无线泛在网络全局用户标识方案设计的研究

摘 要：针对无线泛在网络中标识技术存在的问题，给出了解决思路，从无线泛在网络全局用户标识关联模型、标识系统扩展、用户标识设计、标识信息储存设计、标识的更新与解析、标识信息存储设计优化等方面展开设计研究，提出了无线泛在网络全局用户标识方案，为无线泛在网络发展提供了参考。

关键词：无线泛在网络；用户标识；全局用户；网络安全

中图分类号：TN929.5 文献标志码：A 文章编号：2095-1302（2014）10-00-03

0 引 言

无线泛在网络 （Wireless Ubiquitous Networking）不是一种新型的网络，而是在现有互联网、电信网、无线局域网、专网等网络的基础上进行融合应用，甚至不少业内专家认为无线泛在网络将会成为未来的5G网络。无线泛在网络的前提条件之一是必须具备可以区分人和物的标泛在网标识，这样才能在无线泛在网络中实现人与人、人与物、物与物之间的通信。

无线泛在网络是多种不同网络的集合，不同的网络标识系统各有不同，这样导致了网络互通的困难。只有建立一种全局的用户标识系统，才能使无线泛在网络得到更好的应用。无线泛在网络的体系架构包含了应用层、网络层、网络层和感知延伸层，不同的层次所用到的标识也各不相同，根据层次和服务领域的不同，可以把无线泛在网络的标识分为服务标识、网络标识和用户标识。

1 无线泛在网络标识技术存在的问题及解决思路

1.1 存在的问题

国内外的研究现状表明，无线泛在网络的标识技术存在着诸多的问题。具体包括：标准的不统一、标识的不统一、标识解析的时延和安全性等。

（1）标准的不统一

目前，没有一种标准来统一管理无线泛在网络中的标识。例如， ENUM虽然利用了DNS的解析系统，但是一些国家和一些不同的运营商在解析系统的根结构和顶级域等问题上，一直存在争议；UCI虽然也提出了一种体系，但仅仅是局限在概念上，现实网络如何实现没有明确的说明；物联网的应用中主要用到的是uID Center。

（2）标识的不统一

不同的网络标识系统各有不同导致了网络互通的困难。例如，如果用户身份标识与位置标识位于同一网络，可以实现通信访问，一旦用户移动到另外一个网络中，身份标识随着位置标识的改变而改变，其他用户不能根据原来的身份标识进行通信。因此，要解决这类问题，需要建立一种机制来进行位置标识的更新。

（3）标识解析的时延和安全性有待改善

ENUM协议是利用DNS系统对标识进行解析，由于DNS系统采用的是树型结构和递归式查询方式，因此会造成一定程度的延时，不能满足实时通信的要求。Handle system和uID Center采用的也是类似于DNS系统的方式，时延也较高。而且DNS系统和类似于DNS的系统都有一个缺点，即安全性和隐私得不到保证，这是由于该系统的开放性导致很容易受到攻击造成的。

1.2 解决的思路

在现有标识系统基础上，设计一种基于无线泛在网络的全局用户标识方案，解决以上的诸多问题，满足无线泛在网络中用户的需求。具体包括4个方面的内容：

（1）建立全局用户标识。标识的唯一性使用户在接入网络中独立，实现无线泛在网络中用户身份标识的统一。

（2）建立关联关系。把无线泛在网络中的用户标识、位置标识和网络信息进行关联。

（3）建立统一的用户数据库。独立存储用户标识信息，对数量庞大的泛在用户进行标识关联，数据库架构要合理，能够尽量减少标识解析时延。

（4）建立合理的机制。机制主要用于标识的解析和更新，完成用户标识随着位置移动之后的信息更新。

（5）无线泛在网络全局用户标识方案

无线泛在网络的全局用户标识方案应该包含网络全局用户标识的建立以及与网络标识的关联模型的建立、标识关联信息的储存、无线泛在网络机制的更新等方面。

2.1 无线泛在网络全局用户标识关联模型

无线泛在网络全局用户关联模型是在全局用户标识和接入标识之间建立一种映射关系（如图1所示）。通过这种映射关系，全局用户标识与不同网络标识之间建立关联，一个用户可以接入某一个网络，也可以同时被多个网络同时覆盖，在不同的网络中被叫用户所在网络的接入标识通过全局用户标识识别，实现通信。

图1 全局用户标识关联模型

2.2 现有网络标识系统扩展

现有网络都有自己的固定用户和标识系统，无线泛在网络不可能对各个不同的网络进行很大的改变，只能在不同网络原有基础上适当增加一些模块，满足全局用户标志的接入。如图2所示，全局用户标识方案的实现是对现有网络进行了扩展，增加了解析模块和更新模块。解析模块是对全局用户中端信息进行查询，更新模块在是在用户进入不同网络后，对全局用户标识系统中的用户数据进行更新。

图2 现有网络标识系统功能扩展模型

2.3 全局用户标识设计

全局用户标识（Global User Identifier，GUID）应该具备唯一性、独立性、简单性和可扩展性，用户在不同的网络中只需要使用一个用户标识。因此，GUID的格式可以参考E.164格式，即归属域+用户识别码。归属地由国家码+地区码组成，用户识别码是对归属域的用户进行编码，编码要保证统一归属域中的唯一性。

2.4 标识信息储存设计

标识信息的存储是全局用户标识方案的关键，所有用户标识信息都存储在数据库中，建立合适的标识管理数据库架构可以提高系统解析和更新的速度。

（1）标识信息存储数据库架构

全局用户标识系统数据库可以采用分层分布式结构，如图3-4所示。全局用户标识与本地数据库（Local Database，LDB）之间的关系存储于全局数据库（Global Database，GDB）中，如图3所示。

图3 全局用户标识方案的数据库架构

（2）标识信息数据库存储内容设计

全局数据库GDB只需要把相同标识的前缀以及与本地数据库LDB 地址关系进行存储，节省存储空间。本地数据库LDB则只需要存储部分用户标识关联信息，本地数据库标识信息可以采用全局用户标识+接入标识+计时器的存储格式，其中计时器是为了保证时效性。此外，还需对访问数据库VDB进行设计，用来存储用户进入不同网络时用户的标识信息，可以采用全局用户标识+接入标识+其他信息的存储格式。

（3）标识信息缓存设计

增加缓存的设计是为了提高标识的解析和更新效率，做法是在每次访问用户本地数据库LDB都加入缓存，这样当下次要访问信息时，可直接从缓存中读取数据，很大程度地提高了解析和更新的效率。而且本地数据库LDB具有固定节点的特征，导致缓存的时间相对较长，避免多次访问造成的时延。

2.5 标识的更新与解析

标识的解析是根据对全局用户标识进行访问和转换，达到通信路径确定的目的。标识的更新则是在用户进入不同网络后，对用户标识关联内容进行更改。

（1）标识的解析

标识的解析通过在网关和数据库中增加模块来实现。通信时，主叫用户向被叫用户发出通信时，首先主叫用户向所处网络的访问数据库 VDB提出访问申请，访问数据库 VDB查询后若发现被叫用户存在同一网络，则进行接通连接；如果查询后发现被叫用户不在同一网络，则通过网关向全局数据库GDB发出查询请求，全局数据库GDB在查询到被叫用户后把相关信息通过主叫用户网关返回给访问数据库VDB，访问数据库VDB把信息进行缓存，网关向被叫用户的本地数据库LDB发送查询请求，主叫用户通过网关之间的相互呼叫连接到被叫用户，实现通信。

（2）标识的更新

当用户接入到其他网络时，则需要对标识信息进行更新。当用户进入网络时，访问数据库VDB完成用户信息认证，把全局用户标识和接入标识之间的关系进行存储，然后向全局数据库GDB发出查询，查到用户信息后返回相应的信息。接着，接入网络的访问数据库VDB向用户原来的归属域数据库LDB发送更新数据，同时把收到的用户返回信息进行缓存。归属域数据库LDB收到信息后对用户数据进行更新，完成后发送应答。用户终端的标识信息也需要通过接收信息、发送注销信息来完成标识信息的更新。

2.6 标识信息存储设计优化

为了提高访问效率，方案对标识信息存储设计进行了优化。不同的网络在初始化的时候，就对全局数据库GDB进行访问，全局数据库GDB记录下访问信息。初始化结束后，访问数据库VDB就记录了全局用户标识和本地数据库LDB地址信息，从而减少了以后访问数据库VDB向全局数据库GDB发送查询请求的次数，提高了工作效率。为了使数据时实时最新的，全局数据库GDB检测到数据变化的同时，需要把更新的数据向访问数据库VDB进行发送，访问数据库VDB进行同步更新。

3 结 语

无线泛在网络全局用户标识方案的设计解决了用户接入不同网络发生的标识信息更新和标识解析的问题，满足了无线泛在网络用户通信的需求，对无线泛在网络的推广应用和发展起到了一定的作用。无线泛在网络是信息化发展的必然趋势，值得广大业内人士进行深入的研究和探讨。

参考文献

[1] akamura， Ken.Ubiquitous ID： Standards for Ubiquitous Computing and the Internet of Things[J].Pervasive Computing， IEEE. 2010， 9（4）：1125-1127

[2]亓海涛. 泛在无线网络全局用户标识技术研究[D]. 成都电子科技大学，2013

[3]郭稳涛. 无线泛在网络环境下用户环境感知关键技术研究[J].物联网技术.2013.3（6）：42-45.

[4]吴恒奎. 基于DHT的一体化网络标识映射关键技术研究[D]. 北京：北京交通大学，2011

[5]杨欣. 异构无线融合网络中统一标识关键技术研究 [D]. 郑州：解放军信息工程大学，2010

[6]李晓倩. 一体化标识网络身份与位置映射关键技术研究[D]. 北京：北京交通大学，2013

[7]邱峰. 一体化标识网络移动性管理关键技术研究[D]. 北京：北京交通大学，2012

图3 全局用户标识方案的数据库架构

（2）标识信息数据库存储内容设计

全局数据库GDB只需要把相同标识的前缀以及与本地数据库LDB 地址关系进行存储，节省存储空间。本地数据库LDB则只需要存储部分用户标识关联信息，本地数据库标识信息可以采用全局用户标识+接入标识+计时器的存储格式，其中计时器是为了保证时效性。此外，还需对访问数据库VDB进行设计，用来存储用户进入不同网络时用户的标识信息，可以采用全局用户标识+接入标识+其他信息的存储格式。

（3）标识信息缓存设计

增加缓存的设计是为了提高标识的解析和更新效率，做法是在每次访问用户本地数据库LDB都加入缓存，这样当下次要访问信息时，可直接从缓存中读取数据，很大程度地提高了解析和更新的效率。而且本地数据库LDB具有固定节点的特征，导致缓存的时间相对较长，避免多次访问造成的时延。

2.5 标识的更新与解析

标识的解析是根据对全局用户标识进行访问和转换，达到通信路径确定的目的。标识的更新则是在用户进入不同网络后，对用户标识关联内容进行更改。

（1）标识的解析

标识的解析通过在网关和数据库中增加模块来实现。通信时，主叫用户向被叫用户发出通信时，首先主叫用户向所处网络的访问数据库 VDB提出访问申请，访问数据库 VDB查询后若发现被叫用户存在同一网络，则进行接通连接；如果查询后发现被叫用户不在同一网络，则通过网关向全局数据库GDB发出查询请求，全局数据库GDB在查询到被叫用户后把相关信息通过主叫用户网关返回给访问数据库VDB，访问数据库VDB把信息进行缓存，网关向被叫用户的本地数据库LDB发送查询请求，主叫用户通过网关之间的相互呼叫连接到被叫用户，实现通信。

（2）标识的更新

当用户接入到其他网络时，则需要对标识信息进行更新。当用户进入网络时，访问数据库VDB完成用户信息认证，把全局用户标识和接入标识之间的关系进行存储，然后向全局数据库GDB发出查询，查到用户信息后返回相应的信息。接着，接入网络的访问数据库VDB向用户原来的归属域数据库LDB发送更新数据，同时把收到的用户返回信息进行缓存。归属域数据库LDB收到信息后对用户数据进行更新，完成后发送应答。用户终端的标识信息也需要通过接收信息、发送注销信息来完成标识信息的更新。

2.6 标识信息存储设计优化

为了提高访问效率，方案对标识信息存储设计进行了优化。不同的网络在初始化的时候，就对全局数据库GDB进行访问，全局数据库GDB记录下访问信息。初始化结束后，访问数据库VDB就记录了全局用户标识和本地数据库LDB地址信息，从而减少了以后访问数据库VDB向全局数据库GDB发送查询请求的次数，提高了工作效率。为了使数据时实时最新的，全局数据库GDB检测到数据变化的同时，需要把更新的数据向访问数据库VDB进行发送，访问数据库VDB进行同步更新。

3 结 语

无线泛在网络全局用户标识方案的设计解决了用户接入不同网络发生的标识信息更新和标识解析的问题，满足了无线泛在网络用户通信的需求，对无线泛在网络的推广应用和发展起到了一定的作用。无线泛在网络是信息化发展的必然趋势，值得广大业内人士进行深入的研究和探讨。

参考文献

[1] akamura， Ken.Ubiquitous ID： Standards for Ubiquitous Computing and the Internet of Things[J].Pervasive Computing， IEEE. 2010， 9（4）：1125-1127

[2]亓海涛. 泛在无线网络全局用户标识技术研究[D]. 成都电子科技大学，2013

[3]郭稳涛. 无线泛在网络环境下用户环境感知关键技术研究[J].物联网技术.2013.3（6）：42-45.

[4]吴恒奎. 基于DHT的一体化网络标识映射关键技术研究[D]. 北京：北京交通大学，2011

[5]杨欣. 异构无线融合网络中统一标识关键技术研究 [D]. 郑州：解放军信息工程大学，2010

[6]李晓倩. 一体化标识网络身份与位置映射关键技术研究[D]. 北京：北京交通大学，2013

[7]邱峰. 一体化标识网络移动性管理关键技术研究[D]. 北京：北京交通大学，2012

图3 全局用户标识方案的数据库架构

（2）标识信息数据库存储内容设计

全局数据库GDB只需要把相同标识的前缀以及与本地数据库LDB 地址关系进行存储，节省存储空间。本地数据库LDB则只需要存储部分用户标识关联信息，本地数据库标识信息可以采用全局用户标识+接入标识+计时器的存储格式，其中计时器是为了保证时效性。此外，还需对访问数据库VDB进行设计，用来存储用户进入不同网络时用户的标识信息，可以采用全局用户标识+接入标识+其他信息的存储格式。

（3）标识信息缓存设计

增加缓存的设计是为了提高标识的解析和更新效率，做法是在每次访问用户本地数据库LDB都加入缓存，这样当下次要访问信息时，可直接从缓存中读取数据，很大程度地提高了解析和更新的效率。而且本地数据库LDB具有固定节点的特征，导致缓存的时间相对较长，避免多次访问造成的时延。

2.5 标识的更新与解析

标识的解析是根据对全局用户标识进行访问和转换，达到通信路径确定的目的。标识的更新则是在用户进入不同网络后，对用户标识关联内容进行更改。

（1）标识的解析

标识的解析通过在网关和数据库中增加模块来实现。通信时，主叫用户向被叫用户发出通信时，首先主叫用户向所处网络的访问数据库 VDB提出访问申请，访问数据库 VDB查询后若发现被叫用户存在同一网络，则进行接通连接；如果查询后发现被叫用户不在同一网络，则通过网关向全局数据库GDB发出查询请求，全局数据库GDB在查询到被叫用户后把相关信息通过主叫用户网关返回给访问数据库VDB，访问数据库VDB把信息进行缓存，网关向被叫用户的本地数据库LDB发送查询请求，主叫用户通过网关之间的相互呼叫连接到被叫用户，实现通信。

（2）标识的更新

当用户接入到其他网络时，则需要对标识信息进行更新。当用户进入网络时，访问数据库VDB完成用户信息认证，把全局用户标识和接入标识之间的关系进行存储，然后向全局数据库GDB发出查询，查到用户信息后返回相应的信息。接着，接入网络的访问数据库VDB向用户原来的归属域数据库LDB发送更新数据，同时把收到的用户返回信息进行缓存。归属域数据库LDB收到信息后对用户数据进行更新，完成后发送应答。用户终端的标识信息也需要通过接收信息、发送注销信息来完成标识信息的更新。

2.6 标识信息存储设计优化

为了提高访问效率，方案对标识信息存储设计进行了优化。不同的网络在初始化的时候，就对全局数据库GDB进行访问，全局数据库GDB记录下访问信息。初始化结束后，访问数据库VDB就记录了全局用户标识和本地数据库LDB地址信息，从而减少了以后访问数据库VDB向全局数据库GDB发送查询请求的次数，提高了工作效率。为了使数据时实时最新的，全局数据库GDB检测到数据变化的同时，需要把更新的数据向访问数据库VDB进行发送，访问数据库VDB进行同步更新。

3 结 语

无线泛在网络全局用户标识方案的设计解决了用户接入不同网络发生的标识信息更新和标识解析的问题，满足了无线泛在网络用户通信的需求，对无线泛在网络的推广应用和发展起到了一定的作用。无线泛在网络是信息化发展的必然趋势，值得广大业内人士进行深入的研究和探讨。

参考文献

[1] akamura， Ken.Ubiquitous ID： Standards for Ubiquitous Computing and the Internet of Things[J].Pervasive Computing， IEEE. 2010， 9（4）：1125-1127

[2]亓海涛. 泛在无线网络全局用户标识技术研究[D]. 成都电子科技大学，2013

[3]郭稳涛. 无线泛在网络环境下用户环境感知关键技术研究[J].物联网技术.2013.3（6）：42-45.

[4]吴恒奎. 基于DHT的一体化网络标识映射关键技术研究[D]. 北京：北京交通大学，2011

[5]杨欣. 异构无线融合网络中统一标识关键技术研究 [D]. 郑州：解放军信息工程大学，2010

[6]李晓倩. 一体化标识网络身份与位置映射关键技术研究[D]. 北京：北京交通大学，2013

[7]邱峰. 一体化标识网络移动性管理关键技术研究[D]. 北京：北京交通大学，2012