泛在網絡環境下高校知識共享平臺設計

●曾 群，胥唯華(南昌大學 信息工程學院，南昌 330031)

1 引言

泛在網絡(UbiquitousNetwork，UN)指的是廣泛存在的網絡，它具有無所不在、無所不包、無所不能的基本特征，可以實現在任何時間、任何地點、任何人、任何設備、任何物體都能順暢地相互通信的目標。[1]目前泛在網絡涉及的內容不僅包括GSM、3G、LTE、WLAN、WiMax、RFID、Zigbee、NFC、藍牙等非導向介質的通信協議和技術，還包括基于導向通信介質如光纜、雙絞線和其他銅線的通信協議和技術等。

近年來，美國、日本、韓國以及歐洲等國家均十分重視泛在網絡的應用，實踐證明無所不在的信息服務大大推動了其國內信息、通信和技術等多領域的發展，如日本的 U-Jap an，韓國的 U-Ko rea，新加坡的I-H u b等戰略規劃都旨在提供無所不在的信息服務和網絡覆蓋。國內在泛在網絡應用的諸多領域如移動終端設備、傳感器等硬件方面以及RFID技術、網絡平臺建設、網絡操作系統、前后臺應用軟件的開發等方面取得顯著成果，為實現泛在信息社會提供了良好的技術基礎。

高校知識共享平臺是一個功能強大的知識共享系統，它具體包括知識信息的檢索、發布、審核、系統管理及即時通信等功能,是高校師生知識儲存、知識傳遞、知識共享的重要工具。高校知識共享平臺是一種在時間上、空間上廣泛存在的信息共享模式，這種模式本身就具有典型的“泛在”特點。

泛在網絡環境下，信息獲取、發布、傳遞的模式以及用戶信息需求等內容均發生了很大變化，盡快構建一個能適應泛在網絡環境的高校知識共享平臺，以滿足學生和教師“泛在學習”與“知識共享”的要求，就顯得十分迫切。為此，本文重點討論了泛在網絡環境下高校知識共享平臺的設計及關鍵技術問題。

2 泛在網絡技術體系結構設計

綜合各方面的考慮，在平臺構建設計之前，首先確定其所處的泛在網絡的基本體系結構，以構成平臺設計的基礎。泛在網絡是在現有網絡的基礎上增加了新的功能和服務，從這點上看它并不是一個全新的網絡。參照現有的英特網的TCP/IP的四層體系結構及ITU-T Y.2002建議中的USN(Ubiquitous Sensor Network，USN)高層架構，本文提出了基于泛在、移動互聯網體系理論的泛在網絡體系結構的框架，整個架構分為三層，分別為網絡接口層、基礎設施層和應用服務層。在最靠近用戶的地方組成無所不在的網絡環境，用戶在此環境中使用各種服務，在硬件設備的配置方面，可以在靠近用戶端的基站架設數據交換設備，并盡量構造胖用戶端的模式，大量的本地數據不需要經過長的鏈路到上一層去數據交換，以達到提高整個系統的效率的目的。

2.1 網絡接口層

泛在網絡接口層是對傳統網絡改造和擴充最大的一層，也是區別于現行事實英特網標準TCP/IP網絡體系結構的主要一層。與傳統網絡不同的是，網絡接口層擴充了現有網絡接入端點的功能，除實現了人與人的通信外，還實現了人與現實世界的物體，以及物體之間的通信，從而把傳統的網絡接口概念擴充了環境感知的功能，把對具體對象及其所處環境的感知引入到主動應用和交互的水平，從這點上，它可以看成是傳統互聯網絡的延伸和高級應用。網絡接口層的主要特性如表所示。

表 UN的網絡接口層特性

除此之外，該層還必須滿足安全性要求和實現網絡的可控可管。

2.2 基礎設施層

UN的基礎設施層包括現有的電信網、互聯網(含無線)、廣電網、NGN/NGI、教育網以及鐵路、公安、軍隊等專用服務網。該層的主要任務，是要實現這些不同網絡之間基礎設施的互連互通，又要實現各自支持的不同服務，并在此基礎上實現UN網絡特有的服務和功能。要實現泛在網絡環境下人與人、人與物、物與物之間的通信，對泛在網絡的帶寬需求將要大大增加；然而隨著計算機網絡技術的發展，光纖等優質傳輸介質及多元調制技術及其他寬帶網絡技術的不斷出現和發展，在主要傳輸干線上可以達到10吉比特的傳輸速率，帶寬將不再會是UN的發展瓶頸。相反，應該更加關注的是網絡基礎設施對于泛在網絡應用的支持，著重解決異構網絡的通信主體之間的連接可靠性與安全性。

2.3 應用服務層

UN 的應用層指的是在各自網絡應用的基礎上，提供公共的服務支撐環境。目的就是在基礎設施層提供的互連互通的基礎上，實現統一的服務界面而屏蔽掉底層細節的差異。通用性、開放性和規范性是其基本特征。應用平臺設計基于各自應用的特點，開發各類行業解決方案，將UN的優勢和行業生產經營、信息化管理等方面結合起來，實現智能化的應用；它不僅提供傳統的人與人的通信服務，還提供人與物、物與物的通信，具體實現對各種具體業務的統一控制和管理。應用服務層主要的作用在于“數據挖掘”、“數據處理”，最重要的技術就是建立數學模型，同時還包括軟件中間件、資源描述與組織、元數據、各種標識的管理、信息安全保證、網絡計算等。

3 泛在網絡技術與高校知識共享平臺設計

高校知識共享平臺建設的目的是支持泛在學習、泛在科研及知識傳遞，目的是實現在任何時間、任何地點、任何人、任何物體和設備都能相互交換信息，進行知識的共享和轉移。

3.1 泛在網絡環境下高校知識共享平臺的概念模型設計

相比于傳統的互聯網絡環境，泛在網絡環境更注重的是移動終端的接入，強調軟硬件的智能性和靈活性。高校泛在網絡環境下知識共享平臺的構建應該從高校的實際現狀出發，從學習者、各學習終端、學習協作者、學習資源等幾個方面進行全面綜合的考慮，同時兼顧泛在網絡的技術基礎設施。根據美國學者Verna Allee[2]提出的知識具有“波粒二相性”的特征及知識轉換的相關理論，知識既是作為實體的知識，也是作為過程的知識，結合泛在學習理論，同時考慮軟件開發常用的系統結構，筆者提出了泛在網絡環境的高校知識共享平臺的概念模型，如圖所示。

圖 泛在網絡環境下高校知識共享平臺概念模型

按照分層設計的思想，該模型由四層組成，分別為學習者、學習終端、學習協作者和學習資源等。各層按照各自特有的規律組織和管理，并為上層提供基本的服務，而各層之間除保留基本的接口用作數據交換外，保持相對的獨立，這樣有利于復雜系統的簡化與實現。

泛在網絡環境下知識共享平臺的四個層面中，學習者關注的只是學習任務本身，具有很強的獨立性，不受設備和技術的制約，充分實現了泛在學習的理論；各學習終端包括計算機、智能手機、PDA、筆記本電腦及其他移動設備等，這些在高校中已普及，只是需要建立接入網絡的機制及注重網絡安全和管理；學習協作者包括同學、教師和同行專家等；而泛在學習資源則被很好地整合到一個共享的平臺上?？v向則借助泛在網絡，把現實世界和信息世界結合起來，構成智能信息世界，實現和學習者的互動，這是建立知識共享平臺的目的所在。

3.2 泛在網絡環境下高校知識共享平臺需求分析

社會交換理論認為“人與人之間所有的接觸都以給予和回報等值這一圖式為基礎”，[3]基于該理論，高校知識共享平臺師生顯性知識和隱性知識的共享活動可以看成一種社會交換：一方面，知識的提供者用自己的知識換取接受者給予的顯性或隱性知識報酬；另一方面，知識接受者用報酬換取提供者的顯性或隱性知識。

通過對知識共享的需求分析可以明確高校師生對平臺的功能需求，它是進行平臺設計的基礎和依據，根據知識管理、泛在學習與科研過程中存在的問題分析，高校師生知識共享主要有四方面的需求：資源共享、交流與協作、自我展示以及請求幫助的需求。

(1)共享的資源一般是顯性知識，包括三個方面的內容：一是可以購買公開發表的各類電子出版物、數據庫、學位論文等獲得其使用權；二是師生自己固有的顯性知識如教學檔案、課件、題庫、相關多媒體演示等可以上傳到系統供他人共享；三是對于網絡上開放存取的信息資源，可以通過師生的參與與共享活動，不斷積累和豐富，在管理者加工整理后分類記錄其鏈接，實現開放存取資源的共建與共享。

(2)師生對知識的交流與協作的需求，對于年輕教師的成長，對于學生的學習過程，對于教師的科研活動，課題申報，都具有很重要的建設意義，這也體現了泛在網絡環境下的協作精神。

(3)自我展示主要是師生對于教學、學習、科研及其他社會活動的經驗總結或者是反思。

(4)請求幫助是師生將自己在教學科研及管理過程中遇到的問題、疑惑，在知識共享平臺上發表以求解決方案或者技術方面的支持。

第一種需求主要解決顯性知識的共享，而后三種需求主要解決的是隱性知識的交流與傳遞。高校師生將其具備的隱性和顯性知識通過各種展示方式，利用高校知識共享平臺，與其他成員共同分享，并轉變為可傳遞的、可供他人使用的共享知識。

3.3 泛在網絡環境下高校知識共享平臺功能模塊設計

高校知識共享平臺主要包括教學、學習、科研、交流與管理等功能，高校的各項活動都應該包括在這五個具體環節中，根據高校師生知識共享需求分析的結果，整個平臺可以分為五個基本功能模塊：系統管理模塊、資源共享模塊、交流與協作模塊、請求幫助模塊和知識地圖。(1)系統管理模塊：主要完成其他各模塊的管理，前臺頁面的管理，后臺用戶管理，數據庫存儲管理等。(2)資源共享模塊：主要完成顯性知識的上傳、共享及管理。(3)交流與協作模塊：主要采用論壇及博客的形式，搭建一個虛擬的知識共享空間，可以實現顯性及隱性知識的交流與共享。(4)請求幫助模塊：一般采用論壇發帖的形式來實現。(5)知識地圖模塊：利用該隱性和顯性知識的導航系統，實現知識的有效管理與檢索服務。

此外，在泛在網絡環境下，高校知識共享系統平臺必須添加一些特殊功能模塊，如無線接入管理模塊、用戶客戶端識別模塊、保證數據庫安全性及并發能力的模塊等等。

泛在網絡環境下高校知識共享平臺的實現過程猶如一個金字塔，其中物理平臺是基礎，邏輯平臺和支持機制是保證，塔尖就是最終實現的知識共享。

3.4 高校知識共享平臺的軟硬件基礎及開發平臺

(1)硬件基礎。目前，在高校有校園網，電信的因特網，移動和電信的2G、3G網絡，校園的Wi-Fi，城市Wi-Fi，部分校區具有有線電視網的終端接入。除有線網絡外，現有的多種無線接入網絡，都采用各種不同的無線傳輸技術以及標準，提供各自的應用。然而未來的網絡將是各種網絡并存、各種異構網絡融合，為用戶提供隨時隨地接入的泛在網絡。所以，在UN的環境下，可以直接對這些網絡加以整合成一個統一的接入接口。用戶在接入后要實現接入標志解析映射，完成接入標志到交換路由標志的映射，從而實現用戶身份與位置的分離，這樣可以保證各種接入網絡下用戶的移動性，在接口層上實現統一的邏輯接入。今后的高校知識共享平臺可以進一步加入對傳感器網絡及第四代移動通信網絡的接入支持。

(2)軟件開發平臺選擇。完成了師生的需求分析及主要功能模塊設計后，整個軟件系統采用的是B/S架構，可以用NET、Java、PHP、ASP等技術開發。

應用軟件的開發采用以下步驟。① 用戶的需求分析。即分析高校師生對于知識共享的要求，共享方式的選擇等，建立完備的數據字典(Data Dictionary)，定義好系統應用的邊界及信息的流向。② 選擇合適的應用程序架構。根據系統功能決定代碼如何劃分，為代碼的模塊設計標準的接口和API。③ 根據設計規范開發應用程序。④ 系統調試與測試。根據應用程序的復雜度，進行靜、動態代碼分析或進行代碼功能驗證。⑤ 系統發布。軟件設計中應充分考慮各種不同接入設備的數據格式轉換及統一，各終端設備對帶寬的不同需求，可以采用不同的主頁域名輸入或者服務器自動檢測終端類型的方式來加以區別。另外后臺數據庫系統應該采用分布式數據庫系統，如Oracle或SQL server，相對來說，完整性及安全性方面的支持比其他數據庫系統要好。

本系統在整合了部分基礎網絡設施外，重點對網絡的無線接入部分進行了擴展；軟件開發平臺為JSP+JavaScript+Struts+Hibernate+CSS+SQL server。

(3)系統應用說明。系統可以實現識別用戶的不同接入方式，進而運行不同的功能模塊以適應帶寬和安全性的要求，同時系統提供知識上傳、審核、存儲、檢索、傳遞等多種功能。

系統典型使用方法可以描述如下：用戶使用泛在網絡支持的各種接入設備(移動的或固定的)以B/S的方式訪問系統后臺的WWW服務器，在用戶注冊、登錄完成以后，可以通過瀏覽器瀏覽知識共享平臺主頁上的各種信息，并提出個性化的服務需求(如上傳共享知識等)，服務器把用戶的需求轉換成對后臺數據庫的檢索或存儲、刪除、修改、統計等命令，并把系統處理結果反饋給用戶端或把用戶數據上傳給數據庫服務器。

4 基于泛在環境高校知識共享平臺構建的關鍵技術

4.1 泛在網絡的關鍵技術

泛在網絡是硬件、軟件、系統、終端和應用等多方面的融合，所涉及的技術包括RFID、人機交互、上下文感知計算、多接入、移動性管理、網絡安全、網絡管理等方面。在筆者設計的共享平臺中，主要應用了如下技術：RFID技術采用非接觸方式用于智能物體的識別與交互，可以實現物理空間中物體與信息空間中對象的對應；上下文感知計算是實現泛在網絡環境中新型人機交互的基礎；自然人機交互使得人與計算環境的交互變得和人與人之間的交互一樣自然與方便；而多接入可以實現泛在網絡環境下異構接入網的接入技術互相融合。

4.2 泛在網絡環境下高校知識共享平臺的關鍵技術

泛在網絡環境下高校知識共享平臺的關鍵技術包括：博客 (Blog)、播客 (Podcasting)、社會化標簽(Tag)、內容聚合(RSS)、阿賈克斯(Ajax)、社會化網絡軟件(SNS)、維基(Wiki)、微博(Micro Blog)、3G、IPV6等。這些相關技術在高校知識共享平臺建設中有著廣泛的應用。當然，并不是在高校知識共享平臺的設計和建設中要用到上述所有的技術，而是應該根據實際的需要合理選擇使用。選擇平臺構建技術的時候，也應該有所側重和考慮，如選擇開源軟件構建時可以考慮Wiki，強調個性化的時候選擇Blog,如果希望得到有序的、不需要進行大量的甄別的知識，則不要選擇RSS。

在共享平臺的建設中，還必須注意安全性問題，具體涉及接入控制、信息資源等多方面的安全。另外考慮到目前IPV4地址資源已經非常緊張，IPV6的安全性及智能物體對IP地址的大量需求，IPV6的推廣應用是實現泛在網絡下知識共享平臺及其他應用大規模展開的重要前提條件之一。

5 總結

隨著計算機、通信等技術及網絡技術的不斷發展,泛在網絡技術將會更加成熟。泛在網絡環境下高校知識共享平臺的建立，可以為高校師生提供知識共享及傳遞的服務，滿足他們“泛在”學習和信息交流的需要，這對于增強我國高校的核心競爭力及促進高校的快速發展具有重要的推動作用。本文從泛在網絡技術的視角來進行高校知識共享平臺的設計和開發，提出一種基于泛在網絡環境的知識共享體系架構及學習平臺，并進行了系統實現。Wiki、RSS、Blog、BBS等技術綜合應用于知識共享平臺，并進一步和泛在網絡相融合將是未來的發展方向。

[1] 張平，等．泛在網絡研究綜述[J].北京郵電大學學報，2010(5)：1－6.

[2] VernalAllee．TheKnowledgeEvolution[M]．Boston:Butterworth-Heinemann，1997.

[3] 王德祿．知識管理的IT實現一樸素的知識管理[M]．北京：電子工業出版社，2003.