一种基于状态中间件的普适性移动计算框架的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及普适计算的技术领域，尤其是指一种基于状态中间件的普适性移动计算框架。
【背景技术】
[0002]普适计算是指计算设备无缝融合到现实当中，“隐形”地为用户提供所需的服务，而无需用户的输入。实现普适计算需要计算设备主动采集环境信息，通过传感器或其他来源获取环境信息，并将相关的信息融合到一起，形成上下文相关的信息，这一相关技术称为情境感知或上下文感知。除此之外，以合适的方式表示情境信息，使得计算机不仅能准确地处理情境信息，还可以对不同的情境信息进行融合、递推等逻辑运算，从而生成所需的新情境信息。除此之外，普适计算还面临着数据存储、数据一致性等必须要解决的问题。
[0003]科研工作者已经对普适计算有了许多研宄，目前普遍接受的设计由普适计算框架由传感器层、信息融合层、知识库和智能服务层四个模块组成。然而先前的研宄并没有很好解决以下的问题:
[0004]1、传感器异构。传感器的类型、服务内容、可执行的操作等差别很大，情境信息获取面临很大挑战。
[0005]2、访问量大，实时性要求高。普适计算接入的传感器数量和用户数量巨大，对网络有更高要求。
[0006]3、智能业务可能变得非常复杂。例如对情景信息的建模，需要综合多种数据源，采用比较复杂的智能机器学习算法。
[0007]4、扩展性能要求高。新型设备不断出现，原有的网络基础设施需要有良好的兼容性。
[0008]5、实际推广问题。已有多数的设计只是简单制定技术方案，期望更多的用户遵循该标准并加入进来，然而忽略了用户加入的动机，不具有推广的可行性。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于状态中间件的普适性移动计算框架，不仅解决普适计算必须面对的大规模分布式计算需求，且对异构物理设备具有良好的兼容性，框架本身也具有很好的扩展性。
[0010]为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为:一种基于状态中间件的普适性移动计算框架，包括有:
[0011]物理层，由多个异构设备组件组成，负责与物理环境的交互，包括信号采集和执行操作，每个设备组件包含物理设备和代理程序，其中，物理设备是任何有信息采集或执行操作功能的实体或虚拟设备，代理程序在物理设备上运行，并对物理设备面向普适网络进行全权代理；
[0012]状态服务器层，支持多种通信方式，临时保存物理设备的状态信息，物理设备当前采集到的信号称为状态，状态信息实时地更新在状态服务器上，状态服务器具有并发访问服务能力；
[0013]智能服务层，由多个不同类型的智能服务组成，通过指定接口提供服务，按照自身的业务需求向状态服务器层请求数据，通过状态服务器提供的接口访问数据和发送指令，完成智能业务的服务。
[0014]所述物理设备包含具有信息采集功能的设备及具有展示或操作功能的设备，普适计算通过这些硬件设备与现实物理环境进行交互，不仅包括从物理环境中采集信息，也包括执行智能操作，并改变物理环境；
[0015]每台物理设备都携带对应的代理程序，代理程序是对物理设备在软件层面的封装，是物理设备和普适计算软件系统连接的桥梁，其功能至少包含以下五个方面:
[0016]I)代理程序存储了设备的元信息，元信息包含设备类型、设备属性、设备位置、处理能力这些描述设备本身的信息，也包含信号格式、更新方式、更新频率、设备描述、字段含义这些描述信号类型的信息；代理程序还同时支持对以上信息的管理功能，除设备类型、设备id这些设备出厂时固定的信息外，代理程序可在安装设备时更新设备位置、访问路径、权限编号、设备描述的信息，甚至还可以进行软件升级更新代理程序自身，从而改变信号格式、字段含义信息；代理程序将以上配置信息保存到本地，当向普适计算网络注册该设备时，会提供以上元信息给状态服务器，方便状态服务器索引该设备；
[0017]2)代理程序负责保证物理设备采集到的信号在状态服务器上是实时最新的，根据设备类型，代理程序通过三种方式将自身采集到的信号发送给状态服务器，分别是:①周期发送，以固定时间间隔发送设备最新信号，间隔时长在设备元信息中说明，该方式适用于温度传感器、水位感应器的数值连续，但实时性要求不高的设备类型；②触发发送，只有当设备信号发生变化时才发送，适用于报警感应器、门禁系统这些信号触发时间完全随机的设备类型；③长连接，设备与状态服务器建立网络长连接，适用于显示器、麦克风这些需要实时传输的设备类型；信号的更新类型在设备的元信息中定义，信号内容由设备所有者的身份信息加密；
[0018]3)具有执行操作能力的代理程序负责在接收到操作指令之后驱动设备执行对应的操作；设备操作动作由状态服务器发送指令，操作的权限在状态服务器上验证，操作执行的结果由代理程序收集，当与预期结果不符时，代理程序向状态服务器发送异常信息；
[0019]4)发送心跳连接，周期性地定时向状态服务器发送心跳连接，声明自己在线，状态服务器无需对心跳信号发送任何反馈，当超出预定的心跳时长未收到设备的心跳连接时，将设备列为问题设备，当超过系统设定的时长没有收到设备的心跳连接时，将设备从索引库中删除，表示设备离线；
[0020]5)存储状态服务器信息，维护设备迀移时的数据有效性和一致性；代理程序将设备信号更新到多台状态服务器，从而保证当其中一台状态服务器宕机或物理设备发生迀移时能连接到最近的状态服务器；当迀移发生时，代理程序发送取消注册功能，附带新的可用服务器地址列表，状态服务器将设备信息保存设定时间后删除。
[0021]所述物理层能够建立无物理设备的代理程序，称为虚拟代理程序，该代理程序嵌入到已有的计算机系统中，仅通过软件逻辑即可采集到所需的环境信息。
[0022]所述代理程序通过无状态的HTTP协议向状态服务器发送的数据，元信息格式为utf-8编码的xml或json格式，信号内容根据其元信息定义发送有意义的字符型数据或二进制的字节型数据。
[0023]所述状态服务器不存储历史数据，为基于内存的数据库，其主要有以下五个功會K:
[0024]I)设备注册和元数据搜索功能；新设备加入普适计算网络时向状态服务器发送设备元信息，状态服务器检查元信息格式正确性以及与已注册设备是否冲突，检查通过后将该元信息加入到索引库中，智能服务可根据不同的设备元信息字段搜索设备id，并根据id在该状态服务器上访问设备当前信息；
[0025]2)状态数据访问功能；状态服务器实时地反映传感器当前的信息，支持周期、触发和长连接三种代理程序数据发送方式，从状态服务器的数据输入方面讲，前两种方式基于无状态的HTTP消息传输，而第三种长连接传输则通过状态服务器提供的类似网络组播的功能传输:从物理设备AP获取信息，并分组发送给所有请求该设备状态的智能服务；从状态服务器的数据输出来讲，首先，智能服务根据自身业务需求周期性地向状态服务器请求状态数据；其次，状态服务器提供消息订阅和推送功能，智能服务订阅设备消息并设置订阅规则之后，状态服务器在状态信号满足规则触发条件时，向智能服务器推送最新状态数据；最后，对于长连接型服务，智能服务器作为组播服务网关，为物理设备AP和智能服务建立组播连接；除此之外，状态服务器还负责维护本身数据的一致性；
[0026]3)权限验证功能；为保证隐私性和安全性，物理设备的信息采集和执行操作都有权限验证控制，状态服务器除验证设备元数据信息有效性之外，还会验证请求数据的智能服务是否有元数据搜索权限，是否有状态信息访问权限；在智能服务请求设备执行具体操作时，需出具三方权限证明，分别是用户订购了该服务，用户有使用该设备的权限，以及该服务有使用该设备的权限；由于设备状态信息是加密存储在状态服务器上，未获得授权的服务无法访问未授权的硬件状态信息，也无法给未获得授权的设备发送操作指令；
[0027]4)互联功能；面向大规模分布式的普适计算所带来的巨大访问压力，单台状态服务器的处理能力显然是不够的，因此已入网的状态服务器组成状态服务器网络，分布式处理大规模的访问请求，从而降低单台主机的服务压力；由于单个设备状态