時間：2022-02-22 02:13:47
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篇云計算數據論文，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。
1 文獻統計數據及分析
筆者在中國知網（cnki.net）的中國期刊全文數據庫、中國學位論文全文數據庫和中國會議論文全文數據庫檢索題名包括“云計算+檔案”、 “云技術+檔案”和“云檔案館”的文獻（檢索時間為2014-3-12），刪除其中新聞報道性和重復性的論文后，共檢索出78篇論文。
1.1 時間分布。這78篇相關論文的時間分布如表1所示：
由表1可見，我國檔案學界對云計算的研究始于2009年，2009年后開始引起學者較多關注，到2013年掀起一個較小的研究（2013年發表相關論文共33 篇），但是依據百度和Google的搜索結果，尚未出版云計算應用于檔案管理的相關著作。
1.2 主題分布。上述78篇論文，其研究的主題可以分為理論研究（介紹云計算的概念、特點、優勢，應用的可行性、問題及對策等）、具體應用（研究云計算在檔案業務環節的具體運用，如備份、整合與共享、利用與服務、云檔案館等）、系統和平臺構建（研究基于云計算的系統和服務平臺架構、服務模式等）和應用的安全性。78篇論文的主題分布如表2：
從研究的主題來看，目前檔案界對云計算的理論和應用設想方面的研究占主導，分別占全部論文的43.6%和44.9%。但是，基于云計算的系統、服務平臺構建的研究論文只有5篇，對于如何用技術手段來實現“云”并沒有系統深入的研究。
1.3 作者機構分布。各研究主題的作者機構分布見表3：
從表3可以看出，78篇研究論文作者中有22篇來自高等院校的檔案院系，占全部論文的28.2%。26篇論文作者來自其他機構，約占33.3%，其他機構包括高校除檔案院系和檔案館室的其他院系和部門、事業單位、軍隊檔案館等。從表中數據看，高等院校的研究者傾向于研究云計算在檔案業務環節的具體應用，而其他機構的研究者更注重理論研究和云計算在人力資源檔案、會計檔案、健康檔案等領域的應用與實現。
2 主題分析
2.1 云計算的概念和特點。田雷提出：“云計算是一種網絡服務方式，提供了IT服務的一種交付和使用模式，用戶可以通過網絡租用或免費獲取所需服務。”他還提出目前云計算的三個服務層次：基礎設施即服務、平臺即服務、軟件即服務[2]。黃正鴻認為，云計算旨在通過網絡（互聯網和內部網）以按需、易擴展的方式獲得所需的硬件、平臺、軟件及服務等資源。其特點可以歸納為：資源池；按需、自助；快速彈性；廣泛的網絡訪問；可度量的服務[3]。陳康明認為，云計算是基于網格計算、分布式計算、并行計算、效用計算、網絡存儲、虛擬化、負載均衡等已有網絡技術發展起來的一種基于互聯網絡的服務信息共享模式。云計算的特點是：數據存儲更加可靠、安全；資源的合理分配；先進技術理念帶來的以用戶為中心的個性化服務[4]。
2.2 云計算在檔案領域應用的可行性分析。劉永提出，云存儲在技術、管理和經濟上已經具備了數字檔案存儲的基本條件。云存儲技術是分布式文件系統技術、網格技術、集群應用等技術的集成，后三種技術在理論和實踐上都逐漸成熟。云存儲將分散在各地的數字信息集中存儲，各檔案館（室）可以根據需求來申請適當的存儲空間，降低了資金投入[5]。朱悅華、何麗萍、丁建萍認為，云計算時代“云檔案”的實現具有較為完備的云計算理論基礎、較為成熟的云計算技術條件、較為低廉的云計算經濟成本和較為完善的云計算實踐環境[6]。
2.3 云計算在檔案管理中的應用優勢。文杰提出了云計算在數字檔案館應用中的四大優勢：確保檔案服務器的可靠運行，降低服務器的出錯概率；降低相關的維護費用；擴展了信息資源共享范圍；豐富的終端設備[7]。彭小芹、程結晶結合云計算的特點提出云計算在檔案領域的應用優勢，即可靠、安全的數據存儲；方便、快捷的云服務；強大的計算能力；諸多技術的集合體；經濟效益；個性化；以用戶服務為中心[8]。祝慶軒、桑毓域、方昀提出了云檔案館模式的優點：有利于政務信息公開；有利于統一全國各地區檔案工作標準；有利于節省軟硬件投資；有利于減少對計算機人才的依賴[9]。
2.4 云計算應用面臨的問題和對策。黃正鴻提出云計算技術本身存在的一些問題，如標準問題、版權糾紛問題、數據隱私問題、安全問題、軟件許可證問題、網絡傳輸、用戶使用習慣問題等[10]。陳康明認為，云計算應用面臨的首先就是信息安全問題；其次是執行的國際標準問題。對策是完善基礎設施建設；制定安全監測環節和相關技術；制定監督和管理機制[11]。文杰認為，云計算應用面臨的問題主要有資源的選擇問題；協議和接口問題；數據安全問題。對策包括加強人才隊伍建設；完善基礎設施建設；制定相關政策規范云計算標準；提供基礎建設的統一監控、管理和控制；加強安全檢測[12]。
2.5 云計算在檔案領域的應用設想
2.5.1 云計算在檔案存儲、共享與服務中的應用設想。田雷提出可以通過“基礎設施即服務”整合檔案行業的服務器、存儲器等設備，部署“云計算”環境，向各級檔案部門提供基礎設施服務[13]。陶水龍提出了基于云存儲技術的檔案數字資源的云備份和多套多地的檔案數字資源備份數據存放策略，建立了云備份系統架構及其運行機制[14]。呂元智提出了國家檔案信息資源“云”共享服務模式，將分散的國家檔案信息資源通過云服務平臺組織起來，形成一個個檔案信息資源服務“云”[15]。祝慶軒、桑毓域等提出檔案館館際云服務，將檔案館電子文件信息置于云中心，用戶可以利用云計算技術檢索云檔案館“虛擬資源池”[16]。卞昭玲、李俐潁等提出通過云存儲解決檔案信息的存儲、檔案信息的收集問題，同時可以共享檔案信息 [17]。
2.5.2 云計算在專門檔案領域內的應用研究。廖玉玲提出了基于云計算的建設工程檔案全過程監管模式的系統方案[18]。劉振鵬、卞昭玲等提出了基于云計算的區域電子健康檔案服務系統[19]。鄧嵐提出運用云計算技術搭建國家綜合減災信息管理與服務系統，并分析了云計算技術在災害檔案信息管理中的應用優勢和障礙[20]。
2.6 基于云計算的數字檔案管理系統和平臺構建。程春雨提出國家開放檔案信息資源共享利用系統應采用兩級部署方式，分別部署在中央云中心和50個國家綜合檔案館。中央云中心應用系統開發主要包括檔案信息資源整合系統、平臺管理系統、國家開放檔案信息資源共享利用門戶網站；省節點應用系統開發主要包括省節點檔案信息資源整合系統和基礎工具包軟件[21]。程結晶提出要構建統一的云存儲平臺，采用虛擬化技術，開發基于“元數據”訪問的分布式數字檔案數據訪問接口，構建完整的云服務平臺來實現數字檔案資源的訪問服務、請求認證服務、安全數據傳輸服務和快速資源搜索和資源發現服務[22]。鄭光輝提出了基于云計算技術的數字檔案利用系統設計方案，詳細描述了基于云計算的檔案信息資源整合系統、云平臺管理系統及開放數字檔案利用門戶設計方案[23]。蔡學美提出云計算數字檔案館系統主要是由云計算數字檔案管理應用程序、數字管理節點、計算機專用網絡、安全防火墻、公用和私有的硬件設施等構成[24]。朱悅華、何麗萍等提出構建“云檔案”資源共享系統，其系統理論模型由資源層、管理中間件層和服務層等三層構成[25]。
2.7 云計算應用的安全性。徐華、薛四新等提出云數字檔案館安全保障體系應包括防御系統、監控系統、容災備份系統、應急響應系統和技術支撐系統，通過安全法規體系、安全組織體系、安全管理制度體系、安全人員培養和培訓體系來保證[26]。崔海莉、張惠達提出將檔案信息管理系統推入云的基礎設施上，服務中斷、數據失真、敏感信息泄露是可能遭遇的技術風險，組織策略、準入退出機制是可能遭遇的管理風險[27]。
3 問題與展望
3.1 問題。首先，研究內容重理論輕技術。當前對于云計算基礎理論的研究較多，關于如何運用技術手段實現其具體應用的研究較少。78篇論文中只有5篇從技術角度闡釋了云計算應用于檔案領域的具體實現方式。應用設想相關論文僅僅止步于“設想”，對具體應用及如何實現其應用輕描淡寫，缺乏技術因素。
其次，研究缺乏實踐基礎。相對于云技術在其他領域的快速實現，傳說中的云檔案館、檔案云尚未付諸實施，對于云技術的應用需求也沒有實際調研，因此，大多數研究缺乏一定的實踐基礎。
3.2 展望
3.2.1 研究內容。首先，對云計算的應用研究應更多關注檔案資源的共享與服務。云計算的精神內核在于資源的共享。在全新的云計算模式下，研究者應站在整個國家檔案資源共享和利用的角度謀劃“云”，探尋如何利用云計算技術更加科學地整合和共享全國檔案信息資源，并向公眾提供高效快捷的信息服務。其次，適當擴展研究內容，構成完整的研究體系，例如，云計算環境下傳統的檔案管理模式和管理策略是否發生變化？云計算在檔案部門有效應用應具備哪些條件？“云”之間如何交互協同？云計算的行業標準研究等。最后，與國外相關研究相比，國內研究應更注重云計算在檔案領域的實際應用與技術實現。
關鍵詞 云計算；WEB；數據挖掘
中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2013）14-0064-01
并行計算技術、軟件技術以及網絡技術等多元技術發展后，出現了云計算技術。云計算商業價值以及科研價值都獲得了肯定，IBM、Google等公司都非常重視云計算技術。隨著云計算的快速興起與發展，在數據存儲與商業化應用方面將得到顯著提升，這也是云計算技術的一大重要價值所在。Web數據挖掘凸顯出極大的應用價值。本文分析了云計算框架下的Web數據挖掘算法。
1 云計算的關鍵技術
與一般計算不同的是，作為一種超級計算，云計算的核心信息是數據，且屬于密集型。在數據存儲、數據管理以及編程模式等多方面凸顯出個性化的特點。本章所介紹的有關云計算的數據存儲技術、虛擬化技術、數據管理技術以及編程模式。
1.1 大量分布式存儲技術
在云計算技術中，其關鍵的分布式存儲具有諸多優點：有精確性、高效率以及實用性等。采用冗余存儲的方式能夠保證數據存儲的精確性。而硬件上所存在的缺陷可通過適當的軟件來完善，因此擁有了大量的分布式存儲技術，經濟性與實用性等特性比較地突出。
1.2 數據管理技術
云計算系統含有數項服務內容，諸如分析大數據集的特點并及時地采取相應的處理和分析的方式，從而凸顯出運行的高效性優點。因而，全面高效地管理大數據集是云計算數據管理技術中不可或缺的一項重要內容。在數據管理下，還可以迅捷地搜索到預定的數據。
1.3 虛擬化技術
作為一類分配計算資源的途徑，虛擬化技術也是云計算中的重要技術。該技術把不同級別的應用系統，諸如硬件、軟件、數據、網絡以及存儲等系統獨立化，肢解數據中心、服務器、存儲、網絡、數據以及應用物理設施內部的分工狀態，達到動態構建體系結構的目的，完成集中管理以及共時使用的物理資源以及虛擬資源的任務。虛擬化技術強化了結構體系的彈性以及靈活性，減少了開支，完善服務，盡可能都規避管理風險。
1.4 并行編程模式
云計算的編程模型的確立必須要關注到后臺的保障性作用，在具體的執行過程中要確保其合理的進度。這樣才能夠使得云計算資源得到最大限度地使用，用戶也能夠更為便捷地使用該項資源。
云計算所采用的模式是Map-Reduce編程。最初的一個任務會形成“樹枝狀”的結構，其下的子任務會通過Map以及Reduce等流程來加以執行，從而保證任務能夠及時準確地完成。
2 Web數據挖掘
Web數據挖掘是由Web、數據挖掘、計算機語言學以及信息學等數個學科構建而成。數據挖掘技術以及Web通過一定的途徑得到了有機的統一整合之后，顯現出綜合性的特性。在對挖掘對象展開比較全面分析的基礎上，Web數據挖掘又被細化成包括內容、結構以及使用等方面的挖掘方面。其中，內容挖掘的內涵界定為：經由人工化的組建模式，在Web環境下從相關的文件夾中提取使用者所需信息；結構挖掘的內涵界定為：經由人工化方式下，針對多項結構進行挖掘，通過多種途徑方式從中提取出使用者所需信息；使用挖掘的內涵界定為：將挖掘的對象聚焦于日志文件以及內在所包含的數據內容作為突破口，發掘本站點的瀏覽人及其用戶數量。
3 基于云計算的數據挖掘技術
當下的數據挖掘技術已廣泛地運用于網絡安全、搜索引擎、電子商務以及信息通信等諸多方面，效果也讓人滿意。其中，下面的幾類程序應用的范圍更為廣泛：基礎設施也就是服務（IaaS）型的計算密集型并行處理應用程序、平臺也就是服務（PaaS）型的網絡業務以及軟件應用即服務（SaaS）型的Web2.0應用程序。與以前數據挖掘技術相同的是，基于云計算的數據挖掘也要做好有關數據的預處理、挖掘以及評估結果模式等多項工作。點擊流決定了大多數的網站數據格式，因此，基于云計算的數據挖掘技術方式和以往的數據庫格式相異。
3.1 數據的收集和處理
該環節要采用決策樹區工具來區分用戶訪問數據以及Web機器人訪問數據。同時，在該環境下，基于網絡的大規模數據的展開過濾、轉換與整合等工作內容都將得到解決，且還能將對應的數據轉換為半結構化XML文件，然后將其保存至分布式文件體系內。
Google 公司最近推出了Map-Reduce新型并行編程。它把并行化、容錯、數據布局、負載均衡等多項功能集中于庫中，并把系統操作數據的流程總結成2個階段：Map 階段以及Reduce 階段。運用Map-Reduce途徑來搜集數據比較地廣泛，但開發工具Hadoop本身并不完備，通過窗口技術可以把數據加以分離，且將滿足條件的動態數據進行連續性的靜態狀況呈現于窗口內，因此，抽樣、直方圖以及小波變換或哈希等途徑可以及時地保存數據結構及其數據信息內容。系統本身并不具備保存掃描、搜集數據的功能，卻算法也并不復雜，同時，應用程序又牽涉到利用歷史數據的功能，從而弱化了整個系統的功能。目前有數個研究機構構建相關系統項目，包括STREAM，TelegraphCQ以及Aurora等，但影響并不明顯。
3.2 數據存儲
基于云技術進行數據挖掘，要關注到搜集、處理數據時的高效性，同時還要注意如果節點失效，還應該注意遷移計算以及存儲的數據內容。因此，還要借助于冗余存儲的方法來確保數據儲存的穩定性與可靠性。
在云計算數據存儲應用領域中，非開源系統最為著名的當屬Google公司旗下的GFS，開源系統最為著名的則是Hadoop開發的HDFS，這兩大系統現已得到極為廣泛的發展與應用。隨著技術的深化，今后在多個領域中的應用也將得到進一步提升，尤其在對數據存儲和計算的遷移工作中，將打破當前效率低下的困境，使得數據處理效率得到顯著提升，并促進其商業化應用。
4 結束語
在云計算背景下的WEB數據挖掘已然成為當前國內外計算機領域的熱門課題，其研究成果的應用范圍極其廣泛，具有很高的現實價值。
參考文獻
[1]王鵬.走進云計算[M].北京：人民郵電出版社，2009（6）：182.
[2]陳修寬.Web數據挖掘綜述[J].山東輕工業學院學報，2009，23（3）：23-8.
[3]劉麗珍.網絡結構挖掘的關鍵分析[J].計算機應用研究，2003（5）：116-118.
關鍵詞：云計算；圖書館；遠程數據存儲；服務器
中圖分類號：G250
文獻標識碼：A
文章編號：1009-2374（2012）17-0015-03
1 概述
云計算是指將IT相關的能力以服務的方式提供給用戶，允許用戶在不了解提供服務技術、沒有相關知識以及設備操作能力的情況下，通過Internet獲取需要的服務。亞馬遜的創始人杰夫·貝佐斯（Jeff Bezos）曾反復強調過“70/30規律”：在那些運行應用程序的事務中，有70%的時間和金錢都花費在支持和維護基礎設施方面，而真正花在革新和發展業務的方面只占30%。而對于圖書館來說，曾有業內人士表示，他們花在基礎設施上的時間和金錢更是遠超過70%。因此，云計算方案的目的就是讓一個業務或組織能專心致力于其核心任務，而不是專注于怎樣把成果傳遞給顧客即技術問題。圖書館可以應用云計算的理念，放大合作的力量，從而在互聯網上建立一個有意義的聯合體。
云計算技術為圖書館帶來的機遇可以體現在兩個方面：一是推動圖書館本身運營管理等所需技術的進步；二是提高數據的使用效率；三是更大程度地實現信息共享。
2 推動技術進步
世界第一大社交網站Facebook成功的原因之一就是為用戶創造了開放的平臺，任何人都可以在上面創建自己的程序然后付諸應用。通過向Facebook的學習，近5年來圖書館員便集中注意力創建開源的圖書館管理系統。而現今兩大手機操作系統：蘋果和安卓，它們的網上商城使分享新發明變得如此簡單。同樣，圖書館應該思考怎樣更好地與其他人分享技術創新的成果。圖書館的支柱就是圖書館管理系統（LMS或ILS），這些系統大多是封閉的專用系統，對于它們來說使用新技術不僅困難，需要很高的成本，而且它們不得不依賴系統的賣方來進行與外部系統的整合。在過去的時間里，圖書館需要添加系統來管理不斷變化的館藏，這期間完成了從手工管理到手工與數字相結合的過渡。在云計算時代下，圖書館要改變的就是管理其核心服務的
方式。
首先，圖書館要做的就是建立開放的面向服務的架構。許多云計算解決方案就是利用這種形式，為用戶提供開放的API方便任何程序使用。這意味著如果新的技術服務出現，圖書館不再需要依賴系統供應商或者其他第三方，就能使用這些技術和服務。現有的圖書館已經使用某些API來連接外部服務，但他們保留了原始的封閉的專用系統，這使他們很難與外部服務真正整合起來。其次，圖書館可以跳出技術的限制專注于館藏建設、讀者服務和改革創新。服務器可以“宣布退役”，也不需要每隔五年就要替換。圖書館員再也不需要維修計算機來確保它負載本地系統正常運行，也不用擔心存儲是否夠用。因為他們完全可以建立一個“私有云”來存儲自己的收藏。云計算技術還可減輕圖書館員的負擔。如今，許多圖書館員發現使用Google Docs可以幫助他們完成像撰寫論文這樣的需要合作的工作。它使得圖書館員無論在何時何地都可以共享手上的工作。另外，圖書館可以鼓勵用戶開發自己的應用程序放到網上，使用在線軟件來管理視聽資源，圖書館的IT部門可以很靈活地通過與供應商溝通提升他們的云計算數量，可以不用購買硬件設施就享受最新的軟件服務?；谝陨希坏﹫D書館系統采用開放的云計算方案，將大大減少人力和物力成本，圖書館這個群體本身就可以開始延伸其核心服務并在圖書館團體間通過云計算分享成果。
3 提高數據效率
網上商城eBay在數據整合方面做得很好。他們擁有大量關于物品的信息，賣家可以在上面將商品拍給出價最高的買者，而買家則可以對物品進行打分評價。圖書館應該向eBay學習整合數據，這樣做不僅利于圖書館員，更有利于信息的搜索者和使用者。數據的范圍不只局限于目錄數據，也要包含其它諸如知識基礎數據、許可證數據、供應商數據等。這樣的轉變可以利用云計算來完成，既提高了圖書館的效率，也在圖書館員和用戶間建立龐大的合作性團體。
首先，要想提高數據效率先要認識到圖書館每天都在成百上千次地存取相同的數據，當數據保存在“云”上時，數據的保存和備份同時進行，一旦一個圖書館改變了數據，其它圖書館將共享這個改變。將數據存儲在“云”上的另一個好處就是帶來協作管理的機遇。圖書館可以通過共享數據庫進行合作性館藏構建、合作性存儲與數字化、合作性資料分享。通過廣泛聚合數據，圖書館也可以基于大量常用數據的基礎上開發新的服務如提醒服務。數據整合可以吸引更多的用戶與數據交互，添加內容并且反復使用。這樣就意味著像eBay那樣，用戶之間是互利互益的。云計算具有很強的靈活性，因此，用戶可以不再局限于通過計算機來使用圖書館服務，通過手機、PDA等移動設備，用戶同樣可獲取需要的信息，圖書館甚至可以像其他應用程序那樣開發出手機客戶端，使瀏覽訪問圖書館網站成為一種時尚和習慣，這樣也大大增加了數據的使用
效率。
4 實現信息共享
云計算環境下圖書館的聯盟實質上是兩種團體的結合，一是單獨機構內或若干機構間的合作團體，另一個就是圖書館和信息搜索者建立的外部團體。網絡化的圖書館聯盟將會大大節約成本，提高數據利用率，并且能群策群力方便做出更好的
關鍵詞 數學建模 獨立學院 課程改革 實踐能力
中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2015.02.044
Independent College Mathematical Modeling Education Curriculum Reform
――Take College of Arts and Sciences， Yunnan Normal University as an example
LIU Ruijuan[1]， YANG Bin[2]
（ [1]College of Arts and Sciences， Yunnan Normal University， Kunming， Yunnan 650222;
[2]Yunnan Institute of Electronics Industry， Kunming， Yunnan 650031）
Abstract This article from the reality of Yunnan Normal University of Arts， discusses the characteristics of Mathematical Modeling Course and the creation of the significance of this course， and then analyzes the independent Institute of Mathematical Modeling Courses problems proposed curriculum reform and solve mathematical modeling ideas. By selecting the appropriate course materials and auxiliary teaching materials， teaching and the establishment of mathematical modeling contest guide the team to achieve classroom case discussions and presentations combine teaching mode， associated with the creation of mathematical modeling curriculum support programs， such as probability theory， mathematical analysis ， operations research， graph theory and other courses， assessment methods diversified， respectively， classroom attendance， classroom discussion to answer the performance aspects of modeling large peacetime operations and final quality modeling work， modeling reply comprehensive assessment， in addition to organize students to participate actively in the network challenge and the National mathematical Contest in Modeling and other students， with remarkable results.
Key words mathematical modeling; independent college; curriculum reform; practical ability
數學建模課程是20世紀80年代初在我國理工科大學開設的一門重要的數學課程。由于數學建模過程幾乎模擬了科學研究的全過程，因而對于培養大學生的科研能力與創新意識和應用數學能力具有特殊的作用。而數學建模的多媒體教學，作為一種現代化的教學手段，具有形象直觀、信息量大、交互性強等優點，對于發揮學生的主體作用、促進學生主動學習和培養學生創新能力也非常有益。這些能力也正是我們大學數學素質教育所要努力追求的。
目前國內關于數學建模課程改革的研究論文雖然比較多，也有一定的成果，當時均處于探索階段，并且從目前數學建模課程教學改革的相關文獻可以看到，大部分這方面的研究都集中體現普通高校和研究型高校或者數學建模課程的改革方案和與能力培養方面的關系，然而，盡管不少普通大學和研究型大學都在大膽嘗試建模課程體系改革，但針對獨立學院實際的數學建模教學改革基本空白，對數學建模課程的具體化改革對象和成果展現等方面的研究更是少見。
云南師范大學文理學院建模課程開展時間較短，從內容到體系均有待完善，所以本文就云南師范大學文理學院的實際探討數學建模課程的改革及其成效，從而達到促進建模的教學工作，提高教學質量，同時提高自身的素質水平。
1 在獨立學院開設數學建模課程的意義
云南師范大學文理學院自辦學以來，針對學生的缺點和不足，以新的視角，欣賞學生的特點，梳理學生的優勢，客觀評價學生，掌握學生的優勢、優項，樹立教學信心，以積極的態度開展教學工作。培養學生處理相關信息和大量數據的能力，在數學建模過程中，我們引導學生針對所研究問題進行收集、加工，處理和應用信息的能力。學會提煉有用信息，并恰當地運用信息，并學習使用計算機和相應的數學軟件。
在建模過程中我們要求學生充分發揮想象力和動手能力，采用類比的方法把表面上完全不同的實際問題，用相似的數學模型去描述解決他們，逐步達到觸類旁通的效果。
另外，因為數學建模課程主要涉及的都是現實生活中的實際問題，通過數學建模課程的學習和數學建模競賽的參與，可以極好地鍛煉學生的論文寫作能力和創新能力，同時提升學生的參與意識，為以后的學習和工作打下良好的基礎。所以在獨立學院開設數學建模課程具有重要的意義。
2 云南師范大學文理學院數學建模課程的特點和存在的問題
2.1 云南師范大學文理學院數學建模課程的特點
（1）先修課程和應用課程較多。數學建模課程需要眾多的先修基礎數學課程和數學軟件課程，如數學分析、運籌學、微分方程、概率論與數理統計、圖論、計算方法、計算數學、解析幾何，MATLAB，Mathematics，lingo等，我院信息工程學院在開設數學建模課程的前期或者同時開設上述相關課程，因為需要具備扎實的專業功底，才可能較好地學習數學建模課程。
（2）教學方式靈活多變。各大高校數學建模課程是基本是案例式教學，每個章節以例子來說明，如商人過河問題，交通流問題，減肥問題，旅游地的選擇問題等等，均是和實際聯系較為緊密的身邊的問題，激發學生的學習興趣。但是也有一些常見的建模方法可以類比推廣，如層次分析法，灰色關聯度分析法，時間序列法，排隊論等，我們都是有針對性地選取教學內容以適應學生現有的知識結構和接受能力。教學方法上我們采用講授法、探討法、歷年真題論文案例法（包括學生平時作業點評）等。
（3）教學設備手段先進。建模課程需要處理大量的數據，我院配備了先進的投影多媒體教室，并且開設了與建模相關的Matlab，Mathematica等數學軟件。
（4）實用性強。數學建模課程的案例基本都來自實際問題，如人口、天氣、干旱等的預測模型，優化模型，決策模型，控制模型等。這些模型的引入，讓學生更加深刻地領會數學建模課程的實用性。
（5）課程較難學。數學建模課程涉及的領域廣，知識面大。通的（交通流問題），醫療領域（看病排隊問題）等，采用的各領域的知識較多，很多時候都是現學現用，需要很高的領會能力和接受能力，這對學生和教師要求都比較高。
2.2 云南師范大學文理學院數學建模課程存在的問題
本文作者從2011年開始講授數學專業的數學建模課程，數學建模作為數學專業的專業基礎課程，在教學過程中發現數學建模課程存在的問題。
（1）教材涉及面太廣，如姜啟源的《數學模型》教材是我國自開設建模課程以來比較權威的一本建模教材，很多高校都在使用，但是從初等模型、簡單的優化模型、線性規劃模型、微分方程模型到馬氏鏈模型等共13章，而課程安排只有周4課時，教學時間上較為緊張;另外整本教材基本都是案例，內容多且涉及的數學建模方法很少，學生看著一本厚厚的教材，心里難免畏懼，而實際上并不能完全講授;對于三本獨立院校的學生來說，專業基礎不是很扎實，教材一些內容較深，學習起來較為吃力。
（2）課堂教學基本以教師為中心，教師采用純講授的教學方法，學生很少參與，因而缺乏學習數學建模的興趣與積極性，學生也怕學。
基于上述問題的存在，影響學生學習數學建模課程的積極性，并且我們要參與各類建模賽事，如果不及時進行教學改革，勢必影響教學和學習效果，在建模競賽中也難取得較好的成績，雖然關于建模課程改革的課題和論文較多，但是緊扣我院實際的還基本空白，不利于應用型人才的培養，所以有必要對現有的數學建模課教學模式進行改革。
3 對云南師范大學文理學院數學建模課程改革嘗試的思路
本文作者從2011年開始教授數學建模課程開始，就在實踐中開始摸索適合云南師范大學文理學院的數學建模課程改革思路，經過幾年的實際教學和競賽指導，主要收獲如下：
（1）主體教材輔助方法、軟件教材進行教學。目前作者使用的姜啟源編寫的《數學模型》對于獨立學院的學生來說這本教材內容太難、太多了。作者近年來除講解教材的基本模型外，嘗試對教材進行補充、重組和開發，具體方式有根據歷年的全國建模競賽的題目類型，有傾向性地進行教學安排，并插入歷年建模真題和常用方法進行課堂講授，同時插入一些實際問題讓學生進行建模論文的寫作，根據我院學生的數學基礎和競賽的實際（對歷年的真題出現的題型和用到的方法出現的頻率）對章節進行取舍。
（2）數學建模課程教學方法改革。由于數學建模課程要進行實戰演練，在學期配備相應的建模大作業習題，如手機購買問題，地方人口問題，水資源短缺問題，氣候干旱問題，網吧數量萎縮等實際問題，要求學生在指定的時間內進行數據收集，整理，分析處理并以論文形式展現研究成果，同時安排論文模擬答辯，鍛煉學生的解決實際問題的能力。同時學院也積極聘請省級建模專家進行專題講座，提高大家學習的積極性。
（3）數學建模課程教學競賽團隊。我院近年來連續積極組織學生參加各類官方、民間數學建模競賽賽事。我院專門組建立了一支建模指導教師團隊，除了學期必修外，在全國建模競賽前的假期還專門組織學生進行賽前培訓，教師負責制分專題講授離散模型、連續模型、優化模型、微分模型、概率模型、統計回歸模型和軟件講授、論文寫作等，突出體現教師的專長，提高了課堂教學效率，增強了學生學習的積極性。
（4）開設與數學建模課程相關的軟件課程。為了讓學生更好地參與到數學建模中來，我們從大學一年級就有針對可開設數學軟件和建模講座。開設Mathematic，MATLAB，Lingo等軟件選修課，進行數學的應用與建模能力的培養，提高學生數學建模能力，在運籌學等課程中，有意識地讓學生進行作業的排版練習，如WORD，EXCEL等常用排版計算軟件。
（5）通過積累建立數學建模課程學習資源。如本校學生歷年的較優秀的參賽論文，平時作業
教師教案、課件等，數學建模優秀論文等學習環境和信息交互空間。另外，給學生身邊實際的問題，如云南水資源短缺問題，干旱氣候預測問題，地區人口預測問題，網吧問題等進行建模練習，讓學生把數學建模課程與實際應用結合起來。
（6）課程考核形式多樣化。本文作者通過課堂考勤，課堂回答問題，課堂討論，平時作業，期末大作業，作業課堂答辯等多種方式結合的方法進行課程考核。根據問題的大小，由學生獨立或組隊完成實際問題，若完成得好在原有成績的基礎上獲得“平時成績加分” ，給出最后考核的分數，提高學生學習數學建模課程的積極性，從而提高學生的建模能力。
（7）積極組織學生參加全國大學生數學建模競賽和各類網絡建模賽事。截至目前為止，我們已經連續五年組織學生參加全國大學生數學建模競賽，連續兩年組織學生參加“認證杯”數學中國數學建模競賽，成績優良。并且由信息工程學院定期舉辦建模和軟件講座參與各類數學建模比賽，熟悉比賽流程，了解論文撰寫過程，為每年九月的全國數學建模做準備。
4 建模課程改革初步成效體現
我校作為獨立學院從2010年開始嘗試開設數學建模課程，推動大學數學素質教育方面，進行了一些探索和實踐，并同年開始組織學生參加全國數學建模競賽和網絡建模競賽，成效顯著。
首先，從競賽獲獎來看，2010年全國大學生數學建模競賽中，4個參賽隊分別榮獲1個省級一等獎，占總獎項的25%;2個省級二等獎，占總獎項的50%;1個省級三等獎，占總獎項的25%，獲獎率100%;
2011年全國大學生數學建模競賽中，4個參賽隊分別榮獲1個省級一等獎，占總獎項的25%;2個省級二等獎，占總獎項的50%;1個省級三等獎，占總獎項的25%，獲獎率100%;
由于從2012年開始，數學建模競賽組委會對建模獎項做了限制調整，獲獎比例僅為原來的50%，所以2012年全國數學建模競賽指導的參賽隊教練組15個參賽隊其中榮獲2個省級一等獎，1個省級二等獎，9個省級三等獎，獲獎率為80%，其中省級一等獎占總獎項的16.7%，省級二等獎占總獎項的8.33%，省級三等獎占總獎項的75%。
2013年“認證杯”數學中國數學建模網絡挑戰賽2個隊參賽，第一階段兩個參賽隊均獲云南最好成績全國二等獎，第二階段一個隊榮獲云南省唯一個全國一等獎，取得全球建模能力高級認證;另一個參賽隊榮獲全國三等獎，取得全球建模能力基礎認證，獲獎率100%。
2013年全國數學建模競賽，26個參賽隊參賽，其中榮獲1個國家二等獎，2個省級一等獎，3個省級二等獎，4個省級三等獎的優異成績，獎項水平首次沖入國家獎項，建模水平大幅度提高，其中全國二等獎占總獎項的10%，省級一等獎占總獎項的20%，省級二等獎占總獎項的30%，省級三等獎占總獎項的40%。
2014年全國數學建模競賽，22個參賽隊參賽，其中榮獲2個國家二等獎，2個省級一等獎，4個省級二等獎，4個省級三等獎的優異成績，獎項水平較上年建模水平大幅度提高，其中全國二等獎占總獎項的16.7%，省級一等獎占總獎項的16.7%，省級二等獎占總獎項的33.3%，省級三等獎占總獎項的33.3%。
可以看到從開設數學建模課程以來，我校的數學建模水平到目前穩步提升，很好地鍛煉了學生的創新能力和動手能力，同時增強了學生學習的自信心和積極性，成效顯著。其次，從綜合能力來看，通過建模課程的改革，學生的應變能力和思維能力都獲得了很大的提升。
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混凝土公司的集約度不斷出現提升狀態，多站化管理的效率不高問題得到了關注，所以混凝土他公司要不斷的加強信息化管理和建設，來逐漸的提升混凝土公司的競爭力。在混凝土公司信息化管理中可以采用GPS車輛定位和監控技術來進行數據的自動采集，這樣不僅僅加強了企業管理的控制性，還加強了在生產過程中的有序性，實現混凝土公司的精細化企業文化管理，不斷的提升企業的經濟效益。
關鍵詞:
混凝土公司;信息化管理;重要性;策略
我國經濟在不斷迅速發展著，工程建設的發展規模也是史無前例的，工程建設中的混凝土是主要建設材料之一，要加大混凝土建筑工程的質量和效率，所以信息化管理在混凝土企業中起著重要的作用，混凝土的生產和管理離不開計算機系統，信息化管理能夠有效的控制混凝土在生產、銷售和售后服務的應用。混凝土商品多部分為半成品，生命的周期比較短，但是供應量非常的大，在管理上難度系數比較大，如果信息掌握的不及時會嚴重影響公司的經濟效益和產品的質量，所以在信息化管理中也需要建立良好的基礎，在生產、財務管理、車輛監控系統和ERP管理系統都需要建立相應的標準，實現信息共享和數據的傳遞及時功能。
1．混凝土行業信息化管理的現狀
信息化管理是以計算機為主要工具的新生產力，當今每一個行業都會涉及到信息化管理，實現企業管理流程的精細化和智能化。在混凝土行業中也重視信息化的管理，因為混凝土行業存在面廣和人員分散的現象，不利于現場管理，如果采用傳統的管理辦法不僅費時費力，并且管理的效率也比較低。我國的混凝土行業雖然已經設立了一定的信息管理系統，但是在功能上比較單一，不能實現管理的一體化和集團化，也不能夠實現遠程管理，在經濟比較發達的城市中，信息化管理存在很大的優勢，很多企業利用遠程管理軟件來進行混凝土企業管理，而一些經濟發展比較落后的城市，網絡條件相對應的比較差，只能使用一些局域網的管理軟件。
2．實現混凝土公司信息化管理的重要意義
在我國的混凝土公司信息化管理中比較常用的系統有GPS系統和ERP系統，因為我國的混凝土行業起步相比較晚，如今的攪拌站的數量在不斷的增多，但是管理水平比較落后，一些發達城市使用企業資源管理軟件的比例比較大，在面對市場的機遇、服務水平和價格競爭的前提下，企業只有自身進行改革、創新才能提高競爭力，以往的混凝土企業只是比較關注企業內部的管理情況，而忽視了市場競爭的需求，經實際情況發現要想使得混凝土企業得到可持續性的發展，務必實現信息化管理，例如ERP軟件的運用能夠讓企業的業務流程更加的清晰，可以和合作伙伴達成公式，最大限度的減低企業的運營成本，提升企業自身的實力和市場競爭力。
2．1提高生產效率。
實現混凝土公司信息化管理可以有效的提高生產效率，在公司的內部表中很多工作已經不需要人工完全，而是系統自動就會進行更新，不僅降低了人工的成本，而且可以把數據、資料永久的保存起來，不會存在數據丟失的問題，在以后的的糾紛中可以清楚的解決結算數量和質量出現的問題，還可以根據系統中顯示的庫存量與預訂量合理的安排發貨，減少扣雜的糾紛，有效提高了工作效率。
2．2減少企業的損失。
在信息化管理中原材料的使用和消耗都會自動生成數據，工作人員是無法進行修改的，這樣能夠有效的防止員工人為因素的混凝土方量損失，這樣也是間接的為企業帶來經濟效益。從管理角度來說，企業的運營管理、車輛調配、生產質量監督、掌握的管理都能夠實現統一管理，為混凝土企業實現無死角的標準化管理的理念和完整的系統管理體系。
2．3加強企業生產經營的監督工作。
在信息化管理中高層的管理人員及時在出差時也能夠通過系統軟件隨時觀察、檢查公司的生產經營現狀，進行遠程的控制和決策，也可以在網絡中檢查商品混凝土的對口生產與質量問題，最大限度的促進了整個混凝土行業的效益發展。
3．針對混凝土公司信息化管理提出的重要措施
3．1實施規范和標準化的管理，建立完整的規則體系。
在混凝土公司信息化管理中要加強精細化管理，首先要制定相應的管理程序與制度，流程一定要標準化。因為混凝土的生產是不間斷性的，所以從ERP管理系統到最后的混凝土出戰都要有一個完整的規則體系。每一個工作人員都要有其對應的職責和權限，要把每一個經營人員的信息錄入到系統中去，在實驗室中要選擇合適的配合比，包括質檢人員要經常的檢驗混凝土的質量，只有合格的混凝土生產才有權出站。
3．2加強數據化的管理。
在混凝土公司信息化管理中要加強數據話的管理，在生產過程中以數據為標準，數據是體現企業活動的重要因素和條件，工作人員在日常就職期間每一條生產數據都要如實的記錄。數據在決策中也起著重要的作用，企業可以通過每天控制生產多少混凝土來實現工作績效，在管理系統中要錄入客戶的投訴和建議，針對這些問題找到原因并且解決問題，這樣能夠提高客戶的滿意度，也是間接的提升企業效益的有利條件。
3．3實現企業的云服務。
混凝土行業的發展離不開客戶的支持，每一個客戶都是企業的寶貴財富，所以建立企業的云服務能夠讓顧客得到最大的滿意度，云服務可以為客戶提供在線的營銷、品牌提升和售后服務問題，全方面的提高服務水平。
4．總結
實現混凝土公司信息化管理是企業可持續性發展的有利條件，信息化能夠提供一個協同發展的管理平臺，最大限度的降低企業的運營和管理成本，實現企業的最大效益化，信息化管理能夠有效的監督混凝土的質量和企業內部管理情況，實現企業的精細化管理，管理者在獲得信息時起到及時和準確的作用。實現信息化管理不只是對軟件系統的使用，更是管理全方面的一個升級，是企業走向現代化的標志，不斷的提升混凝土企業的市場競爭力。
作者： 單位：江蘇禾木市政有限公司
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關鍵詞：云計算；安全性；可信云；安全云
中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599 （2012） 15-0000-02
1 引言
隨著網絡帶寬的提升、移動互聯網的不斷發展、數據中心對于全新的結構和管理理念的需求，以及各行業對于IT需求的增長和相關技術的不斷成熟，基于云計算的各種應用在社會的眾多領域不斷被推廣展開。很多企業和機構都部分或全部應用云計算技術來部署其信息系統并提供相關服務，如今云技術已經滲透到國家關鍵部門應用中?；谠朴嬎愕膽檬沟糜脩裟軌蜃畲笙薅鹊睦糜嬎恪⒔换ァ⒋鎯δ酥翍玫菼T資源，靈活的計算能力和高效海量數據管理分析方法，更方便的獲取各類信息服務。然而盡管云計算系統功能強大，且可無限虛擬服務資源、可按定制服務需要進行交付服務計算，但假冒電子簽名、木馬攻擊與病毒損毀、電子簽名的抵賴等都在威脅著互聯網云計算的安全性。因此從云計算誕生以來，國內外的眾多學者便對云的安全性進行了很多研究。
2 云計算安全性的相關概念
2.1 云安全概述
云安全（cloud secarity）是一個綜合的概念和問題。研究的是云計算過程涉及的環境、流程、技術、管理、服務（service）等各個層面的安全問題，如果單純從某一層面去定義，無意是片面的。云安全領域研究的努力目標是達成安全云或安全云計算。
2.2 云計算服務的安全現狀
在云計算被企業接受使用的同時，一直困擾網絡用戶的安全性問題也被提上云計算使用用戶的日程上來。安全性是一個很受爭議的問題。根據IBM的調查顯示，阻礙用戶選擇使用云計算的一個重要的原因就在于云計算的服務質量以及數據安全性、私密性。在這項調查中，48%的企業認為在使用云計算時數據的可用性和可靠性是很重要的，33%的企業用戶認為云計算的法規限制是值得關注的。而在這些使用云計算的企業用戶中80%的企業認為云安全是企業的第一優先考慮因素。而縱觀Gartner、ENISA、CSA、IBM X-Force安全組織的調查報告可以發現，云計算的安全性問題涉及很多方面，其中包括：用戶數據存取權限的管理；數據存放的物理位置管理，云計算的濫用、優先權問題、訪問權限問題以及法規的適用性等。因此，在云安全問題方面，云安全技術不但要考慮技術層面的問題，還要關注管理、流程、法規等層面。
云安全面臨的技術危機包括以下幾個方面：假冒電子簽名、偽造和變造電子簽名、電子簽名的抵賴、木馬攻擊和病毒損毀等。近些年來，云服務提供商頻頻出現各種不安全的事件。
云安全通過網狀的大量客戶端對網絡中軟件行為的異常監測，獲取互聯網中木馬、惡意程序的最新信息，推送到服務端進行自動分析和處理，再把病毒和木馬的解決方案分發到每一個客戶端。云安全的策略構想是：使用者越多，每個使用者就越安全，因為如此龐大的用戶群，足以覆蓋互聯網的每個角落，只要某個網站被掛馬或某個新木馬病毒出現，就會立刻被截獲。據統計，云安全可以支持平均每天55億條點擊查詢，每天收集分析2.5億個樣本，資料庫第一次命中率就可以達到99%。借助云安全，現在每天阻斷的病毒感染最高達1000萬次。
3 可信云安全技術
雖然云計算產業具有巨大的市場增長前景，但對于使用云服務的用戶而言，云計算存在著多方面的潛在風險和各種安全問題.在客觀分析了當前云計算領域發展中面臨的安全挑戰問題基礎上，總結了云安全領域的最新研究進展，最后指出了云安全領域的主要研究方向.云計算與可信計算技術的融合研究將成為云安全領域的重要方向.
可信云安全技術采用的技術路線是互聯信息的可信云技術和安全云技術。這兩項技術的支撐是可信模式識別技術、可信密碼學技術、可信融合驗證技術。可信云安全技術還涉及云用戶端制作技術、云服務中心制作技術以及可信計算技術、云安全技術。
3.1 可信云技術
可信云技術及其可信根計算認證技術包括：針對可信云用戶加密、解密密鑰和算法的管理進行可信密碼學技術計算；針對可信云用戶端的用戶身份進行可信模式識別技術計算；針對可信云、端互動的“零知識”挑戰應答認證進行可信融合驗證技術計算。
3.2 安全云技術
安全云技術包括：形成結合傳統模式識別技術及行為密鑰技術兩大技術的可信模式識別技術；形成基于傳統密碼學技術并具有系列連續變換的可信密碼學技術；形成結合“云端零知識證明”技術的可信融合驗證技術。
3.3 可信云安全技術的關鍵技術
可信云安全的技術即可以是可信云技術、安全云技術的組合使用，又可以是兩者的獨立使用，可信云安全的關鍵技術支撐是：可信模式識別技術、可信密碼學技術、可信融合驗證技術，包括系統軟、硬件及其應用層、驅動管理層、物理邏輯層，形成可信根計算認證的內容。
（1）可信模式識別技術。鑒于傳統模式識別技術因為“拒識率”和“誤識率”的缺陷而導致的認證誤判，可信模式識別技術將傳統模式識別技術和模式識別行為密鑰技術相結合，從而使得可信云用戶端只需要到可信云服務數據中心下載該可信云用戶端軟件即可達到零“拒識率”和零“誤識率”以及防范假冒登錄等功能。
（2）可信密碼學技術。傳統密碼學在當今社會面臨的危機是安全通信定義與密碼學技術固有屬性的矛盾沖突，加密方法的可認證性依賴于密鑰的可認證性，而密鑰的安全性又依賴于密鑰的隱密性，在非對稱密鑰算法中，常用的一些算法又是潛在的攻擊手段。可信密碼學技術則對傳統密碼學技術結合點“拓撲群”變換運算技術進行擴展，從而具有了用戶密鑰管理和可信驗證的功能。
（3）可信融合驗證技術?？尚湃诤向炞C技術將傳統的融合驗證技術作為一個子集，采用可信模式識別技術和可信密碼學技術，結合“云端零知識證明”方法，具有云、端互動“零知識”挑戰應答認證功能，并可實現云、端PKI技術的功能。
3.4 可信云安全的非技術手段
在云計算的使用過程中除了技術方面的因素會阻礙云計算的推廣，還有一些非技術方面的因素，例如：云計算供應商與用戶之間是否具備嚴格的安全保密協議，云服務商與用戶的權利義務等等。針對這些因素，可信云安全可以采用一些非技術手段去加強云安全：選擇信譽好、有公信力的公司作為云服務提供商，保障云端用戶的數據安全；對于云計算的實施流程進行安全規劃，每一個步驟都明確人員的權與責、制定合理的管理機制及響應辦法；安排專職人員負責防護系統、安全審核、定制安全基礎設施等。
3.5 可信云安全的發展歷程
伴隨著網格技術、云計算技術、物聯網技術等的混合發展，可信云安全技術經歷了三個階段：可信計算與云安全技術初級發展階段、可信計算與云安全技術高級發展階段、可信云安全技術發展階段。在可信云安全技術發展階段可信計算被應用在云計算數據中心內網，可信模式識別技術、可信密碼學技術、可信融合驗證技術在云、端互動中實施。
4 結語
云計算自提出以來，因其依靠基于互聯網的強大計算能力，使得成千上萬的終端用戶都能夠云端互動、有效連接，同時依靠強大的管理平臺和超級計算模式去實施多種應用，而安全性問題則是用戶選擇云計算的一大阻礙。因此，云計算的安全性研究對于云計算的推廣應用有著極為重要的意義。物聯網通信時代即將到來，而云計算技術、云安全技術也必將會隨著這場技術變革逐漸完善。
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[關鍵詞]云計算 云協同 云時代
[分類號]G250.7
隨著信息技術的飛速發展，傳統圖書館遇到了前所未有的挑戰，同時也帶來了前所未有的機會。目前，IBM、微軟、雅虎、亞馬遜、Sun、EMC、Google等大型IT廠商都已涉足云計算。“云”計算作為一種技術與應用結合的理念，為傳統圖書館和數字圖書館未來的發展，提供了全方位的指導和啟發，也為傳統圖書館提供了一種新的運營模式，圖書館的“云”時代即將到來。圖書館作為知識和公共資源提供者，將在最大限度上滿足用戶對知識的需要，用戶可以通過各種網絡終端，任意獲得圖書館的資源和應用。各類型圖書館也將以分布式的節點方式、以極低的投入、充分利用設備資源的冗余，實現在傳統上只有大型超級計算機能夠實現的夢想。同時，各個圖書館獨具特色的館藏資源，也將納入統一的數字圖書館整體架構之中。
1 “云”計算介紹
1.1 “云”計算原理
“云”就是計算機群，每一群包括了幾十萬臺，甚至上百萬臺計算機。云計算(cloud computing)其實就是分布計算、網格計算、并行計算等既有理論的延續，其最基本的概念，是透過網絡將龐大的計算處理程序自動分拆成無數個較小的子程序，再交由多部服務器所組成的龐大系統，經搜尋、計算分析之后將處理結果回傳給用戶。透過這項技術，網絡服務提供者可以在數秒之內處理海量信息，達到和“超級計算機”同樣強大效能的網絡服務。
“云”計算分三層：最下面是基礎架構，包括硬件、服務器等物理資源；第二層是中間平臺；再上面一層是應用和服務。“云”計算的基本原理是，通過并行計算，協同大量的分布式計算機，實現統一工作，這些計算機并非本地計算機而是網絡上的遠程服務器或各節點上的計算機，其數據中心的運行方式類似于互聯網的運行方式，云計算網絡服務提供者，能夠快速把資源查找和處理轉換到需要的應用上，使用戶根據需求訪問計算機和存儲系統。
1.2 “云”時代展望
目前，Pc依然是我們日常工作生活中的核心工具，我們依賴PC的硬盤和在硬盤上安裝的各種軟件，否則我們會束手無策。
而在“云計算”時代，通過互聯網把所有的計算應用和信息資源都連接起來，供個人和企業用戶隨時訪問、分享，管理和使用――相關的應用和資源可以通過全球任何一個服務器和數據中心來獲取，我們只需要一臺可以上網的設備，如電腦、手機等，在任何地方，只要能以任何方式登錄網絡，就可以使用通過云計算提供的網絡服務生成、制作編輯各種文檔、文件進行辦公了，也可以快速地計算和找到需要的資料，再也不用擔心資料丟失和電腦的損壞了。
1.3 “云”計算的幾大應用形式
“云”計算從應用模式上看，其核心是提供服務，目前主要有三種方式：①SAAS(軟件即服務)：這種類型的“云”計算通過瀏覽器，把程序展現給成千上萬的用戶使用；②效用計算(Utility Computing)：這種云計算是為IT行業創造虛擬的數據中心使得其能夠把內存、I／O設備、存儲和計算能力集中起來成為一個虛擬的資源池來為整個網絡提供服務；③網絡平臺服務：通過提供一個計算機開發的API(接口)，讓開發者能夠開發更多基于互聯網的應用；或者通過云計算把開發環境作為一種服務提供給用戶。
1.4 “云”計算的應用實例
“云”計算有很多應用實例，但比較有代表性和借鑒意義的主要是谷歌公司、百度公司和亞馬遜公司所推出的應用：①搜索：為了滿足搜索引擎迅速增長的數據處理需求，谷歌搜索引擎的GFS文件系統(GoogleFile System)針對內部網絡數據規模超大的特點，基于分布式并行集群方式的基礎架構，部署在廉價的普通硬件上，用來處理集群中經常發生的節點失效問題。通過高容錯技術，滿足大量用戶同時訪問時仍然能保證總體性能較高的服務。②數據規范：搜索引擎為提高搜索效率，將數據庫系統擴展到分布式平臺上，開發了分布式大規模數據庫管理系統BigTable系統。這個系統可以有效處理大量的格式化以及半格式化數據，構建了弱致性要求，可以確保半結構化數據如Search、History、Maps、Orkut和RSS閱讀器等應用程序運行在BigTable之上。③辦公應用：百度公司的百會系統和谷歌公司的googledocs是一個基于Web的工具，它有跟MSoffice相近的編輯界面，有一套簡單易用的文檔權限管理，而且它還記錄下所有用戶對文檔所做的修改。百會的這些功能令它非常適用于網上共享與協作編輯文檔。百度公司已經推出了文檔編輯、電子表格、幻燈片演示、日程管理等多個功能的編輯模塊，能夠替代MSoffice相應的一部分功能。值得注意的是，通過這種云計算方式形成的應用程序非常適合于多個用戶進行共享以及協同編輯，為一個小組的人員進行共同創作帶來很大的方便性。④計算應用：亞馬遜的彈性計算云(Elastic Compute Cloud，EC2)，用戶可以通過彈性計算云的網絡界面去操作在“云”計算平臺上運行的各個實例(Instance)，而付費方式則由用戶的使用狀況決定，即用戶僅需要為自己所使用的計算平臺實例付費，運行結束后計費也隨之結束。
2 “云”計算給圖書館發展提供的機遇
2.1 圖書館在當今遭遇的挑戰
傳統圖書館的分散性導致各圖書館各自為戰，資源不能充分利用和開發。數字圖=}5資源供應商也對傳統圖書館提出了新的要求，數字圖書資源以海量的內容和較低的成本，通過計算機和網絡，向用戶提供服務，導致傳統圖書館的利用率大幅降低。同時，數字圖書館也遭遇搜索引擎巨頭的挑戰，國際大的軟件和互聯網廠商，給中國信息技術和信息安全帶來了極大的挑戰。
2.2 圖書館的機遇
2.2.1 確立“云”計算圖書館架構體系和服務，構筑圖書館數字聯盟①建立館際聯盟，整合分享館藏資源，通過云計算技術，實現面向客戶和公共服務的體系。②建立傳統圖書館與第三方數字資源供應商和信息技術開發企業的聯盟，確保傳統圖書館在信息技術飛速發展中保持不敗。在云時代依托技術不斷創新，雖然可以保障圖書館的生命力，但其核心依舊要以標準的、權威的圖書文獻及其內容為服務依托，不斷充實、擴展和更新的圖書文獻才是其生命力根本所在。③圖書館與公共信息服務平臺的聯盟與融合，圖書館向個人和機構提供個性化的信息應用服務。這些聯盟作為圖書
館“云”計算應用與服務的支撐，共同協作，向用戶提供服務。
2.2.2 以全面推進“云”計算圖書館建設為契機，建立圖書館數字化建設標準 圖書館數字化標準的建立，可以保證圖書館資源利用最大化，節約遷移、改造和合作成本，尤其是圖書館數字化的技術和接口建設，在保持各圖書館特色的同時，也通過接口的標準化，作為云服務平臺的一部分，向社會公眾提供圖書館統一的云-計算開放接口服務。
2.2.3 以“云”計算服務為手段，變革圖書館服務模式 傳統的圖書服務模式，在信息技術應用過程中，已經開始產生了巨大的變化和服務擴展，通過云計算方式提供的服務，可以更加貼近用戶個性化應用，同時又可以衍生出更多的、新的服務項目。
3 圖書館云平臺的架構與實現
3.1 圖書館云計算的架構模型
圖書館的云計算的架構，從技術應用角度，需要三個方面支撐來實現：一是底層硬件的算法技術，實現硬件的集群；二是虛擬計算服務技術，保證圖書館服務和應用的托管；三是應用技術的開發，為用戶提供多種應用和服務。圖書館云計算應用平臺通過面向用戶接口和界面，為不同用戶提供多種綜合應用。作為圖書館云平臺的機構用戶――圖書館，可以享受和使用圖書館云平臺的圖書編目、圖書管理、借閱管理、應用開發擴展、計費、訂購等服務；作為公共個人用戶，在不受任何終端和接入限制情況下，享受圖書館云平臺提供的文獻檢索、動態跟蹤、論文寫作存儲、博客、RSS以及其它在線協同辦公等服務。
3.2 圖書館“云”計算應用的技術需要
“云”計算在技術和應用上的逐漸完善，為圖書館進入云時代，全面整合分散在各圖書館的設備、協同各圖書館的應用、組織各圖書館的數據資源等方面，提供了現實的技術保障。
3.2.1 圖書館的“云”設備――底層硬件實現 圖書館云計算是指用云計算技術建造的虛擬數據中心或超級計算機，并以免費或按需租用方式提供給軟件開發者，即硬件服務HaaS(Hardware-as-a-Service)，通過多種設備的協同并行運算實現。圖書館云設備協同就是利用分布在各地的圖書館部署的不同的廉價服務器組成的服務器集群，在計算能力、可靠性、性價比等方面能夠達到大型計算機的水準。目前比較成熟可借鑒的開發應用Hardtop技術就是google搜索引擎的MapReduce算法實現的開源平臺，MapReduce可以讓TB級別的數據在數千臺服務器上運行計算，Hadoop可以讓計算模型細化到一個個小塊，這些小塊能夠通過很多服務器并行計算。圖書館的云計算在底層應用上，就可以借鑒和采用Hardtop技術，在不擴大設備部署的情況下，實現圖書館云設備的協同高效運行，其核心技術就是開發出控制大型網絡服務器集群的計算資源操作系統，它不但可以自動將計算任務并行化，充分調動大型服務器集群的計算能力，而且還可以自動應對大多數系統故障，實現高水平的自主管理。
3.2.2 圖書館的“云”協同――應用層實現 軟件應用的協同分布式運算實現。利用高速互聯網的傳輸能力，將數據的處理過程從個人計算機或服務器移到互聯網上的計算機集群中。數據被包裝在對象Object中，而對象是運行在應用服務器的內存中，這樣，整個計算負載才會集中到這些應用服務器上，然后就可以架設多臺應用服務器，進行分布計算；比較成熟的應用Gigaspaces是一個基于Space-Based Architecture架構的可伸縮方案，也是網格計算grid computing的一種。圖書館云協同就是需要把一個Web應用，簡單部署到網格中的處理單元，實現集群和并行計算。
3.2.3 圖書館的“云”數據――數據庫層的實現數據庫的分布式協同運算。圖書館的應用根本就是提供數據查詢，通過云數據技術，打破目前已經應用了30多年的基于磁盤的數據庫技術，采用云計算可以在分布式環境中運行――可以同時調用分布在多個地點的眾多服務器存儲圖書數據資源。Google的Bigtable，Amazon的SimpleDB，10Gen的Mongo，AppJet的AppJet數據庫以及甲骨文開源BerkelyDB，Nimbus的云計算數據庫NimbusDB將被設計為能夠通過簡單的增加-更多的服務器來無限擴展數據庫的運算能力，并且支持軟件的在線升級、軟件和硬件的容錯性。此類技術完全可以滿足圖書館資源的云數據部署和整合。
3.2.4 圖書館的“云”應用――軟件服務的實現 云計算軟件應用有幾個特點：一是用戶注冊后可以立即開始使用，或者叫做即需即用、隨需應變；二是所有客戶的程序和數據統一管理；三是程序和數據庫采用多重租賃架構(Multi-tenant)，從而提高穩定性可擴展性，并降低維護成本。通過軟件服務方式超越不同圖書館異構式操作系統、數據庫、管理軟件等環境，實現各分散的資源協同。不依賴于特定的操作系統和數據庫，實現對各圖書館現有的管理系統、館藏數字文獻的數據庫，進行整合，最后部署到分散到各圖書館服務器、乃至終端計算機上，再利用云計算方式，把每個圖書館的資源以分布式方式提供給終端用戶。
3.3 圖書館云服務平臺的開放接口(API)和界面
圖書館的云服務平臺，其服務對象的不同和服務內容的不同，需要提供的服務接口也不相同，但主要有四個層面的關鍵接口。
面向終端公共用戶的統一服務界面：這是指圖書館云提供給用戶的個性化的應用，用戶在這里自由使用分布在云端上資源和數據，只有用戶需要借閱具體的圖書和文獻時，才會根據獲得的索引查詢結果以及自己擁有的用戶權限，決定在哪一個圖書館借閱。
面向圖書館的數據托管接口：這是圖書館云平臺提供各個圖書館的接口，每個圖書館可以通過把自己的數據托管到云平臺上，分享自己的館藏資源。
面向圖書館軟件租用接口：圖書館云平臺，把圖書館軟件放到網絡上，供各個圖書館租用或下載使用。
面向圖書館服務器集群接口：這是圖書館與的底層技術，通過并行算法，把分散的圖書館服務器集成起來，以獲得更佳的運行速度和效率。
3.4 圖書館的云服務
圖書館需要使用的云服務，主要是圖書館的業務應用，分為兩種情況：第一種情況是小圖書館，不必購買專業的圖書館軟件，而是通過使用云計算的SAAS服務，不用專門購買服務器，也不用專業的管理員，就可以處理圖書編目、借閱以及其他基本使用需要；第二種情況是已經有一定信息化規模的圖書館，數據庫具有一定的規模，數據比較完善，可以采用數據托管方式，也可以通過系統改造，向具有云服務功能的系統平臺遷移。
面向終端用戶的云服務，是把圖書館最基本的服務功能，并通過云計算技術的應用，把終端用戶開展科研和學術研究有機的結合到一起，真正做到脫離設備和地點的限制。根據圖書館的服務的內容和圖書館建設的需要，圖書館需要在幾個層面提供服務，主要包括：①文獻利用：包括，文件檢索、瀏覽、保存、卡片、筆記、標簽等。②情報跟蹤：通過RSS對指定學術期刊、雜志、出版社、研究機構以及其他圖書館的網站進行跟蹤，及時獲得科研最新動態和成果。③學術交流：各種學術會議動態，通過博客等系統進行學術交流。
4 圖書館云平臺建設的瓶頸和突破的可能性
圖書館的云計算研究還處在起步階段，現有的研究大都停留在模式的探索和前景的展望層面，距離真正開展云計算平臺建設，還有很大的一段距離。云計算與圖書館行業的交叉結合，需要一大批信息技術人才。但是長期以來，圖書館信息技術人員極為短缺，能夠真正開展研究的專業人員寥寥無幾，導致圖書館對信息技術的高端應用明顯滯后。目前，圖書館信息技術的應用軟件開發大都還停留在C／S結構上，幾乎還未出現對圖書館云計算開發的技術力量投入。
關鍵詞：陀螺方位；坐標方位；導線平差；支導線；附和導線
中圖分類號：X752 文獻標識碼：A
1、引言
大紅山銅礦位于云南省玉溪市新平彝族傣族自治縣戛灑鎮，地理位置為東經101°39′，北緯24°06′，靠哀牢山脈東側戛灑江東岸，屬侵蝕剝蝕山地地形，地勢陡峻。測區屬于山地、高山地區，平均海潑1200多米。
隨著大紅山銅礦采礦工業的日益發展、老礦井的改建和擴建、開采深度和開采范圍的擴大等對礦山測量作業效率和精度提出新的要求。大紅山銅礦引進HGG05積分式全自動陀螺全站儀，它是一種將陀螺儀和全站儀結合成一體的、全天候的不依賴其他條件能夠測定真北方位的物理定向儀器，可以在井下任何巷道定向，定向精度不受井深影響。采用陀螺全站儀定向，一方面解決了地下導線的起始方位角精度問題，另一方面還可以在井下導線中加測一定數量的陀螺方位角，限制誤差積累，提高井下控制網的精度和可靠性。特別為大型貫通工程正確延伸和精密貫通提供保證。
2、陀螺定向中坐標方位角的計算
應用HGG05陀螺全站儀進行定向，首先需要測定儀器常數，根據陀螺定向原理，應用公式：
即：地理北=陀螺北+，求算陀螺定向邊的地理北方位角。一般地面精密導線、三角網或GPS網已知的是坐標表方位角，井下定向邊使用的也是坐標方位角，而不是地理方位角。因此還需要求算子午線收斂角。由真北方位角與坐標方位角的換算公式：
最后得到陀螺定向邊的坐標方位角計算公式為：
3、陀螺方位應用在井下導線平差中的可行性分析
井下巷道在空間上是分區分階段延伸的，在時間上一個礦井服務年限將延續幾十年甚至到上百年。因此在井下一次全面建立控制網是不可能的。一般為了提高不斷發展中的導線精度，應隨時加測陀螺邊并及時時進行平差處理。如果沒加測一條陀螺邊就進行一次整體平差處理，導線的成果就要不斷改動，從而帶來一系列控制精神問題。為了解決這個矛盾，我們提出如下簡易平差方法：即加測的陀螺邊視為堅強邊，將相鄰兩陀螺邊之間的導線強制附合在陀螺邊上，形成方向附合導線。方向附合導線只有一端有已知坐標點，先進行角度閉合差的分配，然后以水平角平差值和實測邊長直接計算導線邊的坐標增量，進而得到導線點坐標值。
3.1 支導線與陀螺方位附合導線點位精度分析
井下支導線由于起始點坐標和起始方位的誤差影響，以及測角和量邊的誤差積累，必然會使導線點的位置產生誤差。由測角量邊誤差所引起的支導線終點K在X軸和Y軸方向上的位置誤差如下：
終點K點的點位誤差為：
若考慮支導線起始點的坐標誤差Mx1和My1，及起始方位角0及其中誤差m0的影響時，起始邊方位角誤差和起算點坐標誤差對終點位置的共同影響為：
顧及支導線的起始坐標誤差，起始方位角誤差及測角量邊誤差，支導線在X軸和Y軸方向上的誤差為：
支導線終點K的總點位誤差為：
根據式1～式5，可以對支導線終點點位誤差總結如下：
（1）起始點點位誤差對導線終點點位誤差的影響，與導線的長度和形狀無關，且保持為常量。
（2）起始邊方位角誤差對導線終點點位誤差的影響，與導線的形狀有關，當起始邊方位角誤差一定時，對直伸型導線影響最大，曲折型導線次之，閉合導線則不受影響。
（3）測角誤差對導線終點點位誤差的影響隨測角誤差的增大和測站數目的增多而增大，當幾條導線的測角精度相同、測站數和總長度相近時，其影響取決于導線的形狀，對直伸型導線影響最大，曲折型導線次之，閉合導線最小。
（4）量邊偶然誤差的影響與量邊偶然誤差系數以及導線的總長度有關，與導線形狀無關。
（5）量邊系統誤差的影響與量邊系統誤差影響系數以及導線的形狀有關，當系統誤差系數一定時，對直伸型導線影響最大，曲折型導線次之，閉合導線不受影響。
以上內容中分析了支導線終點K的點位誤差，當需要估算支導線任意點C的點位誤差時，只要將該點當作支導線終點，再用以上的相應公式估算其點位誤差即可。
根據坐標方位角的推算公式，支導線任意邊i的坐標方位角可以表達為：
因此，該方位角的誤差為：
當測角精度相同時，有：
若不考慮起始邊的坐標方位角誤差，則：
方向附合導線經角度平差后，導線點的坐標是水平角平差值和實測邊長的函數。按條件平差求平差值函數的中誤差的方法，在不考慮起算數據差的影響時，方向附合導線終點K的點位誤差推算公式為：
為了簡化計算，將坐標原點移到導線各點的平均坐標點，即重心上，可得導線終點的誤差在重心坐標系統中的計算公式為：
分析公式8和公式9可知：方向附合導線量邊誤差與支導線相同，而測角誤差的影響比在支導線中的影響要小，因為[R2oi]比[R2i]小。因此，方向附合導線與支導線相比較，導線的點位精度有了提高?！睹旱V測量規程》中第77條規定：在布設井下基本控制導線時，一般每隔1.5km ～ 2.0km應加測陀螺定向邊。7”和15”級基本控制導線陀螺全站儀定向的精度不得低于10”和15”。在已建立的井下控制網的礦井，應當用加測陀螺定向邊的方法改建井下平面控制網，在大型巷道貫通工程中，應當用加測陀螺定向邊的方法保證巷道的準確延伸和精確貫通。
方向附合導線經角度平差后，任意邊i的坐標方位角按下式計算：
因為任意邊的坐標方位角是角度平差值的函數，故按求平差值函數的權倒數的公式，可導出平差后任意邊坐標方位角中誤差Mi的計算公式為：
方向附合導線中，經角度平差后，坐標方位角誤差最大的邊位于導線中央，將i=(n+1)/2帶入公式10，可得：
從上面分析可以看出，在支導線的終邊加測一條陀螺方位角作為方向控制，則其方位角精度可以大大提高。
3.2 實測數據及成果分析
根據大紅山銅礦生產實際，結合井下導線網的情況，選擇在“600中段米底莫Ⅱ、Ⅲ采準干線至地表”的導線邊WJ1-WJ2和“米底莫680Ⅵ段充填巷至米底莫B80-96線地質探礦工程”導線邊IX4-IX5，進行井下陀螺方位角測定。相關的測試數據及結果如表1和表2所示。
表1 井下陀螺方位角測量計算表之一
表2 井下陀螺方位角測量計算表之二
為了減少井下作業時間，盡可能少對日常生產的影響，選擇其中的兩條陀螺導線邊，加以對比分析，具體的觀測數及相關計算如表3和表4所示。
表3 井下陀螺方位角測量計算表之三
表4 井下陀螺方位角測量計算表之四
已經在地面穩定的兩條堅強導線邊上，通過6組12次觀測，測定了HGG05陀螺全站儀的儀器常數=-143035，其精度為6。用陀螺全站儀測定井下導線邊坐標方位角相對于地面堅強邊的中誤差，即井下陀螺定向中誤差，陀螺定向方位角及附合導線邊差值，如下表5所示：
表5井下陀螺定向邊方位及精度統計表
由上表2013年8月19日兩組井下陀螺定向平均值精度計算井下陀螺定向綜合一次定向中誤差為：。由儀器及儀器常數穩定性分析報告知，地面陀螺全站儀綜合一次定向中誤差為： ，地面陀螺綜合定向平均值中誤差為：。由此可以認為，井下陀螺綜合定向與井下陀螺綜合定向平均值精度相當。此結果說明，用相同的儀器，以相同方法觀測時，地面一次測定中誤差與井下一次測定中誤差基本相同，從而進一步說明測量結果的合理性。由兩組井下陀螺定向求得坐標方位精度計算井下綜合坐標方位角定向中誤差為：。從表五可以看出，此次井下陀螺全站儀測定的導線邊WJ1-WJ2的坐標方位角與附合導線平差計算得到的坐標方位角差值為：10，其差值很小。2012年1月，井下陀螺全站儀測定的導線邊T704--T70A和X7--X8坐標方位角與附合導線平差計算得到的坐標方位角差值分別為：36和24。通過以上分析比較，也從另一方面充分說明了陀螺定向的準確性和可靠性。
4、結論
通過本文的研究與分析，可以看出將陀螺測量的坐標方位應用到導線平差的過程中，能提高導線方位精度及平面精度，具有較高的可靠性及可實施性。
參考文獻
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【關鍵詞】云計算；區域性；高校數字教學資源；建設模式
【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009-8097(2012)06-045-06
隨著云計算技術引入我國，各個領域的專家針對云計算的基礎設施建設、資源的高效利用及有效共享性進行了大量的研究，在此基礎上教育云、資源云、企業云等一些新鮮詞匯應運而生。云計算作為新一代信息技術手段，其擁有的強大優勢也得到世界各大企業青睞。根據IT市調機構的預估，2013年全球云計算市場規模將達到950億美元，更將云計算列為IT產業未來十大趨勢之首，其報告指出未來五年云服務的平均年成長率會高達26％，世界500強企業中，將有400強使用各種方式不同的云服務。鑒于當前云計算及其理論體系研究已經取得了一定的成果。因此，基于云計算技術來構建區域性高校數字教學資源已具備良好的理論和技術基礎。
《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020)》明確地提出了“加強優質教育資源開發與應用”即要求通過資源庫的建設、優質資源引進、網絡課程開發、公共服務平臺建設、創新網絡教學模式等手段來促進優質教育資源的普及和共享。在此政策的提出之前，國家就已經采取了相關的措施，優質教學資源的建設也取得了較大的發展。例如，中國高等教育數字圖書館(CADLIS)、中央廣播電視大學、中國知識基礎設施工程(CNK／)和國家精品課程資源網等等。國內的一些學者也較早地關注數字教學資源的“區域性”問題的研究，都試圖采用區域性來解決教學資源的孤立、重復、低質以及難以共享等問題，探求一種合理的區域性高校數字教學資源共建、共享的服務體系。另一方面就是我國高校群體龐大，數量較多，地域分布比較散，各高校之間差異性大，在目前的條件下也很難實現高校的優質資源共建、共享、共用?；谝陨蠁栴}筆者提出了利用云計算的強大功能來解決高校數字教學資源共享所遇的瓶頸問題。
一 云計算概述
1 云計算簡介
隨著各個領域的專家研究云計算的深入，對云計算的概念提出了各種不同的想法，以至于目前沒有統一的定義標準。美國國家技術與標準局(NTST)信息技術實驗室給出的云計算定義相對比較全面、系統。它指出云計算是對基于網絡的可配置的共享計算資源池，能夠方便地，隨需訪問的一種模式。這些可配置的共享計算資源池包括網絡、服務器、存儲、應用和服務，并且這些資源池也以最小化的管理或者通過與服務提供商的交互可以快速地提供和釋放。這樣的云計算有5個基本特征：一是客戶按需獲取服務；二是任何時間、任何地點獲得網絡訪問；三是模塊化劃分各獨立的資源池；四是快速的提供和釋放資源；五是服務可被監控和控制。
2 云計算的服務體系
云計算的本質是訪問者通過網絡提出各種服務的請求，因而其服務體系的構成應以服務為核心。如圖1所示的物理層、虛擬層、平臺層和應用層是該服務體系的核心部分，加上用戶訪問層和管理層一共六個部分構成了云計算服務體系的整體結構。
(1)用戶訪問入口
用戶訪問入口是訪問者與云服務系統的接口，是一種可視化的操作界面。訪問者可以通過Web瀏覽器進行注冊、登錄和獲取相應的云服務權限，其呈現的界面如同本地計算機操作桌面系統。
(2)服務目錄
服務目錄是一個云服務的列表清單，訪問者在獲得云服務相應權限后，即可從中選擇需要使用的云服務。
(3)物理層
物理層是底層的基礎設施層，擁有大量的軟、硬件和網絡設備，提供大量的服務器資源、計算資源和存儲空間資源。
(4)虛擬層
虛擬層是將底層基礎設施虛擬化，構成一個共享，按需分配的資源虛擬化環境，為上層提供虛擬資源服務。
(5)平臺層
平臺層是基于虛擬層支撐上層的云服務，是連接虛擬層和應用層的紐帶，主要用于檢測和響應應用層提交來的用戶服務請求，動態分配虛擬層的各種虛擬資源。
(6)應用層
應用層是云計算數據中心和用戶的接口，主要是向不同的用戶請求提供不同的云服務。
(7)管理層
管理層是貫穿在云計算各層服務中，包括安全管理、用戶管理、服務目錄管理、服務任務管理、服務資源管理、部署管理和服務監控等。
二 區域性高校數字教學資源的內涵與現狀
1 區域性高校數字教學資源內涵
高校數字教學資源指的是各所高校所擁有的，用數字技術處理的，可以在多媒體計算機和網絡環境下運行的各種物質、人力和信息資源。而區域性高校數字教學資源帶有“區域性”的特征，這里所指的區域性是指在一個特定的地理區域內以各個高校為單位共建、共享、共用數字教學資源。主要包含以下幾個內涵：(1)區域性高校數字教學資源是以區域為空間載體，具有系統性、整體性、萊聯性、相對獨立性和時空差異性。(2)區域性高校數字教學資源的建設和發展要相對脫離于各高校，有其自身獨立的發展途徑。(3)涉及多主體的利益關系，如：區域內教育管理部門，資源研發部門，各高校相關部門以及師生等。(4)建設區域性高校數字教學資源促進了該區域內教學資源均衡配置以及教育信息化的均衡協調發展，對提升其教學效果產生了深刻影響。
2 區域性高校數字教學資源現狀
高校是培養人才的基地，擁有著豐富的數字教學資源和建設人員。隨著高校數字化校園建設的不斷深入，數字教學資源的建設與應用也卓有成效，然而區域內各高校對數字教學資源的應用效果卻并不樂觀。一方面從教學資源自身出發，不同區域的優質教學資源表現出極大的“貧富”差距，經濟發展落后地區的資源配置明顯匱乏于經濟發達地區，表明了各高校數字教學資源分配不平衡。再者，區域內各高校對于數字教學資源建設大多數以自建為主，共享不足，不能滿足各高校師生教與學的需要。還有各高校的管理體制存在問題，成為數字教學資源共建、共享的主要障礙。
另一方面從數字教學資源的共享出發，多年來區域內的各高校相繼開發制作了精品課程庫、課件庫、試題庫等數字教學資源已經上傳到網上，但是由于各高校在設計開發教學資源時，使用的硬件軟件、網絡編程語言不同造成教學資源平臺的通用性和兼容性較差。其次區域內各高校的服務器大多采用Browser／sever網絡結構進行集中式地訪問教學資源，這種方式容易造成網絡阻塞，導致訪問者對教學資源的獲取不通暢。還有就是對于現有的網絡資源學習，學生以自學為主，缺乏師生互動的氛圍，嚴重影響了教學效果。
綜上所述，當前的高校數字教學資源服務體系已經不能滿足高校師生教與學以及科研的需求，需要創建一個新興的、全面的、多元的區域性數字教學資源共建、共享服務系統，進行有效的整合該區域內各高校數字教學資源，實現區域內數字教學資源的最佳均衡配置。
三 基于云計算的區域性高校數字教學資源建設可行性分析
隨著數字化校園建設的深入，高校的數字教學資源建設取得快速發展，南京大學在此方面的研究已經得到社會各界的廣泛認可，其通過建設數字化共享平臺，有效地整合南京大學全校豐富的優質資源，為實現遠程教育和其他分類教學活動提供有力的數字支撐服務，著重體現整合、共享、持續和實用四大特色。筆者以南京大學數字教學資源建設的四大特色為依據，結合上述教學資源建設存在的問題，分析基于云計算建設區域性高校數字教學資源的可行性。
1 數字教學資源的整合
“整合”就是將不同種類的數字化教學資源按照一定的分類標準和規范進行整理并作有機集成。云計算最大的性能就在于資源的整合，它的根本出發點就是信息的融合，存儲并通過網絡服務進行共享，這個使得用戶可以最大限度地整合資源。區域內各高校在云計算技術支持下，依據本校優勢學科和特色專業進行分布式的教學資源開發制作，并進行模塊化的規劃設計，將教學資源建設成精品課程庫、課件庫、教學案例庫、教學音視頻庫等模塊，然后利用云計算的靈活擴展性，將該區域內各高校教學資源進行有效整合，形成各高校共建的云計算數字教學資源中心，為該區域內的各高校師生提供優質的數字教學資源。
2 數字教學資源的共享
“共享”就是對數字教學資源進行集中管理和均衡配置，云計算支持下可以將區域內物理分散的數字教學資源集中化，減少教學資源建設的重復率。另外，云計算能還實現統一訪問入口途徑。區域內各高校師生可以使用注冊后的用戶名、密碼在不同的教學平臺上統一認證。在任何時間、任何地點獲得所需的數字教學資源，實現區域內各種數字教學資源的高度共享，提高教學資源的利用率。
3 數字教學資源的持續
“持續”體現在教學資源的開放性上，要求方便資源的在線更新與資源的及時擴充，即對教學資源管理和服務的易擴展性和可維護性。云計算具有靈活的擴展性和伸縮性，可以輕松擴展虛擬化資源，只需增加網絡服務器的數量即可提供更大的計算資源和存儲資源，提高區域內數字教學資源發展的持續性。
4 數字教學資源的實用
“實用”就是指高校師生和資源服務管理的全面性、系統性，包括教學資源的獲取和上傳，搜索資源的簡易程度以及后臺管理等。云計算的實用性主要體現在基礎設施的配置上，區域內各高校無需購買昂貴的服務器也無需支出大量的經費維護和管理，將所有涉及的計算和存儲都放在云端進行，而師生只要擁有可聯網的終端設備即可隨時隨地地獲取云端教學資源，大大減少高校在信息化建設中購買軟硬件的開支，既方便高校師生對于教學資源的獲取，又達到教學效果的最大化。
四 基于云計算的區域性高校數字教學資源建設模式
1 模式的保障管理機制建設
基于云計算完成對區域內數字教學資源共建、共享、共用是一項系統性的工程，作為建設主體的各高校必須健全保障機制，改善管理體制，優化整合各高校數字化教學資源管理部門，并且加強各高校管理部門之間的相互協調，統一規劃與管理。要求組建一個“區域性數字教學資源管理小組”，小組成員由區域內教育主管部門領導和各高校教學資源管理部門的領導組成，這樣的領導小組具有一定的決策權，便于資源建設和管理的實施，其次還要求在各高校設立教學資源管理小組的分支，形式一個系統的管理機制。領導小組成立后，根據不同的工作形式，組內成員分成三個不同的子部門：監督指導部門、資源建設部門、技術實施部門。如圖2所示。
監督指導部門：組內領導層次，主要負責區域內教學資源建設和管理等各種規章制度的制定以及資源規劃和調配措施的建立，并定期召開各高校數字教學資源建設和共享的協調會，指導各高校數字教學資源建設和共享的實施。有著監督、指導、決策和檢查的功能。
資源建設部門：組內資源建設和管理人員層次，主要負責資源庫中各種教學資源的建設和管理，即采用相應的標準和規范對上傳的各類教學資源進行審定，交流，篩選和評價。如針對教師上傳的課件、教案、視頻課程等教學資源的篩選，確保建設優質的數字教學資源。
技術實施部門：組內技術人員層次，主要負責該服務體系的基礎設施建設，云計算服務平臺的構建，運行環境的設計開發以及后期的軟硬件設備和服務器的管理與維護等。
2 模式的邏輯模型構建
目前大多數高校使用的仍是基于校園網的教學資源，校際之間缺乏統一標準和統籌規劃，系統性和兼容性較差，導致校際之間的數字教學資源很難實現共享。其次是區域內各高校之間普遍存在著應用系統水平低下，缺乏統一的資源管理器。因此，從區域內數字教學資源共建共享視角看，各高?，F有的教學資源建設模式已經不能適應學習者的需求，出于此原因筆者提出了基于云計算建設區域內數字教學資源的邏輯模型，即各高校采用分布式共建、共享、共用數字教學資源的模式，具體模式構成如圖3所示。
區域內各高校根據自身的學科優勢和特色專業建設相關的優質教學資源，并將其統一上傳到云端服務器上進行集中的管理，作為訪問端的各高校師生無需知道所需的教學資源在哪臺服務器上，只需要通過Web瀏覽器即可打開服務目錄(學資源目錄)就可以不再受時間和地點限制訪問云端的教學資源。
3 模式的“兩大主體”構建
(1)區域性數字教學資源的構建
區域性數字教學資源建設是該服務體系構建的兩大主體之一，其建設的目的就是將該區域內各高校的優質教學資源整合，進行集中的管理和分配。以實現該區域內教學資源的均衡配置，減小校際之間在教學資源上存在“差距”。不過區域內的大部分資源分布在各高校、教育部門以及部分教師的手中，沒有得到充分的利用和資源的有效共享，形成了資源“孤島”現象。眾所周知在一定區域內各所高校的數字教學資源差異性很大，存在其優勢的學科資源也必然存在相對薄弱的學科資源，如何在校際之間實現優質資源的優勢互補、取長補短，達到優質資源使用效果的最大化，提高區域內各高校教學質量，是各高校值得思考的地方。針對上述問題，筆者認真思考后提出一種基于云計算的整合優勢來促進區域內高校數字教學資源的共建、共享。具體的模型如圖4所示。
在區域內教學資源構建中，要求在充分調研論證，做好師生需求分析的基礎上，由各高校根據其自身的優勢學科和特色專業分布式建設相應的數字教學資源，然后通過網絡上傳到云端服務器上，最后在云端利用云計算的高度擴展性將各高校上傳的優質教學資源進行有效整合，根據學科類型進行模塊化設計，形成各學科類獨有的教學資源，例如，理學資源、哲學資源、文學資源等。每個學科資源庫中都有相應的媒體素材、試題、試卷、教案、課件等素材類教學資源庫。而作為云客戶端的各高校師生只需要可以聯網的終端設備就能夠通過Internet訪問和使用云端各種數字教學資源。
(2)云計算服務平臺的構建
云計算服務平臺是其服務體系構建的另一個建設主體，即從基礎設施建設和技術層次促進數字教學資源共建共享，它是高校數字教學資源的載體。服務平臺的搭建要考慮到教學資源的因素，二者是相互支撐的，缺一不可。不僅如此，還要充分利用好“區域性數字教學資源管理小組”的職能，根據各高?，F有的基礎設施狀況進行合理分配資源來構建。
圖5所示的位于架構最底層的是物理層也稱為資源層，主要包含服務平臺中所有物理設備，包括服務器，網絡設備、存儲設備和其他硬件設備。這些硬件設備主要有區域內各高校集體提供。虛擬層位于資源層之上，其作用是按照高校師生及其服務的需求從底層選擇資源，從而形成不同規格的計算資源，即虛擬機。平臺層位于虛擬層和應用層之間，主要任務是提供云服務開發和運行的環境，方便高校師生對教學資源的開發和使用，也方便技術人員對云服務平臺的管理和維護。應用層位于最上層，提供各類教學相關的應用軟件，是高校師生和云服務體系的接口，提供最基本的網絡服務、計算服務、存儲服務等。云計算操作系統包含各個管理中心，是負責云計算數據中心基礎軟件、硬件資源管理監控的系統軟件。通過其系統性的管理實現云計算的三層服務，即云基礎設施即服務(Iaas)、云平臺即服務(Paas)、云軟件即服務(Saas)。云計算服務平臺的搭建為區域內高校師生提供了優質教學資源的高效獲取途徑。
4 模式的實現機制
客戶端的交互接口是以Web Services方式向訪問者提供各種應用服務，這種方式無論對教師教學還是學生學習，使用設備都是要求最低的，即可用最低配置獲得最大化的教與學效果。然而設備要求降低也擴大了訪問終端設備的范疇，不再局限于筆記本電腦，各高校師生通過移動手機、I口ad等移動設備即可進行隨時隨地地學習，擴展了室內課堂教與學，真正使移動學習和終身學習得到了踐行。
高校師生基于云計算服務體系獲取數字教學資源的方式很簡單，只需要注冊即可獲取相應的權限，然后進入虛擬化的桌面，獲得一定的虛擬化計算資源和存儲資源，對該用戶權限內的可用資源進行管理和分配。
5 模式的評價機制
哈瑞頓曾經指出：評價是關鍵，如果不能評價就不能控制，如果不能控制，你就不能管理，你就不能提高。如此看來評價的重要性不言而喻?；谠朴嬎愕臄底纸虒W資源獲取也可以看成是社會服務的一種新型服務模式，也應該具備社會服務評價的各種指標。在市場營銷的領域中，客戶對于服務質量的評價主要關注于兩個因素：一是服務過程質量與服務結果質量的區別；二是服務質量的五個維度。下面以市場營銷角度來評價云計算服務的質量：
(1)云計算服務過程質量與服務結果質量
第一層面是云計算服務結果，基于云計算的區域性高校數字教學資源建設是否對各高校教師的教學、科研有幫助；是否對學生的自主學習、協作學習有幫助。
第二層面是各高校師生對服務過程的總體印象，主要來源于服務平臺和服務的數字教學資源兩大建設主體。服務平臺要關注其訪問速度、信息檢索簡易程度、導航的清晰度、系統的穩定性和安全性等。服務教學資源評價是針對數字化教學資源自身的一些特點評價，主要有內容的科學性、客觀性、全面性、可行性、導向性等。還要關注內容的更新程度。
(2)云服務質量的五個維度
一是可靠性，從云計算系統構建要實現的目標出發進行評價，主要考慮區域內教學資源共建、共享、共用的程度；二是對高校師生的回應，主要從回應要及時，提高師生交流的互動性維度進行評價；三是可信任度，主要從系統穩定性、安全性和資源的科學性方面進行評價；四是對高校師生的個人關注，主要從高校師生對數字教學資源需求分析角度進行評價；五是有形資源，主要從服務平臺軟硬件和服務器等物理設備出發進行評價。
五 基于云計算的區域性高校數學資源建設注意我問題
1 教學資源建設要整體規劃，促進優質資源建設
區域性數字教學資源的建設要求各高校在資源建設部門的領導下，統一規劃設計。不僅僅局限于各高校教學資源的簡單堆積，而是要依據其自身的學科優勢分布式建設各類的優質學科資源庫，防止資源的低質、重復的建設。其次要將云端的資源分學科集中式的建設和管理，即采取集中式和分布式相結合的方式促進該區域內優質教學資源的共建共享，要充分發揮“區域性數字教學資源管理小組”在宏觀調控和戰略指導上的作用。另一方面對于各高校數字教學資源的建設要符合一定的規范和標準，對于共享的各類教學資源要進行審定，交流，篩選和評價，確保建設優質的教學數字資源。
2 云計算平臺建設要符合規范標準，促進共建共享
云計算服務平臺的建設要求各高校在技術實施部門的領導下，采用相同的軟硬件設備和同一種網絡編程語言進行搭建，建設成本區域內各類數字教學資源共享的標準平臺，有利于各類教學資源的系統開放性和靈活共享性。
3 重視任務與激勵相結合，促進主動建設
基于云計算建設區域性高校數字教學資源，一般有兩種不同的方式：一是各高?，F有資源的上傳；二是各高校的對新資源的開發。相比于前者，后者對于資源的更新和可持續使用顯得更為重要。資源的建設多采用任務驅動的形式，各高校師生在“區域性數字教學資源管理小組”協調和統一規劃下，合理安排各學科教學資源的開發任務，避免教學資源的重復建設。不僅如此，還要充分調動和鼓勵各高校師生開發教學資源的積極性，如提供一定的資源開發資助經費，培養師生在建設教學資過程源中的主人公意識等。這樣，不僅可以強化和鍛煉教師、學生的實踐動手能力，還能夠有效提升學科教師的信息化教學能力和學生的信息技術能力，實現學校、教師和學生三者的共同發展。
4 重視應用，促進教學質量有效提升
目前，在網絡資源建設和使用上普遍存在一種傾向，即重開發而輕應用。各高校和教育部門對資源的開發研究相當重視，反而對資源后續的使用研究關注較少。因此，在資源開發后要加強對平臺和資源的應用，只有在應用過程中，才能檢測教學資源對各高校教學質量的提高程度。也只有重視對其的應用，才能最大限度地發揮教學資源的功能和作用，有效的提升各高校的教學效果。
關鍵詞：MVC備份模式；機器學習；數據災備；信息安全
中圖分類號：G434 文獻標志碼：B 文章編號：1673-8454（2016）01-0056-04
一、引言
數據中心容災備份系統簡稱“災備系統”，又稱為災難恢復系統或災難備份系統。災備系統是數據中心保護數據的最后手段， 其建設是一項系統工程，不但涉及數據中心的服務器、存儲、網絡，而且涉及組織架構、業務流程、規章制度、外部協作關系、資金投入等各個方面。災備系統需要對可能遭受的風險進行風險分析和業務影響分析，結合數據中心的現狀進行設計，同時籌備所需的各種資源，制定詳細的任務進度計劃，通過嚴格的項目設施管理措施，才能保證項目的質量和進度的要求。
1.項目背景
數據資源中心項目作為天津市教委“十一五”和“十二五”規劃教育信息化的重點建設項目之一，已基本完成軟硬件基礎設施建設，正在進入應用服務體系建設階段，為支撐各類應用系統的正常部署和穩定運行，需建立起滿足要求并符合發展趨勢的基礎支撐環境，更重要的是制定系統安全規范、逐步完善備份體系，以形成數據資源中心的完整業務流程，以支撐未來數據資源中心作為全市教育行業承載各級各類應用系統的省級數據中心。
隨著天津市教委教育信息化建設工作的不斷深入開展，數據的重要性越來越重要，保護天津市教育信息化數據資源中心的數據安全保障即數據備份迫在眉睫。數據資源中心遂擬構建數據備份系統。該系統應盡量貼近天津市教委數據資源中心的需求，在用戶量、系統架構、系統軟件及安全需求等各方面，盡量接近或者類似資源中心的未來需求。
2.系統要求
（1）數據保護覆蓋率高，恢復有保障。保證保護后的數據可以被恢復，保證數據恢復的影響最低。要讓所有系統納入備份系統，并保證納入系統的數據得到了充分地保護。
（2）備份策略滿足資源中心未來的RTO/RPO的需求。RTO/RPO的標準應與天津市教委數據資源中心的要求類似。RTO是指業務恢復的時間間隔，即恢復系統需要當機多長時間；RPO是指系統恢復的粒度大小，即能夠恢復到什么級別的目錄?？傮w來說RTO的時間越短越好，RPO的粒度越小越好。
（3）數據管理成本低。滿足目標的前提下，維護工作應盡可能簡化。制定備份策略或者進行數據恢復的時候，無需寫入腳本，點擊鼠標便可完成所有操作并自動歸檔。
（4）考慮未來擴展性。應采用統一架構的軟件，未來添加歸檔、異地容災等功能的擴展應非常簡便。
3.現有硬件基礎
圖1描述了數據資源中心現有的軟硬件環境，包括部署方式和各種設備的數量。
二、模型設計概要
1.項目總體目標
數據資源中心的備份系統建設在基礎設施環境與發展理念上改變了原有的教育信息化建設思路，本著“物理相對集中、邏輯集中”的原則開展統籌規劃的信息化建設，由此引發了針對IT資源備份管理、備份標準規范體系建設的新需求，圖2描述了數據資源中心建設帶來的新挑戰。
2.系統設計概要
“省級MVC備份策略制定中心”要滿足上面提到的所有需求，概要模式圖如圖3所示。
圖3為系統模式圖，系統分為三層：呈現層、分析層、操作層。其中中間部分的分析層應建設成企業級MVC模式的黑盒子，外部參與者無需窺見內部運維方式，直接輸入系統需求即可。系統會自動輸出備份策略及標準化文檔，以供雙方確認。
3.模型流程說明
①實例化項目需求，提交模擬化數據流；②分析數據，模擬化數據轉換成數字化數據提交；③視圖及文檔模板建立；④備份策略及數學模型數據庫向技術操作及應用實施模塊輸出數據流；⑤技術操作及應用實施模塊反饋操作結果，更新備份策略及數學模型數據庫；⑥技術操作及應用實施模塊操作數據備份系統進行數據備份；⑦數據中心數據備份系統反饋備份結果；⑧備份策略及數學模型數據庫傳送視圖及文檔所需數據；⑨視圖及文檔生成模塊傳送視圖及文檔，送交備案。
三、模型用例解析與系統時序
1.模型用例解析
項目備份模型用例如圖4所示：①針對主流業務系統，分別制定適合的備份策略并生成標準化文檔，提交專家論證；②建立統一的“備份數學模型庫”。每當新的業務系統需求提交至系統管理員處，由建設單位和托管單位聯合進行需求分析，將系統各方面數據數字化之后，建立數學模型；③管理員將需求數學模型的參數表輸入MVC系統，系統將模型數據提交給系統“系統數學模型庫”進行庫內模型比對；④系統找到匹配的數學模型。如沒有合適的數學模型，系統需自動跨模型搜索并建立匹配的新模型，如圖5所示（初期建立系統基本功能即可，具體功能可以后期完善）。
2.系統時序
如圖4所示，系統時序為：項目申報方->提交需求->項目受理方->需求分析->提交分析結果->數學模型比對->合成備份策略及文檔->申報方和受理方雙方確認->操作備份系統實現備份->備份結果實時和階段性反饋->反饋結果存檔->指導擴充備份策略及數學模型數據庫。
四、系統實現
根據數據資源中心備份系統建設要求，天津市教育數據資源中心自主創新、研發建設了“省級備份策略分析及控制系統”（以下簡稱系統）。系統共分四個子模塊，完整實現了數據資源中心，從備份項目申報到最終備份方案確認、生成及歸檔的全流程體系建設。四個子模塊即為①“項目申報管理”模塊：通過可配置化的業務審核流程，實現數據資源中心從項目申報到項目受理審核業務的流程審批管理。②“備份方案管理”模塊：通過對備份方案的規則預設，實現系統自動對申報項目的需求匹配，依照計算模型算法，自動計算出該項目最優的備份方案，并記錄在案。③“備份預警管理”模塊：通過對各個項目數據庫的備份情況實時監聽，及時發現在項目日常備份過程發生的突發備份問題，預警告知管理部門及時響應處理，降低系統問題風險。④“基礎信息管理”模塊：主要實現系統內基礎數據、代碼及常規設置的日常管理。
其中，“備份方案管理”模塊是本次“省級備份策略分析及控制系統”建設的重點、核心價值功能。由“項目檔案管理”、“備份規則設置”及“備份方案生成”三個部分組成。
1.項目檔案管理
“項目檔案管理”實現了對全部申報項目的檔案信息進行集中管理，系統用戶可以隨時查閱每個申報項目的原始需求，數據庫基本信息以及已經制定生成的備份方案。
2.備份規則設置
通過對各個項目系統抽象的備份需求進行具化，總結提煉如“系統安全級別”、“用戶數量”、“數據量”、“數據增長量”等多項需求規則，每個需求規則下又細分不同級別的需求規則參數。用戶針對不同的規則參數進行“備份規則”的設置，形成“系統數學模型庫”。同時“備份需求規則參數”，亦可以根據備份需求的增加要求不斷豐富、調整。
系統亦實現了針對不同的“備份需求規則參數”，配置不同的“備份規則”。系統目前支持不同的數據庫系統按“備份周期”、“執行間隔”、“每日備份頻次”、“備份完整性”及“備份過期”五個方面設置其備份的詳細規則。
3.備份方案生成
根據申報項目的需求，管理員將其需求轉化為需求數學模型，并參數化輸入到系統中。系統根據錄入的參數化需求模型數據，提交給系統“系統數學模型庫”進行庫內模型比對，并使用系統內置的“動態規劃”算法，計算出最優的備份方案提供給用戶。
五、備份方案生成模型核心算法實現
系統利用“動態規劃”算法，實現申報系統需求模型數據與“系統數學模型庫”進行庫內模型比對時，獲得最優的備份方案。
動態規劃（dynamic？programming）是運籌學的一個分支，是求解決策過程（decision process）最優化的數學方法。
在決定是用哪種數據庫備份策略的過程中，可將過程分成若干個互相聯系的階段，在它的每一階段都需要作出決策，從而使整個過程達到最好的活動效果?；诖朔椒?，先將各個條件（如系統安全級別、系統用戶數、系統數據量、數據增長量等等）兩兩拆分開來，求出每個階段的最優策略，再求出最終的最優策略。
“備份方案生成”功能實現調用“動態規劃算法”代碼實現如下：
/* 申報項目備份方案生成 */
@Controller
@RequestMapping（"dataBaseBakController"）
public class DataBaseBakController {
@Autowired
private DataBaseService dataBaseService；
/**
* 根據輸入獲取返回策略
* @param request 前臺參數，包括：“系統用戶級別”、“用戶數”、“在線用戶數”、“數據量”等參數信息
* @return strResult 返回最優備份方案，包括：“備份周期”、“執行間隔”、“每日備份頻次”、“備份完整性”及“備份過期”等結果信息
*/
@RequestMapping（"/getStrategy"）
@ResponseBody
public List getStrategy（HttpServletRequest request） {
// 根據request獲取前臺輸入的參數
List strParam = new ArrayList（） ； // 定義輸入數據模型參數變量
strParam.add（request.getParameter（"safeLvl"）.toString（）） ； // 系統安全級別
strParam.add（request.getParameter（"userCnt"）.toString（）） ； // 系統用戶數
strParam.add（request.getParameter（"onlineCnts"）.toString（）） ； // 在線用戶數 strParam.add（request.getParameter（"dataCnts"）.toString（）） ； // 系統數據量
strParam.add（request.getParameter（"dataUpCnt"）.toString（）） ； // 數據增長量
strParam.add（request.getParameter（"LogUpCnt"）.toString（）） ； // 日志增長量
//參數輸入格式合法性檢查
string strError = "" ；
strError = dataBaseService.CheckParam （strParam） //判斷輸入參數格式是否合法
if （！"".equals（strError）） {
return strError ； // 返回格式錯誤信息
}
//計算數據模型參數對比決策優先級
List strParamPriority = new ArrayList（） ； //定義參數決策優先級
// 獲取決策優先級
strParamPriority = dataBaseService.ParamPriority （） ；
//調用“動態規劃”算法，獲取最優備份方案
List strResult = new ArrayList（） ； //定義最優備份方案返回結果
//根據參數及決策優先級，計算最優方案
strResult = dataBaseService. dynamicProgramming （strParam ， strParamPriority） ；
return strResult ； //返回最優備份方案
}
}
六、系統優缺點
優點：①責任明確化、分工精細化、成果共享化、項目數字化、模型實例化、管理自動化。②建立標準化服務模式，離開信息孤島和傳統的政府衙門式服務方式，開創教育行業的“云服務”時代。模型建立好之后可以向多方面推廣，如，橫向推廣至其他省市或縱向推廣至本市其他應用。③為后期數據資源中心監控項目創造數據來源、數據接口和工作模式等有利條件。
可能出現的問題：①項目初期企業利益相對較少，有實力的技術團隊不愿參與技術指導。②政策支持力度欠缺，新工作模式胎死腹中。③技術支持力度欠缺，MVC模式架設出現缺陷。
七、結束語
基于MVC架構的備份模式，是在數據及信息安全理論基礎上的數據備份模型的嘗試。它最大的優點就是實現了利用數學模型系統，建立了基于數據及信息安全理論的“MVC架構”備份模式，它代替了以往數據中心管理員的繁雜而低效地工作，它使得備份技術無需編寫針對特定類型頁面的分析器程序。它采用MVC模型化算法的數據及信息安全能力使此技術能夠提供更加準確的結果。它提供給人們應用技術手段制定工作方法和策略的難題。
雖然它無法保證像編寫分析器程序一樣獲取百分之百準確的結果，但它顯著提升了數據中心數據及信息安全的準確性，從一定程度上彌補了以往我們在數據備份工作中的部分人為因素帶來的缺陷，使人為的錯誤備份策略和備份中的錯誤率控制在一個更小的范圍內。實際上，即使是人有時候也無法肯定目標頁面的特定部分是否是有效文本。另外，這種技術的通用性使它擁有更加廣泛的應用領域，未來有望應用于數據中心其他業務中。
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在Caprioli看來，這一點解釋了質譜成像技術（MSI）為什么越來越受歡迎。尤其是這項技術可以幫助組織學家獲得原本需要數年才能掌握的專業知識?！八捎玫牟皇穷伾S度，而是分子維度。但這個事實并不是那么重要，只要分子維度有足夠的信息量。”他說。
質譜成像技術就像是免疫組織化學的高通量版本，只是沒有抗體而已。質譜成像技術并沒有為組織切片事先染上特殊標記，它使用質譜儀一次性挑選并繪制成百上千種分子的空間排列。研究者無需提前知道哪個分子比較重要，就可以利用該技術進行繪制挑選，而且速度很快。“我們的儀器有激光，每秒可以做5000個質譜。”Capfioli表示，這一速度足以在一個小時之內掃描包括數百個病患活組織在內的組織微陣列整體。
但是，質譜成像技術的應用也存在明顯的障礙。比方說，圖像分辨率隨著光點尺寸的減小而升高，但卻降低了離子材料的產量。該技術并沒有初步分離的步驟，因此可能會只抽取豐度最高的分子。而在計算方面，研究人員面臨的挑戰則是如何對數據進行分析，特別是如何能夠真正理解這些數據。但是不管怎么說，研究人員正在使用質譜成像技術進行研究，無論是確定亞細胞分辨率下組織切片中的藥物代謝產物，證實疾病的生物標記，還是鑒別腫瘤的邊界等等。他們甚至正在將該技術引入臨床，至少是接近于臨床研究。
質譜成像技術的策略
那么，什么是質譜成像技術？就像是一張標準的數碼照片，數字成像的色彩是通過紅綠藍3個顏色通道疊加而成的，屏幕上每個小像素的顏色都是由這三個顏色的密度所構成的。
現在，想象一張擁有成千上萬個顏色通道的圖片。這就是質譜成像技術，Capfioli說，每個通道都是你想要展示的那個分子種類或質譜峰。研究人員將這些不同的通道互相覆蓋，便可以產生一個針對組織分子構成和空間分布的彩色繪圖，無論是對蛋白質、神經肽、代謝分子還是脂類等組織――顯然脂類的需求正在增加。
研究人員為質譜成像技術設計了幾十套方案，但正如2012年的綜述中所說的（1.Proteomics，75：4883，2012），只有三種是最常見的。Capfiofi的基質輔助激光解析質譜成像技術（MALDI-MSI）通過紫外線激光光柵掃描一個基質包膜的組織切片來建立圖像。該技術的像素大小一般近似于1到10個微米，意味著它可以達到亞細胞分辨率。但由于它需要使用MALDI基質和真空環境，所以MALDI-MSI不適用于活體樣本。同時，基質是用來吸收激光能量并轉移到樣本上去，但是這種基質可能會很難在樣本上操作并產生大量的小分子量的電離物，這會遮蔽生成光譜的代謝區域。
賓夕法尼亞州立大學埃文?普名譽化學教授Nick Winograd采用了第二種方法――次級離子質譜法（SIMS）。這種方法通過在樣品表面噴鍍離子束讓樣品產生電離作用（比方說，英國Ionoptika公司的帶電C60分子或氬團簇束），不使用激光。Winograd稱，這種方法有兩大優點，第一個是分辨率：SIMS得出的像素約有300納米，而MALDI充其量只有1毫米。另一個是通過分子深度剖析，研究人員可以使用碰撞而成的坑痕去“深挖”這個樣本，通過三維立體化繪制其分子組成物。
第三種是電噴霧解析電離技術（DESI），這種（非真空的）電離技術通過噴射溶劑，將溶劑覆蓋在未經處理的組織表面上，溶解表面的分子。然后再繼續往上滴溶劑，以使溶解物濺到質譜儀上，進行電離和分析。（Prosofia公司對DESI技術進行商業化，該公司由該技術的發明者、普度大學化學家R.Graham Cooks共同創辦。）
DESI、MALDI、SIMS這三種技術以及他們的變體都采用阿姆斯特丹FOM研究所AMOLF學院RonHeeren所謂的“微探針”模式，分辨率隨著像素尺寸減小而升高。這里面的問題是如何從盡可能小的光點中最大化樣品的電離作用。但是較小的光電也就意味著檢測到的離子會更少，且不要說成像時間會更長了（因為里面的像素會變多）。
Heeren更喜歡“顯微”模式。這種模式可以用散焦像素更快成像，再加上像素檢測器如CCD，可以有效地一次性捕獲262144（512x512）個光譜。
“這就像個相機。”Heeren解釋道，“就是一點，我們制造的是分子閃光照片?！?/p>
Heeren認為這個“質譜顯微鏡”的關鍵是Timepix探測器，這個探測器是CCD和飛行時間質譜分析器的結合。（Heeren共同創立的Omics2Image擁有Timepix探測器）。他解釋，大多數質譜檢測裝置將探測器視為一個大的像素，將所有到達表面的離子碰撞整合為一個單一的信號。Timepix將這個信號分成262000個空間分辨的點，這樣在探測到成像表面分子時，它們可以保持并記錄自己的空間定位，成像速度非?？臁?/p>
有多快？Heeren說，MALDI-MSI儀器可以產生每秒鐘一個像素，達到一微米的分辨率。因此在一個100x100毫米的區域中，要想生成1萬個像素需要花費2.7個小時。但使用質量顯微鏡和Timepix探測器，“我們可以在一秒鐘內得到這些信息?！?/p>
顯微鏡上還有物理電子學TRIFTSIMS-TOF系統，上面還有一個MALDI技術，Heeren團隊最近正在使用這一技術探索骨關節炎下的生理變化。“我們甚至可以證實，在蛋白質水平和脂代謝水平上的生理變化以及軟骨礦化，會導致軟骨機械強度的流失。”他說。
常態MSI
與MALDI和SIMS相比，DESI和激光燒蝕電噴霧技術（LAESI，由Protea Biosciences推出的激光技術）這些正常大氣壓下的電離技術擁有一些特殊的優勢。最明顯的優勢是，他們不需要進行樣品處理，在正常空氣中操作即可，不需要真空。因此，他們可以用在活體樣本上，甚至可以在患者身上進行操作。
“我自己這輩子的追求就是：用未處理過的樣品就可以進行質譜分析。”這是Cooks幾十年來的目標。
作為一個研究者，Cooks的工作是提取并測定植物生物堿的結構。很長的一段時間內，研究都非常艱辛，他只提取了一點“不純的生物堿，而且也沒有做出結構方面的進展”。直到他遇到了從斯坦福大學來演講的Carl Djetassi。他說，Djerassi把他的材料樣品帶回了實驗室，并收集它們的質譜，十天后又把結構發了回來。“這讓我相信質譜分析法的強大?！盋ooks說，“同時，我也發現提取方法學中存在的局限性?！?/p>
從那以后，他開始從那些在生物上不怎么好操作的技術限制中脫出來，進行質譜分析，發展了正常氣壓下的電離技術，特別是DESI。2011年，由Cooks和哈佛醫學院Nathalie Agar共同領導的團隊，使用電噴霧解析電離質譜技術（DESI-MS）來存儲腦腫瘤組織，使用脂類特征檢測結果幫助電腦區分不同形式和組織病理學分級的神經膠質瘤（一種腦瘤）。
對于這種分析來說，脂類是一個古怪的選擇。的確，脂類對于MSI從業者來說就是無奈之舉，但他們必須從中獲取最大的價值。在標準的細胞分析中，研究人員可以分離細胞提取物，并去掉不想要的部分，這其中往往就包括脂類。但是在MSI及其他原位應用中，研究人員必須知道自己面前擺著的是什么。他們面前擺著的主要是脂類。但幸運的是，脂類不僅豐度高，非常容易電離，而且信息量也很大。
“如果你只看脂類的話，它的組織特征比蛋白質要好得多。”倫敦帝國學院醫療質譜部門研究員ZoltanTakats這樣說。
最近，Cooks和Agar將這一方法應用到5個正在進行治療的腦癌病人的32個手術標本當中。該系統通過逐個像素報告了腫瘤的亞型、分級以及癌細胞的部分。Cooks說，這些數據可以讓他們的團隊在繪制腫瘤邊界時找出不同組織病理學級別的各個區域，補充MRI數據。他還強調，他們使用的是“最便宜的”質譜分析儀器，Thermo Fisher公司的單級（與串聯相對）低分辨率LTQ離子阱。
但Agar也指出，這還是一個研究項目，團隊不能實時將這些結果傳遞給外科醫生，他們在波士頓收集樣本，但真正成像卻是在印第安納州。自那以后，她的團隊在布萊罕婦女醫院的AMIGO手術室安裝了Bruker公司利用DESI技術的amaZon Speed離子阱，用來進行腦瘤案例的測試。該手術室是醫院的影像引導治療國家中心。Agar說，很快他們會研制出乳腺癌測試，但是團隊仍然不能指導外科醫生真正操刀。這種方法首先必須經過驗證，
“這最終會需要經過臨床試驗進行驗證?！?/p>
簡化數據分析
最終，要想把MSI推向臨床，就必須要跨越質譜儀專家，讓真正需要使用它的人掌握這門技術。然而，沒有幾個臨床醫生能夠掌握MSI技術、數據處理和信息學的精妙，而且更沒有人愿意花時間學習了。在Cooks看來，如果這項技術“又嬌貴，而且這項質譜技術需要博士才能掌握”的話，就很難進行推廣，“它需要全自動，儀器也不能那么嬌貴，必須要可靠而且相對簡單?！?/p>
對于典型的組織病理學應用來說，這不是什么問題，因為這個系統可以配置成智能盒子（turnkeyboxes），只有通過特定的生物標記才能打開。全球的各大臨床實驗室已經在常規地使用非成像質譜儀，包括Bruker公司的MALDI BioTyper和Sequenom公司MassARRAY。Caprioli想要為組織學家和病理學家設計一款類似于顯微鏡的MSI，儀器小到甚至可以塞在桌下。實驗室技術員只需要學會如何準備樣本、操作機器，軟件就可以進行剩下的操作。
但是像生物標志物鑒定等更為復雜的應用則是另一回事兒?！百|譜成像技術數據集的大小取決于圖像像素的數量和質譜儀的分辨率。而近年來，它倆發生了巨大的變化?！眲趥愃挂徊死麌覍嶒炇铱茖W家Ben Bowen說，他發明了質譜成像技術的數據分析軟件。
隨著分辨率的提高，像素就會收縮。同時，進行“發現模式”實驗的研究人員預先不知道哪個分子更為重要，所以他們要將所有分子都考慮進去，在成千上萬個顏色通道上進行兩兩比較。
所有這些像素加起來的數據是驚人的。Bowen說，他的同事TrentNorthen在自己的工作中使用質譜成像技術，這些年已經收集了幾百萬兆字節的數據。對于初學者來說，打開數據文件都是個問題，這讓他們非常依賴更精通于這項技術的專家。“你就會知道為什么它i～iX些科學家如此不悅了?！盉owen說。
為了減輕他們的負擔，Northen和Bowen與伯克利實驗室數據可視化專家Oliver Ruebel一同研發了OpenMSI的云計算平臺，用戶可以直接在瀏覽器上瀏覽和操作質譜成像技術的云計算數據。Bowen介紹，美國能源部國家能源研究科學計算機中心（NERSC）的超級計算機用于支持該系統，將數據處理時間從幾天減少到幾分鐘。
Bowen說，他和Northen的合作者之一可以使用OpenlVISI詳細研究50千兆字節的數據集，這個數據集他在一年半前就收集到了，但是一直沒有辦法進行研究?！艾F在他就在（谷歌）瀏覽器中使用這項技術?！彼e例說，包括瀏覽RGB圖像，檢驗下面的光譜，并與同事分享數據，“所有你能想到的21世紀互聯網所提供的功能，我們都能在OpenMSI上實現質譜成像技術的這一功能?！?/p>
手術室的質譜儀
但是要想達到臨床可譯性的最優化，研究人員可能必須要脫離MSI的成像部分。這就是倫敦帝國學院Taka ts的研究成果。
Takats是Cooks之前的博士后，作為論文第一作者首次對DESI進行描述。他研發并正在檢測一種新的非真空電離技術――快速蒸氣電離質譜儀（REIMS），并設計了iKnife智能手術刀，外科醫生可以在手術室就搞定組織的組織學和組織病理學問題。
“最終的設備非常簡單。”Takats解釋道，而且還依賴電外科技術，這種切割技術使用電流氣化組織。這個過程釋放的煙霧是焦油、微粒物質和電離脂質的組合，iKnife持續提取樣本放入附在旁邊的聚四氟乙烯管，然后放入質譜儀。
在過去幾年內，Takats建立的數據庫包括了近20萬人類癌癥和健康組織的脂類樣本。通過這些數據，他證實了可以通過脂類生物標記區別不同的樣本。因此，使用在電外科過程中產生的離子化的脂類特征，他的系統可以基本上實時地確定iKnife下面的組織是健康的還是癌變的，以及其組織學狀態。
但要說明的是，這里面沒有成像。
“出來的診斷結果是組織學水平的鑒定。”Takdts說，“這個系統會告訴你這是非小細胞肺癌，2期之類的。'’
在匈牙利、德國和英國，iKnife（MediMass公司和帝國學院的研發成果）已經在超過500個手術中進行檢測，“在絕大多數案例中，能夠達到100%的分類正確率?！盩akats說，涵蓋了胃腸道癌、肝癌、肺癌、乳腺癌和腦癌。在有些案例中，醫生本以為是腫瘤，但是該技術卻證明只是良性組織或炎癥性疾病?，F在，Takats正在研發一種新的系統，可以為內窺鏡檢查進行類似的評估。
Takdts表示，最終，這種應用可能會讓MSI變得“意義非凡”，不僅是作為一個研究工具，更是作為常規的臨床技術。他指出，組織病理學研究者可能不愿意接受這種相對較慢、而且價格高昂的技術。但他也表示，是這款儀器的速度和價格都會有所改善。以往，要想進行這項檢測，最好的時機是要在解剖后等待半個小時才能進行檢測。如果這項技術能夠醫生在幾秒鐘內提供診斷，并且是體內的，那么人們就會更傾向于這項技術。
關鍵詞: 異構無線傳感器網絡；跨層；MAC協議
中圖分類號:TP 393 文獻標志碼:A 文章編號:1672-8513(2011)05-0381-07
Review on Cross-Layer MAC Protocol of Heterogeneous Wireless Sensor Networks
FAN Jing1, XIE Jianbin2, TAO Zhiqing1, GAO Fei1
(1.Key Lab of Wireless Sensor Networks, Yunnan University of Nationalities，Kunming 650031, China;2.School of Urban Construction and Management, Yunnan University, Kunming 650091, China)
Abstract: In heterogeneous wireless sensor networks (HWSN), nodes, links and protocol are all heterogeneity, which has aroused much attention to the research on media access control protocol (MAC Protocol) of HWSN. In order to improve the overall network performance, the relevant theory and methodology for the cross-layer design emerged. But the research of cross-layer MAC protocol for HWSN is just at the initial stage and the practical application of cross-layer MAC protocol for HWSN is still immature. In this paper, the current cross-layer MAC protocol of HWSN was summarized, classified and compared, and the typical protocol selected from the channel access strategy and related layers were analyzed in detail. Moreover, the possible development and existing problems of the cross-layer MAC protocol design were discussed to provide reference for future research.
Key words: heterogeneous wireless sensor networks; cross-layer; MAC protocol
當前，隨著信息技術的迅猛發展，泛在式異構一體化綜合網絡［1］已成為各種通信網絡的建設目標.無線傳感器網絡［2］、無線Mesh網絡［3］、Ad Hoc網絡以及UMB、WiFi等各種新興無線網絡［1］技術也由于各自不同的特性得到了應用和發展.
根據WSN和WMN特點，將無線Mesh網絡作為異構無線傳感器網絡接入的骨干網絡，并將無線傳感器網絡作為泛在網絡的接入網絡，可形成基于無線Mesh網絡的由多種不同類型傳感器節點構成的異構無線傳感器網絡［4-5］（Heterogeneous Wireless Sensor Network, HWSN）.異構無線傳感器網絡（HWSN）的異構特性主要體現在節點異構性（包括感知能力、計算能力、通信能力和能量等）、鏈路異構性和網絡協議異構性等方面.目前關于基于無線Mesh網絡的異構傳感器網絡研究則主要集中在網絡協議、能量、定位、帶寬分配、可靠性、數據處理等方面，其中網絡協議一直是研究重點.在協議研究中，因介質訪問控制協議(簡稱MAC協議)負責分配節點的無線信道網絡資源、控制無線信道使用方式，且較直接影響無線異構網絡的性能而備受關注.與此同時，為兼顧網絡整體性能提升，跨層協議設計理論及方法運應而生.為提高HWSN性能、更有效地分配和利用有限的網絡資源，研究基于無線Mesh網絡的HWSN層間通信機制并進行相應的跨層設計是關鍵.因此跨層MAC協議的研究已成為目前HWSN研究重點和熱點.
目前已有少量針對不同需求和應用對象的HWSN跨層MAC協議研究成果，但相應的跨層MAC協議各有利弊.為更好地探討未來HWSN跨層MAC協議設計的研究發展方向，進一步促進跨層MAC協議實驗平臺設計和跨層MAC協議在網絡中的實際應用，本文針對當前HWSN中的跨層MAC協議進行了總結、分類和比較，選取較典型的協議進行了詳細分析，旨在為HWSN跨層MAC協議的進一步研究提供參考.
1 跨層MAC協議分類
由于異構無線傳感器網絡（HWSN）的異構特性使無線網絡具有拓撲相對動態、鏈路質量變化大、能量有限等特點，因此針對有線網絡而提出的分層、改進MAC協議的無線異構網絡不適用.為促進網絡資源的有效利用，在兼顧公平性、實時性的前提下，實現網絡能量有效性、高吞吐量和高帶寬利用率等應用需求，研究人員從不同角度提出了多種跨層MAC協議，但目前尚無統一的分類方式.本文從信道分配方式、數據處理方式、跨層涉及方式等方面將跨層MAC協議進行如下分類：
1) 鑒于信道分配策略與網絡層的路由層關系密切，信道分配策略將影響網絡拓撲從而影響路由選擇；路由將影響不同信道流量分布從而影響信道分配策略.因此，根據信道訪問策略不同可將HWSN跨層MAC協議分為按需分配接入方式跨層MAC協議、固定接入方式跨層MAC協議和混合型跨多層跨層MAC協議3種方式；
2) 鑒于HWSN使用了大量多載波和多信道的物理層技術，因此可根據信道共享方式將HWSN跨層MAC協議分為單一共享信道跨層MAC協議和多信道跨層MAC協議2種方式；
3) 鑒于HWSN中MAC層跨層設計既可在物理層與MAC層間進行，也可在MAC層和網絡層間進行，因此可根據HWSN中MAC協議所涉及的跨涉層次將HWSN跨層MAC協議分為跨越一層的跨層MAC協議和多跨層的跨層MAC協議；
此外，根據應用需求，還有部分跨層MAC協議是混合型并具有安全性［6］、移動適應性［7］、環境位置感知能力［8］等.
2 典型跨層MAC協議分析
2.1 按需分配接入方式的跨層MAC協議
當前按需分配接入方式的跨層MAC協議主要思想是：當節點需發送數據時，網絡根據拓撲、信道狀態等信息并結合路由計算數據，設定相應競爭方式使用無線信道.在采用競爭的方式使用無線信道時，若發送的數據產生了碰撞，則按照綜合優選策略重發數據，直至數據發送成功或丟棄為止.此類算法的優點是算法能及時有效地根據網絡流量、規模和拓撲變化，自適應地調整信道接入方式從而獲得較好的QoS保證.目前相關研究已提出了諸如CAEM［9］、SS-Trees［10］、MISIC(2006)［11］和CLPC［12］等基于競爭的傳感器網絡跨層MAC協議.
2.1.1 CAEM信道自適應能量管理算法
CAEM信道自適應能量管理算法的基本思想是：為優化能量管理，通過CAEM算法協同調節物理層和MAC層的信息交互，使每個傳感器能基于接收信號的衰減程度進行自我調整以持續監測信道狀態信息，并改變相應數據傳輸信道，從而保證能量有效分配.此外，CAEM算法還采用了CSMA-CD（帶沖撞檢測的載波偵聽多路接入）作為信道接入方法的跨層能量管理方法.當采用CAEM協議時，網絡中所有傳感器持續感知信道狀態，若網絡中一節點需傳輸包，則在信道狀態好時傳輸；當信道狀態不好時，包被緩沖，傳感器進入睡眠模式.CAEM協議的公平調度和隊列機制有效避免了信道狀態長時間不好時的能耗.因此，采用CAEM協議時的網絡能量消耗和通信質量可平衡，相應的網絡壽命比不采用CAEM協議時增加40%.
2.1.2 SS-Trees（感知休眠樹）
SS-Trees的基本思想是：為最大化能效，采用深度優先貪婪方法，自底向上逐枝生成休眠感知樹(SS-Trees), 并根據SS-Tree對傳感器休眠調度進行優化，同時采用CSMA接入信道，在偵聽請求時通過區分上游和下游階段減少包沖撞次數以減少能耗.
SS-Trees計算過程為：以sink節點為根，運用Dijkstra算法，經多次巡航進程計算出端到端的最小路徑從而形成一個SS-Trees.具體過程是，初始時所有節點待定，每次巡航沿路徑逐跳增加，形成過程如圖1所示.圖1中有25個節點形成監測矩陣，不同灰度顏色表示形成不同的SS-Trees.在圖1所示的SS-Trees樹中，每顆SS-Trees采用不同的休眠調度以減少數據發送沖突，并在多跳沿路上采用如圖2所示的時間協作型休眠周期模式，進一步節省了在同一顆樹上的傳送延時.
SS-Trees算法通過精確計算，優化協作了節點的休眠調度機制，更有效地節省了能量.SS-Trees算法可適用于多跳傳輸的無線網絡，但算法的計算復雜性隨著節點和跳數的增加也進一步加大.
2.2 固定接入方式跨層MAC協議
目前，固定接入方式的跨層MAC協議即分配調度型的跨層MAC協議主要采用TDMA方式進行信道分配.通常在固定接入方式跨層MAC協議中，物理信道被分為多個子信道，子信道又被靜態或動態地分配給需要通信的節點.這類協議可根據網絡通信流量情況最大限度地避免沖突、節省能量且無隱藏終端問題，有利于休眠的準確調度.當前比較典型的固定接入方式跨層MAC協議有Nikolaos(2009)［13］、IMAM (2011)［14］、SU H (2009)［15］、SHI L (2010)［16］、WANG H(2008)［17］等.
2.2.1 TDMA Scheduling for WSN
文獻［13］表述了一種TDMA Scheduling for WSN算法，這種算法的基本思想是：為減少休眠延遲，提高能量有效性，采用收集跨層路由信息方式，在TDMA信道上有序分配休眠時隙和數據發送時隙，該算法的機制如圖3所示.在這種算法中，為保證端到端的延遲盡可能小，算法根據沿途不同跳數設定節點的喚醒時間并基于路徑喚醒策略允許轉發節點采用更長的喚醒間隔.此外，該算法還在考慮路由信息和鄰居節點信息的基礎上，采用沖突避免的時隙分配方法以避免發送與接收的相互干擾，從而進一步保證了能量的有效性.
文獻［13］提出的路徑喚醒機制有效地減少了休眠延遲和端到端的延遲并大大減少了在延遲中消耗能量的可能性，因而網絡生命得到有效的延長.但算法采用的是集中式的信道接入機制，因而算法不適用于規模較大的無線網絡.但在異構無線網絡中，可采用能力較強的節點承擔復雜集中的計算任務，其它節點動態執行路徑喚醒與沖突避免機制.另外，在如圖所示的喚醒機制中，空閑等待的能耗可進一步優化，這將是未來無線異構網絡的一個研究內容.
2.2.2 TDMA Scheduling for WMN
文獻［14］提出了一種TDMA Scheduling for WMN思路,針對無線網狀網絡分別設計了基于圖4和圖5所示的聯合STDMA分配算法和動態分配STDMA算法，并將STDMA算法與基于空間TDMA的最佳跨層路由相結合形成最佳路由分配和最佳容量分配機制，實現了端到端的延時最小化.此外，論文還基于拓撲改變時網絡的連通性，研究了無線信道和包傳輸概率下端到端的平均時延和時延抖動情況.文獻［14］的研究結果表明，當MESH網絡密集時，STDMA算法性能不佳；但當網絡較稀疏時，STDMA算法的性能則比較好.因此，TDMA Scheduling for WMN算法較適合于節點具有較少能量、連接鏈路稀疏的情況.
2.3 混合型信道分配跨層MAC協議
目前，混合型信道分配跨層MAC協議一般采用CSMA機制作為信道分配方法.但當信道競爭加劇時，混合型信道分配跨層MAC協議則大量使用TDMA信道分配機制并引入時間幀和跨層信息，為節點分配時隙.因此，節點可以選擇任何時隙發送數據并在所分配的時隙發送過程中享有更高優先級.混合型信道分配跨層MAC協議組合了按需分配和調度型MAC協議的優點，并適度地避免了按需分配和調度型MAC協議各自的缺點.由于引入了跨層信息，混合型跨層MAC協議可進一步提高網絡整體性能.研究成果表明，當前混合型接入方式跨層MAC協議主要有TDMA/CDMA［18］、FMH-MAC［19］、TM-MAC［20］和LEMMA［21］等.
2.3.1 TDMA/CDMA混合型
文獻［18］研究并設計了一種混合型的跨層TDMA/CDMA媒體訪問控制機制.在該機制中，通過在簇間采用TDMA分配不同超級幀來干擾簇的方式以避免簇間干擾，應用頂點染色模型解決基于STDMA的簇內干擾問題，并通過啟發式搜索算法解決簇間時隙優化分配問題，根據能量和時間控制情況將CDMA調度應用于簇內傳感器節點集合以減少簇內能量耗損.
在文獻［18］的混合型跨層TDMA/CDMA媒體訪問控制機制中，時間被劃分為幀，幀又被劃分為上行和下行子幀，同時根據簇內不同節點的訪問窗口給幀依次分配了相應時隙，具體劃分方法如圖6所示.文獻［18］的研究結果表明，簇間TDMA機制可有效避免能量的干擾損耗，針對每個簇內的CDMA機制又可保證簇內成員的傳輸同步，從而進一步節省能耗.
2.3.2 多跳多頻多信道混合型
文獻［19］設計了一個信道分配和快速MAC架構――CAFMA.CAFMA有效地利用了多頻多信道的優越性，CAFMA提供了多渠道協調、基于多跳中繼拓撲結構的快速數據通信機制以及與路由協議聯合的分布式信道分配方案.文獻［19］還在CAFMA框架下具體設計了一個多跳MAC協議――FMH-MAC協議.FMH-MAC協議跨涉了網絡層和MAC層，FMH-MAC協議允許一個正在從某個干擾頻率接收數據的節點提前與下一跳節點進行信道分配協商，并立即在第2個頻段轉發所收到的包.FMH-MAC協議通過一個包含跳數、信道控制干擾數的CAM矩陣與下層的MAC機制進行協同工作以避免沖突和分布式的信道分配.與單層MAC協議相比，文獻［19］提出的CAFMA算法支持服務區分、計算簡單且有更好的QoS，較適用于多跳網絡.
2.4 涉及不同層次的跨層MAC協議
2.4.1 涉及網絡層的跨層MAC協議
為解決HWSN中由于MAC協議利用監聽和睡眠方案而導致的端到端延遲增加、網絡吞吐量降低以及節點數目過大導致的sink節點附近擁塞問題，文獻［22］設計了一種混合型跨層傳輸控制MAC協議――TC-MAC.TC-MAC基于周期性偵聽和休眠，在偵聽階段進行多跳信道分配并在休眠階段進行數據多跳轉發；在TC-MAC中，監聽時段被預留給多跳信道，擁塞由反壓算法控制，特定信息就近轉發以阻止臨近節點競爭信道，由流量監測器監控擁塞狀況以保證相對公平，并根據數據流的變化需求來分配相應的信道資源.TC-MAC中通過捎帶和Schedule方法以實現沖突溶解的過程如圖7所示，TC-MAC中的擁塞控制過程如圖8所示.文獻［22］的研究結果表明，當采用TC-MAC協議時，網絡能耗可大大減少.
顯然，文獻［22］設計的TC-MAC涉及了網絡層的擁塞控制和路由信息.此外，UMB-MAC［23］、MACRO［24］等跨層協議同樣涉及了網絡層的擁塞控制和路由信息.TC-MAC、UMB-MAC和MACRO的共同點是在MAC協議中都涉及了網絡路由的相關計算，路由和接入控制協同計算以網絡整體性能優化等方面.不同點是由于面向的網絡環境不同、針對的應用對象不同，協議的設計方法和運行方式也不盡相同.
2.4.2 涉及物理層的跨層MAC協議
目前，涉及物理層的跨層MAC協議類型很多.由于面向不同的先進物理層技術，針對不同的應用需求，涉及物理層的跨層MAC協議有不同的設計方法.例如，文獻［25］提出了2種k覆蓋的調度機制，一種是每個節點根據探測當地鄰居信息需要自動開啟自己以實現k覆蓋，另一種是允許一個節點激發周邊必要的鄰居節點數進行主動探測并實現k覆蓋.協議的實現主要采用探測切片和主動節點調度方法，與此同時每個節點根據探測地信息和鄰居狀態信息自主設置開啟狀態.此外，文獻［26］提出了一種用于超寬帶（UWB）的跨層鏈路自適應能量有效的路由協議.文獻［26］提出的協議使用了物理層和多種接入層的聯合審議以減少網絡能耗，并使用了多址作為UWB多跳信令結構，進而優化了多跳路由的能耗.文獻［27］基于兩物理層重要參數可被MAC協議所用的實際，提出了基于物理層參數調整的跨層方案.文獻［27］的跨層方案主要原理是根據信道狀態信息(CSI)和殘余能量信息(REI)進行調度傳輸.文獻［28］提出了一個帶寬和元素分配聯合調度的跨層設計方案.文獻［28］的方案在滿足帶寬優化分配的同時，采用了代價意識的元素分配技術以減小總的天線元素，并通過一流量意識流控制鏈路分配機制來分配調度網絡帶寬.
3 各類跨層MAC協議比較
HWSN是一個比較新的研究領域，應用范圍廣泛，涉及的先進技術較多，因此HWSN中跨層MAC協議的研究也呈現出多樣性的特點.在當前眾多的HWSN跨層MAC協議設計中，沒有通用的優化協議，無論哪種設計都有著自身的優點和不足.為對跨層MAC協議有一個整體直觀認識，現將主要的跨層MAC協議進行了比較，表1列出了當前主要跨層MAC協議的基本情況.
4 總結與展望
當前尚無統一的異構無線傳感器網絡跨層MAC協議分類方式，但歸結起來異構無線傳感器網絡跨層MAC協議分大致可按信道分配方式、數據處理方式和跨層涉及方式等進行劃分.在當前眾多的HWSN跨層MAC協議設計中，沒有通用的優化協議，無論哪種設計都有著自身的優點和不足.
隨著無線網絡技術的不斷更新，基于跨層設計的無線異構網絡MAC協議設計與優化還有許多需要進一步研究的問題：①如何評估異構無線傳感器網絡MAC協議中由于跨層引起的開銷和由于跨層所節約的開銷是一個值得長期探討的問題；②現有的跨層MAC協議對網絡拓撲動態變化、網絡移動性的支持明顯不足，限制了跨層MAC協議的擴展性和可用性，因此移動跨層MAC協議的研究亟待深入；③由于進行跨層設計的同時引入了更為嚴峻的無線網絡安全性問題.因此，如何在節能前提下提高跨層MAC協議的安全性、健壯性是今后研究的一個重點和難點；④研究既適用于異構無線傳感器網絡，又能與認知無線電技術、超寬帶技術、定向天線技術等當前快速發展的先進網絡技術協同工作的跨層MAC協議是今后研究的重點方向；⑤目前大多數關于異構無線傳感器網絡跨層MAC協議的研究成果處于理論和仿真研究水平，將理論成果進一步應用于實際網絡仍需深入工作.
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收稿日期:2011-06-20.
