分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)理論精選(九篇)

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第1篇：分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)理論范文

關(guān)鍵詞：網(wǎng)格計算、五層沙漏結(jié)構(gòu)；OGSA-DAI；OGSI；Globus Toolkits；Web Service

1引言

網(wǎng)格技術(shù)的起源于上世紀90年代初，由于吉比特傳輸?shù)某霈F(xiàn)，人們開始設(shè)想使用這種線路連接各地的超級計算機，共享計算資源。然而，那時這種系統(tǒng)被稱為“元系統(tǒng)”或者“元計算機”。直到1998年，開發(fā)研究人員建立網(wǎng)格論壇，并發(fā)表了關(guān)于它的定義后，網(wǎng)格技術(shù)才進入到主流研究領(lǐng)域。當時對于網(wǎng)格的定義是：一個硬件和軟件相結(jié)合的基礎(chǔ)架構(gòu)，提供可靠的、兼容的、普遍的和廉價的高端計算接入能力。從最初的定義看，它類似于分布式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，但這個定義并不準確，它僅僅明確了網(wǎng)格技術(shù)的由來，網(wǎng)格技術(shù)是分布式網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的下一代。要準確的理解網(wǎng)格技術(shù)，必須首先了解它的以下一些主要特征：

（1）、高度的伸縮性

（2）、地理分布性

（3）、異構(gòu)性

（4）、資源共享

（5）、資源協(xié)調(diào)能力

（6）、透明接入

（7）、可靠接入

（8）、兼容接入

（9）、普遍性：

依據(jù)以上網(wǎng)格所具有的特征，《Grid Characteristics and Uses: a Grid Definition》一文指出如下網(wǎng)格的定義：一個高度可伸縮的、物理分布的、在硬件和軟件結(jié)構(gòu)上屬于異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)、被很多的機構(gòu)同時管理的資源，協(xié)調(diào)的提供透明的、可信賴的、普遍的和一致的計算以支持多樣的應(yīng)用。這些應(yīng)用能執(zhí)行包括分布式計算、高吞吐量計算、按需計算、數(shù)據(jù)精細計算、協(xié)作計算和多媒體計算等。

2網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)

網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)就是關(guān)于建造網(wǎng)格的技術(shù)，它給出了網(wǎng)格的基本組成與功能，描述了網(wǎng)格各組成部分的關(guān)系以及它們集成的方式與方法，刻畫了支持網(wǎng)格有效運行的機制。Foster將網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)定義為“劃分系統(tǒng)基本組件，指定組件的目的與功能，說明組件之間如何相互作用的技術(shù)”

2.1五層沙漏結(jié)構(gòu)

五層沙漏結(jié)構(gòu)是一種早期的抽象層次結(jié)構(gòu)，它以“協(xié)議”為中心，強調(diào)服務(wù)與API和SDK的重要性。五層沙漏結(jié)構(gòu)如下圖：

2.1.1構(gòu)造層

網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造層的功能是控制可以使用的資源，并提供訪問這些資源的接口。

2.1.2連接層

連接層實現(xiàn)資源和應(yīng)用的通信。它定義了核心的通信和認證協(xié)議,用于網(wǎng)格中的網(wǎng)絡(luò)事務(wù)處理。

2.1.3資源層

資源層實現(xiàn)對單個資源的共享。他在連接層之上，用于初始化、監(jiān)視、控制單個資源的共享操作。

2.1.4匯聚層

匯聚層的作用是協(xié)調(diào)共享的資源，它描述資源的共性，說明不同集合資源之間是如何相互作用的。資源層協(xié)議必須是通用的而且可以廣泛使用，匯聚層協(xié)議在資源層通用目的的協(xié)議的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)更高級的應(yīng)用。

2.1.5應(yīng)用層

應(yīng)用層是在虛擬組織環(huán)境中存在的。從應(yīng)用程序員的觀點看網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，應(yīng)用是根據(jù)在任一層次上定義的服務(wù)來構(gòu)造的。

2.2五層沙漏結(jié)構(gòu)的技術(shù)細節(jié)

五層沙漏結(jié)構(gòu)側(cè)重于定性的描述，它包含如下一些內(nèi)容：

2.2.1共享

共享強調(diào)對計算機、軟件、數(shù)據(jù)以及其它資源的直接訪問。這種共享必須是高度可控的，需要在資源控制者和使用者之間定義什么是可共享的，哪些用戶可以共享，在什么條件下可以共享。這里的共享是一種隨時間變化的動態(tài)共享，而不是靜態(tài)的。主要有三種形式形式的共享關(guān)系：C/S共享關(guān)系、P2P共享關(guān)系、Proxy共享關(guān)系。

2.2.2互操作

共享定義為對各種資源的直接訪問，也就是支持互操作。因此，共享關(guān)系需要一種互操作的機制，使共享可以跨越不通的組織邊界、使用策略以及資源類型。

2.2.3開放式協(xié)議

為實現(xiàn)互操作，必須制定和相互遵守協(xié)議。這里的協(xié)議是指為了實現(xiàn)特定的操作而定義的分布式系統(tǒng)元素之間交互的方式以及交互過程中交換的信息的結(jié)構(gòu)。

2.2.4API/SDK

API（Application Programming Interfaces）和SDK（Software Development Kits），使得在建立網(wǎng)格應(yīng)用時可以在抽象的基礎(chǔ)上提高編程的級別。沙漏的層次結(jié)構(gòu)。

2.2.5沙漏形狀

五層結(jié)構(gòu)的重要特點是沙漏形狀，其內(nèi)在含義就是因為各部分協(xié)議的數(shù)量是不同的，對于其最核心的部分，要能夠?qū)崿F(xiàn)上層各種協(xié)議向核心協(xié)議的映射，同時實現(xiàn)核心協(xié)議向下層其它各種協(xié)議的映射，核心協(xié)議在所有支持網(wǎng)格計算的地點都應(yīng)得到支持。因此核心協(xié)議的數(shù)量不應(yīng)該太多，這樣核心協(xié)議就形成了協(xié)議層次結(jié)構(gòu)中的一個瓶頸，在五層結(jié)構(gòu)中，資源層和連接層共同組成這個核心的瓶頸部分。

3OGSA-DAI（Open Grid Services Architecture - Data Access and Integration）

隨著網(wǎng)格在科學研究領(lǐng)域的成功應(yīng)用，工業(yè)界對于網(wǎng)格的興趣也日益增加，網(wǎng)格的體系結(jié)構(gòu)也發(fā)生了相應(yīng)的變化，采用了“服務(wù)”這種可以組合的概念來構(gòu)建出網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)(OGSA)。

開放網(wǎng)格服務(wù)體系OGSA 是在Globus ToolKit 和Web Services 技術(shù)融合的基礎(chǔ)上提出的一套基于網(wǎng)格服務(wù)的分布式交互和計算體系結(jié)構(gòu),用來確保異構(gòu)系統(tǒng)間的互操作性。

OGSA 架構(gòu)由資源層、Web 服務(wù)層、基于OGSA架構(gòu)的服務(wù)層、網(wǎng)格應(yīng)用層構(gòu)成。

（1）資源層：包括物理資源和邏輯資源，物理資源之上是邏輯資源，它們通過虛擬化和聚合物理層的資源來提供額外的功能，通用的中間件，比如文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、目錄、工作流管理和安全認證等，在物理網(wǎng)格之上提供這些抽象服務(wù)。

（2）Web 服務(wù)層。所有網(wǎng)格資源（邏輯的與物理的）在這一層都被建模為服務(wù)。它為所有網(wǎng)格資源指定標準的接口、行為與交互，提供動態(tài)的、有狀態(tài)的和可管理的Web 服務(wù)的能力。

（3）基于OGSA 架構(gòu)的網(wǎng)格服務(wù)層。定義基于網(wǎng)格架構(gòu)的核心服務(wù)，這些核心網(wǎng)格服務(wù)包括：服務(wù)管理、服務(wù)通信、策略服務(wù)、安全服務(wù)等。這些服務(wù)的提供，使OGSA 變成更加有用的面向服務(wù)的架構(gòu)（Service Oriented Architecture，SOA）。

（4）網(wǎng)格應(yīng)用層。網(wǎng)格用戶可以使用其提供的可視化工具或環(huán)境開發(fā)各種應(yīng)用系統(tǒng)，是戶需求的具體體現(xiàn)，是各種應(yīng)用軟件的研究。

3.1OGSA-DAI的基本思想

3.1.1以服務(wù)為中心的模型

OGSA是以服務(wù)為中心的“服務(wù)結(jié)構(gòu)”。這里的服務(wù)是指具有特定功能的 網(wǎng)絡(luò)化實體。在五層沙漏結(jié)構(gòu)中，強調(diào)的是被共享的物理資源，在OGSA中，服務(wù)所指的概念更廣，包括各種計算資源、存儲資源、網(wǎng)絡(luò)、程序、數(shù)據(jù)庫等等，一切皆為服務(wù)。五層模型試圖實現(xiàn)的是對資源的共享，而在OGSA中，實現(xiàn)的將是對服務(wù)的共享。從資源到服務(wù)，這種抽象將資源、信息、數(shù)據(jù)等統(tǒng)一起來，十分有利于靈活的、一致的、動態(tài)的共享機制的實現(xiàn)，使得分布式系統(tǒng)管理有了標準的接口和行為。簡單的說，

網(wǎng)格服務(wù)＝接口/行為＋服務(wù)數(shù)據(jù)；

3.1.2統(tǒng)一的Web Service框架

一個Web Service就是一個可以被URI識別的軟件應(yīng)用，它的接口和綁定可以被XML描述與發(fā)現(xiàn)，并且可以通過基于internet的協(xié)議直接支持與其它基于XML消息的軟件應(yīng)用的交互。

Web Service描述了一種新出現(xiàn)的、重要的分布式計算范式，它強調(diào)基于單個INTERNET標準(XML)來解決異構(gòu)分布式計算的問題。Web Service定義了一種技術(shù)，用于描述被訪問的軟件組件、訪問組件的方法以及找到相關(guān)服務(wù)提供者的發(fā)現(xiàn)方法。

OGSA是符合標準的Web Service框架的， OGSA對Web Service進行了擴展，提出了網(wǎng)格服務(wù)（Grid Service）的概念，使得它可以支持臨時服務(wù)實例，并且能夠動態(tài)創(chuàng)建和刪除。

由于OGSA采用統(tǒng)一的Web Service框架，因此很自然就具備了Web Service的所有有利因素，比如服務(wù)的描述和發(fā)現(xiàn)等。

3.2OGSA的兩大支撐技術(shù)

3.2.1  Globus

Globus是一種基于社團的、開發(fā)結(jié)構(gòu)，開發(fā)源碼的服務(wù)的集合，也是支持網(wǎng)格與網(wǎng)格應(yīng)用的軟件庫，該工具包解決了安全，信息發(fā)現(xiàn)，資源管理，數(shù)據(jù)管理，通信，錯誤檢測以及可移植等問題。

Globus工具包在世界上的許多網(wǎng)格項目中被使用，最新發(fā)行的Globus工具包GT4（Globus toollit4.0）被稱為迄今為止“最能滿足企業(yè)需求”的版本。網(wǎng)格服務(wù)和Web服務(wù)被OGSI（Open Grid Services Infrasturcture，開放式網(wǎng)格服務(wù)基礎(chǔ)架構(gòu)）明確的定義。

3.2.2Web Service

關(guān)于XML協(xié)議方面的工作是Web Serivice的基礎(chǔ)。Web Serivice中幾個比較重要的協(xié)議標準是SOAP（Simple Object Access Protocol），WSDL（Web Service Description Language），WS-Inspection，UDDI(Universal Description,Discovery,&Integration)。

SOAP是 基于XML的RPC協(xié)議，用于描述通用的WSDL目標。

WSDL用于描述服務(wù)，包括接口和訪問的方法。

WS-Inspection給出了一種定義服務(wù)描述的慣例，包括一種簡單的XML語言和相關(guān)的管理，用于定位服務(wù)提供者公布的服務(wù)。

UDDI定義了Web Service的目錄結(jié)構(gòu)。

4網(wǎng)格技術(shù)分類

網(wǎng)格技術(shù)的核心思想是利用高速網(wǎng)絡(luò)，最大程度的利用閑置的計算資源，進行科學計算。為實現(xiàn)這個目標，產(chǎn)生了一些列的理論、技術(shù)和實現(xiàn)的整體構(gòu)成了網(wǎng)格技術(shù)。它包括一下一些部分：

其中最關(guān)鍵的一層是網(wǎng)絡(luò)核心中間件，這層軟件架構(gòu)能夠?qū)Ψ植嫉母鞣N資源進行有效管理，為整個網(wǎng)格應(yīng)用提供高效、安全、可靠的服務(wù)。網(wǎng)格核心中間件，是網(wǎng)格系統(tǒng)中連接上層應(yīng)用和下層資源的紐帶，它提供對網(wǎng)格的管理功能，但是這種功能一般層次上比較低，因此不容易被普通的開發(fā)者掌握。為克服這個缺點，網(wǎng)格開發(fā)環(huán)境便應(yīng)運而生，它是為了方便使用網(wǎng)格的各種功能而提出的一種集成的，高效的網(wǎng)格應(yīng)用技術(shù)人員工作環(huán)境，可以很容易的實現(xiàn)各種網(wǎng)格功能。

5結(jié)論

網(wǎng)格研究最初的目標是希望能夠?qū)⒊売嬎銠C連接成為一個可遠程控制的元計算機系統(tǒng)，現(xiàn)在，已發(fā)展成為建立大規(guī)模計算和數(shù)據(jù)處理的通用基礎(chǔ)支撐結(jié)，實現(xiàn)資源共享和分布協(xié)同工作。網(wǎng)格技術(shù)的最終目的是希望用戶在使用網(wǎng)格計算能力解決大規(guī)模數(shù)據(jù)計算的問題，用戶不必考慮的計算來自于哪個地理位置，由什么樣的計算設(shè)施提供。網(wǎng)格應(yīng)用分為四個主要的部分，分別是分布式超級計算應(yīng)用、實時廣域分布式儀器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)密集型計算以及遠程沉浸等，很多行業(yè)和領(lǐng)域已經(jīng)出現(xiàn)了網(wǎng)格技術(shù)的應(yīng)用，但是由于系統(tǒng)、硬件兼容、網(wǎng)絡(luò)速度等原因，這種應(yīng)用往往趨向于內(nèi)部服務(wù)器集群的方式。網(wǎng)格計算技術(shù)還不成熟，基礎(chǔ)理論研究還很薄弱，OGSI同樣不夠成熟，適應(yīng)網(wǎng)格環(huán)境的硬件設(shè)施研究非常不足，未來的發(fā)展過程中，還需要進行解決一系列的問題，例如怎樣建立一個開放的信息處理基礎(chǔ)設(shè)施平臺、虛擬組織的管理和系統(tǒng)工作問題、網(wǎng)格的可用性和可開發(fā)性還需要進一步提高、如何將網(wǎng)格技術(shù)和傳統(tǒng)的技術(shù)相互結(jié)合等等，相信隨著技術(shù)的進步，這些問題將逐漸解決。網(wǎng)格應(yīng)用將會取代傳統(tǒng)的計算，成為支撐下一代互聯(lián)網(wǎng)和信息應(yīng)用的核心技術(shù)。

參考文獻：

第2篇：分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)理論范文

關(guān)鍵詞：廣播電視工程 計算機技術(shù) 應(yīng)用

一、前言

從目前廣播電視工程來看，計算機技術(shù)在廣播電視體系的構(gòu)建中發(fā)揮著越來越重要的作用。計算機技術(shù)不但提高了廣播電視的傳輸效率和清晰度，還解決了廣播電視工程中的施工難點，提高了廣播電視工程的技術(shù)優(yōu)勢，使廣播電視工程能夠更好的服務(wù)用戶并滿足用戶要求。由于我國廣播電視事業(yè)發(fā)展較快，對新技術(shù)的應(yīng)用速度也不斷提高?；谶@種現(xiàn)狀，計算機技術(shù)在廣播電視工程中有著廣泛的應(yīng)用前景，我們應(yīng)明確計算機技術(shù)的重要性，大力推動計算機技術(shù)在廣播電視工程中的應(yīng)用。

二、計算機技術(shù)在廣播電視工程中的應(yīng)用分析

目前計算機技術(shù)在廣播電視工程中取得了廣泛的應(yīng)用，其應(yīng)用領(lǐng)域主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

2.1計算機技術(shù)在廣播電視工程的媒體內(nèi)容中得到了重要應(yīng)用

在傳統(tǒng)的廣播電視技術(shù)中，媒體內(nèi)容主要為普通的音頻和視頻信號，在傳輸過程中也主要是模擬信號的傳輸。由于模擬信號容易受到許多外界因素的干擾，因此傳統(tǒng)的廣播電視內(nèi)容的傳輸過程是制約其發(fā)展的瓶頸因素。受到這一因素的制約，廣播電視在媒體內(nèi)容上無法做到更新。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，廣播電視的傳輸從傳統(tǒng)的模擬信號傳輸變成了數(shù)字信號傳輸，不但信號質(zhì)量得到了保障，傳輸效率和傳輸效果都得到了大幅提升。因此，計算機技術(shù)改變了廣播電視的傳輸方式，使廣播電視的傳輸效果更加理想。應(yīng)用了計算機技術(shù)之后，廣播電視工程的媒體內(nèi)容發(fā)生了很大變化，傳統(tǒng)的廣播電視由于受到模擬信號的限制，在媒體內(nèi)容上都是以傳統(tǒng)的音頻和視頻信號為主。而計算機技術(shù)為廣播電視工程帶來了數(shù)字傳輸方式，使廣播和電視的媒體內(nèi)容從傳統(tǒng)的模擬音頻和模擬視頻變成了數(shù)字音頻和數(shù)字視頻，不但提高了音頻和視頻的整體質(zhì)量，也使音頻和視頻信息更加豐富。同時我們還能利用計算機技術(shù)對音頻和視頻信息進行輕松的后期處理，能夠賦予音頻和視頻更多的信息，增加音頻和視頻的信息含量，提高音頻和視頻信息的整體質(zhì)量，為廣播和電視的傳輸提供重要的技術(shù)支持。由此可見，計算機技術(shù)在廣播電視工程中的媒體內(nèi)容中得到了重要應(yīng)用。

2.2計算機技術(shù)在廣播電視工程的媒體網(wǎng)絡(luò)中得到了重要應(yīng)用

從科學發(fā)展的角度看，傳統(tǒng)的電信網(wǎng)基于電路交換理論，廣播電視網(wǎng)基于模擬頻分單向分配理論，計算機網(wǎng)基于分組交換理論。隨著傳輸理論和交換理論有線電視網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的融合將對人們的生產(chǎn)、生活方式產(chǎn)生重大影響。首先，融合后的新一代網(wǎng)絡(luò)為用戶提供了一個便捷的寬帶數(shù)字應(yīng)用平臺，使原來在傳統(tǒng)窄帶網(wǎng)上不能實現(xiàn)的多媒體應(yīng)用、大量數(shù)據(jù)的自由交換，通過簡單的操作就可以完成，這將進一步促使網(wǎng)絡(luò)用戶的發(fā)展，它們開始在技術(shù)上趨于一致，并在業(yè)務(wù)上相互融，從而對網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)理論提出了新的挑戰(zhàn)。網(wǎng)的新型中間件基礎(chǔ)理論，突破中間件的體系結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵機制，建立中間件核心平臺，提出面向新型中間件技術(shù)的分布式系統(tǒng)開發(fā)模式和開發(fā)方法，為基于互聯(lián)網(wǎng)的分布式計算提供有效支撐。數(shù)字媒體接人網(wǎng)絡(luò)的最大特點在于異構(gòu)性。有線電視網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)在接人設(shè)備、接結(jié)合有線電視網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的不同特點，通過其數(shù)據(jù)信息、音頻信息、圖像信息和視頻信息的融合，將互聯(lián)網(wǎng)在傳輸方面研究的成果（端對端的通信和組播通信等）與有線電視網(wǎng)有機地融合，構(gòu)架成數(shù)字媒體網(wǎng)絡(luò)具有重要的科學意義和應(yīng)用價值。所以，計算機技術(shù)在廣播電視工程的媒體網(wǎng)絡(luò)中改變了傳統(tǒng)的傳輸方式，增加了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞剑岣吡藗鬏斝?，增加了廣播電視的傳輸范圍，使廣播電視工程更符合現(xiàn)代化發(fā)展的要求。

2.3計算機技術(shù)在廣播電視工程的操體計算中得到了重要應(yīng)用

高性能計算正處于新思想、新方法的探索與發(fā)展的變革前夜，必將探索和發(fā)展新型體系結(jié)構(gòu)與存儲技術(shù)。高性能計算技術(shù)已從過去單純追求高的峰值速度，轉(zhuǎn)而關(guān)注系統(tǒng)的高效能（HighProduetivity），即提高系統(tǒng)的實用性能、可編程性、可移植性、可靠性、可擴展性，降低能耗，同時降低系統(tǒng)的開發(fā)、運行及維護成本。制約當前高性能計算系統(tǒng)與應(yīng)用發(fā)展的 off 一 The 一 Shelf）結(jié)構(gòu)，即采用商品化的部件構(gòu)建系統(tǒng)的技術(shù)，技術(shù)簡單、成本低、但實用性能差.一是定制結(jié)構(gòu)，指構(gòu)成系統(tǒng)的主要部件，如處理器、互連網(wǎng)絡(luò)、基本系統(tǒng)軟件都是專門定制的，實用性能高，但技術(shù)復雜、成本高。SMP 與機群已成為高性能計算機的主流。隨著高性能計算應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展和深人，包括大型科學工程計算和海量數(shù)據(jù)處理兩個方面，網(wǎng)格計算成為了拓展高性能計算機應(yīng)用的重要手段，一些新概念計算技術(shù)研究正在興起，如量子計算和光計算。此外，在高性能計算系統(tǒng)中，存儲（Storage）由于存放了最重要的資源（數(shù)據(jù)）而成為非常重要的部件。不論從技術(shù)、業(yè)務(wù)，還是市場來看，近十年來存儲的重要性持續(xù)上升。事實上不只是計算機需要存儲器，在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、通訊、廣播電視和數(shù)字家電等領(lǐng)域?qū)Υ笕萘看鎯ζ鞯男枨笠矔悠惹小?/p>

三、計算機技術(shù)在廣播電視工程中應(yīng)用取得的效果

3.1計算機技術(shù)提高了廣播電視工程的技術(shù)含量

應(yīng)用了計算技術(shù)之后廣播電視工程在傳輸方式、媒體內(nèi)容、媒體網(wǎng)絡(luò)和操體計算等方面都取得了較大的進步，增加了廣播電視工程的傳播能力，提高了廣播電視工程的技術(shù)含量、所以，我們要對計算機技術(shù)有全新的認識。

3.2計算機技術(shù)增加了廣播電視工程的融合能力

計算機技術(shù)的應(yīng)用，使廣播電視工程有效融合了多種相關(guān)技術(shù)，使廣播電視工程的整體技術(shù)能力得到持續(xù)提升，豐富了廣播電視工程的內(nèi)容。由此可見，計算機技術(shù)增加了廣播電視工程的融合能力。

3.3計算機技術(shù)提高了廣播電視工程的傳輸效果

應(yīng)用了計算機技術(shù)，廣播電視工程在傳輸方式方面發(fā)生了很大的改變，改變了過去模擬信號傳輸方式，增加了數(shù)字信號傳輸方式，極大的提高了廣播電視工程的傳輸效果，滿足了廣播電視工程的傳輸要求。

參考文獻：

[1]李性存；；“以太”本地計算機網(wǎng)絡(luò)的性能特性分析 [J]；計算機研究與發(fā)展；2011 年 10 期

第3篇：分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)理論范文

[關(guān)鍵詞]電子商務(wù);網(wǎng)絡(luò)隱私權(quán);信息安全技術(shù);安全協(xié)議;P2P技術(shù);安全對策

隨著電子商務(wù)技術(shù)的發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)交易安全成為了電子商務(wù)發(fā)展的核心和關(guān)鍵問題。在利益驅(qū)使下,有些商家在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用者不知情或不情愿的情況下,采取各種技術(shù)手段取得和利用其信息,侵犯了上網(wǎng)者的隱私權(quán)。對網(wǎng)絡(luò)隱私權(quán)的有效保護,成為電子商務(wù)順利發(fā)展的重要市場環(huán)境條件。

一、網(wǎng)絡(luò)隱私權(quán)侵權(quán)現(xiàn)象

1.個人的侵權(quán)行為。個人未經(jīng)授權(quán)在網(wǎng)絡(luò)上宣揚、公開、傳播或轉(zhuǎn)讓他人、自己和他人之間的隱私;個人未經(jīng)授權(quán)而進入他人計算機系統(tǒng)收集、獲得信息或騷擾他人;未經(jīng)授權(quán)截取、復制他人正在傳遞的電子信息;未經(jīng)授權(quán)打開他人的電子郵箱或進入私人網(wǎng)上信息領(lǐng)域收集、竊取他人信息資料。

2.商業(yè)組織的侵權(quán)行為。專門從事網(wǎng)上調(diào)查業(yè)務(wù)的商業(yè)組織進行窺探業(yè)務(wù),非法獲取他人信息,利用他人隱私。大量網(wǎng)站為廣告商濫發(fā)垃圾郵件。利用收集用戶個人信息資料,建立用戶信息資料庫,并將用戶的個人信息資料轉(zhuǎn)讓、出賣給其他公司以謀利,或是用于其他商業(yè)目的。根據(jù)紐約時報報道,、Toysmart和等網(wǎng)站,都曾將客戶姓名、住址、電子郵件甚至信用卡號碼等統(tǒng)計分析結(jié)果標價出售,以換取更多的資金。

3.部分軟硬件設(shè)備供應(yīng)商的蓄意侵權(quán)行為。某些軟件和硬件生產(chǎn)商在自己銷售的產(chǎn)品中做下手腳,專門從事收集消費者的個人信息的行為。例如,某公司就曾經(jīng)在其生產(chǎn)的某代處理器內(nèi)設(shè)置“安全序號”,每個使用該處理器的計算機能在網(wǎng)絡(luò)中被識別,生產(chǎn)廠商可以輕易地收到用戶接、發(fā)的信息,并跟蹤計算機用戶活動,大量復制、存儲用戶信息。

4.網(wǎng)絡(luò)提供商的侵權(quán)行為

(1)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商(ISPInternetServiceProvider)的侵權(quán)行為:①ISP具有主觀故意(直接故意或間接故意),直接侵害用戶的隱私權(quán)。例:ISP把其客戶的郵件轉(zhuǎn)移或關(guān)閉,造成客戶郵件丟失、個人隱私、商業(yè)秘密泄露。②ISP對他人在網(wǎng)站上發(fā)表侵權(quán)信息應(yīng)承擔責任。

(2)互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容提供商(ICPInternetContentProvider)的侵權(quán)行為。ICP是通過建立網(wǎng)站向廣大用戶提供信息,如果ICP發(fā)現(xiàn)明顯的公開宣揚他人隱私的言論,采取放縱的態(tài)度任其擴散,ICP構(gòu)成侵害用戶隱私權(quán),應(yīng)當承擔過錯責任。

5.網(wǎng)絡(luò)所有者或管理者的監(jiān)視及竊聽。對于局域網(wǎng)內(nèi)的電腦使用者,某些網(wǎng)絡(luò)的所有者或管理者會通過網(wǎng)絡(luò)中心監(jiān)視使用者的活動,竊聽個人信息,尤其是監(jiān)控使用人的電子郵件,這種行為嚴重地侵犯了用戶的隱私權(quán)。

二、網(wǎng)絡(luò)隱私權(quán)問題產(chǎn)生的原因

網(wǎng)絡(luò)隱私權(quán)遭受侵犯主要是由于互聯(lián)網(wǎng)固有的結(jié)構(gòu)特性和電子商務(wù)發(fā)展導致的利益驅(qū)動這兩個方面的原因。

1.互聯(lián)網(wǎng)的開放性。從網(wǎng)絡(luò)本身來看,網(wǎng)絡(luò)是一個自由、開放的世界,它使全球連成一個整體,它一方面使得搜集個人隱私極為方便,另一方面也為非法散布隱私提供了一個大平臺。由于互聯(lián)網(wǎng)成員的多樣和位置的分散,其安全性并不好。互聯(lián)網(wǎng)上的信息傳送是通過路由器來傳送的,而用戶是不可能知道是通過哪些路由進行的,這樣,有些人或組織就可以通過對某個關(guān)鍵節(jié)點的掃描跟蹤來竊取用戶信息。也就是說從技術(shù)層面上截取用戶信息的可能性是顯然存在的。

2.網(wǎng)絡(luò)小甜餅cookie。某些Web站點會在用戶的硬盤上用文本文件存儲一些信息,這些文件被稱為Cookie,包含的信息與用戶和用戶的愛好有關(guān)?，F(xiàn)在的許多網(wǎng)站在每個訪客進入網(wǎng)站時將cookie放入訪客電腦,不僅能知道用戶在網(wǎng)站上買了些什么,還能掌握該用戶在網(wǎng)站上看過哪些內(nèi)容,總共逗留了多長時間等,以便了解網(wǎng)站的流量和頁面瀏覽數(shù)量。另外,網(wǎng)絡(luò)廣告商也經(jīng)常用cookie來統(tǒng)計廣告條幅的點擊率和點擊量,從而分析訪客的上網(wǎng)習慣,并由此調(diào)整廣告策略。一些廣告公司還進一步將所收集到的這類信息與用戶在其他許多網(wǎng)站的瀏覽活動聯(lián)系起來。這顯然侵犯了他人的隱私。

3.網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商(ISP)在網(wǎng)絡(luò)隱私權(quán)保護中的責任。ISP對電子商務(wù)中隱私權(quán)保護的責任,包括:在用戶申請或開始使用服務(wù)時告知使用因特網(wǎng)可能帶來的對個人權(quán)利的危害;告知用戶可以合法使用的降低風險的技術(shù)方法;采取適當?shù)牟襟E和技術(shù)保護個人的權(quán)利,特別是保證數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性和秘密性,以及網(wǎng)絡(luò)和基于網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù)的物理和邏輯上的安全;告知用戶匿名訪問因特網(wǎng)及參加一些活動的權(quán)利;不為促銷目的而使用數(shù)據(jù),除非得到用戶的許可;對適當使用數(shù)據(jù)負有責任,必須向用戶明確個人權(quán)利保護措施;在用戶開始使用服務(wù)或訪問ISP站點時告知其所采集、處理、存儲的信息內(nèi)容、方式、目的和使用期限;在網(wǎng)上公布數(shù)據(jù)應(yīng)謹慎。

目前,網(wǎng)上的許多服務(wù)都是免費的,如免費電子郵箱、免費下載軟件、免費登錄為用戶或會員以接收一些信息以及一些免費的咨詢服務(wù)等,然而人們發(fā)現(xiàn)在接受這些免費服務(wù)時,必經(jīng)的一道程序就是登錄個人的一些資料,如姓名、地址、工作、興趣愛好等,服務(wù)提供商會聲稱這是為了方便管理,但是,也存在著服務(wù)商將這些信息挪作他用甚至出賣的可能。

三、安全技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)隱私權(quán)保護

1.電子商務(wù)中的信息安全技術(shù)

電子商務(wù)的信息安全在很大程度上依賴于安全技術(shù)的完善,這些技術(shù)包括:密碼技術(shù)、鑒別技術(shù)、訪問控制技術(shù)、信息流控制技術(shù)、數(shù)據(jù)保護技術(shù)、軟件保護技術(shù)、病毒檢測及清除技術(shù)、內(nèi)容分類識別和過濾技術(shù)、系統(tǒng)安全監(jiān)測報警技術(shù)等。

(1)防火墻技術(shù)。防火墻(Firewall)是近年來發(fā)展的最重要的安全技術(shù),它的主要功能是加強網(wǎng)絡(luò)之間的訪問控制,防止外部網(wǎng)絡(luò)用戶以非法手段通過外部網(wǎng)絡(luò)進入內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)(被保護網(wǎng)絡(luò))。

(2)加密技術(shù)。數(shù)據(jù)加密被認為是最可靠的安全保障形式,它可以從根本上滿足信息完整性的要求,是一種主動安全防范策略。數(shù)據(jù)加密原理是利用一定的加密算法,將明文轉(zhuǎn)換成為無意義的密文,阻止非法用戶理解原始數(shù)據(jù),從而確保數(shù)據(jù)的保密性。

(3)數(shù)字簽名技術(shù)。數(shù)字簽名(Digital??Signature)技術(shù)是將摘要用發(fā)送者的私鑰加密,與原文一起傳送給接收者。接收者只有用發(fā)送者的公鑰才能解密被加密的摘要。在電子商務(wù)安全保密系統(tǒng)中,數(shù)字簽名技術(shù)有著特別重要的地位,在電子商務(wù)安全服務(wù)中的源鑒別、完整、不可否認服務(wù)中都要用到數(shù)字簽名技術(shù)。

(4)數(shù)字時間戳技術(shù)。在電子商務(wù)交易的文件中,時間是十分重要的信息,是證明文件有效性的主要內(nèi)容。在簽名時加上一個時間標記,即有數(shù)字時間戳(DigitaTime-stamp)的數(shù)字簽名方案:驗證簽名的人或以確認簽名是來自該小組,卻不知道是小組中的哪一個人簽署的。指定批準人簽名的真實性,其他任何人除了得到該指定人或簽名者本人的幫助,否則不能驗證簽名。

2.電子商務(wù)信息安全協(xié)議

(1)安全套接層協(xié)議(SecureSocketsLayer,SSL)。SSL是由NetscapeCommunication公司1994年設(shè)計開發(fā)的,主要用于提高應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)的安全系數(shù)。SSL的整個概念可以被總結(jié)為:一個保證任何安裝了安全套接層的客戶和服務(wù)器之間事務(wù)安全的協(xié)議,該協(xié)議向基于TCP/IP的客戶、服務(wù)器應(yīng)用程序提供了客戶端與服務(wù)的鑒別、數(shù)據(jù)完整性及信息機密性等安全措施。

(2)安全電子交易公告(SecureElectronicTransactions,SET)。SET是為在線交易設(shè)立的一個開放的、以電子貨幣為基礎(chǔ)的電子付款系統(tǒng)規(guī)范。SET在保留對客戶信用卡認證的前提下,又增加了對商家身份的認證。SET已成為全球網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)標準。

(3)安全超文本傳輸協(xié)議(S-HTTP)。依靠密鑰的加密,保證Web站點間的交換信息傳輸?shù)陌踩?。SHTTP對HT-TP的安全性進行了擴充,增加了報文的安全性,是基于SSL技術(shù)上發(fā)展的。該協(xié)議向互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用提供完整性、可鑒別性、不可抵賴性及機密性等安全措施。

(4)安全交易技術(shù)協(xié)議(STT)。STT將認證與解密在瀏覽器中分離開,以提高安全控制能力。

(5)UN/EDIFACT標準。UN/EDIFACT報文是唯一的國際通用的電子商務(wù)標準。

3.P2P技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)信息安全。P2P(Peer-to-Peer,即對等網(wǎng)絡(luò))是近年來廣受IT業(yè)界關(guān)注的一個概念。P2P是一種分布式網(wǎng)絡(luò),最根本的思想,同時它與C/S最顯著的區(qū)別在于網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(peer)既可以獲取其它節(jié)點的資源或服務(wù),同時,又是資源或服務(wù)的提供者,即兼具Client和Server的雙重身份。一般P2P網(wǎng)絡(luò)中每一個節(jié)點所擁有的權(quán)利和義務(wù)都是對等的,包括通訊、服務(wù)和資源消費。

(1)隱私安全性

①目前的Internet通用協(xié)議不支持隱藏通信端地址的功能。攻擊者可以監(jiān)控用戶的流量特征,獲得IP地址。甚至可以使用一些跟蹤軟件直接從IP地址追蹤到個人用戶。SSL之類的加密機制能夠防止其他人獲得通信的內(nèi)容,但是這些機制并不能隱藏是誰發(fā)送了這些信息。而在P2P中,系統(tǒng)要求每個匿名用戶同時也是服務(wù)器,為其他用戶提供匿名服務(wù)。由于信息的傳輸分散在各節(jié)點之間進行而無需經(jīng)過某個集中環(huán)節(jié),用戶的隱私信息被竊聽和泄漏的可能性大大縮小。P2P系統(tǒng)的另一個特點是攻擊者不易找到明確的攻擊目標,在一個大規(guī)模的環(huán)境中,任何一次通信都可能包含許多潛在的用戶。

②目前解決Internet隱私問題主要采用中繼轉(zhuǎn)發(fā)的技術(shù)方法,從而將通信的參與者隱藏在眾多的網(wǎng)絡(luò)實體之中。而在P2P中,所有參與者都可以提供中繼轉(zhuǎn)發(fā)的功能,因而大大提高了匿名通訊的靈活性和可靠性,能夠為用戶提供更好的隱私保護。

(2)對等誠信

為使得P2P技術(shù)在更多的電子商務(wù)中發(fā)揮作用,必須考慮到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的信任問題。實際上,對等誠信由于具有靈活性、針對性并且不需要復雜的集中管理,可能是未來各種網(wǎng)絡(luò)加強信任管理的必然選擇。

對等誠信的一個關(guān)鍵是量化節(jié)點的信譽度?；蛘哒f需要建立一個基于P2P的信譽度模型。信譽度模型通過預測網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)來提高分布式系統(tǒng)的可靠性。一個比較成功的信譽度應(yīng)用例子是在線拍賣系統(tǒng)eBay。在eBay的信譽度模型中,買賣雙方在每次交易以后可以相互提升信譽度,一名用戶的總的信譽度為過去6個月中這些信譽度的總和。eBay依靠一個中心來管理和存儲信譽度。同樣,在一個分布式系統(tǒng)中,對等點也可以在每次交易以后相互提升信譽度,就象在eBay中一樣。例如,對等點i每次從j下載文件時,它的信譽度就提升(+1)或降低(-1)。如果被下載的文件是不可信的,或是被篡改過的,或者下載被中斷等,則對等點i會把本次交易的信譽度記為負值(-1)。就象在eBay中一樣,我們可以把局部信譽度定義為對等點i從對等點j下載文件的所有交易的信譽度之和。

每個對等點i可以存貯它自身與對等點j的滿意的交易數(shù),以及不滿意的交易數(shù),則可定義為:

Sij=sat(i,j)-unsat(i,j)

四、電子商務(wù)中的隱私安全對策

1.加強網(wǎng)絡(luò)隱私安全管理。我國網(wǎng)絡(luò)隱私安全管理除現(xiàn)有的部門分工外,要建立一個具有高度權(quán)威的信息安全領(lǐng)導機構(gòu),才能有效地統(tǒng)一、協(xié)調(diào)各部門的職能,研究未來趨勢,制定宏觀政策,實施重大決定。

2.加快網(wǎng)絡(luò)隱私安全專業(yè)人才的培養(yǎng)。在人才培養(yǎng)中,要注重加強與國外的經(jīng)驗技術(shù)交流,及時掌握國際上最先進的安全防范手段和技術(shù)措施,確保在較高層次上處于主動。

3.開展網(wǎng)絡(luò)隱私安全立法和執(zhí)法。加快立法進程,健全法律體系。結(jié)合我國實際,吸取和借鑒國外網(wǎng)絡(luò)信息安全立法的先進經(jīng)驗,對現(xiàn)行法律體系進行修改與補充,使法律體系更加科學和完善。

4.抓緊網(wǎng)絡(luò)隱私安全基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。國民經(jīng)濟要害部門的基礎(chǔ)設(shè)施要通過建設(shè)一系列的信息安全基礎(chǔ)設(shè)施來實現(xiàn)。為此,需要建立中國的公開密鑰基礎(chǔ)設(shè)施、信息安全產(chǎn)品檢測評估基礎(chǔ)設(shè)施、應(yīng)急響應(yīng)處理基礎(chǔ)設(shè)施等。

5.建立網(wǎng)絡(luò)風險防范機制。在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與經(jīng)營中,因為安全技術(shù)滯后、道德規(guī)范蒼白、法律疲軟等原因,往往會使電子商務(wù)陷于困境,這就必須建立網(wǎng)絡(luò)風險防范機制。建議網(wǎng)絡(luò)經(jīng)營者可以在保險標的范圍內(nèi)允許標保的財產(chǎn)進行標保,并在出險后進行理賠。

6.強化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新,重點研究關(guān)鍵芯片與內(nèi)核編程技術(shù)和安全基礎(chǔ)理論。統(tǒng)一組織進行信息安全關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),以創(chuàng)新的思想,超越固有的約束,構(gòu)筑具有中國特色的信息安全體系。

7.注重網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的規(guī)范化。沒有統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范,局部性的網(wǎng)絡(luò)就不能互連、互通、互動,沒有技術(shù)規(guī)范也難以形成網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)業(yè)規(guī)模。目前,國際上出現(xiàn)許多關(guān)于網(wǎng)絡(luò)隱私安全的技術(shù)規(guī)范、技術(shù)標準,目的就是要在統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中保證隱私信息的絕對安全。我們應(yīng)從這種趨勢中得到啟示,在同國際接軌的同時,拿出既符合國情又順應(yīng)國際潮流的技術(shù)規(guī)范。

參考文獻:

[1]屈云波.電子商務(wù)[M].北京:企業(yè)管理出版社,1999.

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[3]趙戰(zhàn)生.我國信息安全及其技術(shù)研究[J].中國信息導報,1999,(8).

第4篇：分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)理論范文

關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)；理論課程教學；自制實驗平臺；實驗項目

Discussion on education of the postgraduate course: wireless sensor networks

Zhang Jianhui, Zeng Hong

Hangzhou dianzi university, Hangzhou, 310018, China

Abstract: This paper analyzed some appearing problems in teaching this course among postgraduate students, and designed a new way in theory teaching by designing and constructing test-bed, by designing and developing experiment items. Our new teaching way could change the unsmooth and bald status quo in unidirectionally teaching theoretical courses, and was a reference to promote the teaching development of postgraduate courses.

Key words: wireless wensor networks; teaching of theoretical course; self-developed test-bed; experiment item

無線傳感器網(wǎng)近年來成為IT領(lǐng)域的研究熱點[1]。2009年8月，總理提出盡快建立“感知中國”中心，促進我國無線傳感器網(wǎng)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。無線傳感器網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)核心，2010年7月20日，教育部向社會公布了2011年全國各高校140個本科新專業(yè)詳細名單，其中“物聯(lián)網(wǎng)工程”專業(yè)占據(jù)30個，高居榜首。無線傳感器網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)骨干課程之一，也是一門新課程。我們對該課程的教學方法作了些探索性的改革。

1 目前存在的問題

物聯(lián)網(wǎng)作為新專業(yè)有新的建設(shè)和教學思想[2]。而無線傳感器網(wǎng)作為新興行業(yè)的新課程，其理論基礎(chǔ)要求高，應(yīng)用性也要強，因而給教學帶來新的挑戰(zhàn)。存在的主要問題有：

(1)教學內(nèi)容涉及廣與系統(tǒng)性教學的矛盾。無線傳感器網(wǎng)是一門應(yīng)用性和理論基礎(chǔ)要求都很強的課程。該課程所講述的網(wǎng)絡(luò)是一種集成創(chuàng)新型技術(shù)，同時理解和運用好該技術(shù)需要一定理論基礎(chǔ)。它所涉及的內(nèi)容廣泛，需要多方面計算機基礎(chǔ)理論知識，且涵蓋面廣，包括概率論、圖論、高等數(shù)學、隨機過程等。同時，它涉及單片機編程、電子線路、無線電發(fā)射等多方面硬件知識。而這門課程的傳授對象是研究生，研究生班的學生往往來自不同專業(yè)，讀研期間的主修專業(yè)也各不相同，而其導師所指導的研究方向更是千差萬別。因而，如何系統(tǒng)地講授這門課，同時又能滿足學生不同需求，將成為面臨的難題。

(2)理論教學與實驗教學的脫節(jié)。無線傳感器網(wǎng)是門全新課程，問題(1)中所述特點使得在理論與實驗教學兩個方面的任務(wù)既各有特色又繁重，造成這兩方面的教學任務(wù)難以平衡。由于它是一門新課程，可以借鑒的教學經(jīng)驗并不多。而從橫向比較來看，類似應(yīng)用性很強的課程，其教學方法一般單一地偏向理論教學或?qū)嶒灲虒W。

(3)傳統(tǒng)單向性教學模式的不良影響。多年來，研究生教學模式一般都是單向性的，即教師教、學生學，缺乏真正的互動，難以培養(yǎng)學生的獨立思維，更難以激發(fā)其主動性和創(chuàng)造性。從學生角度來看，這種教學模式從中學一直延續(xù)到研究生階段，沒有讓學生充分參與到教學中來，使得學生的學習效果無法保證，學習的興趣也不高。這種長期的被動式參與教學，使得學生失去了主動性、獨立性和主導性，形成了不良的學習和科研習慣，最終導致研究生創(chuàng)造性的缺失[5]。

2 改革方法

我們在Seminar[4]教學方法的基礎(chǔ)上，讓學生充分參與教學，體會完成科研任務(wù)的獨立性和自主性。總體改革方法是教師導引，學生參與學、教、實驗設(shè)計與實現(xiàn)全過程，形成單向教學向理論教學與實驗互動、學生參與轉(zhuǎn)變。在設(shè)計該方法時，要充分考慮到所在高校的歷史與優(yōu)勢，發(fā)揮其在電子電路設(shè)計、嵌入式編程等方面的堅實基礎(chǔ)與專業(yè)特色，觀察學院近幾年在無線傳感器網(wǎng)方面的發(fā)展速度，針對前一小節(jié)所提出的問題，給出相應(yīng)的教學改革方法。

夯實基礎(chǔ)知識，劃分學習小組。本課程選擇的教材清華大學出版社出版、孫利民等編著的《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)》為主教材，以劍橋大學出版社出版的Xiangyang Li的專著"Wireless Ad Hoc and Sensor Networks: Theory and Applications"為輔助教材。在掌握無線傳感器網(wǎng)絡(luò)這門課程的基礎(chǔ)知識的同時，根據(jù)學生所學專業(yè)和研究方向，將他們分為兩大組：理論組和應(yīng)用組(如圖1所示)。對于理論組和應(yīng)用組分別布置不同的課外作業(yè)。為此，筆者從計算機網(wǎng)絡(luò)、體系結(jié)構(gòu)和應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的一些最新國際頂級會議上，如SigComm，MobiCom，SenSys，InfoCom等，選擇理論和應(yīng)用兩類論文。其中，根據(jù)每名學生的指導教師對研究方向的要求，對所選論文進行較細致的篩選。在所選出的論文中，學生可以根據(jù)自己的興趣進行再選擇。當然，學生也可以從指定的學術(shù)會議論文集中選擇論文。這是一個有限定的雙向選擇過程，所選論文包含諸多無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用案例和科研實例。這些論文作為課外作業(yè)讓學生自己去研讀，而教師會從兩個組中分別隨機抽取部分學生，分兩個階段，即理論階段和應(yīng)用階段，讓其上講臺宣講其所讀的論文。在宣講過程中，大家可以自由提問和討論，學生由此可以充分參與到教和學的兩個環(huán)節(jié)。課堂的自由討論，使得學生從傳統(tǒng)課程授課模式中的被動聽課變?yōu)橹鲃訁⑴c，提高了學生對該課程的學習和參與興趣。為保證效率，教師對宣講和討論的時間做了限定，在討論的過程中也會做一些導引。

在兩個階段(理論階段和應(yīng)用階段)開始之前，教師分別講授兩個階段的基礎(chǔ)知識，即理論基礎(chǔ)知識和應(yīng)用基礎(chǔ)知識。由于所涉及的內(nèi)容非常廣泛，講授一些入門知識，而對學生所要宣講論文的相關(guān)基礎(chǔ)知識要深入地講解。另外一個重要的組成部分是給學生講授獲取相關(guān)知識的技巧與途徑，例如如何使用圖書館資源及學術(shù)網(wǎng)站，如Google scholar，Citeseer等。

圖1 教學步驟圖

在上述過程中，理論組的學生偏重理解算法的原理，應(yīng)用組的學生偏重算法實現(xiàn)所需的硬件運行原理和編程實現(xiàn)。筆者所在實驗室的主要研究方向之一是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，依托這個實驗室特點，在指導學生時采用TelosB傳感器節(jié)點，在TinyOS平臺上開發(fā)算法實現(xiàn)程序。

統(tǒng)分兼顧，學生自主。如圖1所示，在“理論(應(yīng)用)基礎(chǔ)知識”階段中，通過讓學生自己閱讀學術(shù)論文，讓兩個組的學生分別對某一方面的理論知識有了具體了解，對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的硬件原理也有了初步認識。在緊接著的“理論(應(yīng)用)案例”階段中，從學生宣讀過的學術(shù)論文中挑選出幾篇經(jīng)典的論文，它們有算法設(shè)計及其性能的理論分析，又有實驗設(shè)計與驗證。為此，根據(jù)先前的理論組和應(yīng)用組劃分，以及所選經(jīng)典論文，進一步將學生交叉分隊。一個分隊一般由5名學生組成：一名學生負責算法原理的解釋，兩名負責TinyOS編程和調(diào)試，一名負責數(shù)據(jù)采集與硬件平臺搭建，最后一名負責協(xié)調(diào)分隊整體工作并撰寫最終實驗報告。實際教學過程中，每隊學生人數(shù)和任務(wù)分配可以視情況做適當調(diào)整，例如，當理論組學生人數(shù)較多時，在每隊中負責算法原理解釋的學生可以適當增多。當分隊組建好以后，分給每名學生的任務(wù)以課外作業(yè)的形式完成。每個分隊的進度情況由該隊負責人以實驗報告的形式按階段提交給教師。同時，在協(xié)調(diào)學生完成作業(yè)的過程中，教師應(yīng)逐個分析案例，這些案例中有涉及路由設(shè)計的，有涉及面向?qū)嶋H應(yīng)用數(shù)據(jù)采集的，也有涉及網(wǎng)絡(luò)時延分析的，案例涵蓋面廣，以解決課程內(nèi)容涉及廣的問題。

案例分析結(jié)束以后，進入實驗驗證或者仿真分析。在這個過程中，主要分以下幾個階段：實驗平臺的構(gòu)建、實驗設(shè)計、實驗驗證及其實驗報告的撰寫。在這些過程中，學生不僅充分參與，而且在有些過程中，學生還起到主導的作用。實驗平臺的構(gòu)建需要一定的科研經(jīng)費支持，制作過程復雜，將在下文中闡述。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的教學中，由于實驗條件限制，不一定都能搭建硬件平臺。另外，在教學中還發(fā)現(xiàn)，一個實驗平臺不能同時滿足多個分隊使用，而有些分隊的任務(wù)也不一定要在實驗平臺上進行。為此，讓部分有一定C/C++語言編程基礎(chǔ)的學生使用一個專門的網(wǎng)絡(luò)仿真平臺―OMNeT++[3]。

OMNeT++是一個面向?qū)ο蟮碾x散時間模擬器，由土耳其布達佩斯技術(shù)大學的Andras Varga等人設(shè)計。其內(nèi)核源代碼完全開放，采用標準C++語言編寫，可以運行于Linux，Windows等幾乎所有支持標準C++的系統(tǒng)平臺上。它采用了一種搭積木式的建模方式，可以應(yīng)用于任何離散事件系統(tǒng)的計算機模擬和仿真，包括模擬通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)流，模擬通信協(xié)議的模型，排隊網(wǎng)絡(luò)，模擬多處理器和其他分布式系統(tǒng)。對于教學比較有利的是OMNeT++完全免費，有很多現(xiàn)成的模塊、框架和范例，相關(guān)資源可從其官方網(wǎng)站[3]免費下載。在教學過程中，部分學生使用該仿真軟件，完成了一些無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的案例，如消息洪泛案例仿真(如圖2所示)，目標追蹤案例仿真(如圖3所示)。在圖2，3中，灰色點和白色點表示傳感器節(jié)點，灰點表示已經(jīng)接受到消息的節(jié)點；圖中間較大的點表示Sink節(jié)點；圖3左上角的黑色點表示目標。

圖2 消息洪泛仿真截圖 圖3 目標追蹤仿真截圖

自制實驗平臺，自己設(shè)計完成實驗，學生充分參與。需要實驗平臺驗證的分隊參與設(shè)計與構(gòu)建了一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺(如圖6所示)。該平臺高2米，寬4米，由200個自制TelosB節(jié)點(如圖4所示)、50個多接口Hub(如圖5所示)和一臺臺式機組成。2009和2010級部分研究生參與了該實驗平臺的設(shè)計與搭建。在該實驗平臺上驗證理論或應(yīng)用案例的每個分隊，都自行設(shè)計、開發(fā)、調(diào)試實驗和相應(yīng)的TinyOS程序。根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)這門課程教學的需要，以及學生科研和興趣的選擇，先后設(shè)計了6個實驗：時間同步、路由樹構(gòu)建、基于非時間同步的通信時間調(diào)度、消息洪泛、主被動式追蹤、人物辨別。

圖4 自制TelosB傳感器節(jié)點 圖5 多接口Hub

圖6 200個節(jié)點組成的測試平臺

3 結(jié)束語

在整個教學過程中，總體教學思路是：從課程基礎(chǔ)知識開始，將學生分成兩類(理論類和應(yīng)用類)；根據(jù)學生的興趣和科研需要，有重點地講解具體的理論和應(yīng)用基礎(chǔ)知識；而后以國際頂級會議論文為素材，從具體案例著手，通過讓學生充分參與的方式誘導學生理解理論知識(如圖論、概率論、隨機過程等)是如何在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)這個應(yīng)用性技術(shù)中應(yīng)用的，也讓他們體驗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的算法是如何在實際實驗平臺上實現(xiàn)的。整個過程從基礎(chǔ)理論知識細化到具體理論知識，再到具體案例分析，循序漸進，有重點、系統(tǒng)性地講授了這門知識涉及面廣、結(jié)構(gòu)較為龐雜的應(yīng)用性課程。同時，在整個教學中，學生也從逐漸參與、充分參與到教和學中，到最后甚至在某些方面起到主導作用。新教學方法使得學生在研究生階段能夠體會從被動地學到主動地、獨立地完成一個完整的科研任務(wù)的轉(zhuǎn)變。這種轉(zhuǎn)變中蘊含著主動創(chuàng)新的種子，在長期的科研鍛煉中將會發(fā)芽結(jié)果。

參考文獻

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[2] 吳功宜.對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學體系建設(shè)的思考[J].計算機教育,2010,21:26-28.

[3] OMNeT++ [N/OL].省略/.

第5篇：分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)理論范文

關(guān)鍵字：計算智能 模糊計算 遺傳算法 螞蟻算法 PSO

計算智能是在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊系統(tǒng)、進化計算三大智能算法分支發(fā)展相對成熟的基礎(chǔ)上，通過各算法之間的有機融合而形成的新的科學算法，是智能理論和技術(shù)發(fā)展的一個新階段，廣泛應(yīng)用于工程優(yōu)化、模式識別、智能控制、網(wǎng)絡(luò)智能自動化等領(lǐng)域[1]。本文主要介紹模糊邏輯、遺傳算法、螞蟻算法、微粒群優(yōu)化算法（PSO）。

1 、模糊計算

美國系統(tǒng)工程教授扎德于1965年發(fā)表的論文《FUZZY SETS》首次提出模糊邏輯概念，并引入隸屬度和隸屬函數(shù)來刻畫元素與模糊集合之間的關(guān)系，標志著模糊數(shù)學的誕生。模糊計算將自然語言通過模糊計算轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C能理解的數(shù)學語言，然后用計算機分析、解決問題。

在古典集合中，對于任意一個集合A，論域中的任何一個x，或者屬于A，或者不屬于A；而在模糊集合中，論域上的元素可以"部分地屬于"集合A，并用隸屬函數(shù)來表示元素屬于集合的程度，它的值越大，表明元素屬于集合的程度越高，反之，則表明元素屬于集合的程度越低。與經(jīng)典邏輯中變元"非真即假"不同，模糊邏輯中變元的值可以是[0，1]區(qū)間上的任意實數(shù)。要實現(xiàn)模糊計算還必須引入模糊語言及其算子，把含有模糊概念的語言稱為模糊語言，模糊語言算子有語氣算子、模糊化算子和判定化算子三類，語言算子用于對模糊集合進行修飾。模糊邏輯是用If-Then規(guī)則進行模糊邏輯推理，將輸入的模糊集通過一定運算對應(yīng)到特定輸出模糊集，模糊推理的結(jié)論是通過將實施與規(guī)則進行合成運算后得到的。

模糊邏輯能夠很好地處理生活中的模糊概念，具有很強的推理能力，在很多領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用研究，如工業(yè)控制、模式識別、故障診斷等領(lǐng)域。但是大多數(shù)模糊系統(tǒng)都是利用已有的專家知識，缺乏學習能力，無法自動提取模糊規(guī)則和生成隸屬度函數(shù)，需要與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、遺傳算法等學習能力強的算法融合來解決。目前，很多學者正在研究模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和神經(jīng)模糊系統(tǒng)，這是對傳統(tǒng)算法研究和應(yīng)用的創(chuàng)新。[2]

2、遺傳算法

遺傳算法由美國學者Holland及其學生于1975年首次提出，以達爾文的進化論和孟德爾的遺傳學說為基本思想，通過編碼將問題的可能解轉(zhuǎn)換為遺傳算法可以解決的搜索空間。一般采用二進制編碼，若變量連續(xù)，采用實數(shù)編碼精度較高且便于大空間搜索。遺傳算法的三個基本算子有選擇算子、交叉和變異，用于模仿生物界中的繁殖、雜交和變異。

遺傳算法的基本思想為通過隨機編碼產(chǎn)生一個初始種群，每一個編碼即問題的可行解，通過適應(yīng)度為評價標準來選擇個體，適應(yīng)度高的個體保留下來復制下一代，適應(yīng)度低的個體被淘汰。保留下來的個體通過交叉、變異來提高個體質(zhì)量，重組為新的一代。通過這一過程，使得新一代的個體組合優(yōu)于上一代。個體不斷進化，當達到設(shè)定的迭代次數(shù)或者給定條件時，算法結(jié)束，得到的最優(yōu)編碼即為問題的最優(yōu)解。[3]

遺傳算法具有智能性、并行性、通用性等眾多優(yōu)點，使得其應(yīng)用范圍也極廣，如函數(shù)優(yōu)化、機器人學、組合優(yōu)化、圖像處理、信號處理、人工生命、生產(chǎn)調(diào)度等。遺傳算法的廣泛應(yīng)用也促進了自身的發(fā)展和完善，各種改進算法相繼提出。近幾年來，遺傳算法的研究已經(jīng)從理論方面逐漸轉(zhuǎn)向應(yīng)用領(lǐng)域，圖像處理和機器人學也在逐漸成為研究的熱點。隨著數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的廣泛應(yīng)用，遺傳算法在數(shù)據(jù)挖掘領(lǐng)域的研究會成為新的熱點。[4]

3、螞蟻算法

螞蟻算法又叫蟻群算法，受螞蟻尋找食物的啟發(fā)，由意大利學者Marco Dorigo及其導師于1991年提出。螞蟻從巢穴出發(fā)尋找食物，在其經(jīng)過的路徑上釋放一種信息素，信息素濃度會隨著時間增加而逐漸降低。其他螞蟻識別到這種信息素，便會沿著這一路徑尋找食物并釋放信息素。某一路徑信息素濃度越大，選擇這一路線的螞蟻越多，經(jīng)過的螞蟻越多，信息素濃度越大，呈現(xiàn)一種正反饋效應(yīng)。最終，螞蟻會找到食物源和巢穴之間的最佳路線。

螞蟻算法的典型應(yīng)用是旅行商問題（TSP），二次分配問題（QAP）、車間任務(wù)調(diào)度問題（JSP）、大規(guī)模集成電路中的綜合布線以及電信網(wǎng)絡(luò)中的路由等方面。螞蟻算法因其很強的魯棒性，把TPS問題中的經(jīng)典模型稍加改動，就可用于其他問題。它的正反饋性和協(xié)同性使之可用于分布式系統(tǒng)；螞蟻算法比較容易與其他算法工具相結(jié)合，可以改善算法的性能。

實際應(yīng)用中，不同的優(yōu)化問題有著不同的束縛條件，需要采取對應(yīng)的措施來處理，因此出現(xiàn)了各種改進的螞蟻算法，如最大最小螞蟻算法、多群螞蟻算法等。但是，不是所有的基本螞蟻算法都能解決優(yōu)化問題，改進后的算法也并不是在任何情況下都適用的。目前，螞蟻算法還沒有形成系統(tǒng)的分析方法和堅實的數(shù)學基礎(chǔ)，絕大多數(shù)情況下依據(jù)實驗和經(jīng)驗來選擇參數(shù)，且計算時間偏長。[5]

4、PSO

微粒群優(yōu)化算法（PSO）是一種基于種群的隨機優(yōu)化技術(shù)，由Eberhart和Kennedy于1995年提出。是繼遺傳算法、蟻群算法之后提出的一種新型進化計算技術(shù)。

PSO算法中，每個優(yōu)化問題的潛在解都是搜索空間中的一只鳥，稱之為"粒子"，算法初始化為一群隨機粒子（隨機解），然后通過迭代找到最優(yōu)解。在每一次迭代中，粒子通過跟蹤兩個極值來更新自己。第一個極值就是粒子本身所經(jīng)歷的最優(yōu)解，這個解被稱為個體極值。另一個極值是整個種群目前所經(jīng)歷的最優(yōu)解，這個極值被稱為全局極值。另外也可以只選取整個種群中的一部分作為粒子的鄰居，在所有鄰居中的極值被稱為局部極值。

PSO算法具有收斂快、容易理解及易于實現(xiàn)等優(yōu)點，發(fā)展很快，在圖像處理、模式識別及優(yōu)化等方面得到了廣泛應(yīng)用。同時，PSO算法也存在一些問題，如容易陷入局部最優(yōu)、進化后期收斂速度慢、精度差等，研究人員從各個方面對該算法進行改進，得到了各種改進的PSO算法，如標準PSO算法，帶收縮因子的PSO算法，二階振蕩PSO算法、量子PSO算法等，實際應(yīng)用中每一種算法并不是對所有問題都普遍使用，因此將PSO和其他算法相結(jié)合是一個可行的選擇。[6]

經(jīng)過多年的發(fā)展，PSO算法的優(yōu)化速度、質(zhì)量以及算法魯棒性都已經(jīng)有了很大的提高，但是目前的研究大都集中于算法的實現(xiàn)、改進和應(yīng)用方面，相關(guān)的基礎(chǔ)理論研究遠遠落后于算法的發(fā)展，而數(shù)學理論基礎(chǔ)的缺乏極大地限制著微粒群算法的進一步推廣、改進與應(yīng)用。

5、結(jié)束語

每個算法各有特點，卻有著共同的仿生基礎(chǔ)，這使得各算法之間存在必然的聯(lián)系。將模糊邏輯、進化算法、螞蟻算法、PSO、DNA算法以及其他算法結(jié)合起來是目前計算智能一項新的研究課題。計算智能目前研究的最新趨勢：一是理論研究， 即對現(xiàn)有的智能算法的理論和應(yīng)用進一步深入研究； 二是引入新的算法，即發(fā)掘更先進、功能更強大的新型智能算法并拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域； 三是智能算法的融合， 將不同的算法結(jié)合，取長補短以增強算法的適應(yīng)性。[3]

參考文獻：

[1]趙永.計算智能及其在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的應(yīng)用[D].海南：海南大學，2010

[2]周紅梅.智能算法主要算法的概述[J].人工智能及識別技術(shù)，1009-3044（2010）09-2207-04

[3]張睿，黃晉英，張永梅.計算智能方法及應(yīng)用研究[J].電腦開發(fā)與應(yīng)用，1003-5850（2012）10-0001-03

[4]馬永杰，云文霞.遺傳算法研究進展[J].計算機應(yīng)用研究，2012，4（1）：1001-3695