（计算机应用技术专业论文）移动信息分发中间件原型系统的研究与实现.pdf

； 一 一 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本入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中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 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。 申靖学位论 本人签名： 处，本人承担一切相关责任。 日期：2 q ! 里：5 ：! ! 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 日期： 趁里：i ：! ! 日期：二型盟斗卜 ， 移动信息分发中间件原型系统的研究与实现 摘要 发布订阅是一个异步消息范型，其时间、空间上松耦合的特点， 使得这种发布者和订阅者的关系具有更大的可扩展性，并适合于更具 活力的网络拓扑结构；同样，移动网络的普及、下一代移动技术的成 熟正以惊人的速度推动着移动互网络的发展，各种移动应用的研究与 应用正日益成为人们关注的热点。本文以移动信息分发中间件原型系 统的研究与实现为题，针对移动互联网中的信息分发技术进行相关内 容的研究。 本论文主要研究移动网络中信息分发的关键技术，研发具有自主 知识产权的符合o m gd d s ( d a t ad i s t r i b u t i o ns e r v i c e ) 标准的移动信 息分发系统，从而使移动互联网环境中的消息在分布式网络中实现高 效的数据分发。消息的发布者能够使用通用接口发送数据，中间代理 负责数据的分发与接受，消息的接收者能够使用通用接口读取数据。 论文的主要创新成果包括： 根据移动互联网络的特点与需求，以达到有效利用系统资源为目 的，进行移动信息分发中间件原型系统q o s 研究，在o m gd d s 标 准的基础上，提出五种有效模式并设计出系统的相应接口与参数，为 系统有效的控制机制提供支持。 移动信息分发中间件原型系统的设计与实现，包括：需求分析， 根据u m l 标准对系统的使用需求进行规范的分析；系统网络设计， 完成移动信息分发中间件三层网络架构的搭建；系统模块设计，对系 统网络架构内各层中的模块、接c i 进行了详细的设计；采用n e t f r a m e w o r k 进行移动w e b 开发：数据模型设计，设计符合范型的数据 库表等。 关键词：发布订阅；移动网络；分布式网络 r e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no f p r o t o t y p es y s t e mo fm o b i l ei n f o r 【a t i o n d i s s e m i n a t i o nm i d d l e w a r e a b s t r a c t p u b l i s h s u b s c m e ( o rp u b s u b ) i s a n a s y n c h r o n o u sm e s s a g i n g 。p a r a d i g m ，d e c o u p l i n gb o t hf r o mt i m ea n dl o c a t i o n ，w h i c ha l l o w sg r e a t e r 一 产 s c a l a b i l i t ya n dm o r ed y n a m i cn e t w o r kt o p o l o g y ；t h ep o p u l a r i t yo fm o b i l e n e t w o r k sa n dt h em a t u r i t yo ft e c h n o l o g ya r em a k i n gt h em o b i l en e t w o r k s d e v e l o p i n gr a p i d l y t h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fm o b i l ea p p l i c a t i o n s a r eb e c o m i n gh o ts p o t s t h i sp a p e ri sa b o u t a s p e c t so fi n f o r m a t i o n d i s p a t c ht e c h n o l o g yu s e di nm o b i l en e t w o r k sw i t ht h et i t i l er e s e a r c ha n d i m p l e m e n t a t i o no fp r o t o t y p es y s t e mo fm o b i l ei n f o r m a t i o nd i s s e m i n a t i o n m i d d l e w a r e t h i s p a p e r f o c u s e so nd i s s e m i n a t i o no fi n f o r m a t i o no nm o b i l e n e t w o r k sa n do nd e v e l o p i n gp r o t o t y p es y s t e m a c c o r d i n g t h ed d s s p e c i f i c a t i o nw i t ht h et a r g e to fm a k i n gm e s s a g em o v em o r ee f f i c i e n t l y p u b l i s h e r sc a np u b l i s hd a t au s i n gu n i v e r s a li n t e r f a c e s ，a n dt h ea g e n tl a y e r i sr e s p o n s i b l ef o rs e n d i n ga n dr e c e i v i n gm e s s a g e ，a n ds u b s c r i b e r sc a n r e a dt h e i rm a s s a g et h r o u g hu n i v e r s a li n t e r f a c e s t h ep r i m a r yi n n o v a t i o n so ft h i sp a p e ri n c l u d e ： a c c o r d i n g t ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fm o b i l en e t w o r k s ，q o sr e s e a r c hh a s i i i j 垦塞唑生叁堂亟迨塞 整曲金星坌筮虫回鲑垣型丕缠的迓塞堑塞毽 b e e nd o n et om a k es u r et h eu s a g eo fr e s o u r c e sm o r ee f f i c i e n t l y u p o nt h e b a s i so fo m gd d s ，t h i sp a p e rp r o p o s e sf i v ee f f e c t i v ep a t t e r n sa n d d e s i g n sa p p r o p r i a t ei n t e r f a c e sa n dp a r a m e t e r so ft h es y s t e m ，i no r d e rt o m a k es t r o n gc o n t r o lo ft h es y s t e m p r o t o t y p es y s t e md e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o n ，i n c l u d e ：d e m a n d a n a l y z e ，a c c o r d i n gt ot h eu m ls p e c i f i c a t i o n ；d e s i g no fs y s t e mn e t w o r k s ， b u i l d i n gt h et h r e el a y e ra r c h i t e c t u r e ；d e s i g nm o d u l e sa n di n t e r f a c e so ft h e 、 s y s t e m ；w e bd e v e l o pu s i n go f n e tf r a m e w o r k ；d a t am o d e ld e s i g n k e yw o r d s ：p u b l i s h s u b s c r i b e ；m o b i l e n e t w o r k s ；d i s t r i b u t e d n e t w o r k i v 目录 移动信息分发中间件原型系统的研究与实现i 摘要i a b s t r a c t i i i 目勇乏i 第一章绪论1 1 1 弓i 言1 1 2 通信范型概述1 1 3 移动应用概述2 1 4 研究意义3 1 5 文章主要工作与结构安排4 第二章发布订阅系统概述5 2 1 发布订阅系统简述5 2 2 主流发布订阅系统5 2 2 1j a v a 消息服务5 2 2 2s i e n a 中间件5 2 2 3e l v i n 中间件一6 2 2 4 数据分发服务6 2 2 5 总结7 2 3 数据分发服务详述7 2 3 1o m g 规范7 2 3 2d c p s 架构8 2 4 本章小结。1 0 第三章原型系统的总体设计1 1 3 1 需求分析。1 1 3 2 两种信息系统开发模式的比较。1 3 3 2 1 开发模式选择的依据1 5 3 2 2 模式确定1 6 3 2 3m v c 模式与w e b 开发1 6 3 3 系统网络架构设计。1 7 3 3 1 整体概述。1 7 3 3 2 功能模块1 8 3 3 3 发布订阅及主题匹配流程2 1 3 4 本章小结2 1 第四章原型系统开发技术研究2 2 4 1 移动发布订阅系统q o s 的研究2 2 4 1 1d d s 中的q o s 定义2 2 4 1 2q o s 属性2 3 4 1 3d d s 用例：有效的模式与q o s 2 5 4 2 开发移动w e b 站点。3 1 3 l 2 o 3 2 3 4 3 4 ：；! ； 3 6 3 9 3 9 4 0 z i ：! 4 8 4 9 ! ；( ) ! ；( ) ! ；：! 5 ：! ! ；( ； 5 7 5 8 ! ；8 ! ；8 6 ( ) ( ；3 6 5 6 7 6 8 1 1 引言 第一章绪论 信息技术是当今世界经济和社会发展的重要驱动力，信息产业已成为我国全 面建设小康社会的战略性、基础性和先导性支柱产业。党的十六大明确提出优先 发展信息产业，全国科学技术大会强调把掌握信息产业核心技术作为提高我国产 业竞争力的突破口。随着3 g 技术的确立，移动通信的发展进入了新局面。而作 为移动通信最重要核心技术的无线技术的发展，利用无处不在的移动网络环境， 在满足用户可以随时发起和接收话音呼叫的同时，也提出了对a l w a y s o n 1 i n e 的 数据通信的渴望。c p u 、存储器、触摸屏、电池等终端器件的发展也使各种通信、 非通信功能集于移动终端成为可能，手机已经不再是一个简单的通话工具，正在 朝着收音机、电视机、个人信息处理器、游戏机、遥控器、音视频播放器、电 子钱包、导航仪以及任何我们目前还无法想象的功能强大的个人消费电子产品和 个人信息处理中心方向发展。 同时，i n t e r n e t 广泛应用于移动计算、网格计算以及无线计算平台，极大地 改变了分布式系统的应用范围和规模，使得传统的基于请求应答的点对点的同 步通信已不能很好地满足大规模的动态分布式应用环境。而发，布订阅通信模型 由于具有异步、多点通信的特点，使通信的参与者在空问、时间和控制流上完全 解耦合，能很好地满足大型分布式系统松散通信的需求，使多种分布式系统能在 一个网络中高效共享数据。 发布订阅模型是一种分布式网络信息分发模型【l j ，现已经在分布式系统中得 到了广泛的应用1 2 j ，如w e b 数据发布、网络管理以及金融、过程自动化、电信、 运输等领域的大规模应用系统。将可靠的消息在规定的时间发送到规定的地点， 并且在保证消息安全性的同时，增强消息的多样性，是基于发布订阅通信机制 的通信中间件的未来的研究发展趋势1 3 j 。 如何能综合利用移动通信灵活、便利的优势，以及发布订阅通信范型实时、 异步、多点通信、松耦合的优点，开发出广泛适用的、性能良好的信息服务是本 文的关注点。 1 2 通信范型概述 现在，工程与研究领域内主流的通信范型主要包括：消息传输，远端过程调 用，共享存储，消息队列和发布订阅等。本节将简要介绍这些范型，并做出比 较。 消息传递系统，被称为“无共享”系统，因为该消息传递抽象隐藏了底层的状 态信息，而这些状态信息原来可以用于消息传递的实现中【4 1 。消息传递模型所定 义的消息，通常是将要发送给对端的数据块。 远端过程调用是一种通过网络从远程计算机程序上请求服务，而不需要了解 底层网络技术的协议。目前应用较广，主流的架构，如j a v ar m i 5 1 ，c o r b a 6 】， m i c r o s o f td c o m i , q 。 共享存储主要使用在集群矩阵中，集群矩阵的每一个网络结点都有非共享与 共享的内存空间。分布式系统中所有网络节点均可使用共享的内存，通过在共享 空间中增加、删减元素进行通信【8 1 。 在消息队列中，发送方将消息发送到消息队列，消息队列在概念上就像是一 个消息的容器，消息队列提供寻路，保证消息的传递【9 1 。 发布订阅是一个异步消息范例，发送方( 接收方) 不设置信息通信的对端 接收是谁。相反，发布的消息在没有任何接收方的知识的情况下将消息分类。订 阅者表示在一个或多个感兴趣的话题，只接收感兴趣的消息。这种发布者和订阅 者的关系可以获得更大的可扩展性和更具活力的网络拓扑结构【l o l 。 传统的交互范型与发布订阅通信存在本质上的差异，后者支持有限的时间， 空间和同步解耦合，而发布订阅系统在三个方面都达到了良好的解耦和。 1 3 移动应用概述 可以预见，智能手机代表着移动终端的发展方向。而与智能手机密切相关的 手机操作系统正越来越多地得到人们的关注。与桌面操作系统由w i n d o w s 一家 垄断的局面不同，随着越来越多的厂商加入到手机操作系统的研发队伍中来，各 阵营对手机操作系统市场的争夺正变得同益白热化。现在市场上主流的手机操作 系统平台主要有诺基亚的s y m b i a n 、微软的w i n d o w sm o b i l e ，p a l ms o u r c e 的p a l m 以及l i n u x 。在这种平台多样化的市场环境下，如何设计出一款软件，能够屏蔽 底层终端平台的不同，将具有巨大的现实意义。 2 1 4 研究意义 图卜1 未来信息业务平台图 如图1 1 所示，未来信息业务平台将是一种多网络融合的平台，它主要包括 了互联网、广电网和移动网络。不同网络的加入将从两方面对现有网络系统带来 挑战： 内容表达能力的挑战。不同网络的加入将带来不同的网络标准、信息的呈现 方式，在原来网络能正常表达的信息在跨网之后能否正常呈现将提出疑问，而提 高信息在网络之间的兼容性将成为一个努力的方向。 信息传递时效性的挑战。不同网络具有不同的传输机制，信息在跨网传输过 程中可能需要的转换，都对信息的时效性提出了考验。 同时，随着信息化的演进，弗里德曼在他的著作地球是平的中提出的“全 球扁平化”的概念将更加深刻地发生在我们身边：未来的网络将是面向更加对等 化、分散化的大众参与者的网络，原来集中式、非对称的交互机制将被弱化。正 如前面所说，c 2 c 的平等交互机制将带来更大的信息量和更新速度，这也为信息 的高效分配提出了更高的要求。 个人通信( p e r s o n a lc o m m u n i c a t i o n ) 是人类通信的最高目标，也是未来通 信的发展趋势，它是用各种可能的网络技术，实现任何人( w h o e v e r ) 在任何时 自j ( w h e n e v e r ) 、任何地点( w h e r e v e r ) 与任何( w h o e v e r ) 进行任何种类( w h a t e v e r ) 的信息交换。个人通信是一种以无线接入技术为手段的面向个人的通信，因此其 必须以移动终端作为其载体。在这种大背景下，学术界和工业领域纷纷提出众多 概念和相关产品，如云计算、网络操作系统等应运而生。 3 1 5 文章主要工作与结构安排 本文是作者对毕业设计期间所做工作的总结，同时也是作者对自己在研究生 两年半学习、工作中所学、所想、所做工作的总结和回顾。 本文的主要工作包括： 1 、移动信息分发中间件网络架构分析与研究，建立前端、代理、核心匹配 三层网络结构； 2 、发布订阅系统q o s 机制分析与研究，提出五种数据范型； 3 、发布订阅系统核心匹配节点匹配算法的研究与实现，并提出改进； 4 、移动终端界面显示技术研究与实现； 5 、网络架构中间层发布订阅代理逻辑的研究与实现； 6 、数据存储节点存储方案设计与实现，减小数据冗余等内容。 本文的章节结构安排如下： 第一章绪论，重点陈述了课题的来源、意义以及文章主要工作； 第二章发布订阅系统概述 本章将对发布订阅这种信息分发机制进行介绍，在此基础上对当前该研究 领域内几种主流的发布订阅系统进行了介绍，并对它们做了比较。最后，本章 对数据分发服务做了详细的叙述。 2 1 发布订阅系统简述 发布订阅交互机制【1 1 】能提供松耦合的交互形式，非常适用于大规模、分布 式的网络应用，因此正受到越来越多的关注。发布订阅系统在时间、空间和同 步上的解耦合的特点，使得许多工业、研究模型支持这种交互形式【1 2 】。 2 2 主流发布订阅系统 2 2 1j a v a 消息服务 j a v a 消息服务( j m s ) 是一个面向消息的规格，它用j a v a 编程定义了一系列的 接口和语义，这样客户能得到j m s 消息服务器提供的服务。j m s 应用的目标是 企业在互联网上彼此异步通信的企业信息领域。j m s 提供两种消息模式：点对点 和发布订阅。点对点消息模式依赖于传统的消息队列通信模式。发布订阅模式 包含了两类j m s 用户，即发布者与提供者，他们通过一个名为j m s 提供者的中间 服务器交换消息。一个j m s 提供者是一个消息服务器，它执行j m s 接口、并提 供管理公共事务和控制功能。j m s 客户是程序或用j a v a 编程语言编写的组建， 它们能发送和接收消息。在j m s 中，通知被称为消息：消息是在j m s 客户问进 行通信的j a v a 对象。 发布者发布一个j m s 论题的消息，它是j m s 目的之一。管理员用j m s 提供 者提供的管理工具来创建论题。假设发布者将发布特定论题的消息。这种方法是 稳定的，并能增加即时论题：发布者动态创建新的即时论题。订阅者通过注册该 论题的消息收听者来订阅一个特定的论题。无论何时发布一个论题的消息，收听 者的方法是引用，然后对订阅者发出信号表明收到一个新消息i l 引。 s i e n a ( 可扩展互联网事件通知体系结构) 是一个中间件基础设施，它支持 5 基于发布订阅的应用，其主要目标是提供一个可扩展的互联网通知服务。s i e n a 作为分布式覆盖网络的服务器，它为用户提供发布订阅界面的接入点。通知根 据感兴趣的对象发布，并为感兴趣的各方接收。s i e n a 提供了一个广播机制，使 得感兴趣的对象能公布他们打算发布的事件类型。感兴趣的各方通过定义事件类 型来订阅通知。s i e n a 服务器负责选择感兴趣的通知，并将它们交付给感兴趣的 各方【1 4 1 。 2 2 3e l v i n 中间件 e l v i n 是澳大利亚分布系统技术中心开发的一个应用集成的分布式通知服 务。其特点为安全架构、跨国、可插拔传输协议，并扩展出了基于内容的路由。 其事件为属性值，有基于属性的订阅语言。e l v i n 有趣的一个特性是源抑制机制， 发布者可以代理提供订阅兴趣方面的信息，这使得发布者不会发布无人感兴趣的 信息。很多种编程语言都可以用于e l v i n ，因此很多种通知服务可在此基础上实 现【15 1 。 2 2 4 数据分发服务 d d s 全称是数据分发服务( d a t ad i s t r i b u t i o ns e r v i c e ) 1 1 6 l ，它的目标在于促进 分布式系统中数据高效、可靠地分发。d d s 规范标准化了分布式实时系统中数 据发布、传递和接收的接口和行为，定义了以数据为中心的发布订阅机制，规 范使用u m l 语言描述服务，提供了一个与平台无关的数据模型，从而可以映射 到多种具体实际的平台和编程语言中1 1 7 1 。 d d s 规范关键点之一就是标准化了用于创建分布式应用的底层通信模型和 应用程序编程接口( a p i ) ，并详细描述了两个层次的接口，如图2 - 1 所示： 实时应用 d d s 规范 数据重组层d l r l 数据发布订阅层d c p s 传输平台 图2 - 1d d s 规范总体框图 低层d c p s ( d a t a - c e n t r i cp u b l i s h - s u b s c r i b e ) ：该层是必需的，由它来完成数 据的发布、订阅，将数据发布者发布的信息高效准确地传送给数据订阅者。 6 高层d l r l ( d a t al o c a lr e c o n s t r u c t i o nl a y e r ) ：该层是可选的，用于数据在本 地的表示，其目的是使应用程序能更加直接地访问交换的数据，并能与本地语言 完美地结合起来。 d c p s 层是d d s 规范的核心，它提供了数据发布的基础架构。d l r l 层建 立在d c p s 基础之上，主要是规定了应用层和d c p s 层之问的接口，该接口将接 收到的数据进行融合并传送给应用层，通过底层的d c p s 提供服务，简化了编程 工作。 2 2 5 总结 表2 - 1 总结和比较了现有的、具有代表性的发布订阅系统的特征。 表2 - 1 现有的发布订阅系统的比较 订阅标准通知结构过滤标准体系结构路由策略 c o r b a 事件 基丁信道任何类型不详不详 不详 服务 c o r b a 通知 基丁内容 结构化报 约束语言 不详不详 服务文 结构化报集中分布 j m s基丁内容报文选择器驱动 文式应用 属性类型分布式( 分 s i e n a 基于内容约束语言反向转发 组层开环图) d d s 基于主题任何类型约束语言分布式 可扩展 2 3 数据分发服务详述 2 3 10 m g 规范 数据分发服务d a t ad i s t r i b u t i o ns e r v i c ef o rr e a l t i m es y s t e m s 是o m g ( o b j e c t m a n a g e m e n tg r o u p 对象管理组织，是一个公开成员，非营利的计算机业界标准 制定机构，成立于1 9 8 9 年) 组织所提出的一个规范，最新版本1 2 。 该规范描述了两种接口的层冽1 8 j ： 较低的d c p s 层( 以数据为中心的发布订阅) 级，这层的作用是将币确的信 息有效地传递到正确的接收对象1 1 9 j 。 可选的较高的d l r l 层( 数据本地重建层) ，将服务简单地集成到应用层。 7 预期的应用领域需要d c p s 具有高性能、可预测以及它的资源使用效率。为 了满足这些要求接口的设计应该遵循： 允许中问件预先分配资源，动态资源分配，可以减少到最低限度； 避免可能需要使用无界或难以预测资源的属性： 尽量减少需要的数据的副本。 即使在d c p s 层，输入接口( 如，考虑到实际的数据类型的接口) 是尽可能 首选。类型化的接口具有以下优点： 他们使用简单：程序员直接操纵结构的自然代表数据； 他们使用更安全：在编译的时候可以进行核查； 他们可以更有效率：执行代码可以事先知道确切的数据类型，例如，预先分 配资源。 应当指出，决定使用类型的接口意味着一代工具，需要翻译成适当的接口和 实现类型说明的填充类型之间的接口和通用的差距中间件。 q o s ( 服务质量) 是一个总的概念，用于指定一个服务的行为。编程服务通 过设置，服务质量的行为提供了优势，应用程序丌发人员只表示什么是通缉而 不是如何这应该达到的服务质量。一般来说，服务质量是由几个服务质量的政 策。每个服务质量政策是一个独立的描述则是相关联的值名称。叙述一个列表服 务质量的手段政策独立的服务质量产生了更大的灵活性。 d d s 规范旨在让发布和订阅两侧清晰地分离，一个申请过程中，只有作为 一个发布者参与可以嵌入j 下是严格的有关发布。同样，应用过程，仅作为订阅者 参与可以只嵌入所涉及到与订阅相关的内容【2 0 1 。 2 3 2d c p s 架构 旧商 、一 一publication i i斟 ：忐： 一 - - 一一- 一_ - 图2 - 2 d c p s 架构图 8 。- j 发布和订阅( p u b l i s ha n ds u b s c r i b e ) d d s 是发布和订阅服务。数据值( 样品) 以“数据对象”的概念通过对系统。 “发布( 一个发布者和d a t aw r i t e r ) 发送样品到一个或多个“订阅”( 一个d a t a r e a d e r 和订阅者) 。 基本组成部分系统 基本组成部分是主题( t o p i c ) ，发布者( p u b l i s h e r ) ，订阅者( s u b s c r i b e r ) ，d a t a w r i t e r 和d a t ar e a d e r i n j 。 主题是关于一个单一的数据类型和分布，样品可用性的信息。 发布者( p u b l i s h e r ) 对d a t aw r i t e r s 过来的数据应用控制和流量限制。 订阅者( s u b s c r i b e r ) 对d a t ar e a d e r s 过来的数据进行控制。 d a t aw r i t e r s 创建一个应用程序的数据类型的样品。 d a t ar e a d e r s 接受单一数据类型的样品。 一个发布者可以有很多d a t aw r i t e r s 。 一个发布者可以有很多d a t ar e a d e r s 。 一个d a t aw r i t e r 只有一个主题。 - 一个d a t ar e a d e r 只有一个主题。 一个主题可以有多个d a t ar e a d e r s 和d a t aw r i t e r s 。 一个“发布”可以有许多相关的“订阅”。 一个“订阅”可以有许多相关的“发布”。 数据流 在发布侧，应用程序通过将数据值写入d a t aw r i t e r 启动数据流。该d a t a w r i t e r 的发布( p u b l i c a t i o n ) 发送样本。该发布样本发送到相关订阅。每一个相关的 订阅其收到的样品传给它的d a t a r e a d e r ，与发送d a t a w r i t e r 对应。该流程结束时， 在订阅侧的应用程序从d a t a r e a d e r 中获得数据。 服务质量( q o s ) 策略，在整个系统中控制数据流。主题( t o p i c ) ，d a t a r e a d e r ， d a t a w r i t e r ，发布者( p u b l i s h e r ) 和订阅者( s u b s c r i b e r ) 都有各自的q o s 策略。 p u b l i s h e r 、d a t a w r i t e r 以及t o p i c 的q o s 策略，控制发送方的数据。s u b s c r i b e r ， d a t a r e a d e r 和主题的q o s 策略控制接收端的数据。 关联发布和订阅 “数据对象”通过主题来时别。如果主题有相同的名称，具有相同的数据类型， 并且服务质量的政策并不冲突，则它们是兼容的。当一个d a t a r e a d e r 的主题兼 容d a t a w r i t e r 的主题，“发表”和“订阅”成为相关，数据在它们之间是传递。 实际系统组件 9 d o m a n 图2 - 3 d c p s 组件图 d d s 规范组件 域是系统概念上的容器。没有真正的域对象。在一个域中组件只能与同一域 中的组成部分发生联系。 系统组件被称为“实体”，因为他们都从实体类继承。每个实体拥有特别的 q o s 策略。一个实体可能有一个监听器，为有关实体的状态改变通知回调接口。 实体应可能有一个s t a t u sc o n d i t i o n ，s t a t u sc o n d i t i o n 是一个等待接口( 使用 w a i t s e t s ) 用于检测实体的状态。 d o m a i n p a n i c i p a n t ：域的成员。所有其他类型的实体连接到它。 t o p i c ：将被公布订阅的数据对象的值 p u b l i s h e r ：d a t a w r i t e r s 的管理者 s u b s c r i b e r ：d a t a r e a d e r s 的管理者 d a t a w r i t e r ：发布的一个主题的数据 d a t a r e a d e r 的：接收一个主题的数据 2 4 本章小结 本章首先对发布订阅这种通信机制做了简单介绍，然后对当f j f 几种主流发 布订阅系统做了简单的介绍，并对它们从不同的角度进行了比较。最后本章就 数据分发服务做了详细的阐述。 1 0 第三章原型系统的总体设计 本章包含了系统总体设计的相关内容，侧重于宏观层面的设计，本章将从软 件工程中的需求分析开始，首先对系统要满足的功能进行详细的分析；然后，文 章就开发模式的选择进行了讨论；最后，该章将介绍系统网络架构的设计思路， 其中包括三层网络结构、功能模块设计等内容。 ? 3 1 需求分析 在系统工程及软件工程中，需求分析指的是在建立一个新的或改变一个现存 的系统或产品时，确定新系统的目的、范围、定义和功能时所要做的所有工作。 需求分析是软件工程中的一个关键过程。在这个过程中，系统分析员和软件工程 师确定顾客的需要。只有在确定了这些需要后他们才能够分析和寻求新系统的解 决方法。 在该节中，作者将详细介绍系统需求分析的过程，从而为下一步工作打好基 础。图3 1 是根据u m l 标准【2 2 】而绘制的需求分析之用例图。 ，l - 一 。一 一 、 、，、 g p $ l o c a t i n g 。p u b l i s h e r ， j t r a n s m i tv i d e o 。二 1 一 r e g i s t e r s u b s c r i b e r ? - 图3 - 1 系统用例图 在图3 - 1 所示u s e c a s e 图中，系统的外部参与者定义了注册者、发布者、订 阅者。其中注册者对于系统的需求主要有登陆需求、注册需求、定位需求以及浏 览主题需求所组成，在图3 - 1 中，由相关的4 个功能图来提供服务。对于发布者 与订阅者来说，他们要求系统提供的服务更加全面，他们各自除了相对应的订阅 主题发布主题外，使用系统余下的其他六个功能。 需要对此图额外做的说明包括：简单订阅与高级订阅作为一个整体包括在 s u b s c r i b eat o p i c 中，未分别处理；b r o w s et o p i c s 则具体包括了查看待发布已发 布主题，查看待订阅证订阅己订阅主题共五个具体功能；此外做为底层的数据 库未作列出；q o s 部分则分别包含在发布与订阅功能块之中而未予专f - j y 0 出。 作者将对以上需求分析用例图的文字注解绘制成表格的形式总结如下，以便 于读者的阅读。其他图请见附件2 。 表3 - 1 发布设计表 用例名 发布主题用例1 1 ) u c 3 描述允许发布者发布新主题。r m o s 系统在特定数据库巾存储发布的信息。 相关需求项 之前状态发布者登录系统 传递状态信息存储在数据库巾，以供用户浏览或订阅。 行为者 发布者 基本彩苞图发布存提交他她欲发布的信息。系统将其存储住特定的数据库巾。 步骤用户行为系统行为注释 1 触发发布行为 显j 发布信息表 2填写表格 3 提交表格在数据库巾存储信息 表3 - 2 订阅设计表 用例名 订阅主题用例i du c 4 描述允许订阅存订阅新主题。r m o s 系统住特定数据库巾存储订阅的详细信息。 相关需求项 之前状态 订阅者登录系统。 传递状态信息铍存储住数据库巾，以供用户浏览根据其发布信息。 行为者弼者 基本流图订阅者提交他她欲弼的详细信息。系统将其存储在特定的数据库巾。 步骤用户行为系统行为注释 l 触发订阅行为显乃：阅的详细信息表 2 填写表格 3提交表格在数据库中存储详细信息 表3 - 3 浏览主题设计表 用例名浏览主题用例i du c 5 描述浏览待发布主题已发布主题待司主题正在订阅主题已接收主题。 相关需求项 之前状态用户登录系统。 传递状态r m o s 系统列出了待发布主题已发布主题待订阅主题正在订阅主题已接收 主题 1 2 北京邮电大学硕i ：研究生学位论文移动信息分发中间件原型系统的研究与实现 行为者 发布者 订阅者 登记员 基本流图用户选择他她感兴趣的主题类型( 待发布主题已发布主题待订阅主题正在订 阅主题已接收主题) 系统返【口1 这一特定类犁的主题。 步骤用户行为 系统行为注释 l选择浏览感兴趣的主题显j 柏成主题有5 种类型： 类型1 待发布主题 2 已发布主题 3 待订阅主题 4 正在订阅主题 5 已接收主题 3 2 两种信息系统开发模式的比较 本小节将就原型系统的开发模式进行讨论，通常，信息系统的开发模式主要 有c s 架构和b s 架构两种。 c s 结构，即c l i e n t s e r v e r ( 客户机j j t j 务器) 结构，是大家熟知的软件系统体 系结构，通过将任务合理分配到c l i e n t 端和s e r v e r 端，降低了系统的通讯开销， 可以充分利用两端硬件环境的优势。早期的软件系统多以此作为首选设计标准。 b s 结构，即b r o w s e r s e r v e r ( i 支l j 览器月艮务器) 结构，是随着i n t e r n e t 技术的兴 起，对c s 结构的一种变化或者改进的结构。在这种结构下，用户界面完全通过 w w w 浏览器实现，一部分事务逻辑在前端实现，但是主要事务逻辑在服务器端 实现，形成所谓3 - t i e r 结构。b s 结构，主要是利用了不断成熟的w w w 浏览器 技术，结合浏览器的多种s c r i p t 语言( v b s c r i p t 、j a v a s c r i p t ) 和a c t i v e x 技术， 用通用浏览器就实现了原来需要复杂专用软件才能实现的强大功能，并节约了开 发成本，是一种全新的软件系统构造技术。随着w i n d o w s9 8 w i n d o w s2 0 0 0 将浏 览器技术植入操作系统内部，这种结构更成为当今应用软件的首选体系结构。 1 3 安装有客户端 程序的计算机 数据库服务器 图3 - 2 c s 架构图 ? ” ； ： ! 宪鍪设备 l 幽 洌览器一 匆黧嗣 器瓣i 蕈g 巍曼! 垂 缀麟搿勰鞴 f r 搿：s 鞴 l j l ；菇嚣 幽 测菟嚣一 口e t , l a i l 席￥e 3 网站 首遗豳e 件 l 缮 磷 斑览器 测苋器+ ， 图3 3 b s 架构图 c s 与b s 区别： c l i e n t s e r v e r 是建立在局域网的基础上的b r o w s e r s e r v e r 是建立在广域网的 基础上的。 1 硬件环境不同： c s 一般建立在专用的网络上，小范围里的网络环境，局域网之间再通过专 门服务器提供连接和数据交换服务。 b s 建立在广域网之上的，不必是专门的网络硬件环境，例如电话上网、租 用设备、信息自己管理。有比c s 更强的适应范围，一般只要有操作系统和浏览 器就行。 2 对安全要求不同 c s 般面向相对固定的用户群，对信息安全的控制能力很强。一般高度机 密的信息系统采用c s 结构适宜。可以通过b s 发布部分可公开信息。 b s 建立在广域网之上，对安全的控制能力相对弱，面向是不可知的用户群。 1 4 懈备一 3 对程序架构不同 c s 程序可以更加注重流程，可以对权限多层次校验，对系统运行速度可以 较少考虑。 b s 对安全以及访问速度的多重的考虑，建立在需要更加优化的基础之上。 比c s 有更高的要求b s 结构的程序架构是发展的趋势，从m s 的n e t 系列的 b i z t a l k2 0 0 0e x c h a n g e2 0 0 0 等，全面支持网络的构件搭建的系统。s u n 和i b m 推的j a v a b e a n 构件技术等，使b s 更加成熟。 4 软件重用不同 c s 程序可以不可避免的整体性考虑，构件的重用性不如在b s 要求下的构 件的重用性