陶 強，劉宴兵，肖云鵬

（重慶郵電大學(xué) 計算機學(xué)院，重慶400065）

0 引 言

互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)由原來以PC機為主要接入設(shè)備的Internet架構(gòu)轉(zhuǎn)向以移動終端和其他便捷移動設(shè)備為主要接入設(shè)備的移動Internet架構(gòu)，移動終端成為了互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的最終載體，如何實現(xiàn)移動終端高效、安全、無縫地接入移動互聯(lián)網(wǎng)將是亟需解決的問題［1］。3G時代的到來，WiFi、WiMax等高帶寬無線技術(shù)的成熟商用，使得移動互聯(lián)網(wǎng)的帶寬瓶頸已經(jīng)得到解決。然而移動終端設(shè)備由于技術(shù)限制使得自身的存儲和計算能力受限，多種異構(gòu)系統(tǒng)之間差異明顯，體積較小而導(dǎo)致表現(xiàn)能力不足、人機交互能力差等問題［2－3］。

針對以上問題，本文提出一種面向多終端異構(gòu)系統(tǒng)的中間件平臺，平臺采用 “能力＋中間件平臺＋終端應(yīng)用”的新型應(yīng)用服務(wù)模式。為終端應(yīng)用提供一種高效、低成本、跨平臺的開發(fā)方式和豐富的應(yīng)用資源。最后通過本平臺架構(gòu)上開發(fā)的服務(wù)驗證平臺的正確性和可行性。

1 面向多終端異構(gòu)系統(tǒng)的中間件平臺

為解決移動終端自身的弊端和多異構(gòu)系統(tǒng)的接入問題，本文運用 “能力＋中間件＋終端應(yīng)用”的新型應(yīng)用服務(wù)模式，結(jié)合中間件、虛擬化技術(shù)，SOA、Web Service、OSGi標(biāo)準(zhǔn)以及統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交互和終端接入方案，提出面向多終端異構(gòu)系統(tǒng)的中間件平臺（MP－MTHS）。如圖1所示：該平臺框架上主要包括能力層、中間件平臺和移動終端應(yīng)用平臺三層架構(gòu)以及角色分配和安全監(jiān)控兩個管理模塊。

圖1 面向多終端異構(gòu)系統(tǒng)的中間件平臺體系結(jié)構(gòu)

1.1 能力層

能力層通過網(wǎng)絡(luò)將大量的資源整合成資源池，并進行統(tǒng)一管理和調(diào)度供用戶隨時獲取、按需使用和彈性擴展，包括基礎(chǔ)設(shè)施和基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控管理兩部分［4］。基礎(chǔ)設(shè)施就是通過網(wǎng)絡(luò)整合大量資源所形成的資源池，包括計算機、分布式計算機集群等大量的硬件資源和數(shù)據(jù)庫包、基礎(chǔ)應(yīng)用等豐富的軟件資源?；A(chǔ)設(shè)施監(jiān)控管理包括監(jiān)控和管理兩個部分，監(jiān)控是監(jiān)測集群的運行使用情況，發(fā)現(xiàn)故障資源及時停止或利用其他資源代替；管理是將基礎(chǔ)資源根據(jù)用戶的需求統(tǒng)一分配，統(tǒng)一調(diào)度，向用戶提供一個完整的服務(wù)。

通過硬件虛擬化實現(xiàn)硬件設(shè)備的即插即用，即在不影響平臺正常操作和其他設(shè)備正常工作的前提下可以隨時加入或撤離［5］。軟件虛擬化實現(xiàn)了按需使用和動態(tài)擴展，即代碼可以根據(jù)邏輯動態(tài)地調(diào)度到所需的地方。虛擬化之后的資源以服務(wù)的形式向上層提供，用戶無需購買、維護硬件設(shè)備和相關(guān)軟件，就可以在其上構(gòu)建自己的平臺和應(yīng)用。

1.2 中間件平臺

中間件平臺組織底層資源并提供基礎(chǔ)服務(wù)和增強服務(wù)，以滿足上層需求。同時還可以屏蔽設(shè)備的差異，使得底層各種設(shè)備都可以向平臺提供資源服務(wù)，上層各種終端都可以使用平臺上的應(yīng)用服務(wù)，而不必?fù)?dān)心彼此之間的兼容問題［6］。

如圖2所示，中間件平臺為移動終端提供一種高效、低成本、跨平臺的開發(fā)方式，為服務(wù)提供者和使用者搭建了一個廣闊的且都將獲益的雙邊平臺［7］。對于服務(wù)提供者而言，底層擁有強大的計算存儲能力，平臺上有眾多的基礎(chǔ)服務(wù)和詳細(xì)的用戶需求，提供者可以按需快速的進行創(chuàng)新設(shè)計，而不必?fù)?dān)心能力不足和需求不明的問題。對于服務(wù)使用者而言，平臺上有大量的服務(wù)供其選擇，如果不滿意還可以訂制服務(wù)，服務(wù)提供者會根據(jù)使用者的需求開發(fā)個性服務(wù)。

圖2 中間件平臺關(guān)系

1.3 移動終端應(yīng)用平臺

傳統(tǒng)中間件平臺重點研究對計算機的服務(wù)提供，而忽略了對移動終端的服務(wù)提供，移動終端有易于攜帶、使用方便的優(yōu)勢，終端服務(wù)需求大大提升。移動終端平臺利用基于網(wǎng)絡(luò)連接的界面提供給用戶豐富的應(yīng)用，提供多用戶機制，無論是一對一還是一對多都能夠提供個性智能的用戶體驗［8］。

移動終端平臺面向移動互聯(lián)網(wǎng)終端用戶，提供的服務(wù)要考慮到移動互聯(lián)網(wǎng)終端顯示、計算、存儲等問題。如圖3所示，應(yīng)用提供者提供移動終端的應(yīng)用安裝文件和標(biāo)準(zhǔn)接口，移動終端用戶可以通過標(biāo)準(zhǔn)接口直接使用服務(wù)或者下載安裝文件使用；移動終端用戶可以向平臺訂制應(yīng)用，應(yīng)用提供者則按照應(yīng)用需求來開發(fā)自己的應(yīng)用。這樣充分體現(xiàn)了平臺性也實現(xiàn)用戶個性化，給用戶以良好的體驗。

圖3 移動終端應(yīng)用平臺關(guān)系

1.4 角色分配

面向多終端異構(gòu)系統(tǒng)的中間件平臺本身是開放的，因此平臺中的參與者很多，如果不能夠?qū)⑴c者進行完善的管理，平臺很有可能由于參與者的誤操作而提供不了理想中的服務(wù)［9］。如圖4所示，平臺中的參與者大致可以分為3種：提供商，管理者和用戶。

圖4 平臺角色分配

提供商包括硬件和軟件提供商。硬件提供商提供計算機集群，路由器等硬件資源，軟件提供商則是提供操作系統(tǒng)，虛擬化軟件等軟件資源。管理者包括資源管理者，服務(wù)管理者和應(yīng)用管理者。資源管理者就是管理軟硬件資源，保證基礎(chǔ)資源的穩(wěn)定提供；服務(wù)管理者則是管理平臺服務(wù)，為后續(xù)開發(fā)者提供服務(wù)接口；應(yīng)用管理者主要負(fù)責(zé)用戶應(yīng)用的提供。用戶就是提供移動終端用戶的接入方式。

1.5 安全監(jiān)控

連接到平臺中的設(shè)備都是開放的，任何信息都可以在任何設(shè)備上被找到，安全監(jiān)控管理就成為了急需解決的問題。本框架中介紹了4種安全監(jiān)控管理相關(guān)的模塊：賬戶密碼管理、安全防御系統(tǒng)、系統(tǒng)更新升級、保留系統(tǒng)日志［10］。

賬戶密碼管理是保護平臺的第一道防線，用戶通過密碼認(rèn)證來獲得不同的權(quán)限，避免非法用戶和操作破壞平臺運轉(zhuǎn)。安全防御系統(tǒng)通過防火墻防止黑客的非法訪問和流量攻擊，將惡意的網(wǎng)絡(luò)連接擋在防火墻之外，通過入侵檢測系統(tǒng)可以監(jiān)視服務(wù)器的出入口，識別并過濾入侵性質(zhì)的訪問。系統(tǒng)的更新升級就是在被攻擊之前發(fā)現(xiàn)漏洞并及時打補丁，消除系統(tǒng)的不穩(wěn)定因素。系統(tǒng)日志記錄了系統(tǒng)上的一切操作，可以根據(jù)日志的記錄進行追蹤和回滾來保護系統(tǒng)。

1.6 平臺數(shù)據(jù)流

面向多終端異構(gòu)系統(tǒng)的中間件平臺中的3個層次和3種角色之間需要統(tǒng)一的協(xié)同機制和標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范才可以無縫連接，實現(xiàn)平臺的功能。

平臺數(shù)據(jù)流如圖5所示，能力層、中間件平臺和移動終端應(yīng)用平臺不間斷地運轉(zhuǎn)，等待用戶的訪問。能力層向中間件平臺提供計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)能力，中間件平臺將這些能力展示出來，供二次開發(fā)者使用。二次開發(fā)者可以通過重組基礎(chǔ)能力和開發(fā)新能力的形式來設(shè)計應(yīng)用成品或網(wǎng)絡(luò)接口。移動終端用戶可以通過中間件平臺下載應(yīng)用成品安裝和訪問網(wǎng)絡(luò)接口來享受平臺中所提供的應(yīng)用。如果用戶沒有找到適合自己的服務(wù)，可以向中間件平臺訂制應(yīng)用，二次開發(fā)者會根據(jù)用戶的需求開發(fā)出適合用戶的應(yīng)用。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 基于中間件平臺的新型互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)模式

本新型開發(fā)模式可以抽象表達為 “能力＋中間件＋終端應(yīng)用”的開發(fā)模式?！澳芰Α逼帘蔚讓釉O(shè)備異同，將底層設(shè)備的資源抽象成能力并向上層提供；“中間件”利用中間件技術(shù)屏蔽多平臺異構(gòu)終端，向上層提供標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)接口和應(yīng)用服務(wù)；“終端應(yīng)用”將下層提供的網(wǎng)絡(luò)接口和標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)呈現(xiàn)給移動終端用戶，提供良好的用戶體驗。

借助于 “中間件”就可以實現(xiàn) “能力”和 “終端應(yīng)用”的獨立開發(fā)。開發(fā)人員無需參與到產(chǎn)品設(shè)計的整個過程，而是在精通的領(lǐng)域進行開發(fā)，精力集中在產(chǎn)品邏輯設(shè)計上，各模塊之間通過中間件兼容，產(chǎn)品整體質(zhì)量得到提升。

2.2 基于OSGi的標(biāo)準(zhǔn)化平臺架構(gòu)

OSGi平臺規(guī)范具有很好的跨平臺性，提供了一個開放、通用的架構(gòu)，使參與者能夠互動地開發(fā)、部署和管理服務(wù)。OSGi利用標(biāo)準(zhǔn)組件接口和插件機制可以滿足不同用戶的需求，為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)定義了一個標(biāo)準(zhǔn)的、面向組件的計算環(huán)境?；贠SGi技術(shù)的應(yīng)用和模塊可以靈活地接入平臺系統(tǒng)，并且在不停機的狀態(tài)下安裝、起停、升級和卸載。因此，采用OSGi標(biāo)準(zhǔn)的平臺具有標(biāo)準(zhǔn)化、動態(tài)可擴展、模塊間松耦合和基礎(chǔ)能力可組裝的優(yōu)勢［11］。

2.3 多終端異構(gòu)平臺標(biāo)準(zhǔn)化接入技術(shù)

研究解決通過SOA、Web Service標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)，使中間件平臺支持多異構(gòu)終端系統(tǒng)接入。SOA進一步屏蔽底層技術(shù)平臺，以客戶更易于理解的業(yè)務(wù)語言進行系統(tǒng)建模、編排設(shè)計和部署等，以標(biāo)準(zhǔn)化的服務(wù)形式實現(xiàn)應(yīng)用之間的交互與集成，從而提升系統(tǒng)的綜合服務(wù)能力，降低運營管理成本［12］。Web Service是一種Internet上松散藕合的軟組件技術(shù)，它提供了簡單的服務(wù)器技術(shù)集成方案，規(guī)定了服務(wù)描述、發(fā)布和通信交互的規(guī)范，利用Web技術(shù)和XML格式的消息編碼，實現(xiàn)服務(wù)的遠(yuǎn)程訪問。

圖5 平臺數(shù)據(jù)流

2.4 虛擬化基礎(chǔ)資源封裝技術(shù)

虛擬化基礎(chǔ)資源封裝技術(shù)是是物理實際的邏輯抽象，包括統(tǒng)一的資源描述和標(biāo)準(zhǔn)的資源封裝［13］。資源描述有助于資源的整合，方便資源之間的訪問；資源封裝則將整合之后的資源進行能力化的封裝，以便上層使用。平臺通過單機虛擬化、多機虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、計算存儲虛擬化等技術(shù)對分布式基礎(chǔ)服務(wù)資源進行透明化整合，經(jīng)過整合封裝后的資源屏蔽了硬件資源的差異性，能夠按照需求靈活分配給用戶，提高了資源的利用率和復(fù)用性。

2.5 統(tǒng)一數(shù)據(jù)交互方案

異構(gòu)設(shè)備有不同的接口，不同的數(shù)據(jù)格式，必須依靠統(tǒng)一數(shù)據(jù)交互方案來保證設(shè)備之間的正常通信，數(shù)據(jù)交互主要包括橫向和縱向兩個方面［14］。橫向來說，各層設(shè)備之間必須保證彼此不發(fā)生沖突，協(xié)同工作共同提供服務(wù)?？v向來看，各層之間也需要保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確傳輸，資源服務(wù)正常提供。統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交互方案保證了平臺在縱向、橫向兩個方面的數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)了平臺的松耦合、可配置和易測試。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

面向多終端異構(gòu)系統(tǒng)的中間件平臺核心模塊包括能力層、中間件平臺和移動終端應(yīng)用平臺3個層次，如圖6所示，每個層次都有相對應(yīng)的模塊來實現(xiàn)層次功能。

3.1 能力層

圖6 核心模塊設(shè)計

能力層包括基礎(chǔ)設(shè)施和基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控管理兩層結(jié)構(gòu)，采用Apache開源項目Hadoop來構(gòu)建基礎(chǔ)設(shè)施，采用Xen進行資源的虛擬化工作，采用zabbix來監(jiān)控整個集群。

采用Hadoop來構(gòu)建基礎(chǔ)設(shè)施主要是由于其具有一種用于數(shù)據(jù)處理的編程模式MapReduce，該模式下的程序本質(zhì)上是并行的。因此，Hadoop是一個能夠?qū)Υ罅繑?shù)據(jù)進行分布式處理的軟件框架，并且處理方式是可靠、可伸縮和高效的。利用Hadoop可以異構(gòu)不同的服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)設(shè)備，共同提供強大的基礎(chǔ)能力［15］。

采用Xen進行資源虛擬化工作可以實現(xiàn)開源，且無需特殊硬件支持，就能達到高性能的虛擬化。Xen的模擬類型主要有半虛擬化和全虛擬化兩種，前者要求虛擬機與原操作系統(tǒng)相同，后者則可以兼容不同類型的操作系統(tǒng)。

利用開源監(jiān)控集群zabbix，可以輕松得到集群運行時的數(shù)據(jù)，方便進行數(shù)據(jù)分析。Zabbix利用zabbix server可以監(jiān)視遠(yuǎn)程服務(wù)器／網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，進行數(shù)據(jù)收集，利用zabbix agent安裝在被監(jiān)視的服務(wù)器上，完成對其硬件信息、內(nèi)存和CPU等信息的收集，并且可以通過柔軟的通知機制以讓系統(tǒng)管理員快速定位／解決存在的各種問題。

3.2 中間件平臺

中間件平臺中主要包括Tomcat、Equinox和Eclipse。Tomcat實現(xiàn)一種運行環(huán)境，Equinox規(guī)定一種基于OSGi標(biāo)準(zhǔn)的框架，Eclipse提供一種簡單實用的開發(fā)工具。

選用Eclipse作為開發(fā)工具可以實現(xiàn)開源、易用、跨平臺和支持多種語言開發(fā)，方便本系統(tǒng)的協(xié)同開發(fā)，并且可以基于OSGi標(biāo)準(zhǔn)的框架Equinox來進行開發(fā)設(shè)計，Eclipse眾多插件使其相比于其他IDE更具有靈活性。

采用Tomcat實現(xiàn)運行環(huán)境是因為其是輕量級應(yīng)用服務(wù)器，技術(shù)比較成熟。當(dāng)配置好Apache服務(wù)器時，他可以響應(yīng)對HTML的訪問請求，Tomcat作為Apache的擴展，可以響應(yīng)對JSP、Servlet的訪問請求，增加了平臺的靈活性。

采用Equinox可以通過Java語言實現(xiàn)OSGi，提供了應(yīng)用之間相互通信的支持，用戶可以向環(huán)境注冊自己的服務(wù)，也可以查詢環(huán)境中動態(tài)存在的服務(wù)并加以利用。根據(jù)OSGi標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)出的服務(wù)就是Bundle，包含清單文件和一些Java類的組合。Bundle由許多功能互異且相互獨立的基本服務(wù)組成，主要實現(xiàn)安裝、升級和卸載、開始和停止、注冊、注銷和跟蹤服務(wù)的任務(wù)。Bundle中注冊的Service服務(wù)可以通過SOAP協(xié)議與其他Web服務(wù)實現(xiàn)消息傳遞，實現(xiàn)了異構(gòu)平臺間的互操作。Bundles通過注冊中心發(fā)布之后，用戶通過查詢UDDI注冊中心，可得到所需服務(wù)的WSDL文件。

3.3 移動終端應(yīng)用平臺

移動終端應(yīng)用平臺就是將平臺上提供的各種應(yīng)用、服務(wù)展現(xiàn)給用戶，供用戶選擇實用。

Web Service就是利用網(wǎng)頁來展示平臺上的各種應(yīng)用，可以利用中間件平臺上的Tomcat來實現(xiàn)，網(wǎng)頁上面提供各種應(yīng)用、接口以及說明介紹文檔，終端用戶按照說明文檔直接調(diào)用接口就可以享受到應(yīng)用服務(wù)。Application Product則是移動終端應(yīng)用軟件，通過軟件在終端上展示服務(wù)，供用戶隨時隨地下載使用，故其底層連接和Web相同，可以共用。

4 實驗與分析

用戶登陸平臺使用平臺服務(wù)的流程如圖7所示：用戶通過用戶名和密碼來鑒別，如果沒有注冊或者輸入錯誤則返回重新登錄或注冊。用戶名和密碼匹配之后根據(jù)注冊信息將用戶分為普通用戶、開發(fā)者和管理者3種級別，每種級別賦予不同等級的權(quán)限。普通用戶只是查看平臺上的服務(wù)和訂制自己所需要的服務(wù)；開發(fā)者可以查看平臺上的服務(wù)，也可以開發(fā)自己的服務(wù)上傳到平臺上供普通用戶使用；管理者則監(jiān)控整個平臺，保證平臺的正常運行。

開發(fā)者可以利用平臺上的基礎(chǔ)能力快速開發(fā)服務(wù)，開發(fā)者快速開發(fā)過程如圖8所示。在Eclipse中，src中是自己開發(fā)的代碼，Referenced Libraries中是從平臺上下載的基礎(chǔ)能力，以jar包形式添加到項目當(dāng)中，就可以利用接口實現(xiàn)功能，服務(wù)開發(fā)完成后可以上傳到平臺上供普通用戶使用。

普通用戶可以借助平臺上的服務(wù)接口直接使用服務(wù)也可以將服務(wù)成品下載到移動終端安裝后使用，圖9展示了Intelligence Campus在移動終端上的運行效果，左側(cè)是自習(xí)室查詢效果，右側(cè)是校園招聘信息效果。

圖9 終端展示

從圖9中可以清楚的看到在面向多異構(gòu)系統(tǒng)的中間件平臺體系結(jié)構(gòu)上的終端應(yīng)用成功在移動終端上運行，我們可以簡單的查詢到適合自己的自習(xí)室，清楚的了解學(xué)校中的最新消息。說明 “能力＋中間件＋終端應(yīng)用”服務(wù)模式的成功實現(xiàn)，也驗證了該面向多終端異構(gòu)系統(tǒng)的中間件平臺框架結(jié)構(gòu)的可行性和正確性。

5 結(jié)束語

針對目前移動終端自身所存在的弊端以及對中間件平臺、虛擬化等技術(shù)的研究，本文提出了一種面向多終端異構(gòu)系統(tǒng)的中間件平臺架構(gòu)，采用 “能力＋中間件平臺＋終端應(yīng)用”的新型應(yīng)用服務(wù)模式。能力層提供強大的能力，中間件平臺屏蔽異構(gòu)設(shè)備和終端，終端應(yīng)用平臺將移動終端接入平臺，角色管理明確用戶權(quán)限，安全監(jiān)控保障平臺運轉(zhuǎn)，5個模塊協(xié)同工作實現(xiàn)了平臺的標(biāo)準(zhǔn)化、動態(tài)可擴展、模塊間松耦合、基礎(chǔ)能力可組裝和多終端異構(gòu)系統(tǒng)可接入。最后通過Android智能移動終端測試了新框架下開發(fā)出來的應(yīng)用軟件，驗證了服務(wù)模式的可行性和框架結(jié)構(gòu)的正確性。

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