移動云計算框架內(nèi)近場通信技術(shù)的實現(xiàn)

李斌

摘 要：該文結(jié)合移動云計算技術(shù)和正在蓬勃發(fā)展的近場通信技術(shù)，充分分析兩者的利弊，各取長處，提出了移動云計算框架內(nèi)近場通信技術(shù)的實現(xiàn)問題，旨在為移動設(shè)備提供更加高效便利的通信條件。文章主要是對近場通信與移動云計算的綜合分析，結(jié)合其業(yè)務(wù)分類及特性，做出了較為全面的分析，希望能對移動云計算框架內(nèi)近場通信技術(shù)的實現(xiàn)提供一定的借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：移動云計算框架 近場通信技術(shù) 即時通信框架

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）07（a）-0101-03

1 概述

1.1 研究意義

隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展，移動基礎(chǔ)設(shè)施的逐步完善，網(wǎng)絡(luò)在如今社會幾乎無處不在，云端的服務(wù)也可以隨時得到訪問，因此充分結(jié)合了移動網(wǎng)絡(luò)和云計算的最新計算模式—移動云計算模型便很好地發(fā)揮了云計算的優(yōu)勢。顧名思義，云計算指的是各種存在于互聯(lián)網(wǎng)上的在線資源，而其中的計算一詞則體現(xiàn)在對于信息的處理上。通過云計算可以借助網(wǎng)絡(luò)獲得各種諸如軟硬件、系統(tǒng)平臺等資源的使用模式，使用者可以盡情獲取資源，隨取隨用，極為方便。對于云計算的大力完善，將大大影響人們的日常生活，也為社會的發(fā)展指引了新的方向。

1.2 研究目的

雖然云計算模式在不斷便利著人們的日常生活，但是如今的移動通信還不能為人們提供一個十分穩(wěn)定、實時的通信環(huán)境，因為移動終端的計算能力、蓄電量、存儲容量都是相對有限的，當移動終端通過無線網(wǎng)絡(luò)連接互聯(lián)網(wǎng)時，大量的數(shù)據(jù)傳輸會使能量產(chǎn)生巨大的消耗，電量下降很快。隨著移動網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，人們越來越希望網(wǎng)絡(luò)能遍布生活的每個空間和時間范圍，隨時隨地享受高質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)，輕松高效辦公，此時，一個穩(wěn)定的、實時的通信環(huán)境成為了必備條件。由此可見，在保證移動通信的穩(wěn)定性和實時性的基礎(chǔ)上，提高移動終端的能量效率是一個急需解決的難題。該文的研究目的就是探討如何在充分融合成熟的云計算和移動互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，優(yōu)勢互補，為移動終端創(chuàng)造一個更加高效、穩(wěn)定的通信條件。

1.3 研究內(nèi)容

目前的移動終端都傾向于智能化、輕便化，把復(fù)雜的邏輯問題放到云端處理，由于移動終端和服務(wù)器端的聯(lián)系是通過網(wǎng)絡(luò)進行的，因此移動端和云端極大程度上依賴網(wǎng)絡(luò)?；诖朔N現(xiàn)象，該文提出了一種移動云計算框架內(nèi)近場通信技術(shù)，深入研究了對數(shù)據(jù)傳輸格式的優(yōu)化問題，主要工作量為：

（1）通過調(diào)研相關(guān)文獻了解目前云計算的相關(guān)技術(shù)，了解相關(guān)研究現(xiàn)狀，用全局對云計算面臨的難題和方向做一個根本的把握。（2）轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式成為同時兼容XML、JSON的體積更小、速度更快的Protobuf格式。（3）建立二階Markov模型，通過其在框架中的應(yīng)用，達到讓用戶隨時切換網(wǎng)絡(luò)的目的，提醒用戶在何地應(yīng)使用何種網(wǎng)絡(luò)，從而節(jié)省數(shù)據(jù)流量、電量。（4）在實際案例中應(yīng)用移動云計算框架內(nèi)近場通信技術(shù)，通過較為客觀的實例對移動終端的持久性、穩(wěn)定性進行測試，得出較為客觀合理的結(jié)論。

2 近場通信融合移動云計算的業(yè)務(wù)優(yōu)勢

移動云計算正在以其特有的諸多特點獲得行業(yè)的青睞，與移動運營商的IT支撐系統(tǒng)形成良好的匹配，能充分滿足互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的需求，適應(yīng)未來的超前應(yīng)用研究，其令人吃驚的可拓展性、隨用隨取、高質(zhì)量、低成本、按需服務(wù)的優(yōu)勢正在引領(lǐng)一個全新的通信行業(yè)新方向。近場通信融合移動云計算能帶來雙贏的效果，不僅具有了云計算技術(shù)的獨特優(yōu)勢，又結(jié)合了移動通信自身特點，可以提供包括用戶身份鑒權(quán)、隨身支付、提供位置信息等多種服務(wù)。移動云計算業(yè)務(wù)相較于傳統(tǒng)意義上的計算機數(shù)據(jù)應(yīng)用更加安全、更加方便管理、更加便于互動，對平衡網(wǎng)絡(luò)運營商、應(yīng)用開發(fā)者、服務(wù)提供商和末端用戶之間利益關(guān)系能夠進行更好地處理，對行業(yè)的可持續(xù)性良性發(fā)展有著很好地促進作用。近場通信應(yīng)用的業(yè)務(wù)實現(xiàn)是在多方配合下完成的，依靠各個相關(guān)產(chǎn)業(yè)的一一配合，多方技術(shù)和資源的共同協(xié)作。它所應(yīng)用的在云計算基礎(chǔ)上的后臺系統(tǒng)高效綜合發(fā)揮了移動通信系統(tǒng)和云計算的共同優(yōu)勢，為近場通信增值業(yè)務(wù)應(yīng)用實現(xiàn)促使了很好的范本。除此之外，將移動云計算融合在內(nèi)的近場通信業(yè)務(wù)具備了許多不可多得的優(yōu)勢，包括虛擬化計算、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)挖掘等，并且還廣泛運營了多個增值業(yè)務(wù)應(yīng)用，包括：

2.1 移動近場通信支付

由于近場通信技術(shù)具有很高的安全度，移動云端系統(tǒng)對于讀卡器的可移動性功能能夠予以實現(xiàn)，另外移動近場通信支付可以保證安全通信，能夠?qū)崿F(xiàn)支付二次確認的功能，這些功能都大大提高了這種支付方式的安全性。

2.2 移動電子票證

對于目前廣為使用的無接觸智能卡來說，近場通信是極其適用的，應(yīng)用到如電子會員卡等的身份識別中，或者整合到電子客票等公共小額支付中都是非常方便的；在移動電子票證這一項中，為了保證業(yè)務(wù)的更加系統(tǒng)化，移動云端系統(tǒng)對于一些增值應(yīng)用都是可以提供的，比如預(yù)付費查詢、充值、手機賬單等等。

2.3 移動醫(yī)療健康信息

近場通信技術(shù)在對病人的健康狀況和醫(yī)療信息的保密方面也做了一定的工作，大容量的存儲器能夠及時安全的保存各種信息，為病人提供及時可靠的針對性治療；不得不提的是，在與終端的協(xié)調(diào)下，移動云端系統(tǒng)可以完成一系列的如病人位置定位、親屬聯(lián)絡(luò)等工作，還能夠在各方的配合下完成對個人醫(yī)療信息數(shù)據(jù)庫等的建立和完善。

3 移動云計算框架內(nèi)近場通信技術(shù)的實現(xiàn)

3.1 云端的實現(xiàn)

在移動云計算中，云端主要負責處理一些業(yè)務(wù)邏輯、數(shù)據(jù)的存儲，或者提供一些參考給用戶，幫助用戶更好地決定是否需要切換網(wǎng)絡(luò)，這樣既能保證通信穩(wěn)定，還能節(jié)省用戶的流量。云端的工作就是要充分發(fā)揮緩存技術(shù)的作用，提供移動終端的性能。

3.1.1 緩存層的實現(xiàn)

緩存層在整個系統(tǒng)性能的提升過程中起到了至關(guān)重要的作用。一般來說，緩存層的效果受三種因素影響：（1）主動刪除。如果用戶自行主動刪除了緩存，緩存將立即被刪除。（2）LRU。這種情況下緩存將直接查看時間戳看緩存內(nèi)容何時過期，而不會掃描緩存內(nèi)容看何時過期。（3）非LRU。此時，緩存內(nèi)容將不斷被查看是否過期，如若過期，則立即刪除。當用戶想訪問數(shù)據(jù)時，移動終端會首先去緩存層查找，找到數(shù)據(jù)后直接反饋給用戶，而不用繼續(xù)訪問數(shù)據(jù)庫。但是，當沒有在緩存層找到數(shù)據(jù)時，就需要訪問數(shù)據(jù)庫，進而反饋給客戶，并且新增一個緩存記錄到緩存層，以便留下記錄供以后訪問。

3.1.2 數(shù)據(jù)訪問層的實現(xiàn)

該文中的數(shù)據(jù)層是唯一能夠聯(lián)系外界和數(shù)據(jù)庫的紐帶，用來隔離數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)邏輯，一旦調(diào)用數(shù)據(jù)層提供的方法就可以進行包括數(shù)據(jù)的存儲、讀取和刪除在內(nèi)的各種操作。在數(shù)據(jù)訪問層中，為了不超負荷，還要進行訪問控制，每當有一個新的訪問通知，DBProxy都會首先將其與連接最少的數(shù)據(jù)庫相連接，因為DBProxy自身具有緩沖功能，主要目的是降低數(shù)據(jù)庫的壓力，免于超負荷工作，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)庫連接不上的問題。這種實現(xiàn)方式的優(yōu)勢就在于能夠在不影響服務(wù)器本身的前提下保證大量多發(fā)連接請求能夠同時被通過。

3.1.3 網(wǎng)絡(luò)切換預(yù)測引擎的實現(xiàn)

網(wǎng)絡(luò)切換預(yù)測引擎的主要功能是通過預(yù)測網(wǎng)絡(luò)狀況為用戶及時提供網(wǎng)絡(luò)切換意見。主要工作為建立一個能衡量網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移的概率矩陣，該矩陣是分析客戶端提交的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，并分析用戶接入網(wǎng)絡(luò)的歷史記錄得出的，將此概率作為表征網(wǎng)絡(luò)切換的參數(shù)推送給客戶，就能及時合理地為用戶提供切換網(wǎng)絡(luò)的參考。具體過程即為持續(xù)記錄用戶的使用習慣，保存使用的歷史記錄，并將記錄中在當前位置使用次數(shù)最多的網(wǎng)絡(luò)推送給用戶作為選擇。對于概率矩陣的形成，首先要統(tǒng)計出一個轉(zhuǎn)移概率。例如當用戶進入了一個新的地區(qū)，信息收集服務(wù)器會隨之收集到用戶客戶端發(fā)送出的上一次使用的Wifi的SSID，通過及時處理網(wǎng)絡(luò)信息，可以得到相應(yīng)的概率矩陣，從而在概率的指示下將最優(yōu)的Wifi目標向客戶端進行推送。除此之外，當服務(wù)器沒有以前的Wifi記錄時，服務(wù)器會自行根據(jù)用戶的位置，將附近最優(yōu)的Wifi推送給用戶。一旦用戶接入了此Wifi網(wǎng)絡(luò)，隨之產(chǎn)生的諸如傳輸速率和位置信息等的網(wǎng)絡(luò)信息會再次被提交到信息收集服務(wù)器，接收到信息后的服務(wù)器通過核對現(xiàn)有記錄中是否有該記錄來確定是否需要再次更新數(shù)據(jù)記錄，再次計算概率矩陣。

3.2 移動端的實現(xiàn)

移動客戶端是與客戶直接接觸的一方，該框架為了分離業(yè)務(wù)邏輯代碼、UI視圖、數(shù)據(jù)模型層，主要對客戶端采用了MVC模式架構(gòu)的設(shè)計，以此來實現(xiàn)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。在Android平臺上，用戶在設(shè)計用戶的界面上能夠通過定義XML文件和自定義Java類來實現(xiàn)；數(shù)據(jù)層的自定義方式是通過一個外接接口，將數(shù)據(jù)庫封存起來；業(yè)務(wù)邏輯是在Service線程中得到實現(xiàn)的，它們與UI的通信主要利用回調(diào)接口、廣播和Handle。

3.2.1 通信模塊的實現(xiàn)

通信模塊是在通信過程中最為關(guān)鍵的部分，和網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的任何請求都會在這一模塊中統(tǒng)一發(fā)送，這對客戶端和服務(wù)器的數(shù)據(jù)傳輸有著極為重要的影響。在客戶端的本地接口層，當用戶添加網(wǎng)絡(luò)請求到請求隊列里時，首先要調(diào)用開啟方法來對調(diào)度器完成初始化工作。網(wǎng)絡(luò)分配器在確定請求的類型后逐一處理，類型為同步的情況下，在同一個線程中發(fā)起網(wǎng)絡(luò)請求，當類型為異步的時候，則會去尋找閑置的線程完成網(wǎng)絡(luò)請求。

3.2.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊的實現(xiàn)

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊的主要職責是轉(zhuǎn)換多種外部數(shù)據(jù)格式成為統(tǒng)一的Protobuf格式，此外還支持了數(shù)據(jù)序列化和反序列化。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊能夠使系統(tǒng)具有兼容性，同時兼容新舊系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式。它將舊的系統(tǒng)數(shù)據(jù)格式，如JSON、XML 等文本格式轉(zhuǎn)化為Protobuf格式，進而實現(xiàn)下一步的傳輸。相反，當需要的是JSON或者XML格式時，也可以將Protobuf格式通過反序列化生成滿足要求的文本格式。

3.2.3 網(wǎng)絡(luò)管理模塊的實現(xiàn)

網(wǎng)絡(luò)的存在是即時通信得以實現(xiàn)的前提和基礎(chǔ)，用戶之間的相互聯(lián)系都要在有網(wǎng)絡(luò)前提下才能完成。網(wǎng)絡(luò)管理模塊的主要職能是負責對移動或無線網(wǎng)絡(luò)進行開啟或關(guān)閉，連接到網(wǎng)絡(luò)管理模塊主要負責提供打開和關(guān)閉移動網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)，連接到指定網(wǎng)絡(luò)，并獲取相關(guān)的參數(shù)，如SSID、傳輸速率和位置信息等。當然，由于用戶客戶端的位置是不斷變化的，每一個位置變化點，都有可能有新的網(wǎng)絡(luò)接入，需要判斷該網(wǎng)絡(luò)是否連接可用。在Android客戶端的接口處，它注冊一個廣播接收器來追蹤網(wǎng)絡(luò)的變化。在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化的同時，這個接收器會發(fā)出廣播，當客戶端注冊了監(jiān)聽廣播的接收器后就會收到提醒網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的提示，并且在收集網(wǎng)絡(luò)信息后，信息收集服務(wù)器會收到該信息，用于進行以后的預(yù)測網(wǎng)絡(luò)切換的工作。接下來，云端服務(wù)器會計算好預(yù)測概率，云端的服務(wù)器計算好預(yù)測概率后，將以推送的方式將預(yù)測的網(wǎng)絡(luò)變更信息呈現(xiàn)給客戶端，客戶端隨后將其變?yōu)橄谕ㄖ?，發(fā)送給用戶，用戶只需點擊提示便可選擇是否切換網(wǎng)絡(luò)。

3.2.4 UI交互模塊的實現(xiàn)

UI交互模塊的實現(xiàn)主要是在業(yè)務(wù)邏輯被實現(xiàn)的前提下，最大可能的完成優(yōu)化交互，在元素外觀一致和交互行為一致的原則下，使用戶盡可能地享受到最好的體驗。這個模塊主要有聊天界面、用戶個人信息頁面和流量圖片界面等，希望能給用戶帶來更好的、全新的體驗。

4 結(jié)語

該文通過對近場通信技術(shù)和移動云計算技術(shù)的多方特點闡述，再結(jié)合各自的優(yōu)缺點提出了移動云計算技術(shù)框架內(nèi)近場通信技術(shù)的實現(xiàn)，重點分析了移動云計算環(huán)境下從實現(xiàn)的角度出發(fā)的近場通信的技術(shù)關(guān)鍵和如何實現(xiàn)的問題。首先，對于云端，介紹了如何實現(xiàn)緩存層的功能，提高數(shù)據(jù)訪問速度；其次，對于數(shù)據(jù)層，它的實現(xiàn)主要通過代理的方式對數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)整體統(tǒng)一訪問；最后，對于網(wǎng)絡(luò)切換預(yù)測引擎的實現(xiàn)是該文介紹的重點，在充分收集和統(tǒng)計用戶的網(wǎng)絡(luò)接入記錄的基礎(chǔ)上為用戶推送切換網(wǎng)絡(luò)的參考，在移動客戶端，分別對通信模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、網(wǎng)絡(luò)管理模塊、UI交互模塊進行了功能實現(xiàn)問題的分析，在近場通信技術(shù)和移動云計算的融合下，整個框架的搭建既降低了服務(wù)器端和移動客戶端的開發(fā)難度，又對云端和客戶端性能的提升有著很大的幫助。

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