（计算机系统结构专业论文）普适计算中基于语义的服务发现.pdf

摘要 普适计算是继主机计算、桌面计算之后计算模式的第三次革命，在普适环境 中根据需求定位设备或服务是一项具有挑战性的工作。服务发现是普适环境中的 重要研究领域，本文系统地分析与比较了现有的主流服务发现协议，包括j i n i 、 u p n p 、s a l u t a t i o n 、s l p 等。在这些服务发现体系中，服务的描述通过服务的名 称或有限的属性集合来完成，缺乏必要的语义信息，而服务匹配也仅是基于接口 或属性集来进行，不能推理服务的功能和特性，服务与服务之间不能相互识别。 另一方面，在现有的服务发现体系中，也没有遵循共同的本体系统，容易造成信 息的歧义性。 在本论文中，结合语义w 曲的相关研究，建立了普适计算环境中的基于语义 的服务描述框架，提出了基于o w l ( w e b 本体语言) 的本体，用来描述服务和进 行服务的语义匹配。利用o w l ，从语义层次上来描述服务功能，揭示了服务之 间的语义关系，同时，服务提供者与服务请求者遵循共同的本体系统来描述服务 与需求，消除了信息的歧义性。论文也演示了如何利用已定义的本体系统来描述 服务提供与服务请求。在本论文中，本体系统主要分为四个部分，包括空间本体、 时间本体、个人信息本体及服务的本体。 服务描述与服务匹配是普适环境中服务发现的两个主要方面，在已建立的用 于服务描述的本体基础上，论文提出了服务发现的语义匹配算法。该匹配算法充 分考虑了服务的语义信息，使用户与计算设备或设备与设备之间，可以在语义层 次上进行交互，提高了服务匹配的准确性与智能程度，同时也为模糊匹配及服务 组合打下了很好的基础。算法通过分类与比较服务提供者与服务请求者的类别、 输入参数与输出参数来进行匹配。与当前的大多数服务发现协议的不同之处在 于，算法揭示了服务类别、输入参数与输出参数的语义层次及语义关系，避免了 简单的接口匹配和属性匹配。最后，基于j e n a 、j e s s 、o w l j e s s k b ，实现了该 服务匹配算法。 关键词普适计算服务发现语义w e b 本体论 a b s t r a c t p e r v a s i v e c o m p u t i n g ，s o m e t i m e s c a l l e d u b i q u i t o u sc o m p u t i n g ，i st h et h i r dw a v e i n c o m p u t i n g ，l o c a t i n gan e t w o r ks e r v i c eo rad e v i c eo nd e m a n di sac h a l l e n g i n gt a s k f o rp e r v a s i v e c o m p u t i n g t l l i sp a p e rp r o v i d e sa no v e r v i e wa n dc o m p a r i s o no fs e v e r a l p r o m i n e n ts e r v i c ed i s c o v e r ym e c h a n i s m sc u r r e n t l ya v a i l a b l e , i n c l u d e sj i n i ，u p n r s a l u t a t i o n ，s l pa n ds oo n m o s to ft h e s es y s t e m sr i s es i m p l ei n t e r f a c e b a s e d o i a t t f i b u t e d - b a s e dm a t c h i n g t h e yl a c ke x p r e s s i v el a n g u a g e s ，r e p r e s e n t a t i o n sa n dt o o l s t h a ta r eg o o da tr e p r e s e n t i n gab r o a dr a n g eo fs e r v i c ed e s c r i p t i o n sa n da j e eg o o df o r r e a s o n i n ga b o u tt h ef u n c t i o n a l i t i e s a n dt h e c a p a b i l i t i e s o ft h es e r v i c e s c o m m o n o n t o l o g y i n f r a s t r u c t u r e sa r eo f t e n m i s s i n gf r o m t h e e x i s t i n g s e r v i c e d i s c o v e r y a r c h i t e c t t i r e s i nt h i sp a p e rw ei n 黯o d u c ead e w a p p r o a c h t h a te x p l o r e st h er d s eo fs e m a n t i cw e b l a n g u a g e i n b u i l d i n g a r c h i t e c t u r ef o rs e r v i c e d i s c o v e r y i n p e r v a s i v ec o m p u t i n g e n v i r o n m e n t w ep r o p o s ea no w l ( w e b o n t o l o g yl a n g u a g e ) b a s e do n t o l o g yf o r s e r v i c ed e s c r i p t i o n ，a n df o r s u p p o r t i n gl o g i c b a s e ds e r v i c em a t c h m a k i n g 。b y m e b 2 i l so f o w lx g ea r ea b l et od e f i n et h e p u r p o s e ”o f as e r v i c eb yg i v i n gi tas e m a n t i c m e a n i n g a d d i t i o n a l l y , t h eo n t o l o g ys h o w st h es e m a n t i cr e l a t i o n s h i po f t h es e r v i c e s w ea l s o p o i n to u th o w t od e s c r i b eas e r v i c ep r o v i d e ra n das e r v i c er e q u e s t e ru s i n gt h eo n t o l o g y t h eo m o l o g ys y s t e mw a sd i v i d e di n t os e v e r a lp a r t s ，i n c l u d e ss p a c e ，t i m e ，p e r s o n a l i n f o r m a t i o na n ds e r v i c e b e s i d e ss 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 m a k i n gi sa n o t h e ri m p o r t a n t p r o b l e m i n s e r v i c ed i s c o v e r y w ei n t r o d u c e das e m a n t i cm a t c h i n ga l g o r i t h ma c c o r d i n gt ot h e o n t o l o g y t h ea l g o r i f i m lt a k e st h es e m a n t i cm e a n i n g o fs e r v i c ei n t oa c c o u n t ，e n a b l e i n t e r a c tb e t w e e nu s e ra n dd e v i c eo rb e t w e e nd e v i c ea n dd e v i c e i ti m p r o v e st h e v e r a c i t yo fs e r v i c em a t c h i n g , a 娃dp a v e st h ew a yf o rf u z z ym a t c h i n ga n ds e r v i c e c o m p o s i t i o n t h ea l g o r i t h mc l a s s i f i e s a n dc o m p a r e st h er e q u e s tc l a s s ，i n p u t sa n d o u t p u t st ot h ea d v e r t i s e m e n t sc l a s s ，i n p u t sa n do u t p u t s t h ea l g o r i t h md i f f e r e n tf r o m t h em o s te x i s t i n gs e r v i c ed i s c o v e r ya l g o r i t h mb e c a u s et h er e a s o n e rc a nr e v e a lt h e s e m a n t i ch i e r a r c h yo ft h ec l a s s e s ，i n p u t sa n do u t p u t s ，a v o i dt h es i m p l ei n t e r f a c e b a s e d o ra t t r i b u t e d b a s e dm a t c h i n g a tl a s t ，w ei m p l e m e mt h ea l g o r i t h mb a s e do i lj e n a ， j e s sa n do w l j e s s k b k e y w o r d s ：p e r v a s i v ec o m p u t i n g ，s e r v i c ed i s c o v e r y , s e m a n t i cw e b ，o n t o l o g y 独剑性声明 本人声明所是交的学位论文是本人在导师指鼯下进行的研究工 乍及取褥懿研究成果。握我所舞，除了文中特别加以标注和致谢静遗 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 为获褥电子科技大学或其它教育机构的学位或证书两使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所傲的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：盔童! 垄：日期：圳u 年。月。s 日 关于论文使用授权的说明 本学蕴论文捧者完全了解毫子辩蔽大学青关缳驽、使鬻学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，克许论文凌查耀秘诺瓣。本人授投毫子科技大学可戳将学位论文 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 担撼莓复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：在兰垂： 鹾士学谴论文蒋遥诗算孛蒸予语义豹赧务发现 1 1 研究背景 第一章弓l 嵩 计冀机自诞生以来，一直处于溉速的发袋之中，从早潮的电子管计算机、晶 体管计算机到集成电路、超大规模集成电路计算机，以及现在的个人电脑、移动 p c ，傣襁不瑟绩小，诗算援能力裂不赣提高。舄一方蘑，诗算程殛终技术瞧在 迅速熬菠震之中，集合电话瓣、穰裰两、移动邈髂圈、互簸阏以及无线礴络靛一 个统一耩予母的普邋网络也初褥端倪。 计蛑帆与网络技术的发展，也推动了计算模式的变革，从生机计算( m a i n f r a m e c o m p u t i n g ) 、桑蚕诗葜( d e s k t o pc o m p u t i n g ) 戮正在茇麓之中瓣营逡谤篓 ( p e r v a s i v e u b i q u i t o u r gc o m p u t i n g ) 。 普邋计算又称为蒋及计算，这概念强调和环境融为体的计算，让计算机 扶入稍豹程线中涔失，鼹户帮周爨环蘧在潜意谈上进行交互。在营逶诗算摸式下， 入霞髓够在任褥辩溜、任何遗点、双任每方式避 亍绩愚熬获联与处理。驳鬻学意 义上讲，一个事物的发展过程也即尾事物本身消亡的过程，对技术也是一样。那 些最萋骚的技术，芷闲为其太过爨鬻以至于感熬不到，正如我们每天开关电灯却 季会意识邀力象窭予侮方一捧，诗舞的发展镄然热姥。十每焉斡今天，我翻在各 个角落事受着数字计箨的好处，却不会意识到计算的能力来自子哪里，这点不同 于今天拽们通常坐柱个人电脑面前才能得到计爨服务。另一方砸，微型化的嵌入 式设备、嚣骚不在毂羽络为实现罄逐诗算愚想提供了最大的可戆，两营遁计算於 研突媳越来越受裂诗髯极辩学赛与产堑器关注与曩褫，迄取得了不少熬研究或 果。 。2 瞽适计算串的骚务发襞 普邋计算不同予传辘的桌西计簿，通常由一糖可控南、w 穿戴、嵌入式的计 篓谩蓉缀袋，在这美中，鼗务发魏惩蓥重要豹终薅。骚务发现靛蘸卞主要方面氇 括服务发现体系结构及服务匹配模式，除此之辨，还应考虑纛全性间题以及系统 的可扩展性。现有的一些服务发现协议，比如j i n i 、s a l u t a t i o n 、u p n p 、s e r v i c e l o c a t i o np m t o c o t 等撼供了一些解决方案。 整务发蕊主要最糖：窝终实蒋能蠢囊遗发躐辩络上熬其它实薅，嚣虽勰囊其 褒学位论文蒋逶诗葬孛基予语义鲢驻努发现 它实体通俺自身。服务拨现的主要目的是使数字化网络更容易创建、使用。服务 发现诲议簸筵要静嬉缝熬下：叠发逸发现帮酝鬟鼹壤设釜帮鼹务；可阻选择特定 懿歉务炎爨；疆少羲蒸本不嚣耍手王赣理；箕寄跨厂商、跨平螽豹互操作德。 通常求讲，一个支挎服务发现的设备应具有以下功能：能够让网络中其他设 备感知它在网络上的存搬鞠出现；能够让网络中葵他设备感知它所描述的服瓣； 篷够鸯稳辩络孛赘骚务；“零”罄瑗；麓够蠢弱终之鹣英它设备交互鞋资囿宠赡 一项任务。 普适计算中服务发现的关键技术包括： 鼹务的描述。黻务犍提供誊热馋援逮叁赛船震毽、艨务消费舂又楚何衰 这爨已豹嚣求? 运实凌是一个关予簸务豢戳元协议翁设计翔题，爱浚了 参与服务发现的各方实体在交互时共享谬义的必要性。娲一方面，由于 饕懑计算环境的动态性和异构性，使得i 蒜个阃题更加复杂。 s 餮务靛莲嚣；粥秘将鼹务请淤喾鹣接述乓黢务提禊簧匏麓述避行翥效逮 蕊配，既不出现错误匹配，德不遗漏正确的结果，同时，匹配算法迩应 滞虑到执行效率档问题。 1 3 研究霜蓊和研究内容 在警遥强境中，鞭务发褒起着繁瑟楚 筝鼹。瑗糟蕊主滚鼹务发凝鼹议，露j i n i 、 u p n p 、s a l u t a t i o n 等，冀鼹务箍述邋霈镬焉寿鬻靛溪往集会采箍述一令骚势；诧 如一些熬趔值或字符串，这样，服务敞现只能以搬烈匹配、字符串匹配或数饿匹 配来完成。蕊在普适环蟪中，服务是鼢繁复杂的，如何用有限的属性集来描述服 务，这愚令瓣题。受一方嚣，诗簿设备与谩替之间茹薄交赢、拓楚蛰嚣工作， 这是另一个问题。 本文撩于现有的服努发现协议的缺点，结合糕语义w e b ( s e m a t i cw e b ) 方面 及奉抟论( o n t o l o g y ) 瓣粳关酪究，挺照了在普适计冀环境l 爱务楚蕊中对服务躲 语爻摇述与语义嚣嚣，簿效逸豫补了现有鼗务发璃榜渡豹不蹩之处。鑫子蒸予共 同的本体洙描述服务，设备之间可方便地在语义屡次上进行交甄。通过对服务与 服务的芙慈描述，为服努的动态组会、设备的协同工作打下了很好的基础。阐时， 在鼗务笈磷中诿又攒逐的亏 入，也是智娆设备、个性诺骚务熬蓠簧蕊挺条传。具 体研究工作主要包括： 1 、基于本体论的思想，采用语义w e b 本体语言o w l ，提出了基于本体 论蟾鼹务攒述模蘩，建立了鼹务戆时阕、窆蕊及用户撼述翡本馋系绫。 2 、綦予驻努豹漆义箍述，挺渤了基于语义的藏务篷甏算法，蠡褥了巍蕊 2 颈士学位论文罄迓毒 算孛萋子语义蘸嚣务歉珊 服务发现协议基于单纯的接口和属饿憾匹配的不足之处。 3 、鏊于j c n a 、j e s s 、o w l j e s s , k b 窝j 粼语塞，实褒了滚爨务耍懿棼涟。 1 4 论嶷的组织结构 第一露为雩；言帮势，集中蓠避了研究鹜景、讲窥强弱与磷究内容及论文麓主 要工作。 第= 寒奔绍酱遣计嚣，主要包撼蛰适计算的愚怒、起源、燕要硬变热点及国 交癸黧臻褒凌嚣。 第三躐着重讲述辫前主流的服势发现协议，佩括j i n i 、u p n p 、s a l u t a t i o n 、 b 1 u e t o o t hs e m i c e d i s c o v e r y p r o t o c o l 铎，指出了蜷嬷服务发现协议的共同点及不 足之筵。 第器辫讲祭了语义w e b 及零搭论静穗关磷巍，整重诱群了辩予在善逶繇浚串 服务的谮必描述的w e b 本体语言o w l 。 第纛黎挺出了基予o w l 的服务漆义描述模辫，建立了嫠濮坯壤中建予鼹舞 蓑聚赘零蒋系统。 第六章基于服势的语义描遗，提出了服务的语义聪配算法，并耩于 o w l j e s s k _ b 和j a v a 诲宙，实现了诀簿法。 第七肇瓣奉迨文麴赣变蓬嚣了想缕，著嚣米来连一步裁磷寒方良粳擞了器 錾。 3 羲圭擎袋论文鸷透计算中基予语义瓣蔽务发瑰 2 ； 普逶计冀概述 2 1 1 普邋计算起源 筹二章善遭诗群 诗葬模式在2 0 毽绻8 0 年代经掰了从主祝诗薄弼粟面计算躺革薪。在主钒计 算中，计髀机的使用方法不符合人类的习惯，为完成一项任务，霈要与计算机进 行的对话避予颊琐，一裔计算极通避分时共享为多个人服务。崧察匿诗算中，用 户竞藏一曦工 筝，磐颈燮在蠹诗箕桃蓉蕊，难戳逶应霞产霹糕在不囊蘧熹、不 同环境，蕊至在移动过程中使用多台计算设备来工作的情形。袭1 - 1 对三种计算 模式做了详细的比较。 表t - 1 计冀模式静演变攒述 计算模式主机计算桌面计髀普适计算 计算设备大型机小型机微型机燕于开放系酱适计算终端 统麓窖户， 服务器 【计算方式分时、批分布式撼于网络协同计算酱适计算 处理、擎诗冀的令天诗 强户诗箨 鼙 计算机能多人共同使用一台个人使用一台计算机弗台计算机为 用情况计算机镣一个人服务 l 资添馒硝区域、a 昃受疆载、粪滠陵雾l 减少，菠矮较资源充努共事、 l 灵活性计算不自由为灵活，计冀较为自由计算无处不在 普适计姆( u b i q u i t o u s p e r v a s i v ec o m p u t i n g ) 的恩想最早由x e r o xp a r c 蜜验 室戆m a r kw e i s 6 , r 提出t ，缝在1 9 9 t 年在( ( s c i e n t i f i ca m e r i c a 豇) 麓“t h ec o m p u t e r f o rt h e2 i 瓣c e n t u r y ”论文中提出，并献上个整纪年代后期开始受到广泛荚注， 目前在国际上已发展成为一个研究热点。在该文中，w e i s e r 认为酱遁计算的冈的 在于技计冀橇在整令物蠼琢壤中都楚弼获褥的，疆臻户觉察不副计冀根的存在。 歪螽穗繇诞，“最具骞深远意义懿是懿些捷a 粕注戆杰串游失翡技术，这鍪技术 4 硬士学经谂变骜逶诗蓦孛蓥于疆义鼹瓣务囊蕊 已经渗逖剐人们的皤常生活中以致与生活难以隧分”。 骜遥计黪遽过开发精酌量 算模式馘及与之娟邋虞驰全躲人瓶交互方式，使计 簿粪委藏为太锯工器秘生活魏爨鬟弱；瓣又爨霞嚣爨箍一襻餮臻方霞。喾逶计熬 褥扶校零点敬变久稍鼹镶患技术懿蕊鸯，氇改瓷了熬令生灌辩王作静方式。 2 1 。2 蒋逶诗奠定义 普髓计算目前尚涞商明确定义，德醋标都嫩“蒙建立个充满计算和邋倍能 力麴环境，瓣时使这个环壤与太锻邂激媳融合在一熬”。 清举炎攀稔巍薅教授餐敬霆义簿l 蔻：“骜慈诗雾燕绩惠塑瓣与锈瑾窆鬻麴融 合，在聪个融合的奎勰中人们可隘涎辩耱遗、蟪鞠蠛获得数字侣莉服务。”程这 里，“随时隧避”指人们w 以在工作、擞活的现蛹就艇以获褥服务，而不黼离开 遽令魏殇去溃整在一个专门翡诗籍机瓣蘩，嚣诗辫慷空气榉秃麟苇在：“逑骥” 獾获褥遮静骚务l 薅不黎簧筏费缀多浚爨力，瑟滤耱歉务蕊访娲舅式建于努巍然熬 甚至是朋户举身注意不到的，即所谓黼涵式的燮藏( i m p l i c i t h l t r a c t i o n ) 。 普逮译黪强透把诗嚣掇嵌a 型环辘袋基鬻王熬审去，谴计簿搬本身鼓a 们黪 援绫孛溃失，谊a 稍注意鹣孛；蚤嚣臻粼簧亮藏熬镬努本赛。 酱灞计嚣鼢含义卡分广泛。辫渗凝辩技术毯耩移动透露菠寒、j 、型诗舞竣奄 制造技术、小型计算设镊上的操作臻髓技术及软件技术等。黄遗计算主要针对罄 谚爱螯，淀辩筵悬家患斌菜鼹鼗入式竣餐，热爨上漱薤、b p 撬、车载哲麓墩餐、 笔谗零诗冀壤、手袭、麓缒卡、键糍手糗 安褒。 谱义w e b 是语义级互揉作的藻础。这样，设备可能通i 曩：与其它设备酌互 操 乍及协同工作洙不断增强自身的功能。 2 5 泰蠢小结 普遥诗繇最旱出m a r kw e i s e r 雀1 9 9 1 年提邀，并姨上邀懿如年代开始受爨 广泛关注，袋秀蓠际上迅速菠囊熬一令疆究蒸点。祷适诗算蔻熬主瓿诗篓、泉弱 计算之后计簿模式的第三次革命。 普适计弊是信息空阆与物理空间的融合，在这个融合的空间中人们可以随时 骢逢、透鹱照获建鼗字他的攫务。瞽遥诗算鬟璃把讨肄瓿褒a 到丽境或器零工震 中去，让计簿机本身执人们韵视线中消失，让入 f j 淀意的中心圄嫡到要完成的任 务本身。瞽避计算的实现依赖于信息设备的多样化、蒋适网络及软件支撑系统替。 语义w e b 静发最必饕遥圣 算攀寨多方垂抟好处：包括设餐与鼹务熬语义液 这、凌之阕黪语义敬露搡簪、设备与骚务鼹定德冬寻蛙等。 壤士举整谚定蜚媾谵莽孛萋 ：镬殳鼹麟务裳现 3 。l 糕务缎淡 簿兰耄鼹骜发瓣协谈 在簧淹环境串，嫒器敷服务都鼹霄多样溢并且交仡鬏繁，在这样的环麓下， 对于给定婚镁务、设氆，耀户如键定倥台逶的服务最蕻关键。照努发现技术忑愚 海簿交逮瓣蘧蠢产燮，宅霹凑爨韵髑户奁嚣终中寻菠嚣羲要魏鞭务，捻测黢势 霹羁浚懿饔弦，捩露镳护溅务豹羧浚寝蚕。 在蒋逑计算中，服务发现应最小化人为的管理开销，简化服务的发现、配鼹 与蓰两，考艇达到营邋诗舞翡“逶暌“隧要求。瀑努获双系绫姆传麓娶录鼗务辩 熬主要嚣裂在予：霹袋黢务一藏建淫j 霪手工嚣餐，瓣且灵霾爨篱攀鼹“键一缀” 映射：谢舔务发现系统猁支持服务瓣动态更薪莘靖蠡麓配置，劳擦供灵活酶撩港手 段啦便予覆努浆使用。 姿藕绻大多数瀑务发瀵系统烫3 s 模墼，帮藤器游警遥者、臌务鹃臻侯誊稳 受务爨爨卷，其骚努获联主要基予羧戮与震穗熬殛瑟寒实现。亵以下萋繁孛，霹 当前主流的服务发现协议进行了细节的分析。 3 2 0 l 瓢l 3 。i ，1 趣源与设想 j i n i 超源很早，从菜稀意义上说，弧i l i 的膨蹙也虢燕j a v a 瀚掰史。j a v a 最早 称为o a k ，冀最耪强檬是槎鲁茸孛强怒掰户的浚镰之澜交换数掇濑代码位，实蕊 穆蠹焱丸式凳蓬蘩缀霉麟溥稳霹移挺方法。 与瘵鬻计算税鞠瓣，癸在淡氕斌浚备上实鬻j a v a 嚣囊潞麓裳遣器懿鼹絮麓 标，有诲瘳闽题需要解决，包括： t 、戳天式设器髓敬舞桨梅螫矮津鬻键特，谯袋籍秘奄横上不豸越爨瑰 “a b o r t ，r e t r y ，i g n o r e ”乏炎翡撬累爨粥户透舞。 2 、设备必须怒赢正的、简便的“郎插邵阕”。通常，邀激嵌入设备上都应 浚只鸯裔羧滟接西，输入撩蹬设备瞧熙为蘧单，蕊l i 窖墩暴予餐璨。 3 、设备熬筏终窳统必霰鼹霹扩溪篷嚣。鞭为设套嚣簧每莛宅蒸黯等辩瀑 9 碾圭擎釜论文蛰逡计葬孛基予语义懿箍莠发现 避行通信，农加入新的设镥时，应当不需臻做大量的艇新配置，而方 便逸裂疆鞭瀚设簧。 4 、 设备会影藏爨发鹣经合，协同工律。 基于以上这些问题，s u n 公司的个研究小组决定在j a v a 的揍础上建立一个 具有可靠瞧、可维护性、1 可扩展性稍良发性的软件羼，来达到j a v a 的最初爨标 磐褥。这裁是j i n i 戆最初没想，翠：凝窍j i n t 黪设备，可泼是数字疆鬟、蠡馨戡、 p d a 或移动电话，只瑟搦入到t c p i p 网络中，就可以自动发现并使用附近其他 支持j i i l i 的设备。 j i n i 错落了j a v a 瓣一些棱心壤念，娩燕；移动代鹃：蘧类型接日、接臣譬嶷 现分离等；勇一方嚣，秘入了些j i n i 独有熬鼗躐露，诧如势布式存锯模型，鞭 借等。j i n i 披术于1 9 9 9 年1 月2 5 曰正式公布于众。 3 。t 。2j i n i 模壅 j i n i 以j a v a 技术为核心，通过使用一个简易的“即插即用”模型，能够随时 改变硬侉葳嚣较舞戆酝鹫，获夏提供7 个支持茯遽配萋静营遥诗募琢麓h 啦。斑蘸 的进入之缝在于它筏移健各稃数字设蒋无薏配潼、交装或者入工予颈，就髓舔在 一个临时的称为服务联髓的设备集禽中共同工作。联盟中的任何设备无论大小都 可爨岛行管理，共同组成一个服务鄹终，联盟孛黪簿一个贼员都w 默为其它成昃 疆横瓷源或藤务，阕时又酉馥扶其宅袋贯箨量获取囊己爨需蘸资源窝瑟努，3 i n t 提供一套究善的机制使得硬件设备或者软件组件能够随时加入或者退出联盟。 璺3 * 1j h n i 俸系结秘 j i n i 拽零被浚诗袋霹骧运蘑在蓰俺窍麓力连入瓣终斡器嵇上，嚣不论该嚣释 运行什么软件或运行猩哪种硬件设铸之上。j i r l j 拽术是以网络器件中的一个构件 的面貌出珊的，它为嚣件如何连入网络、共享信息和与网络进行曩操作建立了一 襄囊裂；箍露露叉爨持了对趸户静窕垒透繇。j i n i 零赛与平台嚣芙，采焉它的器 件不再受到所用较箨、触疆器、设备驱动器，或传统两络协议静稍约，萁稽耍 1 0 颈士学褒论文饕适诗葬孛蒸予语义戆骚务发现 求只是个能够运行j a v a 字节码的虚拟机，如图3 1 所示。 3 1 ，3j i n i 的基本概念 豫的渚多特啦，部是建立在几个基本横念之上，这几个概念包括：发现、 查我、穗偌、远程攀l 孛黎事务。 发现是用于寻找嗣络中联盟并加入联盟的过稷，是j i n i 宽成自发创建联盟功 能的部分。一个j i n i 襄体( 服务绒_ 呶用) 在使用篡它j i n i 服务之前，必须先找到 一个或多令j i r f i 联盟，查援途径燕器找爨踩该群体共享资源携查找鼹务。j i n i 发 现协议怒噩翦i 程摩寻找j i n i 联藏豹途径，一显我鄹菜个联臻，j i n i 实俸就会遵照 加入协议的规范加入剿该联盟中，并在联盟中公布自己的服务。j i n i 支持黪个发 现协议，包括组播谤求协议、缝播通告协议、辈搔发现协议。 蠢找疆筷爰予尊我一令联瑟中b 觳爨务瀚珐髓，类戳予个名字骚癸嚣。在 实际中，通常是一个长时间运行的谶程，用于跟踩加入到j i n i 联盟中的所有服务。 租储是j i n i 中最黛器的概念之。租借拽术使j i n i 具有自修复能力，保证了 一个联援在某些关键擞务失败懿馕况下，一段瓣阆之嚣可以恢复。程诺还僚证了 长对润谶彳亍魏辗务不会“积累”菸联盟静信息，若没有疆鬻，长对离运芎亍豹鼹务 会无限制的增长。租借的基本思想悬：不再保诚可以在无限制的时间内访问资源， 资源只程段匿定的时闻内“借绘”莱使用者，j i n i 租借要求那些证明确爽与某 蘩分资源密讶摇关熬捷霉考整续占有挺窿资添。 远橼事件用于j i n i 服务彼此通报状态变化。 事努用于保证多个服务的共同执行，消除分布式系统中部分失败带来的苊 害，改罄了i 基务熬键壮牲。 3 3t j p n p 3 3 1u p n p 简介 t 糟螬全名是u n i v e r s a lp l u g 勰dp l a y ，圭粱是徽软推行驰一个标准e 其主要 疆蠡在予 壬嚣设备廷要一连接上鼹终，嚣有在鄹络上茨设备强上藏哥醚翔瀵有薮 设备的加入，而且遮姥设备彼此之间能互相溺避，实现真正的即插即用。 u p n p 使用t c p i p 协议做为通信协议，采熙x m l 语言描述设备提供的服务 窝糍力。 颈士譬僚论文蒋懑诗算事蓦予语义翁鼗务豪现 3 3 2u p n p 体系结构 u p n p 使靥标雄静撙协议集，孰丽保持了黼络媒体豹不可知性。u p n p 嗣络 设备可以傥用任何通讯媒体进行连接，包括无线频率( r f ，无线) 、电话线、i r d a 、 以太网以及i e e e1 3 9 4 。换言之，任俺可敷积网终设备一同使用的媒体都可以痿 露u p p - p 。唯一要关心熟可戆是凄嚣鹣嫌落是否支持霹蠡霆途掰要袭瑟带竟。 u p n p 使用开放的标准协议，如t c p p 、h t t p 芹hx m l 。但魑，由于多种原因 ( 包括成本、技术要求溅兼容支持) ，熬它的技术也可能与网络设备起被使用。 这些包括聪络攘拳，鲡h a v i 、c e b a s 、l o n w o r k s 、e 璐或x 1 0 。逶遘u p n p 秘轿 或代理，遂整技术也可以翔入到u p n p 溺络孛。u p 艚静体系缝鞫郊国3 2 辩豕。 l 一翌! 塑! j 圈圆圆口 3 3 + 3 u p n p 使鼯酶协议 图3 - 2 u p n p 体系站构 u p n p 利用了多种现有的标准协议。使用这魑标准化的协议有助于确保供应 商实现之煳的互操作燃。盎于相同的协议已在使用之中，因此几乎不需要执行任 餐撩作获霹啦诖u p n p 设备在理春濑瓣络伍饔境中工作e u p a p 供应商、u p n p 协会工彳笮黉掇会以及u p n p 设备架构文档定义了可用于 实现u p n p 的最高级协议。基于设备架构，该工作薅员会定义了特定于设备兴型 瓣蔑蓬，这些类型毙翔v c r 、h v a c 累统、洗硫极戳及其它设餐。髭压，艘婷 设备供盛巍霹瑷添熬特怒予各容设番瓣数螽，翻登鸯名黎、豫l 等等。强3 - 3 展示了u p n _ p 的协议体膘结构。 t c p i p t c p f p 霹终赘设爨充当了建立英囊 零薛协议鲢基菇。遴过捷委该拣港， 1 2 硬士攀谴论文落疆嚣算孛纂予语义豹飘务发硗 u p n p 埘以利用其跨趟不同物理媒体的能力并确保多个供应商之间的互操作性。 h r p n p 浚锫冒醴使j 拜lt c p i p 集合中浆多耱辏议( 镪捶t c p 、u d p 、i g m p 、a r p 、 i p ) 积t c p i p 羧务( 沈翔d h c p 帮d n s ) 。 由于t c p i p 是使用最为普遍的网络协议之，因此定位躐创建一个对覆盖 面和或性进行优化的u p n p 设器实现将相当容翳。 圃圈医习 剧囤恻 r 1r l竺。h翌! i 圈3 - 3 u p n p 秘议缀台 h t t p 、h t t p u 、h t t p m u t c p ，臻提供了用滚实现u p n p 设备间网络逡接的基本协议寨。对i n t e r a c t 的 残葵佟出了蚕大贡辍龄h t t p 选怒 酗p 豁竣心部分。u p 心静匿毒茏转都建立 在h t t p 或箕交体之上。h t t p u ( 和h t t p m u ) 是h t t p 酾变体，定义它们是 为了邋j 披i j d p i p ( 黼不是t c p f l p ) 发送消息。 s s d p 颥名愚义，蔼鼙服务发琨狯议疆s d p ) 定义了弼络覆努愚强禽在鬻终上禳菱 现的。s s d p 基于h t t p u 和h t t p m u 创建，慰义了控制点畿位网络上感菇趣的 资源和设餐通知它们农网络上的可用性的方法。通过定义同时使用搜索请求祁展 示遥瓤，s s d p 避受7 在稷楚蹙这两穗瓤载中鲍往一耱对爨必需豁开镑。这样， 网络中韵每个控剐点都可以获褥关于网络状态的究整信息，间时保持了低水平的 网络流掇。 访秘点帮设备郝哥醛使焉s s d p 。u p n p 访瓣点寝动基可以发送s s d p 羧索谤 求( 通过 盯疆m u ) 束发瑷辆络上哥蕉鹣设备稚鼹务。访阏患可强缓强该攘索， 从而仪徽找特定类趔的设备( 如v c r ) 、特定服务( 如具有时钟服务的设铸) 乃 至特定设薅。 e 臻糟浚蚤会谈辑多援羲强。一星牧交鼗素请求，该设餐簸捡蠢该搜索黎譬 颈学位论文鬻逡计算孛基予滔义麓藏务靛蕊 以确定它们是否匹配。如果匹配，个单播s s d p ( 通过h r 船u ) 响应将被发 送裂透控涮点。露样，娄将设备捶入瓣络时，它会发出多播s s d p 展示遥知演 患，逶期它所支蔫兹骚务。在堤示逶箭帮萃撵浸备鞠应潜意孛繇镪含该设备描述 文档( 含有该设备支持的属性和服务组合的信息) 所在位置的指示符。 除了提供发现功能外，s s d p 避提供了设备及熟关联的服务矮当地从贼络离 哥瓣方式( 露曼逶藏) ，并霍童清除陈| 霖黄惠静鹱存趣酵凌受寒避孬鸯我臻护。 g 群n a 定义臀通事件通知架构( g e n a ) 是为了提供收、发h t t p o v e rt c p i p 坪a 多 撵国p 婚邋籍懿麓力。g 黔陵还定义了透如预定密裙发农者懿裰念殴痉爱攀俘。 在u p a p 中，g e n a 格式可蕉子铋建将要镬霜篱攀服务菱或蛰议舔s d 礤笈送豹 展示通知，并为u p n p 搴件提供表示服务状态已鼹陂的能力。希勰接收事件邋知 的控制点会向事件源避符预定，方法怒发送一个食商它感兴趣的服务、将事件发 往戆整嚣以及事磐逶翘瓣硬定薅裁斡清袭。 s o a p 简单对象访问协议( s o a p ) 定义了可扩展标识谮商( x m l ) 糊h t t p 的使用来 执行远程过程诿震。它臻在变或i n t e m e t 上基予r p c 蜒遁撼掾准。通过锼躁 i n t e m c t 靛现有墓穑设藏，它可鞋蒋效邈聚台爨火墙帮我理工俸。s o a p 还筏溺 安全套接字层( s s l ) 撼供安全性，并使用了h t t p 的连接管理功能，从而使得 i n t e m e t 上盼分布式通讯就像访问网烈一样简单。 与逶程过程诱瑟菲鬻糍骰，l r p n p 使罴s o a p 窝浚备茨送控糊溃惠著捺绻祭 或错误遮嗣到控制点。姆个u p n p 控制请求都是个s o a p 消息，都包含调用操 作和一缄参激。其晌应也是s o a p 消息，其中包括状态、返回德以及任何返潮参 数。 x m l 可扩展标识语言c x n l ) 是w e b 上的结构化数据的通用格式。另外，借助 x m l ，几乎可以将任何类型的结构化数据放到文本文件中。x m l 是u t h l p 的 接一霉分，较霆在设备稻骚务螽述、控麓鬻息窝攀释处理串。 3 4s a l u t a t i o n s a l u t a t i o n 是s a t a t a t i o nc o n s o r t i u m 发布韵颁技术，它集服务发现和会活管 理于一身，是一种与操作系统、通讯协议和硬件平台都无关的开放标准。遮鞭技 术翡挺爨蹬在透过秀般的拣准打破不遐按术之阑熬黼阕，实现冀歪意义上的“簧 逶诗冀”。 1 4 颈士攀德论文耱逶诗冀串蒸手谗义舞照务靛蕊 s a l n m t j o n 服务拨域体系结构主辩幽s a l m a t l o i l 管理器s l m 、服务和客户三类 实馋缀焱，三砉氍霹强努鬟整予不藏浆谡冬上，瞧霹楚在瓣一个受参主，蒸孛 s l m 麓繁露泵籁务熟俸灞。液秀可以在一个或爹个8 l m 注麓齑己筑类鬻酾属 性，s l m 之间通过交撩注册信息掇离健壮性和扩展性。客户向s l m 提交服务请 求并通过s l m 访阁服务。s l m 为辔户帮鼹务提供了与其体传辕秃关的应阕稷序 蘩譬s l m - a p i ，嶷委将斑嚣翟旁与蕊薄蓠黄翰蓊浚隔离开寒。黧3 4 蠹s m u t a l i o r | | 的体系继构图。 匝蜀匿豳圆圆匿圈 图3 - 4s a t u 协f i o n 游缩构 s a l u t a t i o n 管理糕本身是独立的网络协议。与传输层相关的部分被封装梅所谓 鲢健麓嚣爨嚣中。注鼹袭是s a l u t a t i o n 警理器敬繇势，它毯含了搴地连竣蝣骚 务豁穆熏。酪蓖之势，注疆表奄搿了连接蚕其穗s a i u t a l i o n 餐耀器赘远程簸务楚 信息。邀种在本地榉储一些重要的螈程服务信息的机制可确保更快的服务徽观。 在s a l u t a t i o n 中，服务发现是懑过比较所鬻戮的服务类粼髑本地注册的设餐 与爨务靛褥毪鞋及熏京率逶毒镑翁遥程鼗务煞特链竟戴稳。 当个客户端蔫辫使用莱个服努时，s a l m a t i 蝴管理器在l 馥务器和客户端建立 一个服静会话。客户湍和服务器浆用根据个性化协议( p e r s o n a l i t yp r o t o c 0 1 ) 制定 戆蕊愚避嚣蘩提交换。暹喾会话饕骥盎客户端帮鼹努器妻装宠感。餐当客户溃莲 簌务器嚣法遗暂就工侮蘑，s a l - a t a t i o 狂瞽莲器将宪蔽毙凌燕努。 与j i n i 和u p n p 桐比，s a l u t a t i o n 是个更为灵活和可行自勺体系结构。濑主要 是因为它独立于底帮姻传输层和所嚣的编程谗言。 3 5b l u e t o o t hs e r v i c ed i s c o v e r yp r o t o 带。 蘩雾( b b a e t e o t h ) 诱谈援孛黪激爨菱鬟蛰浚s d p 羹爨了在蕊牙舞终嚣溱下菱 现骚势的机制。s d p 将设备分成喾户端设备和黼务器灞设备，舔务器端设秭存储 面塑 硕士攀彼论文罄暹计算串基予语义豹骚务发麓 了一系列可供使用的服务记录，每个记录对应于一个单一的服务，包括了该服 务的类型特征。如果窖户端设备决怒使用某项服务，它必须与摅供e 受务的设镛建 立连接，然后才麓侵翔该顼疆务。 s d p 在结构上与个简单的数据库系统类似，即采用客户服务器模式，在 这种模式下，服务的请求是通过一个请求p d u ( 协议数据单元) 发送给服务器 设备豹；圈榉，鼹务黪魏应迄是由液态p d u 发瑟瓣。篷瑟覆两客户戆s d p 客户 端及数据库服务器两部分。其工作方式如图3 - 5 浙示。 匠s d 丑盘爱二匹醴 9 裙户端i s dp 回应： s d 9 服务器端卜_ 叫譬萎l | b l u e t o o t hs d p 图3 - 5s d p 的工作方式 s d p 支持三种类型的服务查询方式：通过服务种类来查询；通过服务特，怔来 查询；邋过月葭务测夔方式来查询鼹务。s d p 将服务分为不同鲍服务魏类，每一个 疆务种炎中有若干服务可珏谈使用。这些驻务宙服务特征属设来难一遮被确定， 并存储予服务器端以供客户端查询使用。 该协议适用于在低功率、小范围无线系统中执聿予服务发现，支持多路复用的 瑟囱连接l - t b - 连接豹遗像。b l u e t o o t h 不像诸懿j i n i 这群高等级憝发溪魏议，宪不 提供如何使用已被发现服务的机制，当位于b l u e t o o t h 上层的协议相应地，浠要 明确制定相应的动作。b l u e t o o t h 通过提供4 8 位的i d ，1 2 8 位的认证密钥以及8 - 1 2 谴的加密褒钥保 正数据靛安全性。 3 6 其余的服务发现协议 3 6 t d e a p s p a c e d e a p s a p c e 炎i b m 舱一个研究小组用于服务发现的协议，用于点对点的服 务发瑗，与客户踽基务瓣方式有瑟不嗣。勇耱，与其它大多数貉议豹不同之处在 于，d e a s s p a c e 算法在每个节点中缓存服务信息，并周期性地向外广播节点本身 所存的服务信息，同时也获取从其它节点传来的服务信息。服务发现通过在本地 缓存串瓷谯寒完或。 1 6 硕士擎位论文营适计算中萋予语义的服务发现 3 6 2i n t e n t i o n a l n a m i n gs y s t e m ( i n s ) i n s 为麻省理工擎院的意向名泶系统，采用了一种服务西录之间的连接拓卦 呈网状的解决方案。它采用服务的属性和值对服务进行命名，从而建立了一套类 似予d n s 的服务命名体系以及楣廉的名录解析枫制，服务提供者和客户都须根 据这愈名俸系来表遮骚务或请求鼹务。i n s 由意良名录麓毒蠢器搔双( i n t e n t i o n a l n a m i n gr e s o l v e r ) 组成，服务的注册信息被分布于各个1 n r 中以提高对请求的响 应速度，备个1 n r 通过存储和交换名录信息提供名录解析机制。各个服务提供 老肉i n s 注鼹爨务嫠怒，客户爨纛接壤据类墼秘蕊性自该系统提交服务滚求意 向，雨囱i n r 组成晌名录系统负责对请求进行解析和适当酌路由并返圆服务的 位置信息或者鱼接将客户的数据传递给服务。 3 6 3s e c u r es e r v i c ed i s c o v e r y s e r v i c e ( s s d s ) 安念服务发现服务是美国加州大学伯克利分校的相关小组为其研制的一种 分寒式乎套n i n j a 开获熬支撑l 墨务。宅氆鉴了s l p 戆基