（计算机系统结构专业论文）基于osgi的家庭网关及其关键技术研究.pdf

摘要 摘要 因特网的迅速发展已经深刻改变了人们的工作方式，极大提高了企业生产效 率，为社会创造了巨大的财富。然而，因特网目前给个人和家庭生活带来的好处 却十分有限，传统的家居方式并没有因互联网而产生多大变化，因此实现家庭的 网络化智能控制，提高人类的生活质量，将是完成信息革命至关重要的一步。 目前，家庭外有广域网和各种相应的通信协议，家庭内有局域网和各种相应 的连接方式，但内外之间缺少传输网络服务和需求的协议。o s g i 作为连接家庭内 外的一种服务中转机制，提供了一个开放的平台，填补了这一空缺。但真正将其 应用于家庭的网络化智能控制，仍存在不足。 服务质量( q o s ) 是家庭网关用户关注的一个要素，它体现发送与接收信息的用 户之间，用户与网络之间关于信息传输的质量约定，相当于服务提供者与用户之 间的契约。但是在目前的o s g i 规范中，并没有定义和提供服务质量的机制。因 此，如何在基于o s g i 的家庭网关中提供合理、有效的q o s 管理功能，成为一个 亟待解决的问题。 与此同时，i n t e r n e t 的出现使软件系统正从封闭和相对静态的形式转向开放和 高度动态的模式，基于w e b 应用系统的安全分析日益复杂化。o s g i 规范本身没 有提供一种有效的机制，满足分布式网络环境中安全性的功能需要。而传统软件 系统的安全技术已经不能适应现在的i n t e r n e t 安全需求。因此，如何在基于o s g j 的家庭网关中进行安全控制，是另一个有待讨论的问题。 本文在分析近几年国内外研究成果的基础上，深入、系统地研究了基于o s g i 家庭网关的安全性和服务质量等问题，提出了可行的解决方法。主要研究内容和 创新工作如下： 1 ：首先，文章提出了适用于分布式网络环境的信任管理理论框架，包括信任 凭证、凭证图、转换机制和理论规则四部分。信任凭证包含信息头和信息体两部 分；凭证图描述信任凭证之间的关系；转换机制将凭证转换为逻辑规则；而理论 规则主要包括认证、授权、认可图、许可和断言。 在分布式环境家庭网关的信任管理框架中，信任与非信任关系具有举足轻重 的作用。信任程度不仅随双方活动的结果不断修正，在不同的信任模型中，信任 程度的划分和计算也存在差异，是一种经验和主观的体现。原有方法用于衡量信 任成功与失败的尺度相同，不符合现实中对信任的认识，有恶意推荐和偏心之嫌， 计算结果可能出现严重的不稳定现象。本文提出了一种计算信任度的新方法，增 加新的中继参与者和信任因子，这样系统可以根据具体的环境变化，动态分析分 布式网络环境中实体之间的信任度，将有效减少恶意推荐现象的发生。 摘要 2 ：其次，本文根据任务控制理论建立了有效的数学模型，并从理论上验证了 q o s 管理中任务控制模型的稳定性和平衡性，解决了系统级的全局适应问题。作 为完整的q o s 控制系统，需要提供系统级和应用级的映射功能，本文提出了一种 q o s 参数的自动配置模型，包括配置器和规则库两部分。其中，配置器将适配器 的输出作为输入，产生实际的控制行为，用于激活应用程序中的自动配置和参数 调整；而规则库则以应用程序为基础，满足某些具体应用的特殊要求，并获取可 接受的自适应性能。 3 ：最后，本文形式化地定义、标识了目标任务，以定量表示资源请求等服务 质量参数，区分它们的优先级。同时，为了使这种量化具有现实意义和可操作性， 还需要在服务质量参数与实际行为之间建立联系。本文提供了一种转换机制，将 理论的q o s 参数适应值映射为实际的控制行为。这种映射分为两种情况：第一种 是线性转换，能够传输相应的性能参数，并与特定的应用任务以线性的关系协同 工作；第二种是非线性转换，先在应用程序的性能、相关参数与资源请求的抽象 模型之间形成一种非线性关系，再将控制型任务的输出转换成对应的行为。 关键词：o s g i ，家庭网关，服务质量，信任管理，任务控制 a b s t r a c t t h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n t e r n e th a sb e e ne v i d e n t l yc h a n g e dt h ew o r kf a s h i o n s o ft h eh u m a nb e i n g ，g r e a t l ya d v a n c e dt h ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c yo fe n t e r p r i s e sa n d c r e a t e dh u g ef o r t u n ef o rs o c i e t y b u tt h eb e n e f i ti sv e r yl i m i t e df o rp e r s o n a ll i f e ，a n dt h e t r a d i t i o n a ll i f es t y l eh a sn o tb e e nc h a n g e do b v i o u s l yb e c a u s eo fi n t e r n e t t h u si ti st h e k e ys t e po fi n f o r m a t i o nr e v o l u t i o nt oi m p l e m e n tt h en e t w o r kc o n t r o lo ft h eh o u s ea n d a d v a n c e 也el i f ec o n d i f i o n s a tp r e s e n t ，t h e r ei st h ew a na n dp r o t o c o l so u t s i d et h eh o u s e ，w h i l el a na n d p r o t o c o l sa th o m e b u ti ti ss h o r to ft h ep r o t o c o lo fn e t w o r ka n di t sr e q u i r e m e n t s b e t w e e no u t s i d ea n di n s i d eo ft h eh e u s e ，b u to s g ih a sr i l e du pt h eb l a n k i ti s 也e s e r v i c et r a n s f e r r i n gm e c h a n i s mc o n n e c t i n gt h eo u t s i d ea n di n s i d eo ft h eh o u s ea n d p r o v i d e st h eo p e np l a t f o r m b u ti te x i s t ss c a r c i t ya p p l y i n gi tt ot h ei n t e l l i g e n tc o n t r o lo f t h eh o u s e t h eq u a l i t yo fs e r v i c ef o rt h eh o m e g a t e w a yi sv e r yi m p o r t a n tf o rt h eu s e r s i t i n d i c a t e st h eq u a l i t yp r o m i s eo fi n f o r m a t i o nc o m m u n i c a t i o nb e t w e e nt h es e n d e ra n dt h e r e c e i v e r , u s e ra n dn e t w o r k a n dt h ep r o m i s ei se q u a lt ot h ec o n t r a c tb e t w e e nt h es e r v i c e p r o v i d e ra n dt h er e c e i v e r b u ti td o e s n td e f i n ea n dp r o v i d eq u a l i t yo fs e r v i c ei no s g i s p e c i f i c a t i o n t h u sh o w t op r o v i d et h er e l i a b l es e r v i c eq u a l i t yi st h es t r i n g e n tp r o b l e m i nt h eo s g i b a s e dh o m e g a t e w a y a tt h es a m et i m e ，t h es o f t w a r es y s t e mi sb e c o m i n gi n t oh i g h l yd y n a m i ca n do p e n s y s t e mf r o ms t a t i ca n dc l o s eb e c a u s eo fi n t e r n e t t h ew e b - b a s e da p p l i c a t i o n sa r eg e t t i n g m o r ea n dm o r ec o m p l i c a t e d t h u st h ec o n v e n t i o n a ls e c u r et e c h n o l o g yc a n ts a t i s f yt h e s e c r l r er e q u i r e m e n t so ft h ec u r r e n ti n t e r a c t ，e s p e c i a l l yt h eo s g i - b a s e dh o m eg a t e w a y b u tt h eo s g is p e c i f i c a t i o nc a n ts u p p l yt h em e c h a n i s mf o rt h es e c u r ef u n c t i o ni nt h e d i s t r i b u t e dn e t w o r ke n v i r o n m e n t s oh o wt o p r o v i d et h e s e c u r ec o n t r o li nt h e o s g i b a s e dg a t e w a yi st h eo n g o i n g p r o b l e m t h ep a p e ra n a l y s e st h en a t i o n a la n do v e r s e a sr e s e a r c hf i a i t s ，a n dm a k et h es t u d y o nt h es e c u r i t ya n dq u a l i t yo fs e r v i c eo ft h eo s g i - b a s e dh o m eg a t e w a y a n di t p u t f o r w a r df e a s i b l em e t h o d s t h em a j o rr e s e a r c ha n di n n o v a t i o nf l u i t sa r ea sf o l l o w ： 1 a tt h ef i r s t ，t h ep a p e rp u t sf o r w a r d st h et h e o r yf r a m e w o r ko ft h et r u s t m a n a g e m e n ts y s t e mi nd i s t r i b u t e dn e t w o r ke n v i r o m e n t , w h i c hc o n s i s t so f 也et r u s t c r e d e n t i a l ，c r e d e n t i a lg r a p h ，c o n v e r s i o nm e c h a n i s ma n dt h et h e o r yr u l e s t h et r u s t c r e d e n t i a lc o n s i s t so fh e a da n db o d y t h ec r e d e n t i a lg r g p hd e s c r i b e st h er e l a t i o n s h i po f t h et r u s tc r e d e n t i a l s t h ec o n v e r t i o nm e c h a n i s mc a ns u p p l yt h er u l eo fb r i d g i n gt h e c r e d e n t i a la n dt h el o g i cr u l e t h ee l e m e n t so ft h et h e o r yr u l e sa r ea u t h e n t i c a t i o n s ， a u t h o r i z a t i o n s ，a u t h o r i z a t i o nm a p s ，l i c e n s e sa n da s s e r t i o n s t h et r u s t w o r t h i n e s si sp l a y i n gt h ei m p o r t a n tr o l ei nt h et r u s tm a n a g e m e n tt h e o r y f r a m e w o r ko fd i s t r i b u t e dn e t w o r k t h et r u s t w o r t h i n e s si sc o n s t a n t l yc o r r e c t i n gb yt h e b o t ha c t i v i t yr e s u l t a n dt h ed e g r e ea n dc o m p u t i n go ft h et r u s ti sd i f f e r e n ti nd i f f e r e n t t r u s tm o d e l s t h et r u s t w o r t h i n e s si st h ee m b o d i m e n to ft h ee x p e r i e n c ea n ds u b j e c t t h e o r i g i n a lm e t h o dp r o v i d e st h es a m ed e g r e eo fs u c c e s sa n df a i l u r e i td o e s n ta c c o r dw i t h t h er e a lc o g n i t i o n s oi th a st h eb a l e f u lr e c o m m e n d a t i o na n dp r e j u d i c i a lp h e n o m e n a t h ec o m p u t a t i o nm a yb ee i r a t i c i t b r i n g st h en e wm e t h o do fc o m p u t i n gt h e t r u s t w o r t h i n e s s i ta d d st h en e wi n t e r m e d i a t ep a r t i c i p a t o ra n dt r u s tf a c t o rt ot h et r u s t m o d e l t h e ni tc a na n a l y s et h et r u s td e g r e ed e p e n d i n gt h ec o n c r e t ee n v i r o n m e n t s ot h e n e wm e t h o dw o u l dr e d u c et h eb a l e “r e c o m m e n d a t i o n 2 s e c o n d l y , i tp r o p o s e st h ee f f e c t i v em a t h e m a t i cm o d e lf r o mt h ec o n t r o lt h e o r y , a n d p r o v e st h es t a b i l i t ya n de q u i l i b r i u mo ft a s kc o n t r o lm o d e li nq o sm a n a g e m e n t i t f i n i s h e st h ep r o b l e mo fs y s t e m - w i d ep r o p e r t i e sr e l a t e dt oa d a p t a t i o n t h e 酉0 b a lq o s s y s t e mw i l ls u p p l yt h em a p p i n gf u n c t i o no fs y s t e m - w i d ea n da p p l i c a t i o n - w i d e t h u si t p u tf o r w a r d st h eq o sp a r a m e t e rc o n f i g u r a t i o nm o d e lw h i c hc o n s i s t so ft h ec o n f i g u r a t o r a n df o r m u l ab a s e t h ec o n t i g u r a t o rp r o d u c e st h ec o n t r o lb e h a v i o rw i t ht h eo u t p u to f a d a p t o r a s i n p u ti n f o r m a t i o n i te n a b l e st h ea u t oc o n f i g u r a t i o na n dp a r a m e t e r a d j u s t a b i l i t yo ft h ea p p h c a t i o n 皿ef o r m u l ab a s ep a r t i c u l a rs a t i s f i e st h ee s p e c i a lr e q u e s t o ft h ea p p l i c a t i o na n d g e t st h ea d a p t a b l ep e r f o r m a n c e 3 f i n a l l y , i td e f i n e st h ef o r m a ln o t i o n sf o rt h es y s t e mw i t ht h et a r g e tt a s kt o d i s t i n g u i s ht h er e s o u l c er e q u e s tr a t i o t h es y s t e mn e e d st r a n s l a t i o nm e c h a n i s m si no r d e r t om a pt h e o r e t i c a la d a p t a t i o nv a l u e st oa c t u a lc o n t r o la c t i o n s i th a st w ok i n d so fc a s e s i nt h ef i r s tc a s e ，o n eo rm o r ep e r f o r m a n c eo ra p p l i c a t i o n - s p e c i f i cp a r a m e t e r sa r el i n e a r l y r e l a t e dt ot h ea b s t r a c tn o t i o nr e s o u r c er e q u e s t s s o ，i ti ss u f f i c i e n tt od e s i g nal i n e a r t r a n s l a t i o ns c h e m et ou a n s f o r mt h e o r e t i c a lv a l u e sl i n e a r l yw i t hc o e f f i c i e n t ss p e c i f i e db y t h ea p p l i c a t i o nt a s k i nt h es e c o n dc a s e ，t h ep e r f o r m a n c eo r a p p l i c a t i o n - s p e c i f i c p a r a m e t e r st ob ec o n t r o l l e da x en o tl i n e a r l yr e l a t e dt ot h ea b s t r a c tn o t i o no fr e s o u r c e r e q u e s t s ，o ri tm a y b et h ee a s et h a tr a t h e rt h a np a r a m e t e rt u n i n g , r e c o n f i g u r a t i o no p t i o n s a r et ob ea d o p t e d k e yw o r d s ：o s g i ，h o m eg a t e w a y , q u a l i t yo fs e r v i c e ，t r u s tm a n a g e m e n t , ，i 犯kc o n t r o l 图表目录 图1 1o s g i 网关的结构示意。5 图1 2j i n i 运行环境。6 图2 1o s g i 规范的逻辑组成1 6 图4 1 简单的s p k i 证书认证3 7 图4 2 基于o s g i 的安全家庭网关架构3 8 图4 3 安全框架的架构3 9 图4 4 信任管理的授权循环。3 9 图4 5 在s o c k e t 或应用层加密解密4 0 图4 6c o o k i e 和t o k e n 的管理4 2 图4 7 加密对象。4 2 图4 8 解密对象4 2 图4 9 登陆策略服务4 3 图4 1 0 用户数据服务4 4 图4 1 1 主题认证服务4 4 图4 1 2 对一个j a r 文件数字签名4 6 图4 1 3 认证一个经过数字签名后的j a r 文件4 7 图4 1 4 客户端的安全管理器接口4 8 图4 1 5 服务器端的安全管理器接口4 9 图4 1 6 没有安全特征的访问服务5 0 图4 1 7 具备特定安全的访问服务5 0 图4 1 8 安全的客户端与服务端通信过程5 1 图4 1 9 委托授权的方法调用时间趋势5 3 图5 1 通用的任务流程5 6 图5 2 任务流程的应用程序任务5 6 图5 3 任务控制模型5 7 图5 4 任务控制模型中配置器的作用6 4 图5 5 模糊控制模型的架构6 4 图6 1 基于o s g i 和动态q o s 管理的家庭网关模型7 2 图6 2 基于o s g i 和动态o o s 管理的家庭网关垂直结构7 2 图6 3 动态q o s 管理模型的结构7 3 图6 4 典型的控制系统7 4 图6 5 任务控制模型的原理7 4 图6 6 目标任务的控制模型7 6 图6 7 应用程序的测量q o s 层次7 7 图6 8 网络吞吐量7 8 图6 9c p u 的负载7 8 图6 1 0 活动的并发任务7 9 图6 1 1 应用程序的平均完成率7 9 图6 1 2 网络吞吐量8 0 图6 1 3c p u 负载8 0 图6 1 4 活动的并发任务8 0 图6 1 5 应用任务的平均完成精确率8 1 表4 - 1 测量值的具体统计”5 3 表6 - 1c p u 使用率、受益率和时间段的层次表示7 7 第一章绪论 第一章绪论 因特网的出现引发了第四次产业革命，人类从此进入了信息时代。十几年来， 因特网的迅速发展已经深刻地改变了人们的工作方式，极大提高了企业的生产效 率，为社会创造了巨大的财富。相比之下，因特网给个人和家庭生活带来的好处 却十分有限。传统的居家方式并没有因互联网而产生多大变化，家庭作为社会组 成的基本单元，几乎成为信息时代中的孤岛。因此实现家庭的网络化，提高人类 的生活质量，使第四次产业革命像前几次产业革命一样造福于人类，将是完成信 息革命最后也是最关键的一步。 家庭的网络化将把人类带入后信息时代，为个人、企业和社会带来一个崭新 的发展空间。在这一新空间中，将存在无数的机遇和挑战。对于国家，掌握现代 网络化家居系统的核心技术，将是在这一发展空间中生存和取胜的关键。 1 1 家庭网络的诞生和发展 发展家用网络最直接、最重要的途径是改进各类传统家用电器，包括手持电 器的网络化和信息化。发展家用网络的基本动力在于：无处不在的网络连接；网 络在新领域中爆发性的发展；基于服务的商业模式正驱动着新应用和创新领域的 发展。因此，发展实用的家庭网络，研制使各类网络方便地进入千家万户的家居 系统将是完成信息革命和社会、家庭网络化至关重要的一步。 引入家庭网关的必要性主要从如下两点考虑： 从上而下( 或从外向内) ：在不改变用户设备的情况下，使网络操作员和 服务提供商能够动态地提供新的服务。 从下而上( 或从内向外) ：使用户可以通过自动发现程序，动态地将新装 置连接到家庭网络和因特网上。 智能家居系统主要由下列三项关键技术组成： 基于o s g i 规范的家庭网关；实时家庭操作平台与基于代理技术的智能集散 控制系统。 1 基于o s g i 规范的家庭网关 对于家庭综合服务器的主要功能要求如下： 能够通过广域网获取家庭之外的各类服务。 能够通过局域网为家庭内各种设备提供各类服务，如设备即插即用、动态 管理等，应支持各种不同的家庭网络介质和协议。 第一章绪论 轨。 能够通过多终端和远程服务的方式取代家庭计算机的功能。 能够通过局域网为家庭内各种联网设备进行实时智能控制。 尽量符合o s g i 的标准规范，从而与目前国际公认的信息网络平台标准接 2 实时家庭操作平台 对于实时家庭操作平台的主要功能要求如下： 符合o s g i 的标准体系，从而使各类服务可以方便地从广域网传至局域网 和各类家庭设备上。 支持对家庭网络化设备的实时控制。主要表现在两个方面，首先确保安全 性，如对易燃物、安全和报警装置的实时控制、监视和通讯；其次确保服务质量， 如对空调、冰箱、微波炉、洗衣机和娱乐装置等设备的控制。 支持基于移动代理技术的智能集散控制系统。 3 基于代理技术的智能集散控制系统 对于家庭控制系统的主要功能要求如下： 不同家电设备的控制算法应随时而变( 如季节化，不同季节采用不同的控 制算法) ，随地而变( 如区域化，不同地区采用不同的控制算法) ，随人而变( 即 个性化，不同家庭采用不同的控制方法) 。 系统必须方便地实现各类家电设备的关联控制。例如，家居温度的分区控 制，即不同房间或区域的目标温度不同；各类娱乐设备的协调控制；不同房间灯 光的协调控制；保安监视装置，报警系统的关联控制等。目前，这些功能都是通 过专门的控制系统实现，系统必须在家庭综合服务器上用统一的方式与机制实现。 由于使用环境是普通的家居，低成本、高质量和可靠性是评价家庭控制系 统是否成功的重要指标。目前，许多工业界使用的集散控制系统都可以轻易满足 这里所提出的功能要求，但价格昂贵，不适合用于家居。 由于家电设备都带有自己的控制系统，因此工业过程控制中所采用的集散 式控制系统结构非常适合于家电设备的“集中”管理与“分散”控制。因此，可 以通过操作系统的微内核和微g u l 窗口系统实现各种功能。 将基于代理技术的控制方式引入传统的控制方式中，以减少算法的复杂性 及对内存空间的要求。一个设备的控制算法是整体不可分的，由于要处理许多不 同情况，所以一般比较复杂，而且对内存的要求也高。对于工业工程设备而言， 一般有足够的内存；而对于家电设备，由于成本的限制，大内存的要求将成为问 题。采用代理技术，可以将整个控制算法分解成针对不同情况的控制代理。每个 代理的任务简单明确，控制动作直接与传感器的信号相关，因此所需要的内存空 第一章绪论 间非常小。而且，只有当需要一个代理时，才把它传送到被控制的设备上，因此 可以降低对设备内存的要求。 基于网络的家居系统是连接家庭中各种电器和家庭外各类服务的桥梁，利用 家庭局域网和公共广域网，家居系统将有限的家用电器功能与无限的社会服务功 能结合，通过有效的商业模式，向家庭用户提供所需要的服务。就技术角度而言， 家居系统的作用主要表现在： 通过家庭局域网，提供各种网络电器之间的通信和计算。 通过公共广域网，提供网络电器和各类服务之间的通信和计算。 支持各类服务的运行环境。 1 2 当前家庭网关的基本概况 在一个连通的社会，人们不再只是通过电话、手机和计算机网络进行简单的 连通，而是可以通过许多不同的设备，在居民与各种设备之间，各种设各本身之 间，设备与各类服务之间实现无缝、直接、实时和无处不在的连接。在一个连通 的社会中，没有一个设备( 如手机或计算机) 是主导性的连接设备。在家里，可 以用电话、冰箱或微波炉；在车里，可以用g p s 导航系统或车载电话；旅行时， 可以用手机，p d a 或掌上设备等等。 因特网是导向连通社会的主要动力。它首先提供了网页和电子邮件，然后是 电子商务，下一步会带来各类电子服务，如水电气的监管、家电的智能控制、家 庭保安和家庭保健等等。结合智能家居系统，它将使人、网络和服务连接起来， 实现相互之间的智能、实时和无缝的通信，如同今天人通过电话之间的通信一样。 而作为基于因特网智能家居系统的核心家庭网关，其功能就是在家庭内 的各种设备( 通过局域网连接) 与家庭外的各种服务商之间建立一种通道。实质 上，家庭网关是家用调制解调器和路由器的结合，同时引入对新型服务的动态传 递、系统的远距离管理与升级功能。家庭网关可以通过多种家用设备实现，如网 络冰箱、网络空调和机顶盒，数字用户连线中的调制解调器、网络电话和专用家 庭网关等。 家庭网关市场的前景也十分诱人，许多企业包括i b m 和c i s c o 都在调整其 运作模式，向家庭网络或家庭网关市场靠近，这清楚地表明网关市场具有巨大的 增长潜力。 家庭网关的业务主要包括数据网关、娱乐网关、家庭自动化网关和多功能网 关4 个部分，将在下列许多领域创造新的发展时机：高性能的数据中心和呼叫中 心，远程客户服务和先进诊断维修，楼宇和家庭自动化，远程学习和教育，智能 第一章绪论 交通系统和智能车辆，供应链和后勤供货系统，电子商务和电子服务，能源和电 力管理系统，远程医疗保健系统，紧急救护中心，集成工业自动化系统和空调系 统的智能化等。这些领域的集成，将形成基于网络的智能家居、智能社区和智能 工作环境，最终形成连通的社会。 由此可见，多功能家庭网关是近期和未来的发展方向。高度集成的多功能网 关可以为用户提供最大的便利，使用户体会到家庭网关为日常生活带来的附加价 值。 1 3 国内外家庭网关的技术和主要标准 家庭网络技术的发展通常分为两大类：一类以计算机通信企业为主导，另一 类以家用电器企业为主导。据此，可以将o s g i 【o s 0 3 、u p n p u p n p 】和j i n i j i n i 9 9 归为前一类，剩下的归为第二类，这里主要介绍第一类技术标准。有的标准在开 始提出时只是致力于设备与设备之间的相互通信与自动识别，有的在此基础上向 住宅网关扩展，而有的则以住宅网关为中心扩展。因为覆盖的范围和出发点不同， 赖以存在的连接技术也不同，逐步形成了各自的特色。大多数标准并没有构成直 接的竞争，甚至可以相互借鉴和引用。 1 3 1o s g i o s g i 成立于1 9 9 9 年3 月1 日，由世界上1 5 家大公司共同发起，目前已有 来自世界各地区的成员8 0 多家。o s g i 的宗旨是建立一个由广域网向区域网及其 相联设备传输各类服务的开放式标准，o s g i 标准1 0 版已于2 0 0 0 年5 月公布， 最新版本是3 0 。具体分析详见第二章。 目前，家庭外有广域网和各种相应的通信协议，家庭内有局域网和各种相应 的连接方式，但内外之间缺少传输网络服务和需求的协议。0 s g i 作为连接家庭内 外的一种服务中转机制，提供了一个开放的平台，填补了这一空缺。 o s g i 标准的主要功能是规范作为各类服务的操作平台，也就是服务网关。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间的语言、数据、因 特网和多媒体通信，同时又可作为各种高附加值服务活动( 如能源管理和控制、 保安监控、保健、设备控制与维护和电子商务等) 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。 就技术层次而言，o s g i 服务网关实质是连接外部服务和内部客户的内嵌式服 务器，其核心技术是j a v a 平台。由于采用j a v a 技术作为基础，o s g j 服务网关不 仅具有独立于不同制造商的特点，并且可以通过a p i 整合不同标准。因此，o s g i 具有平台独立、应用独立、零管理、安全、多任务、兼容不同局域网协议( 如 第一章绪论 l o n w o r k s 和b l u e t o o t h 等) 、与不同通信技术共存( 如h o m e p n a 、m m 和h o m e r f 等) 和支持多种设备连接技术( 如u p n p 和j i n i 等) 等优点。 y f c 0 3 研究了通过 o s g i 共享家庭网络资源的方式。它的逻辑图见图1 1 图1 1o s g i 网关的结构示意 f i g 1 1t h es 加a c t u r eo fo s g i - b a s c dg a t e w a y o s g i 体系的主要组成部分包括服务网关、服务提供商、服务集成商、网关操 作员、广域网和局域网络以及连接设备等。不同于特定行业的标准组织，o s g i 是跨行业和平台独立的，因此市场前景很广阔。家庭网关是其主要的市场之一。 1 3 2 1 m i 1 基本介绍 j i n i j i n i 0 5 是以j a v a 技术为核心的分布式系统，它通过使用一个简易的“即插 即用”模型，能够随时改变硬件或者软件的配置，从而提供一个支持快速配置的分 布式计算环境。j i n i 的迷人之处在于它能够使各种数字设备无需配置、安装或者人 工干预，就能够在一个临时的设备集合( 称为服务联盟) 中共同工作。联盟中的 任何设备无论大小都可以自行管理，共同组成一个服务网络，联盟中的每一个成 员都可以为其它成员提供资源或服务，同时又可以从其它成员那里获取自己所需 的资源和服务，j i n i 提供一套完善的机制使硬件设备或者软件组件能够随时加入或 退出联盟。 j i n i 是一个主动、响应式的分布式基础结构，提供了在分布式环境中进行服务 建立、查找、通讯和调用的一整套机制。j i n i 技术被设计成可以运行在任何有能力 连入网络的器件上，而不论该器件运行什么软件或具备何种硬件设备。j i n i 技术是 第一章绪论 以网络器件中一个构件的面貌出现，为器件如何连入网络、共享信息和与网络进 行互操作建立了一套规则，同时又保持了对用户的完全透明。d i n i 本身与平台无关， 采用它的器件不再受到所用软件、处理器、设备驱动器和传统网络协议的制约， 其唯一要求是一个能够运行j a v a 字节码的虚拟机。j i n i 旨在提供自发的联网，允 许用户将几乎任何支持j a v a 的设备( 其操作系统支持j a v a 应用程序的任何设 备) 直接插入到网络，网络的所有组件可以立即识别这个新设备。例如，如果新 设备是一台打印机，则d i n i 网络中的其它计算机立即能够找到并使用这台打印机。 j i n i e j 0 0 体系结构意味着整个网络( 连同其中每个单独的服务) 可适应于各 种异构的环境变化。j i n i 体系结构为客户机和服务在网络上相互找到对方，并共同 工作、完成任务指定了一种方法。服务提供程序为客户机提供可移植的基于j a v a 技术对象，这些对象能给予客户机对该服务的访问权。这种网络可交互使用任何 类型的联网技术( 如r m i 、c o r b a 或s o a p ) ，因为客户机只看到基于j a v a 的 对象，而且所有随后发生的网络通信都限制在该对象以及发出该对象的服务。 当服务加入到具有支持d i n 服务或设备的网络中时，它会通过发布一个实现 该服务a p i 的j a v a 对象宣传自己，客户机通过查找支持该a p i 的对象找到服务。 当它得到服务的已发布对象时，它将下载与该服务通信所需的任何代码，从而通 过这个a p i 与特定的服务实现进行通信。d i n 的运行环境如图1 2 所示。 图1 2 j i n i 运行环境 f i g 1 2j i n ir u n n i n ge n v i r o n m c n t 提出j i n i 这一体系结构的目标是将成组硬件设备和软件组件联合成一个单一、 动态的分布式系统，联合后的网络系统更加易于管理和使用，同时在保持灵活性、 统一响应和控制的情况下，支持系统提供的共享能力。 第一章绪论 2 。基础设施 基础设施用于定义基于j i n i 的硬件设备和软件组件如何连接并注册到网络， 它包括以下四个组成部分： ( 1 ) j a v a r m i 扩展实现 j i n i 系统中构件在通信时所采用的底层机制。 ( 2 ) 分布式安全系统 用于将j a v a 平台的安全模型扩展到分布式j i n i 系统，并定义联盟成员的使用 权限。 f 3 1 发现加入( d i s c o v e r y j o i n ) 协议 一种服务协议，允许软硬件发现网络并成为联盟的成员，同时将所提供的服 务广播给联盟中其它成员。 ( 4 ) 查找( l o o k u p ) 服务 网络中所有服务的公告牌，用于展示联盟中的所有成员，帮助使用者在联盟 中寻找所需的资源和服务。 j i n i 基础设施负责实现与添加、删除、定位和访问服务相关的机制，通常驻留 在网络中的三个地方：查找服务中，服务提供者中，或者客户中。它的核心是 e o o k p 、d i s c o v e r y 和j o i n 三条协议，使基于j i n i 的任何服务可以随时加入或者退 出联盟，并且在加入联盟时无需进行安装和配置，从而达到即插即用的效果。 查找服务是j i n i 体系结构中的基本组成部分，负责在分布式系统中提供对服 务的中央注册机制。一旦进入j i n i 的世界，如果想找到所需的服务就必须通过查 找服务。此外，查找服务还是为管理员和用户提供各种访问接口的基础。在一定 程度上，可以将查找服务看作网络中所有服务的公告牌，维护着各个服务所提供 的功能接口与实现该服务的对象集之间的映射关系。j i n i 中的客户通过使用查找服 务在分布式网络中查找和调用所需的服务，而查找服务中的对象本身可以包含其 它查找服务，从而构成层次式的查找服务。 当硬件设备或者应用程序进入网络时，它所提供的服务如