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智能小区分布式中间件系统的研究 摘要 随着普适计算、环境智能等领域理论与技术发展，信息家电的日益普及，以及 人们越来越渴望享受现代技术文明所带来的高品质生活，智能小区继智能家居之后 悄然兴起。其在发展的过程中，出现了各类设备间交互性差、不能为每个用户提供 个性化的订制服务、系统不易扩展和升级等问题，这些不利因素的存在严重阻碍了 相关产业的进一步发展。 目前，国内外的智能小区应用系统还处于应用理论研究与用户启蒙的阶段。按 照产业发展的一般规律，它必然将走向互联、规范和统一的时代。以欧盟的a m i g o 计划为代表的产业界和学术界组织已经开始致力于这方面的工作。 本文从这个大的产业背景出发，旨在将中间件的思想引入该领域，通过研究和 设计适用于智能小区应用系统的新型分布式中间件系统，使智能小区系统能够借助 中间件实现下列目标：各类设备的无差别接入和使用、服务业务的灵活构建、系统 在不停机的前提下低成本地完成升级和扩展。 本文首先对智能小区、中间件技术等相关基础理论业已取得的成果进行了回 顾，在此基础上，抓住智能小区应用系统的基础性资源设备及其所负载的软件 系统，本文称之为服务主体为中心，深入探讨了系统对其的表示方式和互联技 术。在确定了这两个关键性技术问题后，本文提出了智能小区分布式中间件系统的 总体设计方案。设计采用本体方式表示主体，以o s g i 规范实现技术与r - o s g i 技术 解决服务间的互联。分布式中间件系统以管理和维护主体所注册的逻辑资源为中心 任务，通过为服务提供注册、查找、协作等基本服务，使智能小区应用系统达到前 述目标。本文最后详细介绍了智能小区应用系统中一个具体应用场景的解决方案的 设计、实现和测试过程，初步验证了总体设计的正确性和可用性。 硕士研究生周鑫( 计算机软件与理论) 指导教师于忠清研究员 关键词：智能小区；分布式中间件；服务；主体；o s g i ；本体 r e s e a r c ho fd i s t r i b u t e dm i d d l e w a r es y s t e mi n i n t e l l i g e n tr e s i d e n c ec o m m u n i t y a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h e o r ya n dt e c h n o l o g yi n u b i q u i t o u sc o m p u t i n ga n d a m b i e n ti n t e l l i g e n c e ，t h ei n c r e a s i n gp o p u l a r i t yo fi n f o r m a t i o na p p l i a n c e s ，a sw e l la st h e g r o w i n gd e s i r a b i l i t yo fh u m a nt oe n j o yo u rh i g hq u a l i t yo fl i f ew h i c hi sb r o u g h tb yt h e c i v i l i z a t i o no fm o d e mt e c h n o l o g y ，i n t e l l i g e n tr e s i d e n c ec o m m u n i t yc a m ei n t ob e i n g a f t e rt h ec o n c e p to fs m a r th o m ei nr e c e n ty e a r s i nt h ec o u r s eo fi t sd e v e l o p m e n t ，t h e r e h a v e b e e ns o m ev i t a li s s u e sa n do b s t a c l e sw h i c hs e r i o u s l yh i n d e r e dt h ea s s o c i a t e di n d u s t r y o fi n t e l l i g e n tr e s i d e n c ec o m m u n i t yt og r o wf u r t h e r ，s u c ha sw e a ki n t e r o p e r a t i o na b i l i t y b e t w e e nv a r i o u st y p e so fe q u i p m e n t ，a b s e n c eo fa b i l i t yt op r o v i d ep e r s o n a l i z e ds e r v i c e s f o r e v e r yt e r m i n a lu s e ra n ds y s t e mb e i n gd i f f i c u l tt oe x p a n da n du p g r a d ea n d s oo n a tp r e s e n t ，d o m e s t i ca n df o r e i g ni n t e l l i g e n tr e s i d e n c ec o m m u n i t ya p p l i c a t i o n s y s t e m sa r es t i l li nt h ea p p l i e dt h e o r yr e s e a r c ha n du s e r e n l i g h t e n m e n ts t a g e i na c c o r d a n c e w i t ht h eg e n e r a lr u l e so fi n d u s t r i a ld e v e l o p m e n t ，t h i sk i n do fs y s t e m sw i l li n e v i t a b l y w a l ku pt ot h ee r ao fi n t e r c o n n e c t i o n ，s t a n d a r d i z a t i o na n du n i f i c a t i o n a m i g op l a no ft h e e u r o p e a nu n i o n ，t h er e p r e s e n t a t i v eo fi n d u s t r ya n da c a d e m i co r g a n i z a t i o n s ，h a sb e g u nt o r e a s s e r ti t s e l fi nt h ef o r w a r d - l o o k i n gr e s e a r c ht or e s o l v et h ea b o v ei s s u e s t a k i n gt h i s i n d u s t r i a l b a c k g r o u n da ss p r i n g b o a r d ，t h i sa r t i c l ei n t r o d u c e st h e i d e o l o g yo fm i d d l e w a r ei n t ot h i sf i e l da n dd e s i g nn e w t y p ed i s t r i b u t e dm i d d l e w a r e s y s t e ms u i tf o ri n t e l l i g e n tr e s i d e n c ec o m m u n i t ya p p l i c a t i o ns y s t e m s ，a i m i n gt of e t c ht h e f o l l o w i n go b j e c t i v e sw i t ht h e a i do fs p e c i a l i z e dm i d d l e w a r e ：n o n - d i s c r i m i n a t o r yc u t - o v e r a n du s eo fa l lk i n d so fd e v i c e s ，f l e x i b l ec o n s t r u c t i o no fs e r v i c e sb u s i n e s s ，a n dl o w c o s t u p g r a d ea n de x p a n s i o no fs y s t e m sw i t h o u tc l o s e - d o w n t h i sa r t i c l e f i r s t l y t a k e sar e t r o s p e c t i o no ni n t e l l i g e n tr e s i d e n c ec o m m u n i t y ， m i d d l e w a r ea n do t h e rr e l a t e dt e c h n o l o g y b a s i n go nt h i sw o r k , t h i sa r t i c l ed i s c u s s e s d e e p l yo nt h ee x p r e s s i o np a t t e r na n di n t e r c o r m e c t i o nt e c h n o l o g yo ft h ea g e n t s ，w h i c ha r e t h eb a s i sr e s o u r c e si ni n t e l l i g e n tr e s i d e n c ec o m m u n i t ya n dm a k eu pw i t hp h y s i c a l e q u i p m e n t sa n dt h es o f t w a r es y s t e m sd e p l o y e do nt h e m a f t e rf i x i n go nt h ea b o v ev i t a l i s s u e s ，t h i sa r t i c l eg i v e st h eo v e r a l ld e s i g ns o l u t i o no ft h ed e d i c a t e dm i d d l e w a r es y s t e m o fi n t e l l i g e n tr e s i d e n c ec o m m u n i t ya p p l i c a t i o ns y s t e m s i nt h i ss o l u t i o n ，o n t o l o g ya n d o s g ia r ea d o p t e dt os o l v et h ee x p r e s s i o ni s s u ea n di n t e r c o n n e c t i o ni s s u er e s p e c t i v e l y t h ec e n t r et a s ko fd i s t r i b u t e dm i d d l e w a r es y s t e mi sm a n a g i n ga n dm a i n t a n c i n gt h el o g i c r e s o u r c e sr c g i s t e r e db ya g e n t s m i d d l e w a r es y s t e mp r o v i d e sb a s i ss e r v i c e ss u c ha s r e g i s t r y ，l o o k u pa n dc o o p e r a t i o nt oa p p l i c a t i o ns e r v i c e st om a k ei n t e l l i g e n tr e s i d e n c e c o m m u n i t ya p p l i c a t i o ns y s t e m st om e e tw i t ht h ea b o v eo b j e c t i v e s a tt h ee n do ft h i s a r t i c l e ，t h ew h o l ed e s i g n ，i m p l e m e n t a t i o na n dt e s t i n gp r o c e d u r eo fas o l u t i o no fa n a p p l i c a t i o n s c e n ei sd e s c r i b e di nd e t a i lt o p r o v ep r o v i s i o n a l l yt h ec o r r e c t n e s sa n d u s a b i l i t yo ft h ed e s i g ns o l u t i o no ft h em i d d l e w a r es y s t e m g r a d u a t es t u d e n t ：k i nz h o u ( c o m p u t e rs o f t w a r ea n dt h e o r y ) d i r e c t e db yp r o f z h o n g q i n gy u k e yw o r d s ：i n t e l l i g e n tr e s i d e n c ec o m m u n i t y ；d i s t r i b u t e dm i d d l e w a r e ；s e r v i c e ： a g e n t ； o s g i ；o n t o l o g y 青岛大学硕士学位论文 学位论文独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系本人在导师指导下独立完成的研究成果。文中 依法引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义上 已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成 果。 本人如违反上述声明，愿意承担由此引发的一切责任和后果。 论文作者签名：】虱企 日期：如可年岁月一日 学位论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的学位论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。 学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校 后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为 青岛大学。 本学位论文属于： 保密口，在年解密后适用于本声明。 不保密哦 ( 请在以上方框内打“4 ) 论文作者签名：】虱愈 导师签名： ( 本声明的 日期：纠7 年，月，口日 ， 日期：叶咐月c o 日 所有，未经许可，任何单位及任何个人不得擅自使用) 5 9 青岛大学硕士学位论文 1 1研究背景 第一章绪论 1 1 1 智能家居 智能家居，或称智能住宅，在英文中称为s m a r th o m e ，是以住宅为平台，兼备 建筑设备、网络通信、信息家电和设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体 的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。近似的定义还有家庭自动化 ( h o m e - a u t o m a t i o n ) 、网络家居( n e t w o r kh o m e ) 及智能家庭建筑( i n t e l l i g e n t h o m e b u i l d i n g ) 等【1 , 2 1 。对于智能家居的定义，不同领域的专家、不同的组织、机 构都有着不同的意见，我国的智能建筑设计标准( g b t 5 0 3 1 4 2 0 0 6 ) 【3 】中对智能 建筑有如下定义：“智能建筑是以建筑物为平台，兼备信息设施系统、信息化应用 系统、建筑设备管理系统、公共安全系统等，集结构、系统、服务、管理及其优化 组合为一体，向人们提供安全、高效、便捷、节能、环保、健康的建筑环境。 家居智能化技术起源于美国。2 0 世纪8 0 年代初，随着大量采用电子技术的家 用电器面市，住宅电子化( h o m ee l e c t r o n i c s ，h e ) 出现。8 0 年代中期，将家用电 器、通信设备与安保防灾设备各自独立的功能综合为一体后，形成了住宅自动化概 念( h o m ea u t o m a t i o n ，h a ) 。之后，随着计算机、通讯、控制技术及它们的系统集 成的飞速发展，国际互联网在全世界的迅速普及和应用，电脑的深入千家万户，智 能家居风靡全球，一个蓬蓬勃勃的家居智能化高潮已经形成。 8 0 年代中后期智能家居的概念开始进入中国，9 0 年代开始蓬勃发展。由于计 算机技术的飞速发展和在各领域内应用的迅速普及，无数从事智能家居开发与设计 的公司如雨后春笋般的成长起来，加上对智能家居的实践和大力宣扬，“智能家居 的概念己经越来越深入人心。近几年我国在智能家居方面已经做了一些工作，一系 列有关智能建筑施工和管理的规范标准相继出台，但我国智能家居领域也存在着不 少令人忧虑的问题1 8 j 。国内对智能家居的研究始终没有形成规模，很多厂商或研究 机构的进展都是基于国外的一些标准、规范和协议，而一些没有遵循国外标准的厂 商和机构，也仅仅是按照自己项目的思路去开发设备的软件平台，没有能力形成行 业性的规范或标准。 1 1 2 智能小区 智能小区是智能家居的延伸和升级，它所覆盖的地理范畴更大，服务来源更为 广泛，体系结构更为庞大，技术实现更为复杂。 目前，智能小区仍无一个准确的国际公认的概念和定义。国家建设部住宅产业 1 基于环境智能的中间件系统的理论基础 办公室提出的住宅小区智能化的基本概念是“住宅小区智能化是利用4 c ( 计算机、 通信与网络、自控i c 卡) 技术，通过有效的传输网络，将多元化信息服务与管理、 物业管理与安防、住宅智能化系统集成，为住宅小区的服务与管理提供技术的智能 化手段，以期实现快捷高效的超值服务与管理，提供安全舒适的家居环境。 国内外对于智能小区应用系统的研究表明，它是一种互交性很强的系统，环境 必须能够“感知 人的行动或状态，并能正确地识别，从而提供智能服务。实际应 用环境中计算组件的复杂性给系统的应用设计带来许多差异化的问题，为了屏蔽底 层的差异化，必须在更高层次上进行抽象和统一，在标准化的服务描述、注册、查 询和调用之上完成一系列自定义的自动化流程，体现环境智能的特点。 智能小区应用系统的研究涉及的相关学科较多，有分布式智能、数据信息的交 流、软件设计、计算机视觉、语言识别、机器人专家系统、信息聚合、硬件设计、 可穿戴计算、上下文感知计算、社会学科、伦理及法律等陋3 2 3 3 1 。 当前，将智能家庭、住宅社区信息化、医疗监护与安全管理相结合的智能小区 应用系统已经初现端倪，如微软的e a s yl i v i n g 2 3 1 、美国m i t 开发的h o u s e n 【冽项 目、p h i l i p s 的h o m e l a b l 2 5 1 、日本的“未来之家 实验应用系统 2 6 i 以及i s tp r o j e c t 的o z o n e 2 7 ，2 8 】项目等。 1 1 3 国内外研究动态 以普适计算、环境智能为代表的一大批与智能家居小区系统相关的学科分支 已经发展了十数年之久，但国内外的智能家居d , 区应用产业仅仅是在最近几年才 渐渐地进入人们关注的视野。目前，国内最具影响力的智能家居系统厂商包括以联 想、海信为首的闪联( 该组织以p c 作为家庭智能计算的中心) 、以海尔为首的e 家 佳联盟( 它推出的u - h o m e 系统是典型的以信息家电为骨干设备的家庭级别的智能 家居应用系统) 。此外，t c l 也推出了类似的产品。这些均为可以投入实际使用的商 业产品，也代表了国内在应用级别上的研究水平。 在家庭以上级别的智能家居应用系统上，国外的理论研究和应用开发工作都领 先于国内，并且已经明显地呈现出全面向办公空间、公共空间延伸和整合的趋势， 这就显现出智能小区的雏形了。其中的代表是欧盟的a m i g o 计划【7 1 ，该计划规模庞 大，主要参与者是欧盟的1 5 家移动通信、家庭网络、软件开发、消费电子和家用 电器领域的顶尖企业和研究组织，其目标是充分发掘家庭和小区网络的潜能，改善 人们的生活品质。 a m i g o 计划认为，目前家庭与小区网络之所以在提高人们的生活品质方面裹足 不前，主要是因为它仍旧摆脱不了各种复杂的安装与配置操作，不同厂商的设备之 间难以进行互操作，最终用户不能为自己订制特殊的服务。a m i g o 计划意图解决这 2 青岛大学硕士学位论文 些关键性问题，它要开发一种开放的、标准的互操作中间件以及能够吸引最终用户 的服务，改善服务面对最终用户的可用性和针对性。a m i g o 采用了场景原型的开发 模式，即首先构想未来智能家居与小区生活的某个具体应用场景，以该场景为中心 进行需求分析、设计和实现，从而逐渐勾画出整个未来家庭d , 区网络应月 的全貌。 这种模式十分适合a m i g o 这种松散架构的组织，同时也符合未来智能小区应用系统 开放、动态、互联、创新的本质特征。 目前，a m i g o 业已实现的应用场景几乎涉及了人们日常生活中所有的重要方面： 家庭看护、安防、资讯、娱乐等，还通过各种先进的个人通讯手段大大拓展了智能 家居的应用空间范围。a m i g o 计划近期的愿景是通过采用标准化技术、发展基础中 间件( 包含组件与基础架构) 、基本用户服务集合以及应用体系的组织规则，来进 一步支持家庭网络环境下的设备与服务间的互操作。 a m i g o 计划称得上是国外智能家居d , 区应用领域研究工作的代表，其研究思路 与方向具有一定的先进性和前瞻性，对于本文的研究工作具有较高的参考价值与启 发作用。 1 2 论文研究的目的和意义 论文研究的目的： 1 、为了构建智能小区，将为单户家庭中的智能家居系统提供各类服务的服务 主体范围进一步扩大到小区社区，乃至整个社会，这需要新的开放性、扩展性更 强的应用体系架构。 2 、新应用体系架构的重要组成部分和基础是其中的分布式中间件系统，其主 要作用是屏蔽系统底层各类设备及其服务在软件接口和互联方式上的差异性，为直 接与最终用户交互的系统应用层提供统一的应用接口。 3 、中间件系统所要解决的关键性问题有两点：一是底层各类设备及其服务在 软件系统当中如何表示和描述；二是当应用层发出服务请求时，如何准确、快速、 有效地找到和调用相应的服务，有必要时，还要协调多个服务协同来完成应用请求。 4 、实现并测试设想中的未来智能小区应用系统的一个应用场景，验证所用解 决方案及技术手段的正确性和可行性，检验上述两项关键问题解决的效果，为整个 分布式中间件系统的设计和实现提供支持和依据。 论文研究工作的意义： 1 、对整个分布式中间件系统的技术路线、解决方案与实现手段进行探索和论 证。 2 、分布式中间件系统对于整个智能小区应用系统的功能扩充和整体升级具有 基础性的作用。一个好的分布式中间件系统将为智能小区应用系统的设备服务扩 3 基于环境智能的中间件系统的理论基础 充与更换，设备服务提供商的产品开发( 升级) 以及服务运营商的日常管理与维 护提供极大的便利。 3 、设计良好的分布式中间件系统对于促进智能小区应用领域的技术架构和产 品集群的快迷发展，进而推动相关产业的壮大和成熟均具有十分积极的现实意义， 同时它还可以催生国内自己的智能小区产业标准和规范，在为国内相关厂商创造巨 大商机的同时改善广大居民的居住品质和生活品质。 1 3论文的主要工作与创新 1 3 1 论文主要工作 l 、对适用于智能小区应用系统的基础理论与技术进行了研究和分析。 2 、对智能小区应用系统中的设备月艮务主体的表示和描述问题、主体间的互联 发现问题两个关键性问题做了专门的研究和讨论，对相关的解决方案和实现手段进 行了分析和比较。 4 、在对上述两个关键性问题研究的基础上，提出了适用于智能小区应用系统 的分布式中间件系统的总体设计。 5 、根据总体设计，设计和实现了一个应用场景的解决方案，用以验证以上探 索工作的正确性与可行性。 1 3 2 论文主要创新 l 、对智能小区应用系统中的主体进行了分析和研究，区分出能够提供服务的 服务主体和作为服务对象或为服务提供者提供决策依据的非服务主体。本文依托本 体理论，重点针对为智能家居、智能小区系统中的服务主体群建立本体概念森林 ( 树) 的任务进行了方法上的探索和初步实践，为实现二者的无缝联网运行奠定了 统一的概念交流的基础。 2 、以o s g i 为主体技术，借助r - o s g i 的最新技术成果，规划和初步设计了智 能小区应用系统中分布式中间件系统的部分核心功能，包括服务注册、服务查找、 服务绑定和较简单的服务协作。 3 、设计和实现了一个典型的横跨智能家居与智能小区的智能环境应用场景的 解决方案。该方案综合运用了现代服务业领域的部分服务本体概念和r - o s g i 技术， 在验证了前述设计的正确性和可用性的同时，还为智能小区应用中常见的事件消息 生产一消费模式业务的解决提供了有益的启示。 1 4论文结构 4 青岛大学硕士学位论文 本文共分为五章，内容简介如下： 第一章为绪论，主要介绍了本文工作的研究背景，概略地阐述了本文研究工作 的目的与意义，交待了主要工作内容与创新点。 第二章主要介绍了与智1 j b j , , 区应用系统分布式中i 日j 件系统关系紧密的关键理 论与技术的有关知识和现有成果。 第三章介绍了分布式中间件系统的功能规划，重点对设计与实现分布式中间件 系统所涉及的关键性问题的解决方法进行了探索和论证，并在此基础上提出了分布 式中间件系统的总体设计方案。 第四章介绍了一个具体的横跨智能家居和智能小区的应用场景的解决方案，该 方案以前述总体设计方案为实施基础，这一章对其设计、实现和测试的情况进行了 详细的说明和分析。 第五章对本文全部工作进行总结，对其中尚存的缺憾和需要在下一阶段需要开 展的工作做了展望。 5 基于环境智能的中间件系统的理论基础 第二章智能小区分布式中间件系统的理论基础 2 1 中间件技术 2 1 1 中间件概念 中间件最初是指一类连接性的软件，它能够提供一组服务，允许在多个机器上 运行的多个进程实现互相交互。它位于应用与操作系统之间，屏蔽底层操作系统、 网络及数据库的异构性和复杂性，简化网络分布应用的开发、管理和维护。随着中 间件在分布式系统中的不断应用，尤其是i n t e r n e t 相关技术的不断应用和成熟， 中间件的概念和种类也在不断发展。当前，中间件更多指的是操作系统和应用系统 之间的一类系统软件。它屏蔽各操作系统、网络和数据库的底层细节，为分布式应 用提供基础框架。 2 1 2 中间件的基本特征 中间件把应用的业务逻辑和应用的基础结构分离开来，使得应用的开发者可以 只关注应用的业务任务，而不必关注应用的基础结构。中间件具有以下基本特征： ( 1 ) 透明性：现代的分布式应用往往构筑在不同的硬件、操作系统、网络、 数据库之上，利用中间件，人们可以透明地进行应用的开发、迁移、部署等工作。 ( 2 ) 高可用性：中间件通常都是以标准服务的形式提供，设计和实现中均考 虑了各种故障情况，具有极强的故障处理和恢复能力。 ( 3 ) 高性能和伸缩性：分布式应用的客户往往是不可预计的，因此在中间件 的设计和实现中，采用了大量的技术和算法以保证中间件能支持不同规模的应用， 具有很好的伸缩性，保证构筑其上的分布式应用在任何情况下均具有良好的性能。 ( 4 ) 互操作性：中间件具有很强的互操作性，通过标准的协议、数据格式和 接口规范，提供对多种数据源、其他应用和前端的访问，这种互操作通常远远超出 应用的原始需求，因而方便以后的变化和升级。 ( 5 ) 可移植性：中间件提供了标准的编程接口，屏蔽了网络和平台的差异， 基于中间件开发的应用具有极强的可移植性，易从一个平台移植到另一个平台上。 2 1 3 中间件技术规范 目前，中间件的技术规范主要有以下三类： ( 1 ) j 2 e e ( j a v a2p l a t f o r me n t e r p r i s ee d i t i o n ) 规范1 1 7 l j 2 e e 是s u n 公司提出的一种利用j a v a 2 平台来简化诸多与多级企业解决方案的 开发、部署和管理相关的复杂问题的体系结构。它提供了多层分布式的应用系统模 6 青岛大学硕士学位论文 型、重用组件的能力、统一的安全模型和灵活的事务控制。j 2 e e 提供了一个框架或 者说一套标准a p i 用于开发分布式结构的应用，这个框架实际由第三方厂商实现。 ( 2 ) 微软n e t 框架【1 8 1 n e t 框架是微软公司提供的生成、部署和运行w e b 服务及应用程序的平台。它 提供了一个生产率高且基于标准的多语言环境，用于将现有投资与下一代应用程序 和服务集成，同时提供了解决i n t e r n e t 规模应用程序的部署和操作灵活性的难 题。n e t 框架由三个主要部分组成：公共语言运行库、统一类库的分层集合和称为 a s p n e t 的a c t i v es e r v e rp a g e s 组件化版本。 ( 3 ) c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e ) 通用对象请求 代理体系结构 c o r b a 由o m g ( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ) 发起、7 0 0 多家公司共同制定的、 用来定义“分布式对象系统的标准。c o r b a 的目的是通过定义一套协议，使得符 合该协议的对象能够方便地交互，屏蔽了对象的实现语言和运行平台的差异。c o r b a 为此制定了一套对象间通信的协议，通信介质被称为o r b ( o b j e c tr e q u e s tb r o k e r ) ， 它负责在对象之间传递消息。o r b 是c o r b a 应用的基础，不同的公司可以开发出不 同的o r b 。由于大家使用相同的通信协议，因此基于不同o r b 实现的应用之间可以 进行无缝地通信。 2 1 4 智能小区应用系统中的主流互联技术 2 1 4 1h a v if 2 1 l 来自欧洲和日本的八家主要的消费电子产品厂商，包括g r u n d d i g 、hi t a c h i 、 m a t s u s h i t a 和p h i l i p s 等公司，于1 9 9 9 年1 1 月正式宣布成立h a v i ( h o m ea u d i o v i d e oi n t e r o p e r a b i l i t y ) 组织，以推动符合h a v i 规范的产品的开发。其历时两 年开发的h a m1 0 规范于1 9 9 9 年1 2 月完成。它以i e e e l 3 9 4 为基础，定义了一套 软件组元、应用程序接口和通信协议，使来自不同厂商的数字音频、视频设备能够 相互连接和操作，以构成家庭娱乐性的a v ( a u d i oa n dv i d e o ) 网络。 h a v i 提供了即插即用的连接、直观的用户界面和将来的可扩展性。h a v i 在下 层使用i e e e l 3 9 4 数字接口，因此它支持高速数据传输、内在的多媒体传输q o s 。h a v i 还允许网上设备预定带宽和其他资源，所以它特别适合实时a v 数据流的不间断传 输。 2 1 4 2u p n p 4 0 ! u p n p ( u n i v e r s a lp l u ga n dp l a y ) 是m i c r o s o f t 于1 9 9 9 年初提出的一种家庭 连网方案。它是一种架构在t c p i p 和h t t p 技术之上的分布式、开放式网络结构， 以使得在联网的设备间传递控制和数据。它基于i p 网络，利用a u t oi p 、d h c p 和 7 基于环境智能的中间件系统的理论基础 m u l t i c a s td n s 等协议，完成网络中设备的自动配置，通过s s d p ( s i m p l es e r v i c e d i s c o v e r yp r o t o c 0 1 ) 和l d a p ( l i g h t w e i g h td i r e c t o r ya s s i s t a n c ep r o t o c 0 1 ) 实现网络中设备的自动查寻，用x m l 描述设备的操作界面并产生控制信息。 u p n p 技术实现了控制点、设备和服务之间通讯的支持，并且设备和相关服务也 使用x m l 定义并且公布出来。使用u p n p 设备可以动态加入网络，自动获得一个i p 地址，向其他设备公布它的能力或者获知其他设备的存在和服务，所有这些过程都 是自动完成的，此后设备能够彼此直接通讯。u p n p 不需要设备驱动程序，因此使用 u p n p 建立的网络是介质无关的。同时u p n p 使用标准的t c p i p 和网络协议，保持了 网络媒体的不可知性，使它能够无缝融入现有网络。 u p n p 没有定义应用程序编程模型，而是由第三方针对不同操作系统或设备制定 具体的编程模型，以在网上宣告设备提供的服务，查寻其他服务和使用u p n p 设备。 构造u p n p 应用程序时可以使用任何语言，并在任何操作系统平台上编译运行。对 于设备的描述，使用h t m l 表单表述设备控制界面。它既允许设备供应商提供基于 浏览器的用户界面和编程控制接口，也允许开发人员定制自己的设备界面。 2 1 4 3j ini 1 4 l 】 j i n i 是s u nm i c r o s y s t e m 公司于1 9 9 9 年初推出的基于j a v a 的分布式对等系统， 其目的是将成组的设备和软件构件联合成一个单一、动态的分布式系统，使网络上 的成员能够方便地共享彼此的资源。 j i n i 基于j a v a 语言，是一种面向服务( 包括硬件资源和软件资源) 的设备互 连技术。它将j a v a 技术从单机向网络进行了扩展，而j a v a 具有“一次编程，处处 运行 的平台无关性。因此，j i n i 技术是建立在j a v a 基础之上的一种与平台无关 的技术，它不需要特定的某种操作系统、处理器或应用环境。j i n i 工作在t c p i p 协议之上，独立于底层操作系统和通信技术，设备间可相互查询、理解所具备的功 能，无需人工干预，网络设置可自动完成。针对网络资源( 包括设备和软件) 及其 所提供服务的不确定性( 如可移动设备的连入或移出、服务属性的改变等) ，通过 j i n i 技术，使放入网络中的各种设备和应用程序在不作任何配置时，用户可以立即 透明地使用它们所提供的服务【3 6 1 。所以，j i n i 非常适用于家庭网络环境。 u a v i 、u p n p 与j i n i 是目前影响力最大的三种智能家居互联技术，下面对它们 做一简单的比较。 h a v i 重在解决家庭多媒体设备的高速互联。u p n p 直接采用t c p i p 作基础而不 必使用其他软件层过渡，软件模块相对较小，更加适合嵌入式系统。j i n i 对实时性 的支持相对前面二者较差。三者的比较见表2 1 。 2 2o s gi 8 青岛大学硕士学位论文 从目前理论界的研究和产业界的实践情况来看，o s g i 是构建智能小区应用系统 的首选，有必要在此详细介绍。 2 2 1o s g i 概述f 1 1 - 1 4 l 1 9 9 9 年3 月，由e r i c s s o n 、c i s c o 、i b m 、s i e m e n s 、s u n 等1 5 家电信、计算机、 电器行业巨头公司联手发起成立了o s g i ( o p e ns e r v i c eg a t e w a yi n i t i a t i v e ) 。这 是一个非盈利性组织和一个开放式的论坛，其宗旨是为了连接广域网上的多种服务 和局域网商的智能电器而制定的一个开放标准，并在全世界范围内尽力促进基于此 类开放标准的智能电器的市场需求。 表2 1h a v i 、u p n p 与j i n i 的比较 是否属于是否支持 互联技术内存要求是否需要j v m效率 分布式系统即插即用 h a v i 是 是 高 是低 u p n p 是是低否高 j i n i是是高是低 目前，o s g i 已经成为面向家庭、汽车、手机及其他环境提供下一代互联网服务 的领先的标准。o s g i 服务平台规范为服务提供商、软件开发商、设备供应商、网关 运营商提供了一个开发、实施和管理服务的统一平台。与其他规范不同，o s g i 侧重 于从远程服务提供商到本地设备之间端到端的服务传输的完全解决方案。它利用 j a v a 语言的平台无关性，设计统一的a p i ( a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ) 来屏蔽底层设备间的物理差别和局域网的不同协议，支持服务的动态下载。o s g i 规 范的核心部分是作为众多通讯服务的平台的服务网关。图2 1 给出了o s g i 服务网 关平台与广域网、局域网协议之间的关系。 2 2 2o s gi 系统结构 o s g i 的系统架构如图2 2 所示，主要包括以下若干组成部分1 1 5 】： 2 3 2 1 开放服务网关( o s g ，o p e ns e r v i c eg a t e w a y ) 开放服务网关是o s g i 标准的核心，它实际上是一个嵌入式服务器，用于连接 外部广域网与内部局域网，可以满足家庭网络或办公网络之间的各种通信需求。它 位于服务提供商的网络与客户端设备之间，将整个系统的拓扑结构划分为外部网络 与内部网络，同时可以用作应用服务器，提供类似能源管理和控制、安全服务、娱 乐服务、健康检测服务、信息家电的控制和维护、电子商务服务等增值服务。o s g i 的服务平台就运行在开放服务网关上。 9 基丁环境智能的中间件系统的理论基础 圈22o s g i 系统架构图 服务网关可以启动、整合和管理在家庭、办公室或其他地方之f b | 的语言、数据、 因特网和多媒体通信，同时又可作为各种高增值服务活动( 如能源管理和控制、保 安监控、保健、设备控制与维护、电子商务等) 的应用服务器。因此，服务网关是 服务提供商和用户之间传输数据和获取服务的焦点。 开放服务网关通常可以集成于现有的设备中，如网络接口单元设备( 如电话 接口盒) 、机顶盒、结构布线系统的h u b 、增强的p c 机、结合家庭网络解决方案的 宽带调制解调器以及提供某些专门服务的特殊家庭设备。 232 2 服务提供商( s e r v i c ep r o v i d e r ) 1 0 青岛大学硕士学位论文 服务供应商通过服务网关为用户提供系列服务，从技术角度来说，服务实际 上就是模块化的软件程序，而服务的传送是通过将需要的软件程序下载到住宅网关 实现的。 2 3 2 3 服务集成商( s e r v i c ea g g r e g a t o r ) 随着计算模式的发展，o s g i 希望出现这样一类服务提供商，它们能够提供一整 套捆绑在一起的服务，并负责不同服务之间的兼容( 如对资源和设备的访问) 。 2 3 2 4网关运作器( g a t e w a yo p e r a t o r ) 网关运作器负责管理和维护服务网关及在服务网关中驻留的服务，包括如下功 能： 下载、启动、停止、修改以及删除服务； 控制网关资源，检查网关的运行状态并管理服务的版本： 管理网关和监视设备状态； 在网关和服务提供商之间定义和控制访问权限； 加密网关与服务提供商之间的通信； 检查多个服务之间的依存性。 2 3 2 5 广域网及其供应商( w i d ea r e an e t w o r ka n dc a r r i e r i s p ) 广域网在服务网关、服务集成器、网关运作器之间以及服务供应商之间提供一 个通信平台。这个通信平台由网络服务提供商i s p ( i n t e r n e ts e r v i c ep r o v i d e r ) 提供并加以管理。 2 3 2 6 信息家电及其网络( in f o r m a t io na p pi a n c e sa n dn e t w o r k s ) 这是o s g i 中距离用户最近的部分，也是整个体系结构的很重要的组成部分， 包括家庭网络内部与服务网关相连的各种信息家电设备，以及它们之间连成的网 络，涉及到各种局域网协议。实际上，服务网关正是通过与它连接的本地设备以及 服务商提供的远程服务为用户提供服务的。 2 2 3o s g i 的主要优点f 1 9 】 平台独立性：o s g i 的a p i s 具有硬件和操作系统的跨平台性，从而使o s g i 能满足不同的应用要求。 应用独立性：因为o s g i 规范着眼于定义公共的a p i s ，所以它适合各种不同 应用的服务网关。o s g i 服务网关可用于远程信息处理、嵌入式控制器以及家用电器。 高安全性：o s g i 规范集成了各种层次的安全特性，从被下载的模块的额数 字签名到对象访问控制。 多种服务支持：o s g i 规范支持在一个服务网关平台上驻留来自不同服务提 基于环境智能的中间件系统的理论基础 供商的多种服务。这种灵活性允许网关管理员为他们的顾客提供广泛的服务