一種基于狀態(tài)中間件的普適性移動計算框架的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及普適計算的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種基于狀態(tài)中間件的普適性移動計算框架。
【背景技術(shù)】
[0002]普適計算是指計算設(shè)備無縫融合到現(xiàn)實當(dāng)中，“隱形”地為用戶提供所需的服務(wù)，而無需用戶的輸入。實現(xiàn)普適計算需要計算設(shè)備主動采集環(huán)境信息，通過傳感器或其他來源獲取環(huán)境信息，并將相關(guān)的信息融合到一起，形成上下文相關(guān)的信息，這一相關(guān)技術(shù)稱為情境感知或上下文感知。除此之外，以合適的方式表示情境信息，使得計算機(jī)不僅能準(zhǔn)確地處理情境信息，還可以對不同的情境信息進(jìn)行融合、遞推等邏輯運(yùn)算，從而生成所需的新情境信息。除此之外，普適計算還面臨著數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)一致性等必須要解決的問題。
[0003]科研工作者已經(jīng)對普適計算有了許多研宄，目前普遍接受的設(shè)計由普適計算框架由傳感器層、信息融合層、知識庫和智能服務(wù)層四個模塊組成。然而先前的研宄并沒有很好解決以下的問題:
[0004]1、傳感器異構(gòu)。傳感器的類型、服務(wù)內(nèi)容、可執(zhí)行的操作等差別很大，情境信息獲取面臨很大挑戰(zhàn)。
[0005]2、訪問量大，實時性要求高。普適計算接入的傳感器數(shù)量和用戶數(shù)量巨大，對網(wǎng)絡(luò)有更高要求。
[0006]3、智能業(yè)務(wù)可能變得非常復(fù)雜。例如對情景信息的建模，需要綜合多種數(shù)據(jù)源，采用比較復(fù)雜的智能機(jī)器學(xué)習(xí)算法。
[0007]4、擴(kuò)展性能要求高。新型設(shè)備不斷出現(xiàn)，原有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施需要有良好的兼容性。
[0008]5、實際推廣問題。已有多數(shù)的設(shè)計只是簡單制定技術(shù)方案，期望更多的用戶遵循該標(biāo)準(zhǔn)并加入進(jìn)來，然而忽略了用戶加入的動機(jī)，不具有推廣的可行性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于狀態(tài)中間件的普適性移動計算框架，不僅解決普適計算必須面對的大規(guī)模分布式計算需求，且對異構(gòu)物理設(shè)備具有良好的兼容性，框架本身也具有很好的擴(kuò)展性。
[0010]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為:一種基于狀態(tài)中間件的普適性移動計算框架，包括有:
[0011]物理層，由多個異構(gòu)設(shè)備組件組成，負(fù)責(zé)與物理環(huán)境的交互，包括信號采集和執(zhí)行操作，每個設(shè)備組件包含物理設(shè)備和代理程序，其中，物理設(shè)備是任何有信息采集或執(zhí)行操作功能的實體或虛擬設(shè)備，代理程序在物理設(shè)備上運(yùn)行，并對物理設(shè)備面向普適網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全權(quán)代理；
[0012]狀態(tài)服務(wù)器層，支持多種通信方式，臨時保存物理設(shè)備的狀態(tài)信息，物理設(shè)備當(dāng)前采集到的信號稱為狀態(tài)，狀態(tài)信息實時地更新在狀態(tài)服務(wù)器上，狀態(tài)服務(wù)器具有并發(fā)訪問服務(wù)能力；
[0013]智能服務(wù)層，由多個不同類型的智能服務(wù)組成，通過指定接口提供服務(wù)，按照自身的業(yè)務(wù)需求向狀態(tài)服務(wù)器層請求數(shù)據(jù)，通過狀態(tài)服務(wù)器提供的接口訪問數(shù)據(jù)和發(fā)送指令，完成智能業(yè)務(wù)的服務(wù)。
[0014]所述物理設(shè)備包含具有信息采集功能的設(shè)備及具有展示或操作功能的設(shè)備，普適計算通過這些硬件設(shè)備與現(xiàn)實物理環(huán)境進(jìn)行交互，不僅包括從物理環(huán)境中采集信息，也包括執(zhí)行智能操作，并改變物理環(huán)境；
[0015]每臺物理設(shè)備都攜帶對應(yīng)的代理程序，代理程序是對物理設(shè)備在軟件層面的封裝，是物理設(shè)備和普適計算軟件系統(tǒng)連接的橋梁，其功能至少包含以下五個方面:
[0016]I)代理程序存儲了設(shè)備的元信息，元信息包含設(shè)備類型、設(shè)備屬性、設(shè)備位置、處理能力這些描述設(shè)備本身的信息，也包含信號格式、更新方式、更新頻率、設(shè)備描述、字段含義這些描述信號類型的信息；代理程序還同時支持對以上信息的管理功能，除設(shè)備類型、設(shè)備id這些設(shè)備出廠時固定的信息外，代理程序可在安裝設(shè)備時更新設(shè)備位置、訪問路徑、權(quán)限編號、設(shè)備描述的信息，甚至還可以進(jìn)行軟件升級更新代理程序自身，從而改變信號格式、字段含義信息；代理程序?qū)⒁陨吓渲眯畔⒈４娴奖镜兀?dāng)向普適計算網(wǎng)絡(luò)注冊該設(shè)備時，會提供以上元信息給狀態(tài)服務(wù)器，方便狀態(tài)服務(wù)器索引該設(shè)備；
[0017]2)代理程序負(fù)責(zé)保證物理設(shè)備采集到的信號在狀態(tài)服務(wù)器上是實時最新的，根據(jù)設(shè)備類型，代理程序通過三種方式將自身采集到的信號發(fā)送給狀態(tài)服務(wù)器，分別是:①周期發(fā)送，以固定時間間隔發(fā)送設(shè)備最新信號，間隔時長在設(shè)備元信息中說明，該方式適用于溫度傳感器、水位感應(yīng)器的數(shù)值連續(xù)，但實時性要求不高的設(shè)備類型；②觸發(fā)發(fā)送，只有當(dāng)設(shè)備信號發(fā)生變化時才發(fā)送，適用于報警感應(yīng)器、門禁系統(tǒng)這些信號觸發(fā)時間完全隨機(jī)的設(shè)備類型；③長連接，設(shè)備與狀態(tài)服務(wù)器建立網(wǎng)絡(luò)長連接，適用于顯示器、麥克風(fēng)這些需要實時傳輸?shù)脑O(shè)備類型；信號的更新類型在設(shè)備的元信息中定義，信號內(nèi)容由設(shè)備所有者的身份信息加密；
[0018]3)具有執(zhí)行操作能力的代理程序負(fù)責(zé)在接收到操作指令之后驅(qū)動設(shè)備執(zhí)行對應(yīng)的操作；設(shè)備操作動作由狀態(tài)服務(wù)器發(fā)送指令，操作的權(quán)限在狀態(tài)服務(wù)器上驗證，操作執(zhí)行的結(jié)果由代理程序收集，當(dāng)與預(yù)期結(jié)果不符時，代理程序向狀態(tài)服務(wù)器發(fā)送異常信息；
[0019]4)發(fā)送心跳連接，周期性地定時向狀態(tài)服務(wù)器發(fā)送心跳連接，聲明自己在線，狀態(tài)服務(wù)器無需對心跳信號發(fā)送任何反饋，當(dāng)超出預(yù)定的心跳時長未收到設(shè)備的心跳連接時，將設(shè)備列為問題設(shè)備，當(dāng)超過系統(tǒng)設(shè)定的時長沒有收到設(shè)備的心跳連接時，將設(shè)備從索引庫中刪除，表示設(shè)備離線；
[0020]5)存儲狀態(tài)服務(wù)器信息，維護(hù)設(shè)備迀移時的數(shù)據(jù)有效性和一致性；代理程序?qū)⒃O(shè)備信號更新到多臺狀態(tài)服務(wù)器，從而保證當(dāng)其中一臺狀態(tài)服務(wù)器宕機(jī)或物理設(shè)備發(fā)生迀移時能連接到最近的狀態(tài)服務(wù)器；當(dāng)迀移發(fā)生時，代理程序發(fā)送取消注冊功能，附帶新的可用服務(wù)器地址列表，狀態(tài)服務(wù)器將設(shè)備信息保存設(shè)定時間后刪除。
[0021]所述物理層能夠建立無物理設(shè)備的代理程序，稱為虛擬代理程序，該代理程序嵌入到已有的計算機(jī)系統(tǒng)中，僅通過軟件邏輯即可采集到所需的環(huán)境信息。
[0022]所述代理程序通過無狀態(tài)的HTTP協(xié)議向狀態(tài)服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù)，元信息格式為utf-8編碼的xml或json格式，信號內(nèi)容根據(jù)其元信息定義發(fā)送有意義的字符型數(shù)據(jù)或二進(jìn)制的字節(jié)型數(shù)據(jù)。
[0023]所述狀態(tài)服務(wù)器不存儲歷史數(shù)據(jù)，為基于內(nèi)存的數(shù)據(jù)庫，其主要有以下五個功會K:
[0024]I)設(shè)備注冊和元數(shù)據(jù)搜索功能；新設(shè)備加入普適計算網(wǎng)絡(luò)時向狀態(tài)服務(wù)器發(fā)送設(shè)備元信息，狀態(tài)服務(wù)器檢查元信息格式正確性以及與已注冊設(shè)備是否沖突，檢查通過后將該元信息加入到索引庫中，智能服務(wù)可根據(jù)不同的設(shè)備元信息字段搜索設(shè)備id，并根據(jù)id在該狀態(tài)服務(wù)器上訪問設(shè)備當(dāng)前信息；
[0025]2)狀態(tài)數(shù)據(jù)訪問功能；狀態(tài)服務(wù)器實時地反映傳感器當(dāng)前的信息，支持周期、觸發(fā)和長連接三種代理程序數(shù)據(jù)發(fā)送方式，從狀態(tài)服務(wù)器的數(shù)據(jù)輸入方面講，前兩種方式基于無狀態(tài)的HTTP消息傳輸，而第三種長連接傳輸則通過狀態(tài)服務(wù)器提供的類似網(wǎng)絡(luò)組播的功能傳輸:從物理設(shè)備AP獲取信息，并分組發(fā)送給所有請求該設(shè)備狀態(tài)的智能服務(wù)；從狀態(tài)服務(wù)器的數(shù)據(jù)輸出來講，首先，智能服務(wù)根據(jù)自身業(yè)務(wù)需求周期性地向狀態(tài)服務(wù)器請求狀態(tài)數(shù)據(jù)；其次，狀態(tài)服務(wù)器提供消息訂閱和推送功能，智能服務(wù)訂閱設(shè)備消息并設(shè)置訂閱規(guī)則之后，狀態(tài)服務(wù)器在狀態(tài)信號滿足規(guī)則觸發(fā)條件時，向智能服務(wù)器推送最新狀態(tài)數(shù)據(jù)；最后，對于長連接型服務(wù)，智能服務(wù)器作為組播服務(wù)網(wǎng)關(guān)，為物理設(shè)備AP和智能服務(wù)建立組播連接；除此之外，狀態(tài)服務(wù)器還負(fù)責(zé)維護(hù)本身數(shù)據(jù)的一致性；
[0026]3)權(quán)限驗證功能；為保證隱私性和安全性，物理設(shè)備的信息采集和執(zhí)行操作都有權(quán)限驗證控制，狀態(tài)服務(wù)器除驗證設(shè)備元數(shù)據(jù)信息有效性之外，還會驗證請求數(shù)據(jù)的智能服務(wù)是否有元數(shù)據(jù)搜索權(quán)限，是否有狀態(tài)信息訪問權(quán)限；在智能服務(wù)請求設(shè)備執(zhí)行具體操作時，需出具三方權(quán)限證明，分別是用戶訂購了該服務(wù)，用戶有使用該設(shè)備的權(quán)限，以及該服務(wù)有使用該設(shè)備的權(quán)限；由于設(shè)備狀態(tài)信息是加密存儲在狀態(tài)服務(wù)器上，未獲得授權(quán)的服務(wù)無法訪問未授權(quán)的硬件狀態(tài)信息，也無法給未獲得授權(quán)的設(shè)備發(fā)送操作指令；
[0027]4)互聯(lián)功能；面向大規(guī)模分布式的普適計算所帶來的巨大訪問壓力，單臺狀態(tài)服務(wù)器的處理能力顯然是不夠的，因此已入網(wǎng)的狀態(tài)服務(wù)器組成狀態(tài)服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)，分布式處理大規(guī)模的訪問請求，從而降低單臺主機(jī)的服務(wù)壓力；由于單個設(shè)備狀態(tài)