上下文感知的移動中間件及其關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、近年來，隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟和商業(yè)化進度的加快，移動計算設(shè)備如PDA、移動電話和移動手持電腦等的廣泛使用，使得以移動為特征的應(yīng)用越來越普及。與傳統(tǒng)分布式系統(tǒng)中大多數(shù)應(yīng)用基于中間件來開發(fā)和運行一樣，采用中間件技術(shù)也是移動應(yīng)用開發(fā)和運行的一種必然的選擇。然而，相對于運行在固定網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)定主機上的應(yīng)用而言，移動應(yīng)用面臨著動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、受限的設(shè)備資源和移動的主機等這些動態(tài)、受限和不確定的因素。面對這些因素，移動應(yīng)用需要感知其周圍環(huán)境的變化，并

2、能基于這種感知進行動態(tài)自適應(yīng)的調(diào)整，從而為用戶提供一個穩(wěn)定而高質(zhì)量的服務(wù)。另一方面，在一個頻繁變化的運行環(huán)境和受限的資源條件下，移動應(yīng)用之間往往需要互相合作和協(xié)調(diào)來完成相關(guān)任務(wù)。而基于移動環(huán)境的動態(tài)性，這種合作和協(xié)調(diào)需要采用一種在時間和空間上去耦合的異步交互方式來進行。移動應(yīng)用這些新的需求和特點給移動軟件本身的設(shè)計與開發(fā)，以及支持其開發(fā)與運行的中間件系統(tǒng)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。面對這種挑戰(zhàn)，迫切需要研究新的移動中間件技術(shù)來支持移動應(yīng)用的開發(fā)和

3、運行。 本文通過系統(tǒng)分析和總結(jié)國內(nèi)外移動中間件領(lǐng)域的相關(guān)研究工作及研究現(xiàn)狀，將研究對象確定為基于上下文感知的移動中間件及其關(guān)鍵技術(shù)的研究。論文首先提出了上下文感知的移動中間件的研究內(nèi)容，然后針對其中的上下文及上下文感知模型、基于上下文感知的動態(tài)自適應(yīng)結(jié)構(gòu)、基于上下文感知的協(xié)調(diào)模型與語言等問題進行了深入的研究。本文的研究內(nèi)容和創(chuàng)新性主要體現(xiàn)在以下幾個方面： (1)提出了一種基于上下文感知的、支持動態(tài)自適應(yīng)、支持移動與協(xié)調(diào)的

4、移動中間件系統(tǒng)，將移動計算所面臨的上下文感知、動態(tài)自適應(yīng)、移動與協(xié)調(diào)等問題綜合起來考慮，以上下文感知為基礎(chǔ)，研究這幾個方面的關(guān)鍵技術(shù)。 (2)研究了上下文基于元組的表示、操作以及上下文的視圖技術(shù)，提出了一個上下文感知的CAM模型。本文將所有出現(xiàn)在移動計算環(huán)境中的數(shù)據(jù)和信息都看作上下文，基于元組為上下文信息提供統(tǒng)一的表達(dá)和存儲方式；提出了一個靈活的基于約束函數(shù)的上下文元組匹配方法，支持動態(tài)上下文的不精確匹配；給出了一個以Agent

5、為主的形式化的上下文視圖的定義，通過相關(guān)的限制條件來規(guī)定各種上下文的視圖，通過上下文視圖為應(yīng)用提供個性化的上下文服務(wù)；提出了上下文感知模型CAM的結(jié)構(gòu)，研究了反射技術(shù)在CAM模型中的應(yīng)用；通過實例展示了上下文感知模型對移動應(yīng)用開發(fā)與運行的支持。 (3)針對移動環(huán)境下應(yīng)用和系統(tǒng)不可預(yù)期的動態(tài)性，提出了一個新的策略驅(qū)動的自適應(yīng)框架及其上的類Ponder策略語言。以上下文感知為基礎(chǔ)，基于該自適應(yīng)框架、元數(shù)據(jù)和策略，研究了中間件服務(wù)的動

6、態(tài)自適應(yīng)、移動應(yīng)用的動態(tài)自適應(yīng)和策略選擇的自適應(yīng)等三種自適應(yīng)技術(shù)。通過實例展示其有效性，并基于一個服務(wù)動態(tài)增減的例子對自適應(yīng)框架性能進行了分析，結(jié)果表明在該框架下服務(wù)的動態(tài)增減和重新配置的時間是受控的。 (4)提出了一個輕量級的基于上下文感知的協(xié)調(diào)模型CACM及其協(xié)調(diào)語言CACML。CACM以主機節(jié)點為中心結(jié)合集中控制與分散控制的優(yōu)點，支持Agent的邏輯移動和主機的物理移動。CACM支持動態(tài)構(gòu)造和維護基于元組的協(xié)調(diào)空間，支持移

7、動實體之間的協(xié)調(diào)與共享。通過提供伙伴組的概念，CACM支持服務(wù)的發(fā)現(xiàn)和協(xié)調(diào)環(huán)境的構(gòu)成；通過反射管理來支持上下文感知的協(xié)調(diào)。協(xié)調(diào)語言以Linda為基礎(chǔ)，提供了局部、遠(yuǎn)程以及反射等協(xié)調(diào)原語，并引入了顯式的位置表示。通過該語言提供的形式化框架，描述和表達(dá)了移動Agent之間的交互與協(xié)調(diào)、移動Agent與移動主機之間的交互與協(xié)調(diào)。基于進程演算給出了協(xié)調(diào)語言CACM L的操作語義。通過實例表明CACM是一個有較高表達(dá)能力的協(xié)調(diào)模型，同時將CACM