機會網絡應用于智慧景區建設面臨的機遇和挑戰

姚建盛 劉艷玲*

（1.桂林理工大學 旅游與風景園林學院，廣西 桂林 541004;2.廣西旅游產業研究院，廣西 桂林 541004）

1 研究背景

“智慧景區”是在“智慧城市”建設這一重大背景下，結合景區規劃、管理和可持續發展的客觀需求，在“數字景區”的基礎上的新發展[1]。當前智慧景區尚處于研究初級階段，沒有統一的概念，一般認為智慧景區是利用互聯網、物聯網、云計算、大數據、人工智能等信息技術，實現對景區的資源環境、基礎設施、游客活動、災害風險等進行全面、系統、及時的感知與精細化管理[2，3]。

如圖1所示，智慧景區利用物聯網感知技術（如RFID、視頻、GPS設備等）采集景區信息（資源環境、基礎設施、游客活動、災害風險等），形成景區大數據；通過物聯網、互聯網、移動互聯網等網絡技術將景區大數據傳輸至數據中心；當前數據中心趨向于采用云計算技術構建存儲和計算資源，并基于人工智能技術對大數據進行分析與挖掘等形成“智慧”，為不同服務對象的不同需求提供相應的智慧應用。

在智慧景區系統中，數據感知和傳輸是基礎，是“智慧”的源泉。因此，采集和傳輸數據成了制約智慧景區發展的關鍵。當前以RFID為主的物聯網技術是景區數據采集的主要方法，其他物聯網信息采集技術如基于傳感器、攝像頭、北斗和GPS的終端等。然而，當前的景區數據采集需要鋪設相應設備，一方面設備采購代價較高，另一方面設備安裝鋪設難度較大，覆蓋度不夠。

安裝物聯網設備成本高、鋪設難、覆蓋度低，成為制約智慧景區發展的關鍵因素。鑒于當前智能手機的普及和較強的數據感知能力，黃瀟婷等提出利用手機采集數據[4]。然而，受限于電信通信網絡的帶寬和價格，很難實施。因此，探索一種廉價、易于鋪設的物聯網技術對智慧景區發展具有重要理論和實踐意義。

機會物聯網是一種基于機會網絡的新興的物聯網技術[5]，將人類手持智能設備（手機、PAD、手環等）作為物聯網設備，感知環境信息，以短距離無線通訊技術（藍牙、WiFi等）為基礎，利用人類移動帶來的機會接觸構成具有臨時性、自組織等特點的機會網絡來進行信息、資源以及服務的傳播與共享。

機會網絡不依賴第三方通信基礎設施，使基于人類智能終端構建智慧景區成為可能。目前，機會網絡技術已成功應用于環境監測（如噪音、空氣質量和道路狀態等環境監測）和人類高度參與的社會活動場景，如智能會議會展、智慧校園、智慧醫療等[6]，提升人們參與社會活動的體驗。

圖1 智慧景區

將機會網絡引入智慧景區建設，不僅為智慧景區數據采集和傳輸提供新的方法，豐富了智慧景區的研究內容和范圍，而且機會網絡能催生新的旅游應用，為游客帶來前所未有的旅游新體驗。論文深入分析機會網絡的特點和智慧景區應用場景，對機會網絡應用于智慧景區所面臨的機遇和挑戰進行剖析，對智慧景區研究和發展是有意義的探索。

2 機會網絡

機會網絡是一種新興的物聯網技術，分析機會網絡誕生的背景和關鍵技術，及其由此帶來的特性，有助于理解機會網絡在智慧景區中的應用。

2.1 機會網絡產生

一些特殊場景下，物聯網采用Ad hoc（自組織網絡）方式組網，而且節點移動性較大，如車聯網、野生動物監測網等。在這種移動物聯網中，由于車輛和野生動物等物聯網載體的移動，經常出現網絡分割，即通信的源節點和目的節點不在同一個網絡，導致傳統的基于連接的TCP/IP網絡協議失效。為此，Pelusi L提出機會網絡[7]，采用“存儲—攜帶—轉發”的新路由模型，實現移動物聯網通信。

與傳統網絡協議把移動當成挑戰相反，機會網絡則是利用節點移動帶來的隱藏帶寬和通信機會，實現不存在完整通信鏈路節點間的通信，容忍網絡分割，因此更符合物聯網和普適計算透徹感知的實際需要，是未來網絡有效的、必要的組成部分[8]。

機會網絡的提出引起學術界和工業界的廣泛關注，在計算機網絡的頂級會議和期刊中出現大量研究成果，并被應用于野生動物監測、環境監測、智能交通、3G/4G網絡卸載和應急通信等領域[6]。

這里指的智能物體包括智能手機、可穿戴設備、汽車等，它們已經成為人們日常生活中的親密伴侶（如人們駕車出行、攜帶手機進行日常工作和社會活動），在人類移動的過程中實現機會接觸。

傳統機會網絡多基于無線傳感器構建，隨著人類手持智能便攜式設備（如智能手機、智能手環等可穿戴設備）的普及和功能逐漸強大，近年來基于手持設備構建機會網絡，不僅能改善社會活動的管理和服務，還能提升人們社會活動體驗，成為機會網絡研究的一個新熱點。

劍橋大學和Intel研究院致力于此類機會網絡的研究[9]，利用手持智能設備中存在的大量傳感器和APP應用，主動或被動地感知環境數據和人類行為數據，通過機會網絡組成機會物聯網和群智感知計算系統，應用于人類高度參與的社會活動和場景中，以提升人們的活動體驗，如移動社交網絡、健康醫療、智慧校園、智能交通、智能會議等[7]。

2.2 機會網絡特點

（1）M2M通信，即不需要部署網絡基礎設施。機會網絡通過“機—機”轉發數據，不依賴WiFi熱點和4G蜂窩等網絡基礎設施。當前很多局部通信場景（如面對面分享視頻），數據先從源節點經過手機基站或WiFi上傳至公網，然后再下載到目的節點，這樣不僅消耗公網資源，而且增加傳輸遲延。另外，當前的移動應用中多媒體數據（如視頻、照片等）比例逐年增加，導致4G網絡不堪重負。機會網絡使節點可在本地共享數據，緩解網絡擁塞，實現綠色節能。鑒于此，5G網絡原生支持M2M通信，因此5G環境下更適合構建機會網絡。

（2）DTN技術，可容忍網絡分割。網絡分割，即源節點和目的節點不在一個聯通集，傳統TCP/IP網絡體系結構無法實現這樣節點間的通信。機會網絡利用節點移動帶來的通信機會和隱藏帶寬，實現不聯通節點間的通信，增強了網絡的魯棒性。因此，容忍網絡分割是未來網絡標準之一。

（3）無中心，分布式自組織管理。機會網絡不依賴任何網絡基礎設施，實現自組織，即由通信節點自動加入、退出、通信等，因此具有組網方便、快捷、代價低等優勢。

另外，以人類手持智能設備（如智能手機等）組成的機會網絡，移動節點以人為載體，并且移動設備和設備使用者間具有一定的映射關系，人的移動和設備的移動具有一定相關性[8]，因此機會網絡是基于人的移動構建的網絡，以人為中心，并且實現了線上虛擬網絡和線下現實網絡的統一，具有很多傳統網絡無法比擬的新特性，如SoLoMo（社會性、位置性、移動性）等，適合應用于人類高度參與的社會活動場景。

（1）移動性：人是移動的，因此機會網絡拓撲也是動態的，通過人的移動實現數據傳輸，因此機會網絡適合研究人的移動性，移動性是旅游活動中游客的主要外在表現，因此可以通過機會網絡通信反映游客的移動行為。

（2）社會性：人的社會性體現在人的行為上，如在會議、旅游時，熟悉的人往往在一起，這種人的社會性能傳遞給機會網絡，反過來通過機會網絡的通信信息能夠反向追蹤人的社會性。

（3）位置性：機會網絡是通過設備相鄰才發生信息傳遞，因此可以通過機會通信檢測人與人的位置和設計基于位置的服務（LBS）。

（4）人聯網[10]：人可參與網絡通信和應用，因此具有人聯網的特性，組成人機混合網絡。隨著機會網絡向機會計算過度，人聯網向人計算過度，人機混合網絡組成群智感知計算、社會感知計算。

3 機會網絡應用于智慧景區的機遇

雖然機會網絡應用于智慧景區的應用和報道鮮有見到，但機會網絡在小尺度地理范圍內、人類高度參與的場景下已有成功應用案例，如智能會議、智慧校園、智能會展等。下面分析機會網絡應用于智慧景區的優勢，并給出一些應用設想。

3.1 機會網絡應用于智慧景區的優勢

部署物聯網設備實時感知景區各種信息是智慧景區建設的基礎。然而購買物聯網設備需要成本，由于景區地形等原因，不僅為設備安裝帶來很大難度，而且安裝后也很難實現全覆蓋。因此，目前景區部署的物聯網設備仍然很有限，很難支撐智慧景區建設。

旅游是人類廣泛參與的社會活動，隨著通信技術發展、手持智能設備（如智能手機、手環、手表和PAD等）的普及，景區內擁有數量龐大的智能設備。現代智能設備不僅具有強大的計算和存儲能力，而且具有豐富的通信模塊和傳感器，如攝像頭、麥克風、GPS、WiFi、藍牙、陀螺儀、加速度傳感器、紅外、距離傳感器等和社交軟件，如微信、微博、QQ、抖音、快手等，因此通過“人+智能設備”的方式在景區構成一種特殊的物聯網，以主動和被動方式感知景區各種數據。

大量智能設備在景區內能組成群智和社會感知系統，可實現對景區的監控和管理。并且由于游客的高度移動性，可以到達人類能夠到達的任何場所，因此能實現對景區的實時、動態和全方位的監控。因此，利用游客智能設備組成的機會物聯網，不僅節省了智慧景區建設成本、提高資源利用率，而且機會網絡的特性將“人—機—景”構成的“社會—信息—物理”系統完美融合，可以為游客帶來前所未有的游覽體驗，催生新的智慧旅游應用。

3.2 基于機會網絡的智慧景區應用探析

（1）不依賴第三方通信基礎設施采集游客細粒度軌跡數據

現有游客軌跡追蹤技術很難獲取細粒度的游客軌跡數據。IP定位、手機蜂窩網絡定位、地理標記的照片和簽到數據等定位精度不夠；RFID和WiFi等物聯網設備需要部署密集基礎設施；當前手機GPS可以滿足定位精度，但數據多掌握在電信和APP公司，而且大多數公司的軟件為減少數據傳輸、存儲和處理成本，僅在客戶端發起請求時獲取GPS數據。

基于機會網絡設計不依賴于第三方通信基礎設施的采集游客細粒度移動軌跡數據的方法。將開源機會通信中間件（haggle[9]）嵌入到景區智能導覽系統中，這樣依賴導覽系統可以申請讀取游客手機GPS數據的權限。haggle僅具有機會網絡通信功能，為此在開源基礎上擴展haggle讀取游客細粒度軌跡數據。這樣在景區入口和出口出部署安裝haggle的便攜式大存儲容量的計算機設備，通過機會通信回收haggle采集的游客數據。利用機會通信回收數據，不依賴于熱點和手機基站等通信基礎設施，為景區和研究人員提供一種獲取游客微觀精度軌跡數據的便捷方法。

（2）設計基于位置的景區應用

機會通信具有社會性、移動行和位置性，基于機會網絡的社交軟件具有傳統網絡社交軟件不具備的特征，可以統一現實世界和虛擬世界。在傳統社交軟件中，線上交流的朋友可能在現實中根本不認識；而在機會網絡社交軟件中，能夠通信的朋友，一定在你附近，當前的一些機會網絡社交軟件都可以應用于景區：

基于機會通信位置的廣告推送，對應景區中的某些商品，如小吃等，廣告只對景區內的游客有意義，而且距離越近購買可能性越大，機會網絡具有天然的優勢，而且不需要第三方通信基礎設施支持。

基于機會網絡的交友軟件，依據用戶在軟件上的注冊信息，幫你在車站、咖啡廳、景區等發現志趣相投的人，或者自己未曾謀面的商業合作伙伴或者網友等。

基于機會通信的游戲，基于景區場景，設計基于角色類的游戲，在游戲世界的相遇，也同樣發生在現實世界，現實和虛擬混合的效果，為游客帶來不一樣的游覽體驗，而且可以從門票經濟演化成粉絲經濟。

（3）群智感知監管系統

基于機會網絡構建群智感知計算系統，利用游客手中的手機等智能設備的拍照功能，實現智慧景區監控系統。以往監控系統通過攝像頭或者人工巡檢，不僅需要人力和物力，而且很難實現實時的、面面俱到的監控。通過隨機紅包、折扣等方式激勵廣大游客參與景區監管，這樣相當于在景區部署了數量龐大的、移動的監管物聯網感知終端。而且通過游客對照片、視頻的備注點評，實現“人在回路”的人聯網和人機交互智能。該系統可以對景區資源、設施等損壞情況，廁所衛生不達標，垃圾桶已滿，游客不文明行為，管理人員的不規范操作，商販的不合理銷售等等進行全方位的監管。

4 機會網絡應用于智慧景區面臨的挑戰

雖然機會網絡應用與智慧景區建設具有很多優勢，但是也面臨一些問題[11]，如游客的參與程度、游客隱私數據的安全、惡意節點的攻擊等。

（1）自私節點

游客處于安全或自私的角度，如隱私泄露、耗費資源等問題，不愿意加入網絡[12]，這樣景區機會網絡由于節點稀疏而很難維持，為此當前基于信譽、博弈等理論設計很多機會網絡激勵機制[13，14]。除了從技術上激勵游客參與外，可以通過紅包、獎勵、折扣等經濟方式激勵游客的積極性。另外參與的游客如果體驗很好，在潛在用戶中形成良好口碑，同樣會增加游客的參與意愿。

（2）惡意節點

機會網絡是自組織網絡，隨意進入和退出，在景區的應用場景，很難設置嚴格的監管機制，這樣為不法分子提供了作案契機。但事實上，當前關于機會網絡的安全研究成果依據比較豐富，并逐漸應用于現實系統[15]。

（3）隱私泄露

隱私泄露是用戶比較擔心的問題，機會網絡具有社會性質，可能會探測用戶的很多社會屬性和行為規律。從機會網絡誕生之初，研究者就一直在關注此問題，以減小機會網絡技術落地應用的障礙。機會網絡的隱私保護機制在技術上相對也比較健全[16]，當然隱私保護不僅僅是技術問題，同樣涉及人性、制度、社會信任等，這也是當前信息技術的一個痛點。

5 結語

研究依據機會網絡特點和智慧景區建設要求，提出基于人類手持智能設備的機會物聯網構建智慧景區的方案，并給出相關應用設想。研究成果不僅為智慧景區建設提供了更廉價、更有效的解決方案，而且機會網絡特點能給游客帶來不一樣的游覽體驗，可增加景區效益。隨著研究的進一步深入，解決相關安全問題，機會物聯網將是未來智慧景區建設中不可缺少的技術，同時也為機會網絡應用探索了一個新領域。