陳暢
摘 要:為了簡化鄰近異構(gòu)分布式通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組建并統(tǒng)一物聯(lián)網(wǎng)通信框架,采用高通公司最新推出的AllJoyn開源框架,進行了Windows平臺間通過WiFi-Direct方式傳輸文件的組網(wǎng)實驗及VMware下Windows與Linux間的跨平臺通信實驗。結(jié)果證明:AllJoyn框架在通信協(xié)議與平臺方面的獨立性良好,而WiFi-Direct方式則具有組網(wǎng)過程簡單、傳輸速度較快的特點。
關(guān)鍵詞:AllJoyn;物聯(lián)網(wǎng);跨平臺;近場無線通信;點對點數(shù)據(jù)傳輸
中圖分類號:TN925 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:2095-1302(2014)08-0049-03
0 引 言
隨著智能設(shè)備的發(fā)展與移動終端的普及,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸在生活生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用,近距離無線組網(wǎng)技術(shù)備受關(guān)注[1]。但現(xiàn)有的解決方案缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),開發(fā)者需要實現(xiàn)通信的框架、協(xié)議與承載的平臺,存在著獨立開發(fā)的技術(shù)不能相互適配和連通、開發(fā)成本高昂等缺點[2]。高通的AllJoyn開源框架針對現(xiàn)有的問題提出了一套完整的解決方案,在操作系統(tǒng)、開發(fā)語言、物理網(wǎng)絡(luò)和通信協(xié)議上具有獨立性[3]。本文以開發(fā)者的角度從整體的高度分析了AllJoyn的軟件框架與在C++語言下的應(yīng)用,并利用AllJoyn框架,通過WiFi-Direct的連接方式實現(xiàn)了搭載Windows系統(tǒng)的終端間的組網(wǎng)通信實驗,與VMware虛擬機下Windows與Linux間的跨平臺通信實驗。
1 AllJoyn與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的工作流程是使用各類集成化的傳感器實時感知和采集所需的信息,經(jīng)過信息處理基站對信息進行分析、處理,并通過自組織的無線通信網(wǎng)絡(luò)以“多跳中繼”的方式將信息傳送到用戶終端[4]。AllJoyn是一個獨立于操作系統(tǒng)、開發(fā)語言、通信協(xié)議的通用軟件框架,提供了一種廣播和發(fā)現(xiàn)服務(wù)的抽象,簡化了定位和應(yīng)用服務(wù)的流程,適合用來組建無線通信網(wǎng)絡(luò)。
2 AllJoyn的優(yōu)勢
AllJoyn作為開源的中性平臺系統(tǒng),是一個“能夠使連接設(shè)備間進行互操作的通用軟件框架和系統(tǒng)服務(wù)核心集”,在操作系統(tǒng)、開發(fā)語言、物理網(wǎng)絡(luò)和通信協(xié)議上具有獨立性。并且在框架內(nèi)部集成了對網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議的實現(xiàn)與管理,不需要上層應(yīng)用程序的開發(fā)人員對每種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特性進行了解,近距離傳輸速度快,組網(wǎng)流程簡單,并且為“握手”模式的安全通信模型提供框架(PasswordManager類)[5]。
3 AllJoyn基本概念[6]
3.1 總線與總線附件
AllJoyn總線是AllJoyn通信框架的基本抽象,是所有通信過程的承載。它的作用類似于工業(yè)上的數(shù)據(jù)總線,為消息在分布式系統(tǒng)上的傳遞提供了一個精簡高效的消息序列??偩€附件(BusAttachment)是應(yīng)用程序進程與AllJoyn總線連接的媒介,可分別作為服務(wù)端、客戶端或著作為通信的對等點。
3.2 總線對象與總線接口
總線對象(BusObject)實現(xiàn)總線接口(Interface)與總線方法(Method),是通信的發(fā)起點與終點,使用時需要在總線附件中注冊??偩€接口定義了接口規(guī)范(ajn::InterfaceDescription類),并將總線方法、總線信號、總線屬性及相關(guān)的類型簽名封裝到一個消息組(ajn::MsgArg類)中[7]。
3.3 總線守護進程
總線守護進程(Daemon)是運行在操作系統(tǒng)中用來實現(xiàn)分布式邏輯總線段的進程。分布式總線段的連接實質(zhì)上就是守護進程間通信的建立,除了使用庫文件中的綁定守護進程(BundledDaemon)完成底層網(wǎng)絡(luò)連接的實現(xiàn),還可以為瘦客戶端(Thin Client)編程實現(xiàn)精簡易用的守護進程。
3.4 AllJoyn會話
會話的建立由服務(wù)器的半連接(會話選項、總線名稱、會話端口)與客戶端的半連接(會話選項、唯一名稱、會話ID)的組合實現(xiàn)[8],產(chǎn)生唯一的AllJoyn通信路徑。在客戶端搜尋到由服務(wù)器廣播出來的服務(wù)名之后,需要通過加入AllJoyn會話才能進行通信。
3.5 AllJoyn通信原理
圖1所示是總線消息模式示意圖。處于分布式總線段上的兩個應(yīng)用程序,采用廣播與發(fā)現(xiàn)well-known服務(wù)名(如圖1中的org.alljoyn.sample.service)的方式發(fā)現(xiàn)遠程設(shè)備,并通過連接遠程AllJoyn守護進程創(chuàng)建的總線建立通信,以加入AllJoyn會話的方式確定一條信息的傳遞路徑。信息的發(fā)送由總線對象的成員函數(shù)ajn::BusObject::Signal完成,信息的接收由向總線附件注冊的信息處理函數(shù)來完成(注冊由庫函數(shù)ajn::BusAttachment:: RegisterSignalHandler完成)。
4 AllJoyn軟件框架
AllJoyn的軟件框架由上層應(yīng)用程序、基本服務(wù)框架、路由結(jié)點(服務(wù)器)、客戶端與底層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。應(yīng)用層可由開發(fā)者使用不同的開發(fā)語言,通過使用基本服務(wù)框架與調(diào)用AllJoyn庫函數(shù)實現(xiàn),圖2所示是AllJoyn軟件框架示意圖。
5 開發(fā)環(huán)境的構(gòu)建
Windows 7平臺:安裝VisualStudio 2010;從官網(wǎng)下載VisualStudio 2010版本的預(yù)編譯SDK(或使用源碼包編譯[9]);打開samples目錄下的VC2008Win7工程,并按提示自動轉(zhuǎn)換(庫與頭文件的路徑在工程中都已經(jīng)添加);復(fù)制一個示例工程并刪除其中的示例項目,得到一個完整的開發(fā)環(huán)境。
Fedora 19平臺可從官網(wǎng)下載源碼包(或使用git工具克隆一個鏡像工程:git clone https://git.allseenalliance.org/gerrit/p/All-Projects.git[10]),并安裝工具與依賴庫:“yum install gcc doxygen graphviz openssl-devel bluez-libs-devel”(根據(jù)錯誤提示安裝其他的依賴庫),同時使用scons工具編譯,編譯選項參考:“scons OS=linux CPU=x86 DOCS=dev BINDINGS=cpp,c WS=offVARIANT=release”,編譯成功后,在源碼目錄下的build目錄中能找到編譯出的release版本的AllJoyn庫文件;在samples中將Makefile的示例復(fù)制出來,并在“LIBS”項后添加“-lalljoyn ../../lib/BundledRouter.o -lajrouter”,使程序運行時使用編譯好的綁定守護進程(BundledDaemon);再使用make工具編譯源碼得到可執(zhí)行程序。endprint
6 組網(wǎng)通信實驗
6.1 WiFi-Direct傳輸文件實驗
在兩臺搭載Windows系統(tǒng)的終端上進行該實驗,利用Windows 7自帶的WiFi-Direct進行連接,其中一臺在網(wǎng)絡(luò)與共享中心里設(shè)置新的無線網(wǎng)絡(luò)連接,另一臺搜索相應(yīng)的無線網(wǎng)絡(luò)并連接,并分別使用ipconfig與ping來測試連接。
完成無線網(wǎng)絡(luò)的連接后,在作服務(wù)器的終端上運行cpp/bin/samples/FileTransferService.exe
經(jīng)過多次實驗統(tǒng)計,可得到表1所列的統(tǒng)計結(jié)果。測試結(jié)果說明,在同等距離下,單次傳輸大文件的平均速度慢于傳輸小文件的速度;小文件的傳輸速度存在著一定的不穩(wěn)定性;傳輸?shù)钠骄俣入S距離的增大而減小。
實驗說明:示例文件中的FileTransferService.exe在傳輸文件時可能會崩潰,原因在于在源代碼移植過程中沒有處理好Windows平臺下的數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換,在FileTransfer()函數(shù)中將變量bufferLength的從std::streamsize類型強制轉(zhuǎn)換為unsigned int就能解決崩潰的問題,在目前最新的14.02.00版本中該問題仍然存在。
6.2 跨平臺通信實驗
該實驗使用示例文件chat.exe測試Windows與Linux平臺間的通信。實驗的流程與圖3類似,所不同的是chat程序集成了服務(wù)器與客戶端,并使用main函數(shù)參數(shù)對功能進行選擇。經(jīng)對比后發(fā)現(xiàn),在Linux平臺下編譯所使用的chat.cc源碼與Windows下的完全一致,體現(xiàn)出AllJoyn框架下源碼的可移植性強。
由于Fedora 19平臺被搭建在VMware虛擬機中,所以使用NAT的網(wǎng)絡(luò)連接方式就能實現(xiàn)Windows主機與Linux虛擬機的網(wǎng)絡(luò)連接(通過VMware虛擬以太網(wǎng)配適器Vment8連接)[11]。在Windows終端中輸入chat.exe -s ROOM創(chuàng)建名為ROOM的服務(wù)名,Linux終端中輸入./chat -j ROOM &搜索名為ROOM服務(wù)名,并加入相應(yīng)AllJoyn會話中,從而建立起Windows與Linux間的通信。
實驗說明:運行時有可能會出現(xiàn)找不到動態(tài)庫liballjoyn.so的錯誤提示,可將$PWD../../lib/中的liballjoyn.so拷貝至$PWD,并在Makefile的LIBS后添加-Wl,-rpath=”./”來修正錯誤。
7 結(jié) 語
AllJoyn的獨立性通信場景可以經(jīng)過移植并推廣到通過Bluetooth、Zigbee等不同的通信協(xié)議進行通信,同時也可以推廣到搭載Android、iOS、ARM-Linux等主流操作系統(tǒng)上,或以瘦客戶端(Thin Client)的方式推廣到實時操作系統(tǒng)(RTOS)移動終端的通信上,對構(gòu)建局域無線通信網(wǎng)絡(luò)具有較高的應(yīng)用價值。
參 考 文 獻
[1]姚旭東.國內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的比較研究[D].成都:西南交通大學(xué),2012.
[2]姚旭東.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展困境之研究[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2012,2(5):70-74.
[3] AllJoyn官方網(wǎng)站[EB/OL].[2014-04-09]. https://www.alljoyn.org.
[4]徐濤.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及問題研究[J].中國市場,2010(32):96-98.
[5]黃娜.AllJoyn的優(yōu)勢[EB/OL].[2013-09-05]. http://www.csdn.net/article/a/2013-09-05/15816547.
[6] AllJoyn基本概念[EB/OL].[2014-03-05]. http://blog.csdn.net/znuoghco/article/details/20548013.
[7]楊云君.JNI方法簽名規(guī)則[EB/OL].[2013-05-27]. http://book.51cto.com/art/201305/395888.htm.
[8]仝武寧,冉崇善,李宏斌.半連接查詢優(yōu)化算法的研究[J].計算機工程與設(shè)計,2011(3):972-975.
[9]鄭海波.AllJoyn在win7的編譯與使用[EB/OL].[2013-12-16].http://blog.csdn.net/nupt123456789/article/details/17361877.
[10]劉悅之.基于Git的分布式版本控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].科技傳播,2012(22):197-198.
[11]徐克楠.虛擬機vmware中NAT網(wǎng)絡(luò)模式應(yīng)用解析[J].硅谷,2014(1):111-112.
6 組網(wǎng)通信實驗
6.1 WiFi-Direct傳輸文件實驗
在兩臺搭載Windows系統(tǒng)的終端上進行該實驗,利用Windows 7自帶的WiFi-Direct進行連接,其中一臺在網(wǎng)絡(luò)與共享中心里設(shè)置新的無線網(wǎng)絡(luò)連接,另一臺搜索相應(yīng)的無線網(wǎng)絡(luò)并連接,并分別使用ipconfig與ping來測試連接。
完成無線網(wǎng)絡(luò)的連接后,在作服務(wù)器的終端上運行cpp/bin/samples/FileTransferService.exe
經(jīng)過多次實驗統(tǒng)計,可得到表1所列的統(tǒng)計結(jié)果。測試結(jié)果說明,在同等距離下,單次傳輸大文件的平均速度慢于傳輸小文件的速度;小文件的傳輸速度存在著一定的不穩(wěn)定性;傳輸?shù)钠骄俣入S距離的增大而減小。
實驗說明:示例文件中的FileTransferService.exe在傳輸文件時可能會崩潰,原因在于在源代碼移植過程中沒有處理好Windows平臺下的數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換,在FileTransfer()函數(shù)中將變量bufferLength的從std::streamsize類型強制轉(zhuǎn)換為unsigned int就能解決崩潰的問題,在目前最新的14.02.00版本中該問題仍然存在。
6.2 跨平臺通信實驗
該實驗使用示例文件chat.exe測試Windows與Linux平臺間的通信。實驗的流程與圖3類似,所不同的是chat程序集成了服務(wù)器與客戶端,并使用main函數(shù)參數(shù)對功能進行選擇。經(jīng)對比后發(fā)現(xiàn),在Linux平臺下編譯所使用的chat.cc源碼與Windows下的完全一致,體現(xiàn)出AllJoyn框架下源碼的可移植性強。
由于Fedora 19平臺被搭建在VMware虛擬機中,所以使用NAT的網(wǎng)絡(luò)連接方式就能實現(xiàn)Windows主機與Linux虛擬機的網(wǎng)絡(luò)連接(通過VMware虛擬以太網(wǎng)配適器Vment8連接)[11]。在Windows終端中輸入chat.exe -s ROOM創(chuàng)建名為ROOM的服務(wù)名,Linux終端中輸入./chat -j ROOM &搜索名為ROOM服務(wù)名,并加入相應(yīng)AllJoyn會話中,從而建立起Windows與Linux間的通信。
實驗說明:運行時有可能會出現(xiàn)找不到動態(tài)庫liballjoyn.so的錯誤提示,可將$PWD../../lib/中的liballjoyn.so拷貝至$PWD,并在Makefile的LIBS后添加-Wl,-rpath=”./”來修正錯誤。
7 結(jié) 語
AllJoyn的獨立性通信場景可以經(jīng)過移植并推廣到通過Bluetooth、Zigbee等不同的通信協(xié)議進行通信,同時也可以推廣到搭載Android、iOS、ARM-Linux等主流操作系統(tǒng)上,或以瘦客戶端(Thin Client)的方式推廣到實時操作系統(tǒng)(RTOS)移動終端的通信上,對構(gòu)建局域無線通信網(wǎng)絡(luò)具有較高的應(yīng)用價值。
參 考 文 獻
[1]姚旭東.國內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的比較研究[D].成都:西南交通大學(xué),2012.
[2]姚旭東.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展困境之研究[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2012,2(5):70-74.
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[10]劉悅之.基于Git的分布式版本控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].科技傳播,2012(22):197-198.
[11]徐克楠.虛擬機vmware中NAT網(wǎng)絡(luò)模式應(yīng)用解析[J].硅谷,2014(1):111-112.
6 組網(wǎng)通信實驗
6.1 WiFi-Direct傳輸文件實驗
在兩臺搭載Windows系統(tǒng)的終端上進行該實驗,利用Windows 7自帶的WiFi-Direct進行連接,其中一臺在網(wǎng)絡(luò)與共享中心里設(shè)置新的無線網(wǎng)絡(luò)連接,另一臺搜索相應(yīng)的無線網(wǎng)絡(luò)并連接,并分別使用ipconfig與ping來測試連接。
完成無線網(wǎng)絡(luò)的連接后,在作服務(wù)器的終端上運行cpp/bin/samples/FileTransferService.exe
經(jīng)過多次實驗統(tǒng)計,可得到表1所列的統(tǒng)計結(jié)果。測試結(jié)果說明,在同等距離下,單次傳輸大文件的平均速度慢于傳輸小文件的速度;小文件的傳輸速度存在著一定的不穩(wěn)定性;傳輸?shù)钠骄俣入S距離的增大而減小。
實驗說明:示例文件中的FileTransferService.exe在傳輸文件時可能會崩潰,原因在于在源代碼移植過程中沒有處理好Windows平臺下的數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換,在FileTransfer()函數(shù)中將變量bufferLength的從std::streamsize類型強制轉(zhuǎn)換為unsigned int就能解決崩潰的問題,在目前最新的14.02.00版本中該問題仍然存在。
6.2 跨平臺通信實驗
該實驗使用示例文件chat.exe測試Windows與Linux平臺間的通信。實驗的流程與圖3類似,所不同的是chat程序集成了服務(wù)器與客戶端,并使用main函數(shù)參數(shù)對功能進行選擇。經(jīng)對比后發(fā)現(xiàn),在Linux平臺下編譯所使用的chat.cc源碼與Windows下的完全一致,體現(xiàn)出AllJoyn框架下源碼的可移植性強。
由于Fedora 19平臺被搭建在VMware虛擬機中,所以使用NAT的網(wǎng)絡(luò)連接方式就能實現(xiàn)Windows主機與Linux虛擬機的網(wǎng)絡(luò)連接(通過VMware虛擬以太網(wǎng)配適器Vment8連接)[11]。在Windows終端中輸入chat.exe -s ROOM創(chuàng)建名為ROOM的服務(wù)名,Linux終端中輸入./chat -j ROOM &搜索名為ROOM服務(wù)名,并加入相應(yīng)AllJoyn會話中,從而建立起Windows與Linux間的通信。
實驗說明:運行時有可能會出現(xiàn)找不到動態(tài)庫liballjoyn.so的錯誤提示,可將$PWD../../lib/中的liballjoyn.so拷貝至$PWD,并在Makefile的LIBS后添加-Wl,-rpath=”./”來修正錯誤。
7 結(jié) 語
AllJoyn的獨立性通信場景可以經(jīng)過移植并推廣到通過Bluetooth、Zigbee等不同的通信協(xié)議進行通信,同時也可以推廣到搭載Android、iOS、ARM-Linux等主流操作系統(tǒng)上,或以瘦客戶端(Thin Client)的方式推廣到實時操作系統(tǒng)(RTOS)移動終端的通信上,對構(gòu)建局域無線通信網(wǎng)絡(luò)具有較高的應(yīng)用價值。
參 考 文 獻
[1]姚旭東.國內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的比較研究[D].成都:西南交通大學(xué),2012.
[2]姚旭東.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展困境之研究[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2012,2(5):70-74.
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[4]徐濤.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及問題研究[J].中國市場,2010(32):96-98.
[5]黃娜.AllJoyn的優(yōu)勢[EB/OL].[2013-09-05]. http://www.csdn.net/article/a/2013-09-05/15816547.
[6] AllJoyn基本概念[EB/OL].[2014-03-05]. http://blog.csdn.net/znuoghco/article/details/20548013.
[7]楊云君.JNI方法簽名規(guī)則[EB/OL].[2013-05-27]. http://book.51cto.com/art/201305/395888.htm.
[8]仝武寧,冉崇善,李宏斌.半連接查詢優(yōu)化算法的研究[J].計算機工程與設(shè)計,2011(3):972-975.
[9]鄭海波.AllJoyn在win7的編譯與使用[EB/OL].[2013-12-16].http://blog.csdn.net/nupt123456789/article/details/17361877.
[10]劉悅之.基于Git的分布式版本控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].科技傳播,2012(22):197-198.
[11]徐克楠.虛擬機vmware中NAT網(wǎng)絡(luò)模式應(yīng)用解析[J].硅谷,2014(1):111-112.
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)2014年8期