（电力系统及其自动化专业论文）电力远动终端通用智能测试终端的设计.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t t h er e m o t et e r m i n a lu n i t si np o w e r s y s t e mn e e dt ob em a i n t a i n e dp e r i o d i c a l l ya t p r e s e n t e s p e c i a l l yf o rt h er a i l w a yp o w e rs u p p l ys y s t e m , t h e r ea r eal a r g en u m b e ro f r e m o t em e a s u r e m e n ta n dc o n t r o lt e r m i n a l s ( r t u f t u s t u ) a n dm a n yo ft h e ma r e o u t d o o ra n dn od u t y , c o m ef r o md i f f e r e n tm a n u f a c t u r e r sa n dh a v ed i f f e r e n t p e r f o r m a n c e e a c hm a n u f a c t u r e rw i l lb ee q u i p p e dw i t hs p e c i a lm a i n t e n a n c ed e v i c e s ， t h i ss i t u a t i o nw i l lb r o u g h tag r e a td e a lo fi n c o n v e n i e n c ef o rt h ef i e l d w o r k e v e r y y e a r sd u t ym a i n t e n a n c ef o rl u u se x p e n d sal o to fm a n p o w e ra n dm a t e r i a l r l e s o u r c e s i no r d e rt os o l v et h ep r o b l e m sm e n t i o n e da b o v e w ed e s i g n e dau n i v e r s a la n d i n t e l l i g e n tm a i n t e n a n c ed e v i c ef o rt h er o m t et e r m i n a l s ，w h i c hb a s e do nt h ej i n i t e c h n o l o g ya n dt h ew i d e s p r e a du s i n go ft h ee t h e m e tt e c h n o l o g yi nt h ep o w e r m e a s u r e m e n ta n dc o n t r 0 1s y s t e m t h i sd e v i c ec o n s i s t so ft h r e ep a r t s ：t h el o o k u p s e r v i c e ，t h em a i n t e n a n c es e r v i c ea n dt h ec l i e n tt e r m i n a l ，t h o s et h r e ec o m p o n e n t s m a k eu paj i n in e t w o r k t h el o o ku ps e r v i c eu s e di n t h i sd e s i g nu s i n gt h el a t e s t r e a l i z a t i o no fj i n i n i sp a p e r g i v e st h e f u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t sa n dd e t a i l e d s t r u c t u r a la n a l y s i so ft h eu n i v e r s a la n di n t e l l i g e n tm a i n t e n a n c ed e v i c ef i r s t l y t h e n c o m p l e t e dt h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r ed e s i g na n dd e b u g g i n go ft h ec l i e n tt e r m i n a l t h i sc l i e n tt e r m i n a lu s i n gt h eh a n d h e l dd e v i c ew h i c hc o n s i s t so fc o r eb o a r d a n d e x p a n s i o nb o a r d ，w h o s eh a r d w a r eb a s e do nt h ea i 洲p r o c e s s o ra n dr o c k b o t t o m o p e r a t i n gs y s t e mu s i n gt h ee m b e d d e dl i n u xo s ，a n dt h ej a v a2m i c r oe d i t i o na n d j i n id e v e l o p m e n te n v i r o n m e n tb et r a n s p l a n t e da b o v et h el i n u xo s o nt h i sb a s i s ， c o m p l e t et h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o nf o rt h el o o k u pf u n c t i o no fc l i e n tt e r m i n a l i n t h i sp a p e r , u s i n gt h em e t h o dt h a tt h ei n t e r f a c ep r o c e d u r e sd e f i n i t i o ns e p a r a t ef r o m i t si m p l e m e n t a t i o nt or e a l i z et h es e r v i c e ，w h i c hi n c l u d i n gc o m m u n i c a t i o nm o d u l e d e f i n i t i o na n di m p l e m e n t a t i o no ft h em a i n t e n a n c es e r v i c ei n t e r f a c e ，g r a p h i c a lu s e r i n t e r f a c em o d u l ea n ds e r v i c er e l e a s em o d u l e s e r v i c ep r o v i d e rr e g i s t e r e dt h es e r v i c e p r o x yi nl o o k u ps e r v i c eo ft h ej i n in e t w o r k ，w h e nt h ec l i e n tj o i nt h ej i n in e t ，i tc o u l d a c q u i r et h ep r o x ya u t o m a t i c a l l ya n dr u ni ti nt h e1 0 c a lj a v av i r t u a lm a c h i n et o c o m p l e t et h em a i n t e n a n c ew o r k j i n it e c h n 0 1 0 踢w i t c hc o u l da p p l i c a b l et oa l lr t u s ，c o n f i g u r a t ei t s e l fa u t o m a t i c a l l y ， n od e e dt ou p d a t ew i t ht h es e r v i c e sa n du s i n ge a s i l y w i t ht h i sm a i n t e n a n c et e m n a l s y s t e i 玛o p e r a t o r so n l yn e e dt oc o n n e c tt h ec l i e n td e v i c et ot h ej i n in e tt h r o u g h t h e e t h e m e ti i l t e r f a c e ，a n dt h e nt h e yc a nc o m p l e t et h em a i n t e n a n c ew o r ke a s i l y f o r d i f f e r e n tr e m o t et e m l i n a lu n i t s t h i ss y s t e mw i l li m p r o v e t h ew o r ke f f i c i e n c yg r e a t l y a tf i e l d w o r k k e yw o r d s ：j i n it e c h n o l o g y ；r e m o t et e r m i n a lu n i t ；u n i v e r s a la n d i n t e l l i g e n t m a i n t e n a n c et e r m i n a l ； 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作 所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承 担。 本论文的创新点如f ： 本论文中把基于j a v a 平台的j i n i 技术应用到电力远动终端测试终端的 实现中，使得该通用智能测试终端针对不同的测控终端具有通用性，自动配 置性和相对被测测控终端具有独立性。 步 2 ，口7 6 ，尹 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密匦使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“一) 学位论文作者签名：王证 日期： 2 口7 - r 指导老师签名：童缙 日期：嘲6 啦 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 课题研究的背景及意义 在电力远动系统中，由于现场测控终端( r t u f ，r u s t u ) 较多，设备厂家也 不统一，现场设备的检修目前还处于周期检修阶段。由于铁路电力供电系统现 场测控终端数量多，布置在室外或室内( 车站) ，无人职守。每年的春检和日常 维护都要耗费很多的人力、物力。特别是对不同厂家的测控终端，各厂家都会 配置专用的检测设备。设计一种通用型检测装置，能对各种厂家设备在无需复 杂配置的情况下进行检测，是一个有待解决的问题。 首先，电力远动系统中被控站设备种类较多，性能也不尽相同，有的设备 具有较强的性能和处理能力，如某些智能仪表，测控终端设备，这些设备一般 都有一个具有较强处理能力的c p u ，并且可以运行嵌入式操作系统；有些设各只 具有一定的处理能力，但不带操作系统，能以某种通信协议与其它性能较强的 设备进行交互，如某些智能模块；而有些设备不具备任何处理能力，只能依附 在其它设备中并接受宿主机对它的控制，如数据采集卡和通信板卡等。其次， 在电力远动系统中设备使用的接口和协议众多，早期仪器设备之间的通信采用 的是r s 一2 3 2 和c c i t t v 2 4 通信标准，随后又演化出r s 一4 2 2 、r s - 4 8 5 等通信协 议。随着网络技术的发展，以太网在工业控制领域得到广泛应用，基于以太网 的测控终端已逐步成为当前各个自动化厂家设计的主流产品，如今投入应用的 很多测控终端都具备以太网端口，而且远动系统通信网也逐步采用了以太网。 在这种现状下，如何利用最新发展的通信技术和计算机技术，通过一套通用的 智能测试终端完成对如此众多的硬件平台设备进行检测，是一项很有意义的研 究。 j i n i 技术是s u nm i c r o s y s t e m s 公司于1 9 9 9 年1 月推出的基于j a v a 的一种 新的网络连接技术。它是基于一个简单的概念，即：设备间只要通过简单的连 接就可以工作在一起，不需要安装设备驱动程序，不需要分布式操作系统，也 不需要过多的电缆与连接器装置。即在没有任何人工干预或是繁琐的安装过程 的情况下，提供一种让设备之间相互通信并形成一种自发网络共同体的一种简 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 单机制。这个网络共同体也被称为j i n i 联盟或者服务联盟。同时，j i n i 还提供 一套完善的机制使得硬件设备或者软件组织能够随时加入或者退出联盟。在 j i n i 联盟中每个设备可提供该社区其它设备可能需要使用的服务，并可以使用 其它设备所提供的服务，服务是通过j a v a 编程语言的接口来实现的。j i n i 既不 是分布式操作系统，也不是一个应用程序，而是定义了的一组简单而紧凑的协 定，使客户和服务提供者联合在一起，构成灵活且能够及时反映网络动态变化 的分布式系统。 j i n i 分布式组网技术屏蔽了网络中具体的软硬件底层信息，使得加入服务 网络中的设备可以实现网络即插即用，即可以在需要的时候随时加入和离开 网络，不用考虑设备之间的兼容性和进行复杂的配置，正是这种特点为研究一 种基于j i n i 技术的通用电力远动系统测试终端奠定了基础。 本论文通过对基于j a v a 的分布式组网技术j i n i 的研究，把该技术与远动 系统网络化特点相结合，提出一套通用电力系统远动终端智能测试终端的实现 方案，提高了测试装置的通用性和性价比，同时还提高了设备检修效率，降低 检修设备成本。 1 2 国内外研究现状分析 自1 9 9 9 年1 月2 5 日s u n 的j i n i 规范发布以来，人们对利用j i n i 技术实 现分布式环境下的网络资源有效共享的实现机制和模型进行了研究。其研究目 标围绕创造强有力的系统和应用程序，从而更好地利用网络资源、使用分散的 资源来解决大型的问题。虽然将该目标变为成熟的现实应用还需要较长时间的 努力，但j i n i 至少使我们构建动态地自配置、自管理和自恢复的分布式网络成 为可能。文献 1 、 3 、 8 、 1 1 j 、 1 5 对j i n i 技术的产生、基本原理和与 j i n i 相关的核心技术做了详细的论述。文献 4 介绍了j i n i 的历史、核心概念 和体系结构以及应用前景，并且以j i n i 为对象，深入地研究了基于j i n i 体系 结构的网络服务联盟的分布式系统和网络环境中即插即用的实现。在文章的最 后还展示了基于j i n i 体系结构的应用实例：第一版的货币转换程序的实现。文 献 5 全面深入地分析了面向服务的分布式系统，对其主流实现技术和当前分布 式系统存在的问题进行了描述，总结了j i n i 技术的优势与不足及其应用前景， 并初步实现了基于j i n i 服务的售后机械设备故障诊断体系结构。文献 7 、 8 、 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 1 1 综述了j i n i 技术的基本特点和其潜在的优势，并对j i n i 技术的应用和未 来进行了展望。 国内当前研究的热点集中在如何利用j i n i 的优点来增强现存的面向服务的 体系结构，使之适应动态的网络。对j i n i 的体系结构和解决网络互操作问题进 行了诸多研究，主要集中在j i n i 客户如何访问非j i n i 类型的服务的研究，而 对非j i n i 类型的客户如何访问j i n i 服务却涉及不多。文献 1 4 主要介绍了j i n i 技术如何通过为网络设备提供即插即用能力来实现简化配置和管理工作，并且 针对开放系统中存在大量设备无法直接加入j i n i 环境的问题，提出一种增强的 j i n i 应用网关j a l g w 的功能来实现非j i n i 设备的即插即用。文献 2 2 为j i n i 技术官方网站，提供j i n i 技术相关资料和一些相关应用的实例以及对j i n i 开 发技术支持。但这些研究多是针对具体的应用背景进行的，而且很多研究还处 在探讨和实验室实现阶段，在分布式计算的应用和集成、资源发现方面还未见 成熟应用。就目前国内对j i n i 研究应用比较成熟的有：海尔集团基于j i n i 技 术的网络家电，中科院基于j a v a j i n i 技术的基于j i n i 服务的分布式体系应用 探讨面向特定显示设备的w e b 页浏览器等。 国外的研究工作比较多，进行了集成实验和应用。许多大公司对j i n i 开展 了技术研究，并推出了支持j i n i 的产品。如x e r o x ，c a n o n ，e p s o n 和h p 公司正 在研究将j i n i 技术集成到其有关的产品中，n o k i a 正在打算将生产的蜂窝电话 和寻呼机配上j i n i 功能，e r i c s s o n 公司已经推出支持j i n i 的代理网络软件。 美国军方在构建战场作战指挥平台t o c ( t a c t i c a lo p e r a t i o nc e n t e r s ) 系统时， 就利用了j i n i 以达到在作战环境多变的情况下，系统能够自动适应各种变化， 具有自愈合功能以及无需人工干预等。文献e 1 6 、 1 7 、 1 8 从应用的角度介 绍了j i n i 技术的基本原理，描述了其程序结构、客户机、服务器、r m i 技术和 基于j i n i 技术的服务，文献 1 8 还用一个完整的应用程序的例子，探讨了基于 j i n i 技术的系统的工作原理及其功能，最后介绍了利用现有组件的实用“包装 器”技术。文献 2 0 、 2 1 主要讲述了国外对j i n i 技术的研究应用现状。由于 j i n i 体系结构的特点和在构建分布式系统的优势及目前分布式计算面临的问 题，使得很多科研机构及企业投入到对其研究的工作中。 目前电力供电监控装置，采用的监控设备大多来自不同的厂家，性能各不 相同，所以需要的现场测试设备也参差不起，这就导致市场上出现各式各样的 测试设备，彼此间不能兼容，对测试工作带来很大的不便。现存的测试设备， 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 大多采用笔记本电脑作为测试平台，虽然笔记本电脑性能越来越高，但仍然存 在携带不方便，续航能力差等缺点。j i n i 技术是一种新的分布式组网技术，目 前还处于研究和推广阶段，把该技术应用于电力系统测试设备，实现其通用性， 是一项新的尝试。 1 3 课题实现的目标 本文将研究重点放在如何实现一套可以对不同硬件平台的测控终端进行测 试的通用测试终端设备。测试终端可以在无需复杂配置的情况下快速加入和退 出电力监控系统网络，对各种终端设备进行测试，并可以被网络中其他用户所 访问，从而达到通用测试终端设备的“网络即插即用 。具体实现目标如下： ( 1 ) 在j i n i 体系结构的基础上构建出一个分布式系统，该系统包括查找 服务、服务提供者和客户三部分组成。 ( 2 ) 应用j i n i 代理技术，将智能测控终端设备加入到j i n i 服务联盟，在 查找服务上注册测试服务代理对象，以供客户使用。 ( 3 ) 检测终端设备以客户的形式加入j i n i 网络中，从j i n i 网络中存在的 查找服务上自动搜索并下载测试服务代理对象到本地的j a v a 虚拟机( j ) ，运 行该测试服务完成测试任务。 1 4 本论文所做的主要工作 本文所实现的通用智能测试终端，在现场通过以太网接口接入j i n i 网络， 从查找服务获得测试服务代理对象到本地j v m 运行，即可得到测试操作界面， 通过该操作界面，可显示系统各种操作记录、遥信状态、遥测值、通信状态， 并可发送遥控命令、升降命令和对系统各项参数进行整定和设计。这些测试工 作实际上都是由运行在测试客户端的测试服务代理对象通过与测控终端之间的 通信而实现的，该测试服务对象由服务提供者及被测远动终端提供，至于它们 之间采用何种通信协议进行通信以及该代理服务对象具体包括哪些测试内容， 对于测试客户端来说是透明的。也就是说同一个测试客户端可以对不同的测控 终端设备进行测试，即测试客户端是通用的。 本文将研究重点放在如何在现场智能测控终端网络中构建一个j i n i 服务联 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 盟，并通过j i n i 服务代理技术，将r t u 的测试接口以服务的形式发布到j i n i 服务联盟中，供j i n i 网络中的客户及测试终端使用。 论文以j i n i 服务应用为归宿点，从面向服务的体系结构及j i n i 理论入手， 从远动系统测试服务程序和客户端实现的理论研究到应用中核心技术的代码实 现，其中融入了作者读研期间在该方向所进行的实际研究工作。 本文的主要工作归纳如下： 1 ) 对现存的远动终端现场检测技术进行分析，剖析其存在的问题。 2 ) 深入研究j i n i 实现原理及其核心技术。利用这种网络技术，各种小型设 备能够以一种简洁的方式接入到网络中，屏蔽了底层软硬件细节，为联盟中其 他设备提供服务或使用其他设备所提供的服务。 3 ) 运用面向服务的思想，在j i n i 体系结构的基础上构建出一个分布式系 统，设计了代理机制实现将模拟c d t 规约r t u 加入分布式系统，并为之设计了 可操作的图形用户界面。 4 ) 设计并使用查找服务实现了服务代码在网络中的传输，最终实现了通用 测试终端对智能远动终端的测试功能。 5 ) 设计并实现了基于a r m 的智能手持式设备，能够支持j 2 肛平台及加入 j i n i 联盟，使用测试服务程序对r t u 进行测试。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 第2 章j i n i 技术概述 j i n i 是一种全新的构建分布式系统的技术，具有动态的、自形成的和自管 理的特性，它是一种真正的基于服务的分布式体系结构。另外，基于j a v a 的j i n i 技术提高了分布式系统编程的抽象级别，简化了分布式系统的开发。j i n i 是利 用j a v a 构建分布式系统的中间件。j i n i 的基础在于s o c k e t 和远程方法调用 ( r e m o t em e t h o di n v o c a t i o n ，r m i ) 的分布式计算机制。其根本目的就是提供 “网络即插即用 ，从而使新服务可以加入到其他服务网络，并立即可用，而客 户则可以查找并使用这些服务。 j i n i 可算是能够提供“网络即插即用的分布式计算环境的代名词。这种 环境中，设备或软件服务可以加入网络并声明其存在，而需要此服务的客户则 可以找到并调用服务来完成任务。 2 1jini 的技术特点 j i n i 的核心功能是提供一种基于网络动态的、自形成的和自管理的服务联 盟，通过这个联盟，用户能够找到他们感兴趣的资源并加以利用。这里的资源 既包括硬件设备，也包括软件程序，或者是两者结合。j i n i 着力于使网络变成一 个更富有动态性，可以灵活地增加和删除服务，从而能够更好的适应实体的动 态变化。j i n i 系统的技术特点有以下几个部分： 1 ) j i n i 是即插即用的。服务提供者加入j i r t i 网络后，通过查找服务注册后 即可向使用者提供服务；服务的使用者加入j i n i 网络后即可通过查找服 务使用相应的服务。服务提供者和使用者都可以在任何时间，任何地点 加入和离开j i n i 网络。 2 ) 用户可以很容易地访问网络中任何位置的资源，即使是用户在网络中的 位置经常发生变化。 3 ) j i n i 以自发的方式实现实体间的互联，任何实体之间可以相互发现和加 入j i n i 网络来组成一个j i n i 联盟。 4 ) j i n i 把硬件和软件都抽象为服务，消除了硬件和软件之间的差别，是一 种真正意义上的基于服务的体系结构。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 5 ) j i n i 是一种分布式计算框架，使得分布式编程变得容易。j i n i 将j a v a 应 用环境由单独的j a v a 虚拟机扩展到一个j a v a 虚拟机网络，j a v a 应用环 境通过代码的动态下载为分布式计算机提供了一个良好的计算平台；内 置的安全机制使用户能安全地运行来自于网络中动态下载的代码；j a v a 虚拟机屏蔽了不同机器平台和操作系统的异构性，使得编译后的类代码 可以不用重新编译就可以在任意虚拟机上运行。这样就可以构建成一个 支持对象的动态配置的网络系统，对象可以根据需要从一个地方移动到 另外一个地方，以及调用网络中的其他部分来共同完成操作。 2 。2jjni 的核心概念 j i n i 技术包含五个核心概念：服务( s e r v i c e ) 、查找服务( l o o k u ps e r c i c e ) 、 代理( p r o x y ) 、租约( l e a s i n g ) 及事件( e v e n t ) 。这些概念以一组软件库和规范的 形式实现，可被j i n i 群体中的参与程序使用，是j i n i 联盟自形成和自管理等 特性的基础。 1 ) 服务( s e r v i c e ) 服务是一个抽象的概念。一个服务是具有一定功能，可被用户、程序或其 他服务所使用的实体。服务可以是计算、存储、与其他用户的通信、软件过滤 器、硬件设备等1 2 1 0 如本设计中的远动终端( r t u ) 所提供的测试服务程序。 j i n i 系统提供了一套分布式系统中服务的构建、查找、通信和使用的机制。 通过j i n i 的基础设施和编程模型，可以创建服务，并可以将其加入到一个或多 个j i n i 系统，向这些系统中的其他服务宣告其存在；客户根据自己的需要查找 查找相关服务，找到相匹配的服务后客户按照服务要求的通信协议与该服务建 立通信，并以方法调用的形式来使用服务。 从服务实现的角度来看，服务是以j a v a 语言的对象形式出现，该对象可能 由多个其他对象组成。每个服务都带有请求其服务的一组操作界面，其中一部 分界面可以被应用程序调用而直接获得服务；另一部分界面则用以实现了用户 与服务之间交互。所谓的服务类型，则对应于j a v a 语言的接口，它确定了该服 务的功能，同时定义了上述的操作界面，这些界面体现了j a v a 语言的方法调用。 从客户的观点来看，服务无论是由一台机器上的对象实现，还是服务的代 码被下载到本地地址空间运行，或者由硬件实现等，对客户来说是没有区别的。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 这些服务都是可以从网上获得，并具体表现为j a v a 语言的对象。客户所关心的 是服务的功能和操作界面，而不是其实现方式。因此，服务的一种具体实现方 式可以被另一种实现方式取代，它无需知道客户的信息，也不要求客户程序作 任何改动。 j i n i 系统中的服务之间使用服务协议进行通信，这是一组用j a v a 语言写成 的接口，基本的j i n i 系统通过这样的服务协议来实现关键服务之间交互。 2 ) 查找服务( l o o k u ps e r v i c e ) j i n i 查找服务被设计成j i n i 系统的一个组成部分，是一个特殊的服务。它 有其自己的类集和方法集，为j i n i 系统中可用的服务提供集中的注册1 2 1 0j i n i 系统中的对象是通过查找服务来实现相互发现和交互的。服务要在查找服务上 注册，客户则利用查找服务来找到其感兴趣的服务，因此无论是服务还是客户， 第一个任务都应该是发现一个查找服务。对于查找服务，没必要各群体一对一 地映像，网络上的每个查找服务都可以为一个或多个群体提供服务，每个群体 也可以有一个或多个查找服务器支持。查找服务要明确由管理员启动，这是创 建j i n i 群体时需要运行的唯一一个j i n i 服务。 查找服务提供了对可供服务的服务项目的代理和属性的管理，如图2 - 1 所 示。代理由服务提供，是类的一个实例，它采用串行化形式，表明该服务所提 供的功能。发布在查找服务上的服务的属性，提供有关服务的一些额外信息， 如服务的名称、服务的来源、版本号以及服务定义的图形用户界面，客户通过 查找服务的属性，就可以确定该服务是否为其所需要的服务。 图2 - 1 查找服务维护服务项目列表 服务要加入到查找服务中，需要通过一对协议，即发现协议( l o o k u p d i s c o v e r y ) 和注册加入协议( r e g i s t r a r ) 。发现协议用于寻找一个合适的查找服 务，然后通过加入协议实现具体的注册过程。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 3 ) 代理( p r o x y ) 代理是代表远程对象的本地对象，是序列化的j a v a 对象，在服务中是唯一 的。当其他的实体，无论是想利用此服务的应用还是另外的j i n i 服务，在找到 服务项目时，代理对象就会被复制到该实体的j a v a 虚拟机中，实体通过调用此 代理对象的方法来使用服务2 1 。代理具有和远程服务相同的编程接口，通过代 理与相应的远程服务通信，这样可以屏蔽下层网络细节。代理将客户的调用参 数传送给远程服务，然后接受远程服务的返回值，再交给客户。代理的具体移 动和作用如图2 - 2 所示。 画 客户2 服务提供者 画- 如画 图2 2 代理的移动和作用 服务提供者通过发现协议( l o o k u p d i s c o v e r y ) 找到查找服务，再通过加 入协议( s e r v i c e r e g i s t r a r ) 将所提供的服务注册在查找服务中，注册信息包括： 服务标识号，服务实体和服务属性，服务代理作为服务实体从服务提供者上载 到查找服务中。 客户同样通过发现协议找到查找服务，再由查找协议按照所需服务的类 型和属性寻找服务，找到匹配的服务后，再将该服务的服务代理下载到本地。 客户通过服务代理使用服务，而服务代理和服务提供者之间以特定的服 务协议进行通信，如r m i 协议。这里由于代理是由j a v a 字节代码组成，这保证 了代理可以跨平台运行。 从上面的分析可以看出，客户利用代理与服务提供者进行通信，而这个代 理来自于服务提供者。因此，客户只需要知道代理所支持的j a v a 语言接口就可 以调用服务。客户和服务之间可以采用任何面向服务的协议进行通信，并且通 信协议改变时，客户也完全不必作任何改动。通过代理的应用，客户可以透明 地使用服务，即只需预先知道服务的接口，而不必了解该服务是如何实现的， 包括实现该服务的语言、软硬件平台、物理位置和通信协议等。 4 ) 租约( l e a s i n g ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 在分布式应用中，可能存在网络的部分失败，网络中的组件也有可能会失 效。租约这种方式允许组件注册其“生存 期，而在组件失败或者不可到达时 则确保“过期”。租用是应用之间的协调机制，它的存在使应用可以在一段时间 内以一种协商一致的方式提供对资源的访问2 1 。 最常见的租约例子是服务在查找服务上注册。查找服务不可能希望永远保 存一个服务，因为服务可能会消失。要保存一个不存在的服务信息，不仅是对 查找服务资源的浪费，而且也会造成客户将时间浪费在试图访问根本不存在的 服务上。因此，查找服务会批准一个租约，即一段时间的请求，表示它只在某 个特定的时间内保存相关信息，如果需要，服务还可以再续约。当出现网络故 障、服务崩溃或资源设备从网上拔走等情况时，该租约不能再续约，则当其到 期后，对应的服务就从查找服务中注销。 从上面的分析可以看出：首先，租约机制可以使系统局部的错误不会破坏 整个系统。j i n i 统一了程序错误、网络错误和机器故障的处理方式。出现错误 的不可靠者会使自己退出群体，对其他部分不会造成损害。资源的使用者所看 到的只是服务的租约已经过期，不可再用。其次，租约机制使得j i n i 系统成员 所使用的固定存储空间确实能够做到自动维护，系统能够自发的识别那些不被 使用的资源并释放它们。 5 ) 事件( e v e n t ) 和j a v a 类似，j i n i 也使用事件的概念来处理异步通知，但j i n i 体系结构 采用的是分布式事件模型。相对于j a v a 的在同一个j a v a 虚拟机上发送异步通 知，j i n i 模型中的某个对象允许处于其它虚拟机或者其它实际机器上的对象在 其上注册它们感兴趣的某种类型事件，并且当这类事件发生时，这些对象可以 收到相应的通知。这使得基于分布式事件的程序可以更加可靠和健壮。 2 4jinj 的组成 j i n i 系统在逻辑上由三部分组成：基础设施( i n f r a s t r u c t u r e ) 、编程模型 ( p r o g r a m m i n gm o d e l ) 和服务( s e r v i c e ) ，如图2 - 2 所示。基础设施用于构建 个j i n i 联盟系统，服务则是这个系统中的实体。编程模型则是组接口，用 于构建可靠的服务，既包括基础设施中原有的服务，也包括新加入联盟的服务 【2 5 o 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 j i n i 体系结构的三个组成部分看似各自独立，但实际上在很大程度上是综 合在一起的。虽然在构建j i n i 系统或j i n i 系统的部分功能时，可以使用上述 全部的组成部分或只使用其一部分，但为了使建成的系统具有更完善的功能， 通常情况下都包括基础设施、编程模型和服务的概念。 匿因圉圉 图2 2j i n i 系统框架 一个j i n i 系统可以看作是建立在基础设施、编程模型和服务之上，在单个 机器上的j a v a 应用环境向分布式环境扩展。 2 5jini 运行机制 本章前面几节介绍了j i n i 技术的基本概念、技术特点、核心概念和组成， 这节来介绍j i n i 运行机制，包括服务注册、客户查找和支持服务的概念。 j i n i 技术可以实现设备的网络“即插即用，这是基于j i n i 网络的两个概 念：代码可下载和远程接口： 代码可下载：是指这样一种能力：所需的数据和功能都能够自动下载到 设备上，而无需用人工去更新。 远程接口：j a v a 技术中的接口消除了对个服务的某个特定的实现的严 格依赖，也就是说，如果针对接口编程，就不用关心具体的实现。公开的接口 描述了可以动态下载的代码，这就使得设备能够动态的获知如何使用某- - n 务。 1 ) 服务注册 服务提供者主要完成的工作有： 创建实现服务对象。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 在查找服务中注册某个服务对象，此服务对象是服务中公开可见的部分， 并且可以由客户下载。 以服务器的身份实现其他任务，例如保证该服务有效。 服务提供者为了在查找服务中完成服务对象注册，需要首先找到查找服务 本身，服务提供者要先找到查找服务本身，可以有两种实现方法：如果查找服 务的位置是已知的，服务提供者就可以使用单播t c p 直接与之联系；如果位置 并不确定，服务提供者则需要先组播u d p 请求，查找服务将响应此请求。此过 程如图2 - 3 所示。 查找服务 服务提供者 图2 - 3 请求服务定位器 当查找服务监听到一个请求，它会向服务器返回一个对象，如图2 4 所示。 此对象称为注册对象，在服务提供者的5 v m 中执行，其作用就相当于查找服务 的代理。服务提供者向查找服务发出的所有请求都要经过这个作为代理的注册 对象处理。该注册对象和查找服务通信可采用的协议有很多，但一般都是采用 j a v a 远程方法调用协议r m i 。 服务对象 h t t p 注册对象 注册对象 图2 4 返回注册对象 服务提供者通过注册对象向查找服务登记注册其提供的服务，具体包括复制 服务对象和在查找服务中保存它。如图2 5 所示。 2 ) 客户查找 查找服务服务提供者 图2 5 服务上载 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 服务对象由服务提供者上传到查找服务后，客户需要通过查找服务获得服务 的拷贝，并放入自己的j v m 中执行。客户首先也要找到查找服务，并从查找服 务获得注册对象，如图2 - 6 所示。 查找服务客户 图2 - 6 客户请求注册对象 客户获得注册对象后，通过注册对象查询服务属性，如果找到符合要求的服 务，客户即请求将服务对象进行拷贝，如图2 7 所示。 服务对象 k 注册对象 注册对象 、j i 服务对象 图2 7 客户请求注册对象 至此，原来的服务对象仍运行在其主机上，而查找服务中将保存一个该服务 对象的副本，而且在客户的j n 中还执行另一个该服务对象副本，客户可以对 运行在它的刑中的服务对象发出请求，通过调用该服务代理接口程序，实现 对远动终端的测试。整体运行情况如图2 - 8 所示。 查找服务 一i i 辫釜 图2 - 8j i n i 整体运行图 3 ) 支持服务 j i n i 系统的三个组件包括客户、服务和查找服务，任何一个组件都可以在 网络的任意一个位置上运行。这些系统组件可以运行在j v m ( j a v av i r t u a l 鲨一 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 m a c h i n e ) 中的j a v a 代码实现。一般地，应用在其本机的j 中运行，不过也可 以在一台机器上运行多个应用，甚至共享一个j v m 。j i n i 运行时，和其他j a v a 应用一样，也需要访问j a v a 类文件。无论客户、服务还是查找服务都要使用 c l a s s p a t h 环境变量或在运行时利用c l a s s p a t h 选项来定位需要执行的类。然 而，j i n i 在很大程度上也要依赖于对象在网络上的迁移能力，即从一个j v m 迁 移到另外一个j 上。因此需要使用如j a v a 远程方法调用r m i 、h t t p ( 或其他) 的服务器等支持服务完成特定的实现。 h t t p 服务器 作为服务，j a v a 对象运行时会向查找服务输出一个代理组件，并进一步发 送到客户。代理在一种“被动 的状态下通过一个查找服务的j v m ，直至到达客 户j v m 才被激活。可通过串行化得到对象的状态“快照 ，快照可在网络上四处 传送。这说明服务代理对象的类定义可以下载，通常即从提供服务的地方下载。 这就需要h t t p 服务器的支持。通常在服务中通过j a v a r m i s e r v e r c o d e b a s e 特性可指定所用协议及类文件的位置。对象的串行化数据包括这个代码基，这 样客户就可以由此访问相应的类文件了。 r m i 前面已经提到，代理服务要输出到客户，多数情况下它还需要与其主服务通 信，远程调用主服务方法完成特定工作，主服务可以将返回值传递给代理服务， 从而传递给客户程序。r m i 就是一种实现机制。 r m i 是j a v a 虚拟机之间对象互相调用对方函数、启动对方进程的一种机制， 用这种机制，某一台j a v a 虚拟机上的对象在调用另外一台j a v a 虚拟机上的函数 时，使用的程序语法规则和在本台j a v a 虚拟机上对象间的函数调用的语法规则 一样。正是这种机制给分布计算的系统设计和编程都带来了极大的方便。只要 按照r m i 规程设计程序，程序员可以不必再过问r m i 之下的网络细节，如 t c p i p 、s o c k e t 等，更不必担心其下面的软硬件环境。任意两台j a v a 虚拟机之 间的通讯完全由j a v a 虚拟机自己的r m i 来负责。对程序员来讲，这两台j a v a 虚 拟机之间完全是透明的，远程j a v a 虚拟机上的对象，使用起来就像近在眼前一 样。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 2 6 本章小结 本章主要介绍了j i n i 技术的技术特点、五大核心概念以及组成和基本的运 行机制。j i n i 是一种全新的构建分布式系统的技术，具有动态的、自形成的和 自管理的特性，它是一种真正的基于服务的分布式体系结构。j i n i 的五个核心 概念：服务( s e r v i c e ) 、查找服务( l o o k u ps e r c i c e ) 、代理( p r o x y ) 、租约( l e a s i n g ) 及事件( e v e n t ) 是实现j i n i 自形成和自管理等特性的基础。一个完整的j i n i 系 统是由基础设施、编程模式和服务组件三部分构成。j i n i 系统运行是基于对象 即j a v a 代码的网络迁移，这就要求有h t t p 等网络传送协议的支持。由于j i n i 程序运行涉及到远程方法访问，可以通过j a v a 远程方法调用r m i 协议完成。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 第3 章通用智能测试终端功能需求及结构分析 前面的章节对本论文