時間：2023-07-13 17:23:21
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，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篇云計算技術教程，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
顯然，現在的云計算早已不再高高在上，它已經實實在在地作為一種IT資源的管理分配方式被部署和應用。
廠商推出云計算認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廠商推出的認證體系，一方面幫助廠商推廣自己的品牌和產品，一方面也為廣大IT工程師提供了學習與能力提升的渠道，從而助推包括云計算在內的新技術順利落地并應用。
云計算工程師三種能力
近日，H3C了面向云計算時代IT人才培養的“云計算實訓室”解決方案及配套的實訓教程，這也是H3C網絡學院成立以來針對人才需求變化做出的最新舉措。H3C網絡學院推出的“云計算系統專家”屬于H3C的云計算專項認證，將與H3C網絡學院的現有課程關聯，同時包括了部署云計算存儲、服務器、網絡，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，部署云服務等內容。
H3C培訓中心云計算專家趙治東介紹，基于H3C的三層云計算產品技術體系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的部署和維護所需要的知識與能力。首先是云計算基礎設施的部署能力，其中包括云計算網絡、存儲和服務器的部署能力。第二部分是虛擬化能力。在基礎設施硬件資源被配置完畢之后，可以用CVK和CVM進行資源劃分、構建虛擬機以及虛擬機遷移、故障恢復等虛擬化的管理。第三部分是業務管理和運行維護。
“云計算的核心目標不是讓用戶把硬件服務器變成虛擬機，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，管理員結合用戶的業務需求，為最終用戶提供相應的業務管理和運行維護服務。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。
認證提升就業率
作為IT工程師的搖籃，各個高校在推廣云計算技術以及認證培訓方面有著不可或缺的作用。H3C也與諸多高校在認證體系培訓方面緊密合作，來自西南大學的朱老師告訴《中國計算機報》記者：“H3C的云計算認證培訓是最貼近教學的，它的認證體系非常成熟。我們通過多方比較，最終選擇了H3C的培訓體系，這不僅是因為H3C提供了先進的云計算設備、技術和培訓，更重要的是它擁有一套完整的培訓專業體系，教材、幻燈片等都非常齊全。我們在保證日常教學的基礎上，將該認證的部分課程（比如H3CNE）與日常教學結合起來。現在，我們學院的網絡工程專業就業率排在全校第二位，得到了學生的認可，也激發了學生的學習興趣。”
H3C全球技術服務部副總裁劉小兵表示，專業課程落后、缺乏實踐經驗、所學非所用是當前計算機相關專業就業形勢嚴峻的重要原因之一。云計算作為最新的IT技術領域，在教學實踐方面更加短缺。H3C助力教育信息化，推出云計算實訓室解決方案，可促進學校基礎教學工作，提升教師業務水平，并緊跟信息技術發展的最新動向，吸引高素質人才，形成良性循環。
“借助優良的師資力量、合理的課程設計、經典的教材輔助以及大量的實踐機會，H3C云計算實訓室將進一步保證學生的就業率和就業質量，形成教學、認證、就業一條龍的人才培養體系。”劉小兵說。
隨著現代信息技術的發展和進步，圖書館服務呈現出數字化、智能化、網絡化、多媒體化等發展趨勢。而中小學圖書館是為學校師生們的學習提供信息服務的部門，傳統的圖書館服務模式已顯得力不從心，通過以云計算方式對傳統的服務模式進行變革，將傳統圖書館升級為數字圖書館，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的個性化需求。
《國家中長期教育改革與發展規劃綱要（2010—2020年）》把教育信息化發展納入國家信息化發展整體戰略，并指出“信息技術對教育發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平臺，促進優質教育資源普及共享”。中小學數字圖書館是教師備課、上課，學生課前預習、課后復習，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或城域網的地區，應該以某個中心校或教育部門網絡中心為依托，建設圖書中心，輻射周邊學校，實現資源共享；有條件的學校也可將校內局域網拓展至圖書館，實現信息互聯。
當前，中小學圖書館的傳統服務在持續減弱，用戶對傳統圖書館的利用在減少，與此同時，信息資源的表現形式卻更加豐富，除了文字外，圖像、音頻、視頻、網頁、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出個性化，對圖書館提出了更高效的服務需求。如教師在備課、制作微課件、課堂實時教學中，需要圖書館能夠提供海量的館藏資源快速檢索、查詢和調用，并能通過網絡共享其他數字圖書館的資源。而學生在交互式學習和作業的過程中，也需要隨時查閱館藏和互聯網上的相關資料。所以，用創新的服務方式、廣泛的傳播途徑和現代信息手段來開發利用館藏資源，發揮圖書館信息服務特性，保持高效的資源數據庫系統，已成為中小學圖書館的當務之急。目前絕大部分中小學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、現有設備與信息傳播日益高速化相矛盾、人員素質不高與圖書管理日益復雜化等問題。因此，圖書館必須加快網絡化、數字化建設，實現圖書館高質量服務和高效率管理。
云計算是一種基于Internet的計算，是分布式、并行、效用計算；網絡存儲、虛擬化、負載均衡等計算機和網絡技術發展融合的一種新型商業計算模型。它是利用互聯網將數萬臺電腦和服務器連接成遠程的數據中心，并基于此提供各種計算服務，用戶通過電腦、筆記本、手機等方式接入數據中心，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。
云存儲則是將互聯網中大量各種不同類型的存儲設備通過應用軟件集合起來協同工作，共同對外提供數據存儲和業務訪問功能的一個系統。存儲在網絡上的數據可以隨時隨地訪問讀取，大大節省本地存儲信息的成本，也不用考慮數據備份等維護問題，只需要選擇合適的云存儲服務提供商以及按需支付相關費用即可。
云計算和云存儲的出現，為眾多中小圖書館因受限于自身資源的有限而難以適應當前用戶海量的個性化需求打開了一片廣闊的天空。在互聯網上，各種數字化圖書館的信息資源借由一片“圖書館云”統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，也為當前的中小學圖書館建設提供新的思路。
應用云計算技術，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器提供的綜合運算服務，用戶的各種需求可在毫秒級時間內獲得響應 云計算對用戶端的設備要求非常低，用戶使用筆記本、手機、平板電腦等移動設備都可以享受到綜合信息資源服務。隨著“圖書館云”每天海量的更新信息，用戶從圖書館數據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類型和實際的使用量付費。傳統的圖書館需要人員經常對館內的信息設備進行維護、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，有專業的技術管理人員在維護硬件系統，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器之間的聯合來提供超強的計算能力和海量的數據存儲空間，圖書館也不再需要購買服務器以及大容量的存儲設備，IT維護費用可大為縮減，以付費方式從“云”服務提供商那里獲取所需要的運算應用和信息服務，這樣，圖書館就可實現以低成本投入來獲得高質量的信息服務能力。
通過云計算模式，相關的各級各類數字圖書館之間可以實現信息共享 中小學的圖書館可以通過云技術來分享由國家級、省級、各名牌大學的圖書館系統連接在一起而形成的“圖書館云”資源，這可大大節省相關的硬件和軟件的設備投資、更新、維護的費用，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，是數字圖書館信息服務的重要場所 充分應用云存儲技術等各種新技術，為讀者提供數字化的電子出版物、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信息服務，使電子閱覽室成為學生學習的第二課堂，教師教學科研的重要場所。
數字圖書館使信息服務手段與方式多樣化，為師生們提供個性化的精準服務 當前，各種網絡終端設備不斷推出，讀者可使用筆記本、手機、智能眼鏡、平板電腦、智能手表等設備在任何時間、任何地點獲取“圖書館云”的相關信息。云計算技術徹底改變了用戶獲取圖書館信息的方式和方法，圖書館信息服務系統可以根據用戶對系統的搜索和瀏覽記錄，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，對中小學來說，圖書館系統也可為教師提供集體教學的平臺和學生的實習基地，在基于移動互聯的教育網絡環境下，可充分發揮學生學習的主動性、積極性。學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行分析、處理和存儲；學生可以和教師以及其他同學進行各種交互活動，并共享或共同處理某個軟件或文檔資料的內容等；而教師還可進行網絡環境下教育、教學新模式的探索。
萬方數據庫收錄了涵蓋中小學十多門學科的各種論文、試題、教案、圖書、視頻等學習資源，總量達600余萬條。圍繞中小學課程改革的新課標，它還以從小學到初中以及高中的知識點為主線，將海量的學習資源關聯起來，創造性地實現了基于教學知識點的異構資源關聯。而且它通過先進的檢索引擎技術，提供了多種個性化信息檢索服務，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研究的發展動態，搜尋或查找相關教學資料，增強自身教學科研能力；學生可以通過學習知識難點，拓展學習范圍，提高綜合文化素質；而家長也可通過系統了解最新教育考試信息，更好地輔助孩子的學習。
綜上所述，云計算技術為適應中小學圖書館面對當前教師和學生對教學資源的個性化，便捷性需求提供了可能，可為構建中小學信息服務系統提供可行的解決方案。
參考文獻
關鍵詞：計算機網絡；多媒體技術；網絡管理
中圖分類號：TP393 文獻標識碼：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、計算機網絡技術的發展歷史
在上個世紀九十年代初興起的因特網在過去的十幾年中發展地異常迅速，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。因特網是以TCP/IP協議為核心內容的一種計算機網絡體系結構。在網絡技術近三十年的發展進程中，曾經出現過很多種網絡體系結構和技術，它們都試圖提供一種類似于因特網的功能和服務，但最終結果都是失敗的，因為沒有一種網絡體系技術能像因特網那樣能夠在網絡技術上和應用實踐上適應于各種變化，因此，只有因特網獲得了世界的認可，取得了今天這樣的巨大成就，并且正在對計算機網絡技術的未來發展趨勢產生深刻的影響。
二、計算機網絡的發展方向
（一）計算機網絡的開放性一體化。計算機網絡發展的開放性是今后非常重要的研究方面，而能體現計算機網絡發展開放性的就是基于統一網絡通信協議標準的互聯網結構。因特網之所以能成為全球最公認的網絡技術，正是因為它的核心部分即TCP/IP協議已經成為計算機網絡通信體系結構的國際標準。數字網絡發展初期是計算機之間簡單的互聯方式，其功能也十分簡單。但隨著計算機網絡在全球的應用范圍不斷擴大，人們漸漸地對計算機網絡功能、性能以及其他要求越來越高，計算機網絡中的很多原來的功能和性能都必須重新設計和分工，甚至在某些方面可能產生新的成分。“一體化”是指從系統整體性出發對系統重新設計、構建，以達到進一步增強系統功能、提高系統性能、降低系統成本和方便系統使用的目的。（二）計算機網絡的高速信息處理。計算機網絡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該越來越高效，因此，我們需要一種能讓計算機網絡實現智能化處理信息的方法。隨著全球互聯網技術迅速發展起來，產生了專門針對復雜科學計算應用的一種新型計算模式網格技術。隨著網格技術的快速發展和大量的應用，我們相信，未來的網格技術和應用將成為計算機網絡實現智能化處理信息的方法之一，之所以這么看好此項技術，原因如下：第一，此技術具有高性能處理特征，在信息的處理方面具有高效性和準確性，第二此技術具有海量數據存儲的功能，這是高效處理信息的前提，是此技術十分重要的一個方面。通過此項技術可以使人們匯聚因特網中分散異構的信息資源和動態變化的信息資源，將其中不同組織和機構的資源虛擬化，使我們能把因特網從信息交互平臺提升到共享資源的平臺。（三）多媒體技術與計算機網絡相結合。當今年代，計算機網絡應用已經廣泛而又深入地融入我們生活每個部分。每個使用計算機網絡的人都想從其網絡系統得到各種自己需要的信息服務，網絡技術的發展讓每個人都能知道它的魅力所在，同時，人們也渴求網絡技術能提供圖像、文字、聲音等多種信息模式，從而有效地推動網絡與多媒體技術的完美結合。多媒體技術與網絡的融合已經成為未來必然的發展趨勢，這方面的技術的不斷成熟會是計算機網絡邁上更高的臺階，會對網絡技術產生巨大的影響，也使得人們在網絡這個新事物領域中有更好的服務和需求。（四）計算機網絡高效安全的網絡管理手段。計算機的網絡安全管理涉及計算機網絡的整體協同性和可控性，是計算機網絡發展中十分重要的一個問題，也是決定計算機網絡未來發展的瓶頸問題，因為任何一個計算機網絡的設計，都必須對其網絡的安全性提出很高的標準，沒有良好的網絡安全系統，任何好的計算機網絡都有危險的那一天，所以，網絡安全管理系統已成為現代計算機網絡系統中不可分割的一部分。
三、計算機網絡對社會發展的影響
計算機網絡的迅速發展，給人們帶來了極大地方便，它徹底顛覆了我們傳統的搜集和瀏覽信息的模式，無論是在學習上，還是在工作和生活中，都徹徹底底的改變了人們的一些習慣和行為，它給人類帶來的極大的益處。但是，在發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準不同，有些政策根本不能跟上計算機網絡飛速發展的步伐，知識產權的問題在各個國家都不斷地產生，由于沒有統一的標準，各個國家對待這個問題的態度也截然不同，使得國家與國家之間經常因為此事爭論和談判。其次，某些人通過計算機網絡進行的非法盜用他人資料和信息的現象時有發生，使得個人、企業，甚至國家遭受到嚴重的損失和慘痛的代價。最后，計算機網絡的發展已經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絡的同時，也要逐漸地解決這一些列的問題，只有這樣，我們的計算機網絡發展才是健康的，有益于人類社會發展的。
參考文獻：
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【關鍵詞】電法勘探；巖土體；電阻率測試法；三維直流電法；高密度電法
電法勘探是根據巖、礦石電學性質的電性差異來找礦和研究地質構造的一種地球物理勘探方法，也是勘探行業應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律達到找礦勘探的目的。
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
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用。根據試驗研究和工程實測結果知該法具有快速、準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系式為：ρs=kΔUAM/I現場觀測施工方法：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，計算MN/ρs，并以MN/ρs為縱坐標，在雙對數坐標紙上繪制MN/ρs與MN的關系圖。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行數理統計，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值模擬計算、量板法或其它手工解釋方法。
該方法較傳統的解釋方法具有快速、準確的特點，相對于傳統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用。另外，場地的巖土電阻率是工程設計接地裝置的一個重要參數。它的確定對電流盡快地散入大地，達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律是選擇接地裝置型式設計的主要依據。
1.2三維直流電法
三維直流電法探測就是應用現有的直流電法儀器和勘探方法，在施工方法上優化改進，進行加密采樣數據以取得三維數據體，然后采取電阻率層析成像技術進行資料處理和成圖。該方法是傳統直流電法的三維化，可使勘探精度得到很大提高，在原有儀器設備條件下提高了傳統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，本文主要介紹的三維直流電法勘探施工兩極裝置是：在勘探區域布置m條測線，每個測線布置n個測點（電極），測網密度根據探測對象及其探測深度而定，在城市建設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。
該法較傳統直流電法勘探具有信息量大、精度高的優點，在工程勘察中有較好的應用效果，同時又拓展了老式電法儀的應用范圍，延長了老式儀器的經濟使用壽命；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，通過觀測和研究人工建立的電流場在大地中的分布規律，解決水文、環境和工程地質問題，所不同的是在觀測中設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，利用程控電極轉換開關和微機工程電測儀便可實現剖面中不同電極距、不同電極排列方式的數據快速自動采集。現場測時，只需將全部電極布置在一定間隔的測點上，然后進行觀測。
在設計和技術實施上，高密度電測系統采用先進的自動控制理論和大規模集成電路，使用的電極數量多，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間的導電性差異，和常規電法一樣，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。根據實測的視電阻率剖面進行計算、處理、分析，便可獲得地層中的電阻率分布情況，從而解決相應的工程地質問題。
電極排列布置在工作中最優先選用的是四極裝置，它是公認的最穩妥的裝置，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，電測剖面形態比較好判別。
高密度電法廣泛應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，如同常規電法的三極裝置一樣在電性界面附近，因ρs電流密度呈現非線性變化，造成M N極的電位差的階躍，從而使ρs出現規律性的畸變。對于三極裝置在方法上可按照聯合剖面的工作方法進行，即把測得的值作對稱四極裝置化處理。
2、結語
三維直流電法探測技術、巖土體電阻率測試技術等，它們在勘測中具有信息量大、準確、直觀、經濟、快速、便于分析等特點而具有廣泛的應用前景。高密度電法由于其高效率、深探測和精確的地電剖面成像，成為地質勘察中最有效的方法。隨著電子和數據處理技術的發展，利用電阻率的常規物探方法的應用范圍和應用領域以及數據處理技術也不斷進展和創新
在工程建設和實踐中發揮著不可替代的作用，取得了良好的經濟效益和社會效益。
參考文獻
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關鍵詞：計算機科學；智能電網；云計算；數字圖像處理；數據挖掘；人工智能 文獻標識碼：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
隨著信息技術的發展，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行業帶來了巨大的沖擊，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變革的風向標。而信息化時代的代表性象征――計算機在各行各業中的必要性與日俱增，在電力行業中也不可避免。
而電力行業作為關乎國計民生的傳統行業，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，于是“智能電網”的概念應運而生。
2 智能電網
2.1 智能電網的概念
智能電網是將信息技術，如通信技術、傳感技術、計算機技術和控制技術等融入電力系統之中，使整個電力系統更加安全可控，成為高效智能的新型電網。由于各國的國情不同，因此各個國家對智能電網的具體要求也會有不同的側重點。因為我國還是一個發展中國家，與國外發達國家的電力工業已步入成熟期不同，我國在發展智能電網的同時，還需要加強骨干電網建設。因此除了要建設能夠充分滿足用戶對電力的需求和優化資源配置，確保電力供應的安全性、可靠性和經濟性，滿足環保約束，保證電能質量，適應電力市場化發展的堅強智能電網外，我國的智能電網建設還需要滿足以特高壓電網為骨干網架，各級電網高度協調發展。
2.2 智能電網的特點
智能電網一般包括有以下七個特點：
2.2.1 能量互聯網：智能電網要求實現供電方和用戶之間的交互，構建多向電力流，它主要由能量管理系統和配電管理系統組成。其中能量管理系統提供整個電網的實時狀態信息，并根據實時信息選擇最優發電方案，減少輸電損耗，維護系統可靠性以確保供電穩定；配電管理系統提供配電網絡的實時狀態信息，允許供電方遠程控制斷電的隔離與恢復，管理可再生能源發電。
2.2.2 降低損耗：智能電網能夠基于“能量互聯網”中的實時信息，根據用戶的需求來供電，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，使電網系統更加低碳環保。
2.2.3 融入可再生能源發電：目前可再生能源發電的最大缺點在于可變性過大，產電不穩定。智能電網能夠通過儲電技術，在產電過剩時將多余電能存儲起來，在供不應求時再通過智能電網的自動化技術供能，進而解決可再生能源產電不穩定的問題。
2.2.4 減少輸電阻塞：智能電網能夠檢測輸電線的實時度數，在可能發生輸電阻塞時，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生阻塞。
2.2.5 分布式發電：通過智能電網的雙向電力流，用戶自行通過太陽能、風能等可再生能源產生的電力可以出售給供電方，流入配電網絡中，使電網系統在用電高峰期可以為用戶提供更穩定的供電服務。
2.2.6 自愈：智能電網能夠基于實時測量的概率風險評估確定最有可能失敗的設備、發電廠和線路，及時進行隔離和恢復，從而減少大面積用電故障的出現。同時，智能電網還能實時分析電網的整體健康水平，及時觸發可能導致電網故障發展的早期預警，并根據具體情況確定是否立即進行檢查或采取相應措施。
2.2.7 用戶需求管理：智能電網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、電網的狀況、計劃停電信息等信息，使用戶可以根據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電力供求平衡。
2.3 智能電網的相關技術
智能電網的關鍵基礎技術主要包括集成的通信技術、先進的傳感和測量技術、先進的電網設備技術、先進的控制技術以及決策支持和可視化技術。
3 計算機科學在智能電網中的應用
在電網智能化的過程中，計算機是必不可少的。而計算機科學在智能電網中也有諸多應用，其中云計算、數字圖像處理、數據挖掘、人工智能和軟件工程這些計算機科學相關技術在智能電網中尤為重要。
3.1 云計算
云計算是分布式計算的一種特殊形式，根據美國國家標準與技術研究院的定義，云計算可以實現隨時隨地、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提供者的介入降低至最少。
云計算技術能夠整合優化電網系統中的各種異構資源，如電力系統中的監控維護資源、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計算和普適性強的特點，能夠構建更加高效的智能電網數據中心，實現基礎設施資源的自動化管理。例如利用Google的Borg能夠使大量服務器協調工作，繼而實現大規模系統的可靠性管理。
而智能電網信息系統所產生的大量數據，更需要通過云計算來實現分布式存儲和管理。利用云計算來實現海量數據的分布式存儲，可以通過冗余存儲和高可靠性軟件來提高數據的可靠性，并能較好地達到成本、可靠性和性能的最佳平衡。例如利用Google的GFS文件系統可以實現數據的冗余存儲，并大幅度降低主服務器的負擔，使系統IO高度并行工作，從而提高系統的整體性能。智能電網所產生的數據種類眾多，而云計算的數據管理技術能夠較好地滿足智能電網信息平臺數據種類繁多的海量服務請求，因此云計算能夠高效地管理智能電網信息平臺中的多元數據。例如，利用Google的BigTable，通過一個巨大的分布式多維數據表，將數據都作為對象，并通過關鍵字、列關鍵字和時間戳來進行索引，滿足各類數據的性能要求，進而實現多元數據的高效管理。
為了保證電網系統運行的安全穩定，智能電網需要通過大規模的電力系統計算來監控整個電網系統的運行狀態，如暫態穩定計算、故障計算、拓撲分析、數據挖掘與智能決策等，計算量極大，而云計算可以為智能電網提供高性能的并行計算與分析服務。例如利用Google的MapRduce，可實現針對大規模數據集的并行計算。
3.2 數字圖像處理
數字圖像處理是指通過計算機對圖像進行去噪、增強、復原、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。
在智能電網系統所產生的海量數據中有不少的數據都是圖像數據，例如對輸電線路狀態的遠程監測常常通過線路圖像/視頻監控系統來實現。為了能夠實現對輸電線路狀態全天候全方位的實時監控，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，進而產生價值密度較高的特征數據集，為輸電線路狀態的智能識別過程做好圖像數據的預處理。
3.3 數據挖掘
數據挖掘是指從大量的、不完全的、有噪聲的、模糊的、隨機的實際應用數據中，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。數據挖掘的方法包括分類、聚類、關聯分析、預測等。
由于智能電網系統中的數據具有數據量巨大、數據類型繁多、價值密度低以及處理速度快的特點，智能電網系統中的數據屬于無法在一定時間內用傳統數據庫軟件工具對其內容進行抓取、管理和處理的“大數據”，需要通過數據挖掘來提取其中隱含的有價值的信息，從而實現對整個電網系統多角度、多層次的精確感知。例如，通過對長期的、大量的用戶用電數據進行數據挖掘，對不同地區以及不同用戶進行分類，可以得到有助于優化配電調度的信息，并能為電費定價調整提供參考；由于在當今社會中各行業的發展都離不開能源的使用，因此對用電數據進行挖掘甚至還可以歸納總結出各種指標增長率與社會用電情況的一般規律，便于政府了解和預測社會各行業發展狀況及用能情況，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據進行數據挖掘，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電情況進行數據挖掘，有利于降低可再生能源產電不穩定對供電網絡的影響，進而更好地融入可再生能源發電。此外，數據挖掘還有利于用戶能效的分析管理、業務拓展分析、供電輿情監測預警分析、電力系統的故障預測和狀態檢修、短期電網負荷預測、城市電網規劃等。智能電網系統的數據特性表明了數據挖掘在智能電網中有著廣泛的應用。
3.4 人工智能
根據著名人工智能科學家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，它的最終目的是建立關于自然智能實體行為的理論和指導創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化為機器智能或者用機器來模擬或實現人的智能的學科。
數據挖掘在智能電網中有著廣泛的應用，而數據挖掘需要人工智能技術來提供數據分析的技術支持，因此人工智能在智能電網中也有著十分重要的應用。例如，通過構建人工神經網絡來對經過數字圖像處理所得的典型線路狀態的監控圖像特征數據集進行訓練識別來實現輸電線路狀態的智能識別。除了故障診斷外，人工神經網絡還可應用于智能控制、繼電保護、優化運算等
方面。
除了為數據挖掘提供數據分析的技術支持外，人工智能還可以通過人類專家提供的經驗和知識來構建相應的專家系統，如電網故障診斷和調度處理專家系統和操作票專家系統等，模擬人類專家解決問題的過程來進行決策，從而實現電網自動化和智能化。
而采用遺傳算法、粒子群算法等進化算法求解諸如發電廠和輸電線架設的規劃問題以及電力系統中各種控制參數的最優解等問題或利用模糊集理論來處理電力系統中難以實現精確控制的復雜問題，也是人工智能在智能電網中的重要應用。
3.5 軟件工程
根據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，以便獲得經濟的軟件，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。因此在建設智能電網的過程中勢必需要開發相應的軟件，軟件工程便應用于其中。尤其是對用戶端而言，在移動設備使用越來越廣泛的今天，開發相應的移動端的APP無疑能夠更好地促進用戶參與到交互過程中。一個針對用戶個體，能夠實時顯示如電力消費成本、實時電價、電網狀況、計劃停電信息等的智能電表提示信息，結合數字家庭技術，能夠遠程控制家電開關以便于用戶隨時隨地調整自己的用電情況，并整合線上業務申請、繳納電費等功能的APP能夠極大程度地減輕用戶的操作負擔，方便用戶的使用，使智能電網更加高效智能。
4 結語
計算機科學在智能電網中的廣泛應用使電力行業在信息化時代中能夠更好地應對各種新挑戰，為整個社會的發展帶來深遠的影響。
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［關鍵詞］審計信息化；實驗教學；教學體系
在以移動互聯網、云計算、大數據為代表的新一輪信息技術浪潮下，信息技術在企業經營管理中廣泛深入的應用，使得審計線索與審計證據的采集方式發生了重大變化，審計內容和審計范圍不斷擴展。在審計工作中，為獲取充分有效的審計證據，必須采用計算機輔助審計技術，積極推進審計信息化工作，隨著審計信息化工作的深入發展，不僅對審計人員的素質和審計職業體系產生了重大影響，也對高校審計信息化實驗教學提出了新的要求，本文通過分析我國審計信息化實驗教學的現狀及問題，根據審計信息化發展對審計人才的培養需求，探討審計信息化實驗教學的優化策略，構建審計信息化實驗教學體系的基本框架。
1審計信息化實驗教學的現狀分析
信息技術在審計工作中的應用，使審計環境發生了重大變化，導致審計實務工作呈現新的特征，審計信息化實踐教學必須充分考慮審計信息化發展的要求，不斷豐富與更新教學內容，以適應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仍不夠重視，師資力量薄弱，在本科教學培養方案中，審計信息化相關課程多為選修課，審計信息化實驗教學未能緊跟企業管理信息化與審計信息化的步伐，尚未形成完整統一的審計信息化實驗教學體系，主要體現在以下幾方面：
1．1師資力量不足，對審計信息化實驗教學不重視
開展審計信息化實驗教學需要有相應的師資隊伍，審計信息化不僅與會計學、審計學、信息技術科學深度交叉結合，又具有應用性的特點，對教師的知識結構及素質就提出了較高要求，目前我高校從事審計信息化教學的師資隊伍缺乏，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的開展。特別是一些高校在師資隊伍建設與專業課程設置時，對審計信息化的重要性認識不足，在制定學科發展政策與人才培養方案時，對審計信息化實驗教學不重視。
1.2課程設置不規范，教學內容體系不完善
就目前我國高校審計信息化相關實驗教學課程設置來看，不同學校的培養方案課程名稱各有差異，課程名稱有審計軟件應用、計算機審計實務、計算機輔助審計、審計信息化實務多種叫法，還沒有統一的認識。在教學內容方面主要是IT環境下的財務審計，涉及信息系統控制與審計方面的內容較少，教學內容體系不完善，缺乏高質量的審計信息化實驗教材，致使培養出來的學生難以達到較高層次，跟不上企業信息化發展的步伐。
1.3審計信息化實驗室建設滯后，教學資源不充分
審計信息化具有很強的專業性，在一些綜合類院校，審計信息化課程受眾學生人數較少，審計信息化實驗室建設滯后，經費投入少，配套教學資源不充分。借助審計軟件開展審計信息化模擬實驗教學需要軟件商提供多個年度的審計數據，然而，在審計信息化實驗室建設方案中，軟件商往往難以提供多公司、多個年度的審計數據及相關教學課件，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。
1.4側重審計軟件功能的應用，綜合性審計業務模擬實驗較少
熟練掌握審計軟件應用是審計信息化實驗教學的基本目標，在實驗教學活動中，普遍側重于審計軟件功能的應用，現行審計信息化實驗教學內容多為基礎性和操作層面的實驗，審計業務綜合模擬實驗較少，不利于提高學生的綜合分析能力。在掌握審計信息相關基礎性實驗后，應從審計業務循環出發，按照審計信息化整體管理的要求，充分考慮審計信息系統的集成性和信息共享性，優化審計業務處理流程，進行綜合性審計業務模擬實驗。
1.5審計模擬實驗數據不充分，缺乏案例庫
開展審計信息化實驗教學活動，不僅要有硬軟件平臺的支撐，而且還要結合各項審計業務和審計事項，設計科學合理的審計實驗數據，建立審計實驗數據案例庫。目前，在審計信息化實驗教學中，實驗練習數據不充分，難以覆蓋各種審計業務類型，同實驗活動相關的配套案例更是寥寥無幾，影響到審計信息化實驗教學的效果與質量。因此，必須全面設計與完善審計信息化實驗數據，加強審計信息化實驗教學案例庫的建設。
2審計信息化實驗教學的優化策略
針對我國高校審計信息化實驗教學的現狀，應立足于先進的教育理念和教學模式，以科技進步和企業信息化發展對審計信息化人才的要求為背景，以基本能力訓練為基礎，以綜合素質培養為核心，按照注重基礎、強化訓練、加強綜合、培養能力的要求，全方位打造與優化審計信息化實驗教學體系。
2.1樹立先進教學理念與優化教學模式
開展審計信息化實驗教學，要充分考慮企業信息化發展、審計行業對審計信息化人員知識體系、專業技能和綜合素質的需求，秉承知識傳授、能力培養、素質提高協調發展的教學理念，樹立以能力培養為核心的實驗教學觀念，建立“優化課內、強化課外，融課內課外為一體”的實驗教學模式，通過課堂實驗教學、課后自主學習、校外參觀體驗多個環節開展審計信息化實驗教學。堅持實踐教學與理論教學并重，理論教學與實驗教學統籌協調，注重對學生探索精神、科學思維、實踐能力、創新能力的培養。
2．2完善實驗教學體系與更新教學內容
建立課堂實驗教學、課后自主學習、校外實習體驗為一體的審計信息化實驗教學體系。課堂實驗教學以審計信息化實驗室為依托，培養學生掌握審計信息化的基礎理論和基本技能；利用審計信息化教學資源平臺，學生課后自主學習，以鞏固基礎知識和拓展專業技能；通過校外實習體驗，進一步提升學生的專業技能和綜合素質。審計信息化實驗教學體系強調厚基礎、重應用、分層次、模塊化的特點，堅持以學生能力培養為核心，融合理論教學與實踐教學，涵蓋從基礎到提高，從單項訓練到綜合應用多個實驗教學環節。同時應根據企業信息化的發展和審計業務的具體需求，不斷更新教學內容，以適應審計信息化的發展。
2.3豐富實驗教學資源與開放教學資原平臺
加強審計信息化實驗教學建設，為開展審計信息化實驗教學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資源平臺，充分發掘和合理配置審計信息化教學資源，包括審計軟件、教學課件、實驗數據、審計信息化案例庫與知識庫等各項教學資源。實行開放式的教學機制，除了保證學生在課堂上的基礎實驗時間外，將開放審計信息化教學資原平臺，以便于學生自主學習。
2.4探索實驗教學方法與改進教學方式
在審計信息化實驗教學過程中，根據該課程特點，不斷探索適合高素質人才培養的實驗教學方法，改變以往單一、被動式的教學方式，采用多樣化和啟發式的教學方法，樹立以學生為主體，以教師為主導的教學理念，充分發揮學生的能動性。采用講解演示法、上機模擬法、討論互動法、案例分析法等教學方法，設計基本技能訓練、學生自主實驗設計、教師指導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容，調動學生的學習積極性，鞏固學生的學習效果，提高學生的綜合能力與素質。
2.5加強師資隊伍建設與建立教學團隊
開展審計信息化實驗教學，必須要有能夠勝任審計信息化教學的師資隊伍，針對目前高校審計信息化師資缺乏的狀況，結合審計信息化課程具有應用性與實踐性強的特點，高校應積極營造寬松的學術環境，努力建成一支專職與兼職結合、教學科研能力強、教學效果好、工作責任心強的高素質審計信息化化師資隊伍與教學團隊。
2.6加強實驗教材建設與網絡課程建設
為了不斷適應審計信息化實驗教學的需要，鼓勵教師根據教學實踐經驗，結合我國審計信息化的發展和審計行業對審計信息化人才知識體系與專業技能的要求，及時更新與出版審計信息化實驗教材，注重網絡課程建設，資助教師開發審計信息化相關網絡課程，在教學過程中，不斷改進與完善，進行內容升級與更新，以利于學生審計信息化知識、能力和素質的培養，同時又便于學生進行課后自主學習與模擬練習。
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，著重加強對學生能力的考核，建立結構化實驗成績評定方法，采用平時成績與期末考試成績相結合的綜合考核方式。平時成績以課堂表現、實驗過程、實驗報告與實驗分析為依據；期末考試以課堂考試為主要方式，檢查學生的學習效果。通過完善審信息化實驗課程考核方式與學生實驗成績評定方法，引導學生將審計信息化知識學習、能力培養和素質提高協調發展。
2.8加強實驗教學過程控制與建立反饋機制
在審計信息化實驗教學中，加強實驗教學過程控制，一方面可以使實驗教學活動按既定教學計劃和目標進行，另一方面可以及時了解教師和學生執行實驗教學計劃的能力和效率，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活動中反映出的問題，合理調整實驗教學計劃，適時推陳出新，使實踐驗教學活動充滿活力，提高學生的積極性，保證審計信息化實驗教學的質量和教學效果。
3審計信息化實驗教學體系的構建框架
基于上述分析，通過對審計信息化實驗教學體系統進行優化設計，從教學理念、教學目標、教學模式、教學資源、教學團隊、教學內容、教學方法多個維度出發，構建了審計信息化實驗教學體系的基本框架。
（1）在審計信息化實驗教學中，立足于企業信息化發展對審計信息化人才知識體系和綜合素質的要求，充分體現以學生為本，秉承知識傳授、能力培養、素質提高協調發展的教學理念，著眼于厚基礎、精專業、重實踐的審計信息人才培養目標。
（2）在移動互聯網和云計算技術的支持下，采用課堂實驗教學、課后自主學習、校外觀摩體驗為一體的教學模式，由校內專職教師和校外兼職教師構成的高素質審計信息化教學團隊，共同承擔審計信息化課程的實驗教學。
（3）構建資源共享與開放服務的實驗教學環境，搭建良好的實驗教學資源平臺，合理配置與開發各類審計信息化教學資源，包括審計信息化實驗室、審計信息化教學資源共享平臺、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資源。積極探索審計軟件供應商與高校合作的模式，建立審計信息化觀摩體驗中心，推廣審計軟件應用，共享審計教學資源，培養審計信息化人才。
（4）審計信息化實驗教學設計應涉及基礎性實驗、綜合性實驗、探究性實驗三個層面，綜合考慮財務審計、內部控制審計、信息系統審計等各類審計業務，涵蓋審計計劃、審計實施和審計完成各個階段的內容。在審計計劃階段，了解被審計單位的內部控制，進行風險評估，制定審計計劃，對審計項目進行管理，采集被審計單位的財務和業務數據將其導入審計系統；在審計實施過程中，利用計算機輔助審計技術和工具，進行控制測試和實質性測試，編制各類審計工作底稿，獲取充分有效的審計證據；在審計完成階段，對審計工作底稿進行多級復核，按照審計準則和相關法規制度，根據審計證據發表審計意見，出具審計報告。
關鍵詞:無線傳感器網絡;關鍵技術;路由技術
中圖分類號:TP393 文獻標識碼: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的發展,傳感器不僅能感應和監測環境,還可以處理收集到的數據,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點,通過無線鏈路構成靈活的多跳自組織網絡,這就是無線傳感器網絡(WSN, Wireless Sensor Network)。[1] 無線傳感器網絡被認為是21世紀最重要的技術之一,它將會對人類未來的生活方式產生巨大的影響。
1 無線傳感器網絡
1.1 無線傳感器網絡節點結構與體系結構
無線傳感器網絡由許多個功能相同或不同的無線傳感器節點組成的以數據為中心的無線自組網絡。每一個傳感器節點由感應模塊、數據處理和控制模塊、通信模塊和電源模塊等組成,如圖1。
無線傳感器網絡通常包括傳感器節點、匯聚節點(Sink Node)和管理節點。[2-3] 傳感器節點通常散布在被監測區域中,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,自組織形式構成網絡。各節點收集數據,并將數據通過多跳中繼的方式路由至匯聚節點,最終借助長距離或臨時建立的Sink鏈路將整個區域內的數據傳送到遠程中心進行集中處理,體系結構如圖2。
1.2 無線傳感器網絡的特點
無線傳感器網絡一般是為了某個特定的需要而設計的,有著獨特的體系結構和應用背景,使它具有不同于傳統網絡的諸多特點。
1) 網絡自組織性 無線傳感器網絡可以在任何時刻、任何地點、不需要任何基礎網絡設施的支持下,由傳感器節點本身自組織形成網絡,包括網絡的運行、維護、管理等完全在網絡內部實現。
2) 網絡拓撲結構比較穩定 一般網絡中的拓撲變化主要由節點的移動造成的,而無線傳感器網絡中的拓撲結構變化主要由于可移動節點的移動和節點能量的耗盡造成的。
3) 容錯性、功能局限性 對于無線傳感器網絡,節點數目多,安全性比較差,因此整個網絡具有容錯性;節點能量主要靠電池,但受到體積的限制,使得節點的計算能力、存儲空間等局限性表現非常突出。
4) 網絡分布式特性 基站節點與傳感器節點體現了使用集中式的控制結構,但各個傳感器節點之間,是一種無中心的分布式控制網絡。
5) 安全性問題嚴重 由于采用無限信道、有限電源、分布式控制等技術,網絡主機更加容易受到被動竊聽、主動入侵、拒絕服務、剝奪睡眠、偽造等形式的各種網絡攻擊,而且傳感器節點往往直接暴露在外面,安全性很差。
2 無線傳感器網絡的關鍵技術[4-5]
1) 節點定位 位置信息對于無線傳感器網絡應用至關重要,沒有位置信息的數據毫無意義。大多節點定位分為兩個階段:第一,測量未知節點到附近已知節點的距離;第二,通過這些參考距離,利用數學方法對未知節點的位置進行計算。
2) 時間同步 時間同步的基本思想是:節點以自己的時鐘記錄事件,隨后用第三方廣播的基準時間加以校正。這種同步機制應用在確定來自不同節點的監測事件的先后關系時有足夠的精度。
3) 路由技術 在無線傳感器網絡的體系結構中,網絡層的路由技術是組網的基礎,是無線傳感器網絡通信層的核心技術,非常重要。路由技術負責將數據分組從源節點通過網絡發到目的節點,主要功能是尋找源節點和目的節點間的最優化路徑,并將數據分組沿著優化路徑正確轉發。
4) 數據管理和數據融合 數據融合是一種減少傳輸數據量,節省能量的策略,數據管理是為了針對無線傳感器網絡的物理資源受限的特點而采用的特定數據管理措施。二者都是面向具體應用的,只有面向具體應用需求設計具體的數據融合算法和數據管理策略才可以最大限度的提高效率、節省能量。
5) 網絡安全 安全技術可以保證無線傳感器網絡各層正常和正確的運行,對于其它方面,以至于整個網絡都有很重要的作用,其中對于保證數據新鮮性和有效性方面表現最為明顯。目前,無線傳感器網絡安全主要集中在密匙管理、身份認證和數據加密方法、安全路由協議和隱私問題。
3 無線傳感器網絡路由技術
3.1 路由技術分類
無線傳感器網絡中的路由技術分為平面型協議和層次型協議兩種,基本的思想是采用在節點和匯聚節點間建立連接。平面型協議中,所有節點的地位是平等的,原則上不存在瓶頸問題。其缺點是可擴充性差,維護動態變化的路由需要大量的控制信息。在層次型協議中,群成員的功能比較簡單,不需要維護負責的路由信息。大大減少了網絡中路由控制信息的數量,有很好的可擴充性,其缺點是群頭節點可能會成為網絡的瓶頸。
3.1.1 平面型路由
1) 泛洪(Flooding)是一種最早的路由技術,不要求維護網絡的拓撲結構,也不需要進行路由計算,接收到消息的節點以廣播形式轉發分組,轉發報文給所有鄰居節點。雖然實現簡單,但容易產生消息的內爆和重疊。
2) 信息協商傳感器協議(SPIN,sensor protocol for imformation via negotiation)是以數據為中心的一系列自適應路由協議。通過使用節點間的數據協商和資源自適應機制大大節省了能量,延長了網絡壽命,并通過協商機制來解決泛洪算法中的內爆和重疊問題。通過宣告有數據(ADV)、同意接收(REQ)兩種報文進行協商,并利用第三種數據報文(DATA)將協商好的所需要的數據發送給指定的節點。
SPIN的優點是每個節點只需要知道它的單跳鄰居節點的信息,所以拓撲結構的改變對它的影響的局部的。但還存在一定的缺陷,它不能保證數據的發送,可能出現“數據盲點”。
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議。 在選擇路徑時,SAR策略充分考慮了功耗和分組優先權等特殊要求,采用局部路徑恢復和多路徑經備份策略,避免節點或鏈路失敗時進行路由重計算需要的過量計算開銷。
4) 定向擴散(directed diffusion)是一種典型的以數據為中心的路由協議,與已有的路由算法有截然不同的實現機制。通信是在相鄰節點中進行的,每個節點具有數據匯聚和緩存能力。定向擴散一般根據需求發出查詢請求,這就減少了數據發送的盲目性。從實際意義上說,能減少能量的消耗。
3.1.2 層次型路由
層次路由協議的基本原理就是根據某種規則把WSN節點劃分為多個子集,每個子集成為一個簇,具有一個簇頭。每個簇的簇頭節點負責全局路由,其他節點通過簇頭接收或發送數據。
1) 低能耗自適應分層簇結構(LEACH, low energy adaptive clustering hierarchy)是第1個基于聚簇的協議[6],該協議隨機循環地為每個簇選擇簇頭節點。每個簇頭收集本簇中所有節點的數據,聚集后傳送到匯聚節點。
LEACH以輪為工作時間單位,每一輪分為兩個階段:啟動階段和穩定階段。在啟動階段,主要是傳送控制信息,建立節點群,并不發送實際的傳感數據。為了提高電源效率,穩定階段應該比啟動階段有著更長的持續時間。在穩定階段,傳感器節點以固定的速度采集數據,并向群頭節點發送,群頭在向網關發送數據之前,首先對這些信息進行一定程度的融合。在穩定階段經過一定的時間后,網絡重新進入啟動階段,進行下一輪的群頭選擇。
2) 敏感門限高效能耗傳感器網絡協議(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節省能量。[7]
TEEN通過各簇頭向整個網絡下發兩個閾值:硬閾值和軟閾值。當檢測值超過了硬門限,它被立刻發送出去;如果當前檢測值與上一次之差超過了軟門限,也被立刻發送出去。采用這樣的方法,可以監視一些突發事件和熱點地區,減小網絡內信息包數量。
3.2 路由技術面臨的問題和挑戰
無線傳感器網絡路由技術設計的基本特點可以概括為:能量低、規模大、移動性強、拓撲易變化、使用數據融合技術和通信的不對稱,因此無線傳感器網絡路由技術的設計要滿足以下路由機制要求。
1) 能量高效成為路由技術最重要的優化目標
低能量包括兩方面的含義,首先是節點能量儲備低,其次是指能源一般不能補充。傳感器網絡節點通常是一次部署,獨立工作,所以可維護性很低。相對于傳感器節點的儲能,無線通信部件的功耗很高,通信功耗占了節點總功耗的絕大不部分。因此,研究低能耗的路由協議極為迫切。
2) 使用數據融合技術
在無線傳感器網絡中,感知節點沒有必要將數據以端到端的形式傳送給匯聚節點或網關節點。為了減少流量和耗能,傳輸過程中的轉發節點經常將不同的入口報文融合成數目更少的出口報文轉發給下一跳,這就是數據融合的基本含義。采用數據融合技術意味著路由協議需要做出相應的調整。
3) 通信不對稱,流量分布不均勻
無線傳感器網絡是一個數據采集網絡,絕大部分流量是由各個傳感器流向匯聚節點,因此,流量分布極不均勻。體現在源節點和目的節點不對稱,源節點眾多而目的節點單一;傳輸方向不對稱,以匯聚節點為目的的數據流遠遠超過以它為源節點的控制流。
4 無線傳感器網絡的應用領域
由于無線傳感器網絡具有配置靈活和組網方便等優勢,在軍事、環境保護、家庭和醫療護理、災難拯救等方面都顯示了廣闊的應用前景,并將逐漸深入到人類生活的各個領域。
1) 軍事 快速布置和自組織等特性使得無線傳感器網絡非常適合用于戰場環境,不僅可以實時監控我軍兵力、裝備和物質等信息,也可以將大量的傳感器節點部署在敵方戰場上,跟蹤敵人的軍事行動。
2) 環境保護 隨著社會各界對環境問題的關注程度越來越高,需要采集的環境數據也日趨增多,無線傳感器網絡的出現可以避免傳統數據收集方式給環境帶來的侵入式破壞。比如,跟蹤候鳥和昆蟲的遷移、研究環境變化對農作物的影響、監測海洋、大氣和土壤的成分等。
3) 家庭和醫療護理 在醫療研究及護理領域,無線傳感器網絡也起來很大的作用。病人可以隨身攜帶若干體積微小的傳感器節點,可以對病人的心跳速率、血壓等進行實時檢測,若發現異常可以盡快搶救。同時還可以用于醫院的藥品管理,將傳感器節點按藥品種類分別放置,計算機系統即可幫助辨認所開藥品,從而減少病人用錯藥的可能性。
4) 災難拯救 在發生了地震水災、強力暴風雨或遭受其他災難后,固定的通信網絡設施可能被全部摧毀或無法正常工作,對于搶險救災場合來說,就需要無線傳感器網絡這種不依賴于任何固定網絡設施、能快速布設的自組織網絡技術。
無線傳感器網絡還被應用于其它一些領域,比如一些危險的工業環境如井礦、核電廠和交通領域中作為車輛監控等;此外還可以應用于空間探索,借助于航天器在外星體撒播傳感器節點,可以對星球表面進行長時間的監測。
5 結論
無線傳感器網絡,是一種全新的信息獲取和處理技術,具有信息采集處理和傳輸等功能。本文對無線傳感器網絡做了簡要的概述,并對作為組網基礎的路由技術做了初步的介紹。無線傳感器網絡作為無線傳感器的應用,盡管目前仍處于初步應用階段,網絡安全研究方面還面臨著許多不確定的因素,但已經展示出了非凡的應用價值。相信在不久的將來,會對人們的生產生活起到不可估量的作用。
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