（通信与信息系统专业论文）下一代网络自适应业务体系中的业务发现技术研究.pdf

南京邮电火学硕l ： i j f 究生学位论文摘要 摘要 下一代网络( n g n ) 的一个重要特点就是网络能力将向业务提供者开放，从而可形成 众多独立于网络运营商的业务运营商。论文研究的自适应业务发现技术，就是着眼于在这 样一个多运营商、多种接入网络的环境中，如何根据用户偏好、业务特性和网络环境等多 种因素，快捷地为用户提供所需的业务。它是n g n 业务体系中的一个重要技术，在国际上 提出不久，具有较大的研究空间。 论文总结笔者参与国家自然基金项目“下一代网络自适应业务体系结构及关键技术” 的研究心得，围绕固定网和移动自组织网( m a n e t ) 中的业务发现技术进行深入的研究 和探讨。 论文首先简单介绍了下一代网络业务技术以及所参加项目提出的自适应业务体系，接 着概述业务发现技术，对比分析s l p 、j i n i 、u p n p 和u d d i 四个常用的发现协议，指出它 们的不足之处，然后分析了下一代网络中业务发现相关的自适应技术。在此基础上，提出 了面向固定网环境的下一代网络自适应业务发现系统( a d a p t i v es e r v i c ed i s c o v e r ys y s t e m ， a s d s ) 的设计，详细阐述了系统结构以及业务描述技术、业务匹配技术和上下文感知过 滤技术，给出了详细的业务发现流程。进一步，又针对m a n e t 应用环境，提出了一种基 于业务发现区( s e r v i c ed i s c o v e r y a r e a ，s d a ) 的业务发现机制，详细阐述了该机制的设计 原理，给出了s d a 自动建立方法、s d a 重叠覆盖检测算法、基于s d a 的业务发布和业务 发现协议实现技术。论文最后给出了s d a 机制的性能分析和仿真结果。 南京邮电大学 硕士学位论文摘要 学科、专业： 工学通信与信息系统 研究方向： i p 与宽带网络技术 作 题 2 0 0 5 级研究生 陈远指导教师糜正琨 目：下一代网络自适应业务体系中的业务发现技术研究 英文题目：s t u d yo i ls e r v i c ed i s c o v e r yt e c h n o l o g i e s s e r v i c ea r c h i t e c t u r ei nn g n 主题词： 下一代网络移动自组织网络业务发现 环境感知 k e y w o r d s ：n g nm a n e t s e r v i c ed i s c o v e r y c o n t e x t a w a r e a d a p t i v e 南京邮t 乜人学硕上研究生学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ( n g n ) i sc h a r a c t e r i z e da sb e i n ga b l et o p r o v i d ei t sn e t w o r k c a p a b i l i t yt os e r v i c ep r o v i d e r s ，s oa st of a c i l i t a t ee m e r g e n c eo fn u m e r o u ss e r v i c e s t h i st h e s i s s t u d i e sa d a p t i v es e r v i c ed i s c o v e r yt e c h n o l o g i e sw i t ht h ep u r p o s eo fp r o v i d i n gu s e r sw i t hn e e d e d s e r v i c e sq u i c k l yi nt h ee n v i r o n m e n tw i t hm u l t i p l es e r v i c ep r o v i d e r sa n dm u l t i p l ea c c e s s n e t w o r k s s e r v i c e sa r ep r o v i d e db yt a k i n gi n t oa c c o u n ts u c hf a c t o r sa su s e rp r e f e r e n c e ，s e r v i c e c h a r a c t e r i s t i c sa n dn e t w o r ke n v i r o n m e n t s e r v i c ed i s c o v e r yt e c h n o l o g yi s v e r yi m p o r t a n ti n n g n a d a p t i v es e r v i c ea r c h i t e c t u r ea n dh a sj u s tb e e nr a i s e dr e c e n t l y t h e r ea r em a n yr e l a t e d p r o b l e m st ob es o l v e d t h et h e s i ss u m m a r i z e st h ea u t h o r s e x p e r i e n c e sa c q u i r e df r o mp a r t i c i p a t i o no fn a t i o n a l s c i e n c ef o u n d a t i o np r o je c t ”s t u d yo na r c h i t e c t u r ea n dk e yt e c h n o l o g i e so fa d a p t i v es e r v i c e p r o v i s i o ni nn g n ”，a n di n t r o d u c e si nd e p t ht h ea u t h o r si n n o va t i v ed e s i g no ft w os e r v i c e d i s c o v e r ym e c h a n i s m sf o rw i r e dn e t w o r ka n dm o b i l ea dh o cn e t w o r kr e s p e c t i v e l y t h et h e s i sb e g i n sw i t hi n t r o d u c i n gn g na n ds e r v i c e d i s c o v e r yt e c h n o l o g i e s t h e ni t a n a l y z e st h et e c h n i c a lf e a t u r e so fs e v e r a lr e l e v a n tp r o t o c o l sp r o p o s e db yi n d u s t r yi nr e c e n ty e a r s a n dp o i n t so u tt h e i rd r a w b a c k sa f t e rc o m p r e h e n s i v ec o m p a r i s o n a f t e rt h a tt h et h e s i si n t r o d u c e s s o m ea d a p t i v et e c h n o l o g i e st h a tc a nb eu t i l i z e db ys e r v i c ed i s c o v e r ya n ds h o w st h ei m p o r t a n c e o fa p p l y i n gt h e m b a s e do nt h ea b o v es t u d y , t h et h e s i sp r e s e n t st h ed e s i g no fa d a p t i v es e r v i c e d i s c o v e r ys y s t e m ( a s d s ) f o rw i r e dn e t w o r k s i td e t a i l st h es y s t e ms t r u c t u r e , s e r v i c ed i s c o v e r y p r o c e d u r ea sw e l la st h et e c h n o l o g i e so fs e r v i c ed e s c r i p t i o n ，s e r v i c em a t c h i n ga n dc o n t e x ta w a r e f i l t e r i n g f u r t h e ro n ，t h et h e s i sp r o p o s e sas e r v i c ed i s c o v e r ya r e a ( s d a ) b a s e ds e r v i c e d i s c o v e r ym e c h a n i s mf o rm a n e t i td e t a i l st h ed e s i g np r i n c i p l e si n c l u d i n gs d aa u t o m a t i c s e t t i n g u pa p p r o a c h ，s d ao v e r l a pd e t e c t i o na l g o r i t h m ，s d a b a s e ds e r v i c ea d v e r t i s e m e n ta n d s e r v i c ed i s c o v e r yp r o t o c 0 1 f i n a l l yt h et h e s i sc o n c l u d e sw i t ht h ep e r f o r m a n c ea n a l y s i sa n d s i m u l a t i o nr e s u l t so ft h ep r o p o s e ds d am e c h a n i s m 1 1 南京邮电大学 硕士学位论文摘要 学科、专业： 工学通信与信息系统 研究方向： i p 与宽带网络技术 作 题 2 0 0 5 级研究生 陈远指导教师糜正琨 目：下一代网络自适应业务体系中的业务发现技术研究 英文题目：s t u d yo i ls e r v i c ed i s c o v e r yt e c h n o l o g i e s s e r v i c ea r c h i t e c t u r ei nn g n 主题词： 下一代网络移动自组织网络业务发现 环境感知 k e y w o r d s ：n g nm a n e t s e r v i c ed i s c o v e r y c o n t e x t a w a r e a d a p t i v e 南京邮电大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 砻：远 日期：逆! 茳! 生! ! f 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电大学研究生部办理。 研究生签名：蛸：姿 导师签名： 南京邮电人学顾十研究生学位论文第一章引言 1 1论文背景 第一章引言 在过去的一个世纪中，通信网的发展主要取决于技术更新。七十年代的数字通信和八 十年代的程控交换这两项标志性通信新技术的问世就是一个明证，它们促使通信网进入一 个新的时代，获得了前所未有的大发展。然而，随着新技术层出不断地涌现和通信产业竞 争态势的日益加剧，自上世纪末开始，业务驱动网络发展的趋势已经明朗，业务和市场决 定新技术的取舍己成为人们的共识。 最早支持这一观念转换的成功网络应用就是上世纪九十年代初标准化的智能网技术。 智能网第一次提出了业务控制和网络控制分离的思想，它并没有改变原有电信网的基础技 术，却极大地提升了网络的收益，驱动全球电信网十余年的持续高速发展。这可称为通信 网的第一代业务体系结构。然而智能网本身仍然是一个封闭的、集中式的网络结构，其业 务创建构件是面向过程的，难以重用和扩展，尤其是封闭式的结构使得业务提供仍然控制 在网络运营商手中，业务提供的灵活性和有效性十分受限。 至九十年代末，在飞速发展的i n t e m e t 的强烈冲击下，通信网发生了具有历史意义的 转型，提出了下一代网络( n g n ) 的概念。和传统网络相比，n g n 的一个重要特点就是 网络必须由封闭式转型为开放式，这主要表现为网络能力将向业务提供者丌放，从而形成 一个独立于网络运营商的业务运营商，以适应开放式的i n t e m e t 业务需求和r 益智能化的 客户终端环境。在技术上，就是将各种网络能力抽象成为计算机领域中的应用编程接口 ( a p i ) 提供给第三方使用，从而在网络层之上形成一层独立的业务层。标准化的a p i 屏 蔽了底层各种网络协议和网络能力的实现细节，业务开发者可以很容易地创建和部署增值 业务。这就是当前热点研究之中的业务体系，或可称为第二代业务体系结构。 可以预见，在不久的将来，网络中可供用户选择的业务将会越来越多。如何在数量众 多的业务中找出用户所需要的业务己成为非常重要的一个问题，所以有必要在网络中提供 设计良好的业务发现机制，使得用户可以动态地、快速地、准确地发现其所需要的业务， 并通过某种方式来调用该业务。为了实现业务发现功能，需要解决描述方式、发现模式和 目录节点组织等关键问题。 近年来，人们对语义w e b 和上下文感知技术的研究不断深入，基于这两项技术的应用 也是层出不穷。笔者在进行深入的研究后，发现它们可以很好地被业务发现技术采用。语 义w e b 技术中基于语义的描述语言可以用来描述业务发现过程中涉及的业务信息和查询 l 南京邮电人学硕+ j j 研究生学位论文第一章引言 信息，从而在语义层面上实现精确的匹配，同时还可以利用上下文信息进一步筛选业务， 使业务发现的结果更加适合用户使用。笔者在第五章介绍的面向固定网环境的下一代网络 业务发现机制中有效地利用了这两项技术，提高了业务发现的自适应能力。 下一代网络还有一个发展趋势就是多种网络制式的融合。随着3 g 、w l a n 等无线技 术的快速发展，无线设备以惊人的速度开发和普及，无线用户队伍不断壮大，针对无线设 备的业务数量也是日渐增多。无线设备必将成为未来用户访问网络服务的主流方式之一。 移动自组织网络( m a n e t ) 是一种多跳的自治系统，已经开始参与个人通信网络的建立， 并成为后3 g 网络的重要形式，受到人们越来越多的关注。但是笔者发现针对m a n e t 网络 的业务发现技术的研究还很少，目前的一些业务发现机制并不能很好地适应m a n e t 网络 特性，所以笔者进一步对此进行了深入的研究。 1 2 论文内容和本人所做的工作 本论文的课题来源于国家自然基金项目“下一代网络自适应业务体系结构及关键技术 研究”。该项目的研究内容是以提供自适应业务特征为核心，提出一个新的n g n 自适应业 务体系结构，并围绕此结构研究相应的自适应业务关键技术。笔者参与研究的是业务发现 技术，属于本项目的一个研究子课题。 在导师的指导下，笔者对业务发现中的描述方式、查找模式、节点结构等重要问题有 了较深刻的理解，提出了自己的一些创新想法。论文第二章首先分析了下一代网络的特点， 介绍了项目组提出的自适应业务体系，接着介绍了业务发现系统中的六个关键技术，并通 过对现有业务发现机制进行分析比较，指出了它们的不足。这些不足为笔者的研究和创新 提供了参考和启示。第三章详细介绍了两种业务发现自适应技术：上下文感知技术和基于 语义的描述技术，这两种技术可以很好地弥补已有机制的不足。在此基础上，第四章提出 了笔者自己设计的适用于固定网环境的下一代网络自适应业务发现系统a s d s ，详细阐述 了系统的框架设计以及相应的业务描述技术、业务匹配技术和上下文感知过滤技术，给出 了详细的业务发现流程。第五章提出了笔者设计的适用于m a n e t 的基于业务发现区 ( s d a ) 的业务发现机制，详细阐述了s d a 自动建立方法、s d a 重叠覆盖检测算法以及 基于s d a 的业务发布和业务发现协议实现技术，并分析了该机制的性能特点。 2 南京i t l 9 1 1 1 人学硕+ 卜研究生学位论文第二章业务发现技术 第二章业务发现技术 2 1 下一代网络及业务 2 1 1 下一代网络功能及体系结构 本世纪以来，以软交换【lj 为核心部件的下一代网络( n g n ，n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ) 已成为电信网发展的方向，在n g n 上开发以多媒体为重要内容的融合的下一代业务是众 多电信运营商的战略目标。通过统一的业务平台提供综合业务不仅能降低网络成本，而且 能派生出许多新型的、集成的业务，为运营商创造新的利润增长点，使网络向着信息传送 更加高效、业务生成更加灵活的方向发展。 n g n 的主要技术特点是： ( 1 ) n g n 采用以i p 为核心的分组传输模式传送语音、视频和数据，采用统一的协 议对呼叫进行控制。它把呼叫控制功能、数据传输功能、媒体处理功能和终端接入功能互 相分离，形成独立的网络部件，并定义了部件之间标准的协议接口，使原来集成式的复杂 电信网成为部件可以灵活组合的分布式系统，由此实现不同业务网的互通。 ( 2 ) n g n 业务独立于网络，允许业务层和网络层技术独立开发，这样的结构支持灵 活有效的业务创建、业务部署和业务管理，使得运营商能快速提供新的业务和应用，从而 满足不断发展的业务需要。 ( 3 ) 多样化接入方式。n g n 通过中继网关支持现有各种有线网络和无线网络的互通， 通过接入网关支持各种窄带和宽带的接入方式，通过综合接入网关支持各种传统终端和智 能终端接入网络。 ( 4 ) 多业务支持。n g n 支持语音、数据、视频、图像、文本业务及其综合的多媒体 业务，并支持电信网和i n t e m e t 的融合。 ( 5 ) 优良的性能价格比，保证较低的网络建设和运营成本。 n g n 的层次结构如图2 1 所示，包括：接入与传输层( a c c e s sa n dt r a n s p o r tl a y e r ) 、 媒体传送层( m e d i aa n dt r a n s p o r tl a y e r ) 、控制层( c o n t r o ll a y e r ) 和应用业务层( n e t w o r k s e r v i c el a y e r ) 。 南京邮电人学硕十研究生学位论文第二章业务发现技术 2 1 2 下一代网络业务技术 图2 1n g n 体系结构 、l k 务层 控制层 媒体，譬送层 接入j 1 簟输j 三： 下一代网络是业务驱动的、分组化的网络，其业务与控制相分离的特点决定了可提供 业务的多样性和个性化【2 】。n g n 定义了开放的业务接i = 1 ，网络能力通过标准的应用编程接 口向业务层丌放，允许第三方业务提供商利用通信网的能力设计和开发丰富多彩的业务。 从用户的角度看，n g n 不但能提供现有业务网络能提供的所有业务，还能不断根据用户的 需求提供新的业务。从技术的角度看，n g n 综合了电信技术、计算机技术、信息技术、广 播通信技术等多种技术手段。 与现有网络提供的业务相比，下一代业务的特点主要体现为业务生成更加快速，业务 部署更加简单，用户使用更加方便，客户选择更加多样，受惠人群更加众多。 下一代网络本身是一个逐步演进的过程，因此它提供业务的方式也是多种形式并存。 n g n 业务提供方式主要有以下五种不同的方式：通过软交换设备自身提供基本业务和补充 业务；现有的传统智能网设备提供传统智能业务；增值业务应用服务器提供多媒体增值业 务；通过p a r l a y o s a 应用接口将业务开放给第三方；内容服务提供商配合提供融合业务。 在融合的大趋势下，n g n 提供了更多的业务能力和可能的业务组合，可融合通信、信息、 电子商务、娱乐等业务实现互动梦想；新型语音、数据、图像融合业务将层出不穷，业务 的提供方式也会在充分考虑继承和利用原有网络资源的前提下，向降低业务部署和维护成 本更加开放，同时满足业务快速生成部署的方向发展，以满足快速变化的业务需求。 2 1 3 下一代网络自适应业务体系 作者所在的项目组从自适应业务提供的角度出发，提出了下一代网络自适应业务体系 4 南京邮电人学硕士研究生学位论文 第二章业务发现技术 架构如图2 2 所示，该架构包括业务发现、内容适配、网络重配置、可重配置计费等模块， 它们相互配合，可以向用户提供能自动适配环境条件的最佳业务。 驽 鞫参 图2 2 下一代网络白适虑业务体系 在业务提供商侧，p a r l a y o s a 体系结构使得网络业务提供方式从智能网封闭的、面向 过程的方式发展到开放的、面向对象的方式。由于标准化的a p i 屏蔽了底层各种网络协议 和网络能力的实现细节，业务提供商可以很容易地创建和部署增值业务。 在自适应业务体系中，业务发现模块负责存储业务提供商发布的业务信息，并根据用 户的要求查找最适合用户使用的业务。内容适配模块负责在向用户提供业务时对业务内容 进行一定的选择、调整、转换等处理，使用户得到最佳的接收效果。网络自适应模块可以 实时地检测网络情况，并根据业务运行的要求，动态地调度网络资源，以确保业务的服务 质量。可重配置计费子系统负责对业务计费，可以根据计费的需要配置网络的资源度量检 测点，可针对不同的业务模式执行不同的计费方式。 业务发现模块在下一代业务体系中有其独特的作用。至今为止，电信网业务基本上都 是通过运营商的渠道提供的，用户通过签约方式获得使用业务的授权，业务功能都是预先 设定的。在下一代网络中，由于网络的开放性，可以由众多的业务运营商根据用户的需求 灵活地向用户提供业务，业务的种类和功能将不断更新，传统的经由网络运营商签约的方 式将难以适应开放式业务技术的发展方向。因此，有必要引入业务发现服务，它能根据用 户的需要，在网络中自动搜寻找到和用户需求、终端能力、网络环境最匹配的业务，起到 南京邮电人学硕：i ：研究生学位论文第二章业务发现技术 沟通业务使用者和业务提供商的作用。所以，业务发现技术是下一代网络自适应业务体系 中很关键的一项技术，有必要对其进行深入的分析和研究。 2 2 业务发现技术概述 业务发现是从业务的角度将应用对可用资源的定位和访问分丌，实现应用对资源的动 态依赖和运行中的配置能力。业务发现系统通常工作在动态变化的环境中，追求最小化的 人为管理丌销，简化业务的发现、配置和使用，为客户提供访问业务的手段。在业务发现 上下文环境中，无论业务的功能是以软件形式实现，还是以硬件形式实现，其功能接口都 应该以软件的形式呈现给应用，而这段实现可访问接口的程序，就是业务发现过程所发现 的“业务”。 一个完整的业务发现系统需要支持发现、维护、注册、更新、查询等功能，其设计应 考虑以下问题： ( 1 ) 发现业务资源和处理业务资源变化的刷新。显然，业务信息的搜集是业务发现 系统的基础，具体采用的方法和网络环境特性关系密切。例如，对于小型系统，一般通过 常舰的广播发现方法就可以搜集本地可用业务信息；但对于大规模分布式系统，发现方法 就延伸为如何适应这种系统的问题，相应的技术手段就更加复杂。 ( 2 ) 体系结构的选择。集中和分布式的结构都可以用于业务发现系统，它们各有优 缺点，如何根据网络特征、资源分布、以及应用需要选择合适的系统架构是很重要的问题。 ( 3 ) 业务信息的描述、组织和管理。网络中的业务类型是多种多样的，而且每种业 务本身都具有各种属性，可能来自不同的提供商，怎样用统一的方式分类、描述业务，并 在此基础上进行组织，是业务发现系统必须考虑的问题。 ( 4 ) 用户如何精确获得所需的业务信息。业务发现要保证用户获得真f 需要的业务。 以各种搜索引擎为例，衡量它们的一个重要指标就是能否准确地发现用户期望的信息。 另外，还包括业务发现和访问中存在的互操作、安全等问题，这对于实际的应用系统 来说也非常重要。 2 3 业务发现系统的关键技术 建立一个业务发现系统必须要解决以下关键问题。 6 南京邮电人学硕i ：研究生学位论文第二章业务发现技术 2 3 1 业务发现系统的体系结构 业务发现系统的结构主要有以下几种： ( 1 ) 独立式结构，如图2 3 所示。 用j ! 用户 业务提供商 业务提供商 图2 - 3 独立式结构 在独立式模型中，各个业务提供商独立地在网络管理范围内的公共多播通道上周期性 地声明可用业务信息，在其声明的信息中包含了所提供业务的类型、属性和位置等参数； 客户通过侦听多播通道获取所需业务的位置信息。另一方面，客户也可以在多播通道上周 期性地声明其业务请求，相应的业务提供商在监听到请求后会以单播方式响应这个请求。 这种结构的优点是简单、健壮性好，而且易于在计算能力较弱的设备上实现；其缺点是受 范围的限制比较大。因此，这种模式是在家居环境下的业务发现机制的一种比较好的选择。 ( 2 ) 集中式结构，如图2 4 所示。 用户 图2 - 4 集中式结构 在网络管理域中设置一个相当于中心数据库的业务目录服务器，业务目录服务器的位 置可以预置或在公共多播通道上周期性地广告，各种加入到网络中的业务提供者将业务的 类型、属性及位置等信息向该业务目录服务器注册，而客户只须向业务目录服务器提交所 需业务的类型和属性等方面的请求，后者根据请求返回相应的可用业务的位置信息。在业 务和客户数目增加的情况下，只须相应提高业务目录服务器的处理能力；如果要在更广的 地域范围内扩展，可以在各个业务目录服务器之间建立起相应的业务信息交换机制。集中 式结构的缺点是系统的健壮性较差，业务目录服务器的故障有可能导致整个系统瘫痪，改 进办法是增加业务目录服务器的数目，从而提高系统的可靠性，但这是以增加基础设施和 信息的冗余度以及算法的复杂性为代价的。集中式结构适用于企业网和校园网计算环境。 ( 3 ) 分散式结构，如图2 5 所示。 7 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章业务发现技术 图2 5 分布式结构 分散式结构基于域模型，对于中、大规模的网络系统，域的划分非常重要。和许多网 络系统类似，域是一个由若干主机构成的逻辑可管理群体，在域内的系统行为和管理策略 往往是一致的。对于业务发现系统来说，域代表了集中式业务发现的最大范围和分散式业 务发现的基本单位，体现了两种机制的良好融合。每个域范围内的业务信息目录服务器集 中组织和管理了通过主动或被动发现的业务信息。 在分散式结构中，每个子域都有一个目录代理( d a ) ，域内的用户可以与这个目录代 理建立连接。当用户需要获得业务信息时就向目录代理发送查询信息，代理接收到查询信 息后首先在本地进行查找，如果发现了相关的业务信息，就直接向用户返回其所需要的信 息；如果代理在本地没有找到合适的业务信息，那么代理就会根据一定的算法将这个请求转 发到其它的代理去，由其它的代理来完成这个请求，接受了请求的代理也可以继续转发给 别的代理处理。 在分散式结构中，业务资源分为全局业务资源和域内业务资源两类，前者允许跨域访 问，并且在各个子域之间可被访问，后者的发现和访问范围只局限在域内。分布式结构可 以将负载分配到各个代理中去，从而减轻了单个代理的负担，同时还可以提高系统的健壮 性，但在分散式结构中确定代理间的请求转发算法比较困难。分散式结构适用于大规模的 网络环境1 3 j ，具有很好的可扩展性。 2 3 2 业务发现机制 在域范围内，有两种业务发现方法：主动发现和被动发现，区别在于提供者与目录之 间的交互关系。如果业务信息是通过某种主动的搜索方式得到的，就是主动发现，反之就 是被动发现。 简单的主动发现过程中，业务信息目录或请求者周期性地发出广播消息，在一定网络 范围内的业务提供商一旦收到广播消息，会发送回应，将自己的业务信息告知对方。注册 8 南京邮电人学硕i 二研究生学位论文 第二章业务发现技术 注销则代表了典型的业务发现过程，业务信息目录总是提供这种接口。业务的注册需要符 合唯一性原则，即同一个业务不可能在同一个目录中被重复注册。 2 3 3 业务信息的查询 有两种基本的机制可以使业务信息请求者获得业务信息：广告和请求。 前一种方式，请求者收到关于业务信息的通告后可以联系具体的业务。请求方式中， 业务信息目录提供查询的业务，接受客户的请求，根据客户的要求提供尽量准确的业务信 息，并通过响应消息返回到客户。 2 3 4 业务描述 业务描述方法对业务发现系统的性能有着较大的影响。一个良好的业务描述机制能够 使业务提供者准确地描述其提供业务的信息，用户也可以清晰明确地表达自己的需求。要 定义一套让参与业务发现过程的各个实体都能够严格遵守的语义规则是非常困难的。 x m l 技术的迅速发展为该问题的解决带来了曙光。x m l 丰富的语义、严格的舰定、 灵活的白描述语法特性以及支持x m l 语言间的自动翻译和转换的特点，为多业务和设备 间的交互提供了关键能力，使之适合于描述和查询业务。而且，随着工业界和学术界广泛 接受，基于x m l 的系统更具开放特性和良好的互操作性，进一步显示出采用x m l 描述和 查询业务的优越性。同时也应看到x m l 对于资源受限设备来说资源消耗过大，如何为这 些设备设计出适用的业务描述和查询手段是在研究中需要关注的问题。 2 3 5 业务信息的动态更新 业务发现系统常常工作在一个高度动态的环境，因此业务的可用性在频繁变化，这是 因为业务的提供者可能会频繁地离丌或加入系统，或者业务提供者已经关闭了某个业务， 而且网络连接状态可能不会持续稳定。高度动态的环境会导致业务可用性频繁变化、网络 连接断续性以及其它一些不可预见的问题，因此要设计出任何组成部分都不会失败的业务 发现系统是不可能的，可行的设计思路应该承认不可避免的各种失效，但提供一种机制清 除失效，使系统具备一定的自修复能力，而将业务自修复机制融入业务发现系统，为业务 集的一致性视图的维护提供了更为有效和方便的途径。需要注意的是：自修复机制的目的在 于更有效地利用系统资源，但其本身又需占用系统资源，如何使其时空开销最小化，是需 9 南京邮1 1 1 人学硕- l 研究生学位论文第二章业务发现技术 要认真考虑的问题。 2 3 6 安全技术 安全性是业务发现系统中一个较为棘手的问题。发现协议需要以尽量简单的模式满足 自动化和轻量级的需求，以期获得最小的网络开销：但是，协议必须有安全性的考虑，才 能保证安全的网络传输并保护参与业务发现的实体免受恶意的攻击或利用。 为业务发现协议定义适当的安全模型和策略，业务发现功能需要提供怎样的访问控 制，牵涉到以下两方面的研究： ( 1 ) 如何确保发现业务的真实性，如何确保业务描述的真实性和隐私性： ( 2 ) 如何认证被发现业务的( 远程) 执行。 这些问题可以通过业务访问控制策略、多种授权、数字签名、携带证明代码段、加密 等办法解决。 2 4 评价业务发现系统的原则 一个良好的业务发现系统应该具有以下性质： ( 1 ) 扩展性。设计业务发现系统时，不能够局限于仅仅满足目前的需要，还要考虑 到未来的发展趋势。如果系统不具备良好的可扩展性，那么当系统中的用户量增长到一定 程度时，系统就有可能会出现崩溃。因此，良好的可扩展性是业务发现机制所必需的。 ( 2 ) 高效性。多数业务信息请求者都希望尽可能快地找到适合自己需求的业务。是 否能够帮助用户快速定位到所需要的业务是系统设计者必须考虑的问题。快速高效的查找 算法一直是构建业务发现系统的难点，特别是在业务种类繁多、业务提供者和请求者的数 量都非常巨大而且地理分布极广的广域网中，这一问题就变得更加复杂，因为不但要快速 定位，还要尽可能减少查找业务信息所带来的网络通信量。 ( 3 ) 稳定性。网络中业务的提供者可能会频繁地加入或离开系统，系统必须有能力 适应这种现象，不会因为频繁的登陆和离开操作而影响系统运行。 ( 4 ) 健壮性。健壮性对于用户而言意味着可用性，即应该随时保证用户在任何时间 都能使用系统所提供的业务。系统应该尽可能将各种故障造成的影响程度降低到最小。 1 0 南京1 1 1 1 j i l l 大学颀+ ：研究生学位论义第二章业务发现技术 2 5 现有业务发现机制分析 许多机构和组织都在致力于业务发现系统的研究，本节简要分析以下几种典型的业务 发现技术。 2 5 1 业务定位协议s l p s l p ( s e r v i c ed i s c o v e r yp r o t o c 0 1 ) 【5 l 是由i e t f 的s r v l o c i 工作组于1 9 9 7 年制定的标 准，它是基于t c p i p 协议簇建立了一个设备和应用程序自动提供或获取所需业务的发现 模式。 s l p 定义了三类实体：业务代理s a ( s e r v i c e a g e n t ，s a ) 代表业务声明其类型、位置 和属性等信息，这些信息将注册在目录代理d a ( d i r e c t o r ya g e n t ，d a ) 上；用户代理u a ( u s e ra g e n t ，u a ) ，代表应用程序执行业务发现操作，这主要是通过查询目录代理得到所 需业务的位置等信息进行；目录代理负责收集并存储业务的信息并响应用户代理的请求。 s l p 允许网络中可以没有目录代理。 s l p 有两种运行模式。当网络中存在目录代理时，它收集所有业务代理发布的信息， 用户代理以单播方式向目录代理查询所需业务的信息。在这种情况下，业务代理和用户代 理都必须首先获知目录代理的位置才可发布或请求业务。当网络中不存在目录代理时，用 户代理重复发布多播请求，相关的业务代理监听到这一请求后通过单播响应。当有目录代 理存在时，可减少带宽，提高效率。各种报文通过u d p 来发送。 s l p 中的业务代理使用业务u r l 和业务属性来声明和注册业务。业务u r l 包括业务 i p 地址、域名及端口号等信息，客户程序可以利用这个信息与、i k 务进行连接。而属性的定 义则依据因特网号码指派局i a n a 专门为s l p 制定的业务模板。应用程序与业务之间的实 际交互过程和方式与s l p 相独立。 s l p 允许多个目录代理协作以提高健壮性，并能扩展到较大型的企业网，同时可通过 添加一定的策略来控制用户对业务的访问。 2 5 2jini 技术 j i n i 6 1 是s u n 在j a v a 基础上建立的面向对象的分布式计算技术，业务发现机制足其重 要组成部分。在j i n i 中，硬件设备和程序都用业务来表示，而业务实际上就是j a v a 对象， 其功能通过接口表示。由于业务的发现与访问完全通过j a v a 实现，其通信机制也是建立在 1 1 堕塞唑! 坚尘堂婴：! 型! 壅竺兰篁丝兰翌二三至些箜垄塑垫查 r m i ( 远程方法调用) 的基础上，因此，j i n i 的运行完全依靠j a v a 环境。j i n i 中的主要实 体为业务、客户和查找服务( l o o k u ps e r v i c e ) 。查找服务存储业务的接1 ：3 和属性值等信息， 以适应客户的业务请求。 j i n i 的业务发现框架与s l p 十分相似。当客户和业务加入网络中后，首先以多播的方 式请求查找服务，查找服务收到请求后向其返回一个查找业务代理，然后用户和业务便可 以通过这个代理与查找服务进行通信。设备或应用程序可以将自己所能提供的业务在查找 服务上注册，或者在查找服务上查找自己所需要的业氰设备和应用程序还可以同时扮演 用户和业务的角色，视其是提供业务还是请求业务的具体情况而定。查找服务是j i n i 中的 关键部件，它负责维护所有可用业务的动态信息，起着业务目录的作用。 在j i n i 中业务用对象接口及属性来描述，因而业务的发现通过接口匹配和属性匹配完 成。为达到互操作性，s u n 正在为业务接口制定通用标准。客户访问业务时，须通过查找 服务下载服务代理，然后通过服务代理访问相应的业务。从面向对象的观点来看，业务调 用过程实际上是客户对象调用业务对象中的方法。 在一个查找服务上注册的业务的集合称为一个群体，通过对查找服务进行适当配置， 可使多个群体联合起来组成更大范围内的群体，从而适应更大范围情况下的业务发现。 2 。5 3 通用即插即用技术u p n p u p n p ( u n i v e r s a lp l u ga n dp l a y ) 1 7 j 技术是随着对设备即插即用功能的增加而产生的， 但又不仅仅是对即插即用模型的简单扩展，它设计用来支持零配置、“不可见”网络和从 大量服务设备中发现一定的可用设备。通过使用u p n p ，一个设备可以动态加入网络，获 得i p 地址、告之其性能以及获悉其他设备的存在和性能。设备之间可以直接进行通信，进 而形成对等网络。u p n p 适用的网络设备有很多，包括各种智能型设备、无线设备、家电 产品和各种p c 机。应用范围也很广，例如家庭自动控制、打印与成像、视频音频娱乐、 汽车网络等。 u p n p 网络中主要的组成部分是设备、服务和控制点( c o n t r o lp o i n t ) 。u p n p 设备是服 务和嵌入式设备的容器。不同种类的u p n p 设备可以包含不同的服务和嵌入式设备。服务 和设备的信息是用x m l 文件来描述的。在设备的描述中会列出一些属性( 例如设备的名 称和标识) 。u p n p 网络中最小的控制单元就是服务。服务展示了行为和带参数的状态。一 个设备可以有很多服务。对服务的描述包含在设备的描述中。一个u p n p 设备中的服务包 含一个状态表( s t a t et a b l e ) ，一个控制服务器( c o n t r o ls e r v e r ) 和一个事件服务器( e v e n t 1 2 南京i n l l l 人学硕+ t ：1 i j f 究生学位论文第二章业务发现技术 s e r v e r ) 。状态表展示了服务的状态，而且当状态改变时予以更新。控制服务器接收行为请 求( 例如设置时间) ，执行该请求，更新状态表并返回响应。事件服务器在服务状态改变 时，向感兴趣的用户公布这些事件。u p n p 网络中的控制点是能够发现和控制其它设备的 控制器。在发现设备后，控制点能够得到设备描述以及一系列相关服务、得到感兴趣服务 的服务描述、调用行为去控制服务、预订服务的事件资源。 当每一个设备加入网络时，它都会从动态主机配置协议( d h c p ) 服务器或通过a u t o i p 来获得一个i p 地址。当设备或控制点第一次进入网络时，它会用简单服务发现协议( s i m p l e s e r v i c ed i s c o v e r yp r o t o c o l ，s s d p ) 发布消息，宣御自己的存在。控制点或客户端也使用简 单服务发现协议搜索服务。每个设备上都有一个被称为设备描述文档的x m l 文件，设备 描述文档中记录了设备名字、服务类型以及指向包含服务描述的另一个x m l 文件的u r l 。 根控制点用组播发出请求，去寻找感兴趣的设备。设备侦听组播端口，检查查询条件是否 符合本身的设备或服务描述，如果符合则发送包含设备描述文件u r l 的单播应答。然后 控制点可以通过设备描述文件访问服务，设备描述文件列出了控制服务所需的命令和参 数。为了能通过远程过程调用用于执行服务，可以使用基于x m l 和h t t p 的简单对象调 用协议( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c o l ，s o a p ) 。 2 5 4 统一描述、发现和集成协议u d d i 统一描述、发现和集成协议( u n i v e r s a ld e s c r i p t i o n ，d i s c o v e r y & i n t e g r a t i o n ，u d d i ) i s l 是一套基于w e b 的，为w e b 业务提供信息注册中心的标准规范，同时也包含一组访问协 议使企业能注册自身提供的w e b 业务，以便其它企业能够发现。 u d d i 解决了企业当前遇到的大量问题。它能帮助拓展商家到商家交互的范围并能简 化交互的过程。对于那些需要与不同顾客建立多种关系的厂家来说，每个厂家都有自己的 一套标准与协议，u d d l 支持一种适应性极强的业务描述，几乎可以使用任何接口。例如 对于交易场所提供者，他们需要获得这一行业内的供应商的分类数据，以及他们与计费业 务、包装商、保险公司等之间的关系，u d d i 允许动态发现相关的w e b 业务并将其集成到 聚合的业务过程中。 u d d i 包括了三部分内容，首先是注册中心，包括定义注册中心需要提供的标准业务 接口及其所用到的数据结构，这部分是服务器端的技术。剩下两部分是客户端的技术，一 个是关于发布业务的规范，也就是定义了发布业务的a p i 接口；还有一个就是发现业务的 规范，也就是定义了发现业务的a p i 接口。 1 3 堕