時間：2023-07-13 17:23:21
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇云計算技術(shù)教程，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
顯然，現(xiàn)在的云計算早已不再高高在上，它已經(jīng)實實在在地作為一種IT資源的管理分配方式被部署和應(yīng)用。
廠商推出云計算認(rèn)證也是其落地的另一佐證。讓云計算真正觸手可及，自然離不開IT工程師的工作。IT廠商推出的認(rèn)證體系，一方面幫助廠商推廣自己的品牌和產(chǎn)品，一方面也為廣大IT工程師提供了學(xué)習(xí)與能力提升的渠道，從而助推包括云計算在內(nèi)的新技術(shù)順利落地并應(yīng)用。
云計算工程師三種能力
近日，H3C了面向云計算時代IT人才培養(yǎng)的“云計算實訓(xùn)室”解決方案及配套的實訓(xùn)教程，這也是H3C網(wǎng)絡(luò)學(xué)院成立以來針對人才需求變化做出的最新舉措。H3C網(wǎng)絡(luò)學(xué)院推出的“云計算系統(tǒng)專家”屬于H3C的云計算專項認(rèn)證，將與H3C網(wǎng)絡(luò)學(xué)院的現(xiàn)有課程關(guān)聯(lián)，同時包括了部署云計算存儲、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)，部署云計算虛擬化軟件，部署云資源，部署虛擬機，部署高可用性、iMC、EVB，部署云服務(wù)等內(nèi)容。
H3C培訓(xùn)中心云計算專家趙治東介紹，基于H3C的三層云計算產(chǎn)品技術(shù)體系H3Cloud，H3C制定了云計算工程師的能力模型。該模型覆蓋了一個IT工程師要完成云計算系統(tǒng)的部署和維護(hù)所需要的知識與能力。首先是云計算基礎(chǔ)設(shè)施的部署能力，其中包括云計算網(wǎng)絡(luò)、存儲和服務(wù)器的部署能力。第二部分是虛擬化能力。在基礎(chǔ)設(shè)施硬件資源被配置完畢之后，可以用CVK和CVM進(jìn)行資源劃分、構(gòu)建虛擬機以及虛擬機遷移、故障恢復(fù)等虛擬化的管理。第三部分是業(yè)務(wù)管理和運行維護(hù)。
“云計算的核心目標(biāo)不是讓用戶把硬件服務(wù)器變成虛擬機，而是為用戶提供透明化和定制化的IT資源，用戶只需要告訴管理員需要多少資源，管理員結(jié)合用戶的業(yè)務(wù)需求，為最終用戶提供相應(yīng)的業(yè)務(wù)管理和運行維護(hù)服務(wù)。H3Cloud在這方面提供了具有一定自動化程度的管控能力，即通過CIC和iMC等軟件來完成，這也是云計算工程師需要具備的技能。”趙治東說。
認(rèn)證提升就業(yè)率
作為IT工程師的搖籃，各個高校在推廣云計算技術(shù)以及認(rèn)證培訓(xùn)方面有著不可或缺的作用。H3C也與諸多高校在認(rèn)證體系培訓(xùn)方面緊密合作，來自西南大學(xué)的朱老師告訴《中國計算機報》記者：“H3C的云計算認(rèn)證培訓(xùn)是最貼近教學(xué)的，它的認(rèn)證體系非常成熟。我們通過多方比較，最終選擇了H3C的培訓(xùn)體系，這不僅是因為H3C提供了先進(jìn)的云計算設(shè)備、技術(shù)和培訓(xùn)，更重要的是它擁有一套完整的培訓(xùn)專業(yè)體系，教材、幻燈片等都非常齊全。我們在保證日常教學(xué)的基礎(chǔ)上，將該認(rèn)證的部分課程（比如H3CNE）與日常教學(xué)結(jié)合起來。現(xiàn)在，我們學(xué)院的網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)就業(yè)率排在全校第二位，得到了學(xué)生的認(rèn)可，也激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。”
H3C全球技術(shù)服務(wù)部副總裁劉小兵表示，專業(yè)課程落后、缺乏實踐經(jīng)驗、所學(xué)非所用是當(dāng)前計算機相關(guān)專業(yè)就業(yè)形勢嚴(yán)峻的重要原因之一。云計算作為最新的IT技術(shù)領(lǐng)域，在教學(xué)實踐方面更加短缺。H3C助力教育信息化，推出云計算實訓(xùn)室解決方案，可促進(jìn)學(xué)校基礎(chǔ)教學(xué)工作，提升教師業(yè)務(wù)水平，并緊跟信息技術(shù)發(fā)展的最新動向，吸引高素質(zhì)人才，形成良性循環(huán)。
“借助優(yōu)良的師資力量、合理的課程設(shè)計、經(jīng)典的教材輔助以及大量的實踐機會，H3C云計算實訓(xùn)室將進(jìn)一步保證學(xué)生的就業(yè)率和就業(yè)質(zhì)量，形成教學(xué)、認(rèn)證、就業(yè)一條龍的人才培養(yǎng)體系。”劉小兵說。
隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，圖書館服務(wù)呈現(xiàn)出數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、多媒體化等發(fā)展趨勢。而中小學(xué)圖書館是為學(xué)校師生們的學(xué)習(xí)提供信息服務(wù)的部門，傳統(tǒng)的圖書館服務(wù)模式已顯得力不從心，通過以云計算方式對傳統(tǒng)的服務(wù)模式進(jìn)行變革，將傳統(tǒng)圖書館升級為數(shù)字圖書館，最大化的利用圖書館資源，可更方便快捷地滿足師生們對圖書館服務(wù)的個性化需求。
《國家中長期教育改革與發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》把教育信息化發(fā)展納入國家信息化發(fā)展整體戰(zhàn)略，并指出“信息技術(shù)對教育發(fā)展具有革命性的影響”，提出“建立開放靈活的教育資源公共服務(wù)平臺，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)教育資源普及共享”。中小學(xué)數(shù)字圖書館是教師備課、上課，學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)，師生互動交流的多功能的資源平臺，未來更有可能成為中小學(xué)的“信息資源中心”和“知識中心”。教育部明確指出，對建有或在建局域網(wǎng)或城域網(wǎng)的地區(qū)，應(yīng)該以某個中心校或教育部門網(wǎng)絡(luò)中心為依托，建設(shè)圖書中心，輻射周邊學(xué)校，實現(xiàn)資源共享；有條件的學(xué)校也可將校內(nèi)局域網(wǎng)拓展至圖書館，實現(xiàn)信息互聯(lián)。
當(dāng)前，中小學(xué)圖書館的傳統(tǒng)服務(wù)在持續(xù)減弱，用戶對傳統(tǒng)圖書館的利用在減少，與此同時，信息資源的表現(xiàn)形式卻更加豐富，除了文字外，圖像、音頻、視頻、網(wǎng)頁、文檔、軟件等各種形式的信息已成為圖書館資源不可或缺的元素。而用戶的需求卻更加顯現(xiàn)出個性化，對圖書館提出了更高效的服務(wù)需求。如教師在備課、制作微課件、課堂實時教學(xué)中，需要圖書館能夠提供海量的館藏資源快速檢索、查詢和調(diào)用，并能通過網(wǎng)絡(luò)共享其他數(shù)字圖書館的資源。而學(xué)生在交互式學(xué)習(xí)和作業(yè)的過程中，也需要隨時查閱館藏和互聯(lián)網(wǎng)上的相關(guān)資料。所以，用創(chuàng)新的服務(wù)方式、廣泛的傳播途徑和現(xiàn)代信息手段來開發(fā)利用館藏資源，發(fā)揮圖書館信息服務(wù)特性，保持高效的資源數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，已成為中小學(xué)圖書館的當(dāng)務(wù)之急。目前絕大部分中小學(xué)圖書館都存在著書刊購置費不足與出版物日益倍增化相矛盾、現(xiàn)有設(shè)備與信息傳播日益高速化相矛盾、人員素質(zhì)不高與圖書管理日益復(fù)雜化等問題。因此，圖書館必須加快網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化建設(shè)，實現(xiàn)圖書館高質(zhì)量服務(wù)和高效率管理。
云計算是一種基于Internet的計算，是分布式、并行、效用計算；網(wǎng)絡(luò)存儲、虛擬化、負(fù)載均衡等計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展融合的一種新型商業(yè)計算模型。它是利用互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)萬臺電腦和服務(wù)器連接成遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)中心，并基于此提供各種計算服務(wù)，用戶通過電腦、筆記本、手機等方式接入數(shù)據(jù)中心，使用戶能夠不受時間、空間的限制，享受各種便捷的信息服務(wù)。
云存儲則是將互聯(lián)網(wǎng)中大量各種不同類型的存儲設(shè)備通過應(yīng)用軟件集合起來協(xié)同工作，共同對外提供數(shù)據(jù)存儲和業(yè)務(wù)訪問功能的一個系統(tǒng)。存儲在網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)可以隨時隨地訪問讀取，大大節(jié)省本地存儲信息的成本，也不用考慮數(shù)據(jù)備份等維護(hù)問題，只需要選擇合適的云存儲服務(wù)提供商以及按需支付相關(guān)費用即可。
云計算和云存儲的出現(xiàn)，為眾多中小圖書館因受限于自身資源的有限而難以適應(yīng)當(dāng)前用戶海量的個性化需求打開了一片廣闊的天空。在互聯(lián)網(wǎng)上，各種數(shù)字化圖書館的信息資源借由一片“圖書館云”統(tǒng)一起來形成信息高度融合的資源，使讀者能夠享受到全面快捷的信息服務(wù)，也為當(dāng)前的中小學(xué)圖書館建設(shè)提供新的思路。
應(yīng)用云計算技術(shù)，只要支付少量的費用，圖書館就可獲得云模式中百萬臺服務(wù)器提供的綜合運算服務(wù)，用戶的各種需求可在毫秒級時間內(nèi)獲得響應(yīng) 云計算對用戶端的設(shè)備要求非常低，用戶使用筆記本、手機、平板電腦等移動設(shè)備都可以享受到綜合信息資源服務(wù)。隨著“圖書館云”每天海量的更新信息，用戶從圖書館數(shù)據(jù)庫可獲得世界上最新的資料和信息，而圖書館只需按照服務(wù)類型和實際的使用量付費。傳統(tǒng)的圖書館需要人員經(jīng)常對館內(nèi)的信息設(shè)備進(jìn)行維護(hù)、升級和更新，而云計算模式對于用戶終端的配置沒有限制，而在“云”的另一端，有專業(yè)的技術(shù)管理人員在維護(hù)硬件系統(tǒng)，無須增加本地工作人員的工作強度；并且，云計算模式可以通過云端的大量服務(wù)器之間的聯(lián)合來提供超強的計算能力和海量的數(shù)據(jù)存儲空間，圖書館也不再需要購買服務(wù)器以及大容量的存儲設(shè)備，IT維護(hù)費用可大為縮減，以付費方式從“云”服務(wù)提供商那里獲取所需要的運算應(yīng)用和信息服務(wù)，這樣，圖書館就可實現(xiàn)以低成本投入來獲得高質(zhì)量的信息服務(wù)能力。
通過云計算模式，相關(guān)的各級各類數(shù)字圖書館之間可以實現(xiàn)信息共享 中小學(xué)的圖書館可以通過云技術(shù)來分享由國家級、省級、各名牌大學(xué)的圖書館系統(tǒng)連接在一起而形成的“圖書館云”資源，這可大大節(jié)省相關(guān)的硬件和軟件的設(shè)備投資、更新、維護(hù)的費用，使圖書館能夠以低成本運行的同時效率卻大幅度的提高。
電子閱覽室作為數(shù)字圖書館的閱覽模式，以其便捷的信息檢索方式吸引著大批師生讀者，是數(shù)字圖書館信息服務(wù)的重要場所 充分應(yīng)用云存儲技術(shù)等各種新技術(shù)，為讀者提供數(shù)字化的電子出版物、CD、DVD影視等多媒體資料，通過在線閱讀、視頻點播等手段為師生們提供多媒體的教學(xué)信息服務(wù)，使電子閱覽室成為學(xué)生學(xué)習(xí)的第二課堂，教師教學(xué)科研的重要場所。
數(shù)字圖書館使信息服務(wù)手段與方式多樣化，為師生們提供個性化的精準(zhǔn)服務(wù) 當(dāng)前，各種網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備不斷推出，讀者可使用筆記本、手機、智能眼鏡、平板電腦、智能手表等設(shè)備在任何時間、任何地點獲取“圖書館云”的相關(guān)信息。云計算技術(shù)徹底改變了用戶獲取圖書館信息的方式和方法，圖書館信息服務(wù)系統(tǒng)可以根據(jù)用戶對系統(tǒng)的搜索和瀏覽記錄，通過云計算平臺的人工智能處理、編輯后，為用戶推薦出更接近其所需要的信息。同時，對中小學(xué)來說，圖書館系統(tǒng)也可為教師提供集體教學(xué)的平臺和學(xué)生的實習(xí)基地，在基于移動互聯(lián)的教育網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，可充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性。學(xué)生可以查詢和訪問地理上分布在世界各地的多種知識信息庫，對查找的信息資料進(jìn)行分析、處理和存儲；學(xué)生可以和教師以及其他同學(xué)進(jìn)行各種交互活動，并共享或共同處理某個軟件或文檔資料的內(nèi)容等；而教師還可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下教育、教學(xué)新模式的探索。
萬方數(shù)據(jù)庫收錄了涵蓋中小學(xué)十多門學(xué)科的各種論文、試題、教案、圖書、視頻等學(xué)習(xí)資源，總量達(dá)600余萬條。圍繞中小學(xué)課程改革的新課標(biāo)，它還以從小學(xué)到初中以及高中的知識點為主線，將海量的學(xué)習(xí)資源關(guān)聯(lián)起來，創(chuàng)造性地實現(xiàn)了基于教學(xué)知識點的異構(gòu)資源關(guān)聯(lián)。而且它通過先進(jìn)的檢索引擎技術(shù)，提供了多種個性化信息檢索服務(wù)，幫助用戶輕松快捷的獲取所需信息。在這里，老師可以追蹤最新教學(xué)研究的發(fā)展動態(tài)，搜尋或查找相關(guān)教學(xué)資料，增強自身教學(xué)科研能力；學(xué)生可以通過學(xué)習(xí)知識難點，拓展學(xué)習(xí)范圍，提高綜合文化素質(zhì)；而家長也可通過系統(tǒng)了解最新教育考試信息，更好地輔助孩子的學(xué)習(xí)。
綜上所述，云計算技術(shù)為適應(yīng)中小學(xué)圖書館面對當(dāng)前教師和學(xué)生對教學(xué)資源的個性化，便捷性需求提供了可能，可為構(gòu)建中小學(xué)信息服務(wù)系統(tǒng)提供可行的解決方案。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：計算機網(wǎng)絡(luò)；多媒體技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)管理
中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1007-9599 (2011) 11-0000-01
Talking about the Future Direction of Computer Networks
Zhao Qiang
(China Tietong Group Ltd,Baoding Branch,Baoding071000,China)
Abstract:Over the past fifteen years,in the world,faster than the development of computer networks for several decades before the development of faster,but also gain a lot of rich scientific and technological achievements.With 3G technology in China's development of applications,development of computer networks will be more diversified,more in people's daily life show the charm of the network.This paper briefly describes the historical development of computer network technology,and detailed description of the future direction of computer network,computer network concluded far-reaching impact on social development.
Keywords:Computer networks;Multimedia technology;Network management
一、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展歷史
在上個世紀(jì)九十年代初興起的因特網(wǎng)在過去的十幾年中發(fā)展地異常迅速，其范圍之廣、影響之大、普及之快是其他任何新事物無法相比的，也是前所未有的。因特網(wǎng)是以TCP/IP協(xié)議為核心內(nèi)容的一種計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)近三十年的發(fā)展進(jìn)程中，曾經(jīng)出現(xiàn)過很多種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和技術(shù)，它們都試圖提供一種類似于因特網(wǎng)的功能和服務(wù)，但最終結(jié)果都是失敗的，因為沒有一種網(wǎng)絡(luò)體系技術(shù)能像因特網(wǎng)那樣能夠在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上和應(yīng)用實踐上適應(yīng)于各種變化，因此，只有因特網(wǎng)獲得了世界的認(rèn)可，取得了今天這樣的巨大成就，并且正在對計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的未來發(fā)展趨勢產(chǎn)生深刻的影響。
二、計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向
（一）計算機網(wǎng)絡(luò)的開放性一體化。計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的開放性是今后非常重要的研究方面，而能體現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展開放性的就是基于統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。因特網(wǎng)之所以能成為全球最公認(rèn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，正是因為它的核心部分即TCP/IP協(xié)議已經(jīng)成為計算機網(wǎng)絡(luò)通信體系結(jié)構(gòu)的國際標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)字網(wǎng)絡(luò)發(fā)展初期是計算機之間簡單的互聯(lián)方式，其功能也十分簡單。但隨著計算機網(wǎng)絡(luò)在全球的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，人們漸漸地對計算機網(wǎng)絡(luò)功能、性能以及其他要求越來越高，計算機網(wǎng)絡(luò)中的很多原來的功能和性能都必須重新設(shè)計和分工，甚至在某些方面可能產(chǎn)生新的成分。“一體化”是指從系統(tǒng)整體性出發(fā)對系統(tǒng)重新設(shè)計、構(gòu)建，以達(dá)到進(jìn)一步增強系統(tǒng)功能、提高系統(tǒng)性能、降低系統(tǒng)成本和方便系統(tǒng)使用的目的。（二）計算機網(wǎng)絡(luò)的高速信息處理。計算機網(wǎng)絡(luò)信息爆炸式的增長趨勢，要求我們在處理信息上采用的方法應(yīng)該越來越高效，因此，我們需要一種能讓計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)智能化處理信息的方法。隨著全球互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅速發(fā)展起來，產(chǎn)生了專門針對復(fù)雜科學(xué)計算應(yīng)用的一種新型計算模式網(wǎng)格技術(shù)。隨著網(wǎng)格技術(shù)的快速發(fā)展和大量的應(yīng)用，我們相信，未來的網(wǎng)格技術(shù)和應(yīng)用將成為計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)智能化處理信息的方法之一，之所以這么看好此項技術(shù)，原因如下：第一，此技術(shù)具有高性能處理特征，在信息的處理方面具有高效性和準(zhǔn)確性，第二此技術(shù)具有海量數(shù)據(jù)存儲的功能，這是高效處理信息的前提，是此技術(shù)十分重要的一個方面。通過此項技術(shù)可以使人們匯聚因特網(wǎng)中分散異構(gòu)的信息資源和動態(tài)變化的信息資源，將其中不同組織和機構(gòu)的資源虛擬化，使我們能把因特網(wǎng)從信息交互平臺提升到共享資源的平臺。（三）多媒體技術(shù)與計算機網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合。當(dāng)今年代，計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用已經(jīng)廣泛而又深入地融入我們生活每個部分。每個使用計算機網(wǎng)絡(luò)的人都想從其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)得到各種自己需要的信息服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展讓每個人都能知道它的魅力所在，同時，人們也渴求網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能提供圖像、文字、聲音等多種信息模式，從而有效地推動網(wǎng)絡(luò)與多媒體技術(shù)的完美結(jié)合。多媒體技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)的融合已經(jīng)成為未來必然的發(fā)展趨勢，這方面的技術(shù)的不斷成熟會是計算機網(wǎng)絡(luò)邁上更高的臺階，會對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)產(chǎn)生巨大的影響，也使得人們在網(wǎng)絡(luò)這個新事物領(lǐng)域中有更好的服務(wù)和需求。（四）計算機網(wǎng)絡(luò)高效安全的網(wǎng)絡(luò)管理手段。計算機的網(wǎng)絡(luò)安全管理涉及計算機網(wǎng)絡(luò)的整體協(xié)同性和可控性，是計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中十分重要的一個問題，也是決定計算機網(wǎng)絡(luò)未來發(fā)展的瓶頸問題，因為任何一個計算機網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計，都必須對其網(wǎng)絡(luò)的安全性提出很高的標(biāo)準(zhǔn)，沒有良好的網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)，任何好的計算機網(wǎng)絡(luò)都有危險的那一天，所以，網(wǎng)絡(luò)安全管理系統(tǒng)已成為現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中不可分割的一部分。
三、計算機網(wǎng)絡(luò)對社會發(fā)展的影響
計算機網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，給人們帶來了極大地方便，它徹底顛覆了我們傳統(tǒng)的搜集和瀏覽信息的模式，無論是在學(xué)習(xí)上，還是在工作和生活中，都徹徹底底的改變了人們的一些習(xí)慣和行為，它給人類帶來的極大的益處。但是，在發(fā)展中也給人與人之間帶來很多的麻煩和困擾，首先，各國政府出臺的政策標(biāo)準(zhǔn)不同，有些政策根本不能跟上計算機網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展的步伐，知識產(chǎn)權(quán)的問題在各個國家都不斷地產(chǎn)生，由于沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各個國家對待這個問題的態(tài)度也截然不同，使得國家與國家之間經(jīng)常因為此事爭論和談判。其次，某些人通過計算機網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的非法盜用他人資料和信息的現(xiàn)象時有發(fā)生，使得個人、企業(yè)，甚至國家遭受到嚴(yán)重的損失和慘痛的代價。最后，計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展已經(jīng)打破時間與空間上的距離感，這種情況使得人們的集體意識淡薄，自我意識嚴(yán)重，社會意識慢慢變淡，這是十分危險的一件事情，所以，在人們充分利用計算機網(wǎng)絡(luò)的同時，也要逐漸地解決這一些列的問題，只有這樣，我們的計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展才是健康的，有益于人類社會發(fā)展的。
參考文獻(xiàn)：
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[3]董立平.網(wǎng)格計算技術(shù)研究動向[J].高性能計算技術(shù),2005,2
【關(guān)鍵詞】電法勘探；巖土體；電阻率測試法；三維直流電法；高密度電法
電法勘探是根據(jù)巖、礦石電學(xué)性質(zhì)的電性差異來找礦和研究地質(zhì)構(gòu)造的一種地球物理勘探方法，也是勘探行業(yè)應(yīng)用比較廣泛的一種勘探方法。它是通過儀器觀測人工、天然的電場或交變電磁場，分析、解釋這些場的特點和規(guī)律達(dá)到找礦勘探的目的。
1、三種電法勘探的主要方法及特色
1.1巖土體電阻率測試技術(shù)
對巖土體電阻率的測試，可以采用多種方法。下面主要介紹直流電測深中的溫納裝置在巖土體電阻率測試中的具體應(yīng)用。根據(jù)試驗研究和工程實測結(jié)果知該法具有快速、準(zhǔn)確地測定巖土體電阻率，并對不同巖性層劃分做出客觀解釋的優(yōu)點。
實施原理：由于溫納裝置是等比裝置，且MN/AB=1/3，所以視電阻率與電位差及電流強度的關(guān)系式為：ρs=kΔUAM/I現(xiàn)場觀測施工方法：AB供電極距逐漸加大，以增加勘探深度，可以測得不同電極距下的視電阻率ρs。采取處理與解釋采用現(xiàn)場作圖的方式，快速測定電阻率及劃分巖性層位。以MN為橫坐標(biāo)，計算MN/ρs，并以MN/ρs為縱坐標(biāo)，在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上繪制MN/ρs與MN的關(guān)系圖。對各測深點依次作圖解釋，可求得各測點處分層的電阻率值，對獲得的各層電阻率值進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計，便可獲得地層的平均電阻率值。物性層位的劃分可以采用計算機數(shù)值模擬計算、量板法或其它手工解釋方法。
該方法較傳統(tǒng)的解釋方法具有快速、準(zhǔn)確的特點，相對于傳統(tǒng)的解釋方法而言更適合工程物探在解決地層劃分和電阻率測試中的應(yīng)用。另外，場地的巖土電阻率是工程設(shè)計接地裝置的一個重要參數(shù)。它的確定對電流盡快地散入大地，達(dá)到足夠小的接地電阻及接地裝置地下部分的合理布局起到十分重要的作用，它沿地層深度的變化規(guī)律是選擇接地裝置型式設(shè)計的主要依據(jù)。
1.2三維直流電法
三維直流電法探測就是應(yīng)用現(xiàn)有的直流電法儀器和勘探方法，在施工方法上優(yōu)化改進(jìn)，進(jìn)行加密采樣數(shù)據(jù)以取得三維數(shù)據(jù)體，然后采取電阻率層析成像技術(shù)進(jìn)行資料處理和成圖。該方法是傳統(tǒng)直流電法的三維化，可使勘探精度得到很大提高，在原有儀器設(shè)備條件下提高了傳統(tǒng)直流電法勘探的能力，其工作主體是測試工作，以“時間換取空間上的高分辨率”。
施工采取一次布極，多極距測量技術(shù)，本文主要介紹的三維直流電法勘探施工兩極裝置是：在勘探區(qū)域布置m條測線，每個測線布置n個測點（電極），測網(wǎng)密度根據(jù)探測對象及其探測深度而定，在城市建設(shè)和水利電力工程勘測中，一般選取測線距L=2～10米、測點距D=2～5米即可。
該法較傳統(tǒng)直流電法勘探具有信息量大、精度高的優(yōu)點，在工程勘察中有較好的應(yīng)用效果，同時又拓展了老式電法儀的應(yīng)用范圍，延長了老式儀器的經(jīng)濟(jì)使用壽命；但又具有施工量大的缺點，性價比決定其適合于小區(qū)域的工程勘察。
1.3高密度電法
高密度電法實際上是集中了電剖面法和電測深法，其原理與普通電阻率法相同，即以巖石、礦物的電性差異為基礎(chǔ)，通過觀測和研究人工建立的電流場在大地中的分布規(guī)律，解決水文、環(huán)境和工程地質(zhì)問題，所不同的是在觀測中設(shè)置了高密度的觀測點，是一種陣列勘探方法。
高密度電法野外測量時將全部電極（幾十至上百根）置于剖面上，利用程控電極轉(zhuǎn)換開關(guān)和微機工程電測儀便可實現(xiàn)剖面中不同電極距、不同電極排列方式的數(shù)據(jù)快速自動采集。現(xiàn)場測時，只需將全部電極布置在一定間隔的測點上，然后進(jìn)行觀測。
在設(shè)計和技術(shù)實施上，高密度電測系統(tǒng)采用先進(jìn)的自動控制理論和大規(guī)模集成電路，使用的電極數(shù)量多，而且電極之間可自由組合，這樣就可以提取更多的地電信息，使電法勘探能像地震勘探—樣使用覆蓋式的測量方式。
高密度電法勘探的前提條件是地下介質(zhì)間的導(dǎo)電性差異，和常規(guī)電法一樣，它通過A、B電極向地下供電（電流為I），然后測量M、N極電位差U，從而求得該記錄點的視電阻率值ρs=K*U/I。根據(jù)實測的視電阻率剖面進(jìn)行計算、處理、分析，便可獲得地層中的電阻率分布情況，從而解決相應(yīng)的工程地質(zhì)問題。
電極排列布置在工作中最優(yōu)先選用的是四極裝置，它是公認(rèn)的最穩(wěn)妥的裝置，雖然需要的場地開闊，但是能獲得最大的測量電位，對節(jié)省外接電源，減少供電電壓，特別是壓制干擾，增強有效信號，有著重要意義，而且四極裝置受地形的影響較小，電測剖面形態(tài)比較好判別。
高密度電法廣泛應(yīng)用于城市建筑等工程物探中，由于受場地范圍、地形起伏的局限，高密度電法多選用AMN和MNB的三極裝置，如同常規(guī)電法的三極裝置一樣在電性界面附近，因ρs電流密度呈現(xiàn)非線性變化，造成M N極的電位差的階躍，從而使ρs出現(xiàn)規(guī)律性的畸變。對于三極裝置在方法上可按照聯(lián)合剖面的工作方法進(jìn)行，即把測得的值作對稱四極裝置化處理。
2、結(jié)語
三維直流電法探測技術(shù)、巖土體電阻率測試技術(shù)等，它們在勘測中具有信息量大、準(zhǔn)確、直觀、經(jīng)濟(jì)、快速、便于分析等特點而具有廣泛的應(yīng)用前景。高密度電法由于其高效率、深探測和精確的地電剖面成像，成為地質(zhì)勘察中最有效的方法。隨著電子和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展，利用電阻率的常規(guī)物探方法的應(yīng)用范圍和應(yīng)用領(lǐng)域以及數(shù)據(jù)處理技術(shù)也不斷進(jìn)展和創(chuàng)新
在工程建設(shè)和實踐中發(fā)揮著不可替代的作用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
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關(guān)鍵詞：計算機科學(xué)；智能電網(wǎng)；云計算；數(shù)字圖像處理；數(shù)據(jù)挖掘；人工智能 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
中圖分類號：TM76 文章編號：1009-2374（2016）21-0047-03 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.21.023
1 概述
隨著信息技術(shù)的發(fā)展，人類逐漸步入信息化時代。在此過程中所引起的信息革命給許多傳統(tǒng)行業(yè)帶來了巨大的沖擊，信息化時代的四大特點――智能化、電子化、全球化、非群體化成為了許多行業(yè)變革的風(fēng)向標(biāo)。而信息化時代的代表性象征――計算機在各行各業(yè)中的必要性與日俱增，在電力行業(yè)中也不可避免。
而電力行業(yè)作為關(guān)乎國計民生的傳統(tǒng)行業(yè)，在信息化時代中也面臨著如何更高效地利用能源、如何更安全可靠地供電、如何更好地了解用戶需求等諸多方面的新挑戰(zhàn)，于是“智能電網(wǎng)”的概念應(yīng)運而生。
2 智能電網(wǎng)
2.1 智能電網(wǎng)的概念
智能電網(wǎng)是將信息技術(shù)，如通信技術(shù)、傳感技術(shù)、計算機技術(shù)和控制技術(shù)等融入電力系統(tǒng)之中，使整個電力系統(tǒng)更加安全可控，成為高效智能的新型電網(wǎng)。由于各國的國情不同，因此各個國家對智能電網(wǎng)的具體要求也會有不同的側(cè)重點。因為我國還是一個發(fā)展中國家，與國外發(fā)達(dá)國家的電力工業(yè)已步入成熟期不同，我國在發(fā)展智能電網(wǎng)的同時，還需要加強骨干電網(wǎng)建設(shè)。因此除了要建設(shè)能夠充分滿足用戶對電力的需求和優(yōu)化資源配置，確保電力供應(yīng)的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性，滿足環(huán)保約束，保證電能質(zhì)量，適應(yīng)電力市場化發(fā)展的堅強智能電網(wǎng)外，我國的智能電網(wǎng)建設(shè)還需要滿足以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級電網(wǎng)高度協(xié)調(diào)發(fā)展。
2.2 智能電網(wǎng)的特點
智能電網(wǎng)一般包括有以下七個特點：
2.2.1 能量互聯(lián)網(wǎng)：智能電網(wǎng)要求實現(xiàn)供電方和用戶之間的交互，構(gòu)建多向電力流，它主要由能量管理系統(tǒng)和配電管理系統(tǒng)組成。其中能量管理系統(tǒng)提供整個電網(wǎng)的實時狀態(tài)信息，并根據(jù)實時信息選擇最優(yōu)發(fā)電方案，減少輸電損耗，維護(hù)系統(tǒng)可靠性以確保供電穩(wěn)定；配電管理系統(tǒng)提供配電網(wǎng)絡(luò)的實時狀態(tài)信息，允許供電方遠(yuǎn)程控制斷電的隔離與恢復(fù)，管理可再生能源發(fā)電。
2.2.2 降低損耗：智能電網(wǎng)能夠基于“能量互聯(lián)網(wǎng)”中的實時信息，根據(jù)用戶的需求來供電，通過電壓控制來降低電力損耗。同時還可以沿輸電線放置傳感器和電容器，通過無功負(fù)載控制來減少電力損耗。減少電力損耗的同時還會降低二氧化碳的排放量，使電網(wǎng)系統(tǒng)更加低碳環(huán)保。
2.2.3 融入可再生能源發(fā)電：目前可再生能源發(fā)電的最大缺點在于可變性過大，產(chǎn)電不穩(wěn)定。智能電網(wǎng)能夠通過儲電技術(shù)，在產(chǎn)電過剩時將多余電能存儲起來，在供不應(yīng)求時再通過智能電網(wǎng)的自動化技術(shù)供能，進(jìn)而解決可再生能源產(chǎn)電不穩(wěn)定的問題。
2.2.4 減少輸電阻塞：智能電網(wǎng)能夠檢測輸電線的實時度數(shù)，在可能發(fā)生輸電阻塞時，傳感器和控制器會及時地重新安排電力輸送線路，使得電力能夠最大限度地流過線路而不發(fā)生阻塞。
2.2.5 分布式發(fā)電：通過智能電網(wǎng)的雙向電力流，用戶自行通過太陽能、風(fēng)能等可再生能源產(chǎn)生的電力可以出售給供電方，流入配電網(wǎng)絡(luò)中，使電網(wǎng)系統(tǒng)在用電高峰期可以為用戶提供更穩(wěn)定的供電服務(wù)。
2.2.6 自愈：智能電網(wǎng)能夠基于實時測量的概率風(fēng)險評估確定最有可能失敗的設(shè)備、發(fā)電廠和線路，及時進(jìn)行隔離和恢復(fù)，從而減少大面積用電故障的出現(xiàn)。同時，智能電網(wǎng)還能實時分析電網(wǎng)的整體健康水平，及時觸發(fā)可能導(dǎo)致電網(wǎng)故障發(fā)展的早期預(yù)警，并根據(jù)具體情況確定是否立即進(jìn)行檢查或采取相應(yīng)措施。
2.2.7 用戶需求管理：智能電網(wǎng)能夠通過智能電表實時通知用戶其電力消費成本、實時電價、電網(wǎng)的狀況、計劃停電信息等信息，使用戶可以根據(jù)這些信息制定自己的電力使用方案，繼而通過影響用戶需求來促進(jìn)電力供求平衡。
2.3 智能電網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)
智能電網(wǎng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)主要包括集成的通信技術(shù)、先進(jìn)的傳感和測量技術(shù)、先進(jìn)的電網(wǎng)設(shè)備技術(shù)、先進(jìn)的控制技術(shù)以及決策支持和可視化技術(shù)。
3 計算機科學(xué)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用
在電網(wǎng)智能化的過程中，計算機是必不可少的。而計算機科學(xué)在智能電網(wǎng)中也有諸多應(yīng)用，其中云計算、數(shù)字圖像處理、數(shù)據(jù)挖掘、人工智能和軟件工程這些計算機科學(xué)相關(guān)技術(shù)在智能電網(wǎng)中尤為重要。
3.1 云計算
云計算是分布式計算的一種特殊形式，根據(jù)美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院的定義，云計算可以實現(xiàn)隨時隨地、便捷、按需地從可配置計算資源共享池中獲取所需的資源，資源可以快速供給和釋放，使管理的工作和服務(wù)提供者的介入降低至最少。
云計算技術(shù)能夠整合優(yōu)化電網(wǎng)系統(tǒng)中的各種異構(gòu)資源，如電力系統(tǒng)中的監(jiān)控維護(hù)資源、配電管理資源和市場運營資源等。利用云計算支持廣泛企業(yè)計算和普適性強的特點，能夠構(gòu)建更加高效的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施資源的自動化管理。例如利用Google的Borg能夠使大量服務(wù)器協(xié)調(diào)工作，繼而實現(xiàn)大規(guī)模系統(tǒng)的可靠性管理。
而智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)所產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，更需要通過云計算來實現(xiàn)分布式存儲和管理。利用云計算來實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的分布式存儲，可以通過冗余存儲和高可靠性軟件來提高數(shù)據(jù)的可靠性，并能較好地達(dá)到成本、可靠性和性能的最佳平衡。例如利用Google的GFS文件系統(tǒng)可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的冗余存儲，并大幅度降低主服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，使系統(tǒng)IO高度并行工作，從而提高系統(tǒng)的整體性能。智能電網(wǎng)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)種類眾多，而云計算的數(shù)據(jù)管理技術(shù)能夠較好地滿足智能電網(wǎng)信息平臺數(shù)據(jù)種類繁多的海量服務(wù)請求，因此云計算能夠高效地管理智能電網(wǎng)信息平臺中的多元數(shù)據(jù)。例如，利用Google的BigTable，通過一個巨大的分布式多維數(shù)據(jù)表，將數(shù)據(jù)都作為對象，并通過關(guān)鍵字、列關(guān)鍵字和時間戳來進(jìn)行索引，滿足各類數(shù)據(jù)的性能要求，進(jìn)而實現(xiàn)多元數(shù)據(jù)的高效管理。
為了保證電網(wǎng)系統(tǒng)運行的安全穩(wěn)定，智能電網(wǎng)需要通過大規(guī)模的電力系統(tǒng)計算來監(jiān)控整個電網(wǎng)系統(tǒng)的運行狀態(tài)，如暫態(tài)穩(wěn)定計算、故障計算、拓?fù)浞治觥?shù)據(jù)挖掘與智能決策等，計算量極大，而云計算可以為智能電網(wǎng)提供高性能的并行計算與分析服務(wù)。例如利用Google的MapRduce，可實現(xiàn)針對大規(guī)模數(shù)據(jù)集的并行計算。
3.2 數(shù)字圖像處理
數(shù)字圖像處理是指通過計算機對圖像進(jìn)行去噪、增強、復(fù)原、分割以及提取特征等處理，從而改善圖示信息，以便人們解釋或機器自動理解。
在智能電網(wǎng)系統(tǒng)所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)中有不少的數(shù)據(jù)都是圖像數(shù)據(jù)，例如對輸電線路狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測常常通過線路圖像/視頻監(jiān)控系統(tǒng)來實現(xiàn)。為了能夠?qū)崿F(xiàn)對輸電線路狀態(tài)全天候全方位的實時監(jiān)控，采用智能化和自動化的手段來代替人工是必然的趨勢。但原始圖像中包含的噪聲太多了，價值密度低，難以用于智能識別。在這種情況下，可以通過數(shù)字圖像處理中的灰度變換、直方圖修正、小波包去噪、圖像銳化以及邊緣檢測等處理方式來增強圖像對比度，去除噪聲，加強圖像的輪廓特征，以便于特征的提取和識別，進(jìn)而產(chǎn)生價值密度較高的特征數(shù)據(jù)集，為輸電線路狀態(tài)的智能識別過程做好圖像數(shù)據(jù)的預(yù)處理。
3.3 數(shù)據(jù)挖掘
數(shù)據(jù)挖掘是指從大量的、不完全的、有噪聲的、模糊的、隨機的實際應(yīng)用數(shù)據(jù)中，提取隱含在其中的、人們事先不知道的，但又是潛在有用的信息和知識的過程。數(shù)據(jù)挖掘的方法包括分類、聚類、關(guān)聯(lián)分析、預(yù)測等。
由于智能電網(wǎng)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量巨大、數(shù)據(jù)類型繁多、價值密度低以及處理速度快的特點，智能電網(wǎng)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)屬于無法在一定時間內(nèi)用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫軟件工具對其內(nèi)容進(jìn)行抓取、管理和處理的“大數(shù)據(jù)”，需要通過數(shù)據(jù)挖掘來提取其中隱含的有價值的信息，從而實現(xiàn)對整個電網(wǎng)系統(tǒng)多角度、多層次的精確感知。例如，通過對長期的、大量的用戶用電數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，對不同地區(qū)以及不同用戶進(jìn)行分類，可以得到有助于優(yōu)化配電調(diào)度的信息，并能為電費定價調(diào)整提供參考；由于在當(dāng)今社會中各行業(yè)的發(fā)展都離不開能源的使用，因此對用電數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘甚至還可以歸納總結(jié)出各種指標(biāo)增長率與社會用電情況的一般規(guī)律，便于政府了解和預(yù)測社會各行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r及用能情況，為政府決策提供參考。而通過對長期的、大量的電動汽車充電數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，可以為充電站的布點提供參考。通過對長期的、大量的可再生能源發(fā)電情況進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，有利于降低可再生能源產(chǎn)電不穩(wěn)定對供電網(wǎng)絡(luò)的影響，進(jìn)而更好地融入可再生能源發(fā)電。此外，數(shù)據(jù)挖掘還有利于用戶能效的分析管理、業(yè)務(wù)拓展分析、供電輿情監(jiān)測預(yù)警分析、電力系統(tǒng)的故障預(yù)測和狀態(tài)檢修、短期電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測、城市電網(wǎng)規(guī)劃等。智能電網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)特性表明了數(shù)據(jù)挖掘在智能電網(wǎng)中有著廣泛的應(yīng)用。
3.4 人工智能
根據(jù)著名人工智能科學(xué)家Michael R.Genesereth和Nils J.Nilsson在1987年提出的定義，人工智能是研究智能行為的科學(xué)，它的最終目的是建立關(guān)于自然智能實體行為的理論和指導(dǎo)創(chuàng)造具有智能行為的人工制品。人工智能是一門研究如何將人的智能轉(zhuǎn)化為機器智能或者用機器來模擬或?qū)崿F(xiàn)人的智能的學(xué)科。
數(shù)據(jù)挖掘在智能電網(wǎng)中有著廣泛的應(yīng)用，而數(shù)據(jù)挖掘需要人工智能技術(shù)來提供數(shù)據(jù)分析的技術(shù)支持，因此人工智能在智能電網(wǎng)中也有著十分重要的應(yīng)用。例如，通過構(gòu)建人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來對經(jīng)過數(shù)字圖像處理所得的典型線路狀態(tài)的監(jiān)控圖像特征數(shù)據(jù)集進(jìn)行訓(xùn)練識別來實現(xiàn)輸電線路狀態(tài)的智能識別。除了故障診斷外，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還可應(yīng)用于智能控制、繼電保護(hù)、優(yōu)化運算等
方面。
除了為數(shù)據(jù)挖掘提供數(shù)據(jù)分析的技術(shù)支持外，人工智能還可以通過人類專家提供的經(jīng)驗和知識來構(gòu)建相應(yīng)的專家系統(tǒng)，如電網(wǎng)故障診斷和調(diào)度處理專家系統(tǒng)和操作票專家系統(tǒng)等，模擬人類專家解決問題的過程來進(jìn)行決策，從而實現(xiàn)電網(wǎng)自動化和智能化。
而采用遺傳算法、粒子群算法等進(jìn)化算法求解諸如發(fā)電廠和輸電線架設(shè)的規(guī)劃問題以及電力系統(tǒng)中各種控制參數(shù)的最優(yōu)解等問題或利用模糊集理論來處理電力系統(tǒng)中難以實現(xiàn)精確控制的復(fù)雜問題，也是人工智能在智能電網(wǎng)中的重要應(yīng)用。
3.5 軟件工程
根據(jù)Fritz Bauer在NATO會議上給出的定義，軟件工程是建立和使用一套合理的工程原則，以便獲得經(jīng)濟(jì)的軟件，這種軟件是可靠的，可以在實際機器上高效的
運行。
為了便于管理和使用，無論是供電管理方還是用戶方都會希望通過一個穩(wěn)定可靠，功能完備，并具有友好人機界面的軟件來方便操作。因此在建設(shè)智能電網(wǎng)的過程中勢必需要開發(fā)相應(yīng)的軟件，軟件工程便應(yīng)用于其中。尤其是對用戶端而言，在移動設(shè)備使用越來越廣泛的今天，開發(fā)相應(yīng)的移動端的APP無疑能夠更好地促進(jìn)用戶參與到交互過程中。一個針對用戶個體，能夠?qū)崟r顯示如電力消費成本、實時電價、電網(wǎng)狀況、計劃停電信息等的智能電表提示信息，結(jié)合數(shù)字家庭技術(shù)，能夠遠(yuǎn)程控制家電開關(guān)以便于用戶隨時隨地調(diào)整自己的用電情況，并整合線上業(yè)務(wù)申請、繳納電費等功能的APP能夠極大程度地減輕用戶的操作負(fù)擔(dān)，方便用戶的使用，使智能電網(wǎng)更加高效智能。
4 結(jié)語
計算機科學(xué)在智能電網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用使電力行業(yè)在信息化時代中能夠更好地應(yīng)對各種新挑戰(zhàn)，為整個社會的發(fā)展帶來深遠(yuǎn)的影響。
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［關(guān)鍵詞］審計信息化；實驗教學(xué)；教學(xué)體系
在以移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)為代表的新一輪信息技術(shù)浪潮下，信息技術(shù)在企業(yè)經(jīng)營管理中廣泛深入的應(yīng)用，使得審計線索與審計證據(jù)的采集方式發(fā)生了重大變化，審計內(nèi)容和審計范圍不斷擴(kuò)展。在審計工作中，為獲取充分有效的審計證據(jù)，必須采用計算機輔助審計技術(shù)，積極推進(jìn)審計信息化工作，隨著審計信息化工作的深入發(fā)展，不僅對審計人員的素質(zhì)和審計職業(yè)體系產(chǎn)生了重大影響，也對高校審計信息化實驗教學(xué)提出了新的要求，本文通過分析我國審計信息化實驗教學(xué)的現(xiàn)狀及問題，根據(jù)審計信息化發(fā)展對審計人才的培養(yǎng)需求，探討審計信息化實驗教學(xué)的優(yōu)化策略，構(gòu)建審計信息化實驗教學(xué)體系的基本框架。
1審計信息化實驗教學(xué)的現(xiàn)狀分析
信息技術(shù)在審計工作中的應(yīng)用，使審計環(huán)境發(fā)生了重大變化，導(dǎo)致審計實務(wù)工作呈現(xiàn)新的特征，審計信息化實踐教學(xué)必須充分考慮審計信息化發(fā)展的要求，不斷豐富與更新教學(xué)內(nèi)容，以適應(yīng)社會對審計信息化人才的需求。然而，目前我國高校對審計信息化理論與實踐教學(xué)仍不夠重視，師資力量薄弱，在本科教學(xué)培養(yǎng)方案中，審計信息化相關(guān)課程多為選修課，審計信息化實驗教學(xué)未能緊跟企業(yè)管理信息化與審計信息化的步伐，尚未形成完整統(tǒng)一的審計信息化實驗教學(xué)體系，主要體現(xiàn)在以下幾方面：
1．1師資力量不足，對審計信息化實驗教學(xué)不重視
開展審計信息化實驗教學(xué)需要有相應(yīng)的師資隊伍，審計信息化不僅與會計學(xué)、審計學(xué)、信息技術(shù)科學(xué)深度交叉結(jié)合，又具有應(yīng)用性的特點，對教師的知識結(jié)構(gòu)及素質(zhì)就提出了較高要求，目前我高校從事審計信息化教學(xué)的師資隊伍缺乏，審計信息化師資來源渠道短缺，影響了審計信息化實驗教學(xué)的開展。特別是一些高校在師資隊伍建設(shè)與專業(yè)課程設(shè)置時，對審計信息化的重要性認(rèn)識不足，在制定學(xué)科發(fā)展政策與人才培養(yǎng)方案時，對審計信息化實驗教學(xué)不重視。
1.2課程設(shè)置不規(guī)范，教學(xué)內(nèi)容體系不完善
就目前我國高校審計信息化相關(guān)實驗教學(xué)課程設(shè)置來看，不同學(xué)校的培養(yǎng)方案課程名稱各有差異，課程名稱有審計軟件應(yīng)用、計算機審計實務(wù)、計算機輔助審計、審計信息化實務(wù)多種叫法，還沒有統(tǒng)一的認(rèn)識。在教學(xué)內(nèi)容方面主要是IT環(huán)境下的財務(wù)審計，涉及信息系統(tǒng)控制與審計方面的內(nèi)容較少，教學(xué)內(nèi)容體系不完善，缺乏高質(zhì)量的審計信息化實驗教材，致使培養(yǎng)出來的學(xué)生難以達(dá)到較高層次，跟不上企業(yè)信息化發(fā)展的步伐。
1.3審計信息化實驗室建設(shè)滯后，教學(xué)資源不充分
審計信息化具有很強的專業(yè)性，在一些綜合類院校，審計信息化課程受眾學(xué)生人數(shù)較少，審計信息化實驗室建設(shè)滯后，經(jīng)費投入少，配套教學(xué)資源不充分。借助審計軟件開展審計信息化模擬實驗教學(xué)需要軟件商提供多個年度的審計數(shù)據(jù)，然而，在審計信息化實驗室建設(shè)方案中，軟件商往往難以提供多公司、多個年度的審計數(shù)據(jù)及相關(guān)教學(xué)課件，審計軟件升級速度較慢，這在一定程度上也影響了審計信息化實驗室的建設(shè)。
1.4側(cè)重審計軟件功能的應(yīng)用，綜合性審計業(yè)務(wù)模擬實驗較少
熟練掌握審計軟件應(yīng)用是審計信息化實驗教學(xué)的基本目標(biāo)，在實驗教學(xué)活動中，普遍側(cè)重于審計軟件功能的應(yīng)用，現(xiàn)行審計信息化實驗教學(xué)內(nèi)容多為基礎(chǔ)性和操作層面的實驗，審計業(yè)務(wù)綜合模擬實驗較少，不利于提高學(xué)生的綜合分析能力。在掌握審計信息相關(guān)基礎(chǔ)性實驗后，應(yīng)從審計業(yè)務(wù)循環(huán)出發(fā)，按照審計信息化整體管理的要求，充分考慮審計信息系統(tǒng)的集成性和信息共享性，優(yōu)化審計業(yè)務(wù)處理流程，進(jìn)行綜合性審計業(yè)務(wù)模擬實驗。
1.5審計模擬實驗數(shù)據(jù)不充分，缺乏案例庫
開展審計信息化實驗教學(xué)活動，不僅要有硬軟件平臺的支撐，而且還要結(jié)合各項審計業(yè)務(wù)和審計事項，設(shè)計科學(xué)合理的審計實驗數(shù)據(jù)，建立審計實驗數(shù)據(jù)案例庫。目前，在審計信息化實驗教學(xué)中，實驗練習(xí)數(shù)據(jù)不充分，難以覆蓋各種審計業(yè)務(wù)類型，同實驗活動相關(guān)的配套案例更是寥寥無幾，影響到審計信息化實驗教學(xué)的效果與質(zhì)量。因此，必須全面設(shè)計與完善審計信息化實驗數(shù)據(jù)，加強審計信息化實驗教學(xué)案例庫的建設(shè)。
2審計信息化實驗教學(xué)的優(yōu)化策略
針對我國高校審計信息化實驗教學(xué)的現(xiàn)狀，應(yīng)立足于先進(jìn)的教育理念和教學(xué)模式，以科技進(jìn)步和企業(yè)信息化發(fā)展對審計信息化人才的要求為背景，以基本能力訓(xùn)練為基礎(chǔ)，以綜合素質(zhì)培養(yǎng)為核心，按照注重基礎(chǔ)、強化訓(xùn)練、加強綜合、培養(yǎng)能力的要求，全方位打造與優(yōu)化審計信息化實驗教學(xué)體系。
2.1樹立先進(jìn)教學(xué)理念與優(yōu)化教學(xué)模式
開展審計信息化實驗教學(xué)，要充分考慮企業(yè)信息化發(fā)展、審計行業(yè)對審計信息化人員知識體系、專業(yè)技能和綜合素質(zhì)的需求，秉承知識傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高協(xié)調(diào)發(fā)展的教學(xué)理念，樹立以能力培養(yǎng)為核心的實驗教學(xué)觀念，建立“優(yōu)化課內(nèi)、強化課外，融課內(nèi)課外為一體”的實驗教學(xué)模式，通過課堂實驗教學(xué)、課后自主學(xué)習(xí)、校外參觀體驗多個環(huán)節(jié)開展審計信息化實驗教學(xué)。堅持實踐教學(xué)與理論教學(xué)并重，理論教學(xué)與實驗教學(xué)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，注重對學(xué)生探索精神、科學(xué)思維、實踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
2．2完善實驗教學(xué)體系與更新教學(xué)內(nèi)容
建立課堂實驗教學(xué)、課后自主學(xué)習(xí)、校外實習(xí)體驗為一體的審計信息化實驗教學(xué)體系。課堂實驗教學(xué)以審計信息化實驗室為依托，培養(yǎng)學(xué)生掌握審計信息化的基礎(chǔ)理論和基本技能；利用審計信息化教學(xué)資源平臺，學(xué)生課后自主學(xué)習(xí)，以鞏固基礎(chǔ)知識和拓展專業(yè)技能；通過校外實習(xí)體驗，進(jìn)一步提升學(xué)生的專業(yè)技能和綜合素質(zhì)。審計信息化實驗教學(xué)體系強調(diào)厚基礎(chǔ)、重應(yīng)用、分層次、模塊化的特點，堅持以學(xué)生能力培養(yǎng)為核心，融合理論教學(xué)與實踐教學(xué)，涵蓋從基礎(chǔ)到提高，從單項訓(xùn)練到綜合應(yīng)用多個實驗教學(xué)環(huán)節(jié)。同時應(yīng)根據(jù)企業(yè)信息化的發(fā)展和審計業(yè)務(wù)的具體需求，不斷更新教學(xué)內(nèi)容，以適應(yīng)審計信息化的發(fā)展。
2.3豐富實驗教學(xué)資源與開放教學(xué)資原平臺
加強審計信息化實驗教學(xué)建設(shè)，為開展審計信息化實驗教學(xué)提供硬件和軟件資源支撐，建立功能齊全、實用性強的審計信息化實驗教學(xué)資源平臺，充分發(fā)掘和合理配置審計信息化教學(xué)資源，包括審計軟件、教學(xué)課件、實驗數(shù)據(jù)、審計信息化案例庫與知識庫等各項教學(xué)資源。實行開放式的教學(xué)機制，除了保證學(xué)生在課堂上的基礎(chǔ)實驗時間外，將開放審計信息化教學(xué)資原平臺，以便于學(xué)生自主學(xué)習(xí)。
2.4探索實驗教學(xué)方法與改進(jìn)教學(xué)方式
在審計信息化實驗教學(xué)過程中，根據(jù)該課程特點，不斷探索適合高素質(zhì)人才培養(yǎng)的實驗教學(xué)方法，改變以往單一、被動式的教學(xué)方式，采用多樣化和啟發(fā)式的教學(xué)方法，樹立以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)的教學(xué)理念，充分發(fā)揮學(xué)生的能動性。采用講解演示法、上機模擬法、討論互動法、案例分析法等教學(xué)方法，設(shè)計基本技能訓(xùn)練、學(xué)生自主實驗設(shè)計、教師指導(dǎo)下的探索性實驗等多元化、分層次的審計信息化實驗項目與內(nèi)容，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，鞏固學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，提高學(xué)生的綜合能力與素質(zhì)。
2.5加強師資隊伍建設(shè)與建立教學(xué)團(tuán)隊
開展審計信息化實驗教學(xué)，必須要有能夠勝任審計信息化教學(xué)的師資隊伍，針對目前高校審計信息化師資缺乏的狀況，結(jié)合審計信息化課程具有應(yīng)用性與實踐性強的特點，高校應(yīng)積極營造寬松的學(xué)術(shù)環(huán)境，努力建成一支專職與兼職結(jié)合、教學(xué)科研能力強、教學(xué)效果好、工作責(zé)任心強的高素質(zhì)審計信息化化師資隊伍與教學(xué)團(tuán)隊。
2.6加強實驗教材建設(shè)與網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)
為了不斷適應(yīng)審計信息化實驗教學(xué)的需要，鼓勵教師根據(jù)教學(xué)實踐經(jīng)驗，結(jié)合我國審計信息化的發(fā)展和審計行業(yè)對審計信息化人才知識體系與專業(yè)技能的要求，及時更新與出版審計信息化實驗教材，注重網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)，資助教師開發(fā)審計信息化相關(guān)網(wǎng)絡(luò)課程，在教學(xué)過程中，不斷改進(jìn)與完善，進(jìn)行內(nèi)容升級與更新，以利于學(xué)生審計信息化知識、能力和素質(zhì)的培養(yǎng)，同時又便于學(xué)生進(jìn)行課后自主學(xué)習(xí)與模擬練習(xí)。
2.7完善實驗課程考核方式與成績評定方法
在審計信息化實驗課程考核方面，著重加強對學(xué)生能力的考核，建立結(jié)構(gòu)化實驗成績評定方法，采用平時成績與期末考試成績相結(jié)合的綜合考核方式。平時成績以課堂表現(xiàn)、實驗過程、實驗報告與實驗分析為依據(jù)；期末考試以課堂考試為主要方式，檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。通過完善審信息化實驗課程考核方式與學(xué)生實驗成績評定方法，引導(dǎo)學(xué)生將審計信息化知識學(xué)習(xí)、能力培養(yǎng)和素質(zhì)提高協(xié)調(diào)發(fā)展。
2.8加強實驗教學(xué)過程控制與建立反饋機制
在審計信息化實驗教學(xué)中，加強實驗教學(xué)過程控制，一方面可以使實驗教學(xué)活動按既定教學(xué)計劃和目標(biāo)進(jìn)行，另一方面可以及時了解教師和學(xué)生執(zhí)行實驗教學(xué)計劃的能力和效率，利用良好的反饋機制，及時研究和解決審計信息化實驗教學(xué)活動中反映出的問題，合理調(diào)整實驗教學(xué)計劃，適時推陳出新，使實踐驗教學(xué)活動充滿活力，提高學(xué)生的積極性，保證審計信息化實驗教學(xué)的質(zhì)量和教學(xué)效果。
3審計信息化實驗教學(xué)體系的構(gòu)建框架
基于上述分析，通過對審計信息化實驗教學(xué)體系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，從教學(xué)理念、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)模式、教學(xué)資源、教學(xué)團(tuán)隊、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法多個維度出發(fā)，構(gòu)建了審計信息化實驗教學(xué)體系的基本框架。
（1）在審計信息化實驗教學(xué)中，立足于企業(yè)信息化發(fā)展對審計信息化人才知識體系和綜合素質(zhì)的要求，充分體現(xiàn)以學(xué)生為本，秉承知識傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高協(xié)調(diào)發(fā)展的教學(xué)理念，著眼于厚基礎(chǔ)、精專業(yè)、重實踐的審計信息人才培養(yǎng)目標(biāo)。
（2）在移動互聯(lián)網(wǎng)和云計算技術(shù)的支持下，采用課堂實驗教學(xué)、課后自主學(xué)習(xí)、校外觀摩體驗為一體的教學(xué)模式，由校內(nèi)專職教師和校外兼職教師構(gòu)成的高素質(zhì)審計信息化教學(xué)團(tuán)隊，共同承擔(dān)審計信息化課程的實驗教學(xué)。
（3）構(gòu)建資源共享與開放服務(wù)的實驗教學(xué)環(huán)境，搭建良好的實驗教學(xué)資源平臺，合理配置與開發(fā)各類審計信息化教學(xué)資源，包括審計信息化實驗室、審計信息化教學(xué)資源共享平臺、審計軟件與工具、審計信息化實驗教程、審計信息化案例庫、審計信息化知識庫和校外觀摩體驗中心等教學(xué)資源。積極探索審計軟件供應(yīng)商與高校合作的模式，建立審計信息化觀摩體驗中心，推廣審計軟件應(yīng)用，共享審計教學(xué)資源，培養(yǎng)審計信息化人才。
（4）審計信息化實驗教學(xué)設(shè)計應(yīng)涉及基礎(chǔ)性實驗、綜合性實驗、探究性實驗三個層面，綜合考慮財務(wù)審計、內(nèi)部控制審計、信息系統(tǒng)審計等各類審計業(yè)務(wù)，涵蓋審計計劃、審計實施和審計完成各個階段的內(nèi)容。在審計計劃階段，了解被審計單位的內(nèi)部控制，進(jìn)行風(fēng)險評估，制定審計計劃，對審計項目進(jìn)行管理，采集被審計單位的財務(wù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)將其導(dǎo)入審計系統(tǒng)；在審計實施過程中，利用計算機輔助審計技術(shù)和工具，進(jìn)行控制測試和實質(zhì)性測試，編制各類審計工作底稿，獲取充分有效的審計證據(jù)；在審計完成階段，對審計工作底稿進(jìn)行多級復(fù)核，按照審計準(zhǔn)則和相關(guān)法規(guī)制度，根據(jù)審計證據(jù)發(fā)表審計意見，出具審計報告。
關(guān)鍵詞:無線傳感器網(wǎng)絡(luò);關(guān)鍵技術(shù);路由技術(shù)
中圖分類號:TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1009-3044(2010)03-552-03
Analysis of Wireless Sensor Networks and Routing Techniques
WANG Yan-qin1, PENG Gang2, LIU Yu1
(1. Institute of Computer and Control, Guilin Uniersity of Electronic Technology, Guilin 541004, China; 2. Educational Technology Center, Guilin Air Force Academy, Guilin 541003, China)
Abstract: Correlative knowledge of wireless sensor network is briefly introduced, including the architecture, the characteristics and the application fields. After key techniques of wireless sensor network are introduced, routing technique is analyzed emphatically, and then the problems and challenges of routing techniques are discussed.
Key words: wireless sensor network; key techniques; routing technique
隨著無線通信和計算技術(shù)的發(fā)展,傳感器不僅能感應(yīng)和監(jiān)測環(huán)境,還可以處理收集到的數(shù)據(jù),將其處理后以無線的方式傳送到基站。這些具有特殊功能的廉價的無線傳感器節(jié)點,通過無線鏈路構(gòu)成靈活的多跳自組織網(wǎng)絡(luò),這就是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN, Wireless Sensor Network)。[1] 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為是21世紀(jì)最重要的技術(shù)之一,它將會對人類未來的生活方式產(chǎn)生巨大的影響。
1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點結(jié)構(gòu)與體系結(jié)構(gòu)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由許多個功能相同或不同的無線傳感器節(jié)點組成的以數(shù)據(jù)為中心的無線自組網(wǎng)絡(luò)。每一個傳感器節(jié)點由感應(yīng)模塊、數(shù)據(jù)處理和控制模塊、通信模塊和電源模塊等組成,如圖1。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常包括傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點(Sink Node)和管理節(jié)點。[2-3] 傳感器節(jié)點通常散布在被監(jiān)測區(qū)域中,可以通過無人飛行器、火箭等撒播,也可以通過人工布置的方式完成,自組織形式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。各節(jié)點收集數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)通過多跳中繼的方式路由至匯聚節(jié)點,最終借助長距離或臨時建立的Sink鏈路將整個區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程中心進(jìn)行集中處理,體系結(jié)構(gòu)如圖2。
1.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般是為了某個特定的需要而設(shè)計的,有著獨特的體系結(jié)構(gòu)和應(yīng)用背景,使它具有不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的諸多特點。
1) 網(wǎng)絡(luò)自組織性 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以在任何時刻、任何地點、不需要任何基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的支持下,由傳感器節(jié)點本身自組織形成網(wǎng)絡(luò),包括網(wǎng)絡(luò)的運行、維護(hù)、管理等完全在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部實現(xiàn)。
2) 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定 一般網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)渥兓饕晒?jié)點的移動造成的,而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化主要由于可移動節(jié)點的移動和節(jié)點能量的耗盡造成的。
3) 容錯性、功能局限性 對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò),節(jié)點數(shù)目多,安全性比較差,因此整個網(wǎng)絡(luò)具有容錯性;節(jié)點能量主要靠電池,但受到體積的限制,使得節(jié)點的計算能力、存儲空間等局限性表現(xiàn)非常突出。
4) 網(wǎng)絡(luò)分布式特性 基站節(jié)點與傳感器節(jié)點體現(xiàn)了使用集中式的控制結(jié)構(gòu),但各個傳感器節(jié)點之間,是一種無中心的分布式控制網(wǎng)絡(luò)。
5) 安全性問題嚴(yán)重 由于采用無限信道、有限電源、分布式控制等技術(shù),網(wǎng)絡(luò)主機更加容易受到被動竊聽、主動入侵、拒絕服務(wù)、剝奪睡眠、偽造等形式的各種網(wǎng)絡(luò)攻擊,而且傳感器節(jié)點往往直接暴露在外面,安全性很差。
2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)[4-5]
1) 節(jié)點定位 位置信息對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用至關(guān)重要,沒有位置信息的數(shù)據(jù)毫無意義。大多節(jié)點定位分為兩個階段:第一,測量未知節(jié)點到附近已知節(jié)點的距離;第二,通過這些參考距離,利用數(shù)學(xué)方法對未知節(jié)點的位置進(jìn)行計算。
2) 時間同步 時間同步的基本思想是:節(jié)點以自己的時鐘記錄事件,隨后用第三方廣播的基準(zhǔn)時間加以校正。這種同步機制應(yīng)用在確定來自不同節(jié)點的監(jiān)測事件的先后關(guān)系時有足夠的精度。
3) 路由技術(shù) 在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)中,網(wǎng)絡(luò)層的路由技術(shù)是組網(wǎng)的基礎(chǔ),是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信層的核心技術(shù),非常重要。路由技術(shù)負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)分組從源節(jié)點通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)到目的節(jié)點,主要功能是尋找源節(jié)點和目的節(jié)點間的最優(yōu)化路徑,并將數(shù)據(jù)分組沿著優(yōu)化路徑正確轉(zhuǎn)發(fā)。
4) 數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)融合 數(shù)據(jù)融合是一種減少傳輸數(shù)據(jù)量,節(jié)省能量的策略,數(shù)據(jù)管理是為了針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的物理資源受限的特點而采用的特定數(shù)據(jù)管理措施。二者都是面向具體應(yīng)用的,只有面向具體應(yīng)用需求設(shè)計具體的數(shù)據(jù)融合算法和數(shù)據(jù)管理策略才可以最大限度的提高效率、節(jié)省能量。
5) 網(wǎng)絡(luò)安全 安全技術(shù)可以保證無線傳感器網(wǎng)絡(luò)各層正常和正確的運行,對于其它方面,以至于整個網(wǎng)絡(luò)都有很重要的作用,其中對于保證數(shù)據(jù)新鮮性和有效性方面表現(xiàn)最為明顯。目前,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全主要集中在密匙管理、身份認(rèn)證和數(shù)據(jù)加密方法、安全路由協(xié)議和隱私問題。
3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)
3.1 路由技術(shù)分類
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的路由技術(shù)分為平面型協(xié)議和層次型協(xié)議兩種,基本的思想是采用在節(jié)點和匯聚節(jié)點間建立連接。平面型協(xié)議中,所有節(jié)點的地位是平等的,原則上不存在瓶頸問題。其缺點是可擴(kuò)充性差,維護(hù)動態(tài)變化的路由需要大量的控制信息。在層次型協(xié)議中,群成員的功能比較簡單,不需要維護(hù)負(fù)責(zé)的路由信息。大大減少了網(wǎng)絡(luò)中路由控制信息的數(shù)量,有很好的可擴(kuò)充性,其缺點是群頭節(jié)點可能會成為網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。
3.1.1 平面型路由
1) 泛洪(Flooding)是一種最早的路由技術(shù),不要求維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),也不需要進(jìn)行路由計算,接收到消息的節(jié)點以廣播形式轉(zhuǎn)發(fā)分組,轉(zhuǎn)發(fā)報文給所有鄰居節(jié)點。雖然實現(xiàn)簡單,但容易產(chǎn)生消息的內(nèi)爆和重疊。
2) 信息協(xié)商傳感器協(xié)議(SPIN,sensor protocol for imformation via negotiation)是以數(shù)據(jù)為中心的一系列自適應(yīng)路由協(xié)議。通過使用節(jié)點間的數(shù)據(jù)協(xié)商和資源自適應(yīng)機制大大節(jié)省了能量,延長了網(wǎng)絡(luò)壽命,并通過協(xié)商機制來解決泛洪算法中的內(nèi)爆和重疊問題。通過宣告有數(shù)據(jù)(ADV)、同意接收(REQ)兩種報文進(jìn)行協(xié)商,并利用第三種數(shù)據(jù)報文(DATA)將協(xié)商好的所需要的數(shù)據(jù)發(fā)送給指定的節(jié)點。
SPIN的優(yōu)點是每個節(jié)點只需要知道它的單跳鄰居節(jié)點的信息,所以拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變對它的影響的局部的。但還存在一定的缺陷,它不能保證數(shù)據(jù)的發(fā)送,可能出現(xiàn)“數(shù)據(jù)盲點”。
3) 有序分配路由(SAR,sequential assignment routing)是1999年Katayoun Sohrabi等人在DARPA支持的一個研究中提出的一種主動型平面路由協(xié)議。 在選擇路徑時,SAR策略充分考慮了功耗和分組優(yōu)先權(quán)等特殊要求,采用局部路徑恢復(fù)和多路徑經(jīng)備份策略,避免節(jié)點或鏈路失敗時進(jìn)行路由重計算需要的過量計算開銷。
4) 定向擴(kuò)散(directed diffusion)是一種典型的以數(shù)據(jù)為中心的路由協(xié)議,與已有的路由算法有截然不同的實現(xiàn)機制。通信是在相鄰節(jié)點中進(jìn)行的,每個節(jié)點具有數(shù)據(jù)匯聚和緩存能力。定向擴(kuò)散一般根據(jù)需求發(fā)出查詢請求,這就減少了數(shù)據(jù)發(fā)送的盲目性。從實際意義上說,能減少能量的消耗。
3.1.2 層次型路由
層次路由協(xié)議的基本原理就是根據(jù)某種規(guī)則把WSN節(jié)點劃分為多個子集,每個子集成為一個簇,具有一個簇頭。每個簇的簇頭節(jié)點負(fù)責(zé)全局路由,其他節(jié)點通過簇頭接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。
1) 低能耗自適應(yīng)分層簇結(jié)構(gòu)(LEACH, low energy adaptive clustering hierarchy)是第1個基于聚簇的協(xié)議[6],該協(xié)議隨機循環(huán)地為每個簇選擇簇頭節(jié)點。每個簇頭收集本簇中所有節(jié)點的數(shù)據(jù),聚集后傳送到匯聚節(jié)點。
LEACH以輪為工作時間單位,每一輪分為兩個階段:啟動階段和穩(wěn)定階段。在啟動階段,主要是傳送控制信息,建立節(jié)點群,并不發(fā)送實際的傳感數(shù)據(jù)。為了提高電源效率,穩(wěn)定階段應(yīng)該比啟動階段有著更長的持續(xù)時間。在穩(wěn)定階段,傳感器節(jié)點以固定的速度采集數(shù)據(jù),并向群頭節(jié)點發(fā)送,群頭在向網(wǎng)關(guān)發(fā)送數(shù)據(jù)之前,首先對這些信息進(jìn)行一定程度的融合。在穩(wěn)定階段經(jīng)過一定的時間后,網(wǎng)絡(luò)重新進(jìn)入啟動階段,進(jìn)行下一輪的群頭選擇。
2) 敏感門限高效能耗傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(TEEN, threshold sensitive energy efficient sensor network protocols)與上面介紹的LEACH算法相似,通過抑制不必要的通信來實現(xiàn)節(jié)省能量。[7]
TEEN通過各簇頭向整個網(wǎng)絡(luò)下發(fā)兩個閾值:硬閾值和軟閾值。當(dāng)檢測值超過了硬門限,它被立刻發(fā)送出去;如果當(dāng)前檢測值與上一次之差超過了軟門限,也被立刻發(fā)送出去。采用這樣的方法,可以監(jiān)視一些突發(fā)事件和熱點地區(qū),減小網(wǎng)絡(luò)內(nèi)信息包數(shù)量。
3.2 路由技術(shù)面臨的問題和挑戰(zhàn)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)設(shè)計的基本特點可以概括為:能量低、規(guī)模大、移動性強、拓?fù)湟鬃兓⑹褂脭?shù)據(jù)融合技術(shù)和通信的不對稱,因此無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)的設(shè)計要滿足以下路由機制要求。
1) 能量高效成為路由技術(shù)最重要的優(yōu)化目標(biāo)
低能量包括兩方面的含義,首先是節(jié)點能量儲備低,其次是指能源一般不能補充。傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通常是一次部署,獨立工作,所以可維護(hù)性很低。相對于傳感器節(jié)點的儲能,無線通信部件的功耗很高,通信功耗占了節(jié)點總功耗的絕大不部分。因此,研究低能耗的路由協(xié)議極為迫切。
2) 使用數(shù)據(jù)融合技術(shù)
在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,感知節(jié)點沒有必要將數(shù)據(jù)以端到端的形式傳送給匯聚節(jié)點或網(wǎng)關(guān)節(jié)點。為了減少流量和耗能,傳輸過程中的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點經(jīng)常將不同的入口報文融合成數(shù)目更少的出口報文轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳,這就是數(shù)據(jù)融合的基本含義。采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)意味著路由協(xié)議需要做出相應(yīng)的調(diào)整。
3) 通信不對稱,流量分布不均勻
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò),絕大部分流量是由各個傳感器流向匯聚節(jié)點,因此,流量分布極不均勻。體現(xiàn)在源節(jié)點和目的節(jié)點不對稱,源節(jié)點眾多而目的節(jié)點單一;傳輸方向不對稱,以匯聚節(jié)點為目的的數(shù)據(jù)流遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過以它為源節(jié)點的控制流。
4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域
由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有配置靈活和組網(wǎng)方便等優(yōu)勢,在軍事、環(huán)境保護(hù)、家庭和醫(yī)療護(hù)理、災(zāi)難拯救等方面都顯示了廣闊的應(yīng)用前景,并將逐漸深入到人類生活的各個領(lǐng)域。
1) 軍事 快速布置和自組織等特性使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)非常適合用于戰(zhàn)場環(huán)境,不僅可以實時監(jiān)控我軍兵力、裝備和物質(zhì)等信息,也可以將大量的傳感器節(jié)點部署在敵方戰(zhàn)場上,跟蹤敵人的軍事行動。
2) 環(huán)境保護(hù) 隨著社會各界對環(huán)境問題的關(guān)注程度越來越高,需要采集的環(huán)境數(shù)據(jù)也日趨增多,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)可以避免傳統(tǒng)數(shù)據(jù)收集方式給環(huán)境帶來的侵入式破壞。比如,跟蹤候鳥和昆蟲的遷移、研究環(huán)境變化對農(nóng)作物的影響、監(jiān)測海洋、大氣和土壤的成分等。
3) 家庭和醫(yī)療護(hù)理 在醫(yī)療研究及護(hù)理領(lǐng)域,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也起來很大的作用。病人可以隨身攜帶若干體積微小的傳感器節(jié)點,可以對病人的心跳速率、血壓等進(jìn)行實時檢測,若發(fā)現(xiàn)異常可以盡快搶救。同時還可以用于醫(yī)院的藥品管理,將傳感器節(jié)點按藥品種類分別放置,計算機系統(tǒng)即可幫助辨認(rèn)所開藥品,從而減少病人用錯藥的可能性。
4) 災(zāi)難拯救 在發(fā)生了地震水災(zāi)、強力暴風(fēng)雨或遭受其他災(zāi)難后,固定的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)施可能被全部摧毀或無法正常工作,對于搶險救災(zāi)場合來說,就需要無線傳感器網(wǎng)絡(luò)這種不依賴于任何固定網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、能快速布設(shè)的自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還被應(yīng)用于其它一些領(lǐng)域,比如一些危險的工業(yè)環(huán)境如井礦、核電廠和交通領(lǐng)域中作為車輛監(jiān)控等;此外還可以應(yīng)用于空間探索,借助于航天器在外星體撒播傳感器節(jié)點,可以對星球表面進(jìn)行長時間的監(jiān)測。
5 結(jié)論
無線傳感器網(wǎng)絡(luò),是一種全新的信息獲取和處理技術(shù),具有信息采集處理和傳輸?shù)裙δ堋１疚膶o線傳感器網(wǎng)絡(luò)做了簡要的概述,并對作為組網(wǎng)基礎(chǔ)的路由技術(shù)做了初步的介紹。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為無線傳感器的應(yīng)用,盡管目前仍處于初步應(yīng)用階段,網(wǎng)絡(luò)安全研究方面還面臨著許多不確定的因素,但已經(jīng)展示出了非凡的應(yīng)用價值。相信在不久的將來,會對人們的生產(chǎn)生活起到不可估量的作用。
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