無線網(wǎng)絡(luò)即插即用！論JINI與藍(lán)牙技術(shù)結(jié)合
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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(jìn)入一個普適計算（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)備無法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)嵌入基礎(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(jìn)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(jìn)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)展，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(jìn)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)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(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)廣播自己出現(xiàn)，以便服務(wù)進(jìn)行注冊登記。
圖1對以上過程進(jìn)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(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(lán)牙協(xié)議
藍(lán)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(lán)牙的拓?fù)渲?，一個設(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。可以建立兩種通信：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(lán)牙不支持這種技術(shù)。同時，藍(lán)牙只能支持短距離通信，最遠(yuǎn)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(lán)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(lán)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(lán)牙可以支持無線主機控制器（負(fù)責(zé)空中鏈路管理、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(lán)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(jìn)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(jìn)程和連接進(jìn)程。發(fā)現(xiàn)進(jìn)程將管理信息發(fā)送到10m范圍內(nèi)的所有藍(lán)牙設(shè)備，以便獲取可用的藍(lán)牙設(shè)備列表；連接進(jìn)程可以與一個或多個可用的藍(lán)牙設(shè)備建立連接。所有的應(yīng)用程序都必須使用這個進(jìn)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(lán)牙設(shè)備相連。
鏈路安全將利用鑒別進(jìn)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(jìn)程，可以與藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)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(hù)主藍(lán)牙設(shè)備所提供的與三種完全級別有關(guān)的服務(wù)記錄。建立兩個設(shè)備之間的連接時，完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(jìn)程或忽略鑒別進(jìn)程。數(shù)據(jù)鏈路層加密也是同樣的道路。
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)用軟件，從而繼續(xù)處理由主機或其他藍(lán)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，而且非常容易移植以其他的操作系統(tǒng)上。其八模塊按照應(yīng)用要求分類，運行藍(lán)牙協(xié)議時，這也是實際藍(lán)牙連接的情況。
3、 JINI與藍(lán)牙技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用方案
3.1 JINI與藍(lán)牙技術(shù)的比較
JINI與藍(lán)牙技術(shù)是兩種互補性很強的技術(shù)。藍(lán)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(lán)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的慰。JINI主要位于表示層和會話層，而藍(lán)牙的協(xié)議棧貫空了整個體系結(jié)構(gòu)。JINI的發(fā)現(xiàn)協(xié)議和分布式安全模型加強了藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程和完全管理模塊。
3.2 應(yīng)用方案
JINI的注冊和注銷服務(wù)與藍(lán)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)。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(lán)牙協(xié)議的無線連接方式兩種。本設(shè)計方案就是基于協(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(lán)牙網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(lán)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(jìn)行訪問，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。遠(yuǎn)程控制實現(xiàn)藍(lán)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(yuǎn)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(lán)牙網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了很好的結(jié)合。
4 、應(yīng)用實例
基于JINI與藍(lán)牙開發(fā)了一個無線網(wǎng)絡(luò)點歌器JBMP3。它具有以下功能：播放客戶選取歌典、客戶端圖形界面、個性化定制客戶播放列表。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(yuǎn)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)。
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(jìn)先出順序播放音樂文件。
?。?）客戶端程序——通用遠(yuǎn)程控制，詢問查找服務(wù)網(wǎng)絡(luò)能提供什么服務(wù)。
?。?）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(dá)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(yuǎn)程控制接口設(shè)計、客戶端設(shè)計、服務(wù)器設(shè)計。
4.1 遠(yuǎn)程控制接口產(chǎn)生的代碼
4.2 客戶機設(shè)計
客戶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：
?。?）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)器可用的服務(wù)。
?。?）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。
?。?）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(yuǎn)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：
?。?）提供一個服務(wù)。如代理對象。
?。?）發(fā)現(xiàn)查找服務(wù)和在網(wǎng)絡(luò)上公布代理對象。
?。?）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。
?。?）斷開租借已經(jīng)到期的客戶機聯(lián)接。
上述幾點是應(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(lán)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(yuǎn)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(lán)牙技術(shù)開和生產(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(jìn)行分布式計算。
隨著藍(lán)牙技術(shù)和JINI技術(shù)規(guī)范的布、不斷推廣與相互結(jié)合，生活中各種電路的互連將變得愈來愈方便，JINI的即插即用功能和藍(lán)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(lán)牙的結(jié)合，必將進(jìn)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(jìn)普適計算時代的到來。
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