無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )即插即用！論JINI與藍牙技術(shù)結合
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隨著(zhù)嵌入式系統在各種電子設備中的廣泛應用，計算機技術(shù)的發(fā)展將進(jìn)入一個(gè)普適計算（Pervasive Computing）階段。
隨之而來(lái)的各種電子設備聯(lián)網(wǎng)成為必然趨勢。與人類(lèi)生活息息相關(guān)的各種家電設備能夠聯(lián)成網(wǎng)絡(luò )并接入互聯(lián)網(wǎng)，人們可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)統一控制各種家電協(xié)同工作，將極大地改變和影響人們的生活。本文探討了這種普適計算機制的實(shí)現。
1、 JINI技術(shù)
JINI技術(shù)是基于Java語(yǔ)言的新型分布式對等計算結構，是一種動(dòng)態(tài)的自動(dòng)化機制，它可以使各種數字設備無(wú)需配置、安裝或人工干預，在一個(gè)臨時(shí)的設備集合（聯(lián)邦，federation）中共同工作。聯(lián)邦中的任何設備無(wú)法大小都可以自行管理，組成一個(gè)服務(wù)網(wǎng)絡(luò )，聯(lián)邦中的每一成員都可以共享資源和服務(wù)。JINI結構提供一套機制使得電子設備和應用程序能夠隨時(shí)加入或退出聯(lián)邦。
JINI由三部分組成：基礎結構（Infrastructure）、編程模型和服務(wù)。這三部分雖有區別但又密不可分，基礎結構支持并利用編程模型；服務(wù)內嵌入基礎結構之中，服務(wù)對象包含并利用編程模型的接口進(jìn)行服務(wù)之間的通信?；A結構解決設備和軟件如何與網(wǎng)絡(luò )連接并進(jìn)行注冊等基本問(wèn)題。它由構成分布式聯(lián)邦的組件組成，其最小內核為分布式安全系統、發(fā)現與加入協(xié)議（discovery and join）、服務(wù)協(xié)議和查找服務(wù)（lookup service）。
分布式安全模型及其實(shí)現定義了軟件實(shí)體的認證方式及操作權限；發(fā)現與加入協(xié)議定義了服務(wù)加入JINI系統的方法；查找服務(wù)則是供服務(wù)注冊登記的場(chǎng)所，這里提供了可以使用的服務(wù)對象集合。編程模型也是分布式的，包括租借（leasing）、分布式的事務(wù)處理和事件處理三種重要接口。
租借接口定義了基于時(shí)間的資源分配和釋放方法；事務(wù)接口引入了一種面向對象的協(xié)議，使用表決和提交兩個(gè)階段來(lái)統一對象之間的相關(guān)行為，使得一個(gè)事件序列或全部完成或全都不發(fā)生。事件和通知接口將JavaBean組建所使用的事件模型擴展為分布式事件模型，支持JINI服務(wù)基于事件的通信。，服務(wù)是JINI體系的核心，基礎結構和編程模型共同支持服務(wù)的提交注冊及服務(wù)的發(fā)展，服務(wù)使用基礎結構完成服務(wù)之間的相互調用、相互發(fā)現并向其他服務(wù)發(fā)布本服務(wù)的出現。服務(wù)在JINI環(huán)境中以對象的形式出現，它通過(guò)接口來(lái)定義其提供的可供其他服務(wù)使用的操作和特性。
JINI使用發(fā)現協(xié)議（discovery）搜索查找服務(wù)（lookup service），獲得相應查找服務(wù)的代理接口，然后使用加入協(xié)議（join）將自己注冊到查找服務(wù)中，這時(shí)該服務(wù)可以為其他服務(wù)所使用。想要使用其它服務(wù)的設備或應用程序，首先與其相鄰的查找服務(wù)進(jìn)行連接。這時(shí)可以看到本聯(lián)邦內所有可用的服務(wù)，使用查找協(xié)議（lookup）將所感興趣的服務(wù)代理接口下載到本地之后就可以與服務(wù)提供者進(jìn)行直接交互通信。同樣當一個(gè)查找服務(wù)啟動(dòng)時(shí)，它也使用發(fā)現協(xié)議向服務(wù)廣播自己出現，以便服務(wù)進(jìn)行注冊登記。
圖1對以上過(guò)程進(jìn)行了形象描述：用發(fā)現協(xié)議搜索到查找服務(wù)，若已預置某個(gè)查找服務(wù)的URL則可直接進(jìn)行通信；將服務(wù)代理對象注冊到查找服務(wù)；服務(wù)客戶(hù)將服務(wù)對象從查找服務(wù)處下載到本地；利用服務(wù)對象與服務(wù)提供直接通信，使用該項服務(wù)。
2 、藍牙協(xié)議
藍牙是一種低成本的技術(shù)，可以在依賴(lài)電池操作的目標機上實(shí)現低功耗、短距離的固定通信。這些目標機包括：PDA、無(wú)線(xiàn)電話(huà)、便攜電腦和無(wú)線(xiàn)耳機等。
在藍牙的拓撲中，一個(gè)設備可以帶多個(gè)從設備并且維持7條鏈接。一般來(lái)說(shuō)，在任何時(shí)刻，主設備會(huì )與一個(gè)從設備維持點(diǎn)對點(diǎn)通信?？梢越煞N通信：一種以異步方式傳輸數據，另一種以同步方式傳輸聲音。通信類(lèi)型由主設備決定。并負責建立特殊應用所需的鏈接，直至應用將其終止。
請注意：主從關(guān)系不能互換，互換技術(shù)用于GSM的蜂窩式手機中，藍牙不支持這種技術(shù)。同時(shí)，藍牙只能支持短距離通信，最遠10m?，F在加強性標準可以將距離提高到100m，要求便攜式設備的電池壽命更長(cháng)。藍牙技術(shù)不會(huì )替換IEEE 802.11中所提出的無(wú)線(xiàn)LAN的功能。相比較而言，藍牙只能在744Mbps的數據率上操作。當然，IEEE 802.11 LAN也更加昂貴。
藍牙可以支持無(wú)線(xiàn)主機控制器（負責空中鏈路管理、調制解調器、聲音編碼/解碼）與另外一臺帶有協(xié)議棧和應用軟件的主機之間的通信。如果應用軟件想要控制無(wú)線(xiàn)主機控制器，那么就需要鏈路管理代理（link management proxy）模塊，它可以提供應用程序接口。這一模塊在藍牙標準中沒(méi)有說(shuō)明，但是如果希望通過(guò)主機控制接口進(jìn)行通信，協(xié)議棧中應包括這一模塊。棧接口提供的主要功能就是初始化發(fā)現進(jìn)程和連接進(jìn)程。發(fā)現進(jìn)程將管理信息發(fā)送到10m范圍內的所有藍牙設備，以便獲取可用的藍牙設備列表；連接進(jìn)程可以與一個(gè)或多個(gè)可用的藍牙設備建立連接。所有的應用程序都必須使用這個(gè)進(jìn)程，它們是GAP（General Access Protocol）的一部分，在任何應用使用鏈路前，必須將GAP與藍牙設備相連。
鏈路安全將利用鑒別進(jìn)程，在實(shí)現子網(wǎng)時(shí)，用來(lái)確認某設備是否可以與另一設備互連。鑒別操作由無(wú)線(xiàn)主機控制器完成，鑒別命令由安全管理模塊發(fā)出。該模塊會(huì )訪(fǎng)問(wèn)以前完成的操作進(jìn)程，可以與藍牙設備進(jìn)行數據庫信息的連接，這些記錄存在設備數據庫中，由安全數據庫來(lái)維護主藍牙設備所提供的與三種完全級別有關(guān)的服務(wù)記錄。建立兩個(gè)設備之間的連接時(shí)，完全管理模塊會(huì )做出反應，查詢(xún)兩個(gè)設備的數據庫，請求無(wú)線(xiàn)控制器開(kāi)始鑒別進(jìn)程或忽略鑒別進(jìn)程。數據鏈路層加密也是同樣的道路。
?？刂破魇橇硗庖粋€(gè)包含在棧軟件中的模塊，可以提供接口調用軟件，從而繼續處理由主機或其他藍牙設備通過(guò)無(wú)線(xiàn)主機控制器發(fā)來(lái)的排序或緩沖數據。更為重要的是，棧管理模塊管理所有的內部棧時(shí)鐘，因而使用該棧十分輕松，而且非常容易移植以其他的操作系統上。其八模塊按照應用要求分類(lèi)，運行藍牙協(xié)議時(shí)，這也是實(shí)際藍牙連接的情況。
3、 JINI與藍牙技術(shù)的結合應用方案
3.1 JINI與藍牙技術(shù)的比較
JINI與藍牙技術(shù)是兩種互補性很強的技術(shù)。藍牙技術(shù)主要實(shí)現鄰近的電子設備無(wú)線(xiàn)連接，是硬件設備的無(wú)線(xiàn)互連協(xié)議；JINI則是實(shí)現分布式軟件服務(wù)（包括無(wú)線(xiàn)設備）的軟件技術(shù)。藍牙技術(shù)是對固定的一組協(xié)議間互操作的靜態(tài)說(shuō)明；而JINI的“移動(dòng)代碼”代理服務(wù)對象可以動(dòng)態(tài)地互操作。兩者在ISO/OSI的體系結構中的位置如圖2的慰。JINI主要位于表示層和會(huì )話(huà)層，而藍牙的協(xié)議棧貫空了整個(gè)體系結構。JINI的發(fā)現協(xié)議和分布式安全模型加強了藍牙技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程和完全管理模塊。
3.2 應用方案
JINI的注冊和注銷(xiāo)服務(wù)與藍牙設備在網(wǎng)絡(luò )中的加入和退出非常類(lèi)似。JINI控制網(wǎng)絡(luò )服務(wù)的租借，始終使查找服務(wù)保持最新?tīng)顟B(tài)。通常有三種形式來(lái)實(shí)現其JINI網(wǎng)絡(luò )功能：基于完整虛機的設備實(shí)現，基于嵌入式虛機的設備實(shí)現和基于共享虛機的設備實(shí)現。
基于完整虛機設備實(shí)現中的設備指一般的通用設備，具有網(wǎng)絡(luò )連接、較強的計算存儲功能，能夠運行完整的Java虛機環(huán)境。在這種設備上能夠實(shí)現JINI系統的所有功能，如各種協(xié)議功能、RMI、租借更新功能、動(dòng)態(tài)代碼移動(dòng)功能、分布式安全機制等。
JINI是位于操作系統和虛擬機之上的功能層，多個(gè)設備隨機聯(lián)網(wǎng)形成一分布式資源共享系統，網(wǎng)絡(luò )傳輸協(xié)議一般由操作系統分別采用TCP/IP協(xié)議有線(xiàn)方式和基于藍牙協(xié)議的無(wú)線(xiàn)連接方式兩種。本設計方案就是基于協(xié)議的無(wú)線(xiàn)連接方式實(shí)現。圖3描述了一種應用方案。服務(wù)客戶(hù)、設備和網(wǎng)絡(luò )代理通過(guò)藍牙網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行連接，同時(shí)也支持TCP/IP協(xié)議。網(wǎng)絡(luò )中包含可以訪(fǎng)問(wèn)的設備數據庫、查找服務(wù)。藍牙網(wǎng)絡(luò )通過(guò)SDP協(xié)議負責設備加入網(wǎng)絡(luò )，使設備能夠查詢(xún)、發(fā)現最鄰近的設備，并對這些設備進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，從而實(shí)現遠程控制。遠程控制實(shí)現藍牙網(wǎng)絡(luò )與JINI的查找服務(wù)對話(huà)、詢(xún)問(wèn)網(wǎng)絡(luò )可用設備的功能。
查找服務(wù)保持網(wǎng)絡(luò )中運行的所有設備的動(dòng)態(tài)列表，如：PDA、電話(huà)和CD播放機等。當服務(wù)客戶(hù)（遠程控制）請求時(shí)，所有這些設備將相關(guān)的驅動(dòng)程序發(fā)送到服務(wù)客戶(hù)。當設備不再用時(shí)，通過(guò)租借終止對網(wǎng)絡(luò )發(fā)出警告，這是JINI的功能，主要用Java的RMI來(lái)實(shí)現。這種通信和保持服務(wù)更新的方式使JINI與藍牙網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行了很好的結合。
4 、應用實(shí)例
基于JINI與藍牙開(kāi)發(fā)了一個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )點(diǎn)歌器JBMP3。它具有以下功能：播放客戶(hù)選取歌典、客戶(hù)端圖形界面、個(gè)性化定制客戶(hù)播放列表。系統結構如圖4所示。它由一個(gè)能播放音樂(lè )文件（mp3文件）的服務(wù)端程序、若干能控制服務(wù)程序的客戶(hù)端程序（遠程控制）和一個(gè)能支持JINI服務(wù)的查找服務(wù)組成。運行的網(wǎng)絡(luò )是TCP/IP網(wǎng)絡(luò )。
對應用結合附圖作如下詳細說(shuō)明：
?。?）點(diǎn)歌器發(fā)布一個(gè)服務(wù)自己擁有的代理對象。例如，能夠按先進(jìn)先出順序播放音樂(lè )文件。
?。?）客戶(hù)端程序——通用遠程控制，詢(xún)問(wèn)查找服務(wù)網(wǎng)絡(luò )能提供什么服務(wù)。
?。?）查找服務(wù)通過(guò)與請求相匹配的代理對象副本答復客戶(hù)端的詢(xún)問(wèn)。
?。?）客戶(hù)端所有的請求都被送到同樣的服務(wù)器（點(diǎn)歌服務(wù)器）。請求通過(guò)JINI網(wǎng)絡(luò )5到達點(diǎn)歌服務(wù)器，服務(wù)器通過(guò)各自的鏈接（4）更新與之相連的代理對象。同時(shí)點(diǎn)歌器的更新以一致的形式顯示出來(lái)。
設計主要分為三部分：遠程控制接口設計、客戶(hù)端設計、服務(wù)器設計。
4.1 遠程控制接口產(chǎn)生的代碼
4.2 客戶(hù)機設計
客戶(hù)機該僅需作有限的操作，而讓服務(wù)器作大部分的工作。因為使用很少資源的客戶(hù)機在慢速處理器和小存儲器的設備上運行只適合象PDA一類(lèi)手持設備或蜂窩電話(huà)，因此在這里客戶(hù)機必需支持一些操作。它們是：
?。?）發(fā)現已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò )上注冊的服務(wù)的能力。例如，詢(xún)問(wèn)查找服務(wù)器可用的服務(wù)。
?。?）當一個(gè)服務(wù)在網(wǎng)絡(luò )上可行時(shí)被告知的能力。例如，發(fā)出需求后從查找服務(wù)接收代理對象。
?。?）租借任意一段時(shí)間（非無(wú)限長(cháng)）服務(wù)器資源的能力。這由客戶(hù)機的租借管理器完成。
?。?）接收代理對象，而后經(jīng)接口向客戶(hù)機顯示的能力。本文是在通用遠程控制中的Java面板上實(shí)現的。
客戶(hù)機接口應該能顯示網(wǎng)絡(luò )提供的不同服務(wù)。當前播放列表中的歌曲隊列應在顯示器上自動(dòng)更新。
4.3 服務(wù)器設計
因為客戶(hù)機功能不強，一些附加的功能就必需在服務(wù)器上添加。因此服務(wù)器至少必需支持以下操作：
?。?）提供一個(gè)服務(wù)。如代理對象。
?。?）發(fā)現查找服務(wù)和在網(wǎng)絡(luò )上公布代理對象。
?。?）寫(xiě)服務(wù)身份（對每一個(gè)代理獨一無(wú)二）對象到文件。
?。?）更新租借。
?。?）斷開(kāi)租借已經(jīng)到期的客戶(hù)機聯(lián)接。
上述幾點(diǎn)是應用的核心。這幾點(diǎn)組成了用于構建JINI應用的基本通信特征。服務(wù)器應該加載目錄和發(fā)現所有的mp3文件。服務(wù)器是物理點(diǎn)歌器，它應具有某種硬件用來(lái)播放mp3音頻文件。
JINI和藍牙技術(shù)的結合應用在通信環(huán)境中有以下優(yōu)點(diǎn)：首先，不需要網(wǎng)絡(luò )連接線(xiàn)；其次，不需要安裝設備驅動(dòng)程序，再次，一個(gè)設備遠程控制另一個(gè)設備。這些特點(diǎn)使得網(wǎng)絡(luò )更容易連接和管理。雖然藍牙技術(shù)開(kāi)和生產(chǎn)的代價(jià)較高，JINI是SUN公司的免費產(chǎn)品，很容易掌握應用編程接口，并可進(jìn)行分布式計算。
隨著(zhù)藍牙技術(shù)和JINI技術(shù)規范的布、不斷推廣與相互結合，生活中各種電路的互連將變得愈來(lái)愈方便，JINI的即插即用功能和藍牙的無(wú)線(xiàn)連網(wǎng)使得設備的增減變得非常簡(jiǎn)單，使網(wǎng)絡(luò )的建設可以分階段逐步完善而不必一次到位，滿(mǎn)足了一般用戶(hù)的需求。JINI技術(shù)和藍牙的結合，必將進(jìn)一步推動(dòng)信息無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的快速發(fā)展，成為信息網(wǎng)絡(luò )又一重要應用領(lǐng)域，將極大地改變人們的生活方式，促進(jìn)普適計算時(shí)代的到來(lái)。
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