摘? 要： 分析了Jini和藍牙技術(shù)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理,對這兩種技術(shù)進行了比較,并提出將兩者結(jié)合應(yīng)用的實現(xiàn)方案,最后給出了一個應(yīng)用實例。

　　關(guān)鍵詞： Jini 藍牙技術(shù) 普適計算

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　　隨著嵌入式系統(tǒng)在各種電子設(shè)備中的廣泛應(yīng)用,計算機技術(shù)的發(fā)展將進入一個普適計算" title="普適計算">普適計算(Pervasive Computing)階段。隨之而來的各種電子設(shè)備聯(lián)網(wǎng)成為必然趨勢。與人類生活息息相關(guān)的各種家電設(shè)備能夠聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)并接入互聯(lián)網(wǎng),人們可以在任何時間、任何地點統(tǒng)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現(xiàn)。

1 Jini技術(shù)

　　Jini技術(shù)是基于Java語言的新型分布式對等計算結(jié)構(gòu),是一種動態(tài)的自動化機制,它可以使各種數(shù)字設(shè)備無需配置、安裝或人工干預(yù),在一個臨時的設(shè)備集合(聯(lián)邦,federation)中共同工作。聯(lián)邦中的任何設(shè)備無論大小都可以自行管理,組成一個服務(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(jié)構(gòu)提供一套機制使得電子設(shè)備和應(yīng)用程序能夠隨時加入或退出聯(lián)邦。

　　Jini由三部分組成:基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(Infrastructure)、編程模型" title="編程模型">編程模型和服務(wù)。這三部分雖有區(qū)別但又密不可分,基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)支持并利用編程模型;服務(wù)內(nèi)嵌于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之中,服務(wù)對象包含并利用編程模型的接口進行服務(wù)之間的通信?；A(chǔ)結(jié)構(gòu)解決設(shè)備和軟件如何與網(wǎng)絡(luò)連接并進行注冊等基本問題。它由構(gòu)成分布式聯(lián)邦的組件組成,其最小內(nèi)核為分布式安全系統(tǒng)、發(fā)現(xiàn)與加入?yún)f(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現(xiàn)定義了軟件實體的認(rèn)證方式及操作權(quán)限;發(fā)現(xiàn)與加入?yún)f(xié)議定義了服務(wù)加入Jini系統(tǒng)的方法;查找服務(wù)則是供服務(wù)注冊登記的場所,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間的資源分配和釋放方法;事務(wù)接口引入了一種面向?qū)ο蟮膮f(xié)議,使用表決和提交兩個階段來統(tǒng)一對象之間的相關(guān)行為,使得一個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(chǔ)結(jié)構(gòu)和編程模型共同支持服務(wù)的提交注冊及服務(wù)的發(fā)現(xiàn),服務(wù)使用基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)完成服務(wù)之間的相互調(diào)用、相互發(fā)現(xiàn)并向其他服務(wù)發(fā)布本服務(wù)的出現(xiàn)。服務(wù)在Jini環(huán)境中以對象的形式出現(xiàn),它通過接口來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(xiàn)協(xié)議(discovery)搜索查找服務(wù)(lookup service),獲得相應(yīng)查找服務(wù)的代理接口,然后使用加入?yún)f(xié)議(join)將自己注冊到查找服務(wù)中,這時該服務(wù)可以為其他服務(wù)所使用。想要使用其它服務(wù)的設(shè)備或應(yīng)用程序,首先與其相鄰的查找服務(wù)進行連接。這時可以看到本聯(lián)邦內(nèi)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)的代理接口下載到本地之后就可以與服務(wù)提供者進行直接交互通信。同樣當(dāng)一個查找服務(wù)啟動時,它也使用發(fā)現(xiàn)協(xié)議向服務(wù)廣播自己的出現(xiàn),以便服務(wù)進行注冊登記。

　　圖1對以上過程進行了形象描述:用發(fā)現(xiàn)協(xié)議搜索到查找服務(wù),若已預(yù)置某個查找服務(wù)的URL則可直接進行通信;將服務(wù)代理對象注冊到查找服務(wù);服務(wù)客戶將服務(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)提供者直接通信,使用該項服務(wù)。

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2 藍牙協(xié)議

　　藍牙是一種低成本的技術(shù),可以在依賴電池操作的目標(biāo)機上實現(xiàn)低功耗、短距離的固定通信。這些目標(biāo)機包括:PDA、無線電話、便攜電腦和無線耳機等。

　　在藍牙的拓?fù)渲?一個主設(shè)備可以帶多個從設(shè)備,并且維持7條鏈接。一般來說,在任何時刻,主設(shè)備會與一個從設(shè)備維持點對點通信?？梢越煞N通信:一種以異步方式傳輸數(shù)據(jù),另一種以同步方式傳輸聲音。通信類型由主設(shè)備決定,并負(fù)責(zé)建立特殊應(yīng)用所需的鏈接,直至應(yīng)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,藍牙只能支持短距離通信,最遠10m?，F(xiàn)在加強性標(biāo)準(zhǔn)可以將距離提高到100m,要求便攜式設(shè)備的電池壽命更長。藍牙技術(shù)不會替換IEEE 802.11中所提出的無線LAN的功能。相比較而言,藍牙只能在744Mbps的數(shù)據(jù)率上操作。當(dāng)然,IEEE 802.11 LAN也更加昂貴。

　　藍牙可以支持無線主機控制器(負(fù)責(zé)空中鏈路" title="鏈路">鏈路管理、調(diào)制解調(diào)器、聲音編碼/解碼)與另外一臺帶有協(xié)議棧和應(yīng)用軟件的主機之間的通信。如果應(yīng)用軟件想要控制無線主機控制器,那么就需要鏈路管理代理(link management proxy)模塊,它可以提供應(yīng)用程序接口。這一模塊在藍牙標(biāo)準(zhǔn)中沒有說明,但是如果希望通過主機控制接口進行通信,協(xié)議棧中應(yīng)包括這一模塊。棧接口提供的主要功能就是初始化發(fā)現(xiàn)進程和連接進程。發(fā)現(xiàn)進程將管理信息發(fā)送到10m范圍內(nèi)的所有藍牙設(shè)備,以便獲取可用的藍牙設(shè)備列表;連接進程可以與一個或多個可用的藍牙設(shè)備建立連接。所有的應(yīng)用程序都必須使用這些進程,它們是GAP(General Access Protocol)的一部分,在任何應(yīng)用使用鏈路前,必須將GAP與藍牙設(shè)備相連。

　　鏈路安全將利用鑒別進程,在實現(xiàn)子網(wǎng)時,用來確認(rèn)某設(shè)備是否可以與另一設(shè)備互連。鑒別操作由無線主機控制器完成,鑒別命令由安全管理模塊發(fā)出。該模塊會訪問以前完成的操作進程,可以與藍牙設(shè)備進行數(shù)據(jù)庫信息的連接,這些記錄存在設(shè)備數(shù)據(jù)庫中,由安全數(shù)據(jù)庫來維護主藍牙設(shè)備所提供的與三種安全級別有關(guān)的服務(wù)紀(jì)錄。建立兩個設(shè)備之間的連接時,安全管理模塊會做出反應(yīng),查詢兩個設(shè)備的數(shù)據(jù)庫,請求無線控制器開始鑒別進程或忽略鑒別進程。數(shù)據(jù)鏈路層加密也是同樣的道理。棧控制器是另外一個包含在棧軟件中的模塊,可以提供接口調(diào)用棧軟件,從而繼續(xù)處理由主機或其他藍牙設(shè)備通過無線主機控制器發(fā)來的排序或緩沖數(shù)據(jù)。更為重要的是,棧管理模塊管理所有的內(nèi)部棧時鐘,因而使用該棧十分輕松,而且非常容易移植到其他的操作系統(tǒng)上。其余模塊按照應(yīng)用要求分類,在運行藍牙協(xié)議時,這也是實際藍牙連接的情況。

3 Jini與藍牙技術(shù)的結(jié)合應(yīng)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)主要實現(xiàn)鄰近的電子設(shè)備無線連接,是硬件設(shè)備的無線互連協(xié)議;Jini則是實現(xiàn)分布式軟件服務(wù)(包括無線設(shè)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)說明;而Jini的“移動代碼”代理服務(wù)對象可以動態(tài)地互操作。兩者在ISO/OSI的體系結(jié)構(gòu)中的位置如圖2所示。Jini主要位于表示層和會話層,而藍牙的協(xié)議棧貫穿了整個體系結(jié)構(gòu)。Jini的發(fā)現(xiàn)協(xié)議和分布式安全模型加強了藍牙技術(shù)的發(fā)現(xiàn)進程和安全管理模塊。

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3.2 應(yīng)用方案

　　Jini的注冊和注銷服務(wù)與藍牙設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的加入和退出非常類似。Jini控制網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的租借,始終使查找服務(wù)保持最新狀態(tài)。在下一節(jié)中將詳細(xì)描述應(yīng)用實例,本節(jié)進行方案設(shè)計。

　　通常有三種形式來實現(xiàn)其Jini網(wǎng)絡(luò)功能:基于完整虛機的設(shè)備實現(xiàn),基于嵌入式虛機的設(shè)備實現(xiàn)和基于共享虛機的設(shè)備實現(xiàn)。

　　基于完整虛機設(shè)備實現(xiàn)中的設(shè)備指一般的通用設(shè)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(shè)備上能夠?qū)崿F(xiàn)Jini系統(tǒng)的所有功能,如各種協(xié)議功能、RMI、租借更新功能、動態(tài)代碼移動功能、分布式安全機制等。Jini是位于操作系統(tǒng)和虛擬機之上的功能層,多個設(shè)備隨機聯(lián)網(wǎng)形成一分布式資源共享系統(tǒng),網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議一般由操作系統(tǒng)分別采用TCP/IP協(xié)議有線方式和基于藍牙協(xié)議的無線連接方式兩種。本設(shè)計方案就是基于藍牙協(xié)議的無線連接方式實現(xiàn)。圖3描述了一種應(yīng)用方案。服務(wù)客戶、設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)代理通過藍牙網(wǎng)絡(luò)進行連接,同時也支持TCP/IP協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)中包含可以訪問的設(shè)備數(shù)據(jù)庫、查找服務(wù)。藍牙網(wǎng)絡(luò)通過SDP協(xié)議負(fù)責(zé)設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò),使設(shè)備能夠查詢、發(fā)現(xiàn)最鄰近的設(shè)備,并對這些設(shè)備進行訪問,從而實現(xiàn)遠程控制" title="遠程控制">遠程控制。遠程控制實現(xiàn)藍牙網(wǎng)絡(luò)與Jini的查找服務(wù)對話、詢問網(wǎng)絡(luò)可用設(shè)備的功能。查找服務(wù)保持網(wǎng)絡(luò)中運行的所有設(shè)備的動態(tài)列表,如:PDA、電話和CD播放機等。當(dāng)服務(wù)客戶(遠程控制)請求時,所有這些設(shè)備將相關(guān)的驅(qū)動程序發(fā)送到服務(wù)客戶。當(dāng)設(shè)備不再用時,通過租借終止對網(wǎng)絡(luò)發(fā)出警告,這是Jini的功能,主要用Java的RMI來實現(xiàn)。這種通信和保持服務(wù)更新的方式使Jini與藍牙網(wǎng)絡(luò)進行了很好的結(jié)合。

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4 應(yīng)用實例

　　基于Jini與藍牙開發(fā)了一個無線網(wǎng)絡(luò)點歌器JBMP3。它具有以下功能:播放客戶選取的歌曲、客戶端" title="客戶端">客戶端圖形界面、個性化定制客戶端播放列表。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。它由一個能播放音樂文件(mp3文件)的服務(wù)端程序、若干能控制服務(wù)程序的客戶端程序(遠程控制)和一個能支持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)。

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　　對應(yīng)用結(jié)合附圖作如下詳細(xì)說明:

　　(1)點歌器發(fā)布一個服務(wù)自己擁有的代理對象。例如,能夠按先進先出順序播放音樂文件。

　　(2)客戶端程序——通用遠程控制,詢問查找服務(wù)網(wǎng)絡(luò)能提供什么服務(wù)。

　　(3)查找服務(wù)通過與請求相匹配的代理對象副本答復(fù)客戶端的詢問。

　　(4)客戶端所有的請求都被送到同樣的服務(wù)器(點歌服務(wù)器)。請求通過Jini網(wǎng)絡(luò)5到達點歌服務(wù)器,服務(wù)器通過各自的鏈接(4)更新與之相連的代理對象。同時點歌器的更新以一致的形式顯示出來。

　　設(shè)計主要分為三部分:遠程控制接口設(shè)計、客戶端設(shè)計、服務(wù)器設(shè)計。

4.1 遠程控制接口產(chǎn)生的代碼

　　import net. jini. core . lease.*;

　　public interface RemoteControl {

　　public String getName ( );

　　public java.awt .Component. getDisplay( );

　　public Lease lease (long time)

　　throws

　　java. rmi. RemoteException,

　　LeaseDeniedException,

　　UnknownLeaseException;

??? }

??? getName ( ):通用遠程控制需要知道服務(wù)的名稱以便能在圖形界面上顯示服務(wù)的正確名稱。

　　getDisplay( ):通用遠程控制需要一個圖形界面來控制已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的不同服務(wù)。

　　lease (long time):通用遠程控制需要知道在多長的時間內(nèi)被允許使用某一服務(wù)(租借時間)。

4.2 客戶機設(shè)計

　　客戶機應(yīng)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機在慢速處理器和小存儲器的設(shè)備上運行只適合象PDA一類手持設(shè)備或蜂窩電話,因此在這里客戶機必需支持一些操作。它們是:

　　(1)發(fā)現(xiàn)已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)上注冊的服務(wù)的能力。例如,詢問查找服務(wù)可用的服務(wù)。

　　(2)當(dāng)一個服務(wù)在網(wǎng)絡(luò)上可行時被告知的能力。例如,發(fā)出需求后從查找服務(wù)接收代理對象。

　　(3)租借任意一段時間(非無限長)服務(wù)器資源的能力。這由客戶機的租借管理器完成。

　　(4)接收代理對象,而后經(jīng)接口向客戶機顯示的能力。本文是在通用遠程控制中的Java面板上實現(xiàn)的。

客戶機接口應(yīng)該能顯示網(wǎng)絡(luò)提供的不同服務(wù)。當(dāng)前播放列表中的歌曲隊列應(yīng)在顯示器上自動更新。

4.3 服務(wù)器設(shè)計

　　因為客戶機功能不強,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:

　　(1)提供一個服務(wù)。如代理對象。

　　(2)發(fā)現(xiàn)查找服務(wù)和在網(wǎng)絡(luò)上公布代理對象。

　　(3)寫服務(wù)身份(對每一個代理獨一無二)對象到文件。

　　(4)更新租借。

　　(5)斷開租借已經(jīng)到期的客戶機聯(lián)接。

　　上面幾點是應(yīng)用的核心。這幾點組成了用于構(gòu)建Jini應(yīng)用的基本通信特征。服務(wù)器應(yīng)該能加載目錄和發(fā)現(xiàn)所有的mp3文件。服務(wù)器是物理點歌器,它應(yīng)具有某種硬件用來播放mp3音頻文件。

　　Jini和藍牙技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用在通信環(huán)境中有以下優(yōu)點:首先,不需要網(wǎng)絡(luò)連接線;其次,不需要安裝設(shè)備驅(qū)動程序;再次,一個設(shè)備遠程控制另一個設(shè)備。這些特點使得網(wǎng)絡(luò)更容易連接和管理。雖然藍牙技術(shù)開發(fā)和生產(chǎn)的代價較高,Jini是SUN公司的免費產(chǎn)品,很容易掌握應(yīng)用編程接口,并可進行分布式計算。隨著藍牙技術(shù)和Jini技術(shù)規(guī)范的發(fā)布、不斷推廣與相互結(jié)合,生活中各種電器的互連將變得愈來愈方便,Jini的即插即用功能和藍牙的無線連網(wǎng)使得設(shè)備的增減變得非常簡單,使網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)可以分階段逐步完善而不必一次到位,滿足了一般用戶的需求。Jini技術(shù)和藍牙的結(jié)合,必將進一步推動信息無線網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展,成為信息網(wǎng)絡(luò)又一重要應(yīng)用領(lǐng)域,將極大地改變?nèi)藗兊纳罘绞?促進普適計算時代的到來。

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參考文獻

1 Maury Wright. Home-automation Networks mature while the? PC industry chases a new home LAN， EDN June 4，1998

2 The JINI architecture specification. SUN Micr.osystems，1999

3 The JINI device architecture specification.SUN microsystems，?1999