机会计算-插图

从机会网络到机会计算华中科技大学计算机学院陈加忠平时所见的移动设备如智能手机、PDA等可支持计算密集型任务及传输多媒体内容。这些设备都是建立在了物理链接上提出了一个联合传统分布式网络和自组织网络特点的新的计算范例——机会计算。引言机会计算例子机会计算是随着机会网络的发展而产生的随着网络的不断发展人们将进入一个机会计算的时代机会计算的概念机会计算的引出现在还没有具体的机会计算概念，大致的意思是在机会计算中每个用户不仅可以利用自身的各种资源，还可以利用周围环境中的资源，以一种可信任的和安全的方式利用其他用户设备的资源来为自己服务。在机会计算中把人类因素考虑进来，可以想像一下我们可以像在社会中约束人类行为一样来约束用户设备的各种行为。像大众医疗保健、智能交通系统、危机应对等在医疗保健中没有应用机会计算在这个图中，没有利用机会计算那么用户想要利用其他用户的资源的话，不得不依靠医疗中心来做一些工作。有时候医疗中心不仅需要用户本身设备的信息，而且还需要他周围环境中的信息，他周围环境的信息可以帮助医疗中心来分析他当前的状况，但是如果没有机会计算那么这个用户就不能利用其周围环境中的资源，医疗中心得到的信息量很少就不能做出非常准确的结论。在医疗保健中应用机会计算利用了机会计算后，被检测的用户设备将会自动利用在环境中的其他资源和在其他用户周围采集样本和本地分析他们，而不需要任何其他的中心控制器的干涉，这就加快了网络传输机会计算及机会计算背后很多概念都是来自于机会网络的研究那么什么是机会网络呢？目前机会网络还没有统一的定义，下面给出描述性定义：机会网络是一种不需要源节点和目标节点之间存在完整链路，利用节点移动带来的相遇机会实现通信的自组织网路。以一个实例具体说明一下。机会网络S321D4S321D4S321D4t1t2t3机会网络示意图，t1时刻源节点S希望将数据传输给目标节点D，但是S和D位于不同的连通域而没有通信路径，因此，S首先将数据打包成消息发送给邻居节点3，由于3并没有合适的机会转发下一跳节点，于是他将信息在本地存储并等待机会，经过一段时间到达t2时刻，节点3运动到节点4的通信范围并转发给节点4，在t3时刻，节点4将消息传输给目标节点D，完成数据传输。有一些项目从事于机会网络的相关问题例如：ANA、BIONETS、Haggle特点：当一个节点有数据传送给另一个节点(或者一组节点)并且没有网络路径存在连接发送方和接受方的时候，任何可能遇到的设备(例如，用户携带在他们口袋中的手机，PDAS)得到机会把信息发送到接受方。当允许桥接到分散的一群节点时，节点移动性起到了至关重要的作用，而且尽管有链接障碍也能够进行端到端通信。ANA启动于2006年，由欧盟ISTFP6资助，参与者主要为欧洲和北美的大学和研究机构。ANA的目标是探索全新的网络架构，设计一种自治的网络，支持节点与网络的灵活、动态、完全自治地互联，能够根据用户需求动态适应和重配置ANABIONETS由欧盟ISTFET资助，始于2006年，主要参与者包括诺基亚、意大利电信和瑞士巴塞尔大学等。BIONETS的目标是解决传统通信目前面临的异构性、扩展性和复杂性问题。启动BIONETS项目的动机来源于普适计算和不断普及的各种异构网络，它们与生物有机体、生态系统和人类的经济社会十分相似。BIONETS从这些系统中找寻灵感并提出了一种受生物学启发的全新网络框架。它能够支持普适计算环境中的自治服务以及生物自我演化方式的自治服务。BIONETSHAGGLE是欧盟ISTFET资助的关于自治通信的项目，研究周期为2006—2010年，主要参与者有ThomsonParis实验室、剑桥大学、Uppsala大学等。HAGGLE是一个新的自治网络架构，主要目标是解决传统网络架构存在的弊端，支持间歇性连接网络环境，特别是缺乏端到端连接的环境中的自治通信——机会通信。HaggleHaggle体系结构是无层次的Haggle体系结构和网络协议Haggle概念性结构数据转发和数据传播安全应用Haggle的创新协议转发和路由是任何组网技术的首要问题，机会网络总的路由机制以存储-携带-转发的模式工作。在这种模式下，当路由表中不存在去往目标节点的下一跳节点时，将消息在当前节点上缓存，并随着当前节点的移动以等待何时得转发机会。针对每个消息确定最好的下一跳转发节点和选择合适的转发时机就成为设计高效机会网络路由协议的关键问题。数据转发和传播Haggle的转发策略是基于上下文信息的转发该方法使用了节点能量，移动速度，节点密度及位置信息等更为广泛的上下文参数计算节点的效用值。利用时间序列分析理论根据节点属性历史数据预测属性值，以此综合计算节点效用值。但是使用节点上下文属性计算效用值比较复杂，不同参数的权重对传输性能影响很大。安全机会网络利用节点相遇机会通信，网络节点更加不可控制，对数据的机密性和完整性、路由安全性等带来更大的挑战。Haggle认为人们大多数时候的生活轨迹是重复的，日常生活中人们携带的移动设备会遇到相同的设备，利用机会通信将移动设备的数据备份到其他相遇的移动设备上。基于身份的加密已经应用在发展Haggle安全隐私上这需要在信任社区中保留隐私，即使用基于上下文转发协议。新的方案能够通过允许转发，同时保留在头部的安全有效载荷部分匹配和执行保密用户的隐私。很多应用领域都无法建立结构化的全连通网络，导致传统的多跳自组织网络协议无法运行，而机会网络能够更好地满足这些应用需求．野生动物追踪手持设备组网车载网络偏远地区网络传输智能交通系统机会网络的应用在大范围的野生动物追踪应用中，机会网络比传统mesh结构的静态传感器网络更具优势．ZebraNet是一个由普林斯顿大学设计，用来追踪非洲草原斑马的机会网络系统。该系统由安装在斑马脖子上的低功耗传感器和移动基站组成。传感器收集斑马的迁徙数据，并与相遇的斑马传感器交换数据，研究人员定期开车携带移动基站穿越追踪区域收集数据．SWIM是一个监视海洋鲸鱼的水下机会网络．嵌入在鲸鱼身上的特殊Tag周期性地收集监控数据，当两头鲸鱼相遇时，它们的Tag相互通信并交换数据，每头鲸鱼不仅存储自身数据，也携带了相遇的其他鲸鱼的数据，通过鲸鱼的移动，数据被复制并扩散在不同的鲸鱼上，直至到达部署在水面浮标或飞过的海鸟身上携带的基站．野生动物追踪t1t2t3t1t2t3随着手机、PDA等手持设备的大量普及，利用手持设备组网实现数据交换和提供网络服务具有广阔的应用前景。剑桥大学和Intel研究院提出的PSN是由人随身携带的手持设备形成的机会网络，每个设备节点既可以通过人们相遇带来的局部通信机会，也可以通过Wi-Fi或GPRS等接入Intenet的全局连接转发数据．当目标节点位于当前节点附近区域或不能接入Internet．或者用户应用需要很高的带宽和很小的延迟时，局部连接能比全局连接提供更好的服务．PSN旨在充分利用手持设备的计算、存储和带宽资源，透明地利用各种连接方式为用户提供网络服务．例如，电子邮件服务，当发送节点和接收节点位于相互通信范围内时，PSN节点不需要接入Interact通过传统的SMTP和POP3等技术实现，而是直接利用本地连接转发数据．手持设备组网随着配备短距离无线接口车辆的增多，行驶在道路上的车辆由于速度快，密度不均匀形成了一个车载机会网络．这种网络在交通事故预警、路况检测、拥塞预报等交通安全应用中具有巨大的潜力，此外，利用车辆与路边接入点的机会通信可以提供Internet访问和商业应用等。CarTel是MIT开发的基于车辆传感器的信息收集和发布系统，能够用于环境监测、路况收集、车辆诊断和路线导航等。安装在车辆上的嵌入式CarTel节点，负责收集和处理车辆上多种传感器采集的数据，包括车辆运行信息和道路信息等。使用Wi-Fi或BlueTooth等通信技术，CarTel节点在车辆相遇时可以直接交换数据，同时，CarTel节点也可以通过路边的无线接入点将数据发送到Internet上的服务器。车载网络发展中国家或偏远地区的网络基础设施通常不够完善而不能接入互联网，使用机会网络技术能够提供非即时，但价格低廉、相对可用的网络服务。DakNet是由MIT开发、部署在印度偏远地区提供互联网服务的机会网络。DakNet包括：部署在村庄的Kiosk设备、公交车辆上的MAP联网AP设备，这些设备之间使用Wi-Fi接口通信。村民通过PDA与Kiosk设备交换数据：往返农村和城镇的公交车经过Kiosk设备附近时，MAP和Kiosk设备交换数据，当公交车到达城镇时，MAP通过AP连接到互联网上传或下载数据。类似的系统还包括为芬兰北部的游牧民族提供信息服务的Intel研究院正在联合开发的Tier项目偏远地区网络传输OC平台的目标是能够让每个用户不仅使用在他们自己设备上可用的资源也能够有机会使用在环境中其他资源的组合，包括了以一种信任和安全的方式使用的那些在其他用户设备上的资源用户可以即使在具有挑战的网络条件中，比在自己的个人设备上能够利用的功能上享受更丰富的服务OC扩展了机会网络的概念到机会资源使用的概念，从而使用户不仅简单地沟通，而且，即便在长时间的网络断开和严重分区情况下也能提供复杂的服务机会计算：服务方法机会服务的概念结构各种应用异构的计算和通信技术本地资源信任、安全、协作服务基础设施资源控制器社会意识远程服务远程服务远程服务远程服务普适计算和机会网络技术......远程服务代理预测服务的可用性考虑何时以及多长时间一个节点能够满足设备提供的特定服务和资源的可用性远程资源的稳定将是一个关键的参数，服务基础设施应考虑到应用程序提供的服务。包括能源的单个节点的资源限制，上下文的这些节点操作(特别注意社会环境)，以及服务的分配是对于选择服务请求的远程节点的关键成分。当两个节点进行联系来决定是否请求远程服务时，这些因素将被用来回答一系列的基本问题：他们交换什么信息？他们愿意分享哪些资源？是什么激励措施(例如经济，社区基础)和安全保障(例如，隐私，信任)使他们不得不这样做？使用远程资源的成本是什么？要求达到一定质量的服务水平相同的服务需要多少个副本？机会计算面临的挑战机会计算的研究活动机会计算是一个建立在若干基础研究领域结果之上的新兴的范例。机会网络是实现这一模式的第一步。机会网络，自主通信和计算，社会网络和多模态传感是OC的推动者；然而，认识OC概念需要解决对发展一系列的中间件服务的几个新的研究挑战，这些中间件服务解决了无连接和非对等，而且提供了统一访问数据和在无连接环境中的服务的应用。OC利用人类普遍的网络，并且允许用户有机会进入再其他用户设备上的大量的服务和可用资源。这就使利用用户之间的人类社会关系的认知成为可能，预测哪些资源可用，什么时候可用，处于哪个稳定水平。这是一个非常强大的愿景，因为他允许以一个分布式的adhoc方式联合和利用大量环境中的硬件和软件资源。总结机会计算新的时代刚刚来到。必须面对几个挑战来回答关键性问题：把资源给予其他用户的限制是什么？哪里是进入游戏的安全和隐私入口？我们如何才能设计和模拟一个如此复杂和多方面的环境？从知识产权的角度来看，这些挑战是非常令人兴奋的，而且，如果得到解决，将能够使创新应用方案实现。因此，我们能够预见在未来的几年里OC将会是主要的研究方向。谢谢！