Internet2對數字圖書館的影響

[摘 要]Internet2作為未來網絡的核心，必將對未來學習和生活產生巨大的影響。美國為了提高其高等教育和科研機構的網上學術，欲建立一個具有高性能的網絡，即Internet2。而數字圖書館又是學術界中知識的源泉，必然是最先受到Internet2的影響的對象。Internet2正在不斷的完善中，本文探討了Internet2對數字圖書館的影響。

[關鍵詞]Internet2;數字圖書館;Ipv6;組播;視頻傳輸

[中圖分類號]G250.76 [文獻標識碼]A [文章編號]1008-0821(2010)04-0162-03

The Impact of Interne2 Bringing to the Digital LibraryZhang Jianhui

(School of Information Management，Heilongjiang University，Haerbin 150001，China)

[Abstract]Internet2，as the nuclear of future internet，will have big affect on future study and life.America wants to build a high performance internet in order to enhance his academic of higher education and scientific research institution in internet，and in order to build a high performance internet，that is internet 2.The digital library is also the fountain of knowledge in academic，and is certainly the object of internets influence.Internet is constantly perfecting，this paper discussed the influence to digital library.

[Keywords]Internet2;digital Library;Ipv6;video transmission

1 Internet2簡介為了提高高校教學質量和學術研究水平，美國于1996年開始了他的Next Generation Internet 計劃。這一計劃主要是以美國的34所高校作為實驗對象，由國家教育系統大學間委員會提供支持。Internet2的提出是解決兩個主要問題，首先解決了采用現有Ipv4建立起來的Internet面臨的IP地址枯竭問題。其次由于Internet2引用了先進的Ipv6(Internet protocol version 6)技術，所以它能從根本上解決數字圖書館網絡傳輸帶寬不足、視音頻延遲、視頻抖動的問題。具體的說，Internet2可以使目前的網絡傳輸速度從10M提高到1G。目前數字圖書館只能做到Best efforts，但是不能保證Qos(Quality of Service)。Internet2技術使數字圖書館傳輸高質量的音頻、視頻成為可能，從而對當前數字圖書館的服務質量產生巨大的影響。Internet2主要有4部分組成:①Internet2運行程序及支持這些程序的設備，簡稱應用系統;②Gigapop(千兆級網絡節點);③有千兆節點、圖書館所組成的校園網;④Gigapop(千兆級網絡結點)和Gigapop間的互連網[6]。Internet2的關鍵技術:①Ipv6(Internet protocol version)技術;②改進數據傳輸過程中Qos的要求;③加強了網絡組播能力;④提高了網絡數據傳輸的安全性。

2 數字圖書館視頻資源自從20世紀90年代中后期國內高校數字圖書館開始蓬勃發展以來，各大高校都基本完成了網絡現代化。目前國內有幾百家規模不等的數字圖書館，如國家數字圖書館、超星數字圖書館、各大學自己的數字圖書館等，他們主要負責向高校的師生提供數字化信息的服務。數字圖書館不是傳統圖書館的簡單延伸，數字圖書館不僅具有傳統圖書館收藏、加工、整理保存和服務的基本功能，而且能提供深層的、數字媒體的遠程圖書館服務。主要有信息資源數字化、共享化、信息服務主動化三大特點[1]。與傳統圖書資源相比較，數字圖書館資源主要分為文本、圖像、音頻、視頻、多媒體等數字格式。在現在高校數字圖書館資源中主要是以文本信息為主，圖片、音頻、視頻等數字資源所占的比例相對較少。由于視頻音頻資源的格式眾多，兼容性就顯得十分重要了。這些信息資源格式滿足信息用戶各方面的需求，需要一種方法來提高這些信息資源格式之間的相互轉化的效率，從而節約人力、物力和時間上的消耗，降低圖書館運營成本。傳統的視頻傳輸設計基于香農信息論信源/信道分離的理論，可分為只考慮編碼的方法和只考慮網絡的方法兩種[2]。改進編碼方法是從設計低比特率高性能視頻編碼器方面來提高傳輸質量，這樣不能適應隨時變化的信道造成信道資源的浪費。網絡的方法是從設計高性能的傳輸協議的方面來保證視頻數據傳輸質量。現有的Internet是以IPv4傳輸協議為核心技術的網絡，它是共享帶寬的傳輸通道，不能做到不同用戶分別對待。由于上網費用的降低和網絡硬件技術的飛速發展，使得最近幾年來上網用戶呈現指數性的增長。人們不在滿足簡單的文本信息，而是把目光移到了視音頻數字信息上面。帶寬共享和上網用戶指數增長會導致網絡擁堵和數據丟失，從而會在網絡終端表現為數據流(Date stream)間斷、視頻(Video)抖動、網絡延遲(Net lag)，這些表征都是讓終端用戶不能容忍的，從而影響到了數字圖書館的服務質量。之所以會出現分組數據丟失、時延加長、時延擾動等網絡問題，主要是因為網絡擁塞。所以緩解或減少網絡擁塞，是保證有效的網絡帶寬和解決網絡視頻傳輸問題的根本所在。

3 Internet2對數字圖書館視音頻傳輸的影響自從1993年Internet問世以來的20年間，數字圖書館網絡數據傳輸和處理能力已經得到了長足的發展，同時也加快了數字圖書館上視頻音頻等數字資源的傳輸量。數字圖書館上面的視頻音頻等資源同圖片、文本等靜態數字資源相比，它們對帶寬、延時、持續時間等方面要求比較高。目前數字圖書館只能利用現有資源盡最大的努力提供數字服務，并不能保證視頻傳輸質量。圖書館本身作為一個服務機構，如果只提供資料不能提供優質的服務就不能說是一個令人滿意的圖書館。同樣數字圖書館也應如此，要想提供高水平的數字化信息服務，就必須解決視音頻延遲、抖動、間斷等諸多影響服務質量的問題。由于目前資金和技術水平限制，使得在硬件上增加帶寬的目的一時難以實現。即便是硬件方面能有重大改進，也會很快的被高質量的視頻等要求高傳輸速度的客戶端所占盡。所以為了提高數字圖書館視頻數據網絡傳輸質量，改進目前數字圖書館網絡傳輸技術無疑是最好的選擇。Internet2的出現改進了現有數字圖書館網絡傳輸技術上的不足，使得高質量的視頻傳輸服務在下一代數字圖書館的網絡上出現成為可能。

期Internet2對數字圖書館的影響Apr.，2010Vol.30 No.43.1 Internet2解決了IP地址匱乏問題Internet2采用Ipv6作為其網絡傳輸協議。Ipv6把地址空間從傳統的32位定IP地址長度為32，即有2^32-1(符號^表示升冪，下同)個地址;而IPv6中IP地址的長度為128，即有2^128-1個地址[3]。這就意味著地球上每一個人都有自己的固定IP地址，而不需要進行IP地址轉換。從根本上解決了日益嚴峻的IP地址枯竭的危機，也提高了網絡傳輸效率。路由器一直是網絡速度提高的瓶頸，Ipv6使得每一臺主機都對應一個IP地址，這樣就簡化了路由表，從而提高網絡傳輸率減少網絡延遲的發生機率。訪問者可以對數字圖書館的視音頻資源進行訪問，不必為其會數據流間斷而煩心。讓訪問者能充分享受信息技術帶來的舒適學習環境，履行圖書館的宗旨。

3.2 在服務質量方面有所改進目前的數字圖書館對于帶寬是采用共享機制。數據傳輸是重復傳輸，即M個訪問用戶，每個用戶需要N兆的帶寬，那么總傳輸所需帶寬就是M*N。由于現實中數字圖書館訪問者對帶寬的需求是有差異的，以Ipv4為核心的當前數字圖書館網絡顯然不能適應這一情況。Internet2完善了目前數字圖書館網絡在Qos(Quality of Service)方面的不足，使訪問終端根據自己的要求來使用網絡。用戶可以設置的參數有:①傳輸速率:提供最小的有效數據率、目標平均數和最大容忍限度;②有效地延時及延時變化:特別是對視頻和其他傳送實時信息的信號，規定允許的最大中斷時間;③吞吐量:在特定時間段內傳輸的數據量;④進度表:請求服務的起始和終止時間;⑤損失率:在特定時間間隔內預計的最大丟包[4]。例如想要訪問數字圖書館文本資源的用戶可以把參數設定在(傳輸率=2.3Mbps，有效延遲=1分鐘，進度表=2010/1/12 am 10∶00，損失率=0.01)、音頻資源(傳輸率=6Mbps，效延遲=4分鐘，進度表=2009/10/12 pm 10∶00，損失率=0.1)、視頻資源(傳輸率=60Mbps～70Mbps，效延遲=0.1分鐘，損失率=0.05)、即時視頻(傳輸率=120Mbps，效延遲=0.05分鐘，損失率=0.01)，對于那些想下載數字圖書館上資源的用戶可以把參數設定(傳輸率=65Mbps，效延遲=8分鐘，進度表=2009/10/11 am 01∶00，吞吐量=1000GB，損失率=0.001)。這樣既能保持帶寬使每個訪問者的個人需求得到滿足，又能不相互干擾產生網絡冗余及擁塞。

3.3 提高了傳輸過程中的準確性Ipv4網絡傳輸主要是以點對點(P to P)和點對多點的廣播方式。前者是最常見的網絡傳輸形式如圖1:

圖1 點對點[5] 點對點是將數據包重復輸出這樣會產生很多冗余，從而會影響數字圖書館數據的網絡傳輸效率。當數字圖書館訪問者數量或者網絡吞吐量很大時，點對點傳輸方式顯然是不適合的。但是后者是不判斷訪問主機是否需要，一起把數據包發送給所有主機，這樣就會加重那些不需要這些數據的訪問主機額外的負擔。在訪問者很少的情況下，點對多點的傳輸方式會加重大多數訪問主機的負擔，使網絡傳輸降低。Interner2的組播(Multicast)方式就能把兩種傳輸方式的優點結合，中和掉各自缺陷。組播的數據傳輸原理很簡單，就是把原來的主動發送變成被動發送。數字圖書館首先將一份數據包發送到網絡緩沖區，其他訪問主機如果需要這些數據就從緩沖區拷貝到本地。這樣既不能產生網絡冗余，也不能加重訪問終端的負擔，大大提高網絡傳輸率。即使數字圖書館的訪問主機驟然增加，也不會對網絡數據傳輸的帶寬造成太大影響。Internet2的Ipv6，要求網絡路由能支持組播。路由器被認為是網絡傳輸的瓶頸，如果路由能支持組播將大大提高網絡傳輸能力。Ipv6的地址空間是Ipv4的4倍，使IP地址空間得到極大的擴展。Ipv4網絡中的組播采用變動IP，這樣網絡通訊就會有傳輸不準確的缺陷。Ipv6的IP地址不是那么緊張，每一個組播組都有一個固定的IP使得傳輸準確性加強，降低數據包丟失幾率。視音頻延時和抖動的主要是由帶寬的隨機變化、服務器等待、數據丟失等原因造成的，組播技術能保證數字圖書館視音頻數據傳輸帶寬穩定、路由表簡化、準確性，即保證了視音頻網絡傳輸質量。組播技術能對某一特定的組播組進行數據發送，這樣就可以有選擇的發送數據。這樣既能減少網絡風暴和網絡擁塞的發生，又能設置權限。例如，數字圖書館可以向它的VIP用戶提供某些特定的信息服務，而其他同時間的訪問者卻不能接收到這些信息。數字圖書館可以對不同級別的訪問者，提供不同的信息服務。

圖2 組播[9] Internet2能使數字圖書館大大節省資金。Internet2技術能有效地保證數字圖書館網絡數據傳輸質量，這樣就會吸引更多的用戶來購買數字圖書館，節省網絡維護費用。節省下來的錢可以用來更新設備，為數字圖書館的建設創造一個良好的環境。

4 Internet2未來發展方向中國也正在逐步的開展Internet2項目，中國教育和計算機網網絡中心提供技術支持，清華大學、北京大學等100所大學作為參與對象。清華大學帶頭組建“未來互聯網技術研究中心”，并將其建設成中國第一個未來網絡實驗基地。這一基地將會得到教育部500萬美元的資金支持，其實驗范圍是面向全國的?！拔磥砘ヂ摼W技術研究中心”將會在Internet2現有的成果上面進行自己的技術創新，并和美國等國家保持學術上的交流。Ipv4自身的設計缺陷，如地址空間不能滿足要求、由于地址轉移導致的路由表龐大、變動IP導致的數據包丟失，使得Ipv6必然是未來網絡的傳輸協議。但是要在近期全面實施Ipv6是不現實的事情，因為現在還沒有研究出能支持Ipv6的路由器、網橋等網絡重要設備。筆者認為Internet2的實施，完全可以按照現有Internet的建設過程而建設。先建立Internet2技術的局域網，然后再慢慢的擴大成廣域網。對于那些已有的Ipv4局域網，可以把Ipv4轉換成Ipv6進行數據交換。每一個局域網可以根據自己的技術或者硬件等不同情況，采用不同的措施。這樣就能解決系統與系統之間交互的障礙和不兼容性，保證通訊的暢通。為了能順利的度過這一過渡時期，人們把目光放在了融合技術和方式上面了。以求能很快的進入數據、語音、視頻綜合服務的“電信級”網絡時期，來滿足人們的迫切需要。這必然要進入很多學者研究的后IPV6時代，在保留原有的IPv4優點的基礎上發揮IPV6的長處。

參考文獻

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