移动虚拟网发展研究论文

移动虚拟网移动虚拟网业务业务/产品基本描述（技术与功能特点）：虚拟网具有小交换机的基本功能和公网中各类新业务的特点，它是以公网交换机代替用户小交换机，在用户端不装任何交换机，而由数字程控交换机直接向这个企业提供所有电话，可做到虽无交换机，但这个用户的所有电话都可享有交换机的一切功能，更能使用一些只有在公众网才能使用的功能，就好像这台交换机集中到局用交换机中来了，故称为集中化交换机业务。它充分利用现有的电话交换网络资源，为用户建立以用户为中心、遍步全市范围的虚拟电话用户交换机系统。其特点有，用户免受系统升级而带来的不便和额外费用，充分利用和享受现有网络的优越性能。这项业务的好处有：为用户节省建立电话用户交换机系统的设备费用和日后的运营维护费用，同时也为电信公司增加了业务收入。CENTREX具有公网中各类新业务的特点。目前CENTREX暂定开放的新业务有七项：遇忙转移、无应答转移、无条件转移、呼叫代接、三方通话、来话转接和呼出加锁。业务/产品目标市场：>>企事业单位：>>大中小院校：业务/产品应用方案与成功案例：>>应用解决方案：企事业、大专院校单位新装集中式用户交换机，需享有用户交换机的一切功能，如内部使用分机，对外引示号等。企事业单位原使用人工小交换机或机电小交换机改造。业务/产品销售渠道：>>直销：由销售人员直接发展客户，主要是中小形企事业。>>代理商：资费标准：工料费和手续费，按普通直线电话标准收取月租费：不分群内、群外每门每月20元，无免费通话次数；通话费：群内呼叫不计通话费，群外呼叫按本地通话费标准收取。拨打长途电话，按长途通话费资费标准收费。

1引言随着对IPv4向IPv6过渡技术研究的不断深入，业界对于过渡问题的认识也不断深入，IETF对于这个问题的认识经历了迁移（Migration）、过渡(Transition)、集成（Integration）、互操作（Interoperation）长期共存（Co-existence）阶段。从长远来看，IPv4和IPv6技术在网络中将长期共存（Co-existence）。未来的IP网络将是IPv4网络与IPv6网络的集成（Integration）网络。2综合组网的基本原则在讨论具体IPv4/v6综合组网技术时，首先需要明确的是综合组网时所应依据的具体原则，这些原则实际上是IPv4/v6综合组网的基本需求，也是讨论和分析IPv4/v6综合组网技术时的重要依据和基础。IPv4/v6综合组网时所需要依据的原则可以分为必需满足的原则和参考原则两种。必需原则（1）最大限度地保护既有投资（终端用户，ISP，ICP，电信运营商）在进行IPv4/v6综合组网方案的研究时，需要考虑到现有的各个网络运营实体的既有投资，这包括设备投资、市场投资、技术储备、人才储备等多个方面。只有很好地保护既有投资的组网技术和其相应的方案才能具有较好的实用性。（2）保证IPv4和IPv6主机之间的互通网络中的IPv4主机和IPv6主机必须能够互通，包括路由可达和IP包可达。只有在两者互通的基础上才能谈应用层面的互通。（3）保证现有IPv4应用在综合组网环境中的正常应用现有IPv4网络中的应用已经支持了大量的用户，IPv6技术在网络中的引入不能对现有的业务造成影响，这种影响包括业务性能的影响、网络可靠性的影响以及网络安全性的影响等多方面。（4）避免设备之间的依赖性，设备的更新须具有独立性IPv4/v6综合组网技术要求避免设备升级时设备之间的依赖和耦合，网络中的各个部分可以单独选择可用的组网技术，这些技术的选择不能制约其他网络部分组网技术的选择和设备的更新。（5）综合组网过程对于网络管理者和终端用户来讲要易于理解和实现综合组网过程简单并易于实现是组网成功与否的一个重要因素，过为复杂的组网过程不但增加网络故障发生的机率，而且也影响用户的跟进速度。（6）提高组网灵活性，支持网络渐进升级，用户拥有选择何时过渡和如何过渡的权利（7）综合组网以后网络的服务质量不应该有明显的降低由于IPv6路由器的性能比同级别的IPv4路由器的性能有所下降，双栈路由器的性能也不是很高，因此IPv4/v6综合组网以后，网络的整体性能可能下降，但是这种下降不会对现有业务的服务质量造成明显的影响。（8）综合组网以后网络的可靠性和稳定性不能削弱（9）综合组网过程中应该考虑如何充分发挥IPv6的技术优势IPv6技术的提出主要是为了解决IP地址空间不足的问题，但也增加了一些其他功能，比如网络安全性支持能力等。在综合组网技术研究中应该考虑如何使这些技术优势得以发挥。（10）在设计综合组网方案时，一方面要考虑到IPv4/v6长期共存，另一方面也要考虑到将来网络全部采用IPv6的可能。因此，在技术研究时要注意所选技术能够支持网络的平滑过渡，不会形成将来网络过渡的新障碍。参考原则（1）在IPv4业务和IPv6业务互不影响的前提下，支持IPv4业务与IPv6业务的互通在综合组网初期要实现IPv4网元与IPv6网元的互联，可以分别支持IPv4业务和IPv6业务，这些业务可以单独运营，互相不互通，在综合组网的后期要实现IPv4业务与IPv6业务的业务层面的互通。（2）应着重考虑从边缘到骨干的逐步演进策略（同时关注从骨干到边缘的策略）网络演进的策略（从边缘到骨干还是从骨干到边缘）一直是IPv4/v6综合组网技术研究中有较多争论的问题。一般认为，IPv6技术在网络中的引入主要是为解决IP地址空间不足的问题，而大量消耗IP地址的是网络的边缘，因为网络的终端、接入设备、汇集设备数量远远多于城域核心网络或骨干网络的网元数目，因此在网络边缘采用IPv6技术可以有效地解决IP地址空间不足的问题。另一方面，骨干网络和城域核心网络的设计原则是简单、高效，而就目前的实际情况来讲，IPv6路由器的路由转发性能低于IPv4路由器的性能，因此在城域核心网和骨干网应该采用IPv4协议，目前还没有对这部分网络进行IPv6协议升级的迫切需求。保证核心网和骨干网的长期相对稳定有利于网络的持续稳定发展，因此从边缘到骨干的网络逐步演进策略得到了大多数研究人员的认同。（3）综合组网后网络管理功能应该较原有网络有所加强在电信网络中引入IP技术以后，网络的管理模式和运营模式都不能再按照互联网的相关模式进行，这一点已经得到了越来越多的研究人员的支持。原有IPv4网络所存在的技术、管理方面的问题已经逐步暴露出来，在IPv4/v6综合组网技术的研究中，要同时考虑这两方面的内容，提高网络的可管理性和可维护性。（4）应考虑综合组网对用户认证和计费方式的影响IP网络的计费和认证问题一直是一个重点研究的热点，这个问题在电信网络中尤为突出，目前在IPv4网络中的计费认证问题已经有了一些解决办法，并且这些办法在实际网络中也得到了一定程度的应用，取得了一些成果。但是，IPv6技术在网络中的引入使得问题变得更为复杂，有时会出现重复计费和认证的现象。（5）应考虑对IPv4地址资源的使用效率在进行IPv4/v6综合组网时，不同的综合组网技术对于IPv4地址的需求也不相同，有些组网技术依然需要大量的IPv4地址，因此IPv4地址的需求量也是综合组网技术研究中应该注意的一个问题。（6）应考虑为终端用户所能带来的好处（业务、兴趣点等）在IPv4网络中引入IPv6技术，可以解决运营商的IP地址空间不足的问题。但是，网络的这种升级究竟能为终端用户带来什么好处，或者说，终端用户有什么理由要支持这种升级是一个需要考虑的问题。网络升级以后能够提供更好的服务或者可以增加新的业务种类，并形成新的业务兴趣点是刺激终端用户积极跟进的重要因素。网络升级以后，只有用户的增加、用户对网络满意度的提高、业务收入的增长才能够真正推动运营商对网络升级改造的进程。（7）各电信运营商应该有明确的网络过渡计划网络的升级是一个牵涉到网络各个层面的重要问题，因此运营商应该有一个长远的规划和具体的实施计划，这种规划和计划应该和企业的技术路线和网络发展方向相一致，避免网络升级过渡的盲目性以及由此带来的诸多混乱。（8）综合组网时应统筹考虑到对现有IPv4网络中存在的一些问题的改进（NAT，地址规划等）在IPv4/v6综合组网技术研究时要充分分析和研究现有IPv4网络中所存在的问题，以期在综合组网方案中能够解决或者避免这些问题。（9)网络的各个部分之间的技术选择应该具有独立性，如城域核心网、接入网、驻地网应该可以选择不同的技术。3现有综合组网技术双栈策略双栈策略是指在网元中同时具有IPv4和IPv6两个协议栈，它既可以接收、处理、收发IPv4的分组，也可以接收、处理、收发IPv6的分组。对于主机（终端）来讲，“双栈”是指其可以根据需要来对业务产生的数据进行IPv4封装或者IPv6封装。对于路由器来讲，“双栈”是指在一个路由器设备中维护IPv6和IPv4两套路由协议栈，使得路由器既能与IPv4主机也能与IPv6主机通信，分别支持独立的IPv6和IPv4路由协议，IPv4和IPv6路由信息按照各自的路由协议进行计算，维护不同的路由表。IPv6数据报按照IPv6路由协议得到的路由表转发，IPv4数据报按照IPv4路由协议得到的路由表转发。隧道策略隧道策略是IPv4/v6综合组网技术中经常使用到的一种机制。所谓“隧道”，简单地讲就是利用一种协议来传输另一种协议的数据技术。隧道包括隧道入口和隧道出口（隧道终点），这些隧道端点通常都是双栈节点。在隧道入口以一种协议的形式来对另外一种协议数据进行封装，并发送。在隧道出口对接受到的协议数据解封装，并做相应的处理。在隧道的入口通常要维护一些与隧道相关的信息，如记录隧道MTU等参数。在隧道的出口通常出于安全性的考虑要对封装的数据进行过滤，以防止来自外部的恶意攻击。隧道的配置方法分为手工配置隧道和自动隧道，而自动配置隧道又可以分为兼容地址自动隧道，6to4隧道，6over4，ISATAP，MPLS隧道，GRE隧道等，这些隧道的实现原理和技术细节都不相同，相应的其应用场景也就不同。典型的隧道技术主要包括：（1）配置隧道手工配置隧道主要应用在个别IPv6主机或网络需要通过IPv4网络进行通信的场合，这种方式的优点是实现相对简单，缺点是扩展性较差，表现在当需要通信的IPv6主机或网络比较多时，隧道配置和维护的工作量较大。（2）6to4隧道6to4隧道是自动隧道的一种，也是IETF较为重视、并得到深入研究、有广阔应用前景的一种网络过渡机制。6to4隧道的主要应用环境是，它可以使连接到纯IPv4网络上的孤立的IPv6子网或IPv6站点与其它同类站点在尚未获得纯IPv6连接时彼此间进行通信。（3）兼容地址自动隧道兼容地址自动隧道是自动隧道的一种，在IETF的RFC中进行规定，但是目前已经不推荐使用这种隧道方式。（4）6over46over4机制通常只能应用在网络边缘，例如企业网和接入网。6over4能够将没有直接与IPv6路由器相连的孤立的IPv6主机通过IPv4组播域作为它们的虚拟链路层形成IPv6的互联。通过这种机制，IPv6可以独立于底层的链路，可以跨越支持组播的IPv4子网。6over4机制由于要求在IPv4网络中支持组播功能，而目前大多数网络均没有布置组播功能，因此在实际应用中很少被利用。（5）隧道代理隧道代理通常应用于独立的小型的IPv6站点，特别是独立的分布在IPv4互联网中的IPv6主机需要连接到已有的IPv6网的情况。隧道代理（TB）提供一种简化配置隧道的方法，可以减少繁重的隧道配置工作。隧道代理的思想就是通过提供专用的服务器作为隧道代理，自动地管理用户发出的隧道请求。用户通过TunnelBroker能够方便和IPv6网络建立隧道连接，从而访问外部可用的IPv6资源。隧道代理这种过渡机制对于在IPv6的早期为吸引更多的IPv6使用者能方便快捷地实现IPv6连接有很大的益处，同时也为早期的IPv6提供商提供了一种非常简捷的接入方式。（6）ISATAPISATAP机制（theIntra-siteAutomaticTunnel Addressing Protocol，站内自动隧道寻址协议）在IETF的RFC中进行定义，通常应用在网络边缘，如企业网或接入网。ISATAP可以和6to4技术联合使用，可以使IPv4站点内的双栈节点通过自动隧道接入到IPv6路由器，允许与IPv6路由器不共享同一物理链路的双栈节点通过IPv4自动隧道将数据包送达IPv6下一跳。（7）MPLS隧道MPLS隧道主要应用于骨干网和城域核心网。MPLS隧道实现IPv6岛屿互联的方式，尤其适合于已经开展了BGP/MPLSVPN业务的运营商。这种过渡方式可以使运营商暂时不必将现有核心网络升级为IPv6网络就可以实现对外提供IPv6业务。IPv6站点必须通过CE连接到一个或多个运行MP-BGP的双栈PE上，这些PE之间通过MP-BGP来交换IPv6的路由可达信息，通过隧道来传送IPv6数据包。（8）二层隧道为了连接分散的IPv6网络，一种可能的方法是利用二层技术（如ATM，PPP，L2TP等）把这些IPv6网络连接在一起。这种方式的优点是概念清晰、易于理解。缺点是实现较为困难，扩展性较差，当需要互联的IPv6网络较多时，不宜采用这种方式。翻译策略在网络的过渡时期不可能要求所有的主机或终端都升级支持双栈，在网络中必然存在纯IPv4主机和纯IPv6主机之间进行通信的需求，由于协议栈的不同很自然地需要对这些协议进行翻译转换。对于协议的翻译涉及两个方面，一方面是IPv4与IPv6协议层的翻译，另一个方面是IPv4应用与IPv6应用之间的翻译。翻译策略可以对应多种实现技术，其中NAT-PT和TRT主要应用于网络汇聚层，而BIA，BIS则主要是针对主机终端而提出的。（1）NAT-PTNAT-PT网关能够实现IPv4和IPv6协议栈的互相转换，包括网络层协议、传输层协议以及一些应用层协议之间的互相转换，原有的各种协议可以不加改动就能与新的协议互通，但该技术在应用上有一些限制：●在拓扑结构上要求一次会话中双向数据包的转换都在同一个路由器上完成，因此地址/协议转换方法较适用于只有一个路由器出口的网络；●一些协议字段在转换时不能完全保持原有的含义。（2）TRT传输中继转换器简称“TRT”（TransportRelayTranslator）适用于纯IPv6网络与纯IPv4网络通信的环境。TRT系统位于纯IPv6主机和纯IPv4主机之间，可以实现（TCP，UDP）/IPv6与（TCP，UDP）/IPv4的数据的对译。传输中继可以分为TCP中继和UDP中继两类。TRT与NAT-PT的最大区别是，TRT做为中继，在TCP/UDP层面以代理的身份来沟通双方，例如TCP中继分别与TCP通信的双方建立TCP连接，双方的所有TCP通信均由TCP中继来中转，而NAT-PT则只起翻译作用，并不代理通信。（3）BISBIS技术是在双栈主机中添加若干个模块（翻译器、扩展域名解析器、地址映射器），用于监测TCP/IP模块与网卡驱动程序之间的数据流，并进行相应IPv4与IPv6数据包之间的相互翻译。当与其他IPv6主机进行通信时，在这台主机内部给对应IPv6主机分配一些IPv4地址，这些地址只在这台主机内部使用。而且，这种分配过程是通过DNS协议自动来完成的。主机可以使用现有的IPv4应用和其他IPv6主机进行通信，使其成为能够既支持IPv4应用又同时支持IPv6应用的双栈主机，从而扩大了双栈主机的应用领域。此外，BIS机制还可以和其他的转换机制共存。（4）BIABIA技术在双栈主机的SocketAPI模块与TCP/IP模块之间加入一个API翻译器，它能够在IPv4的SocketAPI函数和IPv6的SocketAPI函数间进行互译，这种机制简化了IPv4和IPv6间的转换，无需进行IP头的翻译。采用BIA的双栈主机假定在本地节点上同时存在TCP/IPv4和TCP/IPv6两种协议栈。当双栈主机上的IPv4应用程序与其他IPv6主机通信时，API翻译器检测到IPv4应用程序中的SocketAPI函数，并调用IPv6的SocketAPI函数与IPv6主机通信，反之亦然。4综合组网技术的比较分析在IPv4/v6综合组网具体技术的选择时要重点考虑如下几个重要因素：（1）扩展性（Scalability）扩展性一方面是指某种组网技术能否支持网络平滑的升级，扩展性较差的技术虽然会解决目前的问题，但同时也会成为网络升级的障碍。另一方面是指，在网络的各个部分采用的不同技术之间是否存在制约，如某个网络的部分采用了6to4机制，则要求与其通信的其他网络部分也要支持这种机制（采用6to4路由器或6to4中继器）。（2）安全性（Security）安全性包括多个方面：首先，组网技术是否会破坏原网络的安全性。其次，组网技术本身是否存在安全漏洞或隐患。（3）性能（Performance）组网技术的性能包括其对原有网络的网络性能的影响、其自身的网络性能如何两方面。（4）主机需求（RequirementsofHosts）主要需求包括协议栈、IPv4地址（全局还是临时、如何获得和管理）需求、IPv6地址（地址类型、分配策略等）需求等。（5）路由器需求（RequirementsofRouters）（6）IPv4地址需求（IPv4AddressRequirement）当在网络中按照某个组网技术组网时，其对IPv4地址的需求量如何，需要全局地址还是临时地址，地址如何管理等。（7）IPv6地址需求（IPv4AddressRequirement）（8）易用性（EaseofUse）组网技术的复杂性直接制约了其应用的范围，一个复杂的、不易理解的组网技术对网络的采用会带来诸多问题（维护与管理、实施成本等）。（9）易管理性（EaseofManagement）（10）应用场景与应用阶段（ApplicationScenariosandPhase）每种网络迁移策略及其相应的组网技术均有其各自的优点和缺点，有着各自的适用环境，这些特性直接影响了在综合组网中组网技术的选择。（11）其他因素（OtherFactors）IPv6技术增加了一些和网络安全、QoS保证等方面的支持能力，但是在一些综合组网环境中，这些附加的特性可能不能得以体现。5结束语本文对IPv4/v6综合组网时应遵循的基本原则、涉及的主要策略和相应技术进行了分析，对于了解IPv4/6综合组网技术、设计IPv4/6综合组网方案有一定的帮助

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Ipv6在高校校园网中的应用

摘  要  文章对ipv6基本概念，ipv6的实现技术及实现ipv6的现行技术进行了阐述，结合学校校园网的ipv6实际解决方案，系统描述了ipv6在网络出口设备Cisco6503上的配置和在ipv6在网络核心设备Cisco6513上的配置，以及ipv6在我校校园网中的实际应用。

关键词  ipv6；隧道技术；双协议栈技术

1  引言

现有的互联网是在IPv4协议的基础上运行。IPv6是下一版本的互联网协议，它的提出最初是因为随着互联网的迅速发展，IPv4定义的有限地址空间将被耗尽，地址空间的不足必将影响互联网的进一步发展。为了扩大地址空间，拟通过IPv6重新定义地址空间。IPv4采用32位地址长度，只有大约43亿个地址，估计在2005～2010年间将被分配完毕，而IPv6采用128位地址长度，几乎可以不受限制地提供地址。按保守方法估算IPv6实际可分配的地址，整个地球每平方米面积上可分配1000多个地址。在IPv6的设计过程中除了一劳永逸地解决地址短缺问题以外，还考虑了在IPv4中解决不好的其它问题。IPv6的主要优势体现在以下几方面：扩大地址空间、提高网络的整体吞吐量、改善服务质量(QoS)、安全性有更好的保证、支持即插即用和移动性、更好实现多播功能。

2  ipv6实现技术概述

从ipv4到ipv6 的转换必须使ipv6能够支持和处理ipv4体系的遗留问题。目前，IETF（ Internet Engineering Task Force）已经成立了专门的工作组，研究ipv4 到ipv6 的转换问题，并且已提出了很多方案，主要包括以下几个类型：

  双协议栈技术

在开展双堆栈网络时，主机同时运行两种协议，使应用一个一个地转向ipv6 进行传输。它主要用于与ipv4 和ipv6设备都进行通信的应用。双堆栈将在Cisco Ios软件平台上使用，以支持应用和Telnet，Snmp，以及在ipv6传输上的其它协议等。

  隧道技术

随着ipv6网络的发展，出现了许多局部的ipv6 网络，但是这些ipv6网络需要通过ipv4 骨干网络相连。将这些孤立的“ipv6 岛”相互联通必须使用隧道技术。利用隧道技术可以通过现有的运行ipv4 协议的Internet 骨干网络（ 即隧道）将局部的ipv6网络连接起来，因而是ipv4向ipv6 过渡初期最易于采用的技术。

路由器将ipv6 的数据分组封装入ipv4，ipv4 分组的源地址和目的地址分别是隧道入口和出口的ipv4地址。在隧道的出口处，再将ipv6分组取出转发给目的站点。隧道技术只要求在隧道的入口和出口处进行修改，对其他部分没有要求，因而非常容易实现。但是隧道技术不能实现ipv4 主机与ipv6 主机的直接通信。

 网络地址转换/ 协议转换技术

网络地址转换/ 协议转换技术NAT-PT（Network Address Translation-Protocal Translation）通过与S||T 协议转换和传统的ipv4 下的动态地址翻译NAT 以及适当的应用层网关（ALG）相结合，实现了只安装了ipv6 的主机和只安装了ipv4机器的大部分应用的相互通信。上述技术很大程度上依赖于从支持ipv4的互联网到支持ipv6 的互联网的转换，我们期待ipv4 和ipv6 可在这一转换过程中互相兼容。目前，6tot4 机制便是较为流行的实现手段之一。

3  我校校园网ipv6解决方案

我校共有两个校区：老校区和新校区，两个校区之间通过新校区的Cisco6513和老校区Cisco6509万兆相连，Cisco6513又与边界出口Cisco6503相连。

网络拓扑图如下（图1）：

针对网络从IPv4向IPv6演进过程中面临的IPv4和IPv6相互之间的通信以及如何实现IPv6网络与现有IPv4网络无缝连接等问题，所以我校在教育网上采用

隧道技术、双栈技术和地址头翻译技术实现对ipv6网络的互访，即借助当今纯熟的ipv4技术，对ipv6数据包实行ipv4格式的封装与解封装。

我校实际的ipv6配置如下：

在核心设备6573的ipv6配置如下：

interface GigabitEthernet12/47

description cumt ipv6 link

ipv6 address 2001:DA8:100D:1::2/64      // 6513与6503的三层对接ipv6地址的配置

interface Vlan12

no ip redirects

ipv6 address 2001:DA8:100D:2::1/64        // ipv6的vlan配置

ipv6 enable                              //在Cisco6513上启动ipv6协议

ipv6 route ::/0 2001:DA8:100D:1::1      // ipv6默认路由配置

在出口设备Cisco6503上的ipv6配置如下：

interface GigabitEthernet3/47

ipv6 address 2001:DA8:100D:1::1/64     // 6503与6513的三层对接ipv6地址的配置

ipv6 route 2001:DA8:100D::/48 2001:DA8:100D:1::2

ipv6 route ::/0 2001:DA8:A3:F00B::1

ipv6 unicast-routing                 //  ipv6的路由配置

interface Tunnel0                   //ipv6隧道配置

ipv6 address 2001:DA8:A3:F00B::2/64       //源端的ipv6地址

ipv6 enable//启动ipv6协议

tunnel source          //隧道源端ipv4地址

tunnel destination      //隧道目的端ipv4地址

tunnel mode ipv6ip                  //隧道模式为ipv6

教育网防火墙上的配置如下：

access-list 102 extended permit ip any host        //允许校内及校外的访问通过ipv6隧道

目前ipv6在我校已经很好的应用起来，校内用户能够方便的访问外面的ipv6网络资源，而我校也已经分别建立了ipv6的www服务器及ipv6的DNS解析，以提供外面用户对我校ipv6网络资源的访问。

（图1）

4  结论

ipv6在我校的良好应用，进一步体现了ipv6的强大魅力，虽然目前还不能完全取代ipv4，但是，在不远的将来ipv6一定能够取代ipv4，从而实现全范围的纯粹的ipv6网络的运行。

参考文献

[1] 实现ipv4向ipv6过渡的隧道技术6tot4.计算机工程与应用.  2002年 第18期

[2] ipv4向ipv6的过渡技术综述.北京邮电大学学报. 2002年 第4期

[3]  如何从ipv4过渡到ipv6. 计算机时代. 2004年 第8期

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vr技术2000字论文篇二 【摘 要】VR技术是现今计算机技术领域中一项包含多种学科的一门综合科学技术，该技术已经被应用在现实中许多的领域中。 【关键词】VR技术;虚拟现实技术 1.虚拟现实技术的概念 VR技术就是虚拟现实技术，它是一种能够让现实中的人在计算机所创造的虚拟信息世界中体验与现实世界同样的事和物。它所具有多感知性、沉浸性、交互性和构想性的基本特征。这种虚拟技术集合了计算机图形图像技术、现实仿真技术、多媒体技术等等的多种科学技术。它能够模拟出人的视觉，听觉，触觉等的感官功能。使人在计算机所创造的虚拟世界中通过语言、动作等等的方式进行实时交流，可以说这种技术的发展前景是非常的广阔的。 2.虚拟现实技术的特征介绍 ①多感知性的特征，是指视、力、触、运动、味、嗅等感知系统，从人类理想的虚拟现实技术的发展来说，是希望能够给完全的模拟出现实中所有的感知，但因目前的技术掌握和传感技术的限制，仅仅只能模拟出以上视、力、触、运动、味、嗅等感知系统的。 ②沉浸性又称浸没感或临场感，存在感等，具体是指人以第一人称存在在虚拟世界中的真实体验。当然，以目前技术还没有达到最理想的程度。 ③交互性就是指人在虚拟世界中，能够像在现实当中一样，可以通过对一些物体的抓取、使用等动作，感觉到所触碰的物体的重量，形状，色泽等一些人与物体之间的互动信息。 ④构想性，即在虚拟的世界里面，将所想的物件所做的事情在虚拟世界呈现出来，这样做能达到什么样的效果，那样做又能达到什么样的效果，甚至还可以把在现实世界不可能存在的事和物都可以在虚拟世界中构想出来。 3. VR技术的应用范围 VR技术由诞生到现今已经历了几个年代，其应用范围也越来越广，如医学方面，可以提供给医生进行模拟手术，这样大大提供了现实中手术的成功几率，还有军事，科技，商业，建筑，娱乐，生活等等。 4. VR技术中涉及的相关技术 ①立体视觉现实技术：人通过视觉所获取到的信息是人本身所有感觉中最多的一种感官，所以虚拟现实技术中立体显示技术占有不可或缺的重要地位。 ②环境构建技术：在虚拟世界中，构件环境是一个重要的环节，要营造一个区域的环境，首先就要创造环境或建筑模块，然后在这个基础上再进行实时描绘、立体显示，从而形成一个虚拟的区域环境。 ③真实感实时描绘技术：要在虚拟世界中实现与现实世界相同的事物，仅靠立体显示技术还是远远不够的，虚拟世界中必须存在真实感和实时感，简单来说就是实现一个物体的重量，质量，色泽，相对位置，遮挡关系等的技术。 ④虚拟世界声音的实现技术：在虚拟世界中虽然视觉是获取信息的重要途径之一，除了视觉还有很多感官系统可以获取到周围的信息。如听觉，这种技术就是在虚拟世界中实现声音，这样人在虚拟世界里不仅能够看得到也能听得到。 5. VR技术中所涉及的硬件设备 ①输入设备 与虚拟现实技术相关的硬件输入设备分成两大类：一是基于自然的交互设备，用于虚拟世界的信息输入;另一种是三维定位跟踪设备，主要用于输入设备在虚拟世界中的位置进行判定，并输送到虚拟世界当中。 虚拟世界与人实现自然交互的形式有很多，例如有数据手套，数据衣服，三维控制器，三维扫描仪等。 数据手套是一种多模式的虚拟现实硬件，通过软件编程，可进行虚拟场景中物体的抓取、移动、旋转等动作，也可以利用它的多模式性，用作一种控制场景漫游的工具。数据手套的出现，为虚拟现实系统提供了一种全新的交互手段，目前的产品已经能够检测手指的弯曲，并利用磁定位传感器来精确地定位出手在三维空间中的位置。这种结合手指弯曲度测试和空间定位测试的数据手套被称为“真实手套”，可以为用户提供一种非常真实自然的三维交互手段。 数据衣是为了让VR系统识别全身运动而设计的输入装置。数据衣对人体大约50多个不同的关节进行测量，包括膝盖、手臂、躯干和脚。通过光电转换，身体的运动信息被计算机识别。通过BOOM 显示器 和数据手套与虚拟现实交互数据衣。 ②输出设备 人在虚拟世界中要体现沉浸的感觉，就必须实现现实世界中的多种感受，如是视、听、触、力、嗅、味等感官感觉，只不过以目前的虚拟技术只实现了视觉，听觉和触觉罢了。 ③VR构成设备 虚拟现实世界的构成，主要的设备就是计算机本身了，虚拟世界的所有景象都是靠一个个模型造成的，而这些模型则是由计算机制作出来的。一般计算机被划分成四个部分，第一：高配置的个人计算机，专门用于普通的图形配置加速卡，实现于VR技术中的桌面式特征;第二：高性能图形工作站，就是一台高配置的图形处理计算机;第三：高度并行系统计算机;第四：分布式虚拟实现计算机等四个分类。 6. VR技术上的难点探讨 随着计算机的不断发展，人与计算机的互动性得到了非常好的提现。而这种技术则成为了VR技术建立的主要手段。但是实时现实始终一直阻挡这VR技术前进的一大难点之一，即时在理论上能够分析得到高度逼真、实时漫游的虚拟世界，但至少以目前的状况来说还达不到理论上的要求。这种理论性的技术是需要强大的硬件配置要求支撑的，比如说速度极快的图形工作计算机和三维图形加速卡等等设备，但以目前的设备来看即时最快的图形处理计算机也不能达到十分逼真的同事又是实时互动的虚拟世界。根本的原因就在于，因为引入了人与虚拟世界的互动，需要即时生成新的动态模型时，就不能达到实时的效果了，所以就不得不降低图形模块的清晰度来减少处理的时间，这样直接导致了虚拟世界的逼真在某程度上的减少，这就是所谓的景物复杂度的问题了。 图形模块的生成是虚拟世界中的重要瓶颈，虚拟世界的重要特性随着人的位置、方向的不断变更状态下感受虚拟世界的动态特性，简单来说，就是你移动一下位置和方向后所看到的即时生成的图形模块景象。有两种指标可以衡量用户沉浸在虚拟世界中的效果和程度。其一就是之前所说的动态特性;其二就是互动的延迟特性。自然动态图形的形成的帧数是30帧，至少也不能低于10帧，否则整体画面就会出现严重的不连续和调动的感觉。互动延迟是影响用户的另一个重要指标，如人在飞机上飞行时，位置的变换和方向的控制，这时系统应当即时产生相对的图形画面，期间的时间延迟应不大于秒，最多也不能大于1/4秒。否则在长期的工作中，人会容易产生疲劳、烦躁或者恶心的感觉，严重地影响了“真实”的感觉。以上两种指标都以来计算机图形处理的速度。对于动态的模块图形生成而言，每帧的图形生成时间在30～50毫秒之间为较好;而对于互动性的延迟，除互动式输入及其处理时间外，其图形的生成速度也是重要的因素。而以上所叙述的因素都与图形处理的硬件组成有直接的相互关系，除此之外还有赖于应用技术的因素，如虚拟场景的复杂程度和图形模块生成所需的真实感等等。 7. VR技术在各国的研究情况 ①VR技术在美国的研究现状 美国是虚拟现实技术研究的发源地，虚拟现实技术的诞生可以追溯到上世纪40年代。最初研究的虚拟现实技术只是用于美国军方对飞行驾驶员和宇航员的模拟训练。然而，随着冷战结束后美国军费大大的削减，虚拟现实技术就逐渐转为民用，目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。 上个世纪80年代，美国宇航局及美国国防部组织了一系列有关虚拟现实技术的研究，并取得了令人瞩目的研究成果，美国宇航局Ames实验室致力于一个叫“虚拟行星探索”的实验计划。现在美国宇航局已经建立了航空、卫星维护的模拟训练系统，空间站的模拟训练系统，并且已经建立了可供全国使用的模拟 教育 系统。北卡罗来纳大学的计算机专业就是进行虚拟显示技术研究最早最著名的大学。他们主要研究分子建模、航空驾驶、外科手术仿真、建筑仿真等。乔治梅森大学研制出一套在动态虚拟环境中的流体实时仿真系统。施乐公司研究中心在模拟现实技术领域中主要从事利用VRT建立未来办公室的研究，并努力设计一项基于模拟现实技术使得数据存取更容易的窗口系统。波音公司的波音777运输机采用全无纸化设计，利用所开发的虚拟现实系统将虚拟环境叠加于真实环境之上，把虚拟的模板显示在正在加工的工件上，工人根据此模板控制待加工尺寸，从而简化加工过程。 图形图像处理技术和传感器技术是以上VR项目的主要技术。就目前看，空间的动态性和时间的实时性是这项技术的最主要焦点。 ②VR技术在欧洲的研究现状 在欧洲，英国在VR开发的某些方面，特别是在分布并行处理、辅助设备(包括触觉反馈)设计和应用研究方面。在欧洲来说是领先的。英国Bristol公司发现，VR应用的交点应集中在整体综合技术上，他们在软件和硬件的某些领域处于领先地位。英国ARRL公司关于远地呈现的研究实验，主要包括VR重构问题。他们的产品还包括建筑和科学可视化计算。 欧洲其它一些较发达的国家如：荷兰、德国、瑞典等也积极进行了VR的研究与应用。 瑞典的DIVE分布式虚拟交互环境，是一个基于Unix的，不同节点上的多个进程可以在同一世界中工作的异质分布式系统。 荷兰海牙TNO研究所的物理电子实验室(TNO- PEL)开发的训练和模拟系统，通过改进人机界面来改善现有模拟系统，以使用户完全介入模拟环境。 德国在VR的应用方面取得了出乎意料的成果。在改造传统产业方面，一是用于产品设计、降低成本，避免新产品开发的风险;二是产品演示，吸引客户争取定单;三是用于培训，在新生产设备投入使用前用虚拟工厂来提高工人的操作水平。2008年10月27-29日在法国举行的ACM Symposi- um on Virtual Reality Software and Technoogy大会，整体上促进了虚拟现实技术的深入发展。 ③VR技术在日本的研究现状 日本的虚拟现实技术的发展在世界相关领域的研究中同样具有举足轻重的地位，它在建立大规模VR知识库和虚拟现实的游戏方面作出了很大的成就。 在东京技术学院精密和智能实验室研究了一个用于建立三维模型的人性化界面，称为SpmAR NEC公司开发了一种虚拟现实系统，用代用手来处理CAD中的三维形体模型。通过数据手套把对模型的处理与操作者的手联系起来;日本国际工业和商业部产品科学研究院开发了一种采用x、Y记录器的受力反馈装置;东京大学的高级科学研究中心的研究重点主要集中在远程控制方面，他们最近的研究项目是可以使用户控制远程摄像系统和一个模拟人手的随动机械人手臂的主从系统;东京大学广濑研究室重点研究虚拟现实的可视化问题。他们正在开发一种虚拟全息系统，用于克服当前显示和交互作用技术的局限性;日本奈良尖端技术研究生院大学教授千原国宏领导的研究小组于2004年开发出一种嗅觉模拟器，只要把虚拟空间里的水果放到鼻尖上一闻，装置就会在鼻尖处放出水果的香味，这是虚拟现实技术在嗅觉研究领域的一项突破。 ④国内虚拟现实技术研究现状 在我国虚拟现实技术的研究和一些发达国家相比还有很大的一段距离，随着计算机图形学、计算机系统工程等技术的高速发展，虚拟现实技术已经得到了相当的重视，引起我国各界人士的兴趣和关注，研究与应用VR，建立虚拟环境、虚拟场景模型分布式VR系统的开发正朝着深度和广度发展。国家科委国防科工委部已将虚拟现实技术的研究列为重点攻关项目，国内许多研究机构和高校也都在进行虚拟现实的研究和应用并取得了一些不错的研究成果。 北京航空航天大学计算机系也是国内最早进行VR研究、最有权威的单位之一，其虚拟实现与可视化新技术研究室集成了分布式虚拟环境，可以提供实时三维动态数据库、虚拟现实演示环境、用于飞行员训练的虚拟现实系统、虚拟现实应用系统的开发平台等，并在以下方面取得进展：着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与处理;在虚拟现实中的视觉接口方面开发出部分硬件，并提出有关算法及实现方法。 清华大学国家光盘工程研究中心所作的“布达拉宫”，采用了QuickTime技术，实现大全景VR制;浙江大学CAD&CG国家重点实验室开发了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统;哈尔滨工业大学计算机系已经成功地合成了人的高级行为中的特定人脸图像，解决了表情的合成和唇动合成技术问题，并正在研究人说话时手势和头势的动作、语音和语调的同步等。 8.学习小结和心得 虚拟现实技术是一个极具潜力的研究项目，是未来的重要技术之一。它不论在理论，软件或者硬件的领域上都依赖着很多技术，当然其中也有较多的技术只实现了理论，硬件方面还是有待完善的。不过可以遇见，在未来虚拟现实技术绝对会被广泛应用。 本论文讲述了虚拟现实技术的概念，特征，应用范围，相关的技术，涉及的设备，技术上实现的难点，各国的研究现状等。最重要的就是，我们通过对这门技术项目的学习，了解到计算机更加多方面的知识，亦同时得知了更加多与计算机之间的硬件设备知识，让我们对虚拟现实技术产生了浓厚的兴趣，日后我们会继续留意虚拟现实技术的发展状况，如有机会定必会该项技术奉献绵薄之力。 猜你喜欢： 1. 科技哲学结课论文3000字 2. 触控技术论文 3. 全息投影技术论文 4. 3d打印技术论文3000字 5. 人工智能应用技术论文 6. 网络新技术论文