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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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?，提高了傳輸效率，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(fù)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(xué)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(fù)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(fù)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(dān)責(zé)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(dān)過錯責(zé)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(dǎo)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?；ヂ?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)。現(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(xí)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(zé)任。ISP對電子商務(wù)中隱私權(quán)保護的責(zé)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(fēng)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(zé)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浴HTTP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(fù)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(yù)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(dǎo)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(xué)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(fēng)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(fēng)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:

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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(xué)；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(xué)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(xué)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(xué)帶來新的挑戰(zhàn)。存在的主要問題有：

(1)教學(xué)內(nèi)容涉及廣與系統(tǒng)性教學(xué)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(xué)、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(xué)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(dǎo)師所指導(dǎo)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(xué)生不同需求，將成為面臨的難題。

(2)理論教學(xué)與實驗教學(xué)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(xué)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(xué)任務(wù)難以平衡。由于它是一門新課程，可以借鑒的教學(xué)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(xué)方法一般單一地偏向理論教學(xué)或?qū)嶒灲虒W(xué)。

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

2 改革方法

我們在Seminar[4]教學(xué)方法的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生充分參與教學(xué)，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(dǎo)引，學(xué)生參與學(xué)、教、實驗設(shè)計與實現(xiàn)全過程，形成單向教學(xué)向理論教學(xué)與實驗互動、學(xué)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(xué)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(xué)改革方法。

夯實基礎(chǔ)知識，劃分學(xué)習(xí)小組。本課程選擇的教材清華大學(xué)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(xué)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(xué)生所學(xué)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(xué)生的指導(dǎo)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(xué)生可以根據(jù)自己的興趣進行再選擇。當然，學(xué)生也可以從指定的學(xué)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(xué)生自己去研讀，而教師會從兩個組中分別隨機抽取部分學(xué)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(xué)生由此可以充分參與到教和學(xué)的兩個環(huán)節(jié)。課堂的自由討論，使得學(xué)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(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)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(dǎo)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(xué)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(xué)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(xué)術(shù)網(wǎng)站，如Google scholar，Citeseer等。

圖1 教學(xué)步驟圖

在上述過程中，理論組的學(xué)生偏重理解算法的原理，應(yīng)用組的學(xué)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(dǎo)學(xué)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(xué)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(xué)生自己閱讀學(xué)術(shù)論文，讓兩個組的學(xué)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(xué)生宣讀過的學(xué)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(xué)生交叉分隊。一個分隊一般由5名學(xué)生組成：一名學(xué)生負責(zé)算法原理的解釋，兩名負責(zé)TinyOS編程和調(diào)試，一名負責(zé)數(shù)據(jù)采集與硬件平臺搭建，最后一名負責(zé)協(xié)調(diào)分隊整體工作并撰寫最終實驗報告。實際教學(xué)過程中，每隊學(xué)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(xué)生人數(shù)較多時，在每隊中負責(zé)算法原理解釋的學(xué)生可以適當增多。當分隊組建好以后，分給每名學(xué)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(zé)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(xué)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(xué)生不僅充分參與，而且在有些過程中，學(xué)生還起到主導(dǎo)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(fù)雜，將在下文中闡述。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)過程中，部分學(xué)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(xué)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(xué)的需要，以及學(xué)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(xué)過程中，總體教學(xué)思路是：從課程基礎(chǔ)知識開始，將學(xué)生分成兩類(理論類和應(yīng)用類)；根據(jù)學(xué)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(xué)生充分參與的方式誘導(dǎo)學(xué)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(xué)中，學(xué)生也從逐漸參與、充分參與到教和學(xué)中，到最后甚至在某些方面起到主導(dǎo)作用。新教學(xué)方法使得學(xué)生在研究生階段能夠體會從被動地學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)習(xí)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(xué)習(xí)能力強的算法融合來解決。目前，很多學(xué)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(xué)者Holland及其學(xué)生于1975年首次提出，以達爾文的進化論和孟德爾的遺傳學(xué)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(fù)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(xué)、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(xué)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(xué)者Marco Dorigo及其導(dǎo)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(xué)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(xué)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(xué)，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