無線泛在網絡全局用戶標識方案設計的研究

摘 要：針對無線泛在網絡中標識技術存在的問題，給出了解決思路，從無線泛在網絡全局用戶標識關聯模型、標識系統擴展、用戶標識設計、標識信息儲存設計、標識的更新與解析、標識信息存儲設計優化等方面展開設計研究，提出了無線泛在網絡全局用戶標識方案，為無線泛在網絡發展提供了參考。

關鍵詞：無線泛在網絡；用戶標識；全局用戶；網絡安全

中圖分類號：TN929.5 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1302（2014）10-00-03

0 引 言

無線泛在網絡 （Wireless Ubiquitous Networking）不是一種新型的網絡，而是在現有互聯網、電信網、無線局域網、專網等網絡的基礎上進行融合應用，甚至不少業內專家認為無線泛在網絡將會成為未來的5G網絡。無線泛在網絡的前提條件之一是必須具備可以區分人和物的標泛在網標識，這樣才能在無線泛在網絡中實現人與人、人與物、物與物之間的通信。

無線泛在網絡是多種不同網絡的集合，不同的網絡標識系統各有不同，這樣導致了網絡互通的困難。只有建立一種全局的用戶標識系統，才能使無線泛在網絡得到更好的應用。無線泛在網絡的體系架構包含了應用層、網絡層、網絡層和感知延伸層，不同的層次所用到的標識也各不相同，根據層次和服務領域的不同，可以把無線泛在網絡的標識分為服務標識、網絡標識和用戶標識。

1 無線泛在網絡標識技術存在的問題及解決思路

1.1 存在的問題

國內外的研究現狀表明，無線泛在網絡的標識技術存在著諸多的問題。具體包括：標準的不統一、標識的不統一、標識解析的時延和安全性等。

（1）標準的不統一

目前，沒有一種標準來統一管理無線泛在網絡中的標識。例如， ENUM雖然利用了DNS的解析系統，但是一些國家和一些不同的運營商在解析系統的根結構和頂級域等問題上，一直存在爭議；UCI雖然也提出了一種體系，但僅僅是局限在概念上，現實網絡如何實現沒有明確的說明；物聯網的應用中主要用到的是uID Center。

（2）標識的不統一

不同的網絡標識系統各有不同導致了網絡互通的困難。例如，如果用戶身份標識與位置標識位于同一網絡，可以實現通信訪問，一旦用戶移動到另外一個網絡中，身份標識隨著位置標識的改變而改變，其他用戶不能根據原來的身份標識進行通信。因此，要解決這類問題，需要建立一種機制來進行位置標識的更新。

（3）標識解析的時延和安全性有待改善

ENUM協議是利用DNS系統對標識進行解析，由于DNS系統采用的是樹型結構和遞歸式查詢方式，因此會造成一定程度的延時，不能滿足實時通信的要求。Handle system和uID Center采用的也是類似于DNS系統的方式，時延也較高。而且DNS系統和類似于DNS的系統都有一個缺點，即安全性和隱私得不到保證，這是由于該系統的開放性導致很容易受到攻擊造成的。

1.2 解決的思路

在現有標識系統基礎上，設計一種基于無線泛在網絡的全局用戶標識方案，解決以上的諸多問題，滿足無線泛在網絡中用戶的需求。具體包括4個方面的內容：

（1）建立全局用戶標識。標識的唯一性使用戶在接入網絡中獨立，實現無線泛在網絡中用戶身份標識的統一。

（2）建立關聯關系。把無線泛在網絡中的用戶標識、位置標識和網絡信息進行關聯。

（3）建立統一的用戶數據庫。獨立存儲用戶標識信息，對數量龐大的泛在用戶進行標識關聯，數據庫架構要合理，能夠盡量減少標識解析時延。

（4）建立合理的機制。機制主要用于標識的解析和更新，完成用戶標識隨著位置移動之后的信息更新。

（5）無線泛在網絡全局用戶標識方案

無線泛在網絡的全局用戶標識方案應該包含網絡全局用戶標識的建立以及與網絡標識的關聯模型的建立、標識關聯信息的儲存、無線泛在網絡機制的更新等方面。

2.1 無線泛在網絡全局用戶標識關聯模型

無線泛在網絡全局用戶關聯模型是在全局用戶標識和接入標識之間建立一種映射關系（如圖1所示）。通過這種映射關系，全局用戶標識與不同網絡標識之間建立關聯，一個用戶可以接入某一個網絡，也可以同時被多個網絡同時覆蓋，在不同的網絡中被叫用戶所在網絡的接入標識通過全局用戶標識識別，實現通信。

圖1 全局用戶標識關聯模型

2.2 現有網絡標識系統擴展

現有網絡都有自己的固定用戶和標識系統，無線泛在網絡不可能對各個不同的網絡進行很大的改變，只能在不同網絡原有基礎上適當增加一些模塊，滿足全局用戶標志的接入。如圖2所示，全局用戶標識方案的實現是對現有網絡進行了擴展，增加了解析模塊和更新模塊。解析模塊是對全局用戶中端信息進行查詢，更新模塊在是在用戶進入不同網絡后，對全局用戶標識系統中的用戶數據進行更新。

圖2 現有網絡標識系統功能擴展模型

2.3 全局用戶標識設計

全局用戶標識（Global User Identifier，GUID）應該具備唯一性、獨立性、簡單性和可擴展性，用戶在不同的網絡中只需要使用一個用戶標識。因此，GUID的格式可以參考E.164格式，即歸屬域+用戶識別碼。歸屬地由國家碼+地區碼組成，用戶識別碼是對歸屬域的用戶進行編碼，編碼要保證統一歸屬域中的唯一性。

2.4 標識信息儲存設計

標識信息的存儲是全局用戶標識方案的關鍵，所有用戶標識信息都存儲在數據庫中，建立合適的標識管理數據庫架構可以提高系統解析和更新的速度。

（1）標識信息存儲數據庫架構

全局用戶標識系統數據庫可以采用分層分布式結構，如圖3-4所示。全局用戶標識與本地數據庫（Local Database，LDB）之間的關系存儲于全局數據庫（Global Database，GDB）中，如圖3所示。

圖3 全局用戶標識方案的數據庫架構

（2）標識信息數據庫存儲內容設計

全局數據庫GDB只需要把相同標識的前綴以及與本地數據庫LDB 地址關系進行存儲，節省存儲空間。本地數據庫LDB則只需要存儲部分用戶標識關聯信息，本地數據庫標識信息可以采用全局用戶標識+接入標識+計時器的存儲格式，其中計時器是為了保證時效性。此外，還需對訪問數據庫VDB進行設計，用來存儲用戶進入不同網絡時用戶的標識信息，可以采用全局用戶標識+接入標識+其他信息的存儲格式。

（3）標識信息緩存設計

增加緩存的設計是為了提高標識的解析和更新效率，做法是在每次訪問用戶本地數據庫LDB都加入緩存，這樣當下次要訪問信息時，可直接從緩存中讀取數據，很大程度地提高了解析和更新的效率。而且本地數據庫LDB具有固定節點的特征，導致緩存的時間相對較長，避免多次訪問造成的時延。

2.5 標識的更新與解析

標識的解析是根據對全局用戶標識進行訪問和轉換，達到通信路徑確定的目的。標識的更新則是在用戶進入不同網絡后，對用戶標識關聯內容進行更改。

（1）標識的解析

標識的解析通過在網關和數據庫中增加模塊來實現。通信時，主叫用戶向被叫用戶發出通信時，首先主叫用戶向所處網絡的訪問數據庫 VDB提出訪問申請，訪問數據庫 VDB查詢后若發現被叫用戶存在同一網絡，則進行接通連接；如果查詢后發現被叫用戶不在同一網絡，則通過網關向全局數據庫GDB發出查詢請求，全局數據庫GDB在查詢到被叫用戶后把相關信息通過主叫用戶網關返回給訪問數據庫VDB，訪問數據庫VDB把信息進行緩存，網關向被叫用戶的本地數據庫LDB發送查詢請求，主叫用戶通過網關之間的相互呼叫連接到被叫用戶，實現通信。

（2）標識的更新

當用戶接入到其他網絡時，則需要對標識信息進行更新。當用戶進入網絡時，訪問數據庫VDB完成用戶信息認證，把全局用戶標識和接入標識之間的關系進行存儲，然后向全局數據庫GDB發出查詢，查到用戶信息后返回相應的信息。接著，接入網絡的訪問數據庫VDB向用戶原來的歸屬域數據庫LDB發送更新數據，同時把收到的用戶返回信息進行緩存。歸屬域數據庫LDB收到信息后對用戶數據進行更新，完成后發送應答。用戶終端的標識信息也需要通過接收信息、發送注銷信息來完成標識信息的更新。

2.6 標識信息存儲設計優化

為了提高訪問效率，方案對標識信息存儲設計進行了優化。不同的網絡在初始化的時候，就對全局數據庫GDB進行訪問，全局數據庫GDB記錄下訪問信息。初始化結束后，訪問數據庫VDB就記錄了全局用戶標識和本地數據庫LDB地址信息，從而減少了以后訪問數據庫VDB向全局數據庫GDB發送查詢請求的次數，提高了工作效率。為了使數據時實時最新的，全局數據庫GDB檢測到數據變化的同時，需要把更新的數據向訪問數據庫VDB進行發送，訪問數據庫VDB進行同步更新。

3 結 語

無線泛在網絡全局用戶標識方案的設計解決了用戶接入不同網絡發生的標識信息更新和標識解析的問題，滿足了無線泛在網絡用戶通信的需求，對無線泛在網絡的推廣應用和發展起到了一定的作用。無線泛在網絡是信息化發展的必然趨勢，值得廣大業內人士進行深入的研究和探討。

參考文獻

[1] akamura， Ken.Ubiquitous ID： Standards for Ubiquitous Computing and the Internet of Things[J].Pervasive Computing， IEEE. 2010， 9（4）：1125-1127

[2]亓海濤. 泛在無線網絡全局用戶標識技術研究[D]. 成都電子科技大學，2013

[3]郭穩濤. 無線泛在網絡環境下用戶環境感知關鍵技術研究[J].物聯網技術.2013.3（6）：42-45.

[4]吳恒奎. 基于DHT的一體化網絡標識映射關鍵技術研究[D]. 北京：北京交通大學，2011

[5]楊欣. 異構無線融合網絡中統一標識關鍵技術研究 [D]. 鄭州：解放軍信息工程大學，2010

[6]李曉倩. 一體化標識網絡身份與位置映射關鍵技術研究[D]. 北京：北京交通大學，2013

[7]邱峰. 一體化標識網絡移動性管理關鍵技術研究[D]. 北京：北京交通大學，2012

圖3 全局用戶標識方案的數據庫架構

（2）標識信息數據庫存儲內容設計

全局數據庫GDB只需要把相同標識的前綴以及與本地數據庫LDB 地址關系進行存儲，節省存儲空間。本地數據庫LDB則只需要存儲部分用戶標識關聯信息，本地數據庫標識信息可以采用全局用戶標識+接入標識+計時器的存儲格式，其中計時器是為了保證時效性。此外，還需對訪問數據庫VDB進行設計，用來存儲用戶進入不同網絡時用戶的標識信息，可以采用全局用戶標識+接入標識+其他信息的存儲格式。

（3）標識信息緩存設計

增加緩存的設計是為了提高標識的解析和更新效率，做法是在每次訪問用戶本地數據庫LDB都加入緩存，這樣當下次要訪問信息時，可直接從緩存中讀取數據，很大程度地提高了解析和更新的效率。而且本地數據庫LDB具有固定節點的特征，導致緩存的時間相對較長，避免多次訪問造成的時延。

2.5 標識的更新與解析

標識的解析是根據對全局用戶標識進行訪問和轉換，達到通信路徑確定的目的。標識的更新則是在用戶進入不同網絡后，對用戶標識關聯內容進行更改。

（1）標識的解析

標識的解析通過在網關和數據庫中增加模塊來實現。通信時，主叫用戶向被叫用戶發出通信時，首先主叫用戶向所處網絡的訪問數據庫 VDB提出訪問申請，訪問數據庫 VDB查詢后若發現被叫用戶存在同一網絡，則進行接通連接；如果查詢后發現被叫用戶不在同一網絡，則通過網關向全局數據庫GDB發出查詢請求，全局數據庫GDB在查詢到被叫用戶后把相關信息通過主叫用戶網關返回給訪問數據庫VDB，訪問數據庫VDB把信息進行緩存，網關向被叫用戶的本地數據庫LDB發送查詢請求，主叫用戶通過網關之間的相互呼叫連接到被叫用戶，實現通信。

（2）標識的更新

當用戶接入到其他網絡時，則需要對標識信息進行更新。當用戶進入網絡時，訪問數據庫VDB完成用戶信息認證，把全局用戶標識和接入標識之間的關系進行存儲，然后向全局數據庫GDB發出查詢，查到用戶信息后返回相應的信息。接著，接入網絡的訪問數據庫VDB向用戶原來的歸屬域數據庫LDB發送更新數據，同時把收到的用戶返回信息進行緩存。歸屬域數據庫LDB收到信息后對用戶數據進行更新，完成后發送應答。用戶終端的標識信息也需要通過接收信息、發送注銷信息來完成標識信息的更新。

2.6 標識信息存儲設計優化

為了提高訪問效率，方案對標識信息存儲設計進行了優化。不同的網絡在初始化的時候，就對全局數據庫GDB進行訪問，全局數據庫GDB記錄下訪問信息。初始化結束后，訪問數據庫VDB就記錄了全局用戶標識和本地數據庫LDB地址信息，從而減少了以后訪問數據庫VDB向全局數據庫GDB發送查詢請求的次數，提高了工作效率。為了使數據時實時最新的，全局數據庫GDB檢測到數據變化的同時，需要把更新的數據向訪問數據庫VDB進行發送，訪問數據庫VDB進行同步更新。

3 結 語

無線泛在網絡全局用戶標識方案的設計解決了用戶接入不同網絡發生的標識信息更新和標識解析的問題，滿足了無線泛在網絡用戶通信的需求，對無線泛在網絡的推廣應用和發展起到了一定的作用。無線泛在網絡是信息化發展的必然趨勢，值得廣大業內人士進行深入的研究和探討。

參考文獻

[1] akamura， Ken.Ubiquitous ID： Standards for Ubiquitous Computing and the Internet of Things[J].Pervasive Computing， IEEE. 2010， 9（4）：1125-1127

[2]亓海濤. 泛在無線網絡全局用戶標識技術研究[D]. 成都電子科技大學，2013

[3]郭穩濤. 無線泛在網絡環境下用戶環境感知關鍵技術研究[J].物聯網技術.2013.3（6）：42-45.

[4]吳恒奎. 基于DHT的一體化網絡標識映射關鍵技術研究[D]. 北京：北京交通大學，2011

[5]楊欣. 異構無線融合網絡中統一標識關鍵技術研究 [D]. 鄭州：解放軍信息工程大學，2010

[6]李曉倩. 一體化標識網絡身份與位置映射關鍵技術研究[D]. 北京：北京交通大學，2013

[7]邱峰. 一體化標識網絡移動性管理關鍵技術研究[D]. 北京：北京交通大學，2012

圖3 全局用戶標識方案的數據庫架構

（2）標識信息數據庫存儲內容設計

全局數據庫GDB只需要把相同標識的前綴以及與本地數據庫LDB 地址關系進行存儲，節省存儲空間。本地數據庫LDB則只需要存儲部分用戶標識關聯信息，本地數據庫標識信息可以采用全局用戶標識+接入標識+計時器的存儲格式，其中計時器是為了保證時效性。此外，還需對訪問數據庫VDB進行設計，用來存儲用戶進入不同網絡時用戶的標識信息，可以采用全局用戶標識+接入標識+其他信息的存儲格式。

（3）標識信息緩存設計

增加緩存的設計是為了提高標識的解析和更新效率，做法是在每次訪問用戶本地數據庫LDB都加入緩存，這樣當下次要訪問信息時，可直接從緩存中讀取數據，很大程度地提高了解析和更新的效率。而且本地數據庫LDB具有固定節點的特征，導致緩存的時間相對較長，避免多次訪問造成的時延。

2.5 標識的更新與解析

標識的解析是根據對全局用戶標識進行訪問和轉換，達到通信路徑確定的目的。標識的更新則是在用戶進入不同網絡后，對用戶標識關聯內容進行更改。

（1）標識的解析

標識的解析通過在網關和數據庫中增加模塊來實現。通信時，主叫用戶向被叫用戶發出通信時，首先主叫用戶向所處網絡的訪問數據庫 VDB提出訪問申請，訪問數據庫 VDB查詢后若發現被叫用戶存在同一網絡，則進行接通連接；如果查詢后發現被叫用戶不在同一網絡，則通過網關向全局數據庫GDB發出查詢請求，全局數據庫GDB在查詢到被叫用戶后把相關信息通過主叫用戶網關返回給訪問數據庫VDB，訪問數據庫VDB把信息進行緩存，網關向被叫用戶的本地數據庫LDB發送查詢請求，主叫用戶通過網關之間的相互呼叫連接到被叫用戶，實現通信。

（2）標識的更新

當用戶接入到其他網絡時，則需要對標識信息進行更新。當用戶進入網絡時，訪問數據庫VDB完成用戶信息認證，把全局用戶標識和接入標識之間的關系進行存儲，然后向全局數據庫GDB發出查詢，查到用戶信息后返回相應的信息。接著，接入網絡的訪問數據庫VDB向用戶原來的歸屬域數據庫LDB發送更新數據，同時把收到的用戶返回信息進行緩存。歸屬域數據庫LDB收到信息后對用戶數據進行更新，完成后發送應答。用戶終端的標識信息也需要通過接收信息、發送注銷信息來完成標識信息的更新。

2.6 標識信息存儲設計優化

為了提高訪問效率，方案對標識信息存儲設計進行了優化。不同的網絡在初始化的時候，就對全局數據庫GDB進行訪問，全局數據庫GDB記錄下訪問信息。初始化結束后，訪問數據庫VDB就記錄了全局用戶標識和本地數據庫LDB地址信息，從而減少了以后訪問數據庫VDB向全局數據庫GDB發送查詢請求的次數，提高了工作效率。為了使數據時實時最新的，全局數據庫GDB檢測到數據變化的同時，需要把更新的數據向訪問數據庫VDB進行發送，訪問數據庫VDB進行同步更新。

3 結 語

無線泛在網絡全局用戶標識方案的設計解決了用戶接入不同網絡發生的標識信息更新和標識解析的問題，滿足了無線泛在網絡用戶通信的需求，對無線泛在網絡的推廣應用和發展起到了一定的作用。無線泛在網絡是信息化發展的必然趨勢，值得廣大業內人士進行深入的研究和探討。

參考文獻

[1] akamura， Ken.Ubiquitous ID： Standards for Ubiquitous Computing and the Internet of Things[J].Pervasive Computing， IEEE. 2010， 9（4）：1125-1127

[2]亓海濤. 泛在無線網絡全局用戶標識技術研究[D]. 成都電子科技大學，2013

[3]郭穩濤. 無線泛在網絡環境下用戶環境感知關鍵技術研究[J].物聯網技術.2013.3（6）：42-45.

[4]吳恒奎. 基于DHT的一體化網絡標識映射關鍵技術研究[D]. 北京：北京交通大學，2011

[5]楊欣. 異構無線融合網絡中統一標識關鍵技術研究 [D]. 鄭州：解放軍信息工程大學，2010

[6]李曉倩. 一體化標識網絡身份與位置映射關鍵技術研究[D]. 北京：北京交通大學，2013

[7]邱峰. 一體化標識網絡移動性管理關鍵技術研究[D]. 北京：北京交通大學，2012