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互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)論文(2)

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互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)論文

  互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)論文篇二

  移動互聯(lián)網(wǎng)終端技術(shù)

  中圖分類號:TN915 文獻標(biāo)志碼:A 文章編號:1009-6868 (2012) 03-0001-005

  摘要:文章基于移動互聯(lián)網(wǎng)終端類型、主流智能操作系統(tǒng)、人機交互界面及熱點應(yīng)用等方面的技術(shù)進展,分析了當(dāng)前主要的移動互聯(lián)網(wǎng)終端技術(shù)。文章認為由于移動互聯(lián)網(wǎng)終端在系統(tǒng)硬件技術(shù)、人機交互技術(shù)、操作系統(tǒng)技術(shù)、商業(yè)模式和應(yīng)用開發(fā)上的跳躍性發(fā)展,將帶動移動互聯(lián)網(wǎng)終端以及移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)市場的高速擴張;云計算概念的出現(xiàn)、應(yīng)用服務(wù)概念的推廣將進一步推動移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,移動互聯(lián)網(wǎng)終端市場亦將呈現(xiàn)繁榮景象。

  關(guān)鍵詞:移動互聯(lián)網(wǎng);移動終端;人機交互;應(yīng)用服務(wù)

  Abstract:In this paper, we discuss the development of technology for mobile Internet devices, operating systems, human-computer interaction, user interfaces, and applications. Markets for mobile Internet terminals and applications will expanded rapidly in line with innovation in system hardware, human-computer interaction, embedded OS architecture, business model, and application development. As cloud computing emerges and mobile Internet applications are deployed, mobile Internet and terminals will reach their potential.

  Key words: mobile Internet; mobile terminals; human-computer interaction; applications and services

  據(jù)工業(yè)和信息化部電信研究院出版的《移動互聯(lián)網(wǎng)白皮書》[1]定義,移動互聯(lián)網(wǎng)的3要素為:移動網(wǎng)絡(luò)、移動終端及應(yīng)用服務(wù),其中移動終端是應(yīng)用服務(wù)的載體。終端的接入類型、硬件系統(tǒng)配置、用戶界面(UI)以及提供給第三方開發(fā)者的開放程度,決定了終端給予用戶的服務(wù)質(zhì)量和用戶體驗。

  由于能提供更多、更貼合用戶需求的應(yīng)用,移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用商店模式已將之前電信運營商的“封閉花園”[2]模式徹底顛覆,而作為移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的載體和連接渠道,移動互聯(lián)網(wǎng)終端扮演著更加重要的角色。本文將就移動互聯(lián)網(wǎng)終端的類型、操作系統(tǒng)平臺、人機交互和移動應(yīng)用幾個方面來分析當(dāng)前的移動互聯(lián)網(wǎng)終端技術(shù)。

  1 移動互聯(lián)網(wǎng)終端的類型

  移動互聯(lián)網(wǎng)終端是一種能夠連接移動互聯(lián)網(wǎng)并搭載應(yīng)用服務(wù)的終端設(shè)備,依據(jù)需求及市場定位的不同,移動互聯(lián)網(wǎng)終端可劃分為功能型移動互聯(lián)網(wǎng)終端(簡稱功能型終端)和智能型移動互聯(lián)網(wǎng)終端(簡稱智能型終端)。功能型移動終端專注于完成一種或幾種功能,對系統(tǒng)的要求沒有智能型終端那么高,如當(dāng)前的無線POS機、低端手機和物聯(lián)網(wǎng)終端等;智能型終端則搭載了開放的應(yīng)用編程接口(API),使第三方應(yīng)用能夠更好地與操作系統(tǒng)及底層硬件整合,性能表現(xiàn)更加出色,常見的智能型終端主要包括筆記本電腦、平板電腦、智能手機等。

  1.1 功能型終端

  功能型終端具有相對固定的功能和較低的運行環(huán)境要求。它的軟硬件系統(tǒng)較為簡單,更多地使用嵌入式芯片及嵌入式操作系統(tǒng),因此其成本、功耗、體積都能得到更精細地控制,也能更多地在多種簡單任務(wù)場景下使用。目前在遠程信息錄入、交通管理、工業(yè)控制方面都有廣泛應(yīng)用。根據(jù)Cisco公司的預(yù)測[3],2016年機器對機器(M2M)間產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)流量將占到移動網(wǎng)絡(luò)總流量的4.7%,達到每月508 022 TB??梢姽δ苄徒K端在未來將有極大的發(fā)展空間。

  1.2 智能型終端

  Cisco公司預(yù)測,將來的移動互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)流量主要由智能手機、筆記本、平板電腦產(chǎn)生。這些移動設(shè)備的硬件及操作系統(tǒng)都支持豐富的第三方應(yīng)用,能夠滿足用戶工作、娛樂、社交等各種需求,它們的主要配置如圖1所示。智能手機及平板電腦主要采用基于精簡指令集(RISC)的ARM架構(gòu),在保持性能的同時減少了功耗,電池總量不需太高也能維持長時間地使用;筆記本等高性能電腦則使用基于復(fù)雜指令集(CISC)的X86架構(gòu),性能優(yōu)異但是能耗較高,即使使用高容量電池仍然無法維持長時間使用。

  (1)智能手機

  智能手機從開始只是通信模塊和個人數(shù)字助理(PDA)功能的組合,到逐漸能夠支持第三方應(yīng)用程序,再到目前成為其價值所在的第三方服務(wù)應(yīng)用。智能手機的CPU從100 MHz左右演變?yōu)楫?dāng)前的1.5 GHz雙核甚至四核,攝像頭也成為了標(biāo)配,諾基亞甚至推出了4 100萬象素的智能手機。在過去的10年中智能手機經(jīng)歷了多種演變:與掌機融合以增加手機游戲體驗、在手機上提供視頻服務(wù)等,但是最終由iPhone帶領(lǐng)到了大屏幕、高配置、觸摸屏、支持第三方應(yīng)用的方向上。未來手機的突破性方向?qū)⑹秦S富的附屬配件及外設(shè)、創(chuàng)新的人機交互界面和強大的計算能力。

  (2)平板電腦與上網(wǎng)本

  平板電腦最初是作為書籍與記事本的替代品,但是由于觸控筆輸入及芯片技術(shù)的不成熟,早期平板電腦價格高昂且不易使用。2007年Amazon公司發(fā)布了電子閱讀器——Kindle。Kindle作為書籍的替代品有良好的使用性。當(dāng)時的Kindle只能算是功能型終端,主要用作電子書閱讀,直到產(chǎn)品kindle fire的出現(xiàn),才使得Kindle系列終端轉(zhuǎn)為智能型終端,但是主要功能仍然是電子閱讀和多媒體娛樂。蘋果公司iPad的出現(xiàn)是平板電腦發(fā)展史上的一個里程碑。iPad采用高主頻專用CPU,配合iOS系統(tǒng),外觀華麗且性能流暢。iPad作為易攜帶的閱讀、娛樂、展示終端,并以蘋果應(yīng)用商店為平臺,提供了一個全新的商業(yè)生態(tài)鏈。正因iPad的極大成功,各方均群起效仿,例如三星的Galaxy系列、聯(lián)想的樂Pad系列等。

  上網(wǎng)本是一種低價、體積小、功能精簡的小型筆記本,但是無論從價格、便攜性、性能表現(xiàn)、功能應(yīng)用還是外觀設(shè)計上,上網(wǎng)本都難以和平板電腦比肩。平板電腦覆蓋了上網(wǎng)本的市場,上網(wǎng)本的前景堪憂,如果沒有突破性的改變,很難再有轉(zhuǎn)機。

  (3)筆記本電腦

  筆記本電腦是在具有高性能、大屏幕、快速的鍵盤鼠標(biāo)輸入、能滿足用戶所有工作娛樂所需的同時兼顧便攜性的一類電腦。未來的筆記本在性能、UI界面上會有更大地變化,續(xù)航性、可攜帶性和數(shù)據(jù)交互速度也將有更明顯地提高,將是用戶第一臺電腦的主要選擇。

  2 智能終端操作系統(tǒng)及

  應(yīng)用技術(shù)

  智能終端操作系統(tǒng)主要有諾基亞公司的Symbian、蘋果公司的iOS、谷歌公司的Android、微軟公司的Windows Phone和RIM公司的黑莓OS。根據(jù)StatCounter公司的統(tǒng)計,雖然Symbian系統(tǒng)仍占全球手機市場份額第一,但是在智能手機、平板電腦及新興終端的領(lǐng)域,Symbian將逐步被淘汰,iOS、Android以及Windows Phone將被廣泛采用。

  2.1 iOS系統(tǒng)

  iOS[4]是蘋果公司系列終端產(chǎn)品的操作系統(tǒng)。它分為輕觸層、媒體層、核心服務(wù)層和核心操作系統(tǒng)層。底層為所有應(yīng)用程序提供基礎(chǔ)服務(wù),高層提供復(fù)雜服務(wù)和技術(shù)。iOS為基于Unix微內(nèi)核的操作系統(tǒng),常用的輕觸層的功能采用Object-C語言實現(xiàn),可以自行管理內(nèi)存,具有流暢的運行速度。

  iOS的優(yōu)勢在于引入了itunes應(yīng)用商店模式,使用戶可以自行編寫或定制軟件,同時也可以在應(yīng)用商店將此軟件推廣而獲得收益。該模式吸引了眾多軟件公司進入應(yīng)用市場開發(fā)軟件,擴大了終端應(yīng)用的來源,也使用戶有了更多選擇。而后期多平臺系統(tǒng)(iPad、iPhone、iTouch)上購買的應(yīng)用及多媒體資源能夠進行多次復(fù)用,更將使得itunes應(yīng)用商店體現(xiàn)突出優(yōu)勢。

  iOS的設(shè)計理念非常出色。iOS用傻瓜相機的理念設(shè)計UI,用戶不需要接觸安裝位置、安全、隱私等問題,而多點觸控技術(shù)的使用更是使這些操作都非常簡單,所以極受普通用戶的歡迎。從系統(tǒng)角度看,iOS和硬件契合度高,由于是蘋果公司自主設(shè)計的軟硬件,在獲得性能提升的同時也確定了系統(tǒng)的封閉性。對于多媒體資源和應(yīng)用,只能從應(yīng)用商店獲得,并且蘋果公司實行較為嚴(yán)格的應(yīng)用審核制度,惡意軟件無法通過安裝方式進入系統(tǒng),這樣它不僅確定了一個封閉循環(huán)的商業(yè)模式,也同時在安全性上得到了保證。

  2.2 Android系統(tǒng)

  Android[5]是谷歌公司發(fā)布的一款基于Linux系統(tǒng)的移動終端操作系統(tǒng)。與iOS的封閉性相反,Android秉承了谷歌自由、開放的風(fēng)格,鼓勵用戶及軟件開發(fā)商自由地裁剪系統(tǒng)和開發(fā)應(yīng)用。這一點讓各個智能終端廠商能夠按照自己的需求對Android進行二次開發(fā),也能夠讓用戶選擇或者開發(fā)最適合的操作系統(tǒng)及應(yīng)用。開放的系統(tǒng)帶來了大量的搭載智能終端及用戶。2011年8月Canalys公司發(fā)布統(tǒng)計數(shù)據(jù),Android已占領(lǐng)全球智能手機50%的市場,成為智能手機的最大操作平臺。

  由于是開源、開放性的系統(tǒng),Android在應(yīng)用市場上沒有采用準(zhǔn)入制度,在安全性上有所缺失,無法控制應(yīng)用可能帶來的入侵。雖然安全性軟件能夠提供一些保障,但Android還是可能隨時面臨病毒的威脅,將成為殺毒軟件和病毒的主要戰(zhàn)場。

  Android系統(tǒng)除了底層的Linux內(nèi)核及函數(shù)庫,應(yīng)用層建立在被劃分為Android Runtime的核心庫和Dalvik虛擬機上,應(yīng)用程序使用Java開發(fā)。Android架構(gòu)如圖2所示。但是Java的內(nèi)存自動管理機制會使得Android系統(tǒng)的內(nèi)存在任意時間釋放,導(dǎo)致了Android應(yīng)用的不穩(wěn)定。在Android2.3引入C/C++ NDK之后,這個問題才有所好轉(zhuǎn),但是NDK功能上仍不完整,仍需進一步地完善。

  2.3 Windows Phone系統(tǒng)

  Windows Phone[6]是由微軟公司發(fā)布的操作系統(tǒng),該操作系統(tǒng)基于Windows CE內(nèi)核,由硬件層、內(nèi)核層、系統(tǒng)層和應(yīng)用層4個部分組成。Windows Phone架構(gòu)如圖3所示。Windows Phone是一種基于.Net CLR虛擬機的運行應(yīng)用程序。

  Windows Phone明確分開了本地和云端的應(yīng)用,并分別為兩種不同的應(yīng)用提供不同的支持。同時,它明確分開了高性能應(yīng)用及普通應(yīng)用,并為之提供了兩種不同的開發(fā)平臺。Windows Phone同樣采用應(yīng)用準(zhǔn)入制度,在安全性上相對有保證??梢灶A(yù)計,隨著諾基亞的加入,Windows Phone未來的表現(xiàn)也許將會令人耳目一新。

  3 人機交互技術(shù)

  人機交互技術(shù)(HCIT)是指通過輸入/輸出設(shè)備,實現(xiàn)人與計算機通信的技術(shù),它是計算機用戶界面設(shè)計中的一個重要內(nèi)容。最早的人機交互方式是打孔紙帶,然后有了鍵盤和鼠標(biāo),1973年施樂公司(Xerox)發(fā)布的第一臺圖形界面電腦使得讓人與機器的交互更加簡單直觀。

  現(xiàn)在的人機交互規(guī)則是機器學(xué)習(xí)人的思維與行為習(xí)慣,多點觸屏技術(shù)讓機器按照人的習(xí)慣進行指令輸入,即使沒有經(jīng)過訓(xùn)練的人也能迅速學(xué)會使用。語音識別技術(shù)能識別人的語言,再加上遠端的云,能讓人僅動動嘴就能完成人機交互。體感識別技術(shù)則能夠讓人的身體變?yōu)闄C器可識別的控制器。更多的人機交互技術(shù)還在研究開發(fā)中,例如增強現(xiàn)實技術(shù)、腦波讀取技術(shù)等。新型人機交互技術(shù)示例如圖4所示。

  3.1 觸屏技術(shù)

  觸屏技術(shù)的主要原理是用戶在使用工具碰觸前端的觸摸屏?xí)r,所觸摸的位置會被觸摸屏的控制器檢測到,并通過接口送至CPU,從而確定輸入的信息。觸屏技術(shù)包括電阻技術(shù)觸摸屏、電容技術(shù)觸摸屏、紅外線技術(shù)觸摸屏、表面聲波(SAW)技術(shù)觸摸屏。當(dāng)前的移動終端主要使用的是電容技術(shù)觸摸屏。

  世界上的第一款觸控移動終端是蘋果公司的個人數(shù)字助理(PDA)——Newton MessagePad,今天在蘋果公司的iOS界面中仍能找到Newton界面的影子。觸屏技術(shù)的使用意味著人們不僅只有使用鍵盤這樣一種人機交互方式,還能通過觸屏使用戶以更貼近人體習(xí)慣的方式操作終端。   觸屏技術(shù)讓大眾接受并倍受追捧是在iPhone發(fā)布后。完全為手指操作而設(shè)計的屏幕界面和軟件運作命令給觸屏技術(shù)帶來了革命性變化,同時由于移動終端商業(yè)模式的改變,各種基于觸摸的新型應(yīng)用大量出現(xiàn),又使觸屏技術(shù)被更多人所喜愛。

  當(dāng)前的觸屏技術(shù)在輸入方式上只有點擊與滑動,反饋方式只有屏幕顯示。其實觸屏技術(shù)還有很大的潛力,如觸屏技術(shù)的軟件支持及人體工程學(xué)的研究,都還有很多工作可做。

  3.2 語音處理技術(shù)

  語音撥號及語音控制其實早就是移動終端的配置之一。它可以通過對移動終端接收的語音信號進行簡單處理。當(dāng)前典型的語音處理應(yīng)用是iPhone 4S的Siri,它能夠識別從移動終端收到的語音,并將信息通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)回計算中心進行匹配處理,然后發(fā)回移動終端給予用戶相應(yīng)的反饋。Siri的前身據(jù)稱即是五角大樓的能學(xué)習(xí)組織的認知助手(CALO)[7]項目,目的就是為了探索如何把語音、自然語言理解、視覺、演說、機器學(xué)習(xí)、制訂計劃、理性思考等全部融合到一個模仿人類的助理中,幫助人們完成不同的事情。通過對自然語言理解的進一步發(fā)展,Siri已經(jīng)從語音識別的領(lǐng)域擴大到了人工智能。Siri在云端對語音識別結(jié)果進行機器學(xué)習(xí)、服務(wù)搜索、自然語言處理,再加上與各種各樣的應(yīng)用API的連接,在未來將形成一個基于語音的智能事務(wù)處理平臺。

  3.3 體感動作識別技術(shù)

  2009年微軟公司公布了Xbox360游戲機的外設(shè)——Kinect。不需任何控制器,Kinect能捕捉三維空間中玩家的動作,以完成指令輸入。Kinect原理[8]是利用連續(xù)光(近紅外線)對測量空間進行光斑編碼,通過感應(yīng)器讀取已編碼的散射后光線,然后解碼生成一張有深度的3D圖像,再對連續(xù)的3D圖像進行解析,濾除干擾噪聲,提取人體模型,記錄人體動作,并通過機器學(xué)習(xí)理解使用者的肢體動作,最終生成一個有20個關(guān)節(jié)的人體骨架,從而理解人體動作。在游戲中,玩家只需要在Kinect前做出相應(yīng)的動作,Kinect就能夠做出相應(yīng)的反應(yīng)。體感動作識別技術(shù)不僅只是用于動作偵測,細化之后甚至可以對臉部表情、肌肉、唇語進行解讀,也可以同面部識別技術(shù)結(jié)合,或者與虛擬現(xiàn)實結(jié)合使用,甚至用于外部環(huán)境感知。

  對于當(dāng)前的移動終端來說,Kinect的耗電量仍然太大,暫時只能用于筆記本,且需要接入電源。但是這并不阻礙將其列入移動終端的人機交互技術(shù)中,就像其他計算機技術(shù)一樣,體感識別技術(shù)必將進入移動終端領(lǐng)域。

  4 熱點應(yīng)用

  社交網(wǎng)絡(luò)服務(wù)(SNS)是一種可以構(gòu)筑并反映人與人彼此之間的網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)關(guān)系的一種在線平臺服務(wù)。在SNS平臺上,每個用戶都有自己的展示網(wǎng)頁,可以上傳照片、視頻、文字,用戶之間可以基于社會關(guān)系、個人興趣等因素連接到一起,形成用戶黏度。用戶通過即時消息、電子郵件等方式進行在線交互。當(dāng)前熱門的SNS網(wǎng)站Facebook、Twitter、Google+都推出了各自在不同操作系統(tǒng)上的無線移動客戶端,以爭奪移動用戶市場,據(jù)Ender analysis公司統(tǒng)計,使用移動設(shè)備登入Facebook的用戶已超過3億人。

  基于位置的服務(wù)(LBS)是一種能夠通過移動設(shè)備獲取用戶地理信息,并以此提供信息或娛樂的服務(wù)方式。由于LBS在商業(yè)、娛樂、社交和工作等領(lǐng)域有較大的應(yīng)用前景,目前各個操作系統(tǒng)都提供了LBS支持,也出現(xiàn)了各種基于LBS的移動應(yīng)用,例如Foursquare、Google Latitude等。

  SNS、LBS在移動互聯(lián)網(wǎng)時代組成了一個新詞:SoLoMo。2011年,KPCB[9]公司的John Doerr指出未來人們使用移動設(shè)備的時間將增加,其中通過移動SNS建立友好的連接,共享位置、音樂,進行交流等社交活動的時間也將加速增長,并通過分析日本SNS網(wǎng)站Mixi’s的月訪問來源、手機功能的平均時間消耗比例,以及各種SNS網(wǎng)的訪問量增長比率證明了這一觀點。因此,各大SNS網(wǎng)站都在各自的領(lǐng)域內(nèi)開始將這3個概念統(tǒng)一,開發(fā)新的產(chǎn)品,爭取獲得更多的潛在用戶。與此同時,挖掘互聯(lián)網(wǎng)的新型商業(yè)模式也是移動互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的創(chuàng)新熱點。

  移動支付是指用戶使用移動互聯(lián)網(wǎng)終端對其消費進行在線支付。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的拓展,用戶會有在任何地點進行支付的需求,所以這個領(lǐng)域亦被認為是未來很有前景的移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域之一,甚至PayPal公司預(yù)測2016年人們不再需要現(xiàn)金和錢包。但是當(dāng)前的發(fā)展仍不明朗,目前的移動支付有多種解決方案,例如運營商代扣、手機錢包、手機信用卡讀卡器等。

  根據(jù)美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所的定義[10],云計算就是允許用戶在任意地點按需接入一個共享的、可定制內(nèi)容(例如網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲、應(yīng)用及服務(wù))的計算資源池,而此計算資源池可以進行快速部署,并能夠?qū)⒐芾韮?nèi)容和與服務(wù)提供商的交互過程最少化。云計算主要有3種服務(wù)模型:軟件級服務(wù)(SaaS)、平臺級服務(wù)(PaaS)和基礎(chǔ)設(shè)施級服務(wù)(IaaS)。其中PaaS及IaaS主要向企業(yè)用戶提供服務(wù),而主要面對移動用戶終端的是SaaS,向互聯(lián)網(wǎng)終端用戶提供存儲及計算服務(wù)(例如谷歌提供的系列移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,以及蘋果公司新的語音交互Siri服務(wù)等)。三星等其他公司也陸續(xù)開始提供SaaS服務(wù),爭奪移動互聯(lián)網(wǎng)終端用戶市場。

  5 結(jié)束語

  由于谷歌、蘋果等公司的強勢介入,移動互聯(lián)網(wǎng)終端在人機交互技術(shù)與理念、操作系統(tǒng)技術(shù)、性能展現(xiàn)與外觀設(shè)計、商業(yè)模式和應(yīng)用開發(fā)上都有了跳躍性的發(fā)展,進而達到移動互聯(lián)網(wǎng)終端以及移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)的高速擴張;由于云計算概念的出現(xiàn),應(yīng)用服務(wù)概念的推廣,以及移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,可以預(yù)見未來若干年都將是移動互聯(lián)網(wǎng)終端高速發(fā)展和彼此激烈競爭的時期,各種創(chuàng)新技術(shù)或商業(yè)模式的不斷涌現(xiàn),必將使移動互聯(lián)網(wǎng)終端市場呈現(xiàn)百花齊放的繁榮景象。

  6 參考文獻

  [1] 移動互聯(lián)網(wǎng)白皮書 [R]. 北京: 工業(yè)和信息化部電信研究院, 2011.

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  收稿日期:2012-03-28

  作者簡介

  劉韜,北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與交換技術(shù)國家重點實驗室在讀博士生研究生;主要研究方向為新一代移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用。

  王文東,北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與交換技術(shù)國家重點實驗室教授,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院副院長;目前的主要研究方向為新一代互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)和協(xié)議、移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量控制與管理。

  
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