數字家庭的服務計算中間件系統的製作方法

2023-05-27 03:06:41

專利名稱：數字家庭的服務計算中間件系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種中間件系統，尤其涉及一種數字家庭的服務計算中間件系統。
背景技術：
中間件出現於20世紀80年代，當時是指網絡連接的管理軟體，一直到20世紀90 年代網絡技術取得巨大成功之後才被廣泛應用。90年代初期，中間件主要應用於商業關係資料庫，隨後逐漸演化為具有多種範型和服務，用於簡化分布式應用程式開發的系統平臺。 目前，中間件已經被應用於網際網路和各種私有網絡，隨著電子商務的興起，中間件扮演著越來越重要的角色。中間件通過將應用程式從協議處理、數據複製、網絡故障、並行機制等問題中獨立出來，屏蔽了底層網絡環境的複雜性，使應用程式可以專注於功能實現。中間件還進一步屏蔽計算體系結構、作業系統、程式語言、網絡技術的異構性，使得分散在不同網絡中的計算資源統一起來，讓用戶和應用程式可以在不同的平臺和通信協議下彼此相連，同時也使得不同的應用程式可以無縫地整合在一起，極大方便了遺留系統地整合，以及應用程式地編寫、管理和使用。隨著家庭組網方式的發展，Upnp, DLNA, IGRS, OSGI等一系列標準和規範作為中間件廣泛應用於家庭智能設備的互聯互通，這些標準和協議主要針對3C產品的即插即用功能擴展，一定程度上簡化了家庭智能設備的聯網和信息交換過程。目前，此類規範主要面向家庭內部網絡的高速多媒體設備，對低速控制網絡部分涉及甚少，標準之間的兼容性和通訊方式也存在差異，未完全解決數字家庭中存在的信息孤島問題。此外，應用範圍也僅限於家庭區域網內部，難以接入hternet併集成ffeb Service等計算和信息服務資源。隨著研究的深入和開發方式的不斷進步，眾多研究者和工業界人士一致認為，軟體應該作為服務來提供和傳播。也就是說，要發展一種新的軟體架構體系和軟體範型，在這種範型中，關注的重點從提供軟體轉向了描述和傳送服務，這使得關注點不再是傳統軟體的構建、使用和所有權模型。

發明內容
本發明的技術效果能夠克服上述缺陷，提供一種數字家庭的服務計算中間件系統，其存在於作業系統等系統軟體(包括基本的通信協議)和通過網絡進行交互的分布式應用程式之間的一個模塊軟體層，用於支持分布式軟體的交互與協同。為實現上述目的，本發明採用如下技術方案其系統包括五個相互通信的工作模塊，即計算負載模塊、通信模塊、上下文表達模塊、編程抽象模塊、應用環境模塊。服務計算中間件是軟體中間件技術在服務計算環境中的應用，用於屏蔽服務計算環境的異構性和動態多變性，作為系統軟體與服務計算應用程式之間的一個軟體層，為應用程式提供一組軟體服務，使得這些應用程式可以在服務計算環境下方便有效地進行交互與協同，使用戶感覺不到計算的存在。不同的商業發展趨勢對中間件提出了網絡通信、協調性、可靠性、伸縮性、異構性等不同方面的非功能性需求，衍生出針對不同領域的不同種類中間件，可從不同角度對中間件進行分類。計算負載模塊包括重量級模式模塊和輕量級模式模塊。中間件的計算負載取決於系統的非功能性需求，如通信、可靠性、數據複製等。如果中間件系統需要大量資源(如 CPU、內存、代碼量等)來提供上層應用程式所需要的服務，則被認為是重量級的；相反，如果僅需要少量的資源，則被認為是輕量級的。為了滿足各類需求，目前主流的中間件系統 (如C0RBA、貝EE、DC0M等)一般都是重量級的，為了適應資源有限的小型計算設備，尤其是行動裝置，研究資源受限系統的中間件成為熱點。傳統分布式計算中間件採用單塊結構，缺乏靈活性，且多數是重量級的，對網絡帶寬和連接性等要求較高，一般無法適應行動裝置。服務計算環境複雜多樣，終端設備可能是資源豐富的工作站或個人電腦，但更多的是資源非常有限的微小型可移動計算設備，比如移動智慧型電話、PDA、智能手錶等，這些設備無法提供大量的計算時間和存儲資源來運行重量級中間件架構，這就要求普適計算中間件架構本身必須是輕量級的，資源要求較高的服務只能由運行於富資源終端上的中間件節點(指運行中間件的網絡計算設備，如PDA、伺服器、個人電腦、移動智慧型手機等)提供，而資源有限的中間件節點可以包含數量有限的輕量級服務，並通過與其他節點協作來完成資源要求較高的計算任務。通信模塊包括同步模式模塊和異步模式模塊。同步方式要求客戶端連接到服務端，客戶端和服務端之間消息的發送和接收同步進行，發送和接收進程都將阻塞以等待下一個消息。異步方式則不要求發送與接收同步進行，發送進程在消息發送後並不阻塞而是繼續運行，接收消息時可以是阻塞的，也可以是不阻塞的。除消息中間件外，傳統分布式計算中間件均採用同步模式，而應用於移動計算或普適計算環境中的中間件系統則均須支持異步通信。除這兩種模式外，中間件系統採用的其他通信模式還包括單向和延遲同步等。服務計算中間件必須支持異步通信，這是因為服務計算環境充滿著不確定性，尤其是無線網絡的大量存在使得連接可靠性無法保障，如果服務計算中間件只採用同步通信模式，很可能因為連接中斷而使中間件節點陷入無限等待，導致計算資源浪費甚至任務死鎖。同時，服務計算中間件仍需兼容同步通信模式，比如在可靠網絡中進行大量數據傳輸時使用同步通信更為高效。上下文表達模塊包括上下文感知模式模塊和上下文透明模式模塊。中間件系統的執行上下文可以暴露給上層的應用程式，也可以隱藏在自身內部對外不可見，採用前一種方式的中間件被稱為是上下文感知的(context aware)，後一種則被稱為是上下文透明的 (contextt ransparent)。中間件與底層網絡作業系統進行交互，能夠收集到設備位置、網絡帶寬、網絡延遲、可獲取的遠程服務等相關信息，如果中間件是上下文透明的，這些信息就只是在中間件內部使用，而不對上層應用程式暴露。相反，如果中間件是上下文感知的， 這些信息就可以被傳遞給上層應用程式，由應用程式來進行決策，以減輕中間件系統的負擔。上下文感知要求服務計算中間件對應用程式暴露其實現細節，但是為了對各種應用提供公共支持，中間件又需要儘可能地隱藏其實現細節，這是服務計算中間件要處理的一個根本矛盾。要在感知與透明性之間保持平衡，就要求中間件能提供通用方法來進行上下文表達、感知和推理，以恰當的方式為應用程式提供上下文信息，同時提供各類公共服務隱藏應用程式不需要了解的實現細節。上下文感知技術是服務計算技術發展的動力之一，而上下文建模方式是上下文感知技術的關鍵。服務計算環境對上下文建模方式有著很高的要求，要求其支持信息的分布式合成和部分驗證、能夠表達信息質量和豐富性、能夠應用於現存環境等。編程抽象模塊包括分布式元組空間模式模塊、遠程過程調用模式模塊、面向消息模式模塊、分布式對象模式模塊和事務模式模塊。這些編程抽象方式不同程度地整合了底層物理資源(通信、處理、存儲等)。1.元組空間是用於進程通信的全局共享的聯合尋址內存空間，支持離線操作。大多數元組空間系統同時支持阻塞和非阻塞的元組檢索操作。分布式關係資料庫是分布式元組空間的典型應用，也是目前中間件應用最為廣泛的領域。2.遠程過程調用在中間件中的應用始於Sun的Open Network ComputingArehitecture0遠程過程調用是經典的過程調用思想在網絡環境下的自然拓廣， 它使得一個客戶端程序可以通過網絡調用遠程服務端程序中的過程，而在客戶端源程序中的寫法與普通過程調用相同。採用遠程過程調用的系統通信模式通常是同步的，在異常處理、易剪裁性和容錯性方面能力較為有限。3.面向消息中間件基於消息隊列或消息傳遞，通過消息交換支持分布式系統構件間的通信，提供同步或異步的交互機制。採用無連接的通信模式，可以供網絡內所有節點訪問，並不強制要求消息接受方一定可用。消息傳遞是一種直接通信模型，其消息被直接發給感興趣的實體，發送方式可以是點對點的，也可以採用發布/訂閱模式。消息中間件可以提供持久化、數據複製和實時性支持，而且還可以像元組空間那樣實現空間和時間分離，具有較好的可靠性、易用性和容錯能力，但是訪問透明性不好、配置和編寫不方便等問題使得面向消息的中間件對伸縮性和異構性支持不夠。4.分布式對象由RPC演化而來，是面向對象模型在分布異構環境下的自然拓廣， 其基本想法是將面向對象原則引入分布式系統開發當中。在分布式對象中間件中，遠程對象中的方法可以與本地對象一樣的方式被調用，分布式應用程式開發者因而可以享受所有面向對象技術帶來的好處封裝、繼承、多態。分布式對象中間件標準化好、功能較強，非常適合用於整合遺留系統，具有良好的異構支持能力。5.事務中間件通過分布式主機上運行的構件支持分布式事務處理，支持不同主機間的同步或異步通信。事務中間件通常採用兩階段提交協議，其主要功能是提供聯機事務處理所需要的通信、並發訪問控制、事務控制、資源管理、安全管理和其他必要的服務。應用環境模塊包括移動計算模式模塊、遊牧計算模式模塊、普適計算模式模塊。以往中間件主要應用於傳統的分布式計算環境，但隨著移動計算(MobileComputing)、遊牧計算(Nomadic Computing)、普適計算(pervasive computing)等新型計算環境的出現，中間件的應用範圍愈加廣泛。這些不同的計算環境對中間件有不同需求，也使得應用於這些環境的中間件有著不同特點。傳統分布式中間件大多以黑盒方式構建，分布式細節對用戶和軟體工程師隱藏， 雖然這能夠方便中間件系統使用，卻並不適合服務計算中複雜多變的環境。因為在這類環境下隱藏實現細節是非常困難且沒有什麼意義的。為了適應服務計算環境的高度動態變化，應用程式必須具有較好的彈性；而為了減少分散用戶注意力，與用戶融洽地結合在一
5起，服務計算環境中的應用程式又必須具有較好的自治性。這就要求服務計算中間件是上下文感知的，為應用程式收集、提供各種上下文信息以便其進行調整或更好地做出決策。本發明的系統對服務計算環境相關要求的支持度較好，支持服務發現是指中間件系統能夠發現環境中已經存在的設備和服務，並使之能夠相互發現、配置和通信。服務發現可以減少網絡設備的控制開銷，同時提高其可用行。服務發現還能夠減輕普適計算系統設計者的工作量，讓他們不必努力地嘗試預見和編寫設備與程序間所有可能的交互方式與狀態。通過引入一個間接層次，服務發現簡化了普適計算系統的設計。要將各種網絡計算設備融洽地整合在服務計算環境的當中，服務發現支持必不可少。服務計算中間件與底層網絡作業系統進行交互，能夠收集到設備位置、網絡帶寬、 網絡延遲、遠程服務等多種上下文信息，而目前對上下文信息地感知更多停留在地理位置地感知上，相關中間件實例包括Oracle iASWE、Nexus、SignalSoft等。上下文感知絕不僅僅是地理位置感知，上下文信息的重要方面包括在哪、與誰交互以及周圍資源狀況等，如何簡潔地表達各種上下文信息和提供應用程式交互接口、自動對上下文信息進行重配置都是有待深入研究的問題。近些年來，許多組織設計開發了服務發現協議，如Sun的Jini、MicrOSOft的UPnP、 IETF的SLP等。這些協議專注於對網絡拓撲結構和定位的研究，分別解決了一些不同種類的問題，佔據一定市場。但這些協議通常無法進行交互協作、共享服務信息，不利於提高資源的利用率。多服務發現協議支持是實現不同協議間的互操作以及在異構網絡環境中實現高效服務發現的有效手段。通過修改所有客戶端與服務端軟體來支持多種服務發現協議顯然不現實，目前，協議間的互操作性通常通過加入互操作層進行轉換，具體有兩種方式透明轉換和顯式轉換。在透明轉換方式中，互操作層位於網絡層之上，負責對從各協議接收到的或是發往各協議的消息進行格式轉換，轉換過程對客戶端或服務端透明；而在顯式轉換方式中，互操作層位於協議層之上，為客戶端提供顯式的統一的服務發現接口，方便對已有的服務發現協議進行擴展。為了減少分散用戶注意力，儘可能有效地滿足用戶對各種資源的不同方式的需求，使得用戶可以在不同網絡環境中使用同一服務，服務遷移成為服務計算中間件必須考慮的功能之一。服務遷移需求本質上可以分為兩類一類是為了整合現有資源，實現服務重用；一類是為了屏蔽網絡環境的各種變化為用戶提供持續有效的資源服務。服務計算中間件在提供移動服務的過程中，同時移動與該服務相關的歷史狀態、 上下文等信息，相關中間件節點也需要進行動態調整，並將資源損耗降低到一定程度以下， 使用戶感覺不到服務遷移過程的存在，自然地完成服務的無縫遷移(kamless Roaming/ Migration)，以實現與用戶的無縫融洽結合。目前，支持無縫遷移有主從、聯邦制、統一管理模式等三種方式，相關技術包括Agent、橋接、自適應數據路徑調整、代理等。


圖1為本發明的模塊結構示意圖。
具體實施例方式本發明的系統包括五個相互通信的工作模塊，即計算負載模塊、通信模塊、上下文表達模塊、編程抽象模塊、應用環境模塊。 計算負載模塊包括重量級模式模塊和輕量級模式模塊。通信模塊包括同步模式模塊和異步模式模塊。上下文表達模塊包括上下文感知模式模塊和上下文透明模式模塊。編程抽象模塊包括分布式元組空間模式模塊、遠程過程調用模式模塊、面向消息模式模塊、分布式對象模式模塊和事務模式模塊。應用環境模塊包括移動計算模式模塊、遊牧計算模式模塊、普適計算模式模塊。
權利要求
1.一種數字家庭的服務計算中間件系統，其特徵在於，系統包括相互通信的五個工作模塊，即計算負載模塊、通信模塊、上下文表達模塊、編程抽象模塊、應用環境模塊。
2.根據權利要求1所述的數字家庭的服務計算中間件系統，其特徵在於，計算負載模塊包括重量級模式模塊和輕量級模式模塊。
3.根據權利要求1所述的數字家庭的服務計算中間件系統，其特徵在於，通信模塊包括同步模式模塊和異步模式模塊。
4.根據權利要求1所述的數字家庭的服務計算中間件系統，其特徵在於，上下文表達模塊包括上下文感知模式模塊和上下文透明模式模塊。
5.根據權利要求1所述的數字家庭的服務計算中間件系統，其特徵在於，編程抽象模塊包括分布式元組空間模式模塊、遠程過程調用模式模塊、面向消息模式模塊、分布式對象模式模塊和事務模式模塊。
6.根據權利要求1所述的數字家庭的服務計算中間件系統，其特徵在於，應用環境模塊包括移動計算模式模塊、遊牧計算模式模塊、普適計算模式模塊。
全文摘要
本發明涉及一種中間件系統，尤其涉及一種數字家庭的服務計算中間件系統。本發明的數字家庭的服務計算中間件系統，系統包括相互通信的五個工作模塊，即計算負載模塊、通信模塊、上下文表達模塊、編程抽象模塊、應用環境模塊。服務計算中間件在提供移動服務的過程中，同時移動與該服務相關的歷史狀態、上下文等信息，相關中間件節點也需要進行動態調整，並將資源損耗降低到一定程度以下，使用戶感覺不到服務遷移過程的存在，自然地完成服務的無縫遷移，以實現與用戶的無縫融洽結合。
文檔編號G06F9/46GK102541627SQ20101062174
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月31日 優先權日2010年12月31日
發明者於忠清, 富饒, 李桂麗, 王兵, 翟偉偉, 蔡宇玉, 陶冶 申請人:青島海爾軟體有限公司