李金鳳

【摘 要】為了解決民用服務(wù)總線技術(shù)在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的局限性問題，采用結(jié)合終端呈現(xiàn)能力的寬帶服務(wù)緩存與離線服務(wù)、自適應(yīng)內(nèi)容分發(fā)與數(shù)據(jù)自適應(yīng)壓縮技術(shù)，提出了適用于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)環(huán)境自適應(yīng)的服務(wù)總線架構(gòu)方案，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的有效性。

【關(guān)鍵詞】Ad Hoc網(wǎng)絡(luò) 服務(wù)總線 數(shù)據(jù)內(nèi)容自適應(yīng)

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2016.20.007 中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-1010（2016）20-0036-05

1 引言

針對日益增長的信息共享和業(yè)務(wù)整合的需求，基于SOA（Service Oriented Architecture，面向服務(wù)的體系架構(gòu)）的企業(yè)應(yīng)用集成已是大勢所趨。基于SOA的ESB（Enterprise Service Bus，企業(yè)服務(wù)總線）可屏蔽各類異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、操作系統(tǒng)、編程語言的差異，在固定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境得以有效應(yīng)用。若將其應(yīng)用于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，則需考慮其適應(yīng)性?，F(xiàn)有的SOA關(guān)鍵技術(shù)XML（Extensible Markup Language，可擴(kuò)展標(biāo)記語言）、Web Service等均建立在具備可靠通信、高帶寬能力的TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議）網(wǎng)絡(luò)之上，而Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)具有通信不穩(wěn)定、帶寬受限、終端性能低下等特點(diǎn)[1]，如果無線用戶想要獲取固定網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)資源，必然受到無線環(huán)境的約束，無法忍受固定網(wǎng)絡(luò)服務(wù)技術(shù)帶來的負(fù)荷影響。因此，需要對目前現(xiàn)有的服務(wù)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，以解決無線環(huán)境的適應(yīng)性難題，提高無線用戶訪問固定網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的可行性和效率，從而實(shí)現(xiàn)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的信息共享和業(yè)務(wù)整合需求。

鑒于國外的研究經(jīng)驗(yàn)以及國內(nèi)的技術(shù)基礎(chǔ)[2-3]，本文提出一種適用于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境自適應(yīng)服務(wù)總線架構(gòu)，通過數(shù)據(jù)內(nèi)容自適應(yīng)技術(shù)來解決Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的約束。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中搭建基于SOA的系統(tǒng)框架，實(shí)現(xiàn)服務(wù)共享與協(xié)作，需要增加適應(yīng)于無線受限環(huán)境的設(shè)計(jì)技術(shù)，以減輕其約束影響，如圖1所示?？梢詮膬蓚€(gè)角度來考慮設(shè)計(jì)方法：

（1）與服務(wù)相關(guān)的：將設(shè)計(jì)方法作為服務(wù)的一部分，直接在服務(wù)中增加對環(huán)境的適應(yīng)性處理；

（2）獨(dú)立于服務(wù)的：將設(shè)計(jì)置于服務(wù)總線之中，既減輕服務(wù)的復(fù)雜性，也便于重用[4-6]。

本文選用方法（2），提出一種適用于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境自適應(yīng)服務(wù)總線架構(gòu)。

本文提出的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)環(huán)境自適應(yīng)服務(wù)總線包括兩大組件：業(yè)務(wù)邏輯組件和數(shù)據(jù)訪問組件。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示：

2.1 業(yè)務(wù)邏輯組件

業(yè)務(wù)邏輯組件由四大功能部件組成，包括：Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)接口、固定網(wǎng)絡(luò)接口、服務(wù)代理和數(shù)據(jù)內(nèi)容自適應(yīng)。數(shù)據(jù)內(nèi)容自適應(yīng)作為核心功能部件，可進(jìn)一步分解為：寬帶服務(wù)緩存、離線服務(wù)、自適應(yīng)內(nèi)容分發(fā)、數(shù)據(jù)自適應(yīng)壓縮和協(xié)議轉(zhuǎn)換。

◆Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)接口：為服務(wù)總線提供與Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的通信接口，實(shí)現(xiàn)無線環(huán)境消息的接收和發(fā)送功能。考慮到帶寬有限，根據(jù)終端呈現(xiàn)能力的不同，本系統(tǒng)選擇靈活、標(biāo)準(zhǔn)、輕量級的消息格式，包括VMF（Variable Message Format，二進(jìn)制消息格式）、經(jīng)過高效壓縮的SOAP（Simple Object Access Protocol，簡單對象訪問協(xié)議）消息，為無線用戶提供高效的傳輸服務(wù)。在國內(nèi)外Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)研究中，VMF協(xié)議已在無線終端得以有效推廣使用。

◆固定網(wǎng)絡(luò)接口：為服務(wù)總線提供與固定網(wǎng)絡(luò)的通信接口，實(shí)現(xiàn)固定網(wǎng)絡(luò)消息的接收和發(fā)送功能。使用XML/SOAP/Web Service技術(shù)，實(shí)現(xiàn)面向服務(wù)架構(gòu)。

◆服務(wù)代理：服務(wù)總線為各服務(wù)提供代理功能，它通過UDDI（Universal Description Discovery and Integration，通用描述、發(fā)現(xiàn)和集成）目錄服務(wù)器獲取待訪問服務(wù)的屬性（包括服務(wù)地址、接口等信息），代理客戶端訪問服務(wù)以獲取服務(wù)應(yīng)答，并向客戶端轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)應(yīng)答。

◆數(shù)據(jù)內(nèi)容自適應(yīng)：根據(jù)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)環(huán)境特點(diǎn)，以減輕網(wǎng)絡(luò)帶寬占用和終端處理負(fù)荷為目標(biāo)，開展針對性設(shè)計(jì)。包括：

寬帶服務(wù)緩存：將遠(yuǎn)端的固定網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（簡稱寬帶服務(wù)）前端化，提供服務(wù)數(shù)據(jù)的臨時(shí)緩存，以提高訪問效率。在有效期內(nèi)，當(dāng)用戶重復(fù)請求該服務(wù)或服務(wù)器離線時(shí)，對用戶返回本地緩存的服務(wù)數(shù)據(jù)。

離線服務(wù)：為無線用戶的不穩(wěn)定連接提供服務(wù)保證。若無線用戶請求服務(wù)時(shí)發(fā)生連接中斷，則服務(wù)總線為其保存服務(wù)應(yīng)答，并在用戶恢復(fù)連接時(shí)向其推送服務(wù)應(yīng)答。

自適應(yīng)內(nèi)容分發(fā)：根據(jù)接收方無線終端的設(shè)備能力（如屏幕大小、計(jì)算能力、內(nèi)存、存儲(chǔ)容量、操作系統(tǒng)、瀏覽器和網(wǎng)絡(luò)帶寬等），自適應(yīng)調(diào)整傳輸內(nèi)容。接收終端能力越差，送達(dá)的數(shù)據(jù)內(nèi)容將越少，以減小終端處理負(fù)荷。

數(shù)據(jù)自適應(yīng)壓縮：根據(jù)用戶終端呈現(xiàn)能力，對服務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行自適應(yīng)的數(shù)據(jù)壓縮，以實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)的輕量化。

協(xié)議轉(zhuǎn)換：提供消息翻譯功能，實(shí)現(xiàn)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)與固定網(wǎng)絡(luò)之間消息的協(xié)議格式轉(zhuǎn)換。例如，無線終端選用輕量級二進(jìn)制協(xié)議VMF技術(shù)，服務(wù)總線通過對VMF消息與SOAP/XML消息協(xié)議轉(zhuǎn)換，支持無線用戶對固定網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的訪問。

（1）寬帶服務(wù)緩存與離線服務(wù)

Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)服務(wù)總線通過將固定網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（簡稱寬帶服務(wù)）如氣象、地圖服務(wù)等的服務(wù)數(shù)據(jù)在本地緩存，為無線用戶訪問寬帶服務(wù)提供網(wǎng)關(guān)功能，如圖3所示：

◆當(dāng)無線用戶初次成功獲取固定網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（如氣象服務(wù)）時(shí)，將服務(wù)數(shù)據(jù)寫入服務(wù)總線的本地緩存，則有效期內(nèi)當(dāng)用戶再次訪問該服務(wù)時(shí)，直接通過本地緩存提供服務(wù)應(yīng)答而無需訪問網(wǎng)絡(luò)，以提高訪問效率。

◆當(dāng)服務(wù)器離線或擁塞時(shí)，對用戶返回本地緩存，以提高服務(wù)成功率。

◆服務(wù)總線為離線用戶保存服務(wù)數(shù)據(jù)，并在用戶恢復(fù)連接時(shí)向其推送服務(wù)應(yīng)答。

（2）自適應(yīng)內(nèi)容分發(fā)

Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)服務(wù)總線結(jié)合呈現(xiàn)服務(wù)，根據(jù)接收方無線終端的設(shè)備能力（如屏幕分辨率、CPU類型、內(nèi)存、存儲(chǔ)容量、系統(tǒng)軟件特性和網(wǎng)絡(luò)帶寬等特征），自適應(yīng)調(diào)整傳輸內(nèi)容。接收終端能力越差，送達(dá)終端的數(shù)據(jù)內(nèi)容將越少，以減小終端處理負(fù)荷，提高服務(wù)應(yīng)答效率。以訪問氣象服務(wù)為例，實(shí)現(xiàn)流程如圖4所示：

◆無線終端定期向呈現(xiàn)服務(wù)器上報(bào)自身的設(shè)備能力，呈現(xiàn)服務(wù)定期更新終端能力的數(shù)據(jù)信息。

◆當(dāng)用戶請求氣象服務(wù)時(shí)，服務(wù)代理結(jié)合呈現(xiàn)服務(wù)提供的終端設(shè)備能力信息，根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則選擇適合的數(shù)據(jù)內(nèi)容調(diào)整方法，將服務(wù)應(yīng)答數(shù)據(jù)（氣象信息）轉(zhuǎn)換為適用于當(dāng)前用戶接收的數(shù)據(jù)格式后再行分發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)內(nèi)容分發(fā)。

◆數(shù)據(jù)內(nèi)容調(diào)整方法包括內(nèi)容分頁顯示、分層顯示、多媒體格式轉(zhuǎn)換與調(diào)整技術(shù)等。

（3）數(shù)據(jù)自適應(yīng)壓縮

根據(jù)客戶端接入帶寬能力和服務(wù)應(yīng)答數(shù)據(jù)類型，本系統(tǒng)提供一種數(shù)據(jù)自適應(yīng)壓縮的機(jī)制，實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)的輕量化。該策略可以降低數(shù)據(jù)傳輸量與響應(yīng)時(shí)間，有效地改善Web服務(wù)性能。

◆根據(jù)“呈現(xiàn)服務(wù)”提供的客戶端接入帶寬信息，服務(wù)總線決定是否對SOAP應(yīng)答消息進(jìn)行壓縮。當(dāng)客戶端為窄帶接入時(shí)，則對應(yīng)答消息進(jìn)行壓縮；當(dāng)客戶端為寬帶接入時(shí)，則不予壓縮處理，以減少由壓縮、解壓縮帶來的處理性能負(fù)荷。

◆參考文獻(xiàn)[7]至文獻(xiàn)[13]對SOAP/XML壓縮算法的研究，本系統(tǒng)選擇XMill和Gzip壓縮算法。對典型結(jié)構(gòu)的SOAP/XML文本消息，XMill算法能實(shí)現(xiàn)至少20%的壓縮率；Gzip對小于20 kB的文本具有良好的壓縮性能，可以對攜帶圖片、聲音等二進(jìn)制附件的SOAP消息進(jìn)行壓縮。經(jīng)過權(quán)衡這2種算法的優(yōu)缺點(diǎn)，服務(wù)總線根據(jù)SOAP應(yīng)答消息的大小和攜帶的附件類型動(dòng)態(tài)來選擇壓縮算法。

2.2 數(shù)據(jù)訪問組件

數(shù)據(jù)訪問組件包括寬帶服務(wù)數(shù)據(jù)庫和離線服務(wù)數(shù)據(jù)庫兩部分，具體如下：

（1）寬帶服務(wù)數(shù)據(jù)庫：用于保存固定網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)數(shù)據(jù)，由“寬帶服務(wù)緩存”部件負(fù)責(zé)建立與維護(hù)；

（2）離線服務(wù)數(shù)據(jù)庫：用于保存用戶因離線無法接收到的服務(wù)數(shù)據(jù)，由“離線服務(wù)”部件負(fù)責(zé)建立與維護(hù)。

3 實(shí)驗(yàn)分析

下面將通過實(shí)驗(yàn)具體分析在無線帶寬、鏈路穩(wěn)定性受限因素影響下，該軟件設(shè)計(jì)方案中服務(wù)運(yùn)行的有效性。

3.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

實(shí)驗(yàn)環(huán)境如圖5所示。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)服務(wù)總線、UDDI目錄服務(wù)器、Web服務(wù)器（呈現(xiàn)服務(wù)、氣象服務(wù)）和無線終端共同搭建形成SOA平臺(tái)，硬件/軟件運(yùn)行環(huán)境如表1所示。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

無線終端通過SOAP協(xié)議接入服務(wù)總線，發(fā)起氣象預(yù)報(bào)服務(wù)請求。服務(wù)應(yīng)答初始大小4.5 MB，其中攜帶圖片大小2.3 MB。通過Linux系統(tǒng)工具設(shè)置網(wǎng)絡(luò)鏈路帶寬、時(shí)延和丟包率，以模擬無線鏈路。服務(wù)總線設(shè)備分別啟用民用服務(wù)總線、Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)服務(wù)總線，開展測試100次，比較在接入側(cè)無線鏈路不同帶寬、時(shí)延、丟包率環(huán)境下，獲取服務(wù)的成功率、響應(yīng)平均時(shí)延和服務(wù)應(yīng)答大小。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

由表2可見，在無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，通過寬帶服務(wù)緩存與離線推送、數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)、圖片內(nèi)容自適應(yīng)分發(fā)技術(shù)的應(yīng)用，本文提出的適用于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)總線明顯優(yōu)于民用傳統(tǒng)服務(wù)總線，服務(wù)成功率高且服務(wù)響應(yīng)平均時(shí)延、服務(wù)應(yīng)答占用帶寬明顯減小。

4 結(jié)束語

本文在民用企業(yè)服務(wù)總線的基礎(chǔ)上，結(jié)合無線受限環(huán)境特點(diǎn)，提出一種適用于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)環(huán)境自適應(yīng)的服務(wù)總線架構(gòu)并進(jìn)行研究。在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，通信的不穩(wěn)定性和帶寬有限是實(shí)現(xiàn)SOA架構(gòu)的主要障礙。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過結(jié)合終端的呈現(xiàn)能力，本系統(tǒng)提供的寬帶服務(wù)緩存與離線服務(wù)、自適應(yīng)內(nèi)容分發(fā)與數(shù)據(jù)自適應(yīng)壓縮技術(shù)，可減少對網(wǎng)絡(luò)帶寬的占用，實(shí)現(xiàn)服務(wù)輕量化，并提高了服務(wù)訪問效率。由此可見，本文提出的適用于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)總線技術(shù)可降低無線受限環(huán)境的約束影響，加速實(shí)現(xiàn)服務(wù)共享的進(jìn)程。

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