基于OSGi的家庭网关及其关键技术研究

论文题目: 基于OSGi的家庭网关及其关键技术研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 计算机系统结构

作者: 刘伟

导师: 涂时亮

关键词: 家庭网关,服务质量,信任管理,任务控制

文献来源: 复旦大学

发表年度: 2005

论文摘要: 因特网的迅速发展已经深刻改变了人们的工作方式，极大提高了企业生产效率，为社会创造了巨大的财富。然而，因特网目前给个人和家庭生活带来的好处却十分有限，传统的家居方式并没有因互联网而产生多大变化，因此实现家庭的网络化智能控制，提高人类的生活质量，将是完成信息革命至关重要的一步。目前，家庭外有广域网和各种相应的通信协议，家庭内有局域网和各种相应的连接方式，但内外之间缺少传输网络服务和需求的协议。OSGi作为连接家庭内外的一种服务中转机制，提供了一个开放的平台，填补了这一空缺。但真正将其应用于家庭的网络化智能控制，仍存在不足。服务质量(QoS)是家庭网关用户关注的一个要素，它体现发送与接收信息的用户之间，用户与网络之间关于信息传输的质量约定，相当于服务提供者与用户之间的契约。但是在目前的OSGi规范中，并没有定义和提供服务质量的机制。因此，如何在基于OSGi的家庭网关中提供合理、有效的QoS管理功能，成为一个亟待解决的问题。与此同时，Internet的出现使软件系统正从封闭和相对静态的形式转向开放和高度动态的模式，基于Web应用系统的安全分析日益复杂化。OSGi规范本身没有提供一种有效的机制，满足分布式网络环境中安全性的功能需要。而传统软件系统的安全技术已经不能适应现在的Internet安全需求。因此，如何在基于OSGi的家庭网关中进行安全控制，是另一个有待讨论的问题。本文在分析近几年国内外研究成果的基础上，深入、系统地研究了基于OSGi家庭网关的安全性和服务质量等问题，提出了可行的解决方法。主要研究内容和创新工作如下：1：首先，文章提出了适用于分布式网络环境的信任管理理论框架，包括信任凭证、凭证图、转换机制和理论规则四部分。信任凭证包含信息头和信息体两部分；凭证图描述信任凭证之间的关系；转换机制将凭证转换为逻辑规则；而理论规则主要包括认证、授权、认可图、许可和断言。在分布式环境家庭网关的信任管理框架中，信任与非信任关系具有举足轻重的作用。信任程度不仅随双方活动的结果不断修正，在不同的信任模型中，信任程度的划分和计算也存在差异，是一种经验和主观的体现。原有方法用于衡量信任成功与失败的尺度相同，不符合现实中对信任的认识，有恶意推荐和偏心之嫌，计算结果可能出现严重的不稳定现象。本文提出了一种计算信任度的新方法，增加新的中继参与者和信任因子，这样系统可以根据具体的环境变化，动态分析分布式网络环境中实体之间的信任度，将有效减少恶意推荐现象的发生。2：其次，本文根据任务控制理论建立了有效的数学模型，并从理论上验证了QoS管理中任务控制模型的稳定性和平衡性，解决了系统级的全局适应问题。作为完整的QoS控制系统，需要提供系统级和应用级的映射功能，本文提出了一种QoS参数的自动配置模型，包括配置器和规则库两部分。其中，配置器将适配器的输出作为输入，产生实际的控制行为，用于激活应用程序中的自动配置和参数调整；而规则库则以应用程序为基础，满足某些具体应用的特殊要求，并获取可接受的自适应性能。3：最后，本文形式化地定义、标识了目标任务，以定量表示资源请求等服务质量参数，区分它们的优先级。同时，为了使这种量化具有现实意义和可操作性，还需要在服务质量参数与实际行为之间建立联系。本文提供了一种转换机制，将理论的QoS参数适应值映射为实际的控制行为。这种映射分为两种情况：第一种是线性转换，能够传输相应的性能参数，并与特定的应用任务以线性的关系协同工作：第二种是非线性转换，先在应用程序的性能、相关参数与资源请求的抽象模型之间形成一种非线性关系，再将控制型任务的输出转换成对应的行为。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 家庭网络的诞生和发展

1.2 当前家庭网关的基本概况

1.3 国内外家庭网关的技术和主要标准

1.3.1 OSGi

1.3.2 Jini

1.3.3 UPnP

1.4 家庭网关的发展趋势和主要困难

1.5 本文的研究内容和具体结构

第二章 基于 OSGi 家庭网关的体系架构

2.1 基于 OSGi 的开放式家庭网关

2.1.1 OSGi 标准的发展

2.1.2 主要代表产品

2.2 基于 OSGi 的家庭网关管理平台

2.3 基于 OSGi 家庭网关的主要问题

2.3.1 依赖性

2.3.2 复杂性

2.3.3 安全性

2.3.4 服务质量

第三章 基于 OSGi 家庭网关的安全框架研究

3.1 信任管理

3.2 理论框架

3.2.1 信任凭证

3.2.2 凭证图

3.2.3 转换机制

3.2.4 理论规则

3.3 信任度分析和计算

3.3.1 信任委托结构

3.3.2 顶点参与者的信任度评估

3.3.3 路径参与者的信任度评估

3.3.4 目标参与者的信任度分析

3.3.5 新方法与原有方法的比较

3.4 小结

第四章 安全 OSGi 家庭网关的架构设计

4.1 相关的设计与实现

4.1.1 基于 OSGi 的安全家庭网关

4.1.2 安全的系统架构设计

4.1.3 安全的通信

4.1.4 代码签名和认证

4.1.5 客户端

4.1.6 服务器端

4.2 具体示例

4.3 性能结果分析

4.4 小结

第五章 基于 OSGi 家庭网关的动态 QoS研究

5.1 任务流程和控制模型

5.1.1 任务流程模型

5.1.2 任务控制模型

5.1.3 模型的理论验证

5.2 QoS的自动配置

5.2.1 配置器

5.2.2 规则库

5.3 目标任务的标识和定义

5.4 动态转换机制

5.4.1 线性转换

5.4.2 非线性转换

5.5 小结

第六章 动态 QoS的 OSGi家庭网关设计

6.1 具体的设计与实现

6.1.1 动态 QoS 管理系统的特点和组成

6.1.2 QoS 任务控制模块的设计

6.2 性能结果分析

6.2.1 实验1

6.2.2 实验2

6.2.3 实验3

6.3 小结

第七章 总结和展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

攻读博士学位期间参与的科研项目及主要成果

致谢

发布时间: 2007-06-27

参考文献

• [1].家庭网关中的资源管理[D]. 张焕强.中国科学院研究生院（软件研究所）2003

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