（计算数学专业论文）基于corba的智能信息家电的可插拔的模型研究.pdf

摘要 现在数字化技术和网络技术已经越来越深入到人们的生活当中，将 家庭中的家电设备组合成家庭网络，并将其接入广域网( i n t e m e t ) ，共享 广域网中的信息，并利用广域网遍布世界各个角落的特点增加对家电设 备的远程控制和使用功能的需要越来越强烈。包括微软、i b m 、s u n 、 t c l 和海尔等国内外知名的家电一商也已经或正在加入信息家电产品 的研制和开发阶段。信息家电产品的核心是家庭网络的控制平台和将信 息家电介入到互联网技术，而这些核心的载体便是运行于信息家电产品 网络之上的软件技术。由于家电种类繁多，接入网络的接口技术形式各 种各样，并且会经常接入网络或者从网络中拔出，这些都要求相关的软 件具有运行可靠和升级方便的特点。本文提出采用分布式的软件系统设 计方案，提高了系统运行的稳定性和可维护性，并采用c 0 r b a 中间件 技术来实现信息家电网络的软件系统，便于软件模块可插拔特性的实现。 本文分析了分布式系统和c o i 国a 中间件技术的发展概况和技术优 点，结合信息家电需要的软件系统的特点，说明了采用c o r b a 的分布 式系统设计对信息家电网络软件系统的适用性。在此基础上，本文在引 入智能信息家电概念的基础上，提出智能信息家电的智能规则如何在分 布式系统中加以体现。 本文分析了信息家电的核心控制平台和互联网技术以及两大核心所 涉及的控制平台硬件和嵌入式软件的发展概况和特点，互联网技术所涉 及的网络接入和网络协议等相关内容的相关问题。并以此为基础，建立 了一个通用的动态可插拔的信息家电仿真模型。 t h ec o r b ad i s t r i b u t e ds y s t e mi ni n f o r m a t i o na p p l i a n c e si ss t a t e d b a s e do nt h a t ，t h ec o n c e p to fi n t e l l i g e n ti n f o r m a t i o na p p l i a n c e s i si n t r o d u c e da n dh o w t h er u l e so ft h e i n t e l l i g e n ts y s t e m i s c a r r i e do u ti s b r o u g h tf o r w a r da t t h ee n d t h i sa r t i c l ea n a l y s e st h ec o r e so f 工a ，h o m ec o n t r o lm o d u l e a n d n e t c o n n e c t i n g m o d u l e ，a n dt h ed e v e l o p i n gs i t u a t i o na n d s p e c i a l i t yo ft h eh a r d w a r ea n de m b e d d e ds o f t w a r e ，a n dt h ep r o b l e m o ft h en e t c o n n e c t i n ga n dn e tp r o t o c 0 1 b a s e do nt h a t ，as i m u l a t e d d y n a m i cp l u g g a b l em o d e l i sb u i l tu p t h es i m u l a t e dm o d e li sr e a l i z e db a s e do nc o r b au n d e rd e l p h i 6 od e v e l o p i n ge n v i r o n m e n t d u r i n gt h i sp r o c e s s ，t h ed e t a i l sa n d k e yt e c h n 0 1 0 9 i e sa r es h o w e da n di l l u m i n a t e d a tl a s t ，o nt h eb a s i s o ft h es i m u l a t i n gr e s u l t ，t h er e a l i s t i cm e a n i n g so ft h em o d e li s a n a l y s e da n dt h ea p p l i c a b i l i t ya n df e a s i b i l i t yo fo u rd e s i g na r e d r o v e d k e yw o r d s ： 工n f o 珈a t i o na p p l i a n c e ，d i s t r i b u t e ds y s t e m c o r b a ，d y n a m i ca n dp l u g g a l e ，i n t e l l i g e n t 第l 章绪论 第1 章绪论 1 1 信息家电的发展背景和发展概况 1 1 1 信息家电的概念 2 i 世纪是数字化、网络化和知识经济的时代。随着多媒体技术与互 联网的普及，网络化正在向非计算机领域扩展。当今消费类电子电器、 计算机、软件、通信及网络正随着数字化技术的快速发展进步走向融 合，信息家电产业将成为社会又一大消费热点，并最终给人们的生活带 来革命化的变革。 把“信息家电”简单地理解为将一些家用电器与通信线路相连，使 家电获得信息类产品的某些优势，或者把某些信息类产品的某些功能进 行改进以适应家庭之用这个定义并不能反映出信息家电的本质。目 前还很难给“信息家电”下一个定义，“信息家电”是一个概念，是一门 学科领域，更是一项工程。它是数字化信息技术与家用电器控制技术的 高级融合。具体而言，是通过先进的信息技术和家电控制技术融合，使 现有产品能够充分利用当前可用的信息资源和家电资源，可以主动地发 布、获取和处理相关信息，对家电进行简单方便的远程调控，并使其能 够自动化、智能化地进行自我维护2 6 1 。 所以，信息家电应该至少包含如下三个基本要素：( 1 ) 智能化、自动 化的家用电器产品，它包括微软推出的机顶盒以及w 曲游戏机、 w e b t v ( i t v ) 、w e b p h o n e ，还有掌上电脑、手持p c 、可穿戴p c 等所有能 通过网络系统交互信息的消费类电子产品。( 2 ) 相关的网络设施和网络技 第1 章绪论 术( 如嵌入式技术、家庭信息平台、蓝牙技术、 玎技术等) ，如果没有 一种类似于服务器的枢纽性设备和支持各类家电产品或者网络协议的通 用技术，最先进的家电产品也难以跨入信息世界的门槛，这也是目前信 息家电领域中最活跃的部分：( 3 ) 提供相关服务的信息家电服务供应商， 其职能相当于目前商务领域的i s p 。 1 1 2 信息家电的发展历程 1 9 7 7 年，美国华纳电缆通讯公司开发出了最早期的q u b e ( 库贝) 交 互电视系统，它是在有线电视基础上，提供按次收费的家庭购物和m t v 等节目，每个库贝用户的电视机上都有一个机顶盒s t b ，供用户输入选 择、接收、拒绝等控制信息，这就是早期的信息家电产品。历经2 0 多年 的技术发展，人们通常所说的机顶盒尽管采用了许多新技术、新功能， 如接收数字电视和i n t e m e t 浏览等，但仍然不能从根本上满足目前迅速 发展的数字化信息家电控制及网络化的需求埔】。 p c 经过2 0 多年的迅猛发展之后，微软适时地抓住了人们的这一需 求，面向广阔的中国市场，雄心勃勃地推出了它的“维纳斯计划”。 “维纳斯”计划是微软中国研究中心经过对中国信息与家电市场结 构深入分析后，针对中国市场推出的一款信息家电解决方案。这种产品 类似于机项盒( s t b ) ，内置固化了w i n d o w sc e 和基本应用软件的 r o m ( 只读存储器) ，在联结方面，一头连接电视机，一头连接键盘和鼠 标。作为一种可上网的家电，“维纳斯”即开即用，易学易用，为学习机、 v c d 等家电产品提供了一个升级方案，人们通过电视可以上网“冲浪”， t 维纳斯，计划的优点是显而易见的。但“维纳斯”也存在问题，它没有 第1 章绪论 利用有线电视线路，仍要靠电话拨号上网，失去有线电视网带宽、兼容 性强、传输容量大的优势，比如现在传统电视3 5 0 线的分辨率不能清晰 地显示要浏览的页面。然而“维纳斯”又具有一般家电产品不具有的能 力，她巧妙地运用电视、v c d 、电话的功能，用机项盒充当桥梁，使用 户不用学习复杂的应用软件即可像切换电视频道样轻松自如上网，实 现人们教育、购物、游戏、交友、娱乐、经营的互动梦想，同时也改造 了原有的旧家电，使原有的家电升级。比尔盖茨前脚走，美国国家半导 体公司总裁赫拉随之出现在北京世界计算机博览会上。他在推销概念的 同时还带来了产品：顶置盒( 可使电视上网) ，d v d ( 具备上网功能) ， w 曲p a d ( 便携上网设备) ，单芯片扫描仪等。 一波末平，一波又起。中科院凯思软件集团针锋相对地提出了称为 “女蜗”计划的嵌入式操作系统。它的构想和功能与“维纳斯”相似， 但同时还有所占系统资源少、硬件环境开放、成本低、汉字操作方便等 特点。比如前面提到的分辨率问题，凯思掌握的技术，可以根据电视的 扫描线数自动选择让用户看清的字形字体。就这样，在计算机微型化趋 势、专用化趋势、3 c ( c o m p u t e r ，c o n i c a t i o n ，c o n s u m e r e l e c t r o n i c s ) 融合的趋势下，借助于几个世界顶尖级人物的力量，共同拉开了中国信 息家电革命的序幕。 1 9 9 9 年，日本s o n y 公司提出“家庭服务器”，这个服务器可以“外 接电话网、互联网、有线电视网和卫星网，内接电视机、录象机、电话 机等，承担家庭信息接收、分配、记录、显示任务，又称为“家庭信息 控制塔”。 第1 章绪论 2 0 0 0 年初，微软公司提出“家庭网络标准”，“目标是要将一个家庭 的所有电器都置于它的管理控制之下”，并提出一个家庭“即插即用标 准”，这种软件将允许不同设备很容易地被联入“家庭网络”，这个家庭 网络还可以管理家庭的安全监视系统 同年，i b m 公司也推出了“家庭主任”，目的也在于简便地建设一 个“家庭网络” 同年，美国半导体公司提出“有一个方便易用的装置放在客厅里( 而 不像电脑放在书房里) 可以统一控制家中各种提供娱乐的家庭电器，生活 会多姿多彩” 2 0 0 0 年，美国旧金山推出“家庭住宅网络系统”，称为“家庭电路 控制中心”，可控制电视、音响、电灯、安全系统，也可在电视机上监视 室外目标，监看婴儿房动静等。 2 0 0 0 年7 月，日立、东芝、飞利浦等八大公司共同提出“家用音频 视频协同工作技术”，其目的在于快速连接家中各种电器，并以电视机为 中心，控制所有电器等。此后，飞利浦又推出多媒体家庭平台可见， 国外企业对市场需求非常敏感。 国内企业对信息家电这块市场也很热衷，2 0 0 0 年2 月2 7 日，我国有 的专家提出“家庭管理器”方案，目的在于控制电视、音响、录象机、 照明、可视对讲和家庭保安装置等。 2 0 0 0 年5 月1 8 日，中国电子报专家评论，当前组合电器采用“硬 组合”( 两、三种电器制成一体) ，组合电器虽是社会需求，但存在不可 分拆带来的一系列致命缺点，呼吁求新、求异、个性化的“软组合”电 第1 章绪论 器。 2 0 0 0 年7 月5 日，我国信息产业评论家呼吁“如果有一种将所有家 用电器连接在一起，实现自动控制并具有上网功能的家庭智能控制中 心”，那么预计每年我国会有3 0 0 0 万台市场。 2 0 0 1 年，海尔推出d v d 电视，康佳等推出网络电视，长虹推出监 视电视，创维推出保安电视，裕兴推出电脑v c d ，新天利推出游戏v c d ， 三诺推出“一分钟接线搞定”家庭影院 2 0 0 1 年，t c l 推出坝d ，海尔推出“e 家庭” 2 0 0 2 年，i b m 和贝尔大西洋电话公司宣布，他们将与建筑商合作， 为消费者提供由它们研制的智能化住宅。这种新住宅墙壁内将安装“家 庭管理系统”网络设备，用户能通过预设的指令遥控家中的任何电器。 这个管理系统可使一个家庭中的几个电脑联网，共用一个帐号，均可上 网；可使一台录像机发出的信号，几台电视机同时收看；手持一个遥控 器，可以启闭、调整室内的安全系统、空调系统、照明系统、供热系统 以及厨房设备等所有家用电器。 1 2r 队的发展概况 1 2 1 c o r b a 的基本概况 c o r b a ( t h e c o m m o n 0 b j e c tr e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e ：通用对象 请求代理结构) 是一个分布式的面向对象应用架构规范，它是由o m g 研 究组在8 0 年代末提出，在9 0 年代逐步完善，形成现在被软件行业普遍 第1 章绪论 认可的标准c o r b a 1 1 0 p 规范3 0 。c o r b a 的开发者o m g 最初由 3 c o m 、a m e r i c a n a i r l i n e s 、c a n o n 、d a t a g e n e r a l 、h e w l e t 七一p a c k a r d 、p h i l i p s 、 s u n 和u h i s y s 等八家公司在1 9 8 9 年组建，专门从事公共软件平台的研 究和行业标准的制订，目前已经有8 0 0 多个成员单位加入0 m g 。 c o r b a 是在当今快速发展的软件与硬件资源的情况下发展出的一 种新技术。它可以让分布的应用程序完成通信，无论这种应用程序是什 么厂商生产的，只要符合c o r b a 标准就可以相互通信。c 0 砌3 a1 1 于 1 9 9 1 年由o m g 提出，同时还提出了接口定义语言i n t e r f a c ed e f i n i t i o n l a n g u a g e ，i d l ) 以及能够让客户服务器对象在特定的0 r b ( 对象请求 代理) 实现中进行通信。而1 9 9 4 年提出并被采纳的c o r b a2 0 标准才 真正实现了不同生产厂商问的互操作性5 1 。 c o r b a 是对象管理组织( 0 m g ) 在分布式对象项目方面资助的一个 工业标准。c o j a 只是一个标准，它是为了实现分布式计算而引入的。 为了说明c o r b a 在分布式计算上有何特点，我们从它与其它几种分布 计算技术的比较中进行说明。 与过去的面向过程的r p c ( r e m o t e p r o c e d u r ec a l l ) 不同，c o r b a 是 基于面向对象技术的，它能解决远程对象之间的互操作问题。m i c r o s o r 的d c o m ( d i s t r i b u t e dc o m p o n e mo b j e c tm o d e l ) 也是解决这一问题的，但 它基于w i n d o w s 操作系统，尽管d c o m 已有在其他操作系统如s u l l s o l a r i s ，d 谵i t a lu 1 1 i x ，i b mm v s 上的实现，但毫无疑问，只有在微软的 操作系统上才会实现得更好。而只有c o r b a 是真正跨平台的，平台独 立性正是c o r b a 的初衷之一。另一种做到平台无关性的技术是j a v a 第l 章绪论 砌v i i ( r e m o t em e m o d i n v o c a t i o n ) ，但它只能用j a 、，a 实现。c o 砌a 与 此不同，它通过一种叫i d l ( i n t e r 最l c e d e f i n i t i o n l a n g u a g e ) 的接口定义 语言，能做到语言无关，也就是说，任何语言都能制作c o r b a 组件， 而c o r b a 组件能在任何语言下使用。 因此，可以这样理解c o r b a ：c 0 砒n 一种异构平台下的语言无 关的对象互操作模型。即，c o r b a 的设计是独立于平台和语言的，因 此c o r b a 可以在任何平台上运行，可以定位在网络的任何地方，能够 使用任何有i d l ( i n t e r f a c ed e f l n i t i o nl a n g u a g e ) 映射的语言。 1 2 2 c o r b a 的发展与演化 近年来，随着互联网技术的日益成熟，公众及商业企业正享受着高 速、低价网络信息传输所带来的高品质数字生活。但是，由于网络规模 的不断扩大以及计算机软硬件技术水平的飞速提高，给传统的应用软件 系统的实现方式带来了巨大挑战。 首先，在企业级应用中，硬件系统集成商基于性能、价格、服务等 方面的考虑，通常在同一系统中集成来自不同厂商的硬件设备、操作系 统、数据库平台和网络协议等，由此带来的异构性给应用软件的互操作 性、兼容性以及平滑升级能力带来了严重问题。另外，随着基于网络的 业务不断增多，传统的客户服务器( c s ) 模式的分布式应用方式越来 越显示出在运行效率、系统网络安全性和系统升级能力等方面的局限性。 为了解决分布式计算环境( d c e ，d i s t r i b u t e dc o m p u t i n g e n v i r o n m e n t ) 中不同硬件设备和软件系统的互联，增强网络间软件的互 第1 章绪论 操作性，解决传统分布式计算模式中的不足等问题，对象管理组织 ( o m g ) 提出了公共对象请求代理体系结构( c o r b a ) ，以增强软件系 统间的互操作能力，使构造灵活的分布式应用系统成为可能。 正是基于面向对象技术的发展和成熟、客户服务器软件系统模式 的普遍应用以及集成已有系统等方面的需求，推动了c o r b a 技术的成 熟与发展。作为面向对象系统的对象通信的核心，c o r b a 为当今网络 计算环境带来了真正意义上的互联。 1 2 ，3 c o r b a 特性 c o r b a 规范在基于网络环境的分布式应用环境下实现了应用软件 的集成，使得面向对象的软件在分布、异构环境下实现软件组件的可重 用性、可移植性和互操作能力。其特性可总结为如下几个方面： c o r b a 使用了面向对象的技术。 允许软件对象在不同的操作系统平台和应用程序之中重复的使用。 所以一旦程序员设计并且测试完c o a 对象的编写之后，这些对象就 可以在各种操作系统之中让客户端应用程序或浏览器调用使用。 引入中间件作为事务代理，用于传递客户向服务对象提出的业 务请求以及返回服务对象中方法的运行结果。 c o r 队使用了接口技术。 采用接口技术后，操作的声明与实现可以分开进行。每个c o r b a 服务器都公布一个接口，该接口列出了它的方法和所支持的数据类型。 对于调用者来说实现的细节被隐藏起来。 第1 章绪论 位置透明性。 c o r b a 对象可以被放置在任何地方。当某个c o r b a 客户端应用 调用一个服务器对象时，客户端并不知道服务器在什么地方。客户端进 行操作，就好像服务器对象就运行在本地自己的进程空间一样。 程序语言无关性。 这意味着程序员可以使用c c + + ，j a v a ，s m a l l t a l k ，c o b o l 以及d e l p h i 来开发c o i m a 对象以及客户端应用程序。当然程序员也可以混合使用 各种语言来开发c 0 砌j a 应用系统。为了确保这些语言能够互相操作， c o r b a 对象通过其他对象公布的接口与它们进行交互。每个服务器都 必须遵循接口定义，因为编程语言各不相同，所以客户端无法得知服务 器端的任何实现细节。 多平台多操作系统。 例如程序员可以使用j a v a 开发能够执行于数十种平台中的c o r b a 对象，然后在窗口操作系统中使用d e l p h i 开发客户端应用程序，并且使 用这些在i n 平台执行用j a v a 编写的c o r b a 对象的服务。例如现在 l i n u x 非常流行，许多人希望使用l i n u x 作为后端的平台，w i n d o w s则 使用在客户端。在这种结构中使用c o r b a 就很适合。 1 3分布式系统和中间件的发展概况 1 3 1 分布式技术的发展和介绍 现代计算机技术迅速发展，特别是h n e m e t 的出现，使计算机的应用 第1 章绪论 位置透明性。 c o r b a 对象可以被放置在任何地方。当某个c o r b a 客户端应用 调用一个服务器对象时，客户端并不知道服务器在什么地方。客户端进 行操作，就好像服务器对象就运行在本地自己的进程空间一样。 程序语言无关性。 这意味着程序员可以使用c c + + ，j a v a ，s m a l l t a l k ，c o b o l 以及d e l p h i 来开发c o i m a 对象以及客户端应用程序。当然程序员也可以混合使用 各种语言来开发c 0 砌j a 应用系统。为了确保这些语言能够互相操作， c o r b a 对象通过其他对象公布的接口与它们进行交互。每个服务器都 必须遵循接口定义，因为编程语言各不相同，所以客户端无法得知服务 器端的任何实现细节。 多平台多操作系统。 例如程序员可以使用j a v a 开发能够执行于数十种平台中的c o r b a 对象，然后在窗口操作系统中使用d e l p h i 开发客户端应用程序，并且使 用这些在i n 平台执行用j a v a 编写的c o r b a 对象的服务。例如现在 l i n u x 非常流行，许多人希望使用l i n u x 作为后端的平台，w i n d o w s则 使用在客户端。在这种结构中使用c o r b a 就很适合。 1 3分布式系统和中间件的发展概况 1 3 1 分布式技术的发展和介绍 现代计算机技术迅速发展，特别是h n e m e t 的出现，使计算机的应用 第1 章绪论 范围更为广阔，许多应用程序需在网络环境的异构平台上运行这一切都 对新一代的软件开发提出了新的需求，如何把分布式异构系统集成起来， 并开发新的应用是一个非常现实而困难的问题为解决分布异构问题，人 们提出了中间件( m i d d l e w a r e ) 的概念中间件是位于平台( 硬件和操作系 统) 和应用之间的通用服务，这些服务具有标准的程序接口和协议，针对不 同的操作系统和硬件平台，它们可以有符合接口和协议规范的多种实现 在数据交换时，处于分布异构环境的用户只需向网管数据访问平台指明 他需要什么数据，便可由平台通过中间件取得数据，并发送给用户【2 7 1 ， 1 3 2 中间件的产生与发展 随着计算机技术及其应用的发展，五花八门的软硬件产品面世， 由于资金投入和信息系统建设的渐进性以及产品的服役周期性，不可避 免地形成了多厂商产品并存的异构环境局面。对于用户和软件开发工程 师来说，如何屏蔽不同厂商产品的差异? 如何减少应用软件的系统集成 的工作复杂度? 则成为软件工程和系统集成的重大技术课题。 尽管“开放性”原则已成为共识，但是，由一个厂商去统多种产 品之问的差异是不现实的，这个问题由用户通过应用软件去弥补也不可 能，于是中间件应运而生。中间件的初衷是一种屏蔽异构和分布所导致 集成和共享的各种复杂技术细节而使技术问题简单化的软件工程技术和 系统集成技术。 如同硬件、软件一样，中间件也是计算机系统中一种特定的组成部 分。在中间件产生前，应用软件直接运行在硬件、操作系统、网络操作 系统和数据库管理系统之上，该类技术组成应用软件的底层平台，越低 h 1 n 第1 章绪论 层越复杂，却与用户的业务并没有直接关系。因此产生了将应用软件所 面临的基于平台的共性问题进行提炼和抽象，在操作系统、网络操作系 统及数据库管理系统之上再形成一个可复用的结构或构件群，供成千上 万的不同层面、不同类型、不问领域的应用软件复用，这就是中间件。 从这里可以看出中间件位于应用软件与计算机操作系统、网络操作系统 以及数据库管理系统之间，而且是各种应用软件可复用的。由于其独立 于应用软件，并且可复用，因此，有人也把这类早期的、传统的、狭义 的中间件划为操作系统的扩展部分。 中间件的定义有多种模式。看问题的角度不同，反映问题的本质不 同，定义的形式也不同。早期的中间件是指处于操作系统和应用程序之 间的系统软件。将一组中间件的集成，则称之为平台，这里的平台一般 专指运行平台。有的也指开发平台。分布式系统一般离不开系统间的通 信。因此，通信中间件是基础或核心。因此，有专家定义为“中间件= 平台十通信”。因而把中间件与系统软件( 包括操作系统、支撑软件) 和 应用软件区分开来。中间件软件是在计算机硬件和操作系统之上，支持 应用软件开发运行的系统支持软件，是分布式应用的一个标准平台。在 诸多中间件定义中，人们推荐i d c 的表述：中间件是一类独立的系统软 件或服务程序，实现分布式应用在不同技术之间的资源共享。中间件是 一类而不是一种软件，是基于分布式处理或应用的软件，最突出的特点 是实现应用之问的互操作和资源共享。 从广义角度讲，中间件又是不同应用之间、不同模块之间的适配器 ( a d 印t e r ) 、粘合剂( g l u e ) 、网关( g a t e w a y ) 、桥梁( b r i 始e ) 、交换器 第1 章绪论 ( s w i t c h ) 和接口( i n t e r f ；璩e ) ，而且是适用于不同硬件、操作系统、网 络协议、数据库、应用软件之间的可复用的构件或平台及其集合。是人 们常说的实现“无缝集成”、“即插即用”的基础软件。 中间件产品应用的优点如下：提高应用软件开发效率，缩短开发周 期，降低开发成本，提高开发质量；保护现有硬件、网络、软件资源， 方便系统集成；便于系统升级、维护、扩充和移植，适应业务流程重组， 延长应用软件的生命周期，降低运行维护成本。据国外公司估计，开发 周期可缩短2 5 一5 0 ，应用系统可节省系统资源7 5 ，运行成本可减 少5 0 ，而自行开发中间件则增加成本1 0 0 一4 0 0 。 1 4 本论文的主要内容 第一章概述部分，分析了信息家电、c o i 国a 和分布式系统的发展 概况，给出了本文课题研究和研究方案选择的背景。 第二章重点讨论了分布式系统和利用c o r b a 实现智能信息家电的 分布式软件架构，通过分析智能信息家电的具体实现，指出采用基于 c o r b a 的分布式系统是一个合理的选择。 第三章重点讨论了智能信息家电网络实现的核心要素，在此分析的 基础上，构造了一个通用的动态可插拔的智能信息家电网络模型。 第四章重点讨论了信息家电仿真模型的具体实现环节，本文采用了 d e l p h i + c o r b a 的模式来实现这个信息家电仿真模型，并在最后针对仿 真的结果对信息家电网络的模型的架构进行了分析。证明了本文仿真研 究的必要性和有效性。 第2 章基于c o r b a 的信息家电网络的分布式系统开发 第2 章基于c o r b a 的信息家电网络的分 布式系统开发 开发分布式多层应用系统在现在似乎是所有开发工具，数据库厂 商，i n t e m e t i n t r a n e t 工具，以及操作系统厂商都大力鼓吹的应用系统结 构。对于信息家电组成的网络来说，网络中的信息家电多种多样，而且 家电设备可能会频繁的接入和退出整个网络，采用分布式的结构来开发 出家电网络应用系统必然是一个趋势口l 。 2 。1分布式系统的发展概况睛1 近年来，随着互联网技术的蓬勃发展，使得大型机逐渐退出历史舞 台，各种网络工作站服务器成为现在计算应用的主角。终端用户获得了 比以前更为强大的处理能力，分布于各处的硬件资源也拥有了比以前更 强大的处理能力，组成了桌面计算机，工作组服务器，小型机以及把它 们互相连接起来的网络为基础的硬件体系，以后甚至一些智能家电等有 限计算机能力的设备也参与到这个体系来。这对软件技术的发展提出了 迫切的要求开发更适合这些分布式硬件资源发挥潜力的软件环境， 在多种资源间进行分布式相关的处理不仅在理论上更值得研究和探讨， 而且在实际应用中更具有显著的现实意义。如今，分布处理技术已成为 计算机发展研究的热点。数年来，针对分布式处理，人们研制出了多种 1 1 第2 章基于c o r b a 的信息家电网络的分布式系统开发 处理机制并在实践上加以应用，其中包括简单纯粹的数据共享到复杂的 多层次服务支持系统。 首先应运而生的是客户机l s n 务器两层分布式系统( 见图2 1 ) 。由 于客户机朋艮务器结构很适合一般的m i s 系统，只要应用系统的客户端 数目在2 0 0 个用户之内并且是在同一个区域中，那么客户机i n 务器结构 在执行m i s 系统时便己经足够了。客户机服务器结构虽然能够平顺的 执行般的m i s 应用系统，但是这种结构本身也包含了些问题。客户 机服务器结构的问题便在于客户机服务器结构经常把应用系统的企 业逻辑编写在客户端的应用程序之中，因此当应用系统需要改变时，所 有在客户端的应用程序都必须改变，这对于m i s 系统的维护来说成本实 在太高了。虽然有一些企业把系统逻辑改写在数据库之中，但是这样的 结构有更大的问题，因为如此一来不但应用系统都绑定在特定的数据库 上，此外许多应用逻辑的程序代码并不适合在数据库之中执行，因为使 用大量计算的程序代码会严重的拖累数据库的执行效率。 田2 一l 客户机，服务器结构示意圈 加上近年来i n t e m e t i n t r a n e t 的兴起对于企业运作的方式几乎有巨大 的影响，因为许多企业在这个竞争激烈的时代都必须加快企业的步伐。 1 4 第2 章基于c o r b a 的信息家电网络的分布式系统开发 比如在图2 1 的客户机朋艮务器结构中，由于i n t e m e t i n t r a n e t 的需求，因 此企业可能必须开放产品查询的信息给所有在i n t e m e t i n t r a n e t 上潜在的 客户，因此企业主管会要求m i s 之中的产品系统必须能够让客户使用浏 览器来查询所有的产品信息。 为了解决这个问题，m i s 人员可能会在企业内部架设一台w e b 服 务器，然后使用c g i ，i s a p i n s a p i 或是a s p 的技术再把提供产品信息 的应用逻辑重新编写一次，并且分发到w e b 服务器让所有潜在的客户能 够使用浏览器查询到产品信息。当应用系统使用这种结构之后，事实上 整个系统的结构已经进入分布式的结构了。因为现在系统中除了后端的 数据库服务器之外，另外还有一台w e b 服务器。可是使用这种结构也有 许多的问题，那就是当原先任何的m i s 系统需要提供i n t e m e t i n t r a n e t 的存取方式时，旧的m i s 系统都必须以新的软件技术编写一次。这种重 复开发的成本非常的昂贵，而且当企业的运作流程改变时也必须同时修 改两个系统，又增加了运作的成本。 圈2 - 2 客户机，服务嚣结构加入i n t e r n e c i n t r a n e t 存取能力的结构 第2 章基于c o r b a 的信息家电网络的分布式系统开发 为了解决这些重复开发应用系统的成本以及为了增加应用系统的 重复使用性，发挥面向对象分析面向对象设计的功能，因此分布式结 构也有了结构上的改变和进步。那就是导入所谓的应用程序服务器。应 用程序服务器简单的说就是一个包含企业逻辑的应用程序，软件开发人 员以一种特定的组件形态，例如m i c r o s o f t 的c o m d c o m ，c o r b a 对象，或是e n t e r p r i s ej a v ab e a n 等，封装企业的逻辑程序代码。这种经 过封装，能够执行特定企业功能的对象便称为“企业对象”，然后把这些 企业对象分发到此应用程序服务器。当应用程序服务器包含了许多的企 业对象之后，那么软件开发人员就可以在开发企业应用程序时使用这些 在应用程序服务器之中的企业对象提供的服务。例如如果在应用程序服 务器之中已经有了能够提供产品信息的企业对象，那么当开发人员需要 编写一个更新产品信息的m i s 应用程序时，就可以直接使用在应用程序 服务器之中的产品企业对象。此外如果还需要让i n t e m e t i n t r a n e t 上潜 在客户能够查询产品信息时，也可以使用c g i 或是i s a p i 等技术存取在 应用程序服务器之中的产品企业对象的服务来满足客户的查询。而当企 业决定改变产品处理的流程时，只需要修改应用程序服务器之中的产品 企业对象，那么m i s 应用程序以及使用浏览器的客户都可以方便的使用 到最新的企业处理流程。 采用这种包含应用程序服务器的结构有许多的好处，除了可以增加 企业对象的重复使用性之外，整个系统的开发和维护成本都立刻的降低 下来了。图2 3 便是一个典型分布式应用系统的结构图。 第2 章基于c o r b a 的信息家电网络的分布式系统开发 圈2 - 3 使用应用程序服务器的分布式应用系统 图2 。3 的结构就是所谓的分布式应用系统，因为整个应用系统的执 行是分成数个不同的部分并且执行在不同的机器之中。由于分布式结构 把系统不同的运作部分分布在独立的机器之中，所以整个应用系统的延 展性也大为提升。由于分布式应用系统强调系统的稳定性、延展性以及 执行效率。所以现在有许多的分布式应用系统提供了容错能力以及负载 平衡的能力。在具备容错能力和负载平衡的能力的分布式应用系统中， 主要是在应用程序服务器部分提供多台不同的应用程序服务器，当客户 端应用程序或是w 曲服务器需要使用企业对象的服务时，可以依据目前 每一台应用程序服务器的负荷以及是否可以提供服务的情形来动态决定 连结到那一台应用程序服务器之中。图2 - 4 便是采用这种结构的分布式 应用系统。 圈2 - 4 提供客话能力和负载平街的分布式应用系统结构 第2 章基于c o r b a 的信息家电网络的分布式系统开发 由于分布式结构牵涉到许多不同的软件元素，因此一个支持分布式 应用系统的开发工具也必须能够同时的开发，制作这些不同的分布式元 素。例如中介应用程序服务器之中的企业对象，客户端的应用程序以及 w e b 服务器之中的执行程序等。 2 2 分布式的系统结构 虽然每一家软件厂商提倡的分布式多层应用系统结构都不太一样， 但是目前最广为流行以及被大家所接受的分布式结构大致上可以分为以 两种不同分布式技术为骨架的系统结构。这两种不问的分布式技术分别 是由m i c r o s o f t 制定的c o m d c o m c o m 十以及其它众多厂商，包括 s u n ，i b m ，i n p r i s e ，n e t s c a p e 等提倡的以c o r b a 为核心的分布式结构。 目前分布式结构使用的核心大致上可以分别两种不同的工业标准， 第一种是m i c r o s o f t 制定的c o m d c o m 以及c o m + ，第二种则是由 7 0 0 多个厂商共同提倡的c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e r a r c h i t e c t u r e ) 1 0 l 。由于分布式结构的广为流行，所以现在也有愈来愈多 的分布式技术是根据这两种分布式核心技术再加以演进而产生的，例如 e j b ( e n t e r p r i s ej a v a b e a n ) 等。这两种不同的分布式技术各有不同的优 缺点，基本上m i c r o s o f t 的c o m d c o m c o m 十是以w i n d o w s 为中 心的开发环境，而c o r b a 则是平台中立的分布式技术。c o r b a 能够 执行于w i n d o w s ，u n i x 以及l i n u x 等操作系统之中。但是不管是哪 一种分布式技术，基本上这些分布式技术都允许软件开发人员能够在应 用程序中轻易的使用企业对象所提供的服务。 第2 章基于c o r b a 的信息家电网络的分布式系统开发 由于分布式结构牵涉到许多不同的软件元素，因此一个支持分布式 应用系统的开发工具也必须能够同时的开发，制作这些不同的分布式元 素。例如中介应用程序服务器之中的企业对象，客户端的应用程序以及 w e b 服务器之中的执行程序等。 2 2 分布式的系统结构 虽然每一家软件厂商提倡的分布式多层应用系统结构都不太一样， 但是目前最广为流行以及被大家所接受的分布式结构大致上可以分为以 两种不同分布式技术为骨架的系统结构。这两种不问的分布式技术分别 是由m i c r o s o r 制定的c o m d c o m c o m 十以及其它众多厂商，包括 s u n ，i b m ，i n p r i s e ，n e t s c a p e 等提倡的以c o i 迅a 为核心的分布式结构。 目前分布式结构使用的核心大致上可以分别两种不同的工业标准， 第一种是m i c r o s o f c 制定的c o m d c o m 以及c o m + ，第二种则是由 7 0 0 多个厂商共同提倡的c o r b a ( c 0 1 1 1 i n o no b j e c tr e q u e s tb r o k e r a r c h i t e c t u r e ) 【1 0 1 。由于分布式结构的广为流行，所以现在也有愈来愈多 的分布式技术是根据这两种分布式核心技术再加以演进而产生的，例如 e j b ( e n t e r p r i s ej a v a b e a l l ) 等。这两种不同的分布式技术各有不同的优 缺点，基本上m i c r o s o f c 的c o m d c o m c o m 十是以w i n d o w s 为中 心的开发环境，而c 0 砌；a 则是平台中立的分布式技术。c 0 a 能够 执行于w i n d o w s ， 1n 以及l i n u x 等操作系统之中。但是不管誊蔷 一 x 第2 章基于c o r b a 的信息家电网络的分布式系统开发 当客户端应用程序在使用企业对象的服务时，这些分布式技术都会 让应用程序在调用企业对象时看起来就像是这些企业对象就存在于本地 的机器之中一样，应用程序程序员并不需要编写复杂的网络程序代码以 便调用事实上是位于远程机器之中的企业对象。基本上这两种分布式技 术都是在客户端机器之中以一个特别的对象来仿真真正的远程企业对 象。如此一来客户端应用程序就可以调用在客户端机器中仿真的对象来 存取远程企业对象的服务，而当客户端仿真对象被应用过程调用时，这 个仿真对象再使用特定的通讯协议来真正的调用远程企业对象的服务以 满足客户端应用程序的要求。 由于有了客户端仿真对象，所以软件开发人员在编写客户端应用程 序时便非常的方便，不需要了解或是编写网络通讯协议的程序代码。如 此一来可以大幅增加软件开发人员的生产力。虽然c o m d c o m c o m + 和c o r b a 都是使用类似的观念来实现这种远程调用结构，但是 这两种分布式技术在仿真对象的名称上却有一些差异。图2 5 和2 6 分别是这两种分布式结构使用的通讯协议以及在客户端仿真对象，以及 服务端仿真对象的名称。 丽2 5m i c r o ，f o t 的分布式技术以d c o m 通讯协议为主 第2 章基于c o r b a 的信息家电网络的分布式系统开发 圈2 6c 0 r b a 分布式技术使用o p 通讯协议调用远程企业对象 除了基本的远程对象调用之外，一般来说分布式技术也会提供些 核心服务来帮助软件开发人员开发分布式应用系统。这些核心服务会依 据用户对于分布式应用系统的安全强固的要求，安全性和延展性的要求 而有所不同。但是有几个最重要的核心服务几乎是每一个分布式技术都 会提供的，这些核心服务分别是：交易管理( t 眦s a c t i o nm a l l a g e m e n t ) 、 一致性的保护、安全服务( s e c u r 时) ，在分布式应用系统中安全是很重 要的，因为你绝对不希望提供服务的企业对象能够被任何人使用，只有 经过授权的人才能够使用授权的企业对象。c o m d c 0 m 使用 、矾n d o w sn t 的安全接口来提供分布式应用系统基本的安全保护，m t s 以及c o m 十则提供了更为简易的接口来提供安全能力。在c o r b a 中 则以安全服务来提供应用系统基本的保护，此外c o m d c o m c o m + 和c o 融a 也允许软件开发人员使用s s l ( s e c u r es o c k e tl a y e r ) 对资料进行加密和解密的能力，让只有被授权的人才能够看到应用系统 的资料。 2 3 分布式结构的优点 分布式结构的出现是为了解决客户机服务器结构在维护上需要非 第2 章基于c o r b a 的信息家电网络的分布式系统开发 常大的成本，尤其是当客户端在不同的区域时。此外也是为了改善客户 机服务器结构延展性的问题，因为客户机朋艮务器结构能够支持的客户 端用户人数有一定的限度，当客户端用户的数目超过2 0 0 人的时候，客 户机朋展务器结构的执行效率便开始下降1 5 】o 对于i n t e m e t i n t r a n e t 和电 子商业等应用系统而言，这种数目的客户端用户人数限制是无法忍受的， 所以需要使用更具延展性的分布式结构来克服这个问题。 另外从重复使用的角度来看，分布式结构也是优于客户机服务器 结构的，分布式结构能够强迫软件开发人员以企业对象的形态编写应用 逻辑，进而允许其它系统或是i