普適服務綜述

基金項目：國家重點基礎研究發展規劃項目(“973” 計劃)(2007CB307100，2007CB307103)；國家杰出青年科學基金(60525110)；新世紀優秀人才支持計劃(NCET-04-0111)

傳統的電信網和互聯網分別針對不同的目標而建設，因此有著不同的體系結構和技術體制，具有不同的運營模式，提供不同的服務/業務(“服務”和“業務”均對應英文中的“Service”，習慣上電信網領域譯為“業務”，互聯網領域譯為“服務”，二者沒有本質區別，下文中不再區分)。隨著技術和市場的發展，電信網和互聯網的技術相互滲透，運營模式相互借鑒，各自提供的服務也逐步擴展、重疊并趨同，可以斷言，電信網和互聯網的融合已成為大勢所趨。普適服務正是這種情況下產生的，它融合了電信、計算機、互聯網等各個領域對未來服務的需求和期望，描述了新一代一體化網絡上所提供的服務的特征，成為當前的研究熱點。

當前對于普適服務的研究論述很多，不過，由于背景和立場的不同，各方面對于普適服務還處于各自表述的狀態，沒有統一的定義。為了理清思路、統一認識，本文綜述了普適服務的起源、概念、特征、發展現狀，并對普適服務未來的發展趨勢以及研究熱點進行了探討。

1 普適服務的概念和特征

普適服務的概念有兩個來源，一個是計算機與互聯網領域的普適計算研究領域，另一個是電信領域的超3G(B3G)研究領域。

普適計算是近年來計算機和互聯網領域的研究熱點，其思想是將計算機徹底融入到周圍的環境中，使人們的關注點由計算機回歸到真正應該關注的計算任務上[1]。普適計算的研究領域包括了無線和傳感器網絡(Wireless Sensor Network)、智能空間(Smart Space)、可穿戴計算(Wearable Computing)、上下文感知(Context-Awareness)、移動計算(Mobile Computing)、游牧計算(Nomadic Computing)等諸多方面[2]，并仍在不斷擴大。2004年，IEEE創辦了一年一度的普適服務國際會議(ICPS)，其內容除了普適計算的各傳統主題外，還新增了普適服務及應用，這標志著普適計算將研究領域擴展到了服務層。ICPS對普適服務的定義是：“普適服務和計算是新出現的計算范例，其基礎架構和服務可以在任何時間、任何地點、通過任何格式無縫地接入和獲取。它是近年來無線和傳感器網絡、分布式系統、移動和代理計算以及自治計算和服務等技術持續發展進步的結果”[3]。從這個定義可以看出，ICPS將普適服務理解為普適計算在服務層的延伸，強調無縫接入的重要性，更加關注微觀層面。

超3G研究領域主要針對未來復雜的異構網絡環境(包括2G、3G、固定電話網、Internet、WLAN、WiMAX等)展開研究，研究內容涉及高速寬帶接入、自動切換和無縫連接、頻譜和資源管理、自適應和上下文感知、普適服務及系統等多個方面[4]。超3G的研究中明確提出了普適服務的概念，如歐盟研究框架計劃(FP)之信息社會技術(IST)方面致力于研究超3G的項目DAIDALOS的第4工作組(WP4)就是普適服務工作組，其對普適服務的定義如下[5]：“普適服務是一個新生的、快速發展的研究領域，致力于簡化用戶與海量的電子業務和技術之間的交互。……WP4的研究領域包括通用的上下文管理基礎結構，通用的個性化基礎結構，使用多重虛擬標識概念的隱私保護機制，以及通用的業務管理機制，例如發現與組合”。從此定義和描述中可以看出，超3G研究領域將普適服務理解為一個跨越復雜異構網絡的通用業務環境。

除了上述對普適服務的直接定義以外，還有很多研究和論述都與普適服務有著密切的聯系，例如電信領域中3GPP提出的虛擬歸屬環境(VHE)概念以及開放移動聯盟(OMA)提出的OMA業務環境(OSE)概念等，它們都從不同的角度對未來無縫的、泛在的業務提出了設想，與普適服務的概念非常類似。

比較上述定義，應該注意到它們之間并無本質差異，更多的是描述角度和關注點的不同，其中，超3G研究領域已經不單純屬于電信領域。由于眾多計算機和互聯網領域的實體的積極參與以及大量相關技術的普遍采用，超3G已經成為電信與計算機和互聯網的技術、理論和思想深度融合的典范，其研究范圍十分寬廣，覆蓋了從網絡接入到業務提供的各個層面，內容涵蓋了普適計算的大部分領域，因此，相對于普適計算領域對普適服務的理解，我們認為超3G領域對于普適服務的理解更加完整、全面和深刻，也最具代表性。

綜合各方面對于普適服務的描述，我們認為普適服務代表了電信、計算機、互聯網等各領域對未來服務的需求和期望，其特征可歸納如下：

●普適性(Pervasiveness)：用戶應可以在任何時間、任何地點、通過任何接入方式獲得服務。

●移動性(Mobility)：當用戶移動時，其服務體驗應保持連續。

●透明性(Transparency)：網絡的復雜性應對用戶透明，也對服務提供商(SP)透明。

●質量可控性(QoS-Guarantee)：服務的質量是可控的，能夠得到保證。

●個性化(Customization)：用戶能夠定制個性化的服務，SP能夠通過數據挖掘發現用戶的個人偏好，服務能夠體現用戶的個人偏好和個人特征。

●自適應性(Adaptiveness)：服務能夠根據用戶所處的上下文做出自適應性的改變，以便為用戶提供更好的體驗。

●主動性(Push)：SP能夠主動向用戶推薦和推送其所需要的服務。

●安全性(Security)：服務的提供是安全可靠的，用戶的隱私應該得到保護。

●易用性(Easiness)：服務更容易被用戶使用，人機交互更方便靈活。

●多樣性(Variety)：服務的種類應更多，功能更強大。

●快捷性(Time-to-Market)：服務的開發周期應更短，開發難度更低。

2 普適服務及相關技術的研究和發展現狀

針對普適服務這個共同的需求，各方面都提出了相關的理論和技術，下面分別從技術標準和研究項目這兩個方面對一些具有代表性的理論和技術進行介紹。其中，技術標準部分代表了得到業界廣泛認可并相對比較成熟的技術，研究項目部分則包含了最具前沿性和探索性的技術。

2.1 普適服務技術標準

目前進行普適服務相關領域研究的標準化組織主要有3GPP、OMA、ETSI、Parlay Group、W3C等，其代表性的技術和標準介紹如下：

(1) 虛擬歸屬環境

由3GPP提出的虛擬歸屬環境(VHE)[6]是3G/UMTS業務的一個重要特點，它使用戶在網絡間漫游時始終能夠使用其個人的業務環境，就好象一直處于其歸屬網絡一樣。這種功能采用基于網絡智能的技術實現，不依賴于終端。VHE對業務提出了移動性、透明性等方面需求，可以看作是普適服務的一個需求子集。3GPP提出可以使用多種技術來實現VHE，包括移動智能網(CAMEL)、開放業務接入(OSA)、移動執行環境(MExE)、通用SIM卡應用工具箱(USAT)。此外，移動代理(Agent)等技術也可以被應用于VHE的實現[7]。

(2) 開放業務接入

開放業務接入(OSA)[8]是3GPP/ETSI/Parlay Group聯合提出的一個開放業務體系結構。該體系結構將通信網絡的能力抽象為一組開放的、標準的、與具體技術無關的應用程序接口，提供給包括業務提供商、第三方業務開發商和獨立軟件提供商在內的業務和應用開發者使用。OSA可隱藏網絡的復雜性，有助于新業務的快速開發和大批部署，因此，OSA是一種針對普適服務環境中的透明性、多樣性和快捷性的技術。

目前OSA提供兩種API，OSA/Parlay API和Parlay X Web Service。

OSA/Parlay API源自Parlay Group的Parlay API，自3GPP R5階段開始由3GPP、ETSI和Parlay Group聯合發布。它得到了3GPP2，JAIN，OMG等國際技術組織的支持。目前OSA/Parlay API已經發展到了OSA v7.0.0/Parlay 6。

雖然OSA API的目標是使不具備電信網絡知識的廣大第三方業務開發商也能夠通過OSA API開發電信業務，但在實踐過程中發現，OSA API仍然過于復雜，需要開發者具有相當程度的電信網絡知識，因此，Parlay Group在2005年5月的會議上將OSA/Parlay API重新定位于電信網絡內部的業務開發接口[9]。

為了讓第三方業務開發商也能夠開發電信業務，3GPP R6規范中引入了Parlay X Web Service。Parlay X Web Service最初由Parlay Group定義，與OSA API相比，Parlay X完全針對缺乏電信網絡知識的業務開發者而設計，在更高的層次對網絡能力進行了抽象，完全屏蔽了網絡技術實現的細節，因此更加簡單易用。當然，代價是Parlay X的能力遠沒有OSA API強大，它僅能夠提供一些基本的網絡能力。目前Parlay X已發展到了OSA Parlay X v7.2.0/Parlay X 3.0。

(3) OMA業務環境

開放移動聯盟(OMA)[10]組織致力于各種業務引擎(Service Enabler)的研究，目前已經發布了十多個業務引擎的規范，如一鍵通(POC)、即時消息(IM)、設備管理(DM)等，在增值業務領域具有很強的影響力。不過，由于OMA是由多個針對單個業務引擎進行研究的獨立的標準化組織組合而成的，因此其整體性較差，各個工作組之間缺乏協調，容易出現工作領域重疊和矛盾的情況，例如原來的POC和IM工作組都分別定義了在線狀態(Presence)和群組列表管理(Group List Management)這兩個能力。針對這個問題，OMA進行了一系列調整，例如將Presence等共用的能力抽取出來，成立獨立工作組來研究。同時，OMA還提出了OMA業務環境(OSE)[11]的概念，將眾多OMA的業務引擎整合到一個統一的OSE中，統一管理，并通過策略執行器(Policy Enforcer)來向SP提供授權的業務引擎接入。與OSA類似，OSE及其業務引擎也種針對普適服務環境中的透明性、多樣性和快捷性的技術。目前已推出了OSE v1.0，但它還很不成熟，沒有被業界充分認可。OMA正在對OSE進行深入研究和推廣，同時研究OSE與3GPP OSA等其他技術之間的合作和融合方案。

2.2 普適服務研究項目

在超3G領域有很多涉及普適服務的研究項目，下面介紹其中幾個重要的項目中與普適服務相關的部分。

(1) 歐盟研究框架中的信息社會領域

歐盟研究框架(FP)之IST領域[12]主要進行超3G的研究，其研究規模巨大，研究內容廣泛，形成了包括了大學、科研機構、標準化組織、運營商、設備廠商、業務提供商等眾多參與者在內的產學研用一體化聯盟，具有規模效應。在普適服務方面，IST建立起了Mobile Service Platforms、B3G System Architecture and Control等項目集群(Project Cluster)，其中包括了DAIDALOS、SPICE、AMBIENT Networks等大型科研項目[4]。目前已經完成的FP6階段(2002—2006)的成果包括(DAIDALOS項目中)提出了包含了業務提供平臺(SPP)和普適服務平臺(PSP)等實體在內的普適服務環境的基礎結構，定義和實現了新的業務組件，并且建立了包含了接入網和業務網絡在內的一體化的超3G實驗網；此外，還重點研究了其體系結構與ITU、3GPP現有的網絡體系結構的融合方案[13]。比較而言，IST對普適服務的研究主要強調普適性、移動性、透明性、自適應性和安全性。

(2) 中國研究項目

中國與普適服務相關的研究項目主要有如下幾個：

●“973”項目“一體化可信網絡與普適服務體系基礎研究”

本項目[14]從NGI的角度對普適服務進行研究，其技術路線是基于一個ALL IP的可信的一體化網絡，提出服務標識和連接標識解析理論，建立其映射模型與機制，使多種服務需求可以通過統一的服務接口實現。本項目研究的重點在于普適服務的質量可控性、移動性和安全性。

●國家杰出青年基金項目“業務網絡智能化”

本項目從B3G/NGN的角度對普適服務進行研究，其技術路線是針對傳統承載網絡與業務提供高度耦合、無法在異構網絡上提供普適服務的問題，站在業務開發者和業務提供者的角度提出一種新的業務開發、部署、運行和管理的環境，實現網絡接入透明化、網絡能力抽象化、網絡結構層次化、接口協議開放化、業務開發簡單化、業務提供普適化、業務資源分布化、業務管理統一化、業務演進平滑化、業務交互自動化。本項目研究的重點在于普適服務的透明性、個性化、自適應性、主動性、多樣性和快捷性等等。

3 普適服務的發展趨勢與研究熱點

3.1 普適服務的發展趨勢

當前普適服務及其相關技術的發展呈現了合作與融合的趨勢，具體表現為：

●對普適服務的理解趨向一致

不論研究背景屬于普適計算或是超3G、電信或是計算機/互聯網，各方面對于普適服務的理解正在逐步趨向一致，研究目標也逐步靠攏。例如，在ICMP國際會議里，原屬于不同研究領域的學者都針對一個主題發表文章、交流探討，這說明大家對于普適服務的理解已經足夠接近了。

●普適服務的技術趨向融合

各種普適服務相關的技術也在逐步走向融合，例如超3G的研究中借鑒了大量普適計算的技術，OMA也在積極研究OSE與OSA融合的方案。

普適服務的上述發展趨勢與多網融合的網絡發展大趨勢是一致的，也預示了普適服務的發展最終將會殊途同歸。

3.2 普適服務研究的最新動向

下面以歐盟IST在FP7階段(2007～2013)的研究計劃為例介紹普適服務研究的最新動向[4]。

FP7階段成立了信息與通信技術(ICT)工作計劃，其題目為“普適和可信的網絡和業務基礎架構(Pervasive and Trusted Network and Service Infrastructures)”。與FP6階段的工作相比，FP7階段的重要特點在于：

●對普適服務環境的需求由連接“人”發展為連接“物”，這意味著“用戶”的數量會急劇增多，必須解決可擴展性(Scalability)問題。

●相對于當前的“疊加(Added-on)”的安全與信任機制，要求建立“內置(Built-in)”的安全與信任機制，這并不意味著網絡是完全安全的，但卻要求在需要時能夠方便地擴展安全方案。

FP7階段預期的影響包括推動成果的標準化，加強在業界的領導地位，推動相關產業發展(尤其在互聯網技術領域)。

3.3 普適服務的熱點技術

當前普適服務研究中的熱點技術主要包括：

●上下文感知(Context Aware)：通過獲取和分析用戶的上下文(包括位置、狀態、環境等)，發現用戶的潛在需求，利用潛在信息，實現人性化、智能化的服務。

●業務使能(Service Enabling)：通過對普適服務環境中各種能力的抽象，形成各種業務引擎，提供便捷易用的業務開發接口。

●服務管理與接入控制(Service Management and Access Control)：通過對各種業務使能組件的管理和接入控制，保證對其的使用是規范有序的。

●普適服務軟件系統(Pervasive Service Software System)：用軟件工程的方法構建通用的、靈活的、可擴展的、高性能的普適服務軟件系統。

●服務發現、組合和生成(Service Discovery， Composition and Creation)：采用語義網等技術實現服務的自動發現、組合和生成。

4 結束語

普適服務及相關技術還在持續發展中，各種觀點、思想和技術都在不斷碰撞和交流中逐漸走向成熟，并趨向融合。

通過主持實施“973”課題“普適服務的基礎理論、模型與關鍵技術”以及國家杰出青年基金項目“業務網絡智能化”，我們正在進行普適服務及相關技術的研究工作，為推動中國相關理論和技術的發展貢獻自己的力量。

5 參考文獻

[1] Weiser M. The computer for the twenty-first century[J]. Scientific American， 1991， 265(3): 94-104.

[2] 徐光祜， 史元春， 謝偉凱. 普適計算[J]. 計算機學報， 2003， 26(9):1042-1050.

[3] ICPS Conference Scope[EB/OL].

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[4]Stuckmann p， Zimmermann r. Toward ubiquitous and unlimited-capacity communication networks—European research in FP7[J]. IEEE Communications Magazine， 2007， 45(5): 148-157.

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[6] 3GPP TS 23.127 v6.1.0.Virtual home environment/Open Service Access[S]. 2004.

[7] 糜正琨， 李新， 孟旭東. 基于代理的VHE業務體系結構[J]. 通信學報， 2004， 25(10): 22-30.

[8] 3GPP TS 23.198. Open Service Access (OSA) stage 2， V7.2.0[S]. 2004.

[9] Parlay Group. Member meeting presentations: Parlay X and Web services[EB/OL]， http://www.parlay.org. 2005.

[10] OMA home[EB/OL]. http://www.openmobilealliance.org.

[11] Open Mobile AllianceTM. OMA Service Environment， OMA-AD-Service_Environment V1.0.4[EB/OL].2007-02-01. http://www.member.openmobilealliance.org/ftp/Public_documents/ARCH/Permanent_documents/.

[12] IST World[EB/OL].http://www.ist-world.org.

[13] Bijwaard d， van der Gaass. The DAIDALOS project and standardizing NGN in ETSI TISPAN—An overview[EB/OL]. http://www.ist-daidalos.org/daten/publications/standardisation-docs.2005.

[14] 張宏科，蘇偉.新網絡體系基礎研究—一體化網絡與普適服務[J]. 電子學報， 2007， 35(4): 593-598.

收稿日期：2007-11-14

作者簡介

廖建新，北京郵電大學網絡與交換技術國家重點實驗室網絡與智能研究中心主任，教授，博士生導師。1996年畢業于電子科技大學，獲得博士學位。目前的研究方向是普適服務環境與業務網絡智能化。作為第一完成人獲得國家科技進步獎二等獎一次、中國通信學會科學技術獎一等獎兩次、教育部科學技術進步獎一等獎一次、信息產業重大技術發明獎一次，已發表SCI、EI收錄論文70余篇，出版專著2部、譯著3部，獲得和申請國家發明專利30余項。