時間：2022-09-04 20:16:24
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關鍵詞：分布式光伏電站；電能信息實時采集；實現方法
中圖分類號：C35文獻標識碼： A
引言:
隨著現代工業的發展，全球能源危機和大氣污染問題日益突出，太陽能作為理想的可再生能源受到了許多國家的重視。中國作為新的世界經濟發動機，隨著國民經濟的發展，能源的缺口增大，能源安全及能源在國民經濟中的地位越顯突出。
大力發展新能源和可再生能源是我國未來的能源發展戰略要求。為促進我國可再生能源和新能源技術及相關產業的發展，國家鼓勵和支持可再生能源并網發電。太陽能作為潔凈無污染的巨大能源，最大限度地開發利用太陽能電池用硅錠/硅片以及高效低成本太陽能電池組件及系統控制部件實現光伏發電、將是人類新能源利用方面的科技發展方向。
一、太陽能并網發電原理
目前太陽能電池的種類不斷增多、應用范圍日益廣闊、市場規模逐步擴大。國內光伏市場呈現加速發展趨勢，目前中國已經是國際光伏發電應用產品生產基地，光伏市場潛力巨大。2010年以前中國太陽電池多數是用于獨立光伏發電系統，從2011年到2020年，中國光伏發電的市場主流將會由獨立發電系統轉向分布式并網發電系統。分布式光伏電站通常利用城市和農村的建筑物安裝光伏設備進行發電并就近并入供電網絡，隨著分布式并網光伏電站的建設進度加快，發電容量占傳統方式比重越來越大，調度自動化及電能量管理相關系統對電站的電能信息采集范圍與實時性要求也相應的提高了。
太陽能光伏并網發電是完全無污染、無噪聲、不耗費化石能源、應用前景最廣闊的一種太陽能利用方式。并網發電系統一般由太陽能電池組件、并網逆變器等組成，通常還包括數據采集系統、數據交換系統、運行顯示和監控設備等。并網發電方式是將太陽能電池陣列所發出的直流電通過逆變器轉變成交流電輸送到電網中，無需蓄電池進行儲能。并網發電系統采用的并網逆變器擁有自動相位和電壓跟蹤裝置，能夠非常好地配合電網的微小相位和電壓波動，不會對電網造成影響。
二、光伏發電系統簡介
1、光伏發電系統種類
光伏發電系統分為獨立光伏發電系統和并網光伏發電系統兩種。
（1）獨立光伏發電系統。也叫離網光伏發電系統，主要由太陽能電池組件、控制器、蓄電池組成，若要為交流負載供電，還需要配置交流逆變器。
（2）并網光伏發電系統。是指太陽能組件產生的直流電經過并網逆變器轉換成符合市電電網要求的交流電之后直接接入公共電網，可以分為帶蓄電池的和不帶蓄電池的并網發電系統。
2、光伏發電系統的優缺點
（1）優點：①可免費獲取太陽能資源；②技術成熟，系統安全可靠；③無噪聲、無有害物排放、無污染；④運行維護費用較低；⑤不需要架設遠距離輸電線路；⑥安裝簡單、方便，建設周期短；⑦電能質量較高；⑧離網運行的光伏發電系統,具有供電的自主性和靈活性。
（2）缺點：①光伏發電受日照時間、地理位置、氣象條件的限制；②光伏發電需要占用較大面積；③光伏電池轉換效率偏低；④單位千瓦建設成本高于常規火電。
3、我國光伏發電產業政策
我國一直高度重視光伏產業的發展，先后了一系列扶持政策和法規，特別是2009年“金太陽”示范工程帶動了整個國內光伏發電市場需求的提升，2010年中國年度光伏新增裝機量達到了5Gw，超過了截止2009年底的累計裝機總量。
三、調度電能信息采集要求
1、采集數據源
系統的數據來源主要是光伏電站上網點與并網點的關口、各類開關、母線上的電能表計。電能表計能夠為系統提供各種電能信息數據，為整個系統功能提供了完善的數據源。
2、采集數據項
光伏發電站接入公共電網線路的有功功率、無功功率、電壓、電壓相角、電流、電流相角。升壓站主變各側的有功功率、無功功率、電壓、電壓相角、電流、電流相角。匯集線路的有功功率、無功功率、電壓、電壓相角、電流、電流相角。升壓站主變高、低壓側各段母線的電壓、電壓相角、頻率。光伏發電站并網線路正向有功、反向有功、正向無功、反向無功電量值、分費率示數。各電能表的事件記錄。
3、采集數據頻度
根據電能信息數據管理相關規范，結合對光伏電站的實際管理需要。
四、通訊組網實現
1、電力調度數據網
具備相應條件的光伏電站可采用成熟的電力調度數據網信道進行通訊。在傳統接入方式中：電能表通過RS485方式與終端服務器或電能量遠方終端連接，通過電力調度數據網與主站通訊。接入方式見圖1。
圖1電力調度數據網接入方式
2、GPRS無線通訊網
大多數光伏電站由于地理位置比較分散，建設專用調度數據網絡并不現實，針對此類電站可采用GPRS（GeneralPacketRadioService）無線通訊方式進行組網。GPRS通用無線分組業務，是一種基于GSM系統的無線分組交換技術，提供端到端的、廣域的無線IP連接，是一項高速無線數據處理的技術。通過GPRS方式組網通訊，數據分組發送和接收，可實現對電力監測設備的統一監控和分布式管理，GPRS網絡為電力系統無線通訊提供了簡單高效的傳輸手段，其主要優點如下。
1）可隨意分布和移動入網點；無需擔心線路的維護或有線通訊方式在移機時導致的通訊中斷。建設新的監測點無需進行拉線、埋線等工作。
2）采用透明傳輸方式，自動流控，能最好地支持頻繁的、少量突發型數據業務。
3）信號覆蓋較好，網絡接入速度快，通信質量穩定可靠；提供與現有數據網的無縫連接，接入速度僅幾秒鐘。
4）支持TCP/IP、UDP、X.25協議；較載波、230M無線、GSM短信息，網絡接入更加直接方便。
5）采用專線接入方式（VPN）；使用專有接入點（APN），組建虛擬專網，SIM卡只能在且虛擬專網與專屬光纖（部署到調度信息化機房）進行通訊，安全性較高。GPRS無線傳輸終端是基于GPRS無線網絡，應用于工業監控、電力管理等行業的數據通信組網需求。提供高速、永遠在線的傳輸信道，在網絡結構上實現虛擬專網，組成用戶專用數據網絡。終端采用外置式，通訊接口采用標準RS232和RS485接口方式，為了保證無線通訊的安全性，串口通訊報文數據采用了以下兩種安全機制。
1）報文幀格式分析過慮：過濾一切非電能信息國標規約幀格式數據。
2）加密處理：報文數據通過終端與主站的動態加密驗證算法進行數據加密與解密處理。
五、電能信息實時采集主站
電能信息實時采集主站層是進行數據采集、處理、應用的核心部分。電能信息實時采集主站軟件系統采用調度電量數據采集相關系統實現，如江蘇省在“江蘇電網省地縣一體化電量采集系統”中進行了部署并接入了分布式光伏電站的電能信息采集。本文重點介紹主站數據傳輸的物理架構設計。電力調度數據網主站接入：
采用“電力調度數據網”方式組網的電站，電量數據由調度電能量系統通過調度二區網絡實施采集。根據電能信息應用系統相關管理要求，電能信息需要傳輸到供電公司調度Ⅱ區進行相關應用。
1）通過無線傳輸終端為光伏電站與主站系統間建立一個無線數據傳輸通道。
2）供電公司信息機房部署移動外網專區，接入移動通訊光纖。
3）部署移動網絡通訊管理服務器，并部署數據包分析過濾軟件。
4）部署GPRS專用采集服務器，采集程序與無線終端的數據通訊采用加密實現。
5）部署邏輯強隔離裝置將采集數據傳輸至供電公司信息內網。
6）通過電力專用橫向物理隔離裝置（反向）實現電能信息從將III區向II區進行數據傳輸。
主站數據傳輸構架
六、網絡防護與數據安全
分布式光伏電站電能信息采集系統遵照《電力二次系統安全防護總體方案》與《電力二次系統安全防護規定》要求，滿足“安全分區、網絡專用、橫向隔離、縱向認證”的總體原則，配置相應的安全防護設備。
1）硬件防火墻。
2）GPRS無線通訊管理服務器。
3）邏輯強隔離裝置。
4）電力專用橫向物理隔離裝置。
GPRS無線組網方式，在總體安全防護在基礎上采用以下安全措施。
1）GPRS無線終端通訊采用APN虛擬專網方式，建立專屬于電能信息采集的點對點專網。
2）GPRS無線終端與主站通訊采用加密算法實現數據報文的加密傳輸。
3）主站GPRS數據采集服務器建立于GPRS網絡專區。4）對GPRS通訊管理服務器的通訊數據包做分析過濾處理，不滿足《IEC870-5-102》、《DL/T645-1997》、《DL/T645-2007》報文幀格式的一切數據包都進行攔截并生成數據包分析日志。
5）GPRS采集的電能信息通過邏輯強隔離裝置進入信息內網。
結束語:
光伏以其獨具的優勢，對其開發利用必將得到長足的發展，逐步改變我國傳統能源結構，對克服我國能源緊張、改善生態環境及人體健康具有重大意義。分布光伏并網電站因其特有的優勢將在較長一段時間成為太陽能利用的重點方式。本文提出了一種分布式光伏電站電能信息實時采集的實現方法，可以實現各類分布式光伏電站電能信息實時采集，具有如下特點。滿足了分布式光伏電站電能信息采集實時性管理要求；兩種組網方式滿足分布式光伏電站通訊信道的組網要求；電能信息采集數據安全滿足《電力二次系統安全防護規定》要求。分布式光伏電站電能信息實時采集的實現方法的提出，可以推進相關技術在實際生產中的應用，加強對分布式光伏電站的監控、監督管理力度，保證了發電量數據的正確性，為供電公司和電站建立了良好的協作關系，適應了現代化管理要求，經濟、管理和安全效益顯著，進一步提升供電企業的社會形象。
參考文獻:
[1]李祖逖.太陽能光伏電站的防雷及接地[J].青海科技.2013(03)：112.
[2]本刊編輯部.阿里地區并網10MWp光伏電站可行性研究報告通過審查[J].水電站設計.2014(01)：67-68.
最早提出“精準醫學”( Precision Medicine)術語的應該是在美國醫學研究院完成的一份研究報告(該報告得到美國科學院和國立衛生研究院的資助，合同/資助項口號碼為No. N01 -OD -4 -2139)中。2011年11月2日美國國家研究理事會了經其理事會批準的這份題為《朝向精準醫學:建立生物醫學研究的知識網絡和新的疾病分類學》(To-ward Precision Medicine:Building a Knowledge Net-work for Biomedical Research and a New Taxonomy ofDisease)的研究報告，該報告提出這樣的理論:通過在個體的分子和細胞水平上，而不是在癥狀水平上，來理解個體內發生的疾病、疾病傾向性和致病過程，能夠為個體定做適合于個體的預防、診斷和治療方法，該報告建議建立疾病的知識網絡，從而發展更為精準的、分子水平的疾病分類學;建立新的數據網絡，將疾病分子結構水平上的研究與個體病人的臨床數據整合起來，以促進全球的公共衛生和醫療配送。這份報告及其中建議的作者是以加州大學舊金山分校校長Susan Desmond一Hellmann和Howard Hughes醫學研究所研究員、Sloan一Ket-tering癌癥研究中心項口主任Charles Sawyers為首的委員會。Desmond一Hellmann在國家研究理事會的新聞會上說，目前在研究方面成果豐碩的科學進展與將這些信息整合人臨床方面卻是脫節的。生物醫學研究信息到達醫生和病人那里往往要好幾年之久，同時高額的醫療支出卻用于僅對特殊群體有效地治療。此外，研究人員并未從臨床全面及時地獲得信息。總而言之，精準地理解、診斷和治療疾病以及更好地做出醫療決定的機會喪失了。報告建議下一步應對發展這種知識網絡的可能性進行先導性研究。這份研究報告是美國精準醫學計劃的基礎。
精準醫學也許可以定義為:通過基因組、環境和生活方式在個體健康和疾病中作用及其相互作用的理解，為個體研發適合于個體的預防、診斷和治療方法。提出精準醫學是因為目前的醫學是不精準的。目前，大多數醫療是為“平均病人”設計的，比如給所有人縫制均碼的衣服。例如在現今的臨床試驗中，如果一個新藥在隨機對照試驗中產生的陽性結果(即對參與試驗的健康人或病人是安全和有效的)在統計學上是顯著的，這就說明這個結果打破了均勢，新藥通過了臨床試驗的檢驗，被證明是安全和有效的。然而統計上的顯著并不是對參加試驗組的病人百分之百有效。例如在一項或若干項臨床試驗中，該新藥對80%參加試驗組的病人有效，而原有藥物或安慰劑僅對20%參加對照組的病人有效，那么這在統計學上有顯著的差異，這就可證明該新藥是安全和有效的。可是，當這個新藥經藥監局批準用于臨床上，醫生遇到一個具有醫學適應證的病人，他不知道這位病人是屬于對新藥敏感的80%的群體內，還是對新藥不敏感、無反應，甚至有副作用的20%群體內。這種不精確治療的結果是，對有些病人可能非常成功，而對其他病人則不是。這樣，許多人的疾病得不到有效的治療和預防，浪費了大量資源。據美國統計，常見疾病處方藥的療效率為50% - 60% ,癌癥僅為20 %;不良反應造成每年77萬例的損傷或死亡，可使一個醫院就浪費掉了價值560萬美元的醫療資源。
實行精準醫學就是要改變這種情況，要闖出一條疾病預防和治療的新路子，這就是要考慮到個體在基因、環境和生活方式方面的差異，使醫生能夠更好地理解作為病人健康、疾病或其他狀態的復雜機制，并更好地預測哪些治療最為有效。例如目前對于有些癌癥病人，要進行分子檢測，減少了藥物不良作用，改善了病人的存活率。
精準醫學與以前提出的個性化醫學(personal-ized medicine)在概念上有何異同?二者之間實際上是重疊的。美國國家研究理事會在解釋精準醫學與類似的個性化醫學術語的區別時指出，精準醫學是指醫學治療切合每一個病人的個體特征。它并不是按照這字面的意思理解，為某一病人制造獨一無二的藥物或醫療設置，而是能夠將病人分為一些亞人群，他們在對某一特定疾病的易感性上，在他們可能發展的疾病的生物學和/或預后上，或他們對某一具體的治療的反應有所不同。因此，可以將預防或治療的干預集中于將受益的那部分人，而對不能受益的那部分人就節約他們的費用，避免他們去承受副作用。“個性化醫學”也傳達這類意義，但這一術語有時被誤解為給每一個病人設計一種獨一無二的療法。由于“個性化’，有可能被誤解為治療和預防的研發僅僅為每一個個人，而精準醫學的焦點是在于根據基因、環境和生活方式的因素來看，哪些治療方法將對哪類病人確實有效。因此現在選用精準醫學這個術語，但在文獻上仍有人將精準醫學與個性化醫學作為同義詞互用。
據了解，三諾此次推出的微信血糖儀是與騰訊微信硬件產品組進行合作的。與以往推出的產品相比，這款血糖儀除了繼承三諾一貫的“準確、簡單、經濟”的特點外，還有以下幾大功能。
1.血糖數據網絡存儲。用戶只需掃描血糖儀包裝上的二維碼（每個儀器對應一個二維碼），即可登陸“甜蜜親友團”公眾號，以后每次監測完的血糖數據都可以通過藍牙發送到微信上，存儲在微信公眾平臺，并且隨時查看血糖數據曲線，免除了傳統血糖儀需要手動記錄血糖數據的不方便。
2.方便易用。說到智能血糖儀，很多老年人都不會操作。而三諾微信血糖儀為了方便廣大患者使用，機身用的是最經典的儀器，操作更加簡便。患者只需插試條、扎手指、測血糖、分儲血糖即可完成所有動作。
3.支持同伴教育。目前在糖尿病教育方面，國際上比較推崇同伴教育。即一年365天一共8760個小時，糖尿病患者只有6個小時與醫師打交道，剩下的8754個小時都需要自己面對疾病。而中國糖尿病由于患病人數多、發現晚、就診率低等特點，更需要糖尿病患者互相支持。三諾推出的微信血糖儀可以讓患者與患者互相支持，互相監督，互相鼓勵，更有利于血糖的管理。
4.幫助年輕人實時掌控父母的血糖值。年輕人遠在他鄉打拼，父母在家慢慢老去。從來報喜不報憂的父母總是不愿意告訴孩子自己的身體健康狀況，三諾微信血糖儀正是從這點入手，孩子只要與父母互相關注，父母每次監測的血糖值都可以實時傳送到孩子手機上，讓遠在他鄉的孩子也能隨時知道父母的血糖值。
【關鍵詞】無線網架構 控制與承載分離 靈活部署
[Abstract] 5G network is characterized by multi-component， multi-band， multi-RAT and mixed technologies. In this paper， the challenge to support the 5G networking by the present 4G wireless network featured by integrated C-U was analyzed. A new type of 5G RAN architecture based on C-U split was put forward. This new architecture will benefit the 5G deployment with great flexibility for different application scenarios.
[Key words]RAN architecture C-U split flexible deployment
1 引言
面向2020年，隨著智能終端顯示、計算等能力的不斷提升，增強現實等新型移動互聯網應用將大量涌現。未來移動互聯網用戶要求5G具有媲美光纖的接入速率、享受本地操作的實時體驗、隨時隨地的寬帶無線接入能力。而在物聯網領域，未來的物聯網服務對象將擴展至移動醫療、車聯網、智能家居、工業控制等各個行業，物聯網終端數量將大幅激增，應用無所不在[1]。
根據ITU的研究報告，未來5G應用場景主要包括了eMBB（Enhanced Mobile Broadband，增強移動寬帶）、uRLLC（Ultra-Reliable and Low Latency Communications，低時延高可靠）以及mMTC（massive Machine Type Communications，低功耗大連接）等三類典型場景[2]。根據不同應用場景的要求，5G需滿足多項關鍵能力指標。相比于現有的LTE網絡，5G需要支持高達20 Gbps的峰值數據速率、毫秒級的端到端時延、100萬/km2的超高連接密度、數十Tbps/km2的超高流量密度、近三倍的頻譜效率提升、近百倍的能效提升[2]。
為了滿足5G的各項關鍵能力，與現有移動通信技術相比，5G需要采取更加靈活與多樣的空口與組網技術。如為了滿足超高吞吐率需求，采用大規模天線、高頻大帶寬組網、超密集組網、多種RAT（Radio Access Technologies，無線接入技術）融合等技術來實現更高吞吐率；為了滿足低時延要求，采用新型幀結構設計、D2D（Device to Device，端到端）終端直連通信以及MEC（Mobile Edge Computing，邊緣計算）等技術來降低端到端傳輸時延；為了滿足大連接要求，采用新波形、新型多址等技術來提高單位面積支持的連接數密度。
5G靈活多樣的網絡技術需求給無線接入網設計帶來諸多挑戰。文章首先分析了現有4G架構在面對5G網絡需求時面臨的挑戰。然后提出基于控制與承載分離的5G無線網架構設計思路與方案，最后探討了基于新型架構實現對5G不同應用場景的靈活組網能力。
2 5G無線網架構設計挑戰
5G為了支持超高速率業務，除了通過大規模天線、新型多址等多種手段來改善頻譜效率，還需要借助頻譜資源以及多種組網手段來滿足需要。當前6 GHz以下的中低頻譜資源十分緊張，需要考慮在6 GHz以上高頻段進行組網。高頻信道傳播特性相比低頻有很大差異，傳播衰減較大，因此多作為固定無線接入手段以解決最后一公里的傳輸帶寬問題，或者是作為小小區（Small Cell）與宏小區（Macro cell）形成HetNet（Heterogeneous Network，異構組網），在利用宏小區解決覆蓋的同時，改善低頻宏小區容量不足的缺點。
超密集組網也是5G支持超高速率業務的重要手段，據預測，5G網絡中各種無線接入技術（如4G、Wi-Fi、5G）的小功率基站部署密度將達到現有站點密度的十倍以上，形成微微組網的超密集網絡，通過提高單位面積的網絡容量來滿足5G超高流量密度及超高用戶體驗速率的要求[3]。
5G為了支持低時延與大連接業務，在采取新型幀結構、新型多址等空口技術的同時，在組網手段上也需要采取針對性的網元部署，如通過將核心網業務網關功能下沉，結合邊緣計算能力，實現本地業務的快速分流與加速；通過部署信令匯聚節點以及提供靈活的網絡協議裁剪能力，支持大規模的物聯網終端并發連接。
可以看到，未來5G網絡將是一個集合多種網元、多種頻段、多種技術以及多種組網方式的復雜網絡，給無線網絡架構的設計帶來了諸多挑戰。
（1）網元功能靈活部署的問題
5G需要根據不同應用場景的需要，基于同一系統架構在網絡中靈活部署相適應的網元功能。如果采取如LTE控制承載合一的eNodeB節點作為主要網元形式，則網元功能形式比較單一。特別是超密集組網場景下，需要通過簡化網元功能降低站址條件要求，實現網元即插即用快速部署，如果以eNodeB作為超密集組網的主要網元，就很難保證有足夠多滿足條件的站址資源，而且從成本角度來看，投資巨大，運營商將難以承受。
（2）多接入技術融合協同的問題
5G希望能夠實現多接入技術融合，提供用戶無感知的一致性體驗，這就要求在無線網實現統一的控制面。4G主要是通過核心網實現對多種無線接入的統一控制，不同接入技術在無線網側擁有各自獨立的控制面，難以提供用戶一致的體驗，同時差異化的信令流程導致終端切換與互操作過程復雜，影響了網絡協同控制能力。
（3）覆蓋與容量有效兼顧的問題
5G不同場景對網絡覆蓋與容量的需求有較大的差異，比如eMBB中的移動廣覆蓋場景要求網絡重點實現用戶隨時隨地的快速接入，可以采取低頻高功率宏基站組網，利用低頻通信無線衰落小的傳播特性以及宏蜂窩大功率的設備特性，提供廣覆蓋服務。而eMBB中的熱點高容量場景更加強調網絡容量滿足高密度用戶的需要，傾向采取高頻低功率節點密集組網，單個節點覆蓋用戶少，控制面帶寬需求也相對較低。如果節點采取控制面與用戶面合一的設計，廣覆蓋場景下為了改善覆蓋而增加的宏基站，就有相當部分投資浪費在用戶面的擴容上，同樣熱點場景下的基站擴容，就有部分投資被浪費在控制面。同時因為缺少一個整體集中的控制面管理，網絡整體優化難度越來越大。
為了應對上述諸多難題，5G需要設計全新的無線接入網架構，擺脫傳統4G采取的控制承載合一的架構形式，將5G無線網控制與承載功能相分離，實現控制功能與承載功能的獨立設計與靈活部署，構建統一的控制面，滿足靈活多樣的5G組網場景需求。
3 基于控制與承載分離的5G無線網架構
3.1 設計思路
基于控制與承載分離的5G無線網架構設計思路就是將5G無線網絡的控制面與用戶面相分離，分別由不同的網絡節點承載，形成獨立的兩個功能平面。針對控制面與用戶面不同的要求與特點，可以分別進行優化設計與獨立擴展，滿足不同組網場景對5G網絡性能的需求。如分離后的無線網控制面傳輸將針對控制信令對可靠性與覆蓋的需求，采取低頻大功率傳輸以及低階調制編碼等方式，實現控制平面的高可靠以及廣覆蓋。而無線網用戶面傳輸將針對數據承載對不同業務質量與特性的要求，采取相適應的無線傳輸帶寬，并根據無線環境的變化動態調整傳輸方式以匹配信道質量，滿足用戶平面傳輸的差異化需求。
隨著無線網控制面與用戶面的分離，5G無線網元功能可以根據業務場景與部署的需要靈活設置。按照提供的網絡功能以及承載對象的不同，5G無線網元可劃分為信令基站、數據基站兩類網元功能類型。信令基站負責接入網控制平面的功能處理，提供移動性管理、尋呼、系統廣播等接入層控制服務。數據基站負責接入網用戶平面的功能處理，提供用戶業務數據的承載與傳輸。信令基站、數據基站均屬于功能邏輯概念，在具體實現上，二者可共存于同一物理實體或獨立部署。
根據承載的網元功能，5G無線網架構可以劃分為控制網絡層與數據網絡層，如圖1所示。控制網絡層由信令基站組成，實現統一的控制面，提供多網元的集中控制。數據網絡層由數據基站組成，接受控制網絡層的統一管理，由于僅提供用戶面功能，可簡化網元設計，降低成本，實現即插即用與靈活部署。
控制網絡層與數據網絡層共同組成5G無線接入網，并作為5G接入平面與5G控制平面、5G轉發平面共同構成5G網絡總體視圖[3]。
3.2 功能邏輯架構
通過對無線網功能的分離，無線網架構可劃分為兩大功能域，高層接入網功能域與低層無線功能域。其中高層接入網功能域集中了非無線相關以及非實時性的功能，低層無線功能域集中了無線相關以及實時性要求較高的功能。5G無線接入網功能邏輯架構如圖2所示。
基于控制與承載分離的設計思路，高層接入網功能域可進一步分為高層接入網控制面功能與高層接入網用戶面功能。這些功能既可以是通用的也可以是與特定接入技術相關的。通過將通用功能與特定功能分離，可以支持下一代網絡靈活擴展，如擴容或引入新的空口技術或新的RAT。通用的功能用于組成一個公共的網絡匯聚子層，實現多連接、QoS增強、數據加密、完整性保護等，能夠支持不同的層三協議如IP或以太網。通用功能與特定功能配合以支持不同空口之間的協作與控制，來實現移動性優化、負載均衡等。
按照模塊化設計的要求，各功能由一系列相對獨立的功能組件組成。其中高層接入網控制面功能包含了無線資源管理、小區級移動性管理、多RAT管理、連接管理等功能組件，特別是針對未來5G無線網絡切片以及智能感知能力，還需要提供切片控制以及無線QoS控制功能組件，實現基于無線網的網絡切片選擇以及上下文智能感知控制等功能。
高層接入網用戶面功能主要包含了數據分組處理、分配、用戶面移動性錨點等用戶面功能組件，用于實現用戶面分組數據的處理，如信道加解密、頭壓縮、完整性保護，以及作為數據錨點負責用戶數據的緩存、分配與轉發等功能。
低層無線功能與無線相關，對實時性要求較高，可以針對具體的接入技術或空口協議進行優化與參數配置。低層無線功能包含的功能組件主要有基帶處理功能組件以及射頻處理功能組件，負責實現如動態資源調度、與物理過程相關的同步、小區搜索、功率控制功能，以及與物理信道處理相關的復用、信道編碼、調制等功能。
4 靈活功能部署與組網分析
基于上述控制與承載分離的無線網架構，可以看到，信令基站功能邏輯主要包含了架構中的高層控制面功能以及相應的低層無線功能，而數據基站功能邏輯主要由高層接入網用戶面功能以及相應的低層無線功能構成。針對5G不同應用場景，信令基站與數據基站功能將伴隨無線網控制面與用戶面的不同配置靈活分布于各類網元，構建不同功能特性的無線網元節點，實現多種網絡拓撲與功能部署方式。
4.1 eMBB場景
針對eMBB中的熱點高容量應用場景，5G無線網可以采用：
（1）部署方式一（CU+DU分層組網架構）：通過將控制面與用戶面分離，高層控制面功能與高層用戶面功能集中部署，低層無線功能分布部署，形成CU（Central Unit，中心單元）與DU（Distributed Unit，分布單元）兩類網元分層組網的網絡拓撲架構。CU+DU分層組網架構如圖3所示：
CU集中部署：根據用戶面錨點的不同，CU還可以細分為兩類：一類包含控制面功能+用戶面錨點功能，一類僅包含控制面功能。DU分布部署：DU可按前傳能力支持射頻處理、物理層全部或部分功能、層二全部或部分功能[4]。
通過在熱點地區超密集部署DU，可以解決熱點高容量場景下單位面積的高吞吐率需求。CU集中部署形成統一的控制面，負責對區域內同一CU下多個DU的統一無線資源管理、移動性管理等控制面操作。由于有CU作為信令基站完成集中控制，DU可以僅作為數據基站，簡化了配置并可以實現即插即用，降低了對部署條件的要求，為大規模超密集部署提供了可能。
（2）部署方式二（基于控制面虛擬化的超密集組網架構）：對于不具備集中部署條件的熱點高容量場景，需要采用集成了控制面以及用戶面功能的基站分布部署并超密集組網。在這種情況下，為了解決缺少統一控制面帶來的問題，可以通過控制與承載分離，將各基站的部分資源抽取用于承載統一虛擬控制面，構建一個虛擬信令基站。在同一虛擬信令基站控制下，由多個基站作為數據基站負責用戶面承載，形成控制面虛擬化的超密集小區組網[5]。
通過構建虛擬信令基站，5G用戶可以駐留在虛擬信令基站提供的虛擬小區上，利用虛擬小區ID來解擾獲取各個數據基站小區發送的參考信號、廣播信息、尋呼信息以及公共控制信令。當用戶收到系統發送的尋呼消息后，再接入目標數據基站小區進行數據傳輸。由于用戶與虛擬信令基站及各個數據基站的無線資源控制都是通過虛擬小區統一協調調度，因此用戶在虛擬小區內移動時不會發生小區重選與切換，同時可以避免同一虛擬小區內的無線干擾問題，保證超密集網絡的整體性能。基于控制面虛擬化的超密集組網架構如圖4所示：
4.2 uRLLC場景
針對低時延高可靠的應用場景，5G無線網可以采用部署方式三（本地化網絡部署架構）：將核心網部分控制功能如會話管理、移動性管理功能下沉至無線網，與無線網控制面功能集成部署；另一方面，通過將用戶面數據網關與內容緩存下沉至接入網側部署，與無線網用戶面功能集成部署，構建以全功能基站為主的本地化的網絡拓撲架構，使基站具備智能感知、業務控制、本地路由與內容快速分發能力。
通過將與特定業務相關的控制功能貼近接入網側部署，可以減少核心網功能部署層級偏高帶來的回傳時延。同時根據應用場景的需要，將區域性的移動性管理功能下沉至接入網側，這樣當用戶在局部區域內移動時，可以減少切換信令交互產生的延遲。還可以通過在全功能基站中設置的統一控制面功能，針對用戶行為進行分析預測，提前進行目標小區的資源預留與預操作，來保證切換成功率提高通信的可靠性。
另外，通過將數據網關與內容緩存功能下沉至全功能基站，可以進一步減少回傳時延，同時全功能基站下也可采取CU+DU的分層部署形式，由全功能基站的中心單元CU作為統一的數據錨點，可以實現用戶的無縫切換，進一步改善用戶體驗。
低時延本地化網絡部署如圖5所示：
4.3 mMTC場景
針對低功耗大連接的應用場景，基于控制與承載分離的網絡架構，5G無線網可以通過增加控制面無線資源，滿足海量連接對控制信令資源的需求。此外還可以采取部署方式四（分簇分層部署架構）：針對物聯網用戶多為小數據量、低功率、移動性低且局部集中的業務特點，在無線網部署時，可以根據業務與用戶分布，采取分簇設置簇集中控制中心，由簇控制中心提供局部用戶的接入控制與連接管理，用戶數據經簇控制中心匯聚后轉發至上層數據基站，各個簇控制中心同時接受上層信令基站的統一控制，保證簇間無線資源協同與移動性控制。通過分簇分層部署實現網絡接入、信令與數據的壓縮與匯聚。
分簇分層網絡部署如圖6所示：
如上所述，基于控制與承載分離的新型接入網架構通過對無線網功能的組件化，實現5G無線網元功能的靈活組合與部署。特別是未來5G可以基于網絡虛擬化NFV技術，將底層物理資源映射為虛擬化資源構造VM（Virtual Machine，虛擬機），并在其上將高層接入網控制面以及用戶面功能組件加載，構造VNF（Virtual Network Function，虛擬網元功能），結合對低層無線功能組件的模塊化設計與加速，從而可在同一基站平臺上同時承載多個不同類型的無線接入方案，并能完成5G無線網各網元實體的實時動態功能遷移與資源伸縮，為保證5G無線網根據不同應用場景需求靈活功能部署與組網奠定了基礎。
5 結論
本文首先分析了5G無線網架構設計面臨的挑戰，提出了基于控制與承載分離的新型無線網架構設計思路與架構方案，并分析了基于新型架構下5G靈活組網能力的實現。分析表明，基于控制與承載分離的5G新型無線網架構，可以針對5G不同應用場景實現無線網絡功能的靈活部署與組網，為5G架構后續研究提供參考。
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【關鍵詞】VOLTE；網絡架構；EnodeB；EPC核心網；IMS網絡
0 概述
2004年11月，3GPP（the third generation partnership project）標準化組織通過了“3G長期演進”，即LTE（Long Term Evolution）移動通信網絡項目。近些年，隨著移動通信網絡技術的迅猛發展，運營商現有的2G/3G網絡將無法滿足移動數據業務的發展需求，從而驅動網絡快速向LTE演進。2009年3月，3GPP標準化組織了R8系統版本技術規范，該規范定義了整個EPC網絡架構。同年12月，TeliaSonera公司部署世界上第一個LTE商用網絡。迄今為止，根據GSA的研究報告，截至今年7月底，全球商用LTE增加到200張。全世界總計已有76個國家正式部署商用LTE網絡。在我國，TD-LTE示范網絡已經搭建成功，TD-LTE網絡即將在國內正式商用。
1 VoLTE系統架構
1.1 總覽
VoLTE網絡包括許多的網絡實體，為簡便描述，在本文中將VoLTE網絡分為三個主要的部分：無線接入側Access、LTE核心網側Evolved packet core以及控制側Control。
其中，LTE核心網側主要包括三個功能實體：移動管理實體MME（Mobility Management Entity）， 服務網關SGW（Serving Gateway）以及PDN網關（Packet data network gateway）。MME是由GPRS網絡中SGSN實體演進而來，主要提供EPC部分核心控制功能。SGW提供用戶面的控制功能，負責數據包的路由和轉發，并支持終端移動性切換用戶數據功能。PGW主要負責終端和外部分組數據網絡的數據傳輸，在VoLTE網絡中，PGW分配終端IP地址并提供EPC部分到IMS部分的接入。
1.2 LTE無線接入側ENodeB
隨著3G網絡的演進，EnodeB具有3G網絡中NodeB功能和大部分RNC（Radio Network Controller）功能，包括物理層功能HARQ（hybrid automatic repeat request），MAC、RCC、調度、無線接入控制、移動性管理功能等。LTE無線接入側節點EnodeB架構。
EnodeB架構分為物理接入層、MAC層（Media Access Control）、RLC層（Radio Link Control）、PDCP層（Packet data convergence protocol）以及RRC層（Radio Resource Control）。其中，EnodeB通過S1_MME接口與MME通信，用于控制信令；通過S1_U接口與SGW通信，負責用戶數據的傳輸。而不同EnoceB之間的通訊則采用X2接口，主要用于移動終端在不同的EnodeB之前切換時，快速實現用戶資源管理以及數據遷移。
1.3 核心網EPC架構
核心網EPC部分主要包括MME、SGW以及PGW三個實體。MME是由GPRS網絡中SGSN節點演進而來的。MME是LTE接入網絡的關鍵控制節點， 負責空閑模式下用戶設備的跟蹤和尋呼控制，其中包括用戶設備的注冊與注銷過程，同時幫助用戶選擇不同SGW，以完成LTE系統內核心網（CN）節點切換。通過與用戶歸屬服務器（HSS）的通信，MME完成移動用戶在EPC部分鑒權功能。SGW主要負責用戶面處理，負責用戶數據包的路由和轉發，同時也負責用戶終端在EnodeB之間和LTE與其他3GPP技術之間移動時的用戶面數據交換。
1.4 控制側IMS網絡架構
VoLTE網絡架構中，控制側主要包括三個部分：PCRF、HSS以及IMS系統。PCRF主要負責計費以及基于會話媒體的策略控制功能。PCRF主要與IMS系統接入節點P-CSCF互通，檢查、控制應用側所需的媒體資源的分配，例如媒體類型、IP地址以及媒體通訊端口等。HSS（Home Subscriber Server）主要負責存儲用戶數據和業務數據。HSS包含IMS功能、PS域、CS域內HLR（home location register）功能以及鑒權功能。用戶終端在附著在LTE網絡時，EPC部分會通過HSS獲取EPC部分鑒權向量，MME完成終端用戶在EPC部分的鑒權；在該用戶在IMS系統注冊時，IMS系統服務器SCSCF（Server CSCF）會再次向HSS獲取IMS內部鑒權向量，對用戶再次進行鑒權，保證用戶的有效性。
IMS系統中AS（Application Server）可以提供多種業務，如PSTN網絡中的傳統業務、會議、彩鈴彩像等。這些用戶業務數據也同樣保存在HSS之中。IMS（IP Multimedia Subsystem）， IP多媒體子系統，是由3GPP組織為移動網絡定義的。經過R5、R6兩個版本，現在IMS網絡技術日趨穩定。在3GPP的R6版本中，IMS已經被定義為支持所有IP接入網的多媒體業務核心網，可以支持任何一種移動的或固定的、有線的或無線的IP_CAN，同時意味著支持傳統2G/3G網絡接入。
2 VoLTE網絡端到端信令流程
（1）LTE終端在LTE網絡內附著，用戶終端通過EnodeB附著在LTE網絡內；
（2）EnodeB將用戶信息傳送到EPC部分，MME對該用戶終端進行鑒權，鑒權向量來自于HSS節點，MME節點通過SG接口獲取該用戶鑒權向量；
（3）用戶終端鑒權通過后，SGW分配給該用戶相關媒體資源，PGW分配用戶終端相應的IP地址，并將IMS系統接入節點P-CSCF地址通知用戶終端；
（4）LTE終端收到P-CSCF地址后，使用PGW分配的IP地址作為源地址，P-CSCF地址作為目的地址，發送IMS系統注冊請求消息到達P-CSCF；
（5）PCSCF將用戶注冊消息轉發到IMS網絡內部，SCSCF通過HSS獲取IMS系統鑒權向量，并對該用戶進行IMS內部鑒權。鑒權通過后，該用戶IMS網絡內部注冊成功，S-CSCF發送成功響應消息給用戶終端。注冊流程順利完成；
（6）用戶終端附著LTE網絡并在IMS系統成功注冊后，終端發起對2G/3G用戶語音會話。該會話請求經過LTE網絡發送到P-CSCF節點。P-CSCF經過與PCRF協商，決定該會話的媒體資源，并將會話請求發送到IMS網絡內部；同時，相關的計費信息發送到計費服務器中；
（7）S-CSCF處理會話請求，經過相應號碼分析后，將消息傳遞給MGCF，MSC節點，即2G/3G傳統網絡入口節點。MGCF將SIP消息轉化為ISUP消息，該請求轉發到2G/3G傳統網絡中，實現LTE用戶與傳統網絡的互通。
【參考文獻】
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七大優勢
WiMAX技術正在全球范圍內得到部署，它可以提供低成本的連接，并可為成熟和新興市場提供極佳的移動性能，其技術特點、成本優勢、嶄新和成功的商業模式正日益受到運營商的關注。
在當前全球經濟下滑的背景下，電信產業的投資商正變得更加謹慎，而各種形式的寬帶業務對于擴大生產效能和促進商業繁榮起著重要的作用。更大的容量、超速的帶寬、合理的成本、固定和移動的捆綁、從固定網到移動網的有機增值，都使得WiMAX在當今迅速變革的時代格外引人注目。
全球計算、電信、互聯網產業的主要廠商一致認為，七大因素使得WiMAX成為一項變革性和顛覆性的技術；其一，它同時適用于成熟市場和新興市場；其二，它可提供成本合理的移動／固定寬帶連接；其三，其低成本的用戶設備，可降低每新增用戶成本(CPGA)；其四，它可進行快速部署，從而減少上市時間、更快地產出投資回報；其五，新穎的視頻業務和社會媒體服務；其六，較高的客戶滿意度，從而提高用戶粘度、實現用戶增長；其七，擴展4G系統的應用范圍，為低成本的4G模式提供經驗。
更高的速度、更大的容量和更低的成本等優勢，使得WiMAX在全球135個國家的450余個固定和移動運營商得到試用或商業部署。Gartner的一份研究報告顯示，在提供數據傳輸速率方面，美國四個主要的3G運營商都未達到用戶的預期，美國多數的3G運營商都宣稱其為用戶提供的數據傳輸速率可高達1.8Mbit/s，但實際卻只有300k-700kbit/s；然而另一方面，移動WiMAX的傳輸速率卻可以達到“與廣告宣傳一致的”效果。SenzaFili咨詢公司調研發現，美國第一大WiMAX運營商Clearwire在波蘭能夠提供“持久優質”的移動WiMAX服務，其下行傳輸速率超過3Mbit/s，上行速率達到350-0kbit/s。
注入活力
WiMAX的目標是以無線的方式連接整個城市，從全球最成熟的區域到最偏遠和不發達的社區，WiMAX正以其獨特的技術特點、低成本和靈活性，為細分市場和用戶帶來優質的服務。
在硅谷，英特爾、思科和谷歌正與Clearwire展開合作，建設WiMAX創新網絡，使尖端的4G技術服務于世界上最有天賦和創造力的開發者。該網絡初始階段將覆蓋20多平方英里，WiMAX無線服務將進入匯聚世界頂級技術創新者的大學園區，使他們率先體驗到本該于2010年在舊金山BayArea獲得牌照時才可提供的WLMAX服務。
在美國，Clearwire并不孤獨，Xanadoo、Towerstream、DigitalBridge等運營商也都已成功地部署了WiMAX。從Xanadoo部署的美國核心區的大學城，到DigitalBfidge部署的中小型城市，再到Towerstream部署的主要都市區，WiMAX都在傳播移動寬帶服務方面發揮著積極作用。
荷蘭一度是世界上享用最高寬帶接入速率的國家。在這個競爭劇烈的市場上，該國運營商Worldmax在3.5GHz頻段上部署了西歐第一個商用移動WiMAX網絡，覆蓋了阿姆斯特丹全部都市區的室內和室外區域。在阿爾卡特朗訊的幫助下，Worldmax在2個月內安裝了110余個WiMAX基站，覆蓋了阿姆斯特丹全市，該網絡基站總數現已達172)個。Worldmax還特意打造了Aerea品牌，將其室內和室外的下載數據速率提高到8Mbit/s。
日本運營商UQ也已在東京、橫濱、川崎了WiMAX測試網絡，以提供更快速的移動數據服務。針對WiMAX的高速和低成本特點，UQ鎖定上網本、筆記本和MID用戶，并設定了到2009年末達到4000萬接入網點的目標。此外，14家PC制造商正將WiMAX嵌入其生產的筆記本，而現場測試也已達到下行16Mbit/s和上行4Mbit/s。而在商用服務啟動后，uQ可為用戶提供便捷、豐富和固定費率的服務。UQ計劃在2009年后將其服務擴展至各大主要城市，并于2013年前覆蓋90％的人口。
良好的靈活性、高速性和低成本使WiMAX可以適應多樣和廣泛的市場，在為發達地區和成熟市場帶來更加便捷和優質信息服務的同時，WiMAX正為欠發達地區和新興市場在傳播信息文明、彌合數字鴻溝方面架起一座橋梁。
即便在寬帶基礎設施尚未存在的地區，WiMAX也可以極低的成本進行高效地部署。一些新興市場目前正處于固定通信向移動通信轉型的時期，而現在，這些地區可以直接升級至WiMAX，從而獲得更加高級和領先的寬帶移動通信服務。
加速應用
用戶對數據業務的需求正空前增長，而WiMAX等4G技術將帶來數據革命。當前，WiMAX正催生出更廣泛的終端設備,WiMAX芯片可以嵌入到用戶的電子設備、游戲機、數字相機、家庭娛樂系統、電度表、家用電器、MID、上網本等一系列設備中，從而使用戶可以隨時隨地上網、娛樂、學習和辦公。
加入WiMAX產業的Acer、阿爾卡特朗訊、Alvarion、思科、Clearwire、華為、英特爾和三星，共同發起成立了開放專利聯盟(OPA)，以向全世界提供支持WiMAX開發和部署的知識產權解決方案。OPA希望開發WiMAX專利池，以達到知識產權低成本、透明、可預測的目標，_這也將加速推動WiMAX的部署，使更多的4GOEM和ODM廠商進入市場。
OPA的總體戰略使設備制造商可以低成本獲得WiMAX的知識產權許可，這使WiMAX設備的總體成本變低，于是也鼓勵設備商在其設備商上加入更多的功能。消費者從較低的設備價格中受益，于是樂于嘗試新型的產品與服務。在巴爾的摩，消費者無需簽訂服務合同，僅用59.00美元就可購買到WiMAX的USB調制解調器。
位于深圳鹽田港北山工業區的一幢普通的辦公大樓里，一家成立于2007年的公益性組織，在國際權威期刊上發表的論文總數已經超過60篇，約占全國總數的1/4。在這些論文中，有的解決了當時德國大腸桿菌疫情，有的回答了袁隆平“畝產萬斤”水稻的“落穗”基因的問題……這就是深圳華大基因研究院（以下簡稱“華大基因”）。（中歐商業評論，2013/02）
這是華大基因的“工業+現代信息”大數據戰略的初試牛刀。借助大數據技術，他們成功地繪制出水稻，非典病毒，雞、豬和大熊貓等物種的基因圖譜；通過華大基因庫的數據分析，科學家們能夠對人群從出生到死亡的疾病預防和治療進行更為主動的干預，甚至有可能對宮頸癌、糖尿病、乙肝等中國發病率比較高的“惡病”進行疫苗控制。
和其他率先應用大數據企業一樣，華大基因商業模式創新，受益于三大驅動力推動的大數據浪潮。一是個人全球化，計算技術和通信技術實現了信息、知識和社會關系網絡的全球化。二是記憶數字化，云計算等廉價、高效的存儲方式讓信息資源成為 “共享的社會記憶”。三是社會網絡資本化，社會網絡成為繼“人、流程和技術”之后重要的企業資源。
個人的全球化
華大基因數據庫對德國大腸桿菌和“畝產萬斤”水稻的貢獻，是因為其基因數據庫集納了全球的智慧，是個人全球化的一個表象。因為，個人全球化為大數據的涌現提供了社會驅動力。
從達·伽馬和哥倫布航海到1800年工業革命的世界探索，稱得上全球化1.0版。這是“國家”的全球化，依托的是遠洋船艦等技術。工業革命以來直至2000年互聯網泡沫破滅之間的工業化貿易稱得上全球化2.0版，即“企業”的全球化。它的技術驅動力是鐵路火車、電報電話和電子計算機硬件，實現的是工業和企業資源的全球配置。而互聯網、移動互聯網及物聯網等新一代信息技術，正在將人類帶入全球化3.0版階段，即“個人”全球化。
按照托馬斯·弗里德曼的說法，在“個人”全球化時代，人們生活在被10輛“推土機”抹平的世界里。由于個人的全球交互，信息、知識和社會關系網絡實現了全球范圍內的傳播，實現了數據的分布式共享，數據的量級、形態和價值等發生了深刻的變革。一是體量巨大。正如EMC贊助的IDC數字宇宙研究報告《從混沌中提取價值》所言，全球數據量每兩年就翻一番，2011年創建和復制的數據量為1.8ZB。二是無所不包，包括結構化、非結構化和半結構化的數據正在改變著企業業務和社會生活。三是無邊界，不僅越過了國界洲際，橫跨了行業和學科，而且穿越了時空。四是交互和重新組合產生新的價值，大數據正在成為新的財富源泉。
20世紀80年代，杰克·韋爾奇在通用電氣推行“工作外露”（Work-Out）計劃，倡導“無邊界合作”，推倒了公司與供應商、用戶之間的“圍墻”，拆除了研發、生產、市場等部門之間的“藩籬”，實現了多元化戰略下的技術和知識共享。接任者伊梅爾特大力推廣“反向創新”，集納市場智慧，挖掘全球知識資本，繼續推進通用電氣特色的跨國戰略。如今，大數據技術讓中小企業如跨國巨頭一樣，共享著全球的數據和智慧。
記憶的數字化
在云計算和大數據戰略架構下，華大基因的核心競爭力已經不是擁有留學歸來的高端技術人才，也不是科研管理的專業流程和雄厚的科研能力，而是基于已經獲得的生物學數據的基礎，將生物學數據變成“0101”的數字化過程。
華大基因的經驗證明，數字化記憶構成了大數據的技術驅動力。隨著計算技術的進步，記憶的形式和內容發生了根本性改變，記錄信息的容量和成本也發生了深刻變革。
第一，數字化不僅完整地、分布式地記錄著人類制造的信息，而且更廣泛的信息共享，形成了真正的“共享的社會記憶”。第二，廉價的存儲器。根據摩爾定律，集成電路的復雜性每18個月就會增加一倍，在性能大幅度提高的同時能耗和成本卻大幅度降低。如此廉價可靠的存儲方式，以及完善的數據管理工具，為人們提供了豐富的存儲空間。第三，便攜的提取。存儲技術和搜索引擎技術的進步，使得數據變得可提取、可檢索、可關聯分析。第四，全球性覆蓋。世界是平的，全球性的數字網絡消除了地理位置和距離的限制，實現了復雜網絡的無邊界連接。
數字化實現了全球范圍的“共享的社會記憶”，以至于IBM提出了“全球整合公司”的概念，以至于2013漢諾威消費電子、信息及通信博覽會（簡稱CeBIT）將“分享型經濟”確定為主題。而全球資源的整合和共享型商業模式的創新，為大數據技術提供了用武之地。
社會網絡資本化
“人、流程和技術”被視為提高工作效率的三大法寶。殊不知，社會網絡創造著社會信任價值，有社會資本的屬性。在個人全球化、記憶數字化的推動下，這種基于社會網絡的信任和資本不僅存在于現實世界，也存在于虛擬世界，而且虛擬世界和現實世界的界限正在模糊。圍繞著環境、健康和能源等社會共同話題，圍繞著精準營銷、精益管理和跨界融合的企業發展課題，大數據技術對解析和重構社會網絡，對發現并運用社會資本，尋求到了解決的路徑和智慧。
華大基因就是一個典型例子。目前，全球20大生物制藥企業，諸如輝瑞、默克等，已有19家或與華大基因戰略合作，或與華大基因開始業務接觸。這是因為在其龐大的基因數據資源庫里，不僅有全球基因界的頂尖學者，也有關注基因產品產業化前景的企業家。與其說這是一個海量的數據庫，不如說是一個龐大的社會資源網絡。這樣的社會資源庫具有明顯的復雜網絡特征。
一是“小世界網絡”（small-word networks）。從國家間的關聯性和全球經濟結構，到企業國際化和全球供應鏈，再到人與人在現實和虛擬兩個“地球村”里往來，都呈現出一個個相互關聯的群組。在這些錯綜復雜的群組中，有低成本共享和交換資源“強連接”，也有高效率穿越多個群組、獲取異質性資源的“弱連接”。認知并發現這些“強連接”和“弱連接”之間的資本價值，構成了大數據的使命。
二是無尺度網絡（scale-free networks）。企業習慣于自上而下的、少數服從多數的、依賴精英經驗和判斷的決策模式，因為“小數據”決策的基本假設是選擇是少量的、各影響因素呈正態分布。但是，信息資源共享的時代，企業面臨著更多的不確定因素和更多的選擇，而這些因素又呈現出一種非正態分布模型，而是一種類似于長尾理論描述的“無尺度網絡”。于是乎，“20/80法則”被顛覆，“成功經驗”幾成羈絆，自下而上的、依賴數據挖掘的、基于群體智慧的決策模式走向舞臺的中央。
社會網絡的資本化構成了大數據的經濟驅動力。按照中國科學院院士李國杰的說法，大數據往往以復雜關聯的數據網絡這樣一種獨特的形式存在，大數據的魅力就在對這一社會資本屬性的復雜網絡進行分析。而大數據所解析的復雜網絡，是一種無處不在、無所不包、無邊界的社會資本。因此，全球化、數字化和社會網絡資本化推動了大數據，大數據反過來成為挖掘復雜網絡社會資本價值的重要工具，其未來的趨勢將是推動社會資本的全球流動，實現技術特別是IT在業務中的“消融”。
相關鏈接
抹平世界的10輛“推土機”
第一輛，柏林墻的倒塌，自下而上、被需求和利潤驅動的自由市場經濟取得主導地位。
第二輛，網景瀏覽器的誕生及計算機的普及，大眾網絡時代來臨。
第三輛，工作流程整合軟件成熟、人們協同工作、流程網絡化、全球供應鏈成為可能。
第四輛，開源運動，用戶與程序員之間溝通與合作方式形成。
第五輛，業務流程外包，本地呼叫可能由印度或菲律賓等本土之外的呼叫中心響應。
第六輛，境外生產，將部分服務或生產外包給海外其他企業，實現了全球配置資源和輕資產運營。
第七輛，供應鏈管理，開啟供應商、零售商和消費者交互合作的新時代。
第八輛，承包企業內部業務，物質全球流通有了聯邦快遞、UPS等專業第三方路徑。
The Development Strategy of Library Competitive Information Service in Big Data Times
Abstract Library faces both development opportunity and challenge in competitive information service in big data times. Although the National Library and Shanghai Library have gained experiences in this area， the overall service is not satisfactory in data types， the use of tools platforms， and added values of products. The strategy of development is to pay more attention to integrated applications of data， the analysis of new data resources， and utilization of new tools platforms.
Key words big data； library； data mining； SMEs； competitive information； information service
隨著大數據時代的到來，通過挖掘和分析大量用戶、供應商、經銷商等企業經營鏈條中上下游利益相關者的信息行為數據和競爭對手、競爭環境的數據信息，進而掌握隱藏在這些數據背后的規律、洞悉可能存在的商機與研判未來市場發展的態勢，已成為大數據時代一個成功企業所必須具有的競爭情報意識，越來越多的企業紛紛建立了自己的大數據研究中心、數據計算中心等情報中心，以為企業發展提供基于數據的決策參考和信息情報。但對占有市場數量比例達99%、提供了80%城鎮就業崗位的中小企業[1]來說，盡管明知基于大數據應用的競爭情報能為企業帶來多方巨大的效益，但受限于規模、財力、人員等因素，并不是每家中小企業都有能力或條件建立企業自己的情報機構，于是，通過市場行為去購買、定制企業的競爭情報服務便成為一種常態與主流趨勢。圖書館作為始終以為用戶提供信息、知識為己任的社會、機構信息中心，也一直是企業競爭情報服務的實踐者和探索者，大數據時代的到來和企業用戶出現的多種變化，為圖書館開展競爭情報服務既提供了發展機遇，又面臨著嚴峻挑戰。
1 大數據環境下的圖書館競爭情報服務
1.1 大數據時代的企業更需要競爭情報服務
據《中國企業競爭情報實施現狀調查分析》[2]分析，國內競爭情報較活躍的企業主要集中在鋼鐵、汽車、醫藥、金融、消費品等領域，競爭情報多以咨詢研究、消費者市場調查等淺層次態勢出現，方興未艾的文化產業幾乎與競爭情報絕緣，而IT企業的競爭情報界則主要以工具提供商的身份推介其軟件產品，很少提及自身的競爭情報，中小企業的競爭情報活動和基礎更是可以忽略不計[3]。這種現狀導致了我國中小企業決策不當和經營不善，生存能力不強，容易走向滅亡。如在2008年的金融危機中，僅上半年就有約7萬家中小企業倒閉[4]。與之形成對比的是，在全球500強企業中，95%以上已建立了較為完善的競爭情報系統，如微軟、IBM、P&G、通用電氣、可口可樂、海爾等。這些國內外知名企業的成功都離不開其完善的競爭情報系統及其周密的運作。大數據時代的到來，更是突顯了企業競爭情報工作的重要性，企業的競爭不再局限于勞動生產率、專利技術、生產規模等傳統生產要素之間的競爭，知識生產率、知識轉變能力、產業發展態勢研判能力等成為了新興的競爭指標，而產生這些知識并決定未來產業發展規律的則無疑是存在于企業內外部的那些龐大數據集，如競爭對手的產品更新周期、企業自身的員工生產率競爭水平等。而實現對這些數據的收集、存儲、分析和處理對中小企業來說是不可能獨立完成的，在這種情況下，尋求與第三方情報服務機構的購買、外包合作就成為中小企業獲取競爭情報最佳乃至唯一的選擇。
在眾多第三方情報服務機構中，圖書館無疑是企業特別是那些迫切需要競爭情報服務的中小企業的最佳競爭情報服務合作者。一方面，隨著近年來我國圖書情報事業的發展，越來越多的競爭情報人才進入到圖書館工作，圖書館也已在信息咨詢、專題定制、知識服務等方面具有了一定的經驗優勢；另一方面，圖書館還具有其他機構無法比擬的資源、信息獲取優勢，這使得圖書館具有其它機構無法相比的開展中小企業競爭情報服務的人才、經驗與資源優勢。
1.2 競爭情報服務是大數據環境下圖書館服務的增長點
目前，盡管我國圖書館開展的企業競爭情報服務還存在地區發展不均、服務內容單一、高校圖書館發展滯后等問題，但也已經積累了一定的經驗，如國家圖書館、上海圖書館、天津泰達圖書館、昆山圖書館等圖書館的競爭情報服務開展得如火如荼，其運行過程中積累的大量經驗成為了大數據環境下圖書館競爭情報服務的增長點。
（1）國家圖書館。國家圖書館企業信息服務中心依托豐富的館藏文獻信息幫助企業建立對競爭對手的市場營銷、企業運營、產品服務、資本市場等各方面全方位的信息監測和分析服務。通過信息和數據監測體系進行長期的數據積累，并將監測到的信息進行系統化管理，最后在此基礎上進行階段性的總結和趨勢分析，提供有競爭能力的比較分析報告，其中包括公共傳播評估報告和品牌競爭性分析報告。同時，還提供敏感信息預警服務，即時向用戶提示行業重要信息和企業負面信息，將監測到任何可能會對客戶利益造成潛在危害的負面報道，及時通知用戶，以便用戶做出迅速反應，從而掌握公關宣傳時效、啟動危機監控機制[5]。國家圖書館除了提供競爭情報服務外，還提供輿情分析服務。輿情分析服務是幫助政府部門、企業公司了解輿論動向，制定正確的應對策略引導輿論發展，其中包括熱點輿情分析、專題輿情分析和突發事件分析[6]。國家圖書館專門設立了企業信息服務中心，由一批具有較高學歷層次、訓練有素的專業咨詢人員從事專業性信息咨詢。
（2）上海圖書館。由上海圖書館上海科學技術情報研究所承建的行業創新信息情報服務平臺，承擔著上海公共研發服務平臺中重點行業創新信息延伸服務的部分職能。這一平臺現有先進制造、生命科學、資源環境三個行業領域的情報導航與信息服務，以及“美國政府研究報告”的推薦服務[7]。
（3）天津泰達圖書館。天津泰達圖書館是國內唯一一家實行圖書、檔案、情報一體化管理的區域性文化機構。為了更好地服務于區內高科技企業，泰達圖書館檔案館和泰達科技發展集團合作建設的“濱海科技信息服務平臺”主動為區內科技企業提供信息支持，主要包括科技查新、專利知識產權服務、個人學術博客服務、網上咨詢服務、信息定制（代檢代查）服務等，還為參加培訓的各個企業提供VIP遠程檢索卡，使企業用戶足不出戶即可享受泰達圖書館檔案館便捷的知識服務。在這些服務過程中，泰達圖書館積累了豐富的經驗，并形成了自己的特色服務品牌[8]。
（4）昆山圖書館。昆山競爭情報服務平臺是由昆山圖書館和湖南省競爭情報中心共同創建，該平臺采用最新無縫隙嵌入式本地化技術，為昆山政府、產業集群及高新技術、中小企業服務。昆山競爭情報網絡協作平臺由雷達采集、信息分析、資源管理、網絡協作及內容分發系統構成，是目前國內最先進的產業、企業競爭情報系統，它以快速、便捷的檢索，節省信息搜索時間，為用戶搶占市場先機；拓寬信息資源渠道，實現差異化的情報服務戰略[9]。該平臺集資源整理、信息查詢、情報分析為一體，能夠按照用戶需求定制相關競爭情報資源，進行情報源的分類與維護，是昆山產業競爭情報戰略分析的基礎數據庫。同時，它還能為昆山境內企業提供專業文獻，降低企業在研發設計中的成本。
2 大數據時代的圖書館競爭情報服務發展對策
盡管大數據時代的圖書館特別是一些公共圖書館利用自身的資源優勢，已在競爭情報服務方面做出了長足的嘗試與探索，但其自身還存在著較大問題，如所利用的信息資源主要依賴于圖書館館藏書籍與免費的網絡資源、對競爭對手等相關數據的獲取主要以網絡獲取為主、對情報研究工具的應用還不廣泛和深入、所利用數據主要以存儲于圖書館數據庫的結構化數據為主，等等。這使得圖書館的競爭情報服務還跟不上時代的發展步伐，工具平臺應用、數據來源類型、綜合價值判斷等方面都有著巨大的發展和提升空間，因而不易從數量巨大的數據集中挖掘和發現有價值的情報，并形成高附加價值的產品。因此，圖書館需要在大數據環境下正確評價和認識自己競爭情報服務方面的不足，進而制定合理、科學的發展路徑去尋求更大的發展。
2.1 加強數據的集成化運用
大數據時代，數據無疑是社會發展的主要動力，也是各方利益相關者關注的對象，對圖書館來說，如果能夠將來自各個方面異構、零碎、多源的龐大數據融合在一起，無疑將對其在競爭情報工作中洞察到競爭環境和競爭對手的細微變化，從而快速響應，制定有效競爭策略產生積極幫助。越來越多的案例也表明，海量、多源、異構的數據不但具有巨大的統計意義，也能為各種預測模型、對手分析等提供數據支持，不但能對競爭情報工作產品提供源數據支持與論證，也能通過對其分析實現預知未來發展趨勢、提高生產率、降低經營成本。如沃爾瑪就建立了一個超大的數據中心，其存儲能力高達4PB以上，通過大數據分析，沃爾瑪掌握了顧客的購買習慣，不同商品一起購買的概率，購買者在商店所穿行的路線、購買時間和地點，從而確定商品的上架布局及分類優化；決定對各個分店不同商品進行增減，以保持最優庫存，降低成本；洞察銷售全局，瞬間捕獲到各種細微的變化，從而快速響應，制定營銷策略；利用大數據工具對供應鏈進行分析以選擇供應商、優化物流配送方案和進行價格談判等；利用大數據分析工具對商品品種和庫存的趨勢進行分析，以選定需要補充的商品，分析顧客購買趨勢和季節性購買模式，以確定降價商品，并對其數量和運作做出反應[10]。
需要注意的是，上述案例中，沃爾瑪的數據分析應用盡管占據了數據企業擁有且為企業用戶所創造、所應用和數據量巨大、具有專業的數據分析平臺和專業技術人員等優勢，但其中不容忽視的一點是，其在數據分析中注重對集成化、多源和異構數據的應用，如對客戶信息行為非結構化數據、產品銷售數據與客戶購買數據等均按照一定的邏輯關系進行統一的規劃和組織，實現了數據資源的有效共享，為情報分析的集成化運用提供了基礎。這就促使圖書館的競爭情報服務需注重和加強數據特別是集成化數據的運用，也要求圖書館資源建設者需建立一個公共的集成環境，將分布于圖書館、數據庫、網絡、智能終端、聯盟、省市科技共享平臺等各方面組織機構的資源通過一定的映射與關聯規則建立成為一個集成數據平臺，并為用戶提供一個統一、透明的訪問界面，從而構建競爭情報工作者對數據集成化運用的基礎。情報工作者在具體的數據收集、挖掘和分析中，也需注重對分布在各個孤立信息島上的自媒體資源數據的收集與運用，通過集成分析系統進行處理操作，以為企業用戶提供一個具有高附加值的服務產品。
2.2 關注新型數據資源的分析
在大數據時代，企業無論是日常運營，還是重大戰略決策，都會在各個信息系統中留下各種數據記錄，通過技術將這些數據整合起來，即可再現一個企業的運行軌跡和發展全景。競爭情報研究就是發現有價值的知識和模式，洞察企業競爭環境，預測未來，從而獲得競爭優勢[11]。
（1）社會網絡數據。社會網絡的興起和發展以及多種智能社交終端的應用，使得置身于大數據環境下的每一個信息行為主體都會產生大量的社會活動數據，并組成一個分布在社會各個角落的社會數據網絡。圖書館競爭情報工作者通過網絡中競爭對手、領域內合作伙伴等群體數據的結構、屬性、關聯分析，如基于鏈接的節點排序、基于鏈接的節點的分類、節點聚類、鏈接預測、子圖發現等[12]，可找到大量數據間的關聯關系，實現數據價值的轉化和實現。如從人際關系的網絡節點中心度來分析競爭對手，可以發現其某一時間段內的信息活動相關者，而對這些可能影響到競爭對手相關活動（如發展決策、企業信貸等）的信息行為相關者的行為數據進行分析，又可以推斷出競爭對手正在進行的活動，甚至可以預判出其即將進行的活動，實現數據的相互支撐解釋和驗證，為圖書館為企業用戶制定相關的競爭策略提供支撐。
（2）實時動態數據。網站、微博、微信、論壇、新聞報道等大量的動態實時數據，也是一種圖書館需要注重利用的競爭情報數據源。圖書館可以通過數據網絡爬蟲等技術對競爭對手隨時產生的交易數據、網站訪問日志等實時數據流進行掃描抓取，將抓取到的數據按照特定的需求分配到不同窗口進行挖掘處理，在掌握競爭對手實時活動的同時，既保證了圖書館為企業用戶制定的競爭策略具有足夠的敏捷性，也可能從其中發現蘊含在數據背后的行業發展規律，如競爭產品的銷售規律等。
（3）非結構化、半結構化數據。與傳統數據運用字段等方式進行排列組合相比，大數據最為典型的特征就是以非結構化數據、半結構化數據作為數據主要組成部分，圖書館的競爭情報工作需要注意這些能夠挖掘出巨大信息的非結構化、半結構化數據，如競爭對手的多媒體信息數據等，通過對數據的采集、關聯和相關工具運用，如對數據的可視化展示等去分析隱藏在這些數據背后的規律，完善自身提供給用戶的競爭策略。
2.3 注重新的工具平臺的應用
由于大數據環境下圖書館情報工作處理對象即數據的數量巨大、類型多樣、來源復雜，因此需借助大數據存儲中心和處理平臺才能完成數據的存儲和應用分析，這也就要求圖書館需注重新的分析方法和工具平臺的應用，如針對大數據分析處理的預測性分析、數據質量和數據管理、可視化分析、語義引擎和數據挖掘算法等五個方面，圖書館可以根據所分析處理數據的內容和要求而選擇采用哪些工具和平臺，如對數據的采集，圖書館可能有別于采用存儲每一筆事務數據方式的MySQL和Oracle而使用Redis和MongoDB這樣的NoSQL數據庫；對數據的統計/分析在一些實時性需求時選擇使用EMC的GreenPlum、Oracle的Exadata，以及基于MySQL的列式存儲Infobright等，而對一些大批量處理者基于半結構化數據的需求可以使用Hadoop；數據的導入/預處理可以使用來自Twitter的Storm進行流式計算；比較典型的數據挖掘算法有用于聚類的K-Means、用于統計學習的SVM和用于分類的NaiveBayes，主要使用的工具有Hadoop的Mahout等[13]。
