（计算机系统结构专业论文）普及计算环境中动态服务组合关键技术的研究.pdf

摘要 普及计算强调人与计算环境的紧密联系，使计算机和网络更有效地融入人们 的生活，让人们在任何时间、任何地点都能方便快捷地获得网络计算提供的各种 服务。计算技术高度发展的结果是计算机的消失，普及计算的现行研究目标正是 创造一个不见计算机的以人为本的信息服务新世界。随着普及计算设备的增加， 越来越多的设备的出现在我们周围，提供出各种各样的功能。需要一种把各种设 备( 功能) 组合起来的方法，提供单个设备不能提供的功能。服务组合就是把分 立的、相对简单的、已经存在的服务组合成复杂的具有新功能的服务的过程。这 对创造新型应用，充分利用计算资源，减少服务的开发时间，降低开发成本等都 具有重要意义。本文主要研究了普及计算环境中动态服务组合的关键技术着重 从统一传输网络、基于语义的基本和组合服务规范、组合服务引擎的设计和实现、 组合服务的控制模型等方面，从传输层、表示层的语法和语义、组合服务的构造 三个递进的层次论述了组合服务的关键技术。 本文首先全面分析了普及计算环境中动态服务组合的各种关键技术及其发 展现状。 随后，提出如何把目前现存的各种不同层次的网络协议实现的设备有效地连 接起来，实现多种通信设备的互连互通的传输管理问题。该传输管理层解决的问 题有，d e v i e e l d 的地址到具体的传输地址的映射、多传输协议之间的路由和转 换问题、实现进程之间可靠的单播、组播。 语义描述处理内容共享的问题，本文制定了基于语义的基本服务的规范，支 持了基本服务的匹配和组合服务的方案自动生成。通过控制流和数据流两个方面 的约束保障了组合服务的正确性和可用性，为构造可用的组合服务系统提供了理 论上的支持。 本文通过定义服务发布者和请求者共同遵守的本体的方法，达到服务发布者 和请求者可以实现语义层次的匹配，进而定义了组合服务的描述规范以及组合服 务的实例生成和执行控制算法。 最后本文通过建立组合服务控制引擎的模型从理论和实验数据上证明了在 普及计算环境中分布式组合引擎的优点。 【关键词】普及计算、服务组合、服务发现、传输管理、语义 l i i r e s e a r c ho i lk e y t e c h n o l o g yo fd y n a m i cs e r v i c ec o m p o s i t i o n i np e r v a s i v e c o m p u t i n g l ij i n g s h a n ( c o m p u t e r a r c h i t e c t u r e ) d i r e c t e db yh o u z i f e n g p e r v a s i v e c o m p u t i n ge m p h a s i z e s t h ec o m p a c tr e l a t i o nb e t w e e n p e o p l ea n d c o m p u t i n ge n v i r o n m e n t i tm a k e st h ec o m p u t e ra n dn e t w o r kt h e m s e l v e si n t ot h e f a b r i co fe v e r y d a yl i f eo fp e o p l e ，a n dm a k ep e o p l eu s et h ea l l k i n d so fs e r v i c e p r o v i d e db y n e t w o r k c o m p u t i n ga n y t i m e ，a n y w h e r ee a s i l y t h e r e s u l to ft h e d e v e l o p m e n to fc o m p u t i n gt e c h n o l o g yi st h ed i s a p p e a r a n c eo f t h ec o m p u t e r i ti st h e c u r r e n tg o a lo f p e r v a s i v e c o m p u t i n g t h a tm a k e st h en e ww o r l do fi n f o r m a t i o ns e r v i c e p e o p l eo r i e n t e d w i t ht h ei n c r e a s i n go fp e r v a s i v ec o m p u t i n gd e v i c e s ，t h e r ea r em a n y d e v i c e st h a tp r o v i d ek i n d so ff u n c t i o nm o r ea n dm o r e t h em e t h o di sn e e d e dt o c o m p o s et h ek i n d so fd e v i c e s ，w h i c hg i v e st h en e wf u n c t i o n st h a tt h es i n g l ed e v i c e c a n n o tg i v e s e r v i c ec o m p o s i t i o ni st h ep r o c e s so f m a k i n gt h ec o m p l e xs e r v i c ea n d n e wf u n c t i o nf r o m i s o l a t e d ，s i m p l ea n de x s i t i n gs e r v i c e s i ti sv e r yu s e f u lf o re f f e c t i v e u s i n gt h es y s t e ml e s o u l - c ea n dr e d u c i n gt h ec o m p l e x i t yt od e s i g na n di m p l e m e n tt h e s e r v i c e sb yc o m p o s i n gt h ec o m p l e xs e r v i c e sf r o mt h ee l e m e n t a r ys e r v i c e s t h ek e y t e c h n o l o g yo fd y n a m i cs e r v i c ec o m p o s i t i o ni np e r v a s i v ec o m p u t i n ga r ep r o p o s e d t h e u n i f i e dt r a n p o r tn e t w o r k ，t h es c h e m a o f e l e m e n t a r ya n dc o m p o s i t i o ns e r v i c e ，t h ed e s i g n a n di m p l e m e n t a t i o no fc o m p o s i t i o ns e r v i c ee n g i n e , t h ec o n t r o lm o d e lo f c o m p o s i t i o n s e r v i c ea l ed e e p l yr e s e a r c h e d t h e k e yt e c h n o l o g i e so f d y n a m i c s e r v i c ec o m p o s i t i o ni s r e s e a r c hf r o mt h r e e p r o p e r o r d e ro ft r a n s p o r t p r o t o c o l ，t h es y n t a xa n ds e m a n t i c p r e s e n t a t i o n ，t h ec o n s t r u c t o fs e r v i c ec o m p o s i t i o n t h ek e yt e c h n o l o g i e so fd y n a m i cs e r v i c ec o m p o s i t i o ni np e r v a s i v ec o m p u t i n g a n dc u r r e n tr e s e a r c ha l es t u d i e d t h e nt 1 1 et r a n s p o r tm a n a g e m e n ta m o n ga l lk i n d so fd e v i c e s w h i c hr e l i z e sn l e i n t e r c o n n e c t i o na n di n t e r c o m m u n i c a t i o n ，i s p r o p o s e d ，t h et r a n s p o r tm a n a g e m e n t r e s o l v e dt h em a p i n go ft h ea d d r e s sf r o md e v i c e l dt oc o n c r e a t ea d d r e s s ，t h er o u t i n g a n di n t e r c h a n g eo f m u l t i p l ec o m m u n i c a t i o np r o t o c o la n dt h eu n i c a s ta n dm u l t i c a s to f i n t e r p r o c c s s s e m a n t i cd e s c r i p t i o nr e s o l v e sc o n t e n ts h a r i n g t h es c h e m ao f e l e m e n t a r ys e r v i c e b a s e do ns e m a n t i ci s p r o p o s e d ，w h i c hg i v e st h eb a s ef o rt h em a t c ho fe l e m e n t a r y s e r v i c e sa n da u t o m a t i cc o n s t r u c to fs e r v i c ec o m p o s i t i o n t h er e s t r i c t o no fc o n t r o l f l o wa n dd a t af l o wg u a r a n t e e st h ec o r r e c t n e s sa n du s e a b i l i t y i t g i v e st h et h e o r y v 中囡科学院博 学位论义瞢搜计算环境中动态服务钮i 台关键技术的研究 s u p p o r tf o rc o n s t r u c t i n gt h eu s e a b i l i t yc o m p o s i t i o n s e r v i c e ， t h em e t h o do fc o m p l y i n gt h es a i i t e o n m l o g yb e t w e e ns e r v i c ep r o v i c e r a n d s e r v i c ec o n s u m e rc a nm a k et h es e m a n t i cl e v e lm a t c h t h es c h e m ao fc o m p o s i t i o n s e r v i c ea n dt h ei n s t a n c e so fc o m p o s i t o ns e r v i c eb u i l d i n ga n dc o n t r o l i n ga r i t h m e t i c s a r es t u d i e d f i n a l l y ，t h e e x c e l l e n c eo fd i s t r i b u t e ds e r v i c ec o m o s i t i o ne n g i n ei s p r o v e d a c c o r d i n ge s t a b l i s h i n gt h em o d e l o f s e r v i c ec o m p o s i t o n e n g i n e a n d e x p e r i m e n t a t i o n 【k e y w o r d s 】p e r v a s i v ec o m p u t i n g ， s e r v i c e c o m p o s r i o n ， s e r v i c e d i s c o v e r y ，t r a n s p o r tm a n a g e m e n t ，s e n m a t i c v l 声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。就我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。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。 作者签名：巷戋山 日期：2 4 4 关于论文使用授权的说明 中国科学院计算技术研究所有权处理、保留送交论文的复印件， 允许论文被查阅和借阅；并可以公布论文的全部或部分内容，可以采 用影印、缩印或其它复制手段保存该论文。 作者签名：锵、出导师签名：i 趸墨气，日期：护虹u 第1 章引言 1 1 计算模式的变迁 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关重要的作用。 综观计算机几十年发展的历史，我们可以清楚地发现，计算模式已经经历了主机 计算( m a i n f r a m ec o m p u t i n g ) 和桌面计算( d c s k t o pc o m p u t i n g ) 两个时代。随 着计算机及相关技术的发展，通信能力和计算能力的价格正变得越来越便宜，所 占用的体积也越来越小，各种新形态的传感器、计算、联网设备蓬勃发展；同时 由于人类对生产效率、生活质量的不懈追求，人们开始希望能随时、随地、无困 难地享用计算能力和信息服务，由此带来了计算模式的新变革，这就是计算模式 的第三个时代普及计算( p e r v a s i v ec o m p u t i n g 或u b i q u i t o u sc o m p u t i n g ) 时 代1 , 2 。 1 1 1 主机计算模式 外 图1 1 终端主机模式 早期的计算机系统一般体积庞大、造价昂贵，所有的资源和服务都集中在大 型机上。如图1 1 ，除了连接到主机的字符终端用于简单的键盘输入，显示输出外， 整个信息系统的存储、处理、备份、打印等服务功能都由一台集中的主机来完成。 对主机资源的管理有专门的管理员操作。 到了7 0 年代末期，基于u n i x ，v m s 等分时操作系统的小型机( m i n i c o m p u t e r ) 部分取代了原来的大型主机系统。一个企业可以同时拥有几台小型机分别完成不 同的服务。小型机分时系统给了用户端更多的灵活性，但仍没有完全脱离传统的 终端主机模式。 这种计算模式体现了多对一的特点，多个用户同时使用一台主机设备， 中国科学院博士学位论文曾及计算环境中动态服务组台关键技术的研究 1 1 2 桌面计算模式 8 0 年代开始兴起的个人计算机( p c 机) 和网络技术最终改变了传统的终端主 机模式。首先由于p c 机和工作站性能不断提高而成本不断下降，从而使很多原 来需要大型主机来完成的功能在客户端就可以轻易实现。局域网络( l a n ) 技术可 以把客户端与同一个企业内的多台服务器连接起来，i n t e m e t 技术更可以使客户 端连接到世界上的各个角落。如图1 2 ，多台客户机和多台不同功能的服务器通过 网络进行互连，构成了分布式客户机朋酲务器模式。 图1 。2 桌面计算模式 在分布式客户朋务器模式中已经不存在绝对的客户端和主机的区别。由于服 务功能的分布性，任何一台计算机都可能作为客户端发出请求，同时也可以作为 服务器为其他客户端提供服务。客户机朋艮务器只是通过网络进行服务请求和响 应的双方的一种相对的关系。 真正促使传统大型主机退出舞台的是客户机服务器模式所包含的开放性。硬 件设备的开放性促进了计算机配件生产的标准化，从而使通用计算机生产的成本 大大降低；软件接e l 和操作系统的开放性促进了大量第三方软件的开发；网络结 构的开放性则使分布式系统具有良好的可扩展性。对比之下，相对封闭的大型主 机就显出成本高，应用软件缺乏，可扩展性低等等缺点。 近二十年来，计算机的性能基本上按照m o o r e 定律不断提高，p c 机、工作 站和小型服务器变得越来越快，越来越便宜。同时网络特别是i n t e r n e t 也在以更 为惊人的速度在发展。分布式客户机, f l l l 务器模式已经发展成为信息系统的主流。 这种计算模式体现了一对一的特点，一个用户使用一台p c 设备进行操作， 进一步通过该p c 可以使用网路上的其他设备。 1 1 3 普及计算模式 随着计算机及相关技术的进一步发展，通信能力和计算能力的价格正变得越 来越便宜，所占用的体积也越来越小，各种新形态的传感器、计算、联网设备蓬 勃发展，在我们周围出现了越来越多的计算设备，如p c 机、笔记本电脑、p d a 、 手机等等。人们开始希望能随时、随地、无困难地享用计算能力和信息服务，由 此带来了计算模式的新变革，这就是计算模式的第三个时代普及计算。 q l 苦 图1 3 普及计算模式 通过个人网络( p a n ) 、局域网络( l a n ) 、广域网( w a n ) 计算可以把用 户和多种计算设备连接，如图1 3 ，u 代表用户，d 代表网络中的计算设各，用户 可以通过网络随时、随地、使用多种设备方便得使用网络中的各种信息设备和资 源。这种计算模式相对于前两种计算模式给用过户带来了全新的体验，把过去以 设备为中心的计算模式改变成以用户为中心的计算模式，体现了以人为本的应用 理念，使用户可以更加方便的使用计算资源，不用过多浪费精力关注于具体的设 备和资源的差异、维护和管理。 这种计算模式体现了一对多的特点，一个用户使用多个设备，可以要求多个 设备协同地为用户提供服务，获得单个设备和服务不能提供的增值服务，充分释 放网络中的能量。 1 2 一般的普及计算系统 在家庭和小型办公场所等环境中各种信息设备的互连互通，在普及计算的应 用中是一个的热点问题。比较有影响的协议和技术有s a l u t a t o n 、u p n p 、j i n i 、 s l p 等1 2 , 2 1 , 2 3 , 2 4 0 所有现存的标准和技术在体系结构上都可以归结为一个由服务 提供者、服务请求者和服务索引者三部分组成的系统。用户通过服务请求者提出 请求，服务服务请求者在服务索引者查找相应的注册的服务提供者，返回给服务 请求者要求的服务的引用，服务服务请求者通过服务的引用调用服务提供者的功 能，从而获得相应的服务3 4 5 , 6 7 0 1 3 普及计算中的服务组合 一般的普及计算系统的协议和标准，对服务的使用仅仅限于单个的、孤立的 服务的调用，缺乏动态的、易用的把多个服务组合起来，形成更加复杂的服务的 协议和标准。把各个分立的服务组合起来，仍然需要程序员针对具体的服务编写 特定的程序。只有提供一种可以把多个基本服务组合起来的标准或协议，才能使 普及计算的广泛应用成为现实e 9 。 1 4 普及计算中服务组合技术研究现状 普及计算( u b i q u i t o u sc o m p u t i n g o rp e r v a s i v ec o m p u t i n g ) 的概念是1 9 9 1 年 中固科学院博i ：学位论史普及计算环境中动态臌井组含关键技术的研究 由p a l o a l t o 研究中心的m a r kw e i s e r l 第一次提出的。他说，廿一世纪的计算机 将会彻底改变以往的计算方式，影响最为深远的技术是那些“消失”的技术，它 们将自己融入h 常生活中，直到与之融为一体。 普及计算强调人与计算环境的紧密联系，使计算机和网络更有效地融入人们 的生活，让人们在任何时间、任何地点都能方便快捷地获得网络计算提供的各种 服务1 , 7 , 1 0 , 1 1 , 1 3 , 1 4 。 计算技术高度发展的结果是计算机与人类环境的融合。普及计算的现行研究 目标正是创造一个不见计算机的以人为本的信息服务新世界。随着普及计算设备 的增加，越来越多的设备的出现在我们周围，提供出各种各样的功能。需要一种 把各种设备( 功能) 组合起来的方法，提供单个设备不能提供的功能。组合服务 就是把分立的、相对简单的、已经存在的服务组合成复杂的具有新功能的服务的 过程。这对减少服务的开发时间，降低开发成本具有重要意义。组合服务问题的 解决是实现以人为本的普及计算目标的一个关键问题。 1 4 1 普及计算环境中的协议和标准 1 4 ，11最小普及计算系统 在普及计算环境中一个用户或者一个程序如果希望使用其他的设备( 服务) ， 它首先必须找到所需要的设备功能的描述，然后与这个服务建立绑定( b i n d i n g ) 关系。为了实现这一点，在普及计算环境中需要三个基本角色：服务提供者、服 务注册表和服务申请者。这三个角色需要执行三类基本操作：发布、查找和绑定。 幽1 4 最小普及计算系统 服务提供者，浚角色提供环境中的服务，并且把服务的描述信息向所在的环 境中发布。 服务注册表，该角色提供对环境中服务的索引，能够了解环境中的服务的内 容，同时为服务的查找提供信息。 服务申请者，通过向服务注册表检索服务描述，可以获得服务的信息，并且 使用服务提供者提供的服务。 在典型的情况下，服务提供者、服务注册表和服务申请者的协同工作。首先， 服务被制作成一个软件部件，建立相应的服务描述。这个服务部件由服务提供者 保存，同时也保留着它的描述，包括服务的细节、位置、传输协议和消息格式。 服务提供者将服务描述发布到服务注册表上。这是一个公开、可搜索的服务 描述索引，人们可以由此找到自己需要的服务并被引导到服务提供者。服务注册 表的角色就是提供服务描述，以便别的用户可以发现和使用服务部件。这个注册 表并不是必须的，在有些系统中，可以没有服务注册表。 服务申请者是希望运行服务部件的业务过程，也就是服务的使用者，可能是 某个人，也可能是一个软件，甚至可能是另外一个服务部件。通过搜索服务注册 表，服务申请者可以找到自己需要的服务部件。根据注册表中的信息，服务申请 者执行绑定操作，与服务提供者建立联系，运行所需的服务。 1 4 1 2典型的普及计算系统介绍 下面是普及计算中的比较流行的系统u p n p 和j i n i 协议构造的系统。 1 4 1 2 1 通用即插即用u p n p u p n p 班体系结构是在2 0 0 0 年6 月由“u p n p 论坛”提出的。该论坛是由超 过4 0 0 家不同类型的公司，所组成的非营利性组织。u p n p 可以让网络上的部件 互相查找对方，简化家用网络的安装过程。 1 4 1 - 2 1 1u p n p 协议具有的特色 1 以网络为应用环境，不考虑“孤岛”中的计算机。 2 以t c p f i p 和整个i n t e r n e t 为基础。这样是“中立”的，不依附于任何 操作系统或应用程序，不使用特定的a p 函数，不受程序设计语言的 局限。可以无缝地接入传统网络。 3 设备可以动态地进入网络中，随后获得i p 地址，“学习”或查找自己 应当进行的操作和服务的信息；“感知”别的设备是否存在以及它们的 作用和当前的状态。所有这些，都应当是可自动完成的。 4 每个设备都可读取属于自己的、特定的状态和参数；完成控制操作后 应当发出“操作完成”的响应信号。如果失败，则应发出控制失败的 信号。 1 4 1 2 1 2u p n p 协议的层次结构 u p n p 协议的最终目的，是建立一个可用的设备模型，这里不对整个结构进 行详细的分析，主要介绍下面的主要特征 j l o p n p v e n d o r i j 1 u p n pf o r u m 中圈科学院博l ：学位论文普及计算环境中动态服务组合关键技术的研究 l u p n p d e v i c ea r c h i t e c t u r e (：l 一亡二 c a s t ，圃国(：u ) e = _ a u s t ，国 = = 一q p 囤g e n a l h t ti o o u d pt c p i p 图1 5u p n p 协议的层次结构 1 u p l l p 是一个多层协议构成的框架体系，每一层都以相邻的下层为基 础，同时又是相邻上层的基础。直至达到应用层为止。该图中的最 下面是就是i p 和t c p ，共两层，负责设备的i p 地址。 2 三层是h r r p 、h r r p u 、h t t p m u ，这一层属于传送协议层。传送 的是内容都经过“封装”后，存放在特定的x m l 文件中的。对应的 s s d p 、g e n a 、s o a p 指的是保存在x m l 文件中的数据格式。到这 一层，已经解决了u p l l p 设备的口地址和传送信息问题。 3 第四层是u p n p 设备体系定义，仅仅是一个抽象的、公用的设备模型。 任何u p n p 设备都必须使用这一层。 4 第五层是u p n p 论坛的各个专业委员会的设备定义层，在这个论坛 中，不同电器设备由不同的专业委员会定义。例如：电视委员会只 负责定义网络电视设备部分，空调器委员会只负责定义网络空调设 备部分，依此类推。所有的不同类型的设备都被定义成一个专门的 架构或者模板，供建立设备的时候使用。可以推知，进入这一层， 设备已经被指定了明确用途。当然，这些都必须遵守标准化的规范。 从目前看，u p n p 已经可以支持大部分的设备：从电脑、电脑外设， 移动设备和家用消费类电子设备等等，无所不包，随着这个体系的 普及，将可能有更多的厂家承认这一标准。最终，可能演化为公认 的行业标准。 5 最上层，也就是应用层，由u p n p 设备制造厂商定义的部分。这一层 的信息是由设备制造厂商来“填充”的，这部分一般有设备厂商提 供的、对设备控制和操作的底层代码，然后，就是名称序列号厂 商信息之类的东西。 1 4 1 2 1 3协议工作的原理 仅仅有这样五层u p n p 协议，也只不过有了一个共同遵守的框架，以下介绍 一下实际的u p n p 系统是如何构成的。完整的u p l l p 服务系统由支持u p l l p 的网 0 i 苦 络和符合u p i l p 规范的设备共同构成的。整个系统是由设备、服务和控制台三部 分所构成。 设备：这里是指符合u p n p 规范的设备。一个u p n p 设备可以看成一个包含 服务并嵌套了常规设备的“容器”。例如，一个u p i l p 的v c r ( 录像机) 设备 可以包含磁带传送服务、调谐服务和时钟服务。就是说u p b p 之下的设备不能 仅仅理解为硬件意义上的设备，而应当包括服务功能。不同种类的u p i l p 设备将 关联不同的设置、服务和嵌入设备。如打印机和v c r 属于不同用途的设备，服 务就不可能定义成一样的 服务：设备执行用户请求的控制过程，可划分成一个个很小的阶段或单位， 每个单位就称为一个服务。每一个服务，对外都表现为具体的行为和模式，而行 为和模式又可以用状态和变量值进行描述。只要可以用数值描述，在计算机里面 就容易处理了。例如，一个时钟设备，它只有一个工作模式：这个模式就是模拟 并显示当前的时间。而一个时钟的行为共有两种如设置时间和获得时间。其它设 备服务，也是用这样思路来描述和定义的，一个设备也可以被定义多个服务。不 论是设备的定义信息和服务的描述信息，都保存在一个x m l 文件中，这个文件 也是u p n p 协议构成的一部分。当设备建立和使用服务的时候，x m l 文件可以 与它们进行关联。 x m l 文件中还有一个很关键的“状态表”，状态表可进一步分为“服务状态 表”和“事件状态表”。整个u p n p 设备运行的全过程内，状态表贯穿始终，当 设备状态改变的时候，例如发生参数变化或状态刷新的时候，立即就在“状态表” 中反映出来。如控制服务器在接收到设置时间的行为请求时，就立即执行请求( 对 时操作) ，并给出响应，同时更新状态表中的有关数据。相应地，事件服务器负 责向对此事件感兴趣的设备公布所发生的状态改变。例如，一个火灾事件发生后， 事件服务器就向火灾报警器发布这个事件，导致报警器动作产生报警信号。 控制台：在u p n p 网络中，用户请求设备执行的控制是通过控制台实现的， 控制台首先是一个有能力控制别的设备的控制者，还要具有在网络中“发现” 控制目标的能力。在发现( 控制目标) 之后，控制台应当：取得设备的描述信息 并得到所关联的服务列表、取得相关服务的描述，调用控制服务行为、确定服务 的事件“源”，不论何时，只要服务状态发生改变，事件服务器会立即向控制台 发送一个事件信息。 u p n p 在控制台和被控制设备之间提供通讯功能。而网络介质、t c p i p 协议、 h r r p 仅提供基本的连接和i p 地址分配。整个工作过程需要处理六个方面的内 容，即地址分配、发现设备、对设备的描述、设备控制、设备事件、设备表达。 地址问题：地址是整个u p n p 系统工作的基础条件，每个设备都应当是d h c p ( d y n a m i c h o s t c o n f i g u r a t i o np r o t o c o l 动态主机配置协议) 的客户。当设备首次 中国科学院博l j 学位论史普及计算王_ f = 境中动态服务组台关键技术的研究 与网络建立连接后，利用d h c p 服务，使设备得到一个i p 地址。这个l p 地址可 以是d h c p 系统指定的，也可以是由设备选择的，当然，有能力自己选择i p 地 址的设备，必然是那些“聪明”的设备才行。这也就是所谓的“自动”i p 地址。 如果遇到本地d h c p 管理范围之外的i p 地址请求，还需要解决“友好设备”的 地址分配问题，这个问题通常由域名服务器来解决。 发现设备：可分成两种情况，一种是在有控制请求之后，在当前的网络中查 找有无对应的可用设备：另一种情况是某一设备接入网络、取得i p 地址之后， 就开始向网络“广播”自己已经进入网络，即寻找控制请求。 设备的描述：简单说，这是声明“自己”是什么样的设备，例如名称、制造 厂商、序列号码等等。刚开始“发现”设备后，控制台对这个设备的“了解”还 很少，需要依据u l r 找到该设备的描述文件，从这些文件中读取更多的描述信 息。描述信息的范围很广，一般都是由设备的制造厂商提供的。主要的描述项目 有：控制的模式名称和模式号码、设备序列号、制造厂商名称、厂商的w e b 的 u l r 等等。这些一般都存放在特定的x m l 文件中。 设备控制：控制台找到设备描述之后，会从描述中“提炼”出要进行的操作 并获悉所有的服务；对每个u p n p 设备来说，这些描述必须是很确切、很详细的， 描述中可能包含有命令或行为列表、服务响应信息、用到的参数等等。对于服务 的每个行为，也伴有描述信息：主要是整个服务进行期间的变量、变量的数据类 型、可用的取值范围和事件的特征。要控制某个设备，控制台必须先发送一个控 制行为请求，要求设备开始服务，然后再按设备的u l r 发送相应的控制消息， 控制消息就是放置在x m l 文件中的那些s o a p 格式的信息。最后，服务会返回 响应信息，指出服务是成功或是失败。 设备事件：在服务进行的整个时间内，只要变量值发生了变化或者模式的状 态发生了改变，就产生了一个事件，系统将修改上述提到的事件列表的内容。随 之，事件服务器把事件向整个网络进行广播。另一方面，控制台也可以事先向事 件服务器预约事件信息，保证将该控制台感兴趣的事件及时准确地传送过来。 广播或预约事件，传送的都是事件消息，事件消息也放在x m l 文件中，使 用的格式是g e n a 。 设备投入工作之前的准备，初始化过程，也是一个事件，初始化需要的各种 信息也是用事件消息传送的。包括的内容主要是：变量初始值，模式的初始状态 等等。 设备表达：只要得到了设备的u l r ，就可以取得该设备表达页面的u l r ， 然后可以将此表达纳入用户的本地浏览器上。这部分还包括与用户对话的界面， 以及与用户进行会话的处理。 整个u p n p 系统，是在“中枢神经”的指挥下协同工作的。其大致情形如下： 儿是具备i p 地址的的设备都必须直接使用网络的i p 地址，但有些设备可能并不 具备直接使用网络i p 地址的能力，例如，电灯开关的控制就是这样，这是非i p 设备；非i p 设备通过网桥( u p n pb r i d g e ) 来与控制台交换信息。直接使用i p 地址的有：控制台( 可在口袋电脑和远程设备上发出控制) 、本地设备，例如v c r 和时钟；以及网桥。非i p 设备有所谓轻设备( 如温度控制器) 和非u p n p 的设 备( 如电灯控制开关等) 。 上述介绍属于硬件方面，下面再说作为控制灵魂的软件：在上面的叙述中， 多次提到用x m l 文件存放需要的信息，因为无论是控制台或设备服务，都需要 很多信息，有读出的，有传出的，u p n p 协议约定这些都存放在特定的文件x m l 中。用途不同的信息，在x m l 文件中的格式不同。所以，相关的x m l 文件是 控制服务的灵魂。 1 4 1 2 2j i n i j i n l 2 4 的开放资源于1 9 9 8 年底在网上推出，s u n 公司希望对这种技术广泛 授权。j i n i 网络技术构建于j a v a 平台之上并提供向网络内的设备传递服务的基 础结构，并且与连接性、线路协议和传输协议无关。 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( 也就是 说，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，并且网络的 所有组件可以立即识别这个新的设备及其能力。例如，如果新设备是一台打印机， 则j 1 n i 网络中的其它计算机将立即能够找到并使用这台打印机。 通过使用在网络中移动的对象，j i n i 体系结构意味着整个网络( 连同其中每 个单独的服务) 将可适应于变化。j i n i 体系结构为客户机和服务在网络上相互找 到对方并共同工作以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 技术的对象，这些对象能给予客户机对该服务的访问权。这种网 络交互可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j i n i 的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 对象来宣传自己。这个对象的实现能够以该服务选择 的任何方式工作。客户机通过查找支持该a p i 的对象来找到服务。当它得到服 务的己发布对象时，它将下载与该服务通信所需的任何代码，从而学习如何通过 这个a p i 与特定的服务实现进行通信。实现该服务的程序员选择如何使用 r m i 、c o r b a 、x m l 或专用协议将a p i 请求转换成线路上的位。 以上协议和标准从体系结构上都可以归结为最小的普及计算系统，解决了服 务的描述、发现和调用问题。 9 中阐科学院博i 学位论文普及计算环境中动态服务组合关键技术的研究 1 4 2g r i dc o m p u t i n g 和w e b s e r v i c e 中的标准和协议 与普及计算在体系结构上有相似特点的w e bs e r v i c e 协议和标准的确立对普 及计算有定的借鉴意义。目前对w e b 服务比较统一的定义是由i b m 公司提出 的：“w e b 服务是独立的、模块化的应用程序，能够在网络( 一般是w w w ) 上 被描述、发布、查找和调用。” 1 4 2 1x m l x m l l 7 用严格的嵌套标记表示数据信息，特别适合在i n t e m e t 环境中的多点 数据交换环境下使用。在b 2 b 电子商务应用环境中，x m l 是一种非常优秀且极 为适合的商务信息交换技术。b 2 b 解决方案的软件提供商制订了用于b 2 b 应用 之间交换商务信息的x m l 格式，包括x c b l 、c x m l 、b i z t a l k 等，这些交换格 式已经运用在众多的b 2 b 应用中。2 0 0 0 年，u n c e f a c t 和o a s i s 开始联手制 定全球电子商务信息交换格式e b x m l ，确立了x m l 作为商务应用信息交换标 准技术的地位。用x m l 来描述商务信息使得各种b 2 b 应用在数据层上具有了开 放集成的能力。 1 ，4 2 2s o a p s o a p l 8 完全继承了x m l 的开放性和描述可扩展性。s o a p 使用基于t c p 佃 的应用层协议h t t p 、s m t p 、f t p 等，可以与现有通信技术最大程度地兼容。 s o a p 为使用x m l 在松散、分布的环境中对等地交换结构化和类型化信息提供 了一个简单的机制。s o a p 本身并不定义任何应用语义，如编程模型或特定语义 实现，它只定义一种简单的机制，通过一个模块化的包装模型和对模块中特定格 式编码的数据重编码机制来表示应用语义。s o a p 的这项能力使它可被很多类型 的系统用于从消息系统到r p c 的延伸。 s o a p 规范主要由s o a p 信封、编码规则、r p c 表示三部分组成。信封定义 了整体s o a p 消息的表示框架，可用于表示消息中的内容是什么? 谁发送的? 谁 应当接收并处理它? 以及这些处理操作是否必需? s o a p 编码规则定义了数据 的编码机制，通过它来定义应用程序中需要使用的数据类型，并可用来交换由这 些应用程序定义的数据类型所衍生的实例。s o a p r p c 定义了一个用于表示远程 调用和响应的约定，例如，如何使用h t t p 或s m t p 协议与s o a p 绑定，如何 传输过程调用，在具体传输协议的哪个部分传输过程响应等。这三部分在功能上 是正交且彼此独立的。 1 4 2 3w s d l w s d l ”是描述w e b 服务的x m l 格式语言。w s d l 把w e b 服务定义为网络 端点的集合。它有一个根元素，用类型( t y p e s ) 、消自t , ( m e s s a g e ) 、端口类型( p o r t t y p e ) 、 绑定( b i n d i n g ) 、端口( p o r t ) 和服务( s e r v i c e ) 等元素来定义w c b 服务。其中，“类型” j i 苦 是消息的数据类型定义，通常用来描述交换消息 “消息”代表待传输数据的抽 象定义，由一个或多个部分组成；“端口类型”表示抽象操作的集合；“绑定”使 操作和消息的具体协议与数据格式规范关联；“端口”指定一个用于绑定的地址， 由此定义一个通信端点；“服务”则是相关端口的集合。 在w s d l 中，端点和消息的抽象定义与具体的网络布置和数据格式绑定是 相互分离的，这样就可以抽象定义消息和端口类型，实现它们的重用。 1 4 2 4u d d i u d d i ”是套面向w e b 服务的信息注册中心的实现标准和规范。创建u d d i 注册中心的目的是实现w e b 服务的发布和发现。人们利用u d d i 规范在w e b 上 建立发现服务，这些发现服务为所有请求者提供了一致的接口，使得已经发布的 w e b 服务能通过编程被需要的请求者发现。u d d i 规范文本定义了u d d i 操作入 口站点( u d d i o p e r a t o rs i t e ) 能够支持的a p i 接i = 1 和a p i 中用x m l 描述的数据 结构的具体定义。 u d d i 注册中心是对所有提供公共u d d i 注册服务站点的统称，在逻辑上它 是一个统一体，但在物理上则以分布式系统架构实现，不同的站点之间采用对等 网络结构实现，因此访问其中任意一个站点就等同于访问u d d i 注册中心。一般 情况下，访问u d d i 操作入口站点所获得的结果是整个u d d i 注册中心所覆盖区 域的信息，信息查询无需身份认证，但在u d d i 操作入口站点上进行信息发布， 则必须通过该u d d i 操作入口站点自身的用户方能实施，同时，以后的更新、删 除都必须通过这个操作入口站点，并使用初始发布时使用的用户名进行权限认 证。 u d d i 注册中心的信息内容分为白页信息、黄页信息和绿页信息。白页中存 放企业的地址、联系方式、企业身份识别等企业信息：黄页中存放基于标准分类 的行业类别信息；绿页中存放w e b 服务的技术信息。多个合作站点之间可以无 缝地共享注册信息。商业实体信息、服务信息、绑定信息和服务调用规范 ( b u s i n e s s e n f i t y 、b u s i n e s s e r v i c e 、b i n d i n