1.引言

    隨著3G，LTE等移動通信技術(shù)的不斷發(fā)展，移動互聯(lián)網(wǎng)帶寬得到大幅度的提升，通過移動設(shè)備訪問互聯(lián)網(wǎng)，獲取自己所需的信息的方式，成為一種新的趨勢并逐漸融人到人們的日常生活中，催生出豐富的移動應(yīng)用。為了緩解終端壓力，應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)移終端應(yīng)用的需求來源，云計(jì)算u}是一個很好的選擇。移動設(shè)備的易攜帶和移動性限制了其對資源的擁有。云計(jì)算雖然聚合了豐富的計(jì)算和存儲資源，但移動性較差。將云計(jì)算與移動互聯(lián)網(wǎng)有機(jī)結(jié)合，終端應(yīng)用對資源的高需求轉(zhuǎn)移到云平臺上，在真正意義上實(shí)現(xiàn)輕量級終端訪問互聯(lián)網(wǎng)的瘦終端，滿足移動用戶對快速響應(yīng)時間的期望，同時使移動用戶可以隨時、隨地獲取云計(jì)算服務(wù)，這正好體現(xiàn)了“anytime, anywhere”的思想。

    本文研究基于云計(jì)算與SOA架構(gòu)的移動應(yīng)用，參照“云+端”的設(shè)計(jì)模式，移動設(shè)備以中間件的方式獲取云服務(wù)。針對移動設(shè)備的弱計(jì)算環(huán)境，造成訪問效率較低的特征，本文提出移動設(shè)備通過中間件方式訪問云服務(wù)，較好地解決了終端環(huán)境資源受限的瓶頸。

    2.相關(guān)介紹

    云計(jì)算是一種新型的計(jì)算模型，它通過互聯(lián)網(wǎng)將計(jì)算任務(wù)分布在大量計(jì)算機(jī)構(gòu)成的資源池上，使用戶按需獲取各種信息服務(wù)。移動云計(jì)算在云計(jì)算基礎(chǔ)上發(fā)展而來，給移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展注人新的活力。目前，移動云計(jì)算在學(xué)術(shù)界得到廣泛的重視，各個研究機(jī)構(gòu)紛紛開始做相關(guān)研究�；萜諏�(shí)驗(yàn)室將云環(huán)境下的資源與SOA服務(wù)模式緊密相連，將云資源以服務(wù)提供的方式供用戶使用，降低了運(yùn)營商的IT成本。但并沒有考慮移動終端用戶的環(huán)境因素，只是針對傳統(tǒng)的Web終端。加拿大徹溫大學(xué)對智能終端使用移動云服務(wù)做了相關(guān)研究，提出一種基于云計(jì)算的服務(wù)中間件，解決終端訪問云服務(wù)的關(guān)鍵問題。但對于該中間件應(yīng)用的開發(fā)比較單一，不能為多終端異構(gòu)平臺提供一個統(tǒng)一的編程接口。Berkeley有學(xué)者提出一種新穎的克隆云架構(gòu)，將終端應(yīng)用上資源密集型的計(jì)算或存儲轉(zhuǎn)移到具有終端運(yùn)行環(huán)境的云平臺上，以此增強(qiáng)終端應(yīng)用的能力。不足的是這種模型僅針對智能終端，并沒有對普通移動設(shè)備加以考慮。因此，針對移動應(yīng)用調(diào)用云計(jì)算能力的缺陷，將中間件技術(shù)引人到終端應(yīng)用的開發(fā)中，通過中間件提供的統(tǒng)一編程接口，來屏蔽多終端平臺之間的差異性，減少終端應(yīng)用重復(fù)開發(fā)的成本，對移動應(yīng)用的發(fā)展有比較深遠(yuǎn)的意義。

    3.面向移動設(shè)備的云服務(wù)中間件模型

    Web服務(wù)為多終端異構(gòu)平臺資源協(xié)同提供了有效的手段。但在移動環(huán)境中，網(wǎng)絡(luò)帶寬、內(nèi)存大小、計(jì)算能力、存儲空間以及電源的續(xù)航能力等資源非常受限。傳統(tǒng)的Web服務(wù)已經(jīng)無法較好地滿足移動環(huán)境下異構(gòu)設(shè)備互聯(lián)互通的需求。因此，資源受限的移動設(shè)備如何有效地使用云服務(wù)，得到學(xué)術(shù)界、工業(yè)界的高度重視。云服務(wù)中間件集成了云計(jì)算能力的中間件平臺，能夠動態(tài)調(diào)度底層虛擬資源滿足云端業(yè)務(wù)需求，能夠?qū)Ψ植际酱鎯μ峁�擴(kuò)展支撐能力。資源受限的云服務(wù)是云計(jì)算與移動網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)計(jì)算和嵌入式系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物，在移動終端應(yīng)用等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。

    眾所周知，云計(jì)算服務(wù)端聚合了豐富的計(jì)算和存儲資源，通過SOA技術(shù)將云計(jì)算資源以服務(wù)的形式發(fā)布出去，供不同的移動設(shè)備訪問，解決移動環(huán)境資源受限的瓶頸。移動設(shè)備通過中間件獲取云服務(wù)接口，充當(dāng)移動設(shè)備和云服務(wù)端之間的橋梁，同時也是云服務(wù)的提供者和使用者。云服務(wù)中間件通過建立Web應(yīng)用服務(wù)器實(shí)例，來屏蔽不同終端操作系統(tǒng)的異構(gòu)性，提供統(tǒng)一的計(jì)算存儲平臺和運(yùn)行環(huán)境。本文設(shè)計(jì)了一種面向移動設(shè)備的云服務(wù)中間件模型，其系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

    移動設(shè)備端的邏輯結(jié)構(gòu)較為簡單。Input/Output用于訪問中間件，把用戶輸人的參數(shù)發(fā)出去，等待返回結(jié)果，在移動設(shè)備上顯示出來。環(huán)境感知模塊用于實(shí)時監(jiān)控設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)狀況、電池容量等，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定閉值時，中斷與中間件的連接。RM(record manager)用于保存數(shù)據(jù)記錄，可以將云服務(wù)端返回的數(shù)據(jù)保存在本地的移動設(shè)備上，便于用戶在網(wǎng)絡(luò)中斷后可以繼續(xù)訪問這些數(shù)據(jù)。

    云服務(wù)器端主要業(yè)務(wù)邏輯體現(xiàn)在云服務(wù)注冊中，將計(jì)算和存儲資源以服務(wù)的形式發(fā)布出去，同時添加到云服務(wù)注冊模塊中，中間件層通過云服務(wù)接口對云服務(wù)進(jìn)行訪問�？紤]到移動設(shè)備的弱處理能力，對云服務(wù)返回的復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理，使得適應(yīng)終端顯示。緩存模塊主要用于對云服務(wù)端返回的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行臨時存儲，緩解終端接收的壓力。

    當(dāng)中間件收到服務(wù)請求時，檢索用戶所要求的服務(wù)是否存在，如果請求的服務(wù)存在，就將云服務(wù)接口返回給服務(wù)調(diào)用模塊，由它完成具體服務(wù)的調(diào)用。如果沒有相對應(yīng)的服務(wù)，表示服務(wù)不存在，給移動設(shè)備返回出錯信息。訪問流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)訪問流程

    4.關(guān)鍵技術(shù)

    中間件作為移動終端和云服務(wù)器之間的一層支撐軟件，一方面給移動終端提供訪問云服務(wù)的平臺，以便移動用戶可以無縫地訪問云服務(wù)器上的資源。另一方面負(fù)責(zé)移動終端與云服務(wù)端的通信，符合“中間件二平臺+通信”的定義。由于移動環(huán)境的特殊性和移動網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定性，因此面向云服務(wù)的移動中間件的關(guān)鍵技術(shù)包括以下兩個方面。

    4.1 移動云服務(wù)發(fā)現(xiàn)機(jī)制

    移動云服務(wù)是將網(wǎng)絡(luò)中的各種資源有效地聚合在一起，為移動用戶服務(wù)。因移動用戶要在多個無線網(wǎng)絡(luò)間不斷地切換，訪問云平臺提供的不同服務(wù)，因此需要采用云服務(wù)發(fā)現(xiàn)技術(shù)來找到所需的云服務(wù)。本文采用一種SOA服務(wù)發(fā)現(xiàn)機(jī)制UDDI (universal description, discovery andintegration，移動終端利用它可以發(fā)現(xiàn)暴露給終端的云服務(wù)。云平臺作為服務(wù)的提供者將自身的服務(wù)以WSDL發(fā)布到注冊中心，供請求方調(diào)用;移動終端作為服務(wù)請求方查找相應(yīng)的服務(wù)，以WSDL調(diào)用服務(wù)，通過SOAP協(xié)議與云平臺進(jìn)行交互，其體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 體系結(jié)構(gòu)

    本文的移動云服務(wù)發(fā)現(xiàn)機(jī)制是一種用于建立高度動態(tài)C/S的協(xié)議集合，將移動端和云平臺之間的交互標(biāo)準(zhǔn)化。移動用戶與云平臺間最基本的交互是云服務(wù)的發(fā)現(xiàn)。云服務(wù)發(fā)現(xiàn)定義了移動終端用戶如何找到服務(wù)目錄，進(jìn)行服務(wù)注冊或匹配的協(xié)議，支持多種協(xié)議形式，包括單播發(fā)現(xiàn)、多播發(fā)現(xiàn)和廣播發(fā)現(xiàn)等。云服務(wù)目錄提供了集中式的注冊機(jī)制，云服務(wù)在服務(wù)目錄中暴露其服務(wù)信息，移動用戶通過查找目錄或服務(wù)發(fā)現(xiàn)機(jī)制找到所需服務(wù)。在整個云服務(wù)發(fā)現(xiàn)過程中，中間件通過IaaS層的服務(wù)接口動態(tài)創(chuàng)建虛擬機(jī)，并完成業(yè)務(wù)邏輯的部署，根據(jù)云端業(yè)務(wù)的并發(fā)訪問情況動態(tài)調(diào)度云中底層的虛擬資源，實(shí)現(xiàn)資源對云端用戶的透明，集群技術(shù)能力向中間件上轉(zhuǎn)移的一種動態(tài)實(shí)現(xiàn)，真正實(shí)現(xiàn)計(jì)算和存儲能力的彈性伸縮。同時，還提供垃圾收集功能，主要是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自愈合功能，當(dāng)服務(wù)退出網(wǎng)絡(luò)或出現(xiàn)異常導(dǎo)致云服務(wù)不再可用時，借助垃圾收集機(jī)制刪除服務(wù)的相關(guān)狀態(tài)信息，回收資源。

    4.2 數(shù)據(jù)分塊并行處理

    考慮到移動終端資源受限的瓶頸，在中間件平臺中用并行數(shù)據(jù)處理模塊來對數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，使其滿足移動終端對數(shù)據(jù)實(shí)時響應(yīng)和時延較小的要求。綜合移動終端的這些缺陷，將交互數(shù)據(jù)按2 MB大小進(jìn)行分塊，并將其按一定次序標(biāo)記，同時為每個數(shù)據(jù)塊分配一個線程。另外，新開辟一條線程用于發(fā)送控制信息，指明數(shù)據(jù)所對應(yīng)的文件塊序號以及文件相關(guān)信息。云服務(wù)端將接收到的文件塊保存到一個臨時文件中，當(dāng)接收到文件塊的數(shù)量與控制信息中數(shù)量一致時，則表示數(shù)據(jù)接收完成，同時按相應(yīng)次序合并文件塊，刪除臨時文件。終端數(shù)據(jù)傳輸速度快，網(wǎng)絡(luò)利用率高，終端數(shù)據(jù)時延較小，用戶體驗(yàn)度在很大程度上得到提高。其流程如圖4所示。

圖4 分塊處理流程

    考慮到電源的續(xù)航能力，通過采用并行數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)解決了終端海量數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)承載能力問題。該模塊的核心功能是將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)按照一定的要求進(jìn)行分塊處理，并按順序標(biāo)記每塊數(shù)據(jù)，對中途數(shù)據(jù)塊傳輸失敗的數(shù)據(jù)支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳，這在一定程度上解決了以往由于數(shù)據(jù)傳輸量過大而導(dǎo)致的傳輸耗時較長、數(shù)據(jù)傳輸頻繁失敗、數(shù)據(jù)更新不及時等問題。由于移動網(wǎng)絡(luò)是動態(tài)變化的，保證終端數(shù)據(jù)與云服務(wù)端的數(shù)據(jù)一致性，采用緩存技術(shù)來降低終端的負(fù)載，提高數(shù)據(jù)傳輸速度，增大用戶體驗(yàn)度;同時存儲訪問度較高的數(shù)據(jù)，減少終端的時延。

    5.實(shí)驗(yàn)及性能分析

    為了更好地對中間件做出評估，系統(tǒng)測試由硬件環(huán)境和軟件環(huán)境兩部分組成。硬件環(huán)境是由5臺普通PC機(jī)構(gòu)成的集群系統(tǒng);軟件環(huán)境由Ubunt 9.04和Mdroid 2.2模擬器構(gòu)成。

    為驗(yàn)證模型的可行性與穩(wěn)定性，在此基礎(chǔ)上開發(fā)了一個面向移動終端的云備份系統(tǒng)，將備份作為一種服務(wù)提供給移動終端，對云備份的數(shù)據(jù)傳輸速率進(jìn)行測試，以判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性，如圖5所示。從圖中可以看出，手機(jī)云備份系統(tǒng)的傳輸速率能夠維持在一個相當(dāng)穩(wěn)定的狀態(tài)下，從而間接說明該中間件模型的穩(wěn)定性與可靠性。同時，基于中間件的云備份系統(tǒng)將終端數(shù)據(jù)備份到云平臺上，有效地解決了移動設(shè)備存儲空間的不足，在較大程度上解放終端受限的約束，用戶體驗(yàn)度得到提高。

圖5 效果仿真

    6.結(jié)束語

    隨著移動終端設(shè)備的快速發(fā)展，云計(jì)算模式受到廣泛關(guān)注，未來將會有更多的移動用戶采用移動設(shè)備享用云服務(wù)�？紤]到移動設(shè)備資源受限的瓶頸，本文結(jié)合云計(jì)算、中間件以及SOA的相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了面向云服務(wù)結(jié)構(gòu)的移動中間件模型，為在移動環(huán)境下訪問云服務(wù)提供了一種通用解決方案;通過中間件技術(shù)將云服務(wù)封裝成一個統(tǒng)一的接口，降低了終端應(yīng)用重復(fù)開發(fā)的成本，真正意義上實(shí)現(xiàn)了跨不同終端異構(gòu)平臺之間的交互，同時利用多線程技術(shù)對終端數(shù)據(jù)進(jìn)行并行分塊處理，使得數(shù)據(jù)傳輸速率得到提高，終端用戶體驗(yàn)度增強(qiáng)。未來的工作將集中在提供多協(xié)議支持、安全以及離線處理上，并對服務(wù)質(zhì)量保證做深人研究。

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本文標(biāo)題：面向云服務(wù)的移動中間件研究

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