（计算机系统结构专业论文）嵌入式web服务的研究与实现.pdf

矿j ，：二 at h e s i si nc o m p u t e ra r c h i t e c t u r e il l ll lii i ii f f ll ir l u r y 1716 9 7 4 t h er e s e a r c ha n d i m p l e m e n t a t i o no fw e b s e r v i c eo ne m b e d d e d s y s t e m b yw a n gs i y i n g s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o ry uk e q i n g n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y d e c e m b e r2 0 0 8 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中 取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表 或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 丢：寥哥凌 日期：删绎，目 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即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，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口一年口一年半口两年口 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： 东北大学硕士学位论文摘要 嵌入式w e b 服务的研究与实现 摘要 信息化时代的到来，使人们的信息需求激增。新需求带动新应用，如今，计 算机已经广为使用，紧随其后的嵌入式系统成为了又一重要的信息获取和处理途 径。网络技术的迅猛发展，为嵌入式系统提供了通信媒介和丰富的数据来源，同 时嵌入式系统也为网络技术带来新的应用，两者的紧密结合成为必然的趋势。然 而，由于嵌入式系统软硬件资源有限且结构可能存在巨大的差异，使嵌入式系统 无论作为一个服务提供者还是服务请求者，与其它设备的交互都存在着很大的困 难。近年来，w e b 服务技术给解决这种情况带来曙光，它提供基于公用协议的交 互方式，屏蔽异构系统的内部差异，为信息服务的产销提供了互通的方式。随着 下一代互联网和3 g 技术的发展，通信i p 化、带宽加大、安全性和q o s 标准提高， 为无线或者有线接入网络的嵌入式系统的信息交互提供了保障。所以如何在嵌入 式系统上轻量地、低消耗地实现w e b 服务成了亟待解决的问题。 本文首先详细地介绍了w e b 服务体系结构，分析了w e b 服务应用在嵌入式系 统中的可行性以及优势，针对当前x m l 解析器耗费资源、接口复杂影响了s o a p 消息的处理效率的状况，同时考虑s o a p 消息的特点，设计了适合嵌入式系统的 x m l 解析器，并通过分析s o a p 消息的收发机制和处理流程，研究s o a p 消息格 式的各种标准，结合嵌入式系统以特定应用为中心的特点，设计并实现了基于 s o a p 消息的嵌入式w e b 服务，通过引入w e b 服务的关键技术，各种不同的嵌入 式设备可以对外提供一致的公共接口，解决了异构设备之间互相交流的障碍。最 后，从把嵌入式系统作为w e b 服务的客户端和服务器端的角度出发分别给出了具 体的设计方案。 关键词：嵌入式系统；w e b 服务；s o a p ；异构 一i i w i t ht h ed e v e l o p m e n ti ni n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y a n dt h e d a w n i n go ft h e e r ao f i n f o r m a t i o n ，t h ed e m a n do fp e o p l eo ni n f o r m a t i o ng r o w ss h a r p l y c u r r e n t l y , c o m p u t e r sh a v e b e e nw i d e l yu s e d ，a n de m b e d d e ds y s t e m s ，w h i c hf o l l o w c l o s e l y , h a v eb e c a m ea n o t h e r s i g n i f i c a n td a t ar e t r i e v i n ga n dp r o c e s s i n gt e c h n o l o g y a tt h es a m et i m e ，n e t w o r kt e c h n o l o g y h a su n d e r g o n eg r e a td e v e l o p m e n t ，w h i c hp r o v i d e sr i c hd a t aa n dc o m m u n i c a t i o nm e d i at o e m b e d d e ds y s t e m s r e c i p r o c a l l y , e m b e d d e ds y s t e ma l s og i v e sr i s et on e wa p p l i c a t i o n sf o r n e t w o r kt e c h n o l o g y ac l o s eb o n db e t w e e nt h et w o t e c h n o l o g i e sh a sb e c o m i n gat r e n d h o w e v e r , t h eo b s t a c l e so fe m b e d d e ds y s t e m ，w h i c hi n c l u d el o ws y s t e mr e s o u r c e sa sw e l la s t h es t r u c t u r a lh a r d w a r ea n ds o f t w a r ed i f f e r e n c e s ，m a k ei td i f f i c u l tt o e x c h a n g ed a t aw i t h o t h e r se i t h e ra ss e r v i c e p r o v i d e r o rs e r v i c e r e q u e s t e r h o w e v e r r e c e n tw e bs e r v i c e d e v e l o p m e n t sh a v ep r o v i d e das o l u t i o nt ot h ep r o b l e m i ti sb a s e do nas e r i e so fp u b l i c p r o t o c o l sa n dh i d i n gt h ed i f f e r e n c e sw i t h i nt h ed i f f e r e n ti m p l e m e n t a t i o n st op r o v i d eau n i f i e d m e t h o df o rp r o v i d i n ga n du s i n gi n f o r m a t i o n t h ed e v e l o p m e n to ft h en e x tg e n e r a t i o ni n t e r n e t a n d3 ga s s i g n i n gi pa d d r e s s e sf o ra l ld e v i c e s ，b a n d w i d t hi n c r e a s e ，a sw e l la ss e c u r i t ya n d q o se n h a n c e m e n te n s u r et h a te m b e d d e ds y s t e m sc a na c c e s sw e bs e r v i c e s t h u s ，h o wt o i m p l e m e n tal i g h tw e i g h ta n dl o wp o w e rc o n s u m p t i o nw e bs e r v i c eo ne m b e d d e ds y s t e mi s b e c o m i n ga nu r g e n ti s s u e t h i st h e s i sf i r s ti n t r o d u c e st h es t r u c t u r eo fw e bs e r v i c ea n da n a l y z e si t sf e a s i b i l i t ya n d a d v a n t a g e si ne m b e d d e ds y s t e m a nx m lp a r s e rs u i t a b l ef o re m b e d d e ds y s t e mi sd e s i g n e d w i t hc o n s i d e r a t i o no fs o a pm e s s a g ef o r m a ts i n c ec u r r e n tx m l p a r s e r sc o n s u m cs i g n i f i c a n t s y s t e mr e s o u r c e sa n dh a v ec o m p l e xi n t e r f a c e ，w h i c ha f f e c t st h ep r o c e s s i n go fs o a p m e s s a g e a f t e ra n a l y z i n gt h ev a r i o u s s p e c i f i c a t i o n sf o rs o a pm e s s a g ef o r m a ta n dt h es o a p s e n d i n g r e c e i v i n gm e c h a n i s m ，a ne m b e d d e dw e bs e r v i c eb a s e do ns o a pm e s s a g ei sd e s i g n e d f o rt h ec h a r a c t e r i s t i ct h a ta ne m b e d d e ds y s t e mi su s u a l l yd e d i c a t e df o ra s p e c i f i ca p p l i c a t i o n b yi m p l e m e n t i n gk e yw e bs e r v i c et e c h n o l o g i e s ，v a r i o u se m b e d d e ds y s t e m sa r ea b l et o p r o v i d eau n i v e r s a li n t e r f a c e ，r e s o l v i n gt h ec o m m u n i c a t i o no b s t a c l ed u et os t r u c t u r a l d i f f e r e n c e sb e t w e e nd i f f e r e n t e q u i p m e n t s f i n a l l y , d e t a i le m b e d d e ds y s t e md e s i g n sa r e p r o v i d e df o rb o t hc l i e n ta n ds e r v e rs i d e s k e yw o r d s ：e m b e d d e ds y s t e m ；w e bs e r v i c e ；s o a p ；h e t e r o g e n e o u s i i i 。 东北大学硕士学位论文 目录 目录 声明。i 中文摘要i i a b s t r a c t 。ii i 第1 章绪论1 1 1 课题的研究背景”1 1 2 课题的提出2 1 3 课题研究的内容3 1 4 论文组织结构3 第2 章w e b 服务的基本概念5 2 1w e b 服务的体现架构一s o a 架构5 2 2w e b 服务协议栈6 2 3w e b 服务的特征7 2 3 1w e b 服务与传统的分布式计算技术的特征比较7 2 3 2w e b 服务具有的特点8 2 4w e b 服务的关键技术9 2 4 1 数据表示：x m l 9 2 4 2 消息传递：s o a p 1 1 2 4 3 服务描述：w s d l 1 5 2 4 4 服务发布：u d d i 1 7 2 5w e b 服务的应用领域”1 8 第3 章嵌入式w e b 服务的研究1 9 3 1 嵌入式w e b 服务的应用”1 9 3 1 1w e b 服务与传统的分布式计算技术的特征比较。1 9 3 1 2w e b 服务应用在嵌入式系统中的优点2 0 3 2 嵌入式w e b 服务的设计原则2 1 3 2 1 嵌入式系统软件的设计2 1 一l v 东北大学硕士学位论文目录 3 2 2 嵌入式系统的网络接口“2 1 3 3 嵌入式设备在w e b 服务的角色2 1 3 3 1 嵌入式设备在w e b 服务的提供者2 1 3 3 2 嵌入式设备在w e b 服务的请求者2 3 3 3 3 嵌入式设备作为信息传递的中介2 4 第4 章嵌入式w e b 服务的设计2 5 4 1 需求分析2 5 4 2 嵌入式x m l 解析器的设计2 6 4 2 1x m l 解析器的设计原则2 6 4 2 2x m l 解析器模型的选择2 7 4 2 3 解析器的详细设计”2 9 4 2 4 重要的接口函数介绍3 4 4 3s o a p 消息的处理模块的设计”3 5 4 3 1s o a p 消息交换模型3 5 4 3 2s o a p 消息处理模块的引入”3 6 4 3 3s o a p 消息的处理模块的详细设计3 7 4 4s o a p 与h ，兀 p 协议的绑定3 8 4 4 1s o a p 消息的h t r p 请求3 9 4 4 2s o a p 消息的h t y p 响应3 9 4 5b a s e 6 4 编码的实现”4 0 4 5 1b a s e 6 4 编码简介4 0 4 5 2b a s e 6 4 编码解码4 1 第5 章嵌入式w e b 服务的实现与测试4 3 5 1 嵌入式系统的软硬件平台的构建4 3 5 1 1 硬件平台4 3 5 1 2 软件平台4 4 5 2t c p 套接口的编程4 4 5 2 1b a s e 6 4 编码简介- 4 5 5 2 2b a s e 6 4 编码解码4 6 5 3 实现s o a p 消息模版一4 6 一v 一 东北大学硕士学位论文目录 5 4 嵌入式w e b 服务的服务器端的实现4 7 5 4 1s o a p 消息的接收。4 7 5 4 2 服务程序的调用4 8 5 4 3s o a p 响应的返还。4 9 5 5 嵌入式w e b 服务的客户端的实现。5 1 5 6 澳0 试5 1 5 6 1 客户端的测试5 1 5 6 2 服务器端的测试5 3 第6 章总结与展望。5 5 6 1 总结5 5 6 2 展望5 5 参考文献5 7 致谢6 1 攻读硕士期间发表的论文6 2 一v i 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题的研究背景 随着信息技术的迅猛发展，社会正步入将p c 机成熟技术向嵌入式产品转化的后p c 时代。嵌入式系统是以计算机技术为基础、以实际的特定应用为中心、软硬件可裁剪的、 适用于特殊应用系统，对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计 算机系统，主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及特定应用软件等组 成，它是集软硬件于一体的可独立工作的“器件”，外部表现为具体设备而不是计算机 的特性。目前，嵌入式系统已被广泛服务于工业设备与自动化控制、通信、仪器仪表、 航天和其他交通工具、军事装备以及消费类电子产品中的核心智能系统。 嵌入式技术的快速发展极大地满足了人们的物质文化生活需要，为人类社会创造了 巨大财富，同时，也对嵌入式系统提出了越来越高的要求。当今世界进入了网络时代， i n t e m e t 是世界各地的计算机和通信设备相互间通信的方法和手段，是信息的载体和传 输系统，是连接全世界计算机的纽带，是世界上最大的计算机网络。i n t e m e t 给全世界 带来了非同寻常的机遇，使信息作为继材料和能源之后的又一重要战略资源，它的有效 开发和充分利用，已经成为社会和经济发展的重要推动力，它正改变着人们的生产方式、 工作方式、生活方式和学习方式。首先，网络缩短了时空的距离，大大加快了信息传递， 使得社会的各种资源得以共享。其次，网络创造出了更多的机会，可以有效地提高传统 产业的生产效率，有力地拉动消费需求，从而促进经济增长，推动生产力进步。同时， 网络也为各个层次的文化交流提供了良好的平台。 由于i n t e m e t 已成为社会重要的基础信息设施之一，是信息流通的重要渠道。近几 年来，各种各样的新型嵌入式设备在应用数量上已经远远超过了通用计算机，越来越多 的人们不再满足于仅以p c 机出现的网络终端，嵌入式技术和网络技术的发展，使嵌入 式设备接入到i n t e r a c t 成为信息技术前进的必然趋势。然而，在很多情况下，这些嵌入 式系统内部、系统之间以及与桌面系统之间存在很多协作关系，具有分布式特点，然而， 其中的信息系统也包含了各种各样的异构平台，以及体系结构各异的应用系统，因此， 怎样将i n t e m e t 相关技术应用到人们日常工作和生活环境中大量存在的嵌入式设备中， 使其支持不同系统平台、数据格式和多种连接方式，实现各种系统之间的无缝互联、信 息共享和数据交换，从而打破信息孤岛，使人们可以更方便快捷地查询、发布和调用各 类服务，实现对嵌入式设备的远程控制，已逐渐成为业界关注的焦点。 w e b 服务是一种新的面向服务的体系结构，它定义了一组标准协议，利用标准网络 协议和x m l 数据格式进行通信，突破了传统的分布式计算模型在通信、应用范围等方 一1 一 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 面的限制，可以在i n t e m e t 环境下实现松散耦合的、跨平台的、与语言无关的、与特定 接口无关的系统，而且提供对w e b 应用程序的可靠访问。确切地说，它是这么多年来 指导i n t e r a c t 的基本原则的又一次演化发展。支持者们称w e b 服务为“第三代i n t e r a c t ， 把它与电子邮件和可浏览的网页相提并论。它以其良好的跨平台、可重用等特性，能实 现大范围分布式系统的无缝集成。由于各种嵌入式设备以其自身的硬件、软件的巨大差 异，给系统间的相互访问和集成带来了困难，所以，w e b 服务技术毫无疑问的成为了目 前用于嵌入式系统之间，嵌入式设备与企业系统之间互操作性问题的最完美的解决方 案。 1 2 课题的提出 w e b 服务技术在i n t e m e t 的发展中起着重要的作用，是用标准i n t e r a c t 技术建立的、 提供应用程序功能的一个网络访问接口，它可以将不同厂商、不同硬件、不同语言编写 的应用程序集成到一起，它允许在w e b 站点上放置可编程的元素，能进行基于w e b 的 分布式计算和处理。 目前，w e b 服务技术在电子商务领域已经占据了重要的地位，成为了下一代电子商 务的基础，促进了电子商务由原来的b 2 c 模式向b 2 b 模式转变。由于不同的应用开发 语言不同、部署平台不同、通信协议不同，造成了对外交换数据格式有着很大的差异， 如何解决语言差异、平台差异、协议差异带来的高代价系统集成，是实现大范围的跨企 业实体的商务应用系统对接的关键。而w e b 服务技术就是作为针对这一问题的解决方 案提出的。w e b 服务技术的主要目标就是在现有的各种异构平台的基础上构筑一个通用 的与平台无关、语言无关的技术层，各种不同平台之上的应用依靠这个技术层来实施彼 此的连接和集成。 国内外对w e b 服务技术的应用已经非常广泛，但是目前的w e b 服务主要用于企业 之间的系统集成以及管理事务类软件等，w e b 服务技术应用于嵌入式设备与企业之间的 互联，以及嵌入式设备之间的互联变得越来越迫切。在嵌入式设备中实现w e b 服务可 以轻松实现嵌入式设备的远程管理、远程获取网络服务以及远程获取该设备上的功能及 服务。这样，作为w e b 服务的使用终端的嵌入式设备，比如信息家电、移动设备( 如 手机、p d a 等) ，可以使用户在不修改网络服务体系结构的前提下，使以前的网络体系 结构支持除了p c 以外的各种终端设备，方便用户通过嵌入式设备在i n t e r a c t 上查询各 种信息和对嵌入式设备进行远程控制。 随着w e b 服务技术的应用越来越广泛，构建w e b 服务的应用有多种开发环境和工 具，这些集成化的开发环境和工具对于开发人员基本上是“透明”的，即屏蔽和隐藏了 w e b 服务技术实现和处理的细节。如微软公司的n e t 和s u n 公司的j 2 e e ，都将w e b 服 一2 一 z 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 务技术融合到自己的体系结构中，使开发人员在构建使用w e b 服务的应用程序时，不 用知道编码和封装的精确细节。 这样的高层开发工具可以方便和简化开发工作，但却不利于开发者真正透彻地学习 和掌握w e b 服务的关键技术，深入理解w e b 服务技术机理和细节，从而可以对分布式 应用进行更加灵活彻底的控制，可以开发自己的w e b 服务以便适应各种特殊的应用需 求。本文提出了在嵌入式系统中实现w e b 服务技术的思想和方法，在w e b 服务的相关 技术中，重点对实现w e b 服务的s o a p 消息通信技术进行深入的研究分析，在此基础 上提出了面向嵌入式设备的s o a p 消息处理的解决方案，并设计实现。设计的目标是尽 可能地减少对嵌入式资源的使用，实现对s o a p 消息的快速灵活地处理。一方面，使 w e b 服务应用于嵌入式设备中，可以使得各种异构的系统互相通信变得容易，这将为嵌 入式产品带来巨大的发展机遇；另一方面，本文通过在此领域的不断探索和研究，深入 思考技术的机理和细节，总结出了w e b 服务本质的和构建w e b 服务的方法，为今后此 技术的进一步完善和发展做好了准备。 1 3 课题研究的内容 本文在从介绍w e b 服务的概念开始，阐明了w e b 服务技术的本质，逐步深入分析 了实现w e b 服务的方法和步骤，讨论了的w e b 服务的四个关键技术，重点对处于核心 地位的s o a p 消息技术做了详细的分析，并针对嵌入式系统的特点，提出了适用于嵌入 式系统中的s o a p 消息处理的具体解决方案，并给出具体实现。同时，本文还通过反复 的研究与实验，对w e b 服务技术做出细致的总结，对未来嵌入式系统中可能出现的一 些需求进行了讨论和展望，为今后的扩展打下良好的基础。 1 4 论文组织结构 本文各部分内容结构安排如下： 第一章介绍本课题的研究背景，提出课题。 第二章讲述w e b 服务的体系架构、基本概念、特点，并与其它分布式实现技术进 行了对比，阐明w e b 服务技术作为一种分布式技术的具体优势，介绍了实现w e b 服务 的关键技术。 第三章讨论了嵌入式系统之间的异构性以及嵌入式系统互联的障碍，提出w e b 服 务技术应用予嵌入式系统中的优势。并从嵌入式设备作为w e b 服务的提供者、w e b 服 务的请求者以及作为信息传递的中介的角度分别给出了嵌入式w e b 服务的具体应用环 垃 境。 第四章给出了嵌入式系统中s o a p 消息处理模块的设计方案，先给出总体设计框 一3 一 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 架，并对各个主要模块做了详细分析。其中包括嵌入式x m l 解析器的设计，s o a p 消 息处理模块的设计，给出了s o a p 在h 丌p 协议上传输的实现，b a s e 6 4 编码的实现等。 第五章分别以嵌入式系统作为服务器端和客户端的角度讨论了s o a p 消息的发送、 接收以及处理模块的设计。该设计非常适用于软硬件资源有限的嵌入式系统，并在章节 最后给出具体测试。 第六章概括介绍了本文对系统各项功能的实现情况，并对今后的改进和发展做出了 展望。 一4 一 东北大学硕士学位论文第2 章w e b 服务的基本概念 第2 章w e b 服务的基本概念 w e b 服务是一个比较新的名词，作为一种能够使应用程序可以用与平台无关和与语 言无关的方式进行通信的技术l ，本质上讲，w e b 服务就是一个软件接1 2 1 ，它利用标准 描述语言定义了一组操作，可以通过网络使用标准化的s o a p 消息实现对这些操作的访 问【2 j 。目前，无论是m i c r o s o f t 的n e t 架构，还是s u n 的j 2 e e ，或者是i b m 的w e bs e r v i c e t e c h n o l o g y ，无一不体现了这些重量级的技术提供者对w e b 服务技术的推崇和重视。 w e b 服务是一个新的技术架构，为了支持这个技术架构的各种特性，各种各样的技术规 范被不断地开发出来。但是它所有的系统架构和实现技术都是完完全全继承已有的技 术，而不是将现有的应用推倒重来，所有机制都基于现有技术，继承原有被广泛接受的 技术，这便是w e b 服务被广泛接受的最重要的因素。 2 1w r e b 服务的体系架构一s o a 架构 w e b 服务是一种崭新的分布式计算模型，使用面向服务的架构s o a l 3 l ( s e r v i c e o r i e n t e da r c h i t e c t u r e ) ，如图2 1 所示。 图2 1s o a 架构 f i g 2 1s o a s t r u c t u r e 这一架构的基础是服务提供者( s e r v i c ep r o v i d e r ) 、服务请求者( s e r v i c er e q u e s t e r ) 、 服务注册中心( s e r v i c er e g i s t r y ) 这三个角色之间的交互活动，这些交互包括三个基本 操作：发布( p u b l i s h ) 、查找( f i n d ) 、关联( b i n d ) 。这些基础和交互活动一起作用 于w e b 服务构件、w e b 服务软件模块及其描述。 服务是根据服务提供者所预定的方式为请求者提供服务的应用程序。服务提供者是 一个网络节点，它为处理一系列特定任务的软件资源提供服务接口，供别人使用。服务 一5 一 东北大学硕士学位论文第2 章w e b 服务的基本概念 请求者，从商业角度看，是需要某些特定功能来充实的商业行为；从结构角度看，是查 找并调用服务的客户机和应用程序。服务注册中心是作为储存库、电话黄页或票据的交 换场所，产生由服务提供者发布的软件接口，服务提供者在这里发布他们的服务，请求 者在这罩查找这些服务以及绑定它所需要的信息。 s o a 不同于现有的分布式技术的优势在于大多数软件商接受它并有可以实现s o a 的平台或应用程序。s o a 伴随着无处不在的标准，为企业的现有资产或投资带来了更好 的重用性，能够在最新的和现有的应用之上创建应用。s o a 能够使客户或服务消费者免 于受到服务实现的改变所带来的影响，能够升级单个服务或服务消费者而无需重写整个 应用，也无需保留已经不再适用于新需求的现有系统。总而言之，s o a 以借助现有的应 用来组合产生新服务的敏捷方式，提供给企业更好的灵活性来构建应用程序和业务流 程。 w e b 服务是实现s o a 的方式之一，并且是就现在而言最适合实现s o a 的一种技术 规范。用w e b 服务来实现s o a 的好处是可以实现一个中立平台来获得服务，而且越来 越多的软件商支持越来越多的w e b 服务规范，这使其具有更好的通用性。 2 2w r e b 服务协议栈 为了完成在松散耦合环境下的对象访问，以及在基本对象访问之上的事务、工作流、 安全机制等，实现一个完整的w e b 服务体系，需要一系列的协议规范来支撑。w e b 服 务的协议栈一直在不断发展，它现在由四个主要的层次组成，包括服务传输、x m l 消 息接发、服务描述和服务发现。如图2 2 所示概括了当前的w e b 服务协议栈。 图2 2 w e b 服务协议栈 f i g 2 2w e b s e r v i c ep r o t o c o ls t a c k ( 1 ) 服务传输层 该层负责在应用程序间传输消息。目前，这一层主要包括超文本传输协议( h t f p ) ， 简单邮件传输协议( s m t p ) ，文件传输协议( f t p ) 和一些新的协议。 传输层提供在网络层之上支持从应用到应用的通信的各种技术。传输层的主要任务 一6 一 东北大学硕士学位论文第2 章w e b 服务的基本概念 是在网络的两个或多个地点之间传递数据。w e b 服务可以建立在几乎任何传输层协议之 上。同时，传输层协议的选择在很大程度上取决于要实现的w e b 服务的通信需求。由 于h i t p 具有普遍性，并且能顺利通过代理和防火墙，成为了i n t e r n e t 环境下w e b 服务 使用的标准网络协议。 ( 2 ) x m l 消息接发层 该层负责用普通的x m l 格式编码消息，使服务器和客户端都能理解消息。x m l 作 为i n t e r n e t 上的一种新的数据交换标准，其应用范围从早先的w e b 信息描述，发展到后 来的数据交换的开放标准，乃至目前的服务集成和服务交互的开放技术，x m l 已经成 为了开放环境下数据描述信息的标准技术，x m l 提供了跨平台的数据库编码和组织方 法。 ( 3 ) 服务描述层 该层负责描述w e b 服务的公共接口。目前，这一层通过w s d l ( w e bs e r v i c e s d e s c r i p t i o nl a n g u a g e ，w e b 服务描述语言) 处理。w s d l 是一个基于x m l 格式的定义 服务实现和接口的基础标准。 ( 4 ) 服务发现层 该层负责将服务集中到一个共同的注册中心，并提供容易使用的发布和查找功能。 目前，这一层通过u d d i ( u n i v e r s a ld e s c r i p t i o n ，d i s c o v e r ya n di n t e g r a t i o n ，统一描述、 发现和集成协议) 处理。 随着w e b 服务的发展，可能会加入新的层，每个层也可能加入新的技术，使w e b 服务更好地应用于各行各业中。 2 3w e b 服务的特征 从功能角度描述，w e b 服务技术基于x m l 、s o a p ，h t t p 等规范而定义，具备 w e b 上链接文档的浏览、事务的自动调用、服务的动态发现和发布等功能；从组成框架 及实现目标角度，w e b 服务作为一种网络操作，能够利用标准的w e b 协议及接口进行 应用间的交互；从语义的角度，w e b 服务是语义w e b 的一种应用，由于考虑了语义信 息的描述及表示，w e b 服务能够更准确地被执行，服务组合( s e r v i c ec o m p o s i t i o n ) 能够 按所期望的目标进行。 简言之，w e b 服务是建立在x m l 标准上，可使用任何编程语言、协议或平台开发 出松散耦合的应用程序组件。w e b 服务是自描述的、模块化的业务应用程序，它们通过 可编程接口经由i n t e r n e t 将业务逻辑发布为服务，并通过i n t e r n e t 协议来查找、订阅和调 用这些服务。 2 3 1w e b 服务与传统的分布式计算技术的特征比较 一7 一 东北大学硕士学位论文 第2 章w e b 服务的基本概念 在w e b 服务技术出现之前，已经存在多种主流的分布式计算技术，如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 ) 、d c o m ( d i s t r i b u t e dc o m p o n e n to b j e c t m o d e l ) 和e j b ( e n t e r p r i s ej a v ab e a n ) 等，这些技术都取得了一定的成功，但都有自身 的缺陷。 基于c o r b a 、d c o m 和e j b 等面向对象的分布式组件技术虽然较为成熟，采用了 面向对象技术，但不同分布式组件产品之间的互连问题没有得到很好的解决，各自有专 有的通信协议，数据与传输还是耦合在一起。从系统和开发环境的支持上来看，c o r b a 、 d c o m 和e j b 等技术虽然具备了较成熟的开发平台，但是其开发过程比较复杂，对程 序员的要求较高。 另外，c o r b a 、d c o m 、e j b 采用的编码方式、名字服务机制、通信手段，决定 了它们无法满足i n t e r n e t 规模的调用，如c o r b a 依赖于厂商，d c o m 一般应用于 w i n d o w s 平台，e j b 要使用j a v a 语言。 w e b 服务的诞生为这些问题提供了一条新的解决途径，它在底层标准和技术实现 上，很好的解决了传统分布式对象实现技术所面临的上述问题，w e b 服务建立在x m l 和s o a p 标准协议之上1 4 1 ，x m l 能够使得数据格式标准化、规范化，s o a p 传输协议又 使得通信过程标准化，从而使基于w e b 服务技术的分布式系统具有松散的耦合性，也 使得基于i n t e r n e t 的互操作变得非常容易。而且其开发过程相对简单，用户可以使用任 何擅长的语言和开发环境编写w e b 服务，然后通过w e b 服务的相关标准实现跨平台的 访问和调用。 2 3 2w e b 服务具有的特点 从外部的使用者的角度而言，w e b 服务是一种部署在w e b 上的对象组建，它具备 以下特点： ( 1 ) 封装性：w e b 服务是一种部署在w e b 上的对象，自然具备对象的良好封装性， 对于使用者而言。他能且仅能看到该对象提供的功能列表。 ( 2 ) 互操作性：任何w e b 服务都可以与其它w e b 服务进行交互，w e b 服务通过 s o a p 实现相互间的访问，这样就避免了在c o r b a ，d c o m 和其它不同协议之间转换 的麻烦。还因为可以使用任何语言来编写w e b 服务，开发者无需更改他们的开发环境 就可生产和使用w e b 服务，同时还可以在新的w e b 服务中使用已有的w e b 服务，而不 必考虑w e b 服务的实现语言，运行环境等具体实现细节。 ( 3 ) 普遍性：w e b 服务使用标准的传输协议和x m l 进行通信。因此，任何支持 这些技术的设备都可以拥有和访问w e b 服务。不久，w e b 服务不仅在计算机网络中出 现，而且将在电话、汽车、家用电器等设备中出现，现在各主要设备和软件供应商都已 一8 一 东北大学硕士学位论文第2 章w e b 服务的基本概念 宣布支持s o a p 和周边w e b 服务技术，相信在未来，w e b 服务将普遍应用于社会生活 的各个领域。 ( 4 ) 松散耦合：这一特性源于对象组件技术，当一个w e b 服务的实现发生变更的 时候，调用者是不会感到这一点的，对于调用者来说，只要w e b 服务的调用界面不变， w e b 服务的实现任何变更对他们来说都是透明的，甚至是当w e b 服务的实现平台从 j 2 e e 迁移到了n e t 或者是相反的迁移流程，用户都可以对此一无所知。对于松散耦合 而言，尤其是在i n t e r n e t 环境下的w e b 服务而言，需要有一种适合i n t e r n e t 环境的消息 交换协议。而x m l s o a p 正是目前最为适合的消息交换协议【5 1 。 ( 5 ) 标准性：使用开放的标准协议进行描述、传输和交换。这些标准协议具有完 全免费的规范，以便由任意方式进行实现。一般而言，绝大多数规范将最终由w 3 c 或 o a s i s 作为最终版本的发布方和维护方。 由于w e b 服务采取简单的、易理解的标准w e b 协议作为组件界面描述和协同描述 规范，完全屏蔽了不同软件平台的差异，无论是c o r b a 、d c o m 还是e j b 都可以通过 这一标准的协议进行互操作，实现了当前环境下最高的可集成性。 2 4w r e b 服务的关键技术 2 4 1 数据表示：x m l x m l 是由w 3 c ( w o r l dw i d ew e bc o n s o r t i u m ，万维网联盟) 开发的一种标记语言， 是计算机技术上的一项重大突破1 6 1 。x m l 并非像h