環(huán)境的通信模式，云計(jì)算則體現(xiàn)了因互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展而來(lái)的計(jì)算模式的革新。但是，不同的行業(yè)和組織對(duì)這兩個(gè)概念的理解都存在偏差，過(guò)去的網(wǎng)格、普適計(jì)算、分布式計(jì)算與云計(jì)算概念間都有著相互包含和相區(qū)別的內(nèi)容，與此類似，泛在網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、M2M、傳感網(wǎng)在概念上也存在交集，嚴(yán)格區(qū)分還存在一定困難。本文從技術(shù)應(yīng)用出發(fā)，以傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的角度前瞻性地討論云計(jì)算技術(shù)在未來(lái)泛在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用前景。

2 泛在網(wǎng)絡(luò)特征與計(jì)算資源需求

泛在網(wǎng)絡(luò)不是一個(gè)具體的網(wǎng)絡(luò)形式，而是以電信網(wǎng)技術(shù)、傳感網(wǎng)技術(shù)、RFID標(biāo)識(shí)技術(shù)和各類短距離無(wú)線通信等現(xiàn)存和未來(lái)技術(shù)構(gòu)成的多種網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，由多類終端和業(yè)務(wù)平臺(tái)組成的復(fù)雜信息系統(tǒng)，它可以包括各種現(xiàn)有的通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)絡(luò)、傳感網(wǎng)、自組織網(wǎng)絡(luò)等各種有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。其初期的目標(biāo)是為各類通信對(duì)象提供隨時(shí)隨地的信息存取服務(wù)和任意互連，并進(jìn)一步發(fā)展到網(wǎng)元間的具有環(huán)境上下文感知能力、協(xié)同工作、資源共享和信息綜合處理能力的智能化網(wǎng)絡(luò)形態(tài)。

同時(shí)，泛在網(wǎng)絡(luò)也是一個(gè)發(fā)展中的網(wǎng)絡(luò)和信息服務(wù)形式，其規(guī)模將隨人類社會(huì)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步不斷擴(kuò)大。現(xiàn)有的技術(shù)手段和應(yīng)用模式還處在泛在應(yīng)用的雛形階段，尚未進(jìn)入真正的泛在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代。

2.1 泛在網(wǎng)絡(luò)特征

對(duì)未來(lái)的泛在網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用，從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和服務(wù)形式看，應(yīng)用的廣泛性、網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性、服務(wù)對(duì)象的海量化是其最重要的三個(gè)特征。

（1）應(yīng)用的廣泛性

應(yīng)用的廣泛性表現(xiàn)為泛在網(wǎng)絡(luò)涵蓋了人類生活生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，包括生態(tài)環(huán)境和基礎(chǔ)設(shè)施等物理世界，存在大量非典型電信業(yè)務(wù)形式，這決定了其業(yè)務(wù)模式、信息處理要求、服務(wù)能力的多樣性，也決定了未來(lái)運(yùn)營(yíng)級(jí)承載網(wǎng)絡(luò)不僅需要綜合承載能力，而且需要加強(qiáng)業(yè)務(wù)定制能力和快速配置能力，以適應(yīng)不斷擴(kuò)張的業(yè)務(wù)部署需要。

（2）網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性

網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

·從末梢網(wǎng)絡(luò)、接入網(wǎng)絡(luò)到核心網(wǎng)可能采用不同通信協(xié)議、通信鏈路，如IP化網(wǎng)絡(luò)與非IP化的傳感網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)至有線網(wǎng)絡(luò)等；

·存在各種制式的移動(dòng)通信網(wǎng)和各類短距無(wú)線協(xié)議，頻譜資源不統(tǒng)一，如2G/3G系統(tǒng)、Wi-Fi、藍(lán)牙、Zigbee等；

·存在各類有線接入鏈路，如xDSL、xPON、以太網(wǎng)、Cable以及私有通信系統(tǒng)等；

·各網(wǎng)絡(luò)間在尋址與路由方式、認(rèn)證方式、QoS能力、業(yè)務(wù)配置能力、業(yè)務(wù)系統(tǒng)接口的差異；

·存在大量私有業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，業(yè)務(wù)不透明。

雖然IP化能解決核心網(wǎng)的綜合承載問(wèn)題，但網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性依然會(huì)帶來(lái)如下問(wèn)題：首先，通信終端類型及其通信方式差異巨大，接入服務(wù)和管理維護(hù)困難；其次，無(wú)法以統(tǒng)一模式管理業(yè)務(wù)流量，如端到端服務(wù)保證、資源管理等；再次，網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)會(huì)加大對(duì)所疊加業(yè)務(wù)和用戶服務(wù)能力一致性的要求，即網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和管理水平需要極大提升。

（3）服務(wù)對(duì)象的海量化

服務(wù)對(duì)象的海量化是泛在網(wǎng)絡(luò)的另一特征。對(duì)象的廣泛性，從一般意義的普通人－物間的互動(dòng)，到對(duì)微觀納米世界的觀察，所有對(duì)象都可能是通信發(fā)起者或接收者，隨著人類活動(dòng)目的和具體需要的變化，這給對(duì)象命名與分類、通信尋址機(jī)制設(shè)計(jì)以及相關(guān)的海量數(shù)據(jù)處理帶來(lái)困難。一方面，各類對(duì)象產(chǎn)生龐大的信息量，使得信息傳輸、存儲(chǔ)與實(shí)時(shí)處理要求對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)和IT系統(tǒng)造成沖擊；另一方面，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)對(duì)海量地址與路由管理、泛在節(jié)點(diǎn)接入認(rèn)證與計(jì)費(fèi)、安全性保證等相關(guān)技術(shù)目前并未充分考慮。

2.2 泛在應(yīng)用承載對(duì)計(jì)算智能的需求

泛在應(yīng)用可運(yùn)行于封閉的私有網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)內(nèi)，也可能運(yùn)行于運(yùn)營(yíng)商提供的公共網(wǎng)絡(luò)或業(yè)務(wù)平臺(tái)中，如各類接入到互聯(lián)網(wǎng)的行業(yè)應(yīng)用平臺(tái)。目前有兩種典型的運(yùn)營(yíng)方式：一是各行業(yè)部門透過(guò)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)管道運(yùn)行自己的業(yè)務(wù)，終端與業(yè)務(wù)平臺(tái)不透明；另一種方式是運(yùn)營(yíng)商不僅提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，還提供通用終端與業(yè)務(wù)平臺(tái)，可定制或代維部分業(yè)務(wù)資源。

無(wú)論何種運(yùn)營(yíng)方式，要達(dá)到協(xié)同工作能力，泛在應(yīng)用從感知節(jié)點(diǎn)、終端、網(wǎng)絡(luò)到業(yè)務(wù)處理平臺(tái)的各個(gè)環(huán)節(jié)均需要引入智能化處理手段。節(jié)點(diǎn)和通信終端需要對(duì)環(huán)境的上下文感知能力實(shí)現(xiàn)自組織能力；接入與核心網(wǎng)絡(luò)需要異構(gòu)管理能力和服務(wù)一致性；業(yè)務(wù)平臺(tái)需要具備海量信息處理等先進(jìn)IT技術(shù)。同時(shí)，不同業(yè)務(wù)平臺(tái)間需要能共享信息。

前面的分析還表明，構(gòu)建一個(gè)具有服務(wù)協(xié)同、環(huán)境開放、異構(gòu)接入的泛在網(wǎng)絡(luò)需要大量更加先進(jìn)的智能化IT技術(shù)支持，這些需求歸納如下：

·業(yè)務(wù)平臺(tái)對(duì)來(lái)自各類對(duì)象的海量數(shù)據(jù)需進(jìn)行高效的信息處理，并提高資源利用率；

·業(yè)務(wù)平臺(tái)間如何提供可信任的互連能力、資源和信息的共享能力；

·海量對(duì)象管理、命名系統(tǒng)和地址管理需要一個(gè)高性能的地址解析與分配系統(tǒng)；

·網(wǎng)絡(luò)和接入服務(wù)需提供可視化管理、根據(jù)SLA開放網(wǎng)絡(luò)配置、提供端到端網(wǎng)絡(luò)OAM以及QoS配置等各項(xiàng)能力；

·需要具備對(duì)泛在網(wǎng)關(guān)、終端、節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控和管理配置能力，具備安全的可開放式接口，包括安全接入、環(huán)境上下文感知、頻譜與接入類型感知、生存周期、末梢網(wǎng)絡(luò)管理、路由選擇、代理服務(wù)等各項(xiàng)管理要求。

上述需求涉及如何設(shè)計(jì)泛在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和部署計(jì)算資源，以滿足泛在應(yīng)用對(duì)協(xié)同性和智能互連能力的要求。抽象相關(guān)計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)資源涉及現(xiàn)有IT系統(tǒng)能力和通信網(wǎng)建設(shè)理念，因此成為難點(diǎn)。云計(jì)算以服務(wù)為中心并通過(guò)虛擬化的計(jì)算資源進(jìn)行分布式處理的設(shè)計(jì)理念為上述問(wèn)題的解決帶來(lái)了希望。為評(píng)估云計(jì)算對(duì)泛在應(yīng)用的支持能力，需先對(duì)其技術(shù)現(xiàn)狀和應(yīng)用潛力進(jìn)行分析。

3 云計(jì)算相關(guān)能力分析

3.1 云計(jì)算現(xiàn)狀

寬帶及其無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的普及化、存儲(chǔ)價(jià)格的下降和互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算軟件的出現(xiàn)成為云計(jì)算發(fā)展的關(guān)鍵動(dòng)力。當(dāng)前，IT界主流的云計(jì)算技術(shù)包括虛擬化、面向服務(wù)的軟件、網(wǎng)格技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施管理技術(shù)和節(jié)能管理。消費(fèi)者可以通過(guò)按需購(gòu)買基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（infrastructure as a service,IaaS）、平臺(tái)即服務(wù)（platform as a service,PaaS）、軟件即服務(wù)（software as a service,SaaS）三種服務(wù)并向最終用戶出售增值服務(wù)或構(gòu)建自己的應(yīng)用。在云中，不同服務(wù)提供商可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)復(fù)用方式使用并管理計(jì)算資源。目前，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商主要關(guān)注 IaaS和 PaaS。

IaaS把計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)及搭建應(yīng)用環(huán)境所需的工具作為服務(wù)提供給用戶，使用戶能按需獲取IT基礎(chǔ)設(shè)施，其核心內(nèi)容是對(duì)服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)的虛擬化和相關(guān)工具。其中，網(wǎng)絡(luò)虛擬化有縱向網(wǎng)絡(luò)分割和橫向節(jié)點(diǎn)整合兩種不同的形式，前者以VC、VLAN、MPLS-VPN等方式進(jìn)行業(yè)務(wù)流量隔離，后者將多臺(tái)設(shè)備連接起來(lái)通過(guò)虛擬化整合為單一邏輯單元和鏈路聚合，以簡(jiǎn)化管理、配置，提高可靠性。目前，服務(wù)器虛擬化已有VMware等成熟系列產(chǎn)品和XEN、KVM等開源系統(tǒng)，存儲(chǔ)虛擬化尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)虛擬化尚缺乏橫向整合標(biāo)準(zhǔn)。

PaaS把分布式軟件的開發(fā)、測(cè)試和部署環(huán)境當(dāng)作服務(wù)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)提供給用戶。其核心是分布式計(jì)算，有兩種處理方法：一種是分割計(jì)算，即把應(yīng)用程序的功能分割成若干個(gè)模塊，由網(wǎng)絡(luò)上多臺(tái)機(jī)器協(xié)同完成；另一種是分割數(shù)據(jù)，即把數(shù)據(jù)集分割成小塊，由網(wǎng)絡(luò)上的多臺(tái)計(jì)算機(jī)分別計(jì)算。對(duì)于海量數(shù)據(jù)分析等計(jì)算密集型問(wèn)題，通常采取分割數(shù)據(jù)的分布式計(jì)算方法，對(duì)于大規(guī)模分布式系統(tǒng)則可能同時(shí)采取這兩種方法。

對(duì)PaaS而言，通過(guò)在IaaS或其他獨(dú)立設(shè)施上部署分布式存儲(chǔ)、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)、分布式同步機(jī)制和分布式計(jì)算模式等技術(shù)后，平臺(tái)就具備了分布式軟件開發(fā)的基本能力，PaaS云服務(wù)提供商需要考慮如何將這個(gè)開發(fā)平臺(tái)提供給用戶，并解決與此相關(guān)的一系列問(wèn)題。App Engine以及微軟的Azure也都是典型的PaaS平臺(tái)。此外，隨著Hadoop開源PaaS平臺(tái)的成熟，越來(lái)越多的IaaS企業(yè)開始嘗試在自己的IaaS平臺(tái)上部署Hadoop以提供PaaS服務(wù)，如Amazon、Yahoo、IBM。雖然分布式處理技術(shù)已經(jīng)發(fā)展多年，但是業(yè)內(nèi)并沒(méi)有形成相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 云計(jì)算能力評(píng)估

目前的云計(jì)算技術(shù)所提供的云服務(wù)能力有如下特點(diǎn)。

·IaaS對(duì)主機(jī)、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源具有初步的集成和抽象能力，并具有可擴(kuò)展性和統(tǒng)計(jì)復(fù)用能力，允許用戶按需使用，除網(wǎng)絡(luò)資源外，其他的均可通過(guò)虛擬化提供成熟的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法，為解決泛在應(yīng)用的海量信息處理提供了途徑。

·IaaS對(duì)各類內(nèi)部異構(gòu)的資源環(huán)境提供了統(tǒng)一的服務(wù)界面，為資源定制、出讓和高效利用提供了可能性，為泛在應(yīng)用平臺(tái)獲取計(jì)算資源提供了統(tǒng)一界面。

·通過(guò)PaaS提供的編程方式，可以實(shí)現(xiàn)快速業(yè)務(wù)流程定義，加速新業(yè)務(wù)部署，包括各類共性的電信業(yè)務(wù)平臺(tái)和支撐系統(tǒng)，也為各類泛在應(yīng)用的快速實(shí)現(xiàn)提供了基本能力。

·PaaS實(shí)現(xiàn)了對(duì)分布式處理技術(shù)細(xì)節(jié)的抽象，可以合理地調(diào)度使用由IaaS提供的資源環(huán)境，為泛在應(yīng)用的海量數(shù)據(jù)提供高效的分布式處理提供了可能性。

由于上述各種可能性的存在，有人將云計(jì)算看作是泛在應(yīng)用的“后端”。然而，作為云計(jì)算的核心技術(shù)的虛擬化、分布式處理和在線軟件技術(shù)均源自IT企業(yè)，其研究范圍尚局限在容易分割的服務(wù)器、存儲(chǔ)等有限資源上，更適合于IDC業(yè)務(wù)改造。不僅缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，而且尚未有效定義網(wǎng)絡(luò)型資源處理機(jī)制和電信業(yè)務(wù)流程，因此，不能簡(jiǎn)單地將云看作 “后端”，而是要發(fā)展和深化云計(jì)算的部分技術(shù)理念，才能將可能性變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)性。要構(gòu)建一個(gè)可運(yùn)營(yíng)、可管理的泛在網(wǎng)絡(luò)，云計(jì)算在網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)上需要擴(kuò)展以下幾方面。

·對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的管理，不僅要考慮主機(jī)（host）的帶寬、地址和I/O端口等，還應(yīng)考慮定義接入類型、設(shè)備類型、單段/端到端鏈路、節(jié)點(diǎn)、會(huì)話、流向、路由、拓?fù)?、虛擬鏈路、端口/鏈路捆綁、QoS水平等多種資源描述方式。

·需加強(qiáng)在PaaS層面對(duì)海量用戶和終端的管理方式和流程定義，包括接入認(rèn)證、業(yè)務(wù)隔離方式、業(yè)務(wù)配置、末梢網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)、QoS機(jī)制、安全機(jī)制、地址分配機(jī)制、移動(dòng)性管理、反饋控制機(jī)制、業(yè)務(wù)控制策略等。

·網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施不僅要考慮主機(jī)網(wǎng)絡(luò)端口，還要考慮對(duì)大量的網(wǎng)絡(luò)接入、交換、路由與傳輸設(shè)備、終端設(shè)備等各種有線與無(wú)線通信設(shè)施進(jìn)一步抽象化描述，并定義協(xié)同性策略。

·網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力上需要兩方面的提升：一是加強(qiáng)對(duì)關(guān)鍵性通信協(xié)議的分布式處理能力的研究，如安全協(xié)議、Diameter等認(rèn)證協(xié)議的分布式處理能力，突破海量對(duì)象信息處理帶來(lái)的性能瓶頸；二是加強(qiáng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)與配置能力的抽象和可開放性研究，滿足泛在網(wǎng)行業(yè)用戶對(duì)其業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的全程監(jiān)測(cè)和智能化配置需要。

·應(yīng)加強(qiáng)對(duì)具有共性和基礎(chǔ)性的電信IT類業(yè)務(wù)平臺(tái)和支撐系統(tǒng)進(jìn)行抽象化和資源整合，如IDC改造、認(rèn)證計(jì)費(fèi)、安全性管理、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、設(shè)備與終端管理等，提供統(tǒng)一可開放的服務(wù)與管理界面，在降低運(yùn)營(yíng)成本的同時(shí)向用戶開放部分業(yè)務(wù)環(huán)境與資源。

構(gòu)造一個(gè)以服務(wù)為中心的開放式、可配置網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是云計(jì)算需要補(bǔ)充的一個(gè)重要環(huán)節(jié)?，F(xiàn)階段電信業(yè)的云計(jì)算技術(shù)離上述要求尚有距離。實(shí)現(xiàn)步驟上，初期可以考慮以IaaS技術(shù)整合各種IDC和未飽和業(yè)務(wù)平臺(tái)的計(jì)算資源；后期，將以PaaS為中心構(gòu)造高效、開放式的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)，以支持泛在應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的服務(wù)需要。

4 基于云計(jì)算的泛在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

一般認(rèn)為，泛在應(yīng)用初期將以構(gòu)建封閉、孤立的行業(yè)應(yīng)用平臺(tái)為主，進(jìn)而形成統(tǒng)一的行業(yè)云，最后發(fā)展以公共運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)承載設(shè)施和多個(gè)云互連的架構(gòu)體系。

行業(yè)應(yīng)用的業(yè)務(wù)具有隱私性特點(diǎn)，在穿越廣域網(wǎng)時(shí)對(duì)業(yè)務(wù)安全性敏感，由于泛在應(yīng)用覆蓋區(qū)域廣泛，還存在跨運(yùn)營(yíng)商和異構(gòu)網(wǎng)環(huán)境。此外，行業(yè)間的業(yè)務(wù)協(xié)同所需要的數(shù)據(jù)交換也存在信任性問(wèn)題。鑒于行業(yè)應(yīng)用在泛在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的先期牽引作用至關(guān)重要，泛在網(wǎng)絡(luò)承載架構(gòu)需要重點(diǎn)考慮其業(yè)務(wù)需求。

4.1 需求描述

前面提出封裝了網(wǎng)絡(luò)管理能力的PaaS服務(wù)是未來(lái)網(wǎng)絡(luò)對(duì)泛在應(yīng)用的支撐平臺(tái)，下面將介紹一個(gè)基于PaaS理念和互聯(lián)網(wǎng)的泛在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)，該架構(gòu)充分利用網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力，通過(guò)提供服務(wù)平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施和用戶中間件等機(jī)制實(shí)現(xiàn)下述3個(gè)目標(biāo)。

·運(yùn)營(yíng)商實(shí)現(xiàn)對(duì)其管理域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)資源形成全面描述和能力抽象，形成新型的可開放IaaS網(wǎng)絡(luò)資源服務(wù)云，用戶對(duì)該云的使用通過(guò)SLA(service level agreement)協(xié)商。

·提供一個(gè)云—云之間跨異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和管理域的互連可信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境（tursted networking environment,TNE），即可信的云互連環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)資源保證，如圖1所示。

·用戶可按需使用可信環(huán)境中各種云的資源，可自動(dòng)選取符合SLA的云進(jìn)行服務(wù)，也可將應(yīng)用分布在多個(gè)云中執(zhí)行。

具體設(shè)計(jì)要求描述如下：

·用戶可以是行業(yè)用戶泛在應(yīng)用平臺(tái)、運(yùn)營(yíng)商自營(yíng)業(yè)務(wù)平臺(tái)、第三方運(yùn)營(yíng)平臺(tái)。

·可信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境應(yīng)保證不同的行業(yè)云間任務(wù)的協(xié)同，實(shí)現(xiàn)跨云資源共享和分布式處理能力。一個(gè)行業(yè)云可根據(jù)配置模板在可信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中選擇目標(biāo)云進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

·SLA包括帶寬要求、QoS要求、計(jì)費(fèi)方式、使用時(shí)間、鏈路備份要求、安全性要求等，并保持其業(yè)務(wù)隱私性。

·運(yùn)營(yíng)商提供兩類服務(wù)云，網(wǎng)絡(luò)資源服務(wù)云和計(jì)算資源服務(wù)云。前者管理自治域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)資源包括網(wǎng)絡(luò)類型、相關(guān)受控網(wǎng)元狀態(tài)、鏈路及網(wǎng)絡(luò)管控配置、資源與流量視圖、資源的授權(quán)情況、用戶狀態(tài)、路由與拓?fù)湫畔?、端到端鏈路狀態(tài)等。后者為典型的IaaS類IDC業(yè)務(wù)。

·行業(yè)云中的用戶可以利用可信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境提供的中間件來(lái)調(diào)用運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)服務(wù)云獲得網(wǎng)絡(luò)配置能力 （包括接入認(rèn)證服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)資源定制與使用、業(yè)務(wù)流量監(jiān)測(cè)等），還可調(diào)用運(yùn)營(yíng)商計(jì)算資源云提供的計(jì)算和存儲(chǔ)能力（如IDC服務(wù)及其業(yè)務(wù)定制），以及同時(shí)選用不同運(yùn)營(yíng)商的多種網(wǎng)絡(luò)資源服務(wù)云和計(jì)算資源云。

·海量事件和數(shù)據(jù)處理需求來(lái)自以下3個(gè)方面：一是末梢網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)關(guān)設(shè)備自身的狀態(tài)信息，該部分信息將交由網(wǎng)絡(luò)資源服務(wù)云提供處理；二是來(lái)自末梢網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的采集信息或數(shù)據(jù)流量，即業(yè)務(wù)流量，該流量將經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層匯聚送至所歸屬的行業(yè)云處理；三是還存在大量認(rèn)證流量和安全性維護(hù)流量，該部分流量的處理應(yīng)根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)模型決定其歸屬。

4.2 架構(gòu)描述

根據(jù)上述需求定義，我們提出了一個(gè)基于PaaS的泛在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，它以虛擬路由器（virtual router，VR）技術(shù)為核心來(lái)構(gòu)造可信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，如圖2所示。參考文獻(xiàn)[1]對(duì)VR的相關(guān)研究和實(shí)驗(yàn)表明，該技術(shù)具備在云之間構(gòu)造一個(gè)建立在Internet之上的疊加式虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，并可執(zhí)行分布式處理。其原理為：虛擬網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一個(gè)軟件系統(tǒng)，并可部署在任何主機(jī)上，各個(gè)云中的任一臺(tái)主機(jī)運(yùn)行虛擬網(wǎng)絡(luò)程序后可變?yōu)橐慌_(tái)VR，作為該云在物理網(wǎng)絡(luò)與虛擬網(wǎng)絡(luò)之間的網(wǎng)關(guān)，該網(wǎng)關(guān)需要處理歸屬云中各虛擬機(jī)的外流流量，多個(gè)網(wǎng)關(guān)協(xié)同構(gòu)成一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，與物理網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立并具有組網(wǎng)可編程能力，非該虛擬網(wǎng)內(nèi)的主機(jī)或虛擬機(jī)資源不能使用。

定義了三個(gè)角色完成該P(yáng)aaS的可信功能：IaaS平臺(tái)、上下文代理（CB）、應(yīng)用提供者（AP）。其中，IaaS平臺(tái)提供通用內(nèi)存上下文管理方法管理下屬計(jì)算資源，在為應(yīng)用分配資源前，CB將與其協(xié)商并對(duì)其進(jìn)行認(rèn)證；CB提供安全的進(jìn)程上下文建立方法和基于模板的信息交互，是各類用戶程序安全進(jìn)入虛擬網(wǎng)絡(luò)的代理程序。AP以模板方式為各類應(yīng)用提供訪問(wèn)CB的基本方法。用戶需要建立一個(gè)應(yīng)用時(shí)，將向CB提出申請(qǐng)并提供ID和密碼，CB與IaaS協(xié)商，如果兩者ID與密碼一致將獲得IaaS訪問(wèn)權(quán)限，如虛擬機(jī)資源。

上述結(jié)構(gòu)的不足在于：VR本身的網(wǎng)絡(luò)帶寬有限，同時(shí)承擔(dān)歸屬云中所有虛擬機(jī)信息交換的流量，存在性能瓶頸，不適合大容量數(shù)據(jù)處理和云間信息交換。另外，該技術(shù)只適用于傳統(tǒng)IaaS的IDC業(yè)務(wù)。

在泛在應(yīng)用的云計(jì)算架構(gòu)中，我們進(jìn)行了以下關(guān)鍵性調(diào)整。

·VR的定義將由主機(jī)（或虛擬機(jī)）外加旁掛的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如交換機(jī)或路由器）一起組成一個(gè)邏輯設(shè)備，構(gòu)建二/三層網(wǎng)絡(luò)，如VLAN或MPLS VPN等。該網(wǎng)絡(luò)設(shè)備完全受控于主機(jī)的控制策略，并能完成可變粒度的流量管理能力。此外，設(shè)備支持堆疊或集群技術(shù)，以保持VR在云之間的彈性部署和滿足潛在的容量增加。

·定義了運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)資源IaaS平臺(tái)，相關(guān)網(wǎng)絡(luò)管控和配置能力功能如前面所述，以區(qū)別于傳統(tǒng)IDC業(yè)務(wù)中的資源集合定義。

·將CB功能放入VR中，簡(jiǎn)化功能體，方便部署。

在實(shí)際運(yùn)行中，VR軟件可建立標(biāo)準(zhǔn)或由第三方提供。運(yùn)營(yíng)商可首先部署自己的計(jì)算資源云和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)云，構(gòu)造一個(gè)基本的TNE專用虛擬環(huán)境并為自營(yíng)業(yè)務(wù)提供服務(wù)。當(dāng)行業(yè)用戶建立自己的泛在業(yè)務(wù)系統(tǒng)后，可與運(yùn)營(yíng)商簽訂網(wǎng)絡(luò)租用協(xié)議和SLA，隨后部署VR設(shè)備和相關(guān)軟件以加入到TNE中，內(nèi)部業(yè)務(wù)如需開放服務(wù)，還需對(duì)原有業(yè)務(wù)系統(tǒng)按照TNE規(guī)范進(jìn)行升級(jí)。此時(shí)，行業(yè)云對(duì)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的使用變得簡(jiǎn)單，一方面可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)IaaS功能實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和業(yè)務(wù)流量的監(jiān)控和執(zhí)行經(jīng)雙方約定的網(wǎng)絡(luò)配置能力，另一方面可使用運(yùn)營(yíng)商提供的IT資源IaaS進(jìn)行海量信息處理。該架構(gòu)同時(shí)也為運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)幫助，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)IaaS可實(shí)現(xiàn)對(duì)海量泛在設(shè)備的管控、接入控制和接入認(rèn)證，而計(jì)算資源的消耗可由自身內(nèi)部的IT資源IaaS提供。

在保持基本原理不變的情況下，該架構(gòu)保證了設(shè)計(jì)目標(biāo)的基本實(shí)現(xiàn)。架構(gòu)將網(wǎng)絡(luò)可管可控能力從整個(gè)ICT環(huán)境中抽象出來(lái)，形成行業(yè)云、IT資源云和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)云等多個(gè)獨(dú)立的云，將獨(dú)立云運(yùn)用虛擬化技術(shù)構(gòu)造了一個(gè)可信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境平臺(tái)，解決了泛在應(yīng)用平臺(tái)跨廣域網(wǎng)的分布式處理和安全性問(wèn)題。此外，對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源及其能力的開放不僅體現(xiàn)出智能化管道的優(yōu)勢(shì)，而且也為泛在應(yīng)用的異構(gòu)接入和協(xié)同工作提供了實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語(yǔ)

泛在網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建是通向未來(lái)智能化信息社會(huì)的必經(jīng)之路，本文對(duì)這個(gè)技術(shù)遠(yuǎn)景作了前瞻性研究。通過(guò)分析泛在網(wǎng)絡(luò)的主要特征和信息處理需求，評(píng)估了當(dāng)前云計(jì)算技術(shù)對(duì)泛在應(yīng)用的支持能力。作為一項(xiàng)有潛力的IT技術(shù)，云計(jì)算要在泛在網(wǎng)絡(luò)等通信領(lǐng)域發(fā)揮海量信息處理的核心作用，還需在網(wǎng)絡(luò)資源和相關(guān)服務(wù)能力抽象方面做大量工作。

根據(jù)文中對(duì)云計(jì)算研究的方向性建議以及泛在應(yīng)用的特點(diǎn)，本文最后提出了一個(gè)基于云計(jì)算的泛在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，該架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是從PaaS層面整合泛在應(yīng)用的各種資源，在保持電信網(wǎng)固有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，發(fā)揮了云計(jì)算通過(guò)虛擬化和分布式技術(shù)帶來(lái)的海量信息處理能力。

1 Katarzyna K,Mauricio T,et al.Sky computing.IEEE Internet Computing,2009

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4 趙雅靜,王峰.互聯(lián)網(wǎng)資源命名尋址技術(shù)綜述.計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究,2007,24(7):1～7

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