[科普中国]-综合信息网络体系结构

简介

综合信息网络体系结构最早是由美国建筑学家R .S . Wurlman于1976年提出，IA的主要任务有:

(1)将数据中固有的模式进行组织，化复杂繁琐为简单明晰;

(2)创建信息结构或地图，以便让他人获得自身所需的知识;

(3) 21世纪将应用于信息组织等学科领域。

简而言之，信息体系结构就是从信息复杂的状态中抽取本质要点，并将这些要点以清晰美观易用的方式提交给用户。

20世纪90年代，网络信息爆炸般激增以及信息的无序传递和失控、信息污染、信息超载、信息贫困、信息焦虑等问题日趋严重，使得信息生态日趋复杂，人们在混乱的网络信息空间中，很容易迷惑和迷失方向，难以找到所需的适用信息，而且大量的信息早已超出了人们的吸收消化能力。在信息社会中，信息成为一种重要的战略资源，而无法被用户获取和使用的信息却不是资源，因此，为了解决信息环境中信息源与信息利用的矛盾成为巫待解决的问题，IA被人们引人到互联网，逐渐发展成网络信息体系结构(Web-Based InformationArchitecture, WBIA) 。 WBIA具有改善互联网信息生态环境、促进用户对信息的理解、吸收和利用等特点。

网络信息体系结构目前关于网络信息体系结构的定义还没有一致的说法，一般认为，WBIA是指有效组织网络信息，高效构建网络信息环境 (空间)或网络信息体系结构，以满足需求者信息需求的一门艺术和科学。

WBIA有两个显著特点(1)始终强调信息的可理解性、便于用户获取、接受和使用，体现了“以用户为中心”的理念。

(2)注重信息的表达，这是信息能够被用户理解的关键因素。

构建网络信息体系结构的过程中，信息按照由信息片段到信息集合，再到信息结构，最后形成信息空间这样一个过程而不断的发生改变。因此，可以说信息构建的过程就是为信息集合产生一个合理的信息结构，并在特定的信息空间中展示这种信息结构。

整个构建过程需要四个步骤。

(1)信息片段集成。

从信息片段的采集开始，对所采集的信息进行内容和谐的、各种媒介和手段兼容的、综合且多方面的集成的过程。

(2)信息集合序化。

信息体系结构构建过程中，对信息集合中信息内容的组织和信息形式的表达实质上是增强有效信息含量，自觉控制信息体系结构中嫡值，形成有条理、合逻辑、主题鲜明、主次关系清晰的网络信息结构。

(3)信息结构展示。

为序化后的信息设计一个协调一致的、功能化的信息架构，通过信息界面，有效的展示信息的内容、风格和特色，让用户能够感知信息结构中所存在的信息，方便的从中获取信息，以满足自己的信息需求，实现自己的目标。

(4)信息空间优化。

通过一系列手段和措施，减轻用户的认知负担，帮助用户缓解在复杂而且庞大的信息空间中所产生的心理迷惑，摆脱行为困境，同时增强人们的信息感知和信息捕捉能力，促进其对信息的有效接受和利用。

WBIA基本内涵网络信息体系结构的本质是解决采集信息、序化信息、表达信息和传递信息的问题，根本目的是帮助人们快速查找信息和有效管理信息。北京大学赖茂生教授曾对IA的内涵进行了归纳to，据此，结合网络信息特点，将WBIA的内涵归结为“一、二、三、四、五”。

“一”个空间:网络信息空间。

“二”种基本构建方法:自顶向下、自底向上。

“三”个基本阶段:调查分析、设计建模、实施及测试。

“四”类系统:内容组织系统、标识系统、导航系统、检索系统。

“五”种强调:强调信息可理解、强调体系结构、强调用户体验、强调可用性、强调科学与艺术的结合。

综合信息网络体系结构国内外研究现状新型网络体系结构陆续被提出目前，学术界在未来信息网络体系结构研究上呈现出“百家争鸣，百花齐放”的态势，但总的来看，可以归纳为革命式与演进式两种路线。

(1)革命式发展路线1

革命式发展思路是指需要对互联网的体系结构进行一种“从零开始”( clean elate)的全新设计，从根本上解决当前互联网面临的各种问题，并适应未来发展的需要，主要的代表性项目包括未来互联网体系结构( NewArch )、全球网络创新环境(GENI)和未来互联网设计(FIND)以及欧盟的自治网络体系架构(ANA)、生物学启发的自治网络和服务(BIONETS ) , Haggle等。

NewArch计划的目的是根据现有的网络实体及未来的网络需求，重新对互联网的体系结构进行思考和探索2005年和2006年，美国国家科学基金(NSF)先后启动了关于未来网络的研究计划GENI和FIND。GENI的目标是重新设计互联网体系结构，打造一个更适合未来的新一代互联网并为此搭建网络测试环境二FIND拟从根本上重新设计新一代网络，以解决现有网络在安全性、移动性等方面存在的严重弊端，最终目标是设计一个满足未来15年需求的新一代互联网。2006年欧盟启动了ANA , BIONETS和Haggle等研究全新网络体系结构的项目。ANA为期4年，目标是探索全新的网络架构并设计一种自治的网络。BIONETS同样为期4年，目标是仿照生物学的思路设计全新网络框架。Haggle提出一个新的自治网络架构，支持间歇性连接网络环境，特别是缺乏端到端连接的环境中的自治通信。

(2)演进式发展路线

演进式发展路线则主张是对以IP技术为基础的现有网络体系结构进行改进与完善，以下一代网络((NGN)为代表，此外比较有代表性的还包括名址分离的网络体系结构等。

NGN提出了网络、业务融合的方案，基于IP网络实现了电信业务的控制管理与一定程度的loS保证。近期NGN技术的新进展之一是把IPv6引入NGN的IP承载网，另一个新进展是在其安全方面，目前已经提出了NGN系统的安全分区二下一阶段，NGN的研究与标准化工作集中在其业务发展方面，即进入业务应用导向的、实用化的阶段。

名址分离的网络体系结构是在现有互联网的基础上，解决IP地址的“二义性”即身份与地址的双重属性所带来的移动性、安全性和路由稳定性等问题。名址分离的网络体系结构又可分为基于主机的名址分离和基于网络的名址分离。基于主机的名址分离的代表性解决方案是主机标识协议(HIP)，基于网络的名址分离代表性解决方案是思科公司提出的LISP。

信息网络顶层设计研究手段不断丰富目前对网络进行评估分析主要使用仿真方法。在支撑网络设计上，仿真方式具有代价小、开发快速等优点，但由于其在建模过程中进行了一定的抽象，会对结果置信度有一定的影响。随着虚拟化技术的不断发展，使用虚拟化技术构建网络模拟环境进行网络设计评估的方法得到了进一步发展二同仿真相比较，模拟方法由于使用了虚拟化等技术，使得其更贴近真实的模拟对象。当然在使用虚拟化技术的模拟方法进行网络设计过程中，由于模拟环境还不能完全真实反应网络环境，这时可使用网络试验床方法搭建网络环境，对网络进行评估验证。

国外在仿真、模拟和试验床方面有很多值得借鉴的项目。PlauetLab是部署、开发和接入全球规模服务的开放平台，使得使用者可以在真实世界条件下，部署大规模的分布式应用程序。NS3是一种开放源码的多协议网络模拟软件，提供两种方法进行真实设备的虚拟化模拟，

一种方法是使用NS3所带模块实现仿真节点同真实网络的通信，采用虚实结合的方法进行网络评估验证;

另一种方法是NS3具有与PlauetLab等测试床相连接的能力，实现同网络测试床的协同模拟二PL-VNI项目旨在使用2层网络虚拟化连接技术同PlauetLab进行连接，为用户提供可运行可配置路由器和管道的环境，从而实现对网络的模拟和测试

WBIA应用研究面向某领域网络信息体系结构参考模型面向某领域网络信息体系结构 (Military Feild Oriented WBIA,MFOWBIA)是网络信息体系结构在某领域的直接应用，是在全面分析军队平时和战时信息需求的荃础上，本着以“用户为中心”的原则，设计和组织信息内容，以提供丰富的用户体验。MFOWBIA参考模型指出了面向某领域网络信息体系结构的核心组成部分，其参考模型如图2所示。

(1)元数据模型。重点在于按照一定的规则的组织信息.构建用于提高内容共享和交互能力的元数据。

(2)信息内容模型。用于定义用户平时和战时工作对创建和共享信息的内容需求，包括信息的类型、内容和来源等。

(3)信息导航模型。依据一定的构建目标，定义用户及其相互之间的信息需求。

(4)作战目标。构建面向某领域网络信息体系结构一定具有相应的作战目标，所有的内容都必须符合这一目标.

(5)用户。主要是指需要获取信息的各级指挥机构、后勤保障、政工部门等用户。

(6)评审模型。信息内容受到评审模型的激励和制约。

面向某领域网络信息体系结构技术体制面向某领域网络信息体系结构的应用的技术体制包括了云计算技术、数据挖掘技术、数据可视化、数据分发/信息推送及云安全技术等。

(1)云计算相关技术

云计算(Cloud Computing)是网格计算(Grid Computing)、分布式计算(Distributed Computing)、并行计算(Parallel Computing)、效用计算(Utility Computing)、网络存储

(Network Storage Technologies)、虚拟化(Virtualization)、负载均衡(LoadBalance)等传统计算机和网络技术发展融合的产物，它将计算任务分布在由大量计算机构成的资源池上，使用户能够按需获取计算能力、存储空间和信息服务。世界主要军事强国正加紧推进云计算技术在军事信息领域内的应用研究，希望通过云计算将信息优势转化为决策优势、作战优势，实现向“网络中心战”转型。基于信息系统的体系作战.作战指挥人员都期望最大限度地拓展自己的信息空间，力求全面准确、及时详细、形象直观地获取战场信息。云计算技术使得低成本、高效的实现这一目标成为可能。

构建面向某领域网络信息体系结构需要处理的数据量巨大，处理时效性要求较高，因而对信息处理的准确性、及时性要求更高，在云计算环境下，各种传感器收集到的信息和数据汇总存储到“云”中，由网络上的云计算中心、服务器组共同承担计算任务(终端计算机不再承担大量计算任务，瞬息之间就可以处理超大规模的数据流量，实现快速情报融合、态势威胁分析、辅助决策等，为各级指挥员及时正确决策提供可靠的支持保障。

(2)数据挖掘技术

数据挖掘(Data Mining, DM)是目前人工智能和数据库领域的热点问题，所谓数据挖掘是指从大量数据中揭示出隐含的、先前未知的并有潜在价值信息的过程。数据挖掘是一种决策支持过程，主要基于人工智能、机器学习、模式识别、统计学、数据库、可视化等技术，可以高度自动化的分析各类数据，作出归纳性的推理，从中挖掘出潜在的模式，帮助决策者做出正确的决策。数据挖掘的任务包括关联分析、聚类分析、分类分析、异常分析、特异群组分析和演变分析等。

面向某领域网络信息体系结构构建在拥有丰富基础数据的云计算平台上，需要对原始数据进行充分挖掘，使其更加结构化、更具语义关联，从而实现了从“数据”到“信息”再到“知识’的积淀和进化，为作战指挥的决策提供有力的技术支持。

(3)数据可视化技术

数据可视化主要是借助图形化手段，清晰有效的传达与沟通信息，数据可视化与信息图形、信息可视化、科学可视化以及统计图形密切相关。数据可视化技术已经提出了许多方法，这些方法根据可视化的原理不同可以划分为基于几何的技术、面向像素技术、基于图标的技术、基于层次的技术、基于图像的技术和分布式技术等。

构建面向某领域网络信息体系结构的主要目的是帮助各类用户高效的利用信息，而如何简洁美观的展示有效信息也是一个重要的因素.采用数据可视化技术能够让用户在纷繁杂乱的数据堆中解放出来，直观的看到对自己有用的信息。

(4)数据分发/信息推送服务.

数据分发服务的目的是为应用提供数据传递服务，其最优原则是按需分发的原则，即数据源产生的数据传递只传递给对此数据“感兴趣”的用户，如何在正确的时间从正确的地点获取正确的数据是数据分发服务要考虑的核心问题。数据分发/信息推送服务中包含三个主体:发布者、订阅者、传输网络。包括两种基本的实现技术：

①自动拉取技术:最终用户要求发布者按照预先约定的时间自动提交所指定的新信息;

②事件驱动技术:以预先设置的规则为基础，发布者判断规则是否发生，如发生则将相关信息提交给最终用户。

面向某领域网络信息体系结构中存在大量各种类型数据，需要将不同地点和不同时间的数据进行整合，数据分发过程随着数据需求的多样性而变得更加复杂，数据分发不仅需要建立发布与订阅两者间的数据传递关系，还需要提供数据在时间、空间和功能上的扩展能力。

(5)云安全技术

随着云计算技术的发展，云安全技术成为网络时代信息安全的最新体现，它融合了并行处理、网格计算、未知病毒行为判断等新兴技术和概念，通过网状的大量客户端对网络中软件行为的异常监测，获取互联网中木马、恶意程序的最新信息，并发送到服务端进行自动分析和处理，再把病毒和木马的解决方案分发到每一个客户端。“云安全”的策略构想是，整个互联网就是一个巨大的“杀毒软件”，参与者越多，每个参与者就越安全，整个互联网就会更安全。

面向某领域网络信息体系结构将海量数据存储在云端，且在云端对这些数据进行快速处理，这一过程不免会面临着数据/信息安全问题，采用云安全技术可以最大化的利用资源，采用最先进的防御和检测手段，抵御网络信息安全问题。

面向某领域网络信息体系应用规划面向某领域网络信息体系结构包括统一的数据收集平台、数据处理模块、信息处理模块、信息应用模块、统一的信息服务平台、基础计算与储存模块。其应用规划图结构如图所示。

将数据的采集接口进行统一，使用标淮化的数据接入手段，能够自动的进行数据采集和传输。

(1)统一数据收集平台。

MFOWBIA的数据来源主要包括作战类(情报、作战力量、作战系统等)数据、后勤保障类数据、政治工作类数据、环境类数据等。其中，这些数据的量大且形式多种多样，有纸质文件、电子化文档以及格式不同的数据结构等，因此，需要采用规范的数据描述格式，将所有数据进行电子化、格式化、标准化，而后进行统一的采集录人。

(2)数据处理模块。

统一数据收集平台采集的数据，还需要进行相关处理才能人库保存。首先需要对这些数据进行分类，然后针对不同类的数据分别进行预处理，去伪存真，最后对处理后的数据进行云存储。

(3)信息处理模块。

大量的原始数据存人后，并不能直接为人所用，还需要在这些巨量的数据中找出信息，进而形成知识供用户使用。因此需要进行数据挖掘，此时还需要对挖掘后的信息进行管理，根据用户的使用需求进行信息发布。

(4)信息应用模块。

信息、处理后，需要提供对这些信息的检索服务，信息访问处理服务，通过这些服务，用户就可以编写自己的应用访问这些信息，满足自己的特殊需求。另外，这些信息并没有通过专家、用户的认可，同时一些信息可能早已过时，因此需要一套信息评价机制来对这些信息、进行打分，保证信息的正确性和有效性。

(5)统一信息服务平台。

MFOWBIA为终端用户提供了统一的信息服务接口，方便用户调用编写白己的应用、如用于知识查询、决策支持、知识反馈以及极具专业特色的应用等。

(6)从础计算与储存模块。

云相关技术是一种新兴的共享基础架构的方法，它以公开的标准和服务为基础，以互联网为中心，提供安全、快速、便捷的数据存储和网络计算服务巨大的数据量要求能够存储海量数据的云存储技术。对于海量数据的计算处理，需要通过云L计算技术来降低成本。加快处理速度。数据存放在云端井不安全，需要云安全技术来保证数据的存储、访问、使用的安全。2

结语近年来，随着战争的信息化转变，作战相关信息如爆炸般激增，如何在繁杂的信息海洋中准确抓住战机，对于战争的胜利起着非常重要的作用。网络信息体系结构恰好能够满足这一需求。简单分析了网络信息体系结构，提出了一种应用规划设想。以期网络信息体系结构能够在某领域发挥其巨大的作用。