無線泛在網(wǎng)絡(luò)全局用戶標(biāo)識方案設(shè)計的研究

引言

無線泛在網(wǎng)絡(luò)(WirelessUbiquitousNetworking)不是一種新型的網(wǎng)絡(luò)，而是在現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、專網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上進(jìn)行融合應(yīng)用，甚至不少業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為無線泛在網(wǎng)絡(luò)將會成為未來的5G網(wǎng)絡(luò)。無線泛在網(wǎng)絡(luò)的前提條件之一是必須具備可以區(qū)分人和物的標(biāo)泛在網(wǎng)標(biāo)識，這樣才能在無線泛在網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)人與人、人與物、物與物之間的通信。

無線泛在網(wǎng)絡(luò)是多種不同網(wǎng)絡(luò)的集合，不同的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識系統(tǒng)各有不同，這樣導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)互通的困難。只有建立一種全局的用戶標(biāo)識系統(tǒng)，才能使無線泛在網(wǎng)絡(luò)得到更好的應(yīng)用。無線泛在網(wǎng)絡(luò)的體系架構(gòu)包含了應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、網(wǎng)絡(luò)層和感知延伸層，不同的層次所用到的標(biāo)識也各不相同，根據(jù)層次和服務(wù)領(lǐng)域的不同，可以把無線泛在網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)識分為服務(wù)標(biāo)識、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識和用戶標(biāo)識。

1無線泛在網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識技術(shù)存在的問題及解決思路

1.1存在的問題

國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀表明，無線泛在網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)識技術(shù)存在著諸多的問題。具體包括：標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一、標(biāo)識的不統(tǒng)一、標(biāo)識解析的時延和安全性等。

標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一

目前，沒有一種標(biāo)準(zhǔn)來統(tǒng)一管理無線泛在網(wǎng)絡(luò)中的標(biāo)識。例如，ENUM雖然利用了DNS的解析系統(tǒng)，但是一些國家和一些不同的運(yùn)營商在解析系統(tǒng)的根結(jié)構(gòu)和頂級域等問題上,一直存在爭議；UCI雖然也提出了一種體系，但僅僅是局限在概念上，現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)如何實現(xiàn)沒有明確的說明；物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用中主要用到的是uIDCenter。

(2)標(biāo)識的不統(tǒng)一

不同的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識系統(tǒng)各有不同導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)互通的困難。例如，如果用戶身份標(biāo)識與位置標(biāo)識位于同一網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)通信訪問，一旦用戶移動到另外一個網(wǎng)絡(luò)中，身份標(biāo)識隨著位置標(biāo)識的改變而改變，其他用戶不能根據(jù)原來的身份標(biāo)識進(jìn)行通信。因此，要解決這類問題，需要建立一種機(jī)制來進(jìn)行位置標(biāo)識的更新。

(3)標(biāo)識解析的時延和安全性有待改善

ENUM協(xié)議是利用DNS系統(tǒng)對標(biāo)識進(jìn)行解析，由于DNS系統(tǒng)采用的是樹型結(jié)構(gòu)和遞歸式查詢方式，因此會造成一定程度的延時，不能滿足實時通信的要求。Handlesystem和uIDCenter采用的也是類似于DNS系統(tǒng)的方式，時延也較高。而且DNS系統(tǒng)和類似于DNS的系統(tǒng)都有一個缺點，即安全性和隱私得不到保證，這是由于該系統(tǒng)的開放性導(dǎo)致很容易受到攻擊造成的。

1.2解決的思路

在現(xiàn)有標(biāo)識系統(tǒng)基礎(chǔ)上，設(shè)計一種基于無線泛在網(wǎng)絡(luò)的全局用戶標(biāo)識方案，解決以上的諸多問題，滿足無線泛在網(wǎng)絡(luò)中用戶的需求。具體包括4個方面的內(nèi)容：

建立全局用戶標(biāo)識。標(biāo)識的唯一性使用戶在接入網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)立，實現(xiàn)無線泛在網(wǎng)絡(luò)中用戶身份標(biāo)識的統(tǒng)一。

建立關(guān)聯(lián)關(guān)系。把無線泛在網(wǎng)絡(luò)中的用戶標(biāo)識、位置標(biāo)識和網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

建立統(tǒng)一的用戶數(shù)據(jù)庫。獨(dú)立存儲用戶標(biāo)識信息，對數(shù)量龐大的泛在用戶進(jìn)行標(biāo)識關(guān)聯(lián)，數(shù)據(jù)庫架構(gòu)要合理,能夠盡量減少標(biāo)識解析時延。

(4)建立合理的機(jī)制。機(jī)制主要用于標(biāo)識的解析和更新，完成用戶標(biāo)識隨著位置移動之后的信息更新。

(5)無線泛在網(wǎng)絡(luò)全局用戶標(biāo)識方案無線泛在網(wǎng)絡(luò)的全局用戶標(biāo)識方案應(yīng)該包含網(wǎng)絡(luò)全局用戶標(biāo)識的建立以及與網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識的關(guān)聯(lián)模型的建立、標(biāo)識關(guān)聯(lián)信息的儲存、無線泛在網(wǎng)絡(luò)機(jī)制的更新等方面。

2.1無線泛在網(wǎng)絡(luò)全局用戶標(biāo)識關(guān)聯(lián)模型

無線泛在網(wǎng)絡(luò)全局用戶關(guān)聯(lián)模型是在全局用戶標(biāo)識和接入標(biāo)識之間建立一種映射關(guān)系(如圖1所示)通過這種映射關(guān)系，全局用戶標(biāo)識與不同網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識之間建立關(guān)聯(lián)，一個用戶可以接入某一個網(wǎng)絡(luò)，也可以同時被多個網(wǎng)絡(luò)同時覆蓋，在不同的網(wǎng)絡(luò)中被叫用戶所在網(wǎng)絡(luò)的接入標(biāo)識通過全局用戶標(biāo)識識別，實現(xiàn)通信。

2.2現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識系統(tǒng)擴(kuò)展

現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)都有自己的固定用戶和標(biāo)識系統(tǒng)，無線泛在網(wǎng)絡(luò)不可能對各個不同的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行很大的改變，只能在不同網(wǎng)絡(luò)原有基礎(chǔ)上適當(dāng)增加一些模塊，滿足全局用戶標(biāo)志的接入。如圖2所示，全局用戶標(biāo)識方案的實現(xiàn)是對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了擴(kuò)展，增加了解析模塊和更新模塊。解析模塊是對全局用戶中端信息進(jìn)行查詢，更新模塊在是在用戶進(jìn)入不同網(wǎng)絡(luò)后，對全局用戶標(biāo)識系統(tǒng)中的用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行更新。

2.3全局用戶標(biāo)識設(shè)計

全局用戶標(biāo)識(GlobalUserIdentifier，GUID)應(yīng)該具備唯一性、獨(dú)立性、簡單性和可擴(kuò)展性，用戶在不同的網(wǎng)絡(luò)中只需要使用一個用戶標(biāo)識。因此，GUID的格式可以參考E.164格式，即歸屬域+用戶識別碼。歸屬地由國家碼+地區(qū)碼組成,用戶識別碼是對歸屬域的用戶進(jìn)行編碼，編碼要保證統(tǒng)一歸屬域中的唯一性。

2.4標(biāo)識信息儲存設(shè)計

標(biāo)識信息的存儲是全局用戶標(biāo)識方案的關(guān)鍵，所有用戶標(biāo)識信息都存儲在數(shù)據(jù)庫中，建立合適的標(biāo)識管理數(shù)據(jù)庫架構(gòu)可以提高系統(tǒng)解析和更新的速度。

標(biāo)識信息存儲數(shù)據(jù)庫架構(gòu)

全局用戶標(biāo)識系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫可以采用分層分布式結(jié)構(gòu)，如圖3-4所示。全局用戶標(biāo)識與本地數(shù)據(jù)庫(LocalDatabase，LDB)之間的關(guān)系存儲于全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(GlobalDatabase，GDB)中，如圖3所示。

標(biāo)識信息數(shù)據(jù)庫存儲內(nèi)容設(shè)計

全局?jǐn)?shù)據(jù)庫GDB只需要把相同標(biāo)識的前綴以及與本地數(shù)據(jù)庫LDB地址關(guān)系進(jìn)行存儲，節(jié)省存儲空間。本地數(shù)據(jù)庫LDB則只需要存儲部分用戶標(biāo)識關(guān)聯(lián)信息，本地數(shù)據(jù)庫標(biāo)識信息可以采用全局用戶標(biāo)識+接入標(biāo)識+計時器的存儲格式，其中計時器是為了保證時效性。此外，還需對訪問數(shù)據(jù)庫VDB進(jìn)行設(shè)計，用來存儲用戶進(jìn)入不同網(wǎng)絡(luò)時用戶的標(biāo)識信息，可以采用全局用戶標(biāo)識+接入標(biāo)識+其他信息的存儲格式。

標(biāo)識信息緩存設(shè)計

增加緩存的設(shè)計是為了提高標(biāo)識的解析和更新效率，做法是在每次訪問用戶本地數(shù)據(jù)庫LDB都加入緩存，這樣當(dāng)下次要訪問信息時，可直接從緩存中讀取數(shù)據(jù)，很大程度地提高了解析和更新的效率。而且本地數(shù)據(jù)庫LDB具有固定節(jié)點的特征，導(dǎo)致緩存的時間相對較長，避免多次訪問造成的時延。

2.5標(biāo)識的更新與解析

標(biāo)識的解析是根據(jù)對全局用戶標(biāo)識進(jìn)行訪問和轉(zhuǎn)換，達(dá)到通信路徑確定的目的。標(biāo)識的更新則是在用戶進(jìn)入不同網(wǎng)絡(luò)后，對用戶標(biāo)識關(guān)聯(lián)內(nèi)容進(jìn)行更改。

(1)標(biāo)識的解析

標(biāo)識的解析通過在網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)庫中增加模塊來實現(xiàn)。通信時，主叫用戶向被叫用戶發(fā)出通信時，首先主叫用戶向所處網(wǎng)絡(luò)的訪問數(shù)據(jù)庫VDB提出訪問申請，訪問數(shù)據(jù)庫VDB查詢后若發(fā)現(xiàn)被叫用戶存在同一網(wǎng)絡(luò)，則進(jìn)行接通連接；如果查詢后把相關(guān)信息通過主叫用戶網(wǎng)關(guān)返回給訪問數(shù)據(jù)庫VDB,訪問數(shù)據(jù)庫VDB把信息進(jìn)行緩存，網(wǎng)關(guān)向被叫用戶的本地數(shù)據(jù)庫LDB發(fā)送查詢請求，主叫用戶通過網(wǎng)關(guān)之間的相互呼叫連接到被叫用戶，實現(xiàn)通信。

(2)標(biāo)識的更新

當(dāng)用戶接入到其他網(wǎng)絡(luò)時，則需要對標(biāo)識信息進(jìn)行更新。當(dāng)用戶進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時，訪問數(shù)據(jù)庫VDB完成用戶信息認(rèn)證，把全局用戶標(biāo)識和接入標(biāo)識之間的關(guān)系進(jìn)行存儲，然后向全局?jǐn)?shù)據(jù)庫GDB發(fā)出查詢，查到用戶信息后返回相應(yīng)的信息。接著,接入網(wǎng)絡(luò)的訪問數(shù)據(jù)庫VDB向用戶原來的歸屬域數(shù)據(jù)庫LDB發(fā)送更新數(shù)據(jù)，同時把收到的用戶返回信息進(jìn)行緩存。歸屬域數(shù)據(jù)庫LDB收到信息后對用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，完成后發(fā)送應(yīng)答。用戶終端的標(biāo)識信息也需要通過接收信息、發(fā)送注銷信息來完成標(biāo)識信息的更新。

2.6標(biāo)識信息存儲設(shè)計優(yōu)化

為了提高訪問效率，方案對標(biāo)識信息存儲設(shè)計進(jìn)行了優(yōu)化。不同的網(wǎng)絡(luò)在初始化的時候，就對全局?jǐn)?shù)據(jù)庫GDB進(jìn)行訪問，全局?jǐn)?shù)據(jù)庫GDB記錄下訪問信息。初始化結(jié)束后，訪問數(shù)據(jù)庫VDB就記錄了全局用戶標(biāo)識和本地數(shù)據(jù)庫LDB地址信息，從而減少了以后訪問數(shù)據(jù)庫VDB向全局?jǐn)?shù)據(jù)庫GDB發(fā)送查詢請求的次數(shù)，提高了工作效率。為了使數(shù)據(jù)時實時最新的，全局?jǐn)?shù)據(jù)庫GDB檢測到數(shù)據(jù)變化的同時，需要把更新的數(shù)據(jù)向訪問數(shù)據(jù)庫VDB進(jìn)行發(fā)送，訪問數(shù)據(jù)庫VDB進(jìn)行同步更新。

3結(jié)語

無線泛在網(wǎng)絡(luò)全局用戶標(biāo)識方案的設(shè)計解決了用戶接入不同網(wǎng)絡(luò)發(fā)生的標(biāo)識信息更新和標(biāo)識解析的問題，滿足了無線泛在網(wǎng)絡(luò)用戶通信的需求，對無線泛在網(wǎng)絡(luò)的推廣應(yīng)用和發(fā)展起到了一定的作用。無線泛在網(wǎng)絡(luò)是信息化發(fā)展的必然趨勢,值得廣大業(yè)內(nèi)人士進(jìn)行深入的研究和探討。

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