（计算机系统结构专业论文）支持普适计算的智能终端服务及设备管理技术研究(1).pdf

摘要 摘要 随着集成电路和网络技术的发展，n c 、p d a 、信息家电以及智能手机等设备愈加普 及，网络服务也晶益丰富，信息服务正逐渐向能随时随地为人们提供透明服务的普适计 算环境过渡。作为普适计算环境中的一种重要应用模式，终端应用在服务及设备管理方 面都面临许多新的挑战。本文针对普适计算环境中的终端服务及设备管理问题迸行了研 究，主要在以下几个方面取得了一些研究成果： 1 、在操作系统中提出了终端呈现单元的概念来处理普适计算环境中终端设备的异构 性和动态性问题。终端呈现单元是操作系统设备管理层中的一个逻辑模块，对应于一个 已经登录用户的终端设备环境。终端呈现单元的管理以终端服务环境中的会话信息和用 户周围设备信息为基础。采用终端呈现单元概念，可以灵活管理终端上的设备资源，支 持用户在不断变化的环境中得到持续一致的终端服务。 2 、基于终端呈现单元概念，提出了种支持普适计算环境的终端服务及设备管理框 架。这种服务及设备管理框架采用分层结构，最上层为全局终端服务管理层，其下依次 为服务执行管理层和终端呈现管理层。最底层为通信管理层，通过虚通道技术支持不同 类型数据进行安全、高效的传输。智能终端服务管理框架的各层既在功能上相互联系， 又在管理和实现上相对独立，具有很高的灵活性和扩展性，并且能够针对交互式图形终 端应用提供有效的q o s 保障机制。 3 、提出了一种以终端呈现单元为基础的终端设备管理协议。这种设备管理协议的主 要内容是规范终端呈现单元和终端之间有关设备控制信息的交互过程，其中对设备的控 制和操作以l i n u x 系统中的虚拟文件系统为基础。协议中具体规定了终端设备发现、设 备信息注册、设备状态维护等功能的机制和实现过程。终端设备管理协议为终端服务灵 活控制终端设备提供了一套简单标准的过程。 4 、在上述概念和设计的基础上，提出并实现了以终端服务为中心的终端设备管理原 型系统。该原型系统主要包括两个部分：会话管理和呈现单元管理。会话管理中采用了 多种会话状态以方便管理，终端呈现单元的管理和终端设备管理协议紧密相关。该原型 虽然基于单执行节点系统，但易于推广到多执行节点环境中去，具有良好的扩展性。 关键词：普适计算终端呈现单元智能终端服务终端设备管理协议 a b s t r a c t r e s e a r c ho l lm a n a g e m e n to f i n t e l l i g e n tt e r m i n a l s e r v i c e sa n dd e v i c e s s u p p o r t i n gu b i q u i t o u sc o m p u t i n g s h ih o n g z b o u ( c o m p u t e r a p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y ) d i r e c t e db yl io u o j i e w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi ca n dn e t w o r kt e c h n o l o g i e s ，m a n yd e v i c e s ，s u c ha s n e t w o r k c o m p u t e r ，p e r s o n a ld i g i t a la s s i s t a n t ，i n t e l l i g e n t m o b i l e p h o n ea n d s o o n ，a r e i n c r e a s i n g l yp o p u l a r b e s i d e s ，s e r v i c e so nn e t w o r k a r eb e c o m i n gm o r ea n dm o r ed i v e r s i f i e d t h e r e f o r e ，t h em o d e lp r o v i d i n gi n f o r m a t i o ns e r v i c e si sc h a n g i n gt ou b i q u i t o u sc o m p u t i n g e n v i r o n m e n t ( u c e ) ，w i t h i nw h i c hp e o p l e w i l lb e u n c o n s c i o u s l yp r o v i d e d w i t hv a r i o u s n e t w o r ks e r v i c e s a tt h es a m et i m e ，t h e r ea l em a n y c h a l l e n g e st om a n a g eag r e a ta m o u n to f t e r m i n a ls e r v i c e sa n dt e r m i n a ld e v i c e si nt h ef u t u r eu c e a s f o l l o w s ，w ep r e s e n ti nt h i st h e s i s s o m er e s e a r c hw o r ko nt h em a n a g e m e n to fi n t e l l i g e n tt e r m i r m is e r v i c e sa n dd e v i c e s ，a n d b e s i d e ss o m er e s e a r c hr e s u l t s 1 、w ep r o p o s et h e c o n c e p t o ft e r m i n a l p r e s e n t a t i o nu n i t ( t p u ) i no st o h a n d l e h e t e r o g e n e o u sa n dd y n a m i ct e r m i n a ld e v i c e si nu c e t p ui sal o g i cm o d u l et h a ti sm a i n l y l o c a t e di nt h ed e v i c ed r i v e rl a y e ri no sa n dc o r r e s p o n d st oau s e rw h oi s u s i n gt e m x i n a l s e r v i c e s t h em a n a g e m e n to ft p u si sb a s e do nt h ei n f o r m a t i o nf r o ms e r v i c es e s s i o n sa n d t e r m i n a ld e v i c e s w ec a n f l e x i b l ym a n a g e t e r m i n a ld e v i c e su s i n gat p ua n ds u p p o r tau s e rt o a c h i e v ec o n s i s t e n ta n d p e r s i s t e n tt e r m i n a ls e r v i c e su s i n gd i f f e r e n tt e r m i n a ld e v i c e si nd i f f e r e n t p l a c e s 2 、w e p r o p o s e an e wf r a m e w o r kt om a n a g et e r m i n a ls e r v i c e sa n dd e v i c e sb a s e do nt h e c o n c e p to ft p u t h i sf r a m e w o r ki sh i e r a r c h i c a la n dt h e r ea l e4l a y e mi nt o t a l t h et o pf i r s t l a y e ri ss y s t e mt e r m i n a ls e r v i c em a n a g e m e n tl a y e r , b e l o ww h i c h a r ee x e c u t i n gn o d et e r m i n a l s e r v i c e sm a n a g e m e n tl a y e ra n dt p u m a n a g e m e n tl a y e ri ns e q u e n c e t h eb o t t o ml a y e ri s c o m m u n i c a t i o nm a n a g e m e n tl a y e r , w h i c hp r o v i d e ss e c u r ea n de f f i c i e n td a t ac h a n n e l sf o r t e r m i n a la p p l i c a t i o n s f u n c t i o n sp r o v i d e db yl a y e r so ft h i sf r a m e w o r ka r ec l o s e l yc o r r e l a t e d a tt h es a m e t i m e ，t h e ya l ev e r yi n d e p e n d e n td u r i n gi m p l e m e n t a t i o n 3 、w e p r o p o s ean e w k i n d o f p r o t o c o lf o r t e r m i n a ld e v i c e sb a s e do nt h ea b o v et p u t h e p r o t o c o l i sm a i n l yf o c u s e do ni n t e r a c t i v e p r o c e s s e sb e t w e e nt e r m i n a l d e v i c e sa n dt p u o p e r a t i o n so n t h et e r m i n a ld e v i c e sb yt e r m i n a ls e r v i c e sa r eb a s e do nt h ev i r t u a lf i l es y s t e mi n l i n u xo s t h ep r o t o c o ls p e c i f i e sp r o c e s s e so fd e v i c ed i s c o v e r y , r e g i s t r ya n dd e v i c es t a t e m a i n t e n a n c e t h ep r o t o c o li ss i m p l ea n dc a l lb eu s e db ys i m p l ed e v i c e s i tp r o v i d e saf l e x i b l e n i 支持普适计算的智能终端服务及设备管理技术研究 a n ds t a n d a r dw a yf o rt e r m i n a ls e r v i c e st oc o n t r o lt e r m i n a ld e v i c e s 4 、w e p r o p o s ea n di m p l e m e n t ap r o t o t y p es y s t e mb a s e do l lt h ea b o v ec o n c e p ta n dd e s i g n t h ep r o t o t y p es y s t e mc o m p r i s e st w o i m p o r t a n tp a r t s o n ei ss e s s i o nm a n a g e m e n t ，t h e o t h e ri s t p u m a n a g e m e n t i nt h es e s s i o nm a n a g e m e n t ，w ed e s i g nv a r i o u ss e s s i o ns t a t e st of a c i l i t a t e m a n a g e m e n t t h ei m p l e m e n t a t i o no ft p u i sc l o s e l yr e l a t e dt ot h ea b o v et e r m i n a ld e v i c e s m a n a g e m e n tp r o t o c o la l t h o u g ht h ep r o t o t y p ei si m p l e m e n t e d i nas i n g l ee x e c u t i n gn o d e ，i t c a r lb ee a s i l ye x t e n d e dt om u l t i - e x e c u t i n gn o d e ss y s t e ms i n c ei tt a k e so nh i g he x p a n s i b i l i t y k e y w o r d s ：u b i q u i t o u s c o m p u t i n g ，t e r m i n a l p r e s e n t a t i o n u n i t ，i n t e l l i g e n t t e r m i n a l s e r v i c e ，t e r m i n a ld e v i c em a n a g e m e n t p r o t o c o l l v = j 。 本人声明所呈交的论文足我个人在导师指导下进行的研究：r = 作及取得 的研究成果。就我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，沦文中 ，1 i 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研 究所做的任何贞献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名： 斐彳工 司 日期：j 。p 毕歹，2 关于论文使用授权的说明 中国科学院计算技术研究所有权处理、保留送交论文的复印件，允许 论文被奄阅和借阕：并可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、 缩印或其它复制手段保存该论文。 作者虢奶同翩繇归 2 一州涉 日期：印日弓。旧 第一章绪论 第一章绪论 随着网络技术和集成电路技术的迅速发展，人们使用各种新型的终端设备来访问网 络上的各种计算和信息资源_ ：f 变得越来越普及，这已经成为传统社会向信息化社会转型 的一个重要特色。随着信息化建设的进一步发展，有两个显著的趋势，一是计算资源、 设备资源以及各种信息资源都向网络化发展，二是访问这些网络资源的终端设备朝多样 化、小型化、智能化以及可移动的方向发展。最终的目标是实现一种可以随时随地“透 明”地为人们提供各种服务的普适计算环境。 1 1 智能终端应用介绍 智能终端是一个被普遍使用的概念。下面将从智能终端的定义、发展、应用特点及 应用环境等几个方面对智能终端应用进行介绍。 1 1 1 智能终端的定义 终端( t e r m i n a l ) 是一个含义很广泛的概念。计算机网络环境中的终端是指能够列 系统进行信息输出或信息输入的各种网络节点。一般可以根据不同的分类标准对终端进 行分类。例如根据终端的显示能力，终端可以分为字符终端和图形终端( 包括多媒体终 端) ；根据终端本身处理能力大小，终端又可以分为哑终端、普通终端和全终端：根据 终端网络连接能力，终端还可以分为移动终端和固定终端等。无论终端如何分类，其基 本特点是在网络环境中使用各种计算和服务资源。 人们除了使用各种终端设备访问网络资源以外，在一些特定环境中通过网络利用多 个终端设备进行协同工作也成为发展趋势。这主要有两方面的需求推动。一是终端设备 小型化，功能相对单一化的发展。二是人们对信息服务环境和娱乐环境中各种事务处理 自动化的要求。因此终端的概念也进一步扩展，终端不仅仅是访问网络资源的手段，而 且也能够为网络应用提供相应的设备服务功能。 另方面随着移动通信和家电产业的发展，终端类型也进一步扩展，最为典型的是 智能手机和信息家电，人们使用它们也可以访问网络资源。本文中对智能终端的定义并 不局限于行业，尤其是传统的信息行业，而是从功能上对智能终端进行规定： a 、智能终端必须具有一定的计算能力 b 、智能终端必须具有一定的通信能力 智能终端上运行的操作系统一般采用嵌入式操作系统。同一般操作系统相比，嵌入 式操作系统功能更为简单和专一。智能终端的通信能力是终端应用普及的重要基础。目 前许多智能终端提供以i p 为基础的通信能力，这是根据i p 在i n t e r n e t 、通信和信息家电 行业目前及将来所处的地位确定的。i n t e r n e t 领域中i p 作为各种异构网络之问互通的基 础地位已经确立。通信领域在“i po v e re v e r y t h i n g ”l a u l 9 9 5 ，d r a 2 0 0 1 ，d e n 2 0 0 2 的基 支持普适计算盼智能终端服务硬砹备管理技术研究 础上，日刚正驯“e v e r y t h i n go ni p ”【r e p l 9 9 9 的方向发展。在信息家电领域，随着1 p v 6 技术的发展，在信息家电上采用i p v 6 也成为种趋势f d i 9 2 0 0 3 1 。 终端应用和终端服务紧密相关，终端服务( t e r m i n a ls e r v i c e s ) 指应用服务( 程序) 运行在后台服务器上，远程终端仅处理用户界面显示以及键盘、鼠标等输入的种应用 模式。这种终端服务实际是一种基于网络的c l i e n t s e r v e r 计算环境，又被称为瘦客户模 型( t h i nc l i e n t ) ( s t e 2 0 0 0 或基于服务器的计算模型( s b c ， s e r v e r b a s e dc o m p u t i n g ) 。 终端用户在这种计算环境中通过终端访问刚络上的各种计算资源和服务资源。 随着终端类型不断增多和功能不断增强，网络上的各种服务和应用对终端设备的要 求不仅仅局限于进行显示输出和用户输入，而且还需要利用终端设备其它更为复杂的功 能。这样终端设备和网络应用之间实际上形成了一种互为客户和服务的关系。而且随着 终端类型增多和功能增强，特别是在协同工作环境下这种发展趋势更为明显。 从上面对智能终端和终端服务的分析看，一个完整的终端应用环境包括三部分：终 端服务部分、终端设备部分以及这两者之间的信息交互部分。智能终端应用的智能化也 充分体现在这三个部分中。在服务端，智能化的终端服务环境应该为终端用户提供一个 统一、易用、安全并且能够保证服务质量的服务执行环境，而且还应该能根据终端用户 所处位置、所使用终端设备类型和能力以及网络通信能力等因素灵活调整服务策略和方 式。在终端设备部分，智能化应该体现在对服务的自动发现，对设备的自动发现以及将 网络上各种服务同本地各种设备资源进行有机整合的能力。在终端服务和终端设备之间 的通信部分，智能化主要体现在对各种网络通信能力的自适应上。 1 1 2 终端应用的发展 最早的终端应用方式是通过t e l n e t 协议 p o s l 9 8 3 ，b o r l 9 8 9 访问远程主机上的应用。 t e l n e t 是最早出现也是目前仍被普遍使用的一种终端应用协议，其设计主要基于三个方 面，一是“网络虚拟终端”，二是“选项协商”，三是“终端和进程对等”。t e l n e t 的主要 设计目标是对主机上的进程屏蔽各种不同网络终端之间的差异，实现进程对终端控制的 一致性。t e l n e t 自从1 9 7 0 年开始开发以来，在r f c 中有6 0 0 多个文档和t e l n e t 协议相 关，它的使用范围随着社会信息化的过程不断扩大，甚至被称为“所有协议之母” k h a l 9 9 8 1 。t e l n e t 协议的实质正如其所遵循的设计原则那样，是对各种网络终端的一种 抽象。这种抽象体现在两个方面，一是对各种终端设备的抽象，二是对应用程序输出和 输入接口的抽象。通过这两方面的抽象为应用程序和终端设备提供了一个标准的中间 层。虽然t e l n e t 协议使用非常广泛，但它只支持基于字符界面的应用程序，随着图形界 面应用程序的增多，需要有新的终端应用协议。 终端应用的发展和人们使用计算环境的方式紧密相关。从上世纪8 0 年代中期开始人 们对计算机的使用逐渐从大型分时计算环境向基于网络的小型个人计算环境过渡 f t e r 2 0 0 1 ，s t e 2 0 0 0 1 。个人计算机( p c ，p e r s o n a lc o m p u t e r ) 从那时开始进入了一个高速 发展时期。p c 在开始阶段所采用的操作系统还是以前的分时操作系统( 以u n i x 为基 础) ，对用户图形界面和网络接口的支持有限，这极大的限制了p c 的使用范围。这种情 第一审绪论 况为微软在p c 环境中的操作系统发展提供了很好的机会，特别是当微软推出w i n d o w s 系列操作系统以后，整个p c 操作系统市场几乎被它完全占领。 p c 计算环境和以前的大型分时计算环境相比，最大的优点是，用户对计算环境的使 用不像以前使用分时系统那样，需要在指定时间和地点完成。虽然p c 的计算能力和大 型系统在开始时有比较大的差距，但随着i c 技术的迅速发展，p c 机在价格不断下降的 情况下性能得到了很大提高，能够基本满足大部分用户的计算要求。但采用p c 作为 种新的计算环境也有其自身的缺点。这主要反映在对计算环境的管理上。在大型分时计 算环境中对于整个计算环境的管理是集中式统一管理。而在采用p c 和个人工作站的 情况下，应用软件的安装、管理、维护、对操作人员的培训以及升级等是一个分散的过 程。并且随着应用软件种类增多以及复杂程度的不断提高，让所有用户都去维护一个计 算环境f 逐渐成为一项挑战性的工作。特别是针对安全性要求比较高的企业应用环境， 大量采用由每个用户自己维护的p c 和工作站的方式本身就是导致系统不安全的最大因 素。这些原因导致系统管理维护过程已经成了企业计算环境总成本中的主要部分( 超过 了5 0 ) k u s 2 0 0 3 。 由于上述原因，同时也为了应对微软在p c 市场上统治地位的挑战，以s u n 为代表的 一些公司在1 9 9 6 年提出了n c ( n e t w o r kc o m p u t e r ) n e t l 9 9 6 的概念。随后在1 9 9 7 年 又提出了移动n c m o b l 9 9 7 的参考规范。从n c 参考规范的内容看，n c 实际是一种从 硬件上简化的p c 。从软件的角度看，n c 强调对网络应用的使用，而且这种使用主要通 过j a v a 环境来实现。为了应对这种竞争，微软和i n t e l 提出了n e t p c i m i c l 9 9 6 的概念。 无论n c 还是n e t p c ，它们的共同特点从硬件角度看，都是对p c 的精简，一般不配备 磁盘驱动和光驱等设备，从软件角度看，都是强调对网络应用的访问；从计算的整个结 构角度看都属于一种瘦客户( t h i nc l i e n t ) 模型。 无论n c 还是n e t p c 都是以对网络服务的访问为基础，如何提供满足用户需要的网 络服务是它们能否被广泛采用的关键。因此出现了与此相关的例如“基于服务器的计算” ( s b c ，s e r v e r b a s e d c o m p u t i n g ) 、t h i n c l i e n t 等概念。微软在1 9 9 8 年推出了集成终端 服务的w i n d o w sn tt e r m i n a ls e r v e r4 0 操作系统。另外c i t r i x c i t 2 0 0 0 的i c a 和 s u n s u n 2 0 0 3 推出的s u n r a y 也都采用这种瘦客户模式为用户提供终端服务。 随着终端应用的发展，相应的也出现了几种主要的终端应用协议。在t e l n e t 之后， 适应图形用户界面应用的发展，在上世纪8 0 年代初出现了x 协议 r o b l 9 9 1 ，随后比较 典型的有微软以i t u 的t 1 2 8 为基础的r d p ( r e m o t ed e s k t o pp r o t o c 0 1 ) 协议 u n d l 9 9 8 以及a t & t 的剑桥实验室提出的r f b ( r e m o t ef r a m eb u f f e r ) 协议 t r i 2 0 0 2 。它们都采 用开发的协议标准，有很强的适用性。 除了上面终端应用在p c 应用环境中的发展外，近年随着移动通信和信息家电的发 展，终端应用领域也进一步扩大，从p c 应用环境正逐渐向个人信息服务和娱乐领域渗 透。例如2 0 0 3 年7 月国际上成立的数字家庭工作组( d h w g ) d i 9 2 0 0 3 】以及国内在几 乎同时由联想等企业发起组织的“闪联”( i g r s ) 【i g s 2 0 0 3 】，其目标都是整合消费类电 子产品、计算机和移动设备，目标是“设备自动发现、动态组网、资源共享和协同服务， 从而提高这些设备问的互操作性和易用性，充分发挥不同设备的功能特点，为用户创造 支持曾适汁算的智能终端服务及设备管理技术 开究 新的应用模式和丰富应用”。这些努力实际是将信息行业的技术应用于移动通信和家电 行业，促进这些行业之问的融合。从终端应用角度看，实际是从设备角度进一步拓宽了 终端应用的领域。 1 1 3 终端应用的特点和环境 采用终端应用方式有如下的特点： 1 、终端应用环境免维护( 对终端用户) 2 、应用服务( 程序) 发布、升级以及更新简单 3 、终端功能简单 4 、安全性高 5 、很容易支持移动计算环境，终端用户无状态 b r i l 9 9 9 1 6 、总拥有成本低 终端应用的上述特点中，对企业而言降低总拥有成本是最具吸引力的一个方面。企 业应用环境中的信息服务系统往往随着企业规模的增大而变得日益复杂，其中的管理、 运行、升级和维护等工作将占到整个信息系统成本的5 0 以上 k u s 2 0 0 3 1 ，如图1 1 中 所示。特别是当在企业环境中大量采用以p c 和工作站为主要访问节点的信息服务系统 时，整个系统的安全性和维护以及应用软件升级将变得十分困难。采用智能终端应用技 术后，企业整个信息系统的管理、维护和升级将全部集中在服务器上。这将大大降低系 统维护和升级成本。特别是在整个企业环境中有大量的终端用户时，这种成本的降低是 非常显著的。 图1 1 采用p c 的信息系统总体拥有成本分布图 在终端应用发展的同时，b s 应用方式也得到了广泛的使用。终端应用方式和b s 方式从对网络信息访问的角度来看，它们的目标是一致的。图1 2 给出了终端应用方式 和b s 应用方式的对比图。 从图中可以看出，b s 方式采用的是一种更为规范和标准的方式对网络信息服务进 行描述。终端应用方式和b s 方式比较，最大的不同是终端应用方式可以更灵活更有效 4 麓一荦绪论 地利用终端上的设备资源，并且终端应用可以直接访问桌面应用。从目前的发展现状看， 单纯提供信息服务的应用采用b s 模式更为适合，但如果要提供各种丰富多彩的应用服 务，无疑终端应用模式更具优势。根据普适计算环境的要求，终端应用方式更能适应于 未来的发展。 b s 模 式 羹羹未蓄人器篓口 应用处理逻辑 资源利用疆示 “”8 “ 信息服务 图i - 2 终端应用和b s 应用模式的比较 终端应用特别适合于企业环境，例如像银行、证券、保险和航空预订等行业。采用 终端应用方式，这些行业可以显著降低系统运行和维护成本，增加系统安全性，并且能 够快速有效的为终端用户提供新服务。政府部门的电子政务也是终端应用的一个重要领 域，采用终端应用方式的电子政务系统可以明显降低成本，增强系统安全性。另外在一 些公共服务部门如图书馆、教育等领域采用终端应用方式也可以大大降低系统维护成 本。 终端应用的上述优点不仅适用于企业环境。随着网络基础设施的建设和各种终端设 备的普遍使用，通过终端服务为个人提供各种信息服务和桌面环境也成为终端应用的一 个重要领域 v a n 2 0 0 3 ，a p r l 9 9 8 1 。对个人信息服务和娱乐环境，从管理角度也同样具有 以上企业环境的优点。而且由于针对个人应用领域，终端类型和功能差异更大，提供服 务的网络环境更为复杂，使用终端服务的用户数量更为巨大，用户的背景以及他们对应 用和服务的熟悉程度更为参差不齐，充分利用终端应用环境的免维护和操作简单的特 点，有重要意义。随着移动通信和集成电路技术的迅速发展，将会有越来越多的针对个 人信息服务和娱乐的智能终端设备出现，智能终端应用技术研究将为人们高效、快捷、 安全地使用这些终端提供支持。 信息家电在家庭中的普及，必将带动相关的网络应用服务的发展。相对于传统的以 p c 等为主的终端设备，信息家电作为一类新型的智能终端设备 s c h 2 0 0 3 1 ，对终端服务 和应用有其特殊的要求，主要体现在简单、易用、稳定和安全性上。信息家电面向社会 大众，和人们的同常生活紧密相关，操作简单维护方便是对信息家电使用的基本要求。 同时信息家电在和其它设备或者网络服务进行交互协同工作时，访问和控制的范围很自 然会延伸到家庭以外，安全的重要性也显而易见。通过研究智能终端应用技术为信息家 5 支持普适计算的智能终端服务及设需管理技术研究 电一类的智能终端设备提供能充分满足上述要求的支持，必将推动整个信息家电行业的 迅速发展。 终端应用环境是一种集中应用模式，在终端应用基础上实现协同工作环境是种很 自然的做法。【l i s l 9 9 8 ，s h e l 9 9 8 】中讨论了采用v n c ( v i r t u a ln e t w o r kc o m p u t i n g ) m u l l 9 9 8 ，m t m l 9 9 8 在c s c w 中的应用。在 p e t 2 0 0 2 1 中讨论了教育领域采用以v n c ( 一 种终端应用方式) 为基础的远程教育系统。随着移动通信的发展和信息家电的普及，终 端应用必将向这些新兴的领域渗透，向人们提供日益丰富和便捷的信息和娱乐服务。 1 2 未来普适计算环境中的智能终端应用 普适计算( u b i q u i t o u s o rp e r v a s i v ec o m p u t i n g ，u b i c o m p ) 的概念最早由已故的前x e r o x p a r c 首席科学家m a r k w e i s e r 在1 9 9 1 年提出m a r l 9 9 1 】。普适计算的最终目标是将人们 对计算技术的使用完全“透明化”，使人们在使用计算技术所提供的各种服务时并不需 要去意识到计算技术的存在，仿佛它们已经消失( d i s a p p e a r ) 了一样。 【徐2 0 0 3 中指出，普适计算的环境下“计算机主要不是以单独的计算设备的形态出 现，而是采用将嵌入式处理器、存储器、通信模块和传感器集成在一起，以信息设备 ( i n f o r m a t i o na p p l i a n c e s ) 的形式出现”。这是从计算设备的角度看普适计算。 正如 k i i l 2 0 0 2 中所指出的那样：普适计算不仅是一种基础框架独立的计算 k a h l 9 9 9 1 ，而且也是一种基础框架增强的计算。基于现实世界中人类社会的管理制度、 活动空间以及文化等因素考虑，普适计算以离散环境为基础，例如家庭、房间或机场等。 换句话说，世界由许多的普适计算系统组成，而不是单一的一个普适计算系统。既然如 此，那一个个的普适计算系统之间的关系将会如何昵? 很显然它们之间应该相互连接， 共同协同为用户来提供服务，这样才能实现一种更广泛的普适计算。 目前有许多有关普适计算环境中的应用模式研究 s c h 2 0 0 0 ，r o b 2 0 0 2 ，x i a 2 0 0 3 。这 些研究的主要目标是增强应用对环境的适应性。这种适应性一般包括两个方面，一是对 环境中用户需求的适应性【a n d 2 0 0 1 ，m i k 2 0 0 1 】，二是对环境中各种设备的适应性 r o b 2 0 0 2 ，x i a 2 0 0 3 ，b e t 2 0 0 2 ，t e 0 2 0 0 1 。实际上对用户需求的适应性也是通过传感器、 定位装置等设备对用户信息的收集处理过程。通常采用的机制有计算环境迁移、进程迁 移、利用虚拟机实现跨平台支持以及将应用在多个节点( 设备) 之间进行自适应的运行 等。这些针对普适计算环境中的服务( 应用程序) 自适应机制，实际都可以统- n 网格 技术中f o s l 9 9 9 ，f o s 2 0 0 3 去，因为它们都专注于计算资源的共享。只是在普适计算环 境中更注重服务( 应用) 对各种不同设备的自适应和协同机制。 终端应用属于普适计算环境中的一种基础框架增强的计算模式。从更广义的角度看， 普适计算环境中的信息设备都可以看成一个完整系统中的终端，这些终端设备分别具有 不同的功能，例如感知各种物理环境状态、感知用户位置信息、为用户提供包括视听嗅 觉等可感知信息、具有通信能力等。它们以协同方式共同被网络上的各种应用服务所使 用，为用户提供所需要的服务。 普适计算环境中的各种信息设备使用当然不会全部都采用终端应用的方式，但终端 6 第一章绪论 应用方式无疑是普适计算环境中的一个重要方面。未来普适计算环境中的终瑞应用方式 如图1 3 所示。其中的普适计算环境，可能是办公室、家庭环境、图书馆借阅处、甚至 是汇处于移动的汽车内。采用这种网络服务独立于特定普适计算环境的应用模式，i f - 女n 在 s c h 2 0 0 0 1 中所指出的那样，可以为用户提供一个具有持续性的一致的服务环境。采用 这种应用模式，不需要用户自己对网络应用服务进行维护，这些工作将统一由服务提供 商完成。从服务提供商角度看，它们在普适计算环境中需要解决的问题包括两个方面： 服务计算( 执行) 环境的管理和用户所处环境中设备的管理。这也是本论文中要重点讨 论的内容。 未来普适计算环境中的用户周围设备的连接有两种可能的方式，如图1 - 3 中( a ) 和 ( b ) 所示，分别为网络独立设备方式和外设方式( 终端设备方式) b a r 2 0 0 0 。图中带 箭头的虚线表示设备与设备以及设备与服务之间的连接。 ， ， i 、 l 网络应用ll 网络应用1l 网络应用1l 网络应用i 1服务1i服务【l服务ii服务【 1 一。一。下。一 i 4 , 4 , 图1 。3 普适计算环境中对设备的两种使用方式 网络独立设备方式如图中( a ) 所示，所有设备都上网，然后由网络服务直接感知到 用户周围的可用设备，并利用这些设备为用户提供所需服务。另一种的外设方式如图中 ( b ) 所示：用户通过某一终端访问网络服务，用户周围的其它各种设备被用于连接网 络服务的终端所感知，并作为它的外设；然后网络服务通过用户所使用的和它相连的终 端，以外设方式对其它设备进行控制并为用户提供服务。用户在图中以移动设备作为和 网络服务连接的终端访问网络服务。 方式( a ) 从连接关系上看简单明了，体现了设备上网的概念，并且目前一些智能环 境( 普适计算环境) 研究中对设备的使用就采用了此种方式的连接 b a r 2 0 0 0 。相比之下 方式( b ) 连接比较复杂。从设备资源共享的程度来看，方式( a ) 具有优势。但如果从 管理成本、安全性、对设备能力的要求等方面看，方式( b ) 无疑具有优势。方式( b ) 中的网络服务管理可以很容易做到以用户为中心，并且只需要环境中的设备具有和周围 设备互连的能力即可。 、朱啦电l， 、 一 一绺瞎一 、一 恪 一一费刊_，一 _，正移动设备|消：一墟黑一 叫【1隧 | i 盱磊一 一一牛 一 一障 一传蘑船r、韵 ，1刊0，藩一 ， 上塑 ， 蜜 一 。 翻崩 一删一 一蕊嘎 支持普适计算的智能终端服务技设备管理技术研究 其实方式( b ) 币是一种终端应用方式：所需要的信息、计算等来自网络，而为用户 所能感知的服务结果通过用户周围的设备呈现给用户。方式( a ) 中如果设备仅需要( 或 只能) 为周围用户提供服务，那么设备在未来的普适计算环境中被网络上的服务所直接 感知的意义不是很重要，并且这样做也增加了整个系统管理的复杂性。 方式( b ) 实际是对普适计算环境中的设备管理进行了一种以用户为中心的划分将 网络环境中的管理局限于用户周围。这样无论从安全性还是管理方面都具有优势。 终端应用的发展，特别是各种智能终端设备的同益普及是最终实现普适计算环境目 标的一个熏要推动因素。普适计算的目标不可能一蹴而就，它的实现只能随着各种新型 设备功能不断多样化，体积不断变小，形态不断与应用环境更为融洽以及功耗不断降低 来逐步实现。智能终端应用中的服务及设备管理技术发展必将和普适计算环境中的其它 技术不断相互促进和融合，最终共同实现普适计算环境的设想目标。 智能终端应用技术的研究对于推动普适计算技术的发展有重要意义。普适计算是一 个宏大的目标，要完全实现这一目标是一个漫长的过程，需要有许多基础技术的突破。 但在办公、信息服务和个人娱乐方面，通过智能终端应用技术的发展，可以让人们先享 受到普适计算所带来的便利。 1 3 目前存在的问题及解决思路 从上面对终端应用的介绍以及它在未来普适计算环境中的位置可以看出，终端应用 的实质是一种基于网络服务器计算的应用模式，计算和管理工作主要在服务器上完成， 这一点并不因为在普适计算环境中而有所改变。传统上终端在整个应用中的作用主要是 提供一种访问网络服务的物质手段。例如最初的哑终端设备，使用它们时用户通过键盘 输入数据，然后计算的结果通过显示器呈现给用户。在这种情况下对终端的要求越简单 越好，这也是“瘦客户”应用模式产生的原因。 但对智能终端设备，特别是在普适计算环境中的各种信息设备，往往并不只是简单 为用户呈现计算的结果和接受用户对应用的输入，它们一般都具有一定的计算能力，而 且能够相互发现、相互协同工作。在这种情况下，如果仍然采用完全基于服务器的计算 方式，势必造成终端设备资源的浪费，增加服务器的负载，并且在许多方面不能满足用 户的需求。其实在最早的x 终端应用中已经在考虑利用终端上的计算能力了，但这种对 终端计算能力的利用，甚至包括后来的w b t ( w i n d o w s b a s e dt e r m i n a ls e r v i c e ) 、v n c 等都还只是局限在对图形显示设备能力的利用上，对终端设备上以其它形式呈现的计算 能力的利用基本没有涉及，更谈不上具体的使用机制了。 普适计算环境中，终端应用的使用有这样几个特点，一是终端设各类型多样化，这 主要体现在设备的形态和功能上；二是终端用户具有很强的移动性其使用终端服务的 环境不会局限于某一固定场所；三是终端服务所需要支持的终端用户数量巨大，例如在 典型的普适计算应用场景中的“普遍信息访问”和“无纸票据跟踪”【徐2 0 0 3 都有大量 的终端用户；四是普适计算环境中的终端应用，特别是针对个人环境的应用，将主要采 用交互式方式，并且以友好的人机用户接口为特征。 8 招一章绪论 根据上面的分析并结合当前终端服务和终端设备管理技术的研究现状，目前在支持 普适计算的终端服务管理及终端设备管理方面还存在以下的主要问题： l 、终端服务对不断变化的终端设备环境缺乏适应性 普适计算环境中，随着终端服务使用者的移动，其访问终端服务的环境不会局限于 特定场所。在不同环境中终端用户可以使用的终端设备类型、功能、访问方式会有很大 不同。但目前的终端服务一般要么只考虑特定的终端设备环境 t r i l 9 9 8 ，m i c l 9 9 8 1 ，要 么主要研究服务本身的迁移和状态保持 s c h 2 0 0 0 ，k h a l 9 9 6 ，l o w l 9 9 8 ，c a s l 9 9 5 ，g r i l 9 9 9 ， r o b 2 0 0 2 1 。虽然服务迁移以及状态保持机制的研究同终端设备环境紧密相关，但它们的 侧重点还是在服务执行环境。为了适应不同的终端设备，现在还只能针对每个应用环境 提供专用的服务。目前还缺乏终端服务对不断变化的设备环境的适应性研究。 2 、终端服务缺少对终端设备资源的使用机制 普适计算环境中的终端上一般都具有不同的设备资源，但目前终端应用还主要是一 种s b c 模式，对终端上设备资源的使用仅局限于显示资源 k u m 2 0 0 3 ，s u j 2 0 0 3 ，m u l l 9 9 8 ， b r i l 9 9 9 ，例如x 终端、r d p 以及v n c 等。为了在普适计算环境中为终端用户提供一 种“透明”的服务，必须充分利用终端上的各种设备资源。但现在的终端服务并不具备 这种能力。 3 、终端设备管理缺少和终端服务协同的机制 普适计算环境中的设备之间协同是普适计算技术成功的基础。目前针对设备之间相 互协同的研究主要集中在设备之间的互操作、服务之间相互发现 v s u 2 0 0 3 ，w a l l 9 9 9 ， h a v l