（计算机应用技术专业论文）基于osgi智能网关的应用与实现.pdf

两北j ：业人学硕士学位论文摘要 摘要 论文以目前智能家庭网络中比较有发展潜力的0 s g i 智能网关为背景，详细 介绍了在o s g i 智能网关中，短信控制x 1 0 设备的应用程序设计和实现方法。 o s g i 标准是目前网关市场最具有发展潜力的一个标准，作为一个中间件技 术标准，可以屏蔽系统下层硬件的差别，操作系统的差别：因为其开放性，o s g i 规范为业务提供商、软件开发商、设备供应商、网关运营商提供了开发、实旅和 管理业务的一个开放平台；o s g i 规范使得服务供应商能够在与本地网络和设备 相连的住宅网关中，动态装载和升级服务，允许多个网络和设备共享一个网关， 同时，o g s i 降低了为家庭提供宽带和其他增值服务的开发周期成本。 为了便于理解基于o s g i 智能网关的应用程序的运行原理以及组成结构，本 文详细介绍了o s g i 规范的内容，并且介绍了s u n 公司以该标准开发的j e s ( j a v a 嵌入式服务器) 中问件软件的体系结构。 在详细论述了o s g i 智能网关标准及j e s 中阳j 件软件之后，以例子的形式介 绍了基于o s g i 网关应用程序的结构及其开发流程，接下来，论文详细介绍了基 于o s g i 网关的g s m 短信服务的设计与实现，在介绍g s m 的短信息技术的基 础之上，进一步介绍了软件设计中的一些技术细节：然后，在介绍x 1 0 技术规范 的基础上开发了x 1 0 服务，最后，利用x 1 0 应用程序和短信息应用程序向框架注 册的服务，设计一个短信控制x 1 0 设备的应用程序。 关键词：o s g i ，家庭网关，j e s ，g s m ，x 1 0 西北工业大学颐七学位论文英文摘要 ! ! = ! e ! ! ! e ! ! ! = ! = 一i i =-l=!=z=皇 a b s t r a c t t h i sd i s s e r t a t i o nr e p r e s e n t st h et e c h n o l o g yo fo s g i ( o p e ns e r v i c eg a t e w a y i n i t i a t i v e ) w h i c hh a saw i d es p a c ei nt h ef i e l do fs m a r t - h o m e ，a n dd e t a i l st h ed e s i g n a n di m p l e m e n t a t i o no f t h a ts h o r tm e s s a g ec o n t r o l sx 1 0d e v i c e s o s g is p e c i f i c a t i o nh a sab i gp o t e n t i a li nt h em a r k e to fr e s i d e n t i a lg a t e w a y a sa m i d d l e w a r et e c h n o l o g ys t a n d a r di tc a ns h i e l dt h ed i f f e r e n c e so fh a r d w a r e ，t h e d i f f e r e n c e so fo p e r a t i n gs y s t e m a sa 1 1 o p e ns t a n d a r di tp r o v i d e sa no p e np l a t f o r mf o r s e r v i c ep r o v i d e r s ，s o f t w a r ed e v e l o p e r s ，e q u i p m e n ts u p p l i e r s ，o p e r a t o r s ；i te n a b l e s s e r v i c ep r o v i d e r sd y n a m i c a l l yl o a da n du p g r a d es e r v i c e so nt h er e s i d e n t i a lg a t e w a y w h i c hi sc o n n e c t e dw i t hn e t w o r ke q u i p m e n ta n dl o c a ln e t w o r k ，a n da l l o w sm u l t i p l e n e t w o r k sa n de q u i p m e n tt os h a r eag a t e w a y ；i tr e d u c e st h ec o s t so fd e v e l o p m e n to f v a l u e a d d e ds e r v i c ea n dp r o v i d i n gb r o a d b a n df o rf a m i l y f o re a s i l yu n d e r s t a n d i n gt h ea r c h i t e c t u r ea n dp r i n c i p l eo fa p p l i c a t i o nr u n n i n go n t h eo s g ig a t e w a yt h i sd i s s e r t a t i o nd e t a i l st h ec o n t e n t so fo s g is p e c i f i c a t i o n ，t h e n i n t r o d u c e st h ea r c h r e c t u r eo f m i d d l e w a r es o f t w a r ej e s ( j a v ae m b e d d e ds e r v e r ) a t i e rd e t a i l i n gt h eo s g is p e c i f i c a t i o na n dj e ss o f t w a r e ，t h i sd i s s e r t a t i o nt a k e sa l l e x a m p l et oi n t r o d u c e st h ea r c h i t e c t u r eo fa p p l i c a t i o n sa n ds t e p so fd e v e l o p m e n t ，t h e n i n t r o d u c e st h ed e t a i l so fd e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fs h o r tm e s s a g es e r v i c eb a s e do n g s mt e c h n o l o g y ，a n dt e l l ss o m et e c h n i c a ld e t a i l sh a p p e n e di nt h ep r o c e s so f d e v e l o p m e n t ；a n di n t r o d u c e st h ex 1 0s e r v i c eb a s e do nx 1 0p r o t o c o l ，f i n a l l yd e s i g n s a n di m p l e m e n t st h ea p p l i c a t i o no f s h o r tm e s s a g ec o n t r o l l i n gx l od e v i c e k e yw o r d s ：o s g i ，r e s i d e n t i a lg a t e w a y , j e s ，g s m ，x l o 两北工业火学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题来源及意义 第一章绪论 本课题属于自研课题，目的是掌握开放服务网关o s g i ( o p e ns e r v i c e sg a t e w a y i n i t i a t i v e ) 标准，以及s u n 公司以o s g i 为标准开发的j e s 2 0 中间件的体系结 构及其运行原理。学习该网关上应用程序的开发，从而为后继应用程序的扩展开 发建立基础，并积累o s g i 服务网关下工程实践的技术经验。 i n t e m e t 的出现曾使人类进入信息时代，十几年来，i n t e r n e t 已经深刻地改变 了人们的工作方式，极大地提高了企业的生产效率，其迅猛发展也为社会创造了 巨大的财富。然而，相比之下，i n t e m e t 给个人和家庭生活带来的好处却十分有 限。传统的居家方式并没有因互联网而产生多大变化，作为社会组成的基本单元 家庭几乎成为“处处都算，什么都联”信息时代中的孤岛。在这样的背景下， 人们开始关注居住环境，尝试把i t 新技术与传统住宅相结合，开发网络化、智能 化、数字化的新型住宅智能家居。 从智能家居系统的构成来看，它主要包含家庭计算机网络、信息家电、智能 仪表、消防与安防设备、家庭多媒体等各种不同类型的子系统；智能家居的核心 是服务网关，因为服务网关不仅负责各种不同设备通信之间的协议转换，而且还 要完成家电智能控制和i n t e m e t 接入功能，用于实现家庭设备的增值服务。 实现网关的关键是家庭网络中间件技术，家庭网络中的信息家电种类繁多， 组网方式也多，家庭网络中间件技术首先用以屏蔽信息家电下层的各种硬件设备 和连接技术，其次就是使各种家庭网络信息设备很容易接入网络。目前比较有影 响力的服务网关标准是开放服务网关标准o s g i ，它正是一种家庭网络中间件技 术，并且由于其开放性，目前已经得到了广泛的应用。 可以使用o s g i 的对象包括各种数字和模拟的机顶盒、服务网关、有线电视、 电缆调制解调器、消费类电子产品、p c 、工业计算机、汽车等。也就是说o s g i 标准并不是一开始就是为服务网关设定的，只是随着智能家居的发展，o s g i 被 广泛的应用于服务网关。 开放服务网关其实只是一个抽象的概念，只要将o s g i 技术整合于家庭网关 便实现了一个o s g i 智能网关。 西北j l 业大学硕士学位论文第一章绪论 可以说，家庭的网络化将把人类带入到后信息时代，为个人、企业和社会带 来一个崭新的发展空间。o s g i 正是集各种优势于一身的新兴的而又有良好市场 前景的家庭网关的标准。曾有人声称o s g i 的推出，代表着第五次信息革命的开 始。将o s g i 应用于信息家电，必然可以使我们向连通的社会和生活方式迈进一 大步。 研究家庭网络中间件技术，解决设备间互联、互通、互操作问题，实现设备 连接控制操作简单化、智能化，对加速信息家电的普及，促进家庭网络的发展， 提高家庭信息化水平有着重要的现实意义，所以。研究基于o s g i 的家庭网关具 有非常重要的意义。 1 2 课题相关技术研究现状 现在国外的家庭网关产品已进入成熟阶段，支持o s g i 开放式服务网关联盟 的系统产品全球已有1 0 余家专业公司，基本上都是欧美公司研发，其销售价格 相当昂贵。国外的家庭智能化市场已经比较成熟，尤其是美国，2 0 0 2 年己有1 0 0 0 多万个家庭安装了智能化系统，销售额从2 0 0 1 年的1 8 亿美元增加到2 0 0 2 年的 3 0 亿美元，现在的销售额还在逐年攀升。 从国内来看，由于我国的家庭智能化起步较晚，现实市场还不大，但随着我 国经济的快速发展，人们对家庭智能化的需求迅速增高，房地产商对开发建设 智能化小区日益重视， 我国的家庭智能化市场在近年内将翻番增长，据业界估 计，l o 年内将达到3 0 0 亿元人民币。现在已经有部门专门进行智能网关的研究， 并且提出了一个e 家佳网关标准，这也预示了国内智能网关有了一定的发展。 1 3 课题研究内容 本课题主要针对国内家庭网络中间件技术研究相对落后的现状，对具有代表 性、有希望取得成功的o s g i 技术，从框架组成的基本原理、应用程序管理机制、 应用程序实现方法等方面进行了深刻研究，分析与掌握o s g i 服务平台之上应用 程序的开发原理。并且实现了g s m 模块在o s g i 服务网关上的短信服务开发， 进而实现了短信控制x 1 0 设备的系统。 本论文首先分析了o s g i 服务网关的体系结构，介绍了各种家庭网络中间件 技术的研究和发展状况，从基本原理上分析了家庭网络中间件技术o s l 3 i ，然后 从核心概念、体系结构、工作过程等方面分析了o s g i 的基本原理，重点研究了 基于o s g i 应用程序的实现机制。 本课题的目标是，实现一个运行于以l i n u x 为操作系统，j e s 2 0 为中间件服 两北】：业大学硕士学位论文 第一章绪论 务平台的服务网关上的应用程序，根据o s g i 标准，了解并掌握o s g i s e r v i c e p l a t f o r m r e l e a s e3 0 的内容，最终实现l i n u x 操作系统下，可以运行于j e s 2 0 上 的g s m 模块的短消息服务的应用程序，用来控制台灯以及其他家电的x 1 0 服务 的程序，最终实现通过短信息控制台灯的服务。 开发工作包括： 1 ) 掌握基于o s g i 的j e s 2 0 服务平台的体系结构以及运行原理。 2 ) l i n u x 操作系统下g s m 模块通过串口收发短信程序的编写。 3 ) 基于o s g is e r v i c ep l a t f o r mr e l e a s e3 0 的g s m 模块短消息b u n d l e 的编 写。 4 ) 基于o s g is e r v i c ep l a t f o r i l lr e l e a s e3 , 0 的x 1 0 服务b u n d l e 的开发。 基于o s g is e r v i c ep l a t f o r mr e l e a s e 3 0 的短消息控制台灯b u n d l e 的开发。 1 4 论文结构安排 论文的各章节安排如下： 第一章绪论。 第二章基于o s g i 标准的网关技术研究。 第三章o s g i 服务程序的开发流程。 第四章g s m 短信服务的开发，x 1 0 服务的开发，短信控制x 1 0 设备的开发。 结束语部分对论文工作做了总结。 职北工业大学硕士学位论文 第二章基于o s g i 网关技术研究 第二章基于o s g i 网关技术研究 本课题的目的是，掌握智能家居系统中o s g i 中间件技术的工作原理，学习 与实现运行于o s g i 网关上应用程序的开发。本章将介绍什么是智能家居，智能 家居系统的核心智能网关，以及目前比较具有市场发展潜力的o s g i 标准， 对于o s g i 标准的体系结构进行研究，并对s u n 公司实现的产品j e s 2 0 的框架 结构进行分析与介绍。 2 1 智能家居 i t 业的迅猛发展和网络技术的日渐成熟，使“智能家居”不再深不可测。 科幻影片中先进的家居生活方式，而今已不再是梦想，我们正在不知不觉中步入 到“智能家居”，智能家居的产业也将推动世界范围内后p c 时代新兴i t 市场的 高速增长。 “智能家居”( s m a r t h o m e ) ，又称智能住宅。通俗地说，它利用先进的计算 机、嵌入式系统和网络通讯技术，将家中的各种设备( 如照明系统、环境控制、 安防系统、网络家电) 通过家庭网络连接到一起。一方面，智能家居让用户有更 方便的手段来管理家庭设备，比如，通过无线遥控器、电话、互联网或者语音识 别控制家用设备，更可以执行场景操作，使多个设备形成联动；另一方面，智能 家居内的各种设备相互间可以通讯，不需要用户指挥也能根据不同的状态互动运 行，从而给用户带来最大程度的高效、便利、舒适与安全。与普通家居相比，智 能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间： 还由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交互功 能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安 排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。 2 1 1 发展背景 以下几个方面表明，发展智能家居的时机和技术已日趋成熟： 1 ) i n t e r n e t 逐渐融入人们的日常生活：调查表明访n i n t e m e t i 在成为消费者 购买计算机的主要原因，因为人们可以在家中浏览w e b 页面、收发电子邮件、进 行网上购物、视频点播和电视会议等等； 西北工业大学硕士学位论文第二章基丁o s g i 网关技术研究 2 ) 一个家庭多台p c ：随着个人计算机价格的不断下降，越来越多的家庭 拥有两台或多台计算机，家庭成员可能会有各自不同的应用配置、数据安全的要 求、并希望能够同时访问i n t e m e t ； 3 ) 家用电器数字化：一方面视昕设各的工作方式由模拟转化为数字式，另 一方面随着计算机技术的处处渗透，许多家用电器都内嵌某种类型的微处理器而 具备一定的智能； 4 ) 掌上计算机和个人数字助理等等：这些设备都需要与住宅内的计算机、 打印机或i n t e r n c t 接口等建立通信： 5 ) 可移动的个人信息和通信设各的涌现：包括数字式移动电话、膝上型计 算机。 2 1 2 实现功能 智能家居所需要实现的主要功能有： 1 ) 提供高度的安全性：提供诸如防火、防爆、防电击等安全防范设施，并 能在有报警信息时，自动将信息传送到管理中心并拨打电话通知业主： 2 ) 提供快捷的通信设旌：可满足家庭办公，家庭娱乐的要求，如电话，图 文传真，计算机，机顶盒等； 3 ) 提供丰富多彩的业余文化及教育生活：具有良好的视听设备，如电缆电 视，卫星电视，双向电视，音响或家庭影院等： 4 ) 提供电器设备与家用电器的自动化，遥控化：可以对家庭内部的电器设 备实旌统一监控，自动采集家庭的用电量、用水量和煤气用量，并自动完成计费 和转账； 5 ) 提供舒适宜人、高品位的生活空间：根据业主爱好自动设置最合适的室 内温度，湿度，自动选播业主喜欢的新闻，音乐和股市信息，自动设定居室内灯 光的照明强度。 2 2 家庭网络 家庭网络( h o m e n e t w o r k ) ，指在家庭范围内( 其范围可扩展至邻居或小区) 将计算机、电话机、各种智能终端、家电、安全和照明系统等多种技术相互连接， 组成个家庭内部的网络，并与广域网相连接，在家庭内部以及家庭与公网之间 提供多种服务的一种新的组网和应用技术。家庭网络的目标是以家庭网络为中 心，融合各类数码产品和终端，将各类业务和功能集成于一体，为家庭用户打造 无所不在的个性化、数字化的新世界。家庭网络内部联网方式，是家庭网络快速 6 州t1 ：业大学硕士学位论文 第二章基于o s g i 网关技术研究 发展中急需统一规范的主要分两大类，一类是有线方式，一类是无线方式。有 线方式包括：电话线、计算机外部总线u s b 和i e e e l 3 9 4 、电力线和同轴电缆等， 其典型代表为电话线、i e e e l 3 9 4 和电力线。无线方式包括蓝牙技术、i r d a ， h o m e r f 和1 e e e 8 0 2 1 1 等。 2 3 家庭网关 在智能家居系统中，有一个智能化系统家庭网关，也叫智能家庭服务器， 作为智能家居系统的核心，它将家庭中各种与信息相关的通讯设备、家用电器和 家庭保安装置，通过家庭电力线载波通信网络或者无线网络等方式连接到网关之 上，进行集中的或异地的监视、控制和家庭事务管理，并保持这些家庭设施与住 宅环境的和谐与协调，有人将它比喻成人的大脑，可见其在智能家居中的重要性。 2 3 1 具备功能 家庭网关用来在家庭内部提供不同类型、不同结构子网的桥接能力，使这些 子网内的信息家电之间可以相互通信；在家庭外部通过i n t e r n e t 将各种服务商连 接起来以提供实时、双向的宽带接入，同时还提供防火墙的能力，阻止外界对家 庭内部设备的非法访问和攻击。 抽象起来就是实现下面两个主要功能： 1 ) 作为所有外部接入网连接到家庭内部，同时将家庭内部网络连接到外部 的一种物理接口； 2 ) 使住宅用户可以获得各种家庭服务( 包括现有的服务和未来可能出现的 服务) 的一种服务平台。 2 3 2 解决方案 家庭网关的实现途径：可以通过信息家电( 如：网络冰箱、机顶盒等) 实现， 或构建专用家庭网关实现，其中专用家庭网关更具发展前景。 专用家庭网关，当前比较统一的观点是开发一个集中式网关，然而这只是最 终的期望。因为不同的外部接入网络的特点不同，不同的服务提供商有不同的商 业模式，存在不同的已有的或正在研发的网络接口设备，它涉及许多不同的技术 或商业问题，因此在不远的将来是不会有一个单一的家庭网关解决方案出现的。 另一方面，尽管一个分布式或多个网关的方案也有许多支持者，但其同时也面临 着集成网关方案的挑战。 7 西北工业大学硕士学位论文第二章基丁r o s g i 网关技术研究 最终，一个开放的家庭集中式网关将提供一个最有效的桥接外部网络和家庭 网络或设备的解决方案，因为其开放性，不同的服务丌发商只要依据开放标准进 行服务的开发，都可以将服务运行于该服务网关上。 23 3 家庭网关标准发展状况 家庭网络目前尚没有统一的国际标准，谁掌握了家庭网络标准，谁就将在家 庭网络产业链中占据主导地位，所以目前家庭网络标准领域相当活跃，竞争也很 激烈。从事数字家庭网络方面的标准化组织和企业联盟非常多，关于家庭网络的 标准、接q 也比较多，目前还无法断定哪一种技术或哪几种技术会成为最终的标 准，根据侧重点的不同，标准组织主要分为以下几个方耐】： 1 ) 侧重电信技术的标准化组织 这类组织以国际电信联盟( i t u t ) 和欧洲电信标准协会( e t s i ) 为代表， 将家庭网络看作是下一代网络n g n ( n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ) 的一部分，是 n g n 概念在家庭中的一种具体实现，主要研究如何将n g n 业务引入到家庭。他 们的研究方向具体包括家庭网络的架构、家庭网络的接入和传送技术、家庭网络 的业务、家庭网络的安全、家庭网络的服务质量等方面。 2 ) 侧重家庭网络设备互通的标准组织 这类组织以国际上的数字生活网络联盟( d l n a ) 、国内的闪联( i g r s ) 为 代表。这类组织的标准制定方向为娱乐设备、家用电器和信息设备之间的互通， 确保电子设备之间的兼容性。支持多种设备之间的设各自动发现、动态组网、资 源共享和协同服务，从而提高这些设备间的互操作性和易用性，并创造出新的应 用模式和丰富的应用。 3 ) 以家庭网络传输技术为研究对象的标准组织 这类组织研究如何进行家庭网络设备之间以及家庭内外网络之间的通信问题 如家庭电力线联盟( h o m e p l u g ) 、家庭电话线网络联盟( h o m e p n a ) 、无线 局域网8 0 2 1 1 ( w i f i ) 、蓝牙( b l u e t o o t h ) 、i e e e1 3 9 4t a 、i e e e 的家庭以太网研 究小组等标准组织。 4 ) 家庭自动控制方面的标准组织 这类组织研究如何解决家中各种照明、安防、电器、基础设施之间的联网以 及相互间的自动控制。如日本的e c h o n e t 协会，旨在制定通过电力线和无线通信 等通信技术来连接各种家电设各的标准，透过一套完备的家庭自动控制系统，提 高生活品质，增加生活的方便性。 5 ) 家庭网络中间件的标准化组织 家庭网络中间件的功能是屏蔽硬件设备、操作系统平台与通信技术的不同， 8 西北。1 ：业大学硕士学位论文第二章基于o s g i 网关技术研究 使各种家庭网络信息设备更容易接入网络，操作简单、智能，同时支持各种信息 设备之间交互控制信息和内容，使得各种应用程序可以在具有通用接口的中间件 平台上运行，使设备的功能具有良好的可扩展性。这类组织主要有开放服务网关 联盟( o s g i ) 、通用即插即用论坛( u p n pf o r u m ) 等。 6 ) 其他相关组织 其他相关组织还有：2 0 0 4 年3 月成立的u o p f ( u b i q u i t o u so p e np l a t f o r m f o r u m ) 、由t b m 为主的s a l u t i o n 、e u r e s c o m ( 欧洲电信开发与政策研究 学会) 等。 2 3 4o s g i 中间件技术的优势 1 组件模型 o s g i 采用组件编程模型而不是传统的库模型或工具箱模型，图2 1 基于库 模型和图2 2 基于组件模型的架构图，两者进行对比 ”： 圈圈回圈 图2 l 典型的基于类的架构 比较图2 1 的软件库架构和图2 2 的j e s ( 一种基于o s g i 标准的服务平台 软件) 架构，可以看出下面这些区别： 1 ) 在基于库的模型里，软件的多个层，一个挨一个地堆叠起来；而在基于 组件的模型里，多个软件组件则一个挨一个地接插在一起。 9 西北工业大学硕士学位论文第二章基t o s g i 网关技术研究 2 ) 在基于库的模型里，所有的库都必须打包在一起，产品才能工作；而在 基于组件的模型里，可以把组件的子集打包在一起，充当产品提供有用的功能。 - j y a 甑入服务嚣， | 厂 厂 厂 厂 厂 田 图2 2j e s 架构 3 ) 在基于库的模型里，如果要在编译期间修补错误或增加功能必须重建 并重新打包整个库；而在基于组件的模型里，可以在运行时，用增量方式，增加 新的组件或更新现有组件。 4 ) 在基于库的模型里，在低层出现的问题，可以漫延并影响到整个软件的 稳定性；而在基于组件的模型里，层之间彼此是隔离的。 5 ) 在基于库的模型里，对公共接口进行的修改很少有影响，因为不管怎样， 都必须重建整个软件包；而在基于组件的模型里，重写公共接口应当被禁止，因 为别的组件在运行时可能会依赖它。 6 ) 在基于库的模型里，很容易跟着控制的流程走，因为应用程序通常只具 有一个入口点( 例如：p u b l i cs t a t i cv o i dm a i n ( s t r i n g 【】a r g s ) ) ：而在基于组件的模 型里，组件由宿主环境控制，彼此之间动态地相互作用。 2 优势所在 在以上介绍的众多网关标准中，本课题选择o s g i 中间件技术作为网关的标 准，原因如下： o s g i 规范为网络服务定义了一个开放的、标准的、面向组件的计算环境。 将o s g i 服务平台添加到一个网络设备中，可以为其增加在网络的任何地方管理 组件生命周期的能力。软件组件可以在运行中被安装、升级或者移除而不需要中 1 0 西北工业大学硕士学位论文第二章基于o s g i 网关技术研究 断设备的操作，软件组件可以动态的发现和使用其他库或应用程序，通过这个平 台，软件组件可以作为商品在柜台中出售以及在家里开发。o s g i 联盟已经开发 出很多标准组件接口，实现的普通功能如：h t t ps e r v e r 、c o n f i g u r a t i o n 、l o g g i n g 、 s e c u r i t y 、u s e ra d m i n i s t r a t i o n 、x m l 等等许多，这些组件用来使得应用程序的开 发更加简单。 标准化的o s o i 组件框架可以简化软件开发中大量的基础配置需要开发和维 护的过程。o s g i 规范为j a v a 应用程序提供了一个全面的运行环境，采用o s g i 规范的公司将会受益匪浅。具体原因如下： 1 ) 降低开发成本因为组件结构，具有o s g i 服务平台设备的应用程序 开发变得容易，很小的团队就可以开发组件或者扩展组件。给一个产品开发的组 件还可以在相似产品上被使用，这种再使用不仅节省了开发的时间，并且节省了 学习的时间，从而降低了开发的成本。 2 ) 可以自定制对于厂家最难的事情就是，对于不同的厂家和客户定制 他们需要的设备，在这种情况下，o s g i 软件的结构管理很快降低了有效的开发 成本。 3 ) 配置成本较低o s g i 提供给b u n d l e 的标准环境有效的减少了配置的 问题。 4 ) 易于远程管理_ 0 s g i 服务平台提供免费的设备远程管理能力，简洁的 结构允许设备使用一个适当的协议被远程管理。 5 ) 统一化随着o s g i 规范的发展使得许多完全不同的环境形成了统。 将来，为服务网关所写的服务也可以运行于交通工具，p d a 或者桌面系统上，这 将使得o s g i 的市场变得更大。 由此可知，新的商业机遇，费用的节省，技术的优势都是将o s g i 技术整合 于产品的动机，所以对于智能家庭网关来说，使用o s g i 技术是一个很好的选择。 2 3 5o s g i 服务平台的应用范围 o s g i 服务平台通常用于如下一些领域【2 】 西北上业人学硕士学位论文 第二章基于o s g i 网关技术研究 v e h c l e 图2 - 3o s g i 的应用领域 从图2 3 可以看到，o s g i 大多使用在工业自动化、p c 系统、服务器、家庭 自动化，这些领域是通过i n t e m e t 进行连接来互动的；还有通过移动技术进行连 接的电信、智能电话、机动车辆、通信、等领域。 2 4o s g i 系统架构 o s g i 规范使服务经营商能在遵守规范的家庭网关上动态的下载和改进业 务，并与局域网及设备相互作用，此外，o s g i 规范还能让任何制造商，使用任 何操作系统和微处理机，在任何遵守规范的网关上经营增值业务 3 】。 o s g i 架构主要由三部分组成：f r a m e w o r k b u n d l e 与s e r v i c e 。f r a m e w o r k 架构运行在j v m ( j a v av i r t u a lm a c h i n e ) 上，b u n d l e 则是执行于f r a m e w o r k 上的应 用程序，而s e r v i c e 是b u n d l e 所提供( e x p o r t ) 或需要( i m p o r t ) 的接口服务，从远程 下载的b u n d l e 会在o s g if r a m e w o r k 上自动安装、执行，并向o s g i 平台注册其 他b u n d l e 所需要的s e r v i c e ，b u n d l e 之间可通过s e r v i c e 的共享来达到节省程序 开发时间与增强程序功能的目的。 2 4 1f r a m e w o r k o s g i 规范的核心组件是o s g if r a m e w o r k ，该框架为b u n d l e 提供一个标准 化的环境，主要的功能是提供b u n d l e 的执行环境与动态地调整b u n d l e 的生命周 期， o s g if r a m e w o r k 也提供管理机制让执行其上的b u n d l e 可以导入或导出 s e r v i c e 。当b u n d l e 被停止时，f r a m e w o r k 将b u n d l e 所注册的s e r v i c e 动态的移除， 在同一时间内也会通知所有使用s e r v i c e 的其他b u n d l e ，让其他的b u n d l e 得知 两北：业人学硕士学位论文第二章基于o s g i 网关技术研究 该事件。这个框架如图2 - 4 阴影区所示被分为几个层次： l 0 ：c l a s sl o a d i n g ，这一层是一个健壮而严格定义的类加载模型，定义了类 加载策略，基于i a v a 但是更加模块化。在j a v a 中，通常只有一个单独的c l a s s p a t h 包含所有的c l a s s 和r e s o u r c e ，o s g i 类加载模块层为一个b u n d l e 添加私有的类 并控制b u n d l e 之间的关联。 l 1 ：l i f ec y c l e ，生命周期层用来管理b u n d l e 的动态安装、启动、停止、升 级和卸载，生命周期层引入了通常不属于应用一部分的动念性。 l 2 ：s e r v i c er e g i s t e r ，这一层作为一个服务注册器，它为b u n d l e 提供了一个 协作模块用于动态注册b u n d l e 的服务。其实b u n d l e 之间也可以通过传统的c l a s s 共享来协作，但是c l a s s 共享与动态安装和卸载的代码不太协调，所以设计了服 务加载策略来解决这个问题，有了服务注册这一层，b u n d l e 之闻服务的共享使用 就变得非常简单。 0 8h a r d w a r e 图2 qo s g i 体系结构 l 3 ：s e r v i c e s ，这一层是服务开发商提供的一些标准组件接口，o s g i 联盟 已经开发出很多标准组件接口来实现普通的功能，如：h t t ps e r v e r 、c o n f i g u r a t i o n 、 l o g g i n g 、s e c l l l l t y 、u s e ra d m i n i s t r a t i o n 、x m l 等等。 s e c u r i t y ：这个模块贯穿l o l 3 层，是基于j a v a 和j a v a 2 的安全模块，语言 的设计限制了许多可能的结构，比如，在病毒中常用的b u f f e r 溢出是不可能出现 的，语言中的访问控制限制了其他开发者对代码的可见度。 2 4 2o s g is e r v i c e 介绍 o s g i 规范中所定义的s e r v i c e 包括标准服务与自定制服务两种：标准服务是 由o s g if r a m e w o r k 本身所提供的：自定制服务则较为弹性，主要是由服务厂商 两北工业大学硕士学位论文 第二章基于o s g i 网关技术研究 定义开发，下面就对o s g i 提供的标准进行介绍。 1 ) f r a m e w o r ks e r v i c e 提供p e r m i s s i o na d m i n 、p a c k a g ea d m i n 与s t a r tl e v e l 等服务。 ( 1 ) p e r m i s s i o n a d m i n ：提供管理代理人来管理b u n d l e 的允许权。主要提供 一个p e r m i s s i o n a d m i n 接口，通过该接口可对b u n d l e 的允许权资料贮存器进行存 取控制。 ( 2 ) p a c k a g ea d m i n ：该服务除了能提供f r a m e w o r k 上p a c k a g e s 分享的状态 外， 还可处理p a c k a g e s 之间的依赖关系，即b u n d l e 所提供的e x p o r t 及i m p o r ts e r v i c e 的情形。 ( 3 ) s t a r tl e v e l ：可决定启动或停止b u n d l e 时的顺序，它会指定f r a m e w o r k 一个有效启动等级，并给每个b u n d l e 一个启动等级。当要有效地启动b u n d l e 时，其启动级别必须等于或小于f r a m e w o r k 的有效启动等级。 2 ) s y s t e ms e r v i c e 系统服务提供了一些在其他系统中也是必需的一些平行的函数，l o g 服务， c o n f i g u r a t i o n a d m i n 服务，d e v i c e 访问服务，u s e r a d m i n 服务，1 0c o n n e c t o r 服 务，还有p r e f e r e n c e 服务都是系统服务的例子。 ( 1 ) l o gs e r v i c e 提供l o gs e r v i c e 与l o gr e a d e rs e r v i c e 两种服务接 口，l o gs e r v i c e 是用来读取l o g 所记录的资料。 ( 2 ) c o n f i g u r a t i o na d m i l l 该服务提供弹性及动态的模型，可用来提 供一些组态的设定与管理，如p o r t n u m b e r ，l o gb u n d l e 等等。 ( 3 ) d e v i c e a c c e s s 可以自动侦测新加入的设备，并动态的下载该设 备驱动程序的b u n d l e ，使得该设备可以正常的运作。 ( 4 ) u s e r a d i m 提供使用者认证及授权的服务。 ( 5 ) i oc o n n e c t o r 根据j 2 m ec o n n e c t o rf r a m e w o r k 的设计理念，参 照j a v a x m i c r o e d i t i o n i o 定义一个弹性且具有延展性的c o m m u n i c a t i o na p i ，也可 允许自定义其他的c o m n m n i c a t i o n a p i 。 ( 6 ) p r e f e r e n c e ss e n r i c e 一允许b u n d l e 存取永久性的资料。这些资料可 能属于使用者或是系统。资料以k e y v a l u e 的方式存储在原来的机器，类似子 w i n d o w s 系统的r e g i s t r y 或j a v a 的p r e f e r e n c e 类。该服务与j a v a u t i l p r o p e r t i e s 不 同的地方在于它支持分级制度的命名模型。 3 ) p r o t o c o ls e r v i c e o s g i 联盟已经定义了下面的服务来映射外部的执议n o s o i t 务中。 1 4 瓶北上业大学硕士学能论文第二章基于o s o i 网关技术研究 ( 1 ) h t t p 服务可将该服务视为一个w e bs e r v e r ，可执行b u n d l e 所注册 s e r v l e t s 或相关的r e s o u r c e s ( 例如：h t m l 、j p g 、h t t p ) ，又因为o s g i 具有动 念更新b u n d l e 的功能所以w e bs e r v e r 不需要重新启动就能够更新原有的s e r v l e t s 或是执行新载入的s e r v l e t s 。 ( 2 ) u p n p 服务统一的即插即用是一个对于消费电子的集成的标准，该服 务可将u p n p 的服务转化为o s g i 的服务或将o s g i 服务转换为u p n p 的服务。 ( 3 ) j i n i 服务在o s g i 与j i n i 之间定义一个桥接的方式。更明确的说， 它针对j i n i t o o s g i 与o s g i t o j i n i 定义个转换接口。 4 ) m i s c e l l a n e o u ss e r v i c e s ( 1 ) w i r ea d m i ns e r v i c e ：用生产者与清费者的方式来表示b u n d l e 之间的关 系，消费者可以向生产者订阅它所感兴趣的讯息，生产者定期的将讯息传送给 消费者，此服务以w i r e 来连接b u n d l e 之间的关系。 ( 2 ) x m lp a r s e rs e r v i c e ：定义了x m l ，s a x 与d o mp a r s e r 在o s g i 服务平 台里要如何地提供及使用。 2 5o s g i 规范的a p o s g i 标准实质上是一系列a p i ( 应用编程接v 1 ) 的集合，这些a p i 包括框 架a p i ( 核心a p i ) 和服务a p i ( 可选a p i ) ，它们共同构成了o s g i 的网关规范。 框架a p i 执行服务传输、依赖关系和周期管理、资源管理以及远程服务管理， 所有框架a p i 可由o s g i 开发人员或o s g i 的技术工作组来完成。 服务a p i 定义了一些如：基于h t t pw e b 服务器输出资源的机制、客户机与 网关的交互作用以及数据管理等类型的机制等。 2 5 1 框架a p i o s g i 框架的主要目的是，提供一个环境来支持不问断运行环境下动态地安 装、卸载、升级各种应用程序。使各种应用程序能在终端有限的内存中运行，以 及各应用程序之间能够相互通讯，利用j a v a 语占平台独立性和动态下载的能力 来便终端设备的应用更易于被扩展及被动态的安装。 o s g i 框架通过以下两个策略达成上面的目的。 首先，框架提供一致的程序模型，框架通过从实现中分离出一个服务的公 共接口来支持该服务的使用和扩展。这样，同一服务平台的开发商可以提供多种 实现，使用该服务的开发商只需针对其公共接口进行编程、开发就可以了。由于 该框架可以满足某种服务能在各种终端上运行( 各终端不同的硬件特点会影响服 西北j ：业人学硕士学位论文 第二章基于o s g i 网关技术研究 务实现的规模) ，同时稳定的服务公共接口将保证该软件在终端运行的稳定性。 其次，框架提供生命周期管理功能来使各应用程序开发商将应用程序分解成 很小能自我安装的组件。这些组件被称为“b u n d l e ”，这些b u n d l e 可以在需要的 时候被下载，在不需