上下文感知的移動(dòng)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(jìn)度的加快，移動(dòng)計(jì)算設(shè)備如PDA、移動(dòng)電話和移動(dòng)手持電腦等的廣泛使用，使得以移動(dòng)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(yùn)行一樣，采用中間件技術(shù)也是移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)和運(yùn)行的一種必然的選擇。然而，相對(duì)于運(yùn)行在固定網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)定主機(jī)上的應(yīng)用而言，移動(dòng)應(yīng)用面臨著動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、受限的設(shè)備資源和移動(dòng)的主機(jī)等這些動(dòng)態(tài)、受限和不確定的因素。面對(duì)這些因素，移動(dòng)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(jìn)行動(dòng)態(tài)自適應(yīng)的調(diào)整，從而為用戶提供一個(gè)穩(wěn)定而高質(zhì)量的服務(wù)。另一方面，在一個(gè)頻繁變化的運(yùn)行環(huán)境和受限的資源條件下，移動(dòng)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(dòng)環(huán)境的動(dòng)態(tài)性，這種合作和協(xié)調(diào)需要采用一種在時(shí)間和空間上去耦合的異步交互方式來進(jìn)行。移動(dòng)應(yīng)用這些新的需求和特點(diǎn)給移動(dòng)軟件本身的設(shè)計(jì)與開發(fā)，以及支持其開發(fā)與運(yùn)行的中間件系統(tǒng)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。面對(duì)這種挑戰(zhàn)，迫切需要研究新的移動(dòng)中間件技術(shù)來支持移動(dòng)應(yīng)用的開發(fā)和

3、運(yùn)行。 本文通過系統(tǒng)分析和總結(jié)國(guó)內(nèi)外移動(dòng)中間件領(lǐng)域的相關(guān)研究工作及研究現(xiàn)狀，將研究對(duì)象確定為基于上下文感知的移動(dòng)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(dòng)中間件的研究?jī)?nèi)容，然后針對(duì)其中的上下文及上下文感知模型、基于上下文感知的動(dòng)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(jìn)行了深入的研究。本文的研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： (1)提出了一種基于上下文感知的、支持動(dòng)態(tài)自適應(yīng)、支持移動(dòng)與協(xié)調(diào)的

4、移動(dòng)中間件系統(tǒng)，將移動(dòng)計(jì)算所面臨的上下文感知、動(dòng)態(tài)自適應(yīng)、移動(dòng)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(gè)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(gè)上下文感知的CAM模型。本文將所有出現(xiàn)在移動(dòng)計(jì)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(chǔ)方式；提出了一個(gè)靈活的基于約束函數(shù)的上下文元組匹配方法，支持動(dòng)態(tài)上下文的不精確匹配；給出了一個(gè)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(gè)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(shí)例展示了上下文感知模型對(duì)移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)與運(yùn)行的支持。 (3)針對(duì)移動(dòng)環(huán)境下應(yīng)用和系統(tǒng)不可預(yù)期的動(dòng)態(tài)性，提出了一個(gè)新的策略驅(qū)動(dòng)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(dòng)

6、態(tài)自適應(yīng)、移動(dòng)應(yīng)用的動(dòng)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(shí)例展示其有效性，并基于一個(gè)服務(wù)動(dòng)態(tài)增減的例子對(duì)自適應(yīng)框架性能進(jìn)行了分析，結(jié)果表明在該框架下服務(wù)的動(dòng)態(tài)增減和重新配置的時(shí)間是受控的。 (4)提出了一個(gè)輕量級(jí)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(jī)節(jié)點(diǎn)為中心結(jié)合集中控制與分散控制的優(yōu)點(diǎn)，支持Agent的邏輯移動(dòng)和主機(jī)的物理移動(dòng)。CACM支持動(dòng)態(tài)構(gòu)造和維護(hù)基于元組的協(xié)調(diào)空間，支持移

7、動(dòng)實(shí)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(dòng)Agent之間的交互與協(xié)調(diào)、移動(dòng)Agent與移動(dòng)主機(jī)之間的交互與協(xié)調(diào)。基于進(jìn)程演算給出了協(xié)調(diào)語言CACM L的操作語義。通過實(shí)例表明CACM是一個(gè)有較高表達(dá)能力的協(xié)調(diào)模型，同時(shí)將CACM