Make One-基于软件化功能构件的通用信息设备模式

论文摘要

设备模式是关于设备设计模式、生产模式、使用模式及其相互关系的综合体现。设备模式随着技术条件和人们需求的变化而变化。在现有模式下,立足于不同应用目的、应用对象的设备往往具有固定的配置和应用功能。现有模式设备及其结构设计方法必然形成设备、部件、功能之间的刚性耦合,彼此不可分离。这种刚性耦合限制了设备应用功能的灵活性,使设备既有的应用功能属性很难改变。现有模式设备的功能属性固定、配置特性固定,应用功能属性与硬件配置特性一一对应,具有整体堆叠性和时空不变性。随着信息网络化技术的飞速发展和广泛应用,电子信息产品应用提出了产品功能多样化、模式柔性化、使用网络化和服务经济化的要求,这必将引起人们对现有设备模式的反思。本文提出的Make One模式概念就是关于信息设备（产品）模式的一个新思维,是对现有相关理论的提升及技术的集成创新。Make One模式通过设备硬件实体的容器化,可实现设备硬件与应用功能的分离,克服了现有模式设备功能整体堆叠性的不足;通过应用功能软件构件的可重载,可实现Make One模式设备的多功能特性,突破了现有模式设备时空不变性的限制。通过设备—功能—构件的一体化设计,可满足用户对设备功能的柔性化需求,展示了未来信息设备（产品）的一个发展方向。从理论上讲,Make One模式研究的核心内容应包括Make One模式体系结构、Make One模式设备（硬件）模型和应用功能构件（软件）模型三个主要方面。鉴于MakeOne模式涉及多学科、多领域,作为Make One模式研究的起步之作,本文在阐述MakeOne模式的背景、价值和基本概念的基础上,初步探讨了应用功能构件模型、构件容器模型和构件适配方法。Make One模式具有巨大的价值潜力和增值业务空间。Make One模式价值潜力的直接来源在于Make One模式设备具有不同于现有模式设备的无冗余成本效益、设备集成效益、时间扩展效益、功能扩展效益和新兴产业效益等5个方面,间接来源包括了在Make One模式下,许多因Make One模式而产生的非传统、非直接的价值潜力。围绕应用功能构件的设计、开发、服务将能创造新的产业模式。应用功能构件化是Make One模式的核心理念。本文在通用软件构件、理想构件模型研究的基础上,通过分析应用功能构件的特征、要素,提出了针对Make One模式的统一构件模型及其属性描述。通过基于XML的Make One应用功能构件描述语言（xMOCDL）,Make One构件通用描述（MOCGD）方法和Make One构件刻面描述（MOCFD）方法的讨论,建立了应用功能构件接口描述（MOCID）模型,尝试性地提出了一种Make One模式应用功能构件模型（MOCDM）。应用功能构件容器是Make One模式设备的基础设施。本文提出的构件容器模型,通过资源启动重配置（硬性重配置）和应用重配置（软性重配置）,使得Make One模式设备具有面向不同领域、不同功能应用的承载能力。通过Make One模式设备的应用程序框架,建立了Make One模式设备与应用功能构件的应用连接。通过先进的嵌入式系统开发方法的讨论,展示了实现构件容器的物质技术基础。应用功能构件适配是Make One模式设备的关键要素。为此,本文提出了一种语义引擎,它是基于本体语义的构件查询和匹配方法,可实现公众用户以自然语言表达的构件需求与构件描述信息之间的语义映射。基于语义相似度概念,讨论了可实现接口规约匹配的目标构件适配方法。基于应用程序框架扩展点机制,进一步讨论了应用功能构件R-S接口规约匹配的形式化表示和算法。最后,作为Make One模式研究应用的基础性工作之一,本文还提出并设计了一个基于类接口概念的通用接口系统原型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 设备模式
• 1.1.1 多功能设备和接口冗余
• 1.1.2 设备模式概念
• 1.1.3 现有设备模式的典型特征
• 1.1.4 影响设备模式的主要因素
• 1.2 设备模式的研究应用现状
• 1.2.1 平台化产品模式的研究应用现状
• 1.2.2 定制化产品模式研究应用现状
• 1.2.3 智能化产品模式的研究应用现状
• 1.2.4 一体化设备模式的研究应用现状
• 1.2.5 现有设备模式研究的不足
• 1.3 国家战略与新型信息设备模式
• 1.3.1 什么是最好的?
• 1.3.2 国家战略
• 1.3.3 开展新型信息设备模式研究的必要性
• 1.4 本文的主要工作
• 1.4.1 研究内容及思路
• 1.4.2 主要创新点
• 1.5 本文的组织安排
• 2 信息设备模式的新思维—Make One模式
• 2.1 对当代信息设备模式的反思
• 2.1.1 信息设备模式
• 2.1.2 信息设备模式面临的挑战
• 2.1.3 新型信息设备模式研究面临的问题
• 2.2 Make One模式
• 2.2.1 Make One模式概念
• 2.2.2 Make One模式的特征
• 2.3 Make One模式与现有主要设备模式的比较
• 2.4 Make One模式的体系结构
• 2.4.1 Make One模式的系统结构
• 2.4.2 Make One模式的技术结构
• 2.4.2.1 Make One模式的技术结构
• 2.4.2.2 嵌入式系统技术
• 2.4.2.3 构件化软件技术
• 2.4.2.4 Web应用服务器技术
• 2.4.2.5 本体及语义技术
• 2.4.3 Make One模式的应用结构
• 2.4.3.1 角色及相互关系
• 2.4.3.2 共同的规则
• 2.5 本章小结
• 3 Make One模式的价值潜力分析
• 3.1 产品/服务的价值理论
• 3.1.1 产品/服务价值
• 3.1.2 价格与价值的关系
• 3.2 Make One模式设备功能价值模型
• 3.3 Make One模式的价值因素分析
• 3.4 Make One模式的价值潜力分析
• 3.4.1 价值分析模型的建立
• 3.4.2 基于专家打分法的分析
• 3.4.3 基于MATLAB的数值分析
• 3.4.4 基于弹性函数的敏感性分析
• 3.4.5 关于Make One模式价值潜力的进一步讨论
• 3.5 本章小结
• 4 Make One模式的应用功能构件模型
• 4.1 现有构件及构件模型
• 4.1.1 软件构件及其特征
• 4.1.2 构件接口模型与规约
• 4.1.2.1 构件接口模型
• 4.1.2.2 构件规约
• 4.1.2.3 构件描述方法概论
• 4.1.3 现有主要软件构件模型
• 4.1.3.1 COM/DCOM
• 4.1.3.2 JavaBean/EJB
• 4.1.3.3 CORBA
• 4.1.4 理想构件模型
• 4.2 Make One构件
• 4.2.1 Make One构件的特征和要素
• 4.2.1.1 Make One构件应用特性
• 4.2.1.2 Make One构件的基本特征和要素
• 4.2.1.3 Make One构件的高级特征和要素
• 4.2.2 Make One构件模型
• 4.2.2.1 统一构件抽象模型
• 4.2.2.2 Make One构件模型
• 4.2.2.3 Make One构件的属性
• 4.2.3 Make One构件接口
• 4.2.3.1 Make One构件接口模型
• 4.2.3.2 Make One构件接口规约（MOCID）
• 4.3 Make One构件描述模型
• 4.3.1 Make One构件的形式化定义
• 4.3.2 一个Make One构件描述模型
• 4.3.2.1 MOCDM
• 4.3.2.2 Make One构件通用描述（MOCGD）
• 4.3.2.3 Make One构件刻面描述（MOCFD）
• 4.3.2.4 Make One构件描述语言（xMOCDL）
• 4.3.2.5 一个Make One构件描述实例
• 4.4 本章小结
• 5 Make One模式的构件容器模型
• 5.1 应用功能构件容器与嵌入式系统
• 5.1.1 嵌入式芯片
• 5.1.2 嵌入式实时操作系统
• 5.2 基于嵌入式系统技术的应用功能构件容器模型
• 5.2.1 Make One模式设备的资源配置方法
• 5.2.2 构件容器的结构模型
• 5.2.3 Make One设备的应用程序框架
• 5.2.4 Make One设备对嵌入式实时系统的要求
• 5.3 嵌入式系统的经典开发方法
• 5.3.1 嵌入式应用系统的工程化开发流程
• 5.3.2 基于EDA的嵌入式硬件设计开发方法
• 5.4 基于可配置处理器核的处理器开发方法
• 5.4.1 可重配置处理器技术研究应用
• 5.4.2 基于知识产权核的微处理器开发方法
• 5.4.2.1 IP核
• 5.4.2.2 IP设计
• 5.4.2.3 IP验证
• 5.5 本章小结
• 6 Make One模式设备的构件适配
• 6.1 构件库及其信息模型
• 6.1.1 产品数据库管理概论
• 6.1.2 构件库
• 6.1.3 构件库信息模型
• 6.2 基于语义的应用功能构件检索、匹配方法
• 6.2.1 构件检索技术分类
• 6.2.2 基于语义的构件检索
• 6.2.2.1 本体描述语言
• 6.2.2.2 中文词语处理
• 6.2.2.3 语义引擎—基于语义的本体映射
• 6.2.3 基于构件语义描述相似度的构件功能匹配方法
• 6.2.4 基于接口匹配验证的应用功能构件匹配
• 6.3 Make One模式应用功能构件的布署
• 6.3.1 基于构件技术的应用程序框架
• 6.3.1.1 框架元模型
• 6.3.1.2 框架的边界元素
• 6.3.1.3 框架的扩展点机制
• 6.3.2 基于R-S接口语义匹配的应用功能构件布署适配
• 6.3.2.1 Make One模式构件装配适配的形式化表示
• 6.3.2.2 Make One模式构件语义适配过程及算法
• 6.4 本章小结
• 7 基于类接口的通用接口系统原型设计
• 7.1 接口的多样性
• 7.2 通用接口研究应用
• 7.3 接口特性及其应用要求
• 7.3.1 接口特性
• 7.3.2 通用接口定义及功能要求
• 7.4 通用接口的实现模型
• 7.4.1 通用接口的功能模块及体系结构
• 7.4.2 接口构件容器
• 7.5 本章小结
• 8 结束语
• 8.1 Make One模式的回顾与展望
• 8.2 Make One模式与可持续发展
• 8.3 Make One模式与知识经济
• 8.4 Make One模式的后续研究工作
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 参考文献