移動云計算框架內近場通信技術的實現

李斌

摘 要：該文結合移動云計算技術和正在蓬勃發展的近場通信技術，充分分析兩者的利弊，各取長處，提出了移動云計算框架內近場通信技術的實現問題，旨在為移動設備提供更加高效便利的通信條件。文章主要是對近場通信與移動云計算的綜合分析，結合其業務分類及特性，做出了較為全面的分析，希望能對移動云計算框架內近場通信技術的實現提供一定的借鑒和參考。

關鍵詞：移動云計算框架 近場通信技術 即時通信框架

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）07（a）-0101-03

1 概述

1.1 研究意義

隨著移動通信技術的發展，移動基礎設施的逐步完善，網絡在如今社會幾乎無處不在，云端的服務也可以隨時得到訪問，因此充分結合了移動網絡和云計算的最新計算模式—移動云計算模型便很好地發揮了云計算的優勢。顧名思義，云計算指的是各種存在于互聯網上的在線資源，而其中的計算一詞則體現在對于信息的處理上。通過云計算可以借助網絡獲得各種諸如軟硬件、系統平臺等資源的使用模式，使用者可以盡情獲取資源，隨取隨用，極為方便。對于云計算的大力完善，將大大影響人們的日常生活，也為社會的發展指引了新的方向。

1.2 研究目的

雖然云計算模式在不斷便利著人們的日常生活，但是如今的移動通信還不能為人們提供一個十分穩定、實時的通信環境，因為移動終端的計算能力、蓄電量、存儲容量都是相對有限的，當移動終端通過無線網絡連接互聯網時，大量的數據傳輸會使能量產生巨大的消耗，電量下降很快。隨著移動網絡的飛速發展，人們越來越希望網絡能遍布生活的每個空間和時間范圍，隨時隨地享受高質量網絡，輕松高效辦公，此時，一個穩定的、實時的通信環境成為了必備條件。由此可見，在保證移動通信的穩定性和實時性的基礎上，提高移動終端的能量效率是一個急需解決的難題。該文的研究目的就是探討如何在充分融合成熟的云計算和移動互聯網的基礎上，優勢互補，為移動終端創造一個更加高效、穩定的通信條件。

1.3 研究內容

目前的移動終端都傾向于智能化、輕便化，把復雜的邏輯問題放到云端處理，由于移動終端和服務器端的聯系是通過網絡進行的，因此移動端和云端極大程度上依賴網絡。基于此種現象，該文提出了一種移動云計算框架內近場通信技術，深入研究了對數據傳輸格式的優化問題，主要工作量為：

（1）通過調研相關文獻了解目前云計算的相關技術，了解相關研究現狀，用全局對云計算面臨的難題和方向做一個根本的把握。（2）轉換數據格式成為同時兼容XML、JSON的體積更小、速度更快的Protobuf格式。（3）建立二階Markov模型，通過其在框架中的應用，達到讓用戶隨時切換網絡的目的，提醒用戶在何地應使用何種網絡，從而節省數據流量、電量。（4）在實際案例中應用移動云計算框架內近場通信技術，通過較為客觀的實例對移動終端的持久性、穩定性進行測試，得出較為客觀合理的結論。

2 近場通信融合移動云計算的業務優勢

移動云計算正在以其特有的諸多特點獲得行業的青睞，與移動運營商的IT支撐系統形成良好的匹配，能充分滿足互聯網應用的需求，適應未來的超前應用研究，其令人吃驚的可拓展性、隨用隨取、高質量、低成本、按需服務的優勢正在引領一個全新的通信行業新方向。近場通信融合移動云計算能帶來雙贏的效果，不僅具有了云計算技術的獨特優勢，又結合了移動通信自身特點，可以提供包括用戶身份鑒權、隨身支付、提供位置信息等多種服務。移動云計算業務相較于傳統意義上的計算機數據應用更加安全、更加方便管理、更加便于互動，對平衡網絡運營商、應用開發者、服務提供商和末端用戶之間利益關系能夠進行更好地處理，對行業的可持續性良性發展有著很好地促進作用。近場通信應用的業務實現是在多方配合下完成的，依靠各個相關產業的一一配合，多方技術和資源的共同協作。它所應用的在云計算基礎上的后臺系統高效綜合發揮了移動通信系統和云計算的共同優勢，為近場通信增值業務應用實現促使了很好的范本。除此之外，將移動云計算融合在內的近場通信業務具備了許多不可多得的優勢，包括虛擬化計算、數據融合、數據挖掘等，并且還廣泛運營了多個增值業務應用，包括：

2.1 移動近場通信支付

由于近場通信技術具有很高的安全度，移動云端系統對于讀卡器的可移動性功能能夠予以實現，另外移動近場通信支付可以保證安全通信，能夠實現支付二次確認的功能，這些功能都大大提高了這種支付方式的安全性。

2.2 移動電子票證

對于目前廣為使用的無接觸智能卡來說，近場通信是極其適用的，應用到如電子會員卡等的身份識別中，或者整合到電子客票等公共小額支付中都是非常方便的；在移動電子票證這一項中，為了保證業務的更加系統化，移動云端系統對于一些增值應用都是可以提供的，比如預付費查詢、充值、手機賬單等等。

2.3 移動醫療健康信息

近場通信技術在對病人的健康狀況和醫療信息的保密方面也做了一定的工作，大容量的存儲器能夠及時安全的保存各種信息，為病人提供及時可靠的針對性治療；不得不提的是，在與終端的協調下，移動云端系統可以完成一系列的如病人位置定位、親屬聯絡等工作，還能夠在各方的配合下完成對個人醫療信息數據庫等的建立和完善。

3 移動云計算框架內近場通信技術的實現

3.1 云端的實現

在移動云計算中，云端主要負責處理一些業務邏輯、數據的存儲，或者提供一些參考給用戶，幫助用戶更好地決定是否需要切換網絡，這樣既能保證通信穩定，還能節省用戶的流量。云端的工作就是要充分發揮緩存技術的作用，提供移動終端的性能。

3.1.1 緩存層的實現

緩存層在整個系統性能的提升過程中起到了至關重要的作用。一般來說，緩存層的效果受三種因素影響：（1）主動刪除。如果用戶自行主動刪除了緩存，緩存將立即被刪除。（2）LRU。這種情況下緩存將直接查看時間戳看緩存內容何時過期，而不會掃描緩存內容看何時過期。（3）非LRU。此時，緩存內容將不斷被查看是否過期，如若過期，則立即刪除。當用戶想訪問數據時，移動終端會首先去緩存層查找，找到數據后直接反饋給用戶，而不用繼續訪問數據庫。但是，當沒有在緩存層找到數據時，就需要訪問數據庫，進而反饋給客戶，并且新增一個緩存記錄到緩存層，以便留下記錄供以后訪問。

3.1.2 數據訪問層的實現

該文中的數據層是唯一能夠聯系外界和數據庫的紐帶，用來隔離數據和業務邏輯，一旦調用數據層提供的方法就可以進行包括數據的存儲、讀取和刪除在內的各種操作。在數據訪問層中，為了不超負荷，還要進行訪問控制，每當有一個新的訪問通知，DBProxy都會首先將其與連接最少的數據庫相連接，因為DBProxy自身具有緩沖功能，主要目的是降低數據庫的壓力，免于超負荷工作，避免出現數據庫連接不上的問題。這種實現方式的優勢就在于能夠在不影響服務器本身的前提下保證大量多發連接請求能夠同時被通過。

3.1.3 網絡切換預測引擎的實現

網絡切換預測引擎的主要功能是通過預測網絡狀況為用戶及時提供網絡切換意見。主要工作為建立一個能衡量網絡轉移的概率矩陣，該矩陣是分析客戶端提交的網絡數據，并分析用戶接入網絡的歷史記錄得出的，將此概率作為表征網絡切換的參數推送給客戶，就能及時合理地為用戶提供切換網絡的參考。具體過程即為持續記錄用戶的使用習慣，保存使用的歷史記錄，并將記錄中在當前位置使用次數最多的網絡推送給用戶作為選擇。對于概率矩陣的形成，首先要統計出一個轉移概率。例如當用戶進入了一個新的地區，信息收集服務器會隨之收集到用戶客戶端發送出的上一次使用的Wifi的SSID，通過及時處理網絡信息，可以得到相應的概率矩陣，從而在概率的指示下將最優的Wifi目標向客戶端進行推送。除此之外，當服務器沒有以前的Wifi記錄時，服務器會自行根據用戶的位置，將附近最優的Wifi推送給用戶。一旦用戶接入了此Wifi網絡，隨之產生的諸如傳輸速率和位置信息等的網絡信息會再次被提交到信息收集服務器，接收到信息后的服務器通過核對現有記錄中是否有該記錄來確定是否需要再次更新數據記錄，再次計算概率矩陣。

3.2 移動端的實現

移動客戶端是與客戶直接接觸的一方，該框架為了分離業務邏輯代碼、UI視圖、數據模型層，主要對客戶端采用了MVC模式架構的設計，以此來實現系統的協調統一。在Android平臺上，用戶在設計用戶的界面上能夠通過定義XML文件和自定義Java類來實現；數據層的自定義方式是通過一個外接接口，將數據庫封存起來；業務邏輯是在Service線程中得到實現的，它們與UI的通信主要利用回調接口、廣播和Handle。

3.2.1 通信模塊的實現

通信模塊是在通信過程中最為關鍵的部分，和網絡相關的任何請求都會在這一模塊中統一發送，這對客戶端和服務器的數據傳輸有著極為重要的影響。在客戶端的本地接口層，當用戶添加網絡請求到請求隊列里時，首先要調用開啟方法來對調度器完成初始化工作。網絡分配器在確定請求的類型后逐一處理，類型為同步的情況下，在同一個線程中發起網絡請求，當類型為異步的時候，則會去尋找閑置的線程完成網絡請求。

3.2.2 數據轉換模塊的實現

數據轉換模塊的主要職責是轉換多種外部數據格式成為統一的Protobuf格式，此外還支持了數據序列化和反序列化。數據轉換模塊能夠使系統具有兼容性，同時兼容新舊系統的數據格式。它將舊的系統數據格式，如JSON、XML 等文本格式轉化為Protobuf格式，進而實現下一步的傳輸。相反，當需要的是JSON或者XML格式時，也可以將Protobuf格式通過反序列化生成滿足要求的文本格式。

3.2.3 網絡管理模塊的實現

網絡的存在是即時通信得以實現的前提和基礎，用戶之間的相互聯系都要在有網絡前提下才能完成。網絡管理模塊的主要職能是負責對移動或無線網絡進行開啟或關閉，連接到網絡管理模塊主要負責提供打開和關閉移動網絡和無線網絡，連接到指定網絡，并獲取相關的參數，如SSID、傳輸速率和位置信息等。當然，由于用戶客戶端的位置是不斷變化的，每一個位置變化點，都有可能有新的網絡接入，需要判斷該網絡是否連接可用。在Android客戶端的接口處，它注冊一個廣播接收器來追蹤網絡的變化。在網絡發生變化的同時，這個接收器會發出廣播，當客戶端注冊了監聽廣播的接收器后就會收到提醒網絡狀態的提示，并且在收集網絡信息后，信息收集服務器會收到該信息，用于進行以后的預測網絡切換的工作。接下來，云端服務器會計算好預測概率，云端的服務器計算好預測概率后，將以推送的方式將預測的網絡變更信息呈現給客戶端，客戶端隨后將其變為消息欄通知，發送給用戶，用戶只需點擊提示便可選擇是否切換網絡。

3.2.4 UI交互模塊的實現

UI交互模塊的實現主要是在業務邏輯被實現的前提下，最大可能的完成優化交互，在元素外觀一致和交互行為一致的原則下，使用戶盡可能地享受到最好的體驗。這個模塊主要有聊天界面、用戶個人信息頁面和流量圖片界面等，希望能給用戶帶來更好的、全新的體驗。

4 結語

該文通過對近場通信技術和移動云計算技術的多方特點闡述，再結合各自的優缺點提出了移動云計算技術框架內近場通信技術的實現，重點分析了移動云計算環境下從實現的角度出發的近場通信的技術關鍵和如何實現的問題。首先，對于云端，介紹了如何實現緩存層的功能，提高數據訪問速度；其次，對于數據層，它的實現主要通過代理的方式對數據庫實現整體統一訪問；最后，對于網絡切換預測引擎的實現是該文介紹的重點，在充分收集和統計用戶的網絡接入記錄的基礎上為用戶推送切換網絡的參考，在移動客戶端，分別對通信模塊、數據轉換模塊、網絡管理模塊、UI交互模塊進行了功能實現問題的分析，在近場通信技術和移動云計算的融合下，整個框架的搭建既降低了服務器端和移動客戶端的開發難度，又對云端和客戶端性能的提升有著很大的幫助。

參考文獻

[1] 王鑫潭.基于手機NFC技術的智能信息系統設計與實現[D].北京郵電大學，2014.

[2] 潘雪峰.基于NFC（近場通信技術）的“智能卡包”系統模型的設計和研究[D].華東師范大學，2014.

[3] 尹霞，顧旻霞.基于NFC通信的標準體系分析[J].信息通信技術，2013（5）：22-30.

[4] 季千惠.基于NFC的物聯網接入點設計與實現[D].上海交通大學，2015.