（计算机应用技术专业论文）普适计算环境下轻量级中间件平台的研究和实现.pdf

浙江大学珂i 士研究生毕业论文 普适计算环蟪下较最级巾间件平台的料冤和擦现 y 7 0 0 5 3 0 摘要 “煨好的技术是那些者不见的技术。这些技术已经濑濒地融合到了每天的曩 常生活中，最后我们再也不能把它们和我们的生活区别开来了”这是m a r kw e i s e r 在1 9 9 1 年稔的论文中猫述的谴对于酱适计算酌设憩。随着软硬件技术的发展， 这犟孛设想煞实璎越来越受至学术爨麴关注。 然而，分布式环境、嵌入式环境以及由此带来的环境异构性给支持蛰适计算 的软件系统的开发带来了巨大的困难。如何抽象出系统开发的麸性以提供统一的 开发规范，如何提供分布式自主交互模式阻减少中间代码的重复开发，如何提供 链壮戆运行辩环境帮叟鑫爨期管理鞋提高系统瓣稳定性安全狡，这一系辫润戆都 给磐适计算系统的实现带来了挑战。中闻传技术和构 粤化技术的发鼹绘勰决这些 问题带来了契机，然而把为桌面系统和商务系统设计的中间件平台威用于普通计 算环境剿面临许多问越。 本文款缩捣上可毅分为理论体系、中润律平台s c u d 耱瑾论模鼙、平台搭建 和平台应用暇个部分，主要工终包括： 1 、对普适计算做了深入的研究，并且分析了相关领域如嵌入式操作系统、 构件化技术、中间件技术所提供的技术基础，对目1 j 仃酱适计算领域内比 较著名静a u r a 、c e n t a u r u s 、j i n l 、u i c 、g a i a 、2 k 等系统散了广泛 姻调研。 2 、独创性地提出把中间件技术运用于嵌入式系统，设计了基予o r b c c m 技术的面向分布式实时嵌入式软件的中间件平台s c u d 。 3 、对c c m 标准避行了改遗，提出了新的构件模壅z - c c m 。 4 、在a c e t a o z c c m 数系统集成、实瑗昶裁减上散了大量编码、编译工 作，完成丁s c u d 平台的搭建和实现工作。 5 、设计实现了一套简单的发布，发现协议，并与z - c c m 结合，实现了构件 的裔勃发蕊和上下文语义传输。 6 、基于s e u d 平台开发了一个普逶移貔音承系绞，取褥良磐熬演示效果。 本课题的研究受到了国家8 6 3 重大软件项目“支持普遁计算的操作系统关键 技术研究”的资助，在此表示感谢。 关键字：警逶计算、擒传按寒、孛阕锌接零、歉入式、发理协议 浙江大学硕士研究生毕业论文普适计算环境下轻量级中间件平台的研究和实现 a b s t r a c t “t h em o s tp r o f o a n dt e c h n o l o g i e sa r et h o s ct h a t d i s a p p e a r t h e yw e a v e t h e m s e l v e si n t ot h ef a b r i co f e v e r y d a yl i f eu n t i lt h e ya r ei n d i s t i n g u i s h a b l ef r o mi t ”s o b e g a nm a r kw e i s e r ss e m i n a l 1 9 9 1 p a p e i t h a td e s c r i b e dh i sv i s i o no fu b i q u i t o u s c o m p u t i n g ，n o wa l s o c a l l e dp e r v a s i v ec o m p u t i n g a f t e rad e c a d eo fs o f t w a r ea n d h a r d w a r ep r o g r e s s ，w ea r en o wb e t t e rp o s i t i o n e dt o b e g i nt h eq u e s tf o rw e i s e r s v i s i o n w h i l ed i s t r i b u t e d 。e m b e d d e da n di t s h e t e r o g e n e o u s e n v i r o n m e n ti n c r e a s e d d i f f i c u l t y f o rd e v e l o p m e n to fp e r v a s i v ec o m p u t i n gs u p p o r t e ds o f t w a r e c h a l l e n g e s c o m ef r o mp r o b l e mi n c l u d i n gh o wt oa b s t r a c tc o m m o n n e s si ns o f t w a r ed e v e l o p m e n t ， h o wt op r o v i d es p o n t a n e o u sc o m m u n i c 撕o np a t t e mi nd i s t r i b u t e dm o d e a n dh o wt o p r o v i d e r e b u s tr u n - t i m ee n v i r o n m e n ta n d l i f e c y c l em a n a g e m e n t t h ed e v e l o p i n g m i d d l e w a r et e c h n o l o g ya n dc o m p o n e n tb a s e dt e c h n o l o g ya r ea l s op r o p i t i o u st os o l v e t h e s ep r o b l e m s o nt h ec o n t r a r y , t h e r ea t em a n yl i m i t a t i o n st oa p p l ym i d d l e w a r e t e c h n o l o g yd e s i g n e d f o rd e s k t o pa n de n t e r p r i s es y s t e mi np e r v a s i v ec o m p u t i n g t h et h e s i sc a nb el o g i c a l l yd e v i d e di n t o4p a r t s ：t h e o r ys y s t e m m o d e lo fs c u d m i d d l e w a r e p l a t f o l m i m p l e m e n t a t i o n a n d a p p l i c a t i o n o fs c u d t h em a i nw o r k i n c l u d i n g ： 1 c o m p l e t e dad e e pr e s e a r c h o np e r v a s i v e c o m p u t i n ga n da n a l y s e ds o m e r e l a t e dt e c h n o l o g i e si n c l u d i n ge m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m ，m i d d l e w a r ea n d c o m p o n e n tt e c h n o l o g y a n da l s o ，t h ea u t h o rm a d e ac o m p r e h e n s i v er e s e a r c h o n a u r a ，c e n t a u r u s ，j i n i ，u i c ，g a i a ，2 k 2 p r o m e t h e a n l ya p p l i e dm i d d l e w a r et e c h n o l o g y i n t oe m b e d d e ds y s t e ma n d r a i s e dam i d d l e w a r ep l a y f o r ms c u db a s e do no r b c c mt h a t s u p p o r t d i s t r i b u t e dr e a l - t i m ea n de m b e d d e ds o f t w a r e 3 r a i s e dan e w c o m p o n e n t m o d e lz c c mt h a to p t i m i z e dc c m 4 i m p l e m e n t e ds c u d a n dd i dm a n y c o d i n ga n dc o m p i l i n gw o r k o n i n t e g r a t i o n a n d r e d u c i n go f a c e 仃a 0 ，z c c m 5 d e s i g n e d as i m p l ep u b l i s h d i s c o v e r yp r o t o c o la n d i n t e g r a t e di tw i t hz - c c m 6 i m p l e m e n t e d ap e r v a s i v em o b i l em u s i cs y s t e mb a s e do ns c u d t h et h e s i sw a sf u n d e db yn a t i o n a lh i g ht e c h n o l o g yp r o j c o t ”o p e r a t i n gs y s t e m t h a ts u p p o r t sp e r v a s i v e c o m p u t i n g a n di t sk e y t e c h n o l o g y k e yw o r d s ：p e r v a s i v ec o m p u t i n g , c o m p o n e n tb a s e dt e c h n o l o g y , m i d d l e w a r e t e c h n o l o g y , e m b e d d e d ，d i s c o v e r yp r o t o c 0 1 2 浙江丈学颡j ：研究生毕韭论文普适计算环境下轻董壤中黼件平台韵研究鞠实现 致谢 在两年半的研究擞学习期间，得到了许许多多老师和同学的无私帮助和协 作，在此特别向他们袭示衷心的感谢! 营惫，我要感澈我静导褥吴赣躞教援。吴老鲻不傻寒曩建瓴建疑学零发震和 行业动态角度把握我的学术方向，他还言传身教，教会了我学习的方法和搞研究 的方法。哭老师在国内学术界声誉卓藩，工作十分繁忙，但他不惜从百忙之中抽 出时闽定期给我指导，每次都能让我获益匪浅，能靛这零申严谨的溃学作风，赢度 负责的王佟惫度深潦影确了我，将键我终生受益。祝爰老师身体健康，事故颁琴| j ， 课题组燕蒸日上。 感谢陈文智老师。在一年多的项臣合作中，陈老师给我提供了良好的科研条 终，戆裘历亲鸯豹工臻热魏遣谴我零敬撮，瀵稳我验莛；| | i 纛友。 感谢赵民德老师、李培玉老师，他们和蔼的艇容总能给我鼓励。 感谢一起奋斗的缎员纪舟硕士、江峰硕士、黩卿博士生、孙洁博士生、罄周 硕士生，楚他们帮我一起完成了乎螽盼搭建。 感滏王磊| 荨士生、扬国毒薄黧，燕毽稍熬凡十天匏犬缀管理褥并势商条。 感谢起走来的同学，他们是陈威硕士生、陈尚俭硕士生、古杨硕士生、林 树新硕士生、吴伟清硕士生、曾瑾硕士生、莫浙东硕士生。感谢实验室所有成员! 感谢我的家久，楚惩秘在鸷爱绘我强大夔支持迁我完成磷究生兹学习。 再次感谢所有帮助过我的人! 爨斌 2 0 0 5 冬2 旁2 8 器 予求是园 辑茳大掌醺士研究生毕韭论文营迳诗冀环境下轻耋壤串闽俘平台豹研究鞴离觐 1 1 普通计算的擞起 第一章绪论 1 1 1 僚息纯发震带来韵阏题 问题1 ：僚息的需求， 诗算瓤寝霹终黪菠骥舞天类提供了襄瑟魏蕊想交接手段，键我褒菝然为壤崽 交抉而蒈恼。我们搠祷的计算设备越来越多：桌两电脑、手持电脑、p d a ，祺至 移动电话；我们用不同的软件来存储数据，但它们之间却经常相甄重复或不兼容。 当像运参| 下列壤况辩，像一定会感戮非常漫丧；努嚣p d a ，部菠瑗一令熏要浆 亳话号稻法经过鬻，游像磋巧正在必车主：或者蛰嚣需要彝一个藿要客户震示铱 的设计图时，却发现你的文件无法糯客户的笔记本电脑上打开。 有人说，t n t e m e t 獭w e b 是2 0 世纪最伟大的发哽，但是现狸鲍w e b 卷经变 缛过予纛大器菱枣了。鞠绩毒过在w e b 主搜索髂爨经验鹣露产帮会毒类骰豹感 受：一次披索会得劐题太豹“结果巢”，而遗憾的怒，其中大部分信息是无用的， 因此有八溅称现在的w e b 搜索是门“艺术”而不是一门“技术”。 闯题2 ：人撬交互瓣困潍 西蓊，天蓊使矮计箨瓠魏模式税然是蔫鬻嚣怒静，基本上采臻“撩淘籁赢击 ( p o i n t - a n d ”c l i c k ) ”方溅。这种直接操作方式依赖于人的视觉和平眼协作能力以 及计算设铸提供的显示能力，诸如窗口、图符、浆鹧等。而当上述条件不满媳时， 入与诗算撬之闻魏交互簸变褥菲常鬻难， 弱题3 ：计算搂式韵革命 计算模式( c o m p u t i n gp a r a d i g m ) 对计算技术的发展有着至芙重要的作用。 综观计算桃进入人类社会的历史，我们可以清楚地发理，计算模式已经经历了主 撬诗雾( m a i n f r a m ec o m p u t i n g ) 帮鬃覆诗募( d e s k t o pc o m p u t i n g ) 穗令对代。 在擞机计算时代，计簿机是稀缺的资源，人与训4 算机的关系鼹多对一的减系， 计算机安凝在为数不多的计算中心攥，人们必须用您涩的机器谬畜与计算机打交 遵，魏瓣，诗算空涵与我键生活熬物理空海是聪带靛，诗算撬鹃陂震也曩辍予摹每 学诗雾矮域。 2 0 婕纪8 0 年代，p c 开始流彳亍，计算模式也随之跨入桌磷计簿时代。邀时， 人与计算机的关系演变为一对一的荚系。随后，图形用户舞秀和多媒体技术的发 震蹙量 簿撬僵嚣者豹范鼹麸诗算掇专蛙a 爨扩震瓣其穗嚣照黪扶堑天员秘家庭 用户，计辣橇也扶计辣中心步入办公嶷和家庭，人们能够方便圭随获得计算服务。 精莲天擎糗士钎窥生草盎论盔=营逶计辫辉撬下轻羹赧审鞴 啐平行魏研究翻辩观 每一霉中计算模式粼念媾动适合熬特点的计算机科学技术的凝展。主枧计簿搂 建餐避了努鐾辜撵箨系统瓣菱蓑；嚣爨髅诗羹囊式粼豢拳了今炎藤器聂羲、餮掰瘸 户界弱、移藻薄等技术鹩发展。餐怒糯有韵计算钒技术还存程些不是，这姆不 足是引起计算模式革黼的主要力量。 1 ) 誉戆芝一；戥谤冀槛受中，褥不是鐾夭斑孛；鉴。在爨黼诗冀模式下，诗 莫蕊翥箍奎嚣逮整，获袋辫莛襄主淤，夫是嚣冀懿瓣“ 轰9 ，懑主要表囊餮虢下 三方面：擀一，入必獭生动使用计辣机才能获得计簿和信息服婚；第二，人机之 间的交互方式更适合机器丽不是人；辫三，人必绷处理各种计辩证务的细节硝”能 菝霪鬃嚣蟪暴；毪餐辩黉赣蒋、疆黪、避茬蘩鬟鹣器菠逮纛譬。 2 ) 举照之二；诗雾囊添是瓠煮辩，孺不怒魏攀鹩。在寨辩计算模式下，用 户与计鳓帆是一对一萃讨徽接占有的熬系。此外，愉计算机的计算环境( 所燃接 抟设备，霹糕薅款服务 是器定鲍，瞧越发展起袋瓣鑫静诗算搬技术瞧帮以煺烫 蹙含鬟滚。 3 ) 誉勰之三：计箨悬同定韵，黼不是随时w 游动的。秽锄性的提高魁人涨 文明进步的熏要标志，憾目前的粜黼计算模式对移瀚性的支持撼少。这包攒缺廷 瓣疰务上下文在苓嚣谤簿繇壤孛迁移抟支持，錾袋嫒乏黯瓣终袋梅、嚣葵熬支、 魏天黎窭畿力鳇交纯释麓勇魏楚嚣梳嘲。镜蟊，藤管瓣产在洛公室有一窘p c 、 家里有静p c 和一台p o c k e tp c ，假如果希望醚谯上下班的避糨中连续地嬲戚 一个任势，勰是枣# 十论霭难的事憾，它嚣要爨户魑已去关心网婚配鬟、盛燃曝 枣楚寒棼，蓑瓣、鼗攥交箨獒骛受或姆囊 獒羹譬褰麓囊苇。 钠举艇之谣：瘟掰程序缺乏蕊潲性。在程序中，功能簇德经被隐藏蹴凝示 层之下。嫩有直接的对外接口，应用之间缺乏互梢擞现和利用其他应用程序f ：| 聃 戆籁爨务辩攘甏。为了瓷斌一夺轻务，耀声往篷嚣燮瞧多警设餐上塞凑多令藤鲻， 熬嚣势瓣奄宅餐遂嚣交强，瑷囊戆窕辩鑫夔婺一个王薛蠢孛。鞴在，搏麓饕a 嶷 社会进入2 1 世纪的脚步，计算模式媳开始跨入锵满计算时代。随着计算机嫩相 关技术的缴展，通信能力和计算能力的价格正变褥越来越便宜，炳占用的体襁瞧 逮謇夔枣，蒜耱瑟影态懿瞧墓器、嚣黪，骥霹设爨遴漫美曩；溺瓣塞予太裘瓣燮 产效率、漱活蒺耋懿琴辩淹求，凡翻开始希望鼹黻瓣、随蓖、瓣蕊难鲍享用计箨 能力和倍膊服务，由此惜来了计算横溅的新变革，拣就是计算横斌的第三个时代 普逶计爨( p e r v a s i v ec o m p u t i n g 簸u b i q u i t o u sc o m p u t i n g ) 瓣挖。 1 1 2 什么是普邋计算 螯逡诗冀懿愚慧簸攀盛基j 酸黪籍x e r o x 粼蓠露鬟擎豢m a f g 弩联g 辫程 1 9 9 i 荤箍爨。“蓑爵魏搜零霆嚣塑黎幂楚瓣蓑寒。臻鳖鼓畚毫髓辩濒懿酝岔剐了 颌珏大学硕士鞲究生毕业论定普适计算环境下轻董级串辩辞平赍的研究和实现 每天的日常生活中，最后我们再也不能把它们和我们的生活区别开来了”。m a r k 溉i s e f 程健豹论文中攘连了对于謦逶诗箕敷设懋。这个浚想黪中心赣是创建无处 不在的计算环境以及浇好的人机交互方式。这一愚想从2 0 世纪9 0 年代屠潮开始 得到广泛袋注和接受，许多相关的研究计划纷纷启动，目前醴l 成为国际上一个蓬 勃发展的研究热点。 篱零豹说，著遣计簿摇豹是茏掰不在熬诗葵。也魏是落笼论 霹霹每遗，只要 用户需簧，就能够通过一些设备访问到需要的信息。普适计算是在网络技术和移 动计算的濑础上发展越来的，它继承了移动计算的一部分内容，即两者的最终目 的都是渡翔户能够隧时随逡鲍进行“计算”，瞧是黪逶诗算更镶麓子提供露淘客户 的、统一的、自适虚的网络驻务。 普邋计算的含义十分广泛，所涉及的技术包括移动通信技术、小型计算设备 制造技术、小型计算设备上的操作系统技术及软件技术等。酱遁计算提供了经由 鼷络，凌溺各耱各榉弱誊逶诗冀浚锯，谤滔居套数据、应薅秘缀务豹凌戆。无论 使用何种营适计算设备，用户都能轻易访问信息，得到服务。蒋适计算降低了设 备使用的复杂性，帮助提高在外办公人员的效率和人们的日常生活水平。 在替逶计算时代，计冀枫主要不是娃单独的诗葬设备的形态出现，焉燕采鼹 将嵌入忒娃理器、存储器、逶露模块和俦感器集或在一起，瑷信惠设备 ( i n f o n n a t i o na p p l i a n c e s ) 的形式出现。这些信息设备集计算、通信、传感功能 于一身，能方便地与螽种设备( 包括日常用品) 结合在一起。不仅如此，信息设 备还戳嚣零寨徐逑遴避无线圈终长蔓联网连攘，莠按照屡户鹣令犍甓求瀵褥定 制，以激入式产品的方式呈现在人们的工作和生活中一或者怒手持的，或者鼹可 穿戴的，甚至是以与人们日常生活中所碰到的器县融合在一起( 想像一下你零在 手里看的书燕从网上下载信息时的愤景) 的多榉形式体现。络紧是，由通信秘计 算裁构成豹信惠空阈褥与太钓生滔和工雩# 靛秘理空闻融为一体。 这种融合体现在两个方面。首先，物理空间中的物体将与信息空间中的对象 互相关联。其次，我们在操作物理空间物体的过程中，可以同时透明地改变相关 联夔售惑窆阕孛对象螅状态。反之羚然。毙热写在纸上戆字霹黻立鄹被数字诧窝 记录下来。同桌面计簿的迸步一样，伴随着入与计算机的关系，以及信惠空闽与 物理空问的关系在普灞计算模式下的变革。计算机也将在人类的生产和生活的各 个领域中寻找到新的殿用。 在整逶诗葵建立瓣这令融会空瘸孛，天爨霹戮“隧露夔遮”“透羁”蟪获褥 数字化的服务。其中“随时随地”怒指人们可以在工作和生活的任何现场获得服 务，而不用离开现场端嫩在计算机前。这也是在燕文中普适计髀一词的含义所在 “戈掰不在”。“逐明”是指获褥这萃孛服务的方式+ 分轻松巍然，也就燕瞧好 的人枫交互手段，这稀服务豹谤弱方式甚至可班在用户没有觉察( c o n s c i o u st e s s ) 浙江大学碳t 研究生毕业论文 普适计算环境下轻蠢缀中阈件平台的研兜鞠安现 的情况下由系统主动掇供。目前，在不少嵌入式计算系统中已自& 提供了这样的服 务。来来避赛孛壤会窍邃寒越多豹诗舞设备存在予l 入饲夔蜀鞭，难以或凡乎不霹 能出入来与这些计算设备交互或进行管理。“透明”将是入枫交互必不可少的属 性。从某种意义上说，计算机好像隐身了这是普适计算煅重要的特征之一。 1 。2 警适计算豢来麓枫避与揽战 1 2 1 黹适计算的关键课题 酱邋计算本身的特点，势必癸求发展与其棚适应的计算机科学理论和技术， 而这绝不是对目前桌黼计算模式的现有理论和技术的简单线性扩展，因为现有的 计算极技术还存在上灏已经提过的一些不足，湖北难默满足游遥计算模式的要 求。我稍妊须建立一熬套与之程逶藏豹计算瑾论和技术，毽撂硬俘、阚络、中闽 件、人机交互、应用软件等。普适计算模式中一燃关键性的研究课题包括以下一 些： 谋霆一：舞发针对罄遮诗募戆敦转琴台窝孛藏镣 主枫计算时代磷究的重点是多人如何共享一螽计算机，翔分时操作系统技术 等；进入桌面计算时代，研究的重点转为桌面多用户多进程操作系统、多媒体技 术等；这个两个计算时代的研究的羹点虽然有所不瞬，但是都怒基于人围绕游计 算撬这个莲本试谖寒滋抒熬，瑟在麓适诗算眩代，人稻关注赘怒翔 霉让多个计算 实体( 谶穰或设备) 藏相协作，共间为人类提供服务。屏蔽计辣任务是由哪个计 算实体舆体执行的细节而展现出个统一的服务界面，这是支持普适计算的软件 平台积审闻转硬究要宠残匏任务。爨体来澄，这方露毂研究蠹餐包援：服务戆疆 述、发瑷秘组织枫裁、计算实体闯通信和协佟的模型、开发接口等。 课题二：建立新型的人与计算服务的交互通道 在桌蕊计算机时代，桌面计算机戆人进入信息世晁获取计算服务和信息服务 戆蠖一途径；然恧，谯营逶诗雾辩代，这耪入辍关系将是不忍受豹，鑫梵羽郡 时，人狠可能需要同时面对数十台计算设备，如聚每台机器都辩要人投入如此多 的精力。那么人的注意力将完全被计算设备而不熄要完成的任努所占据。计算机 科学需蒙磷究如俺实现人机关系的邀转，使计冀枫真正成为人的“l 入”。 在蛰逶计霎时鼗，入与计算缀务的交互通道将变褥更热多样纯、透唆翻无处 不在。例如，“可穿戴计算”提出把计算设备和交甄设备穿戴在街上，如此一来， 人们就可以随时随地获得计算和信息服务，这对予在各种复杂和未知环境中工作 懿人来诞爨十分毒爱戆。露售意设蕊( i n f o r m a t i o n a p p l i a n c e ) 豹磷突剐逶逡在鑫 常生活中的各种器其中嵌入与箕爝途相适应的计簿和感知能力，使我们在使髑这 浙江火学颂士研究生毕业论立普适计算环境下轻量级中间件卜台的研究和实现 些器具时可以直接获得计算服务，而不必依赖桌面计算机。交互空间的研究则试 图把计算和感知能力嵌入人们的生活和工作环境中，使人可以不必离开工作和生 活的现场，也不必佩带任何辅助设备就可以通过自然的方式( 如语音、手势等) 获取计算服务，同时环境也可以主动地观察用户、推断其意图而提供合适的服务， 这就是所谓的“伺候式( a t t e n t i v e 或p r o a c t i v e ) 服务”。 课题三：建立面向普适计算模式的新型应用模型 当一个人需要面对多个计算实体的时候，人的注意力就成为最重要的资源。 在这种情况下，如果各种应用还是延续桌面计算下的模型，这些应用模块的启动、 连接、配置、基于t 3 u i 的对话本身等就会耗费大量的注意力资源，从而降低人 的工作效率。所以我们必须建立新的、关注入的注意力资源的应用模型。为此， 研究者们提出了感知上下文( c o n t e x t - a w a r e n e s s ) 的计算、无缝移动( s e a m l e s s m o b i l i t y ) 等概念。 上下文在人与人的交互过程中扮演着十分重要的角色，它可以大大提高交互 的效率和准确率。在目前的桌面计算模式中，应用程序很难获得关键的上下文因 素，诸如用户是谁、用户的喜好、用户在做什么、用户现在所处的位置和场合等， 因此这些应用基本上不考虑上下文因素。但在普适计算模式下，无处不在的传感 器和感知模块完全可以提供这些上下文信息，而支持普适计算的软件平台也使得 这些信息的发布和获取变得十分容易，这就为开发感知上下文的应用提供了可 能。该领域的研究课题包括上下文的表示、综合、查询机制以及相应的编程模型。 无缝移动重点关注的是如何使人在移动中可以透明、连续地获得计算服务，而无 需频繁地配置系统。普适计算的基础设施为此提供了一个很好的基础，例如，用 户手持设备可以通过与用户所处的交互空间的交互获得该空间中可以使用的服 务列表以及用户的移动位置等信息。 课题四：提供适合普适计算时代需求的新型服务 在普适计算时代，由于计算资源、网络连接和人与计算服务的交互通道变得 无所不在，因此我们可以提出一些在桌面计算时代无法实现的新型服务。例如， 有人提出了“移动会议( m o b i l em e e t i n g ) ”概念，即一个项屋组的讨论可以不局 限于一个固定的地方，而是可以通过各种手持设备或交互空间来随时随地地举 行。还有人提出“灵感捕捉( n o t i o nc a p t u r e 或e x p e r i e n c ec a p t u r e ) ”概念，即我 们可以随时随地把我们脑海中闪现的灵感火花或我们经历的事件( 如一堂课、一 次会议) 快速和方便地记录下来，并在以后根据时间、地点、参加者和场景等上 下文线索进行快速检索。此外还有“普遍交互( u n i v e r s a li n t e r a c t i o n ) ”概念，即 所有家电的控制都可以通过基于w e b 的界面来完成，这样人们就可以随时随地 对家里的设备进行操作。 濒江文学辑二研究生毕韭论文 普适计算环境下轻量级中阐件、卜台的研究鞠实现 1 2 2 普适计算带来的挑战 酱遥计算的内涵识括了4 个方面的基本要求： 1 有效利用活动空间 普邋计算的活动嫩阀的含义非常广泛：可以怒一闻睁室，瞧可以是一个庭院。 各式静焱入式设备茹须与活动空闻商税豹敲合焱一起。篦如浇，在一闻蕉予墨， 嵌入式计算设备可以根据室内温度和亮度来控制是否应该开扁暖气和电灯；同样 环境的变化也可以引越嵌入式设备的功能变化。 2 。慰惩户透唆 正翔前面我 f 掇羽的那样，用户不必关心嵌入式计算设备的工作过稷，而应 该是在不经意中就能摩受到各种优质服务。这就鬻求嵌入式设铸能够感知用户的 意图，囊动适应各种w 能的情况。 3 。鼹帮罨涓耋魏 计算的活动空间釉周围环境脊很密切的交甄，但是可利用的网络带宽资源却 非常有限。因此当一个嵌入式计算设备离开后。活动空间必须感知这各行为，切 断帮这令设餐的联系；霹襻当一个诗冀设冬进入瓣，活凌空越必须窝这个敷来瓣 设备取樽联系。这样徽的磊的在予能够让移动溺户减少与躐离远的设备黢生关 联，尽量让移动用户岛小范围内的设备有关联：从丽保证计算资源的有效利用率。 4 对不平衡负载的屏蔽 溪熬豹嚣凌不同+ 诗雾设鍪瓣数羹囊不霜。在会议塞、办公室、实验塞中， 可能存在很多的嵌入斌设备；而在一些信息相对；j l 塞、器材较少的地方，如革坪、 花园、足球场里，计算设备就屈指可数。普适计算臻求屏蔽掉这魑不平衡的情况， 绘用户提供统一_ 的琢境。 掰辍，在设计和开发支持酱遥计算豹系统嚣尊虚该注意瑷下几个方面； 1 感知用户意豳 。普通计算系统能够知道用户的崽图，并且根据用户意图决定相应的工作。 2 ，翔入孛心我壤 人们总是希望移动设备能够更加的小巧轻使、更加省电节能；但是这样做势 必对移动设备的性能肖所影响。因此在实现普通计算时可以弓f 入中心代理设备； 这些中心代理功能强大，弗且它们邋过鸯线网络逐接起来，来代替移动设舔完成 一些较为复杂懿运算。举一个典型豹镊子，当移动计算祝遽入一个疆生豹魏方对， 首先它通过无线技术寻找中心代理，并且和它取得联系，这个中心代理就成了 移动计算机连接互联阚的网关。如果移动设备需骤处理大量的遮算和数据，它就 可以把镁务交给中心代璎去完成。囊移动计算极褰嚣蘑，它耱审心代理瓣鼗系氇 被叁动切断了。 浙江大学珂j 士研究生毕业论文普适计算环境下轻量级中间件平台的研究和实现 3 适应环境的策略 当网络带宽、运算能力、存储容量等资源小于需求时，必须调整以适应环境。 系统可以通过三种方法来适应环境：降低服务质量，从而减少资源使用量， o d y s s e y 使用的就是这种策略：与环境沟通，不惜浪费资源以保证服务质量，q o s 服务就是这样的一个基于资源保留策略的系统：或者告知用户，建议用户改变原 来的行为模式。 4 高水平的能量管理 移动设备的性能不断的提高，这也势必会增加能量的消耗；然而移动设备的 电池容量却是有限的，因此必须引入良好的能量管理策略，提高能量的利用效果。 s 移动设备的规模 如果移动设备的功能足够强大( 有很快的运行速度、很大的存储空间) ，这 样的设备也必然会是十分笨重的，而且会消耗大量电能。相反，如果移动设备的 功能非常的弱小，虽然能够节约能量，但是却很难满足用户的需要。因此在设计 普适计算系统时应该在计算能力和能量的消耗量上做出权衡，根据用户的要求和 是否有中心代理节点，合理的设计移动设备的规模 6 感知相关的环境 普适计算系统应该根据环境的变化改变自身的行为模式，具有较强的自适应 能力。然而用户的环境是复杂多变的，如所处的位置，用户的心情和习惯，网络 情况等；普适计算系统在感知环境变化和改变自身行为时应该尽量不要打扰用 户，对用户透明。 7 保密和信赖 普适计算系统具有移动性强、变化大、不确定因素多等特点，因此如何划分 用户的使用权限? 如何认证用户的身份? 如何防止黑客窃取数据? 如何对信息 进行加密? 如何处理保密和信赖的关系? 这些都是普适计算系统必须解决的问 题。 8 对相关学科的依赖 普适计算是门跨领域、跨行业的- j 7 学科，它需要有机的将许多其它的学 科结合在一起，比如：人工智能、专家系统、人机交互技术、移动通讯、人类行 为学、心理学以及语言学等。只有这些学科不断发展，硬件条件不断进步，普适 计算的梦想才能成为现实。 浙江大学硕二f ：研究生毕业论文 普适计算环境下轻量级中间件平台的研究和实现 第二章普适计算和中间件技术 通过上文我们对于普适计算给我们带来的机遇和挑战的分析，可以看到，普 适计算对系统的运行环境、交互模式提出了新的要求。然而，分布式环境、嵌入 式环境以及由此带来的环境异构性给支持普适计算的软件系统的开发带来了巨 大的困难。如何抽象出系统开发的共性以提供统一的开发规范，如何提供分布式 自主交互模式以减少中间代码的重复开发，如何提供健壮的运行时环境和生命周 期管理以提高系统的稳定性安全性，这一系列问题都给普适计算系统的实现带来 了挑战。普适计算作为- f q 跨领域的新兴学科，利用现有技术显得势在必行，嵌 入式操作系统、构件化技术、中间件技术的发展给这种结合提供了契机。 本章将分别介绍普适计算相关的三种关键技术以及其发展和联系，最后对学 科现状和国外大学已有的支持普适计算系统做了详细的分析对比。 2 1 分布式环境下的嵌入式操作系统 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适 用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。 它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序 等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。 嵌入式系统的主要作用是实时控制、监视、管理移动计算机、数据处理等， 或者辅助其它设备运转，完成各种自动化处理的任务。嵌入式计算机系统同通用 型计算机系统相比具有以下特点： 1 、嵌入式系统通常是面向特定应用的。嵌入式c p u 与通用型的最大不同就 是嵌入式c p u 大多工作在为特定用户群设计的系统中，它通常都具有低功耗、 体积小、集成度高等特点，能够把通用c p u 中许多由板卡完成的任务集成在芯 片内部，从而有利子嵌入式系统设计趋于小型化，移动能力大大增强，跟网络的 耦合也越来越紧密： 2 、嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业 的具体应用相结合后的产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资会密集、 高度分散、不断创新的知识集成系统。 3 、嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余， 力争在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能在具体应用中对处理器的选 择更具有竞争力。 4 嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品 同步进行，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。 辑江大学壤 ：研究生毕业论文营适诗拿擎嗣：境下轻垂缎串阔粹平台韵研究鞠实魏 5 为了提高执行瀵度和系统可熊性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储 器芯片鬣攀冀极本身中，两不是存黢予磁盘等载体中。 6 l 嵌入式系统本身不具备自举开发能力，邵使设计完成戳螽用户通常钡是不 能对其中的程序功能进行修改的，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。 随慧嵌入式系统的发展，对其操作系统也提躺了新的要墩。嵌入式操律系统 是法庭蠲必串。，鞋谤箨撬毅拳必蒸鹬，软侮疆终萄裁骜、适藏痤簿系统黠功戆、 可靠性、成本、体积、功耗严格簧求的专用计算机操作系统。 早巍1 9 8 8 ，“后p c 之父”m a r kw e i s e r 提出普适计算概念的时候，他认为 睫善计舅杌科学的进步，总有天我们生活的空阉中会充斥卷舞耪各样的燹线鲍 嵌入式设备；它翻靛必寸大小不一样，提供静功靛不一样，存巍的形式也不样， 唯一的按同点就是它们都在不停的计算着。这些计算设备隐藏在空间的角落熙， 但是却无时无刻不在为我们提供各种备样的服务，使我们的生瀵变得更加方便快 建，更麓蜜逡努逶。这蹙诗葵设备怼入恕来说莛键全透羁豹，瓣梵宅们毫经缀童 然的融入蒯了生活中的备个方面，锻自然的工作澍；人们也是在不经意中享受着 众多的计髀设备提供的优质服务。 由败霹见嵌入式设蕊对于普邋诗算来说有着蘩石的作用，覆运行在嵌入式设 备上豹嵌入式系统弱照簧透诗算串嚣释服务豹载体帮运行玮境。因此，嵌入式系 统的设计和实现也是普适计算的个关键技术之一。而且由于蒋适计算环境中嵌 入式设备所处的环境的离散和随机性。嵌入式系绫与普通的嵌入式系统有所不 羼，帮酱逡环境中豹裁入式系统一方嚣霹翡硬传条箨更莺絮，瓣凌蕤戆嚣求一点 都没有降低或者甚至鼹篱。 简单的来说，支持蒋适计算的嵌入式系统往徒需要能够重新构筑自身的体系 结构，同时也要能够缀好敕适应黄邋计算渥淹鄹分毒式的环境。我们把售& 够酝我 适应环蠛帮嚣求交纯的系统称为窦遗应系统，普逡计算环境下游嵌入式系统大部 分都要求是自适应系统。要使嵌入武系统具有自溉虚能力，并凰能够在分布式环 境下工作，那么下面将瑟介绍到的构件化和中间件技术是两个必不可少的条件。 2 。2 构锋亿技米 2 2 1 构件化技术定义 构件化技术可以说是跨世纪软件技术发展的一个趋势，也怒软件工程界的一 个热门话照。但是究竟什么是软件构件，至今也没有一个严格的定义。目前比较 典型鹣有瓣秘说法，努剐麸不同角嶷对较件糖l 串燕敷了说鹳： 第一稀定义认为软件构件是一个弗非不重要豹、相对独立的而又能够被褥换 濒汪夫掌联士研究生毕韭谵竞 营适计算环境下轻重缀书蠲件，卜台的 辩究_ 鞴 嶷魏 的系统中的一部分。 第二个定义扶动态的惫度出发，援出处在运行状态鲍赣传构髂是一个姆麓予 个程t | 芋动态链接在一起豹程序包。 第三种定义认为软件构件是可以独立使用的，并且不是出系统开发人员和系 统最终用户而是由第三方提供的。 篓溷葶孛定义簸亵瘸角度塞发，谈为鬟锾囊麓擒臀摇懿是一个缝够蠢璎纯鹃裔 业过程的软件实拖办法。 这几点定义存在潜一些共性，都强调软件构件的独立性、互换性和功能性， 即软馋槐l 孛不依存予蔡一个系统，它可以被辐同鹣梅馋所替换，菸量具有实际的 功髓意义。 2 2 2 构件的分类 1 黑盒和自盒构件 现在主要有两种激型的构件，黑盒构件和自盒构件。白盒构件是提供了源代 码的构件，允许程序煲根据蠡身盼鬻要对构件本身进行修改，怒可读可写的。黑 盒梅释辩蹙一段已经经过编译酶二遴镄文传，露貔是它豹一种存在方式。瑕殍员 通过相关的文档和原始开发者的说明来了解黑擞构件的结构和对外提供的接口。 这些接口包括了构件的属性和方法。程序员只能调用构件已经甑装好的对外提供 粒接口来健建橡侮，警然遣霹以程终覆霉骰一袋鑫邑戆毫装采扩曩构转懿凌缝。 黑盒构释优于自盒构佟，因为程痔爱不能修改构件内部的结鼋句，这使得构 牛原有 功能完撼无缺，以至于升级、错误修改等事务可以由原始开发糟完成。而自盒构 件的源代码可以随意改变，这样你就会得到一个新代码流，那么旧的错误农新的 棱 孛实铡孛裁不窭鬓掺改，芳不戮糖攘。 2 商业构件( c o t s ) 在9 0 年代早期，一种新的构件产生了。它们是市场上可以购买的构件，也 可以称之为开放枣场 奄 孛。牙敖蠢场稳终是可以麸货架上买走豹霹重用构传，铡 如c o m ，j a v a ，你可| 三l 购买它，锻不用购买支持、集成或冀宦类型的骧努，的 确是“即插即用”的构件。例如，m i c r o h e l p 公司的v b t o o l s ，基于m i c r o s o f tv i s u a l b a s i c 构件模型( 或v b x s ) ，该模型后来成长为基于c o m 的椅件( o c x s ) ，丽 瑗在或了簇手n e t 豹梅襻。现在麓嚣教毒场椽磐浚缀多了，鬻戮诖程澎爨工作 变得简单一些，并让他们专心于完成核心任务。遮里的核心任务指将完成公司定 义的商业进程或功能而不是编写所有的普通构1 牛或程序，比如显示、制表、计 算、算法，还有其它w 以在市场上贼买到的构件。 3 。w e b 激务梅释 浙江大学鞭士姘究生毕韭论空普运 葵环境下轻萋缀串蝴怦平台的研巍和实现 在局域网成为因特网的分布式环境下，网络服务被提出作为未来的简单扩 充。应用槐传不再只燕羁蔽在一令趱域网懿一个服务器上，蕊楚放到整个因特网 上。网络服务有效遗簿溺于一个阍颁的解决方法。不仅是提供个完整豹应用， 人们还能提供个性化的构件。 2 2 。3 构佟躲特点和意义 从广义上来说，构件有如下的几个基本特点。1 、构件是可独立配置的单元， 嚣此构件必须皇包容 2 、毒霉传强调与环境秘其绝穆 牛的分离，因此构 譬验实现 是严格辩装的，终界没机会或没必要知道构件肉部豹实现细节；3 、构 孛可以在 适当的环境中被复合使用。因此构件需要提供清楚的接口规范，可以与环境交互； 4 、构件不应当是持续的。即构件没有个体特有的属性，理解为构件不应当与自 身裂本嚣襞。 扶戳上四个特点可队看出，构件沿袭了对象的封装特性，识同时并不局限在 一个对象，其内部可以对装一个或多个类、原型对象甚至过程，结构是灵活的。 构件突出了皇包容和被包容的特性， 穗镣证对软 孛嚣发豹工程健楚藩露重要静，肖了梅 孛才4 熊通过构件麓缀装、 互连，实现软件的工獠化开发。构件化是一种前淞的软件设计穗想对整个软件 行业的发展有着推动作用。如果回顾经典的工业化革命，不难得出一些有赫的启 示：珐能器复杂懿产品罄是由大量耘准熬零 孛( 攀繁零馋霹戆只在零领域蠹褰溺) 组成，零 牛在生产线上装配成个成品，所有零件在成品中共阔发挥作用。分工 越细致、专业生产的程度越高，总体生产效率就燃高。而构件技术所扮演的角色 就是把零件、生产线和装配运行的檄念运用在在软 牛工业中，w 以预见，软构件 鼓本是较佟产篷纯摹愈豹必然发震趋势。 2 3 中阆件技术 2 3 1 中间件的产生 长期以来，我们一轰使熙着“寮户端假务器”的两层结梅，这种两滕的结 掏营让光数久兔之兴资移镓殴，帮客户臻捷供鬻声赛瑟、运行逻辑楚理瘦嗣j ，丽 典型服务器接受客户端的请求并进行处理，然聪返回结果。两层结构系统的确 给人们带来了相当的灵活性，但正如任何事情都不能保持完美一样，它也逐渐地 暴露窭冀客户壤露l 夔务器端受担过黧懿现象。 等到了现代企业磷前，两层结构的弊端就受驻得突出了，麟为现代企业往往 浙江大学硪。 j 研究生毕业论文普逶计算坪境下轻董级中间件甲台的研究和实现 会在业务处理上对系统提出更高的骤求。它们要适应不同地区、不同标的的具体 壤嚣，戮薹乏霉具备灵溪熬霉妻l 曩熬王俸浚定裁；它髑的溺终铸辕量较大，爨诧嚣 要傈证数据在网络传输的稳定性；阂为涉及到金额等关键业务嶷数据，它们盛须 保证网络数据传输的准确性：同时，又因为各地网点总数很多，臻求系统具锯峰 值数据的勰受萄处理瞧力和平衡负戥能力：还要僳证数据在广域网传输帮业务处 理静及辩往。这样豹瀵况，使褥传统豹两层结构缀然有蓑耋邑鹣魅力，毽与现代 企业的实际工作的要求相比，就只稍显得捉襟见肘、穷于应付了。于是，三艨结 构应运而生了。所谓”三层”，就是襁原有的”两屡结构”( 客户端和服务器端) 之 淘增热了一缀骚务，送组辍务( 斑潮羧务器) 怠揍事务处理逻辘应鼹黢务、数摇 库查询代理数据库。随着这组服务的增加，两艨结构向三层结构转变石，客户 端和服务器端的负载就相应减轻了，跨平台、传输不可靠等问题也得到了解决。 增加的这缀服务就是我们所说的“巾阕传”。中阁俸在三层结构中主要充当中越 罄，完袋数据安全、宠整镄赣，邋避受载殇鬻袋调节系统静工作效率，簌疆弥耱 两层结构的不足。 此外，随着计算机技术如雨后脊笋迅速发展。从硬件技术看，c p u 速度越 来越快，楚理戆力越采越强；扶软传技术爱，瘦髑程序的援模苓颧扩大，姆别是 i n t e r n e t 投w w w 的爨现，使计算椒的应焉