面向普适计算的自适应中间件模型与方法研究

论文摘要

随着信息技术的飞速发展,21世纪的计算模式正发生着深刻的变革。从分布式移动计算进入到无所不在的普适计算是计算发展的必然趋势。微小嵌入的智能设备、多类别用户和多种类智能空间是普适计算的三个重要组成部分。智能空间作为物理世界和信息空间的融合体,已经融入到人们的生活中并为用户提供智能化的服务和便利。 普适计算固有的内在复杂性对当前的基础软件设施提出了全新的挑战,迫切需要一种具有自适应能力的中间件基础设施。普适计算要求中间件能够根据系统内部运行情况和外部上下文状态的变化进行组成结构和行为功能的自主调整和重新配置,为上层普适应用提供自适应的服务。当前,在面向普适计算的自适应中间件研究中,存在着两个十分重要的问题:一是面向普适计算的自适应中间件模型问题;二是基于构件的自适应中间件的核心实现方法问题。对于这两个问题的研究具有非常重要的意义,迫切需要我们从理论和实践两方面加以解决。 本文针对普适计算对中间件的全新要求,重点解决上述两个问题,集中突破基于构件的中间件在设计部署和运行阶段如何实现自适应的方法难点,为普适计算应用提供自适应中间件的理论和方法支持。本文的主要工作包括以下四个方面: 1) 建立了自适应中间件模型SCUD。该模型包括了符合CCM规范的自适应实体——自适应构件和自适应智能体;具有集成AOP和反射的自适应中间件内省机制;具有基于上下文感知的自适应中间件外省机制;包含了基于扩展时序逻辑的中间件自适应语义规范CMAS,用于保证中间件实现自适应的正确安全。 2) 提出了SCUD自适应构件分配方法,实现了构件装配部署阶段的静态可配置中间件自适应。该分配方法使用在自适应中间件的构件装配部署阶段,在中间件自适应语义规范CMAS的指导下充分考虑普适计算环境中的计算资源约束需求、自适应构件之间的依赖关系以及自适应构件的容错机制,具有动态规划和前向纠错的能力。实验表明,该分配方法具有良好的性能,能够提供静态可配置的中间件自适应。 3) 提出了SCUD自适应构件组合方法,实现了构件运行阶段的动态双向中间件自适应。该组合方法使用在自适应中间件的构件运行阶段,在中间件自适应语义规范CMAS的指导下充分考虑普适计算环境中的自适应构件组合必须遵守的原则:不中断当前自适应构件间的事件通信和接口调用;不破坏其它自适应构件之间的依赖关系;保证该构件组合执行动作的整体开销最小。实验表明,该组合方法具有良好的性能,能够提供动态双向的中间件自适应。 4) 实现了基于SCUD模型及其自适应构件分配、组合方法的自适应中间件

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 普适计算-计算模式的变革
• 1.1.2 智能空间-计算环境的融合
• 1.1.3 软件构件-软件发展的趋势
• 1.2 中间件概述
• 1.2.1 中间件的定义
• 1.2.2 中间件的分类
• 1.2.3 中间件的体系结构
• 1.2.4 中间件的发展趋势
• 1.3 CCM规范概述
• 1.3.1 CCM规范的简介
• 1.3.2 CCM规范的优点
• 1.4 研究动机
• 1.5 研究内容与贡献
• 1.6 本文结构
• 第2章 研究基础和现状
• 2.1 自适应中间件概念
• 2.1.1 自适应的定义
• 2.1.2 自适应系统的定义
• 2.1.3 自适应中间件的定义
• 2.2 自适应中间件的支撑方法综述
• 2.2.1 基于AOP的关注分离方法
• 2.2.2 基于内省和调解的反射方法
• 2.2.3 基于构件的设计开发方法
• 2.2.4 基于静态和动态的软件组合方法
• 2.3 自适应中间件的研究项目综述
• 2.3.1 面向基础设施的自适应中间件
• 2.3.2 面向分布式对象的自适应中间件
• 2.3.3 面向分布式构件的自适应中间件
• 2.3.4 面向通用服务的自适应中间件
• 2.4 研究现状的比较与分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 自适应中间件模型SCUD
• 3.1 自适应中间件模型SCUD的体系
• 3.2 自适应中间件模型SCUD的实体
• 3.2.1 自适应构件
• 3.2.2 自适应智能体
• 3.3 自适应中间件模型SCUD的内省机制
• 3.3.1 自适应中间件SCUD的反射体系
• 3.3.2 元模型SCUDMM
• 3.3.3 元数据SCUDMD
• 3.3.4 元协议SCUDMP
• 3.4 自适应中间件模型SCUD的外省机制
• 3.4.1 上下文的语义视图
• 3.4.2 智能空间中的本体
• 3.4.3 语义集成的上下文感知模型SCM
• 3.5 SCUD的中间件自适应语义规范
• 3.5.1 中间件自适应的三阶段
• 3.5.2 基于扩展时序逻辑的上下文感知自适应时序逻辑 CATL
• 3.5.3 上下文感知的中间件自适应语义规范CMAS
• 3.5.4 中间件自适应语义规范的合成
• 3.6 本章小结
• 第4章 SCUD自适应构件分配方法
• 4.1 自适应构件分配问题的定义
• 4.2 资源受限的启发式自适应构件分配方法
• 4.2.1 自适应构件分配方法-RIT
• 4.2.2 RIT方法中的CCAP、SCB和ACDC
• 4.3 自适应构件分配实验及性能分析
• 4.3.1 MMS系统中的自适应构件分配实验
• 4.3.2 RIT方法的性能分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 SCUD自适应构件组合方法
• 5.1 自适应构件组合问题的定义
• 5.2 自适应构件组合模型
• 5.2.1 自适应构件组合单元
• 5.2.2 自适应构件动作行为
• 5.3 安全高效的自适应构件组合方法
• 5.3.1 自适应构件组合中的状态定义
• 5.3.2 自适应构件组合方法 SEDCC
• 5.3.3 自适应构件组合方法实例
• 5.3.4 自适应构件组合方法性能测试
• 5.4 本章小结
• 第6章 面向智能汽车空间的自适应中间件SCUDWare
• 6.1 智能汽车空间
• 6.1.1 智能汽车空间的体系结构
• 6.1.2 智能汽车空间的硬件实现
• 6.2 自适应中间件SCUDWare
• 6.2.1 SCUDWare的体系
• 6.2.2 SCUDWare的特点
• 6.3 CCM规范的改进
• 6.3.1 CCM规范的不足
• 6.3.2 SCUDCCM规范
• 6.4 智能汽车空间中的移动音乐系统
• 6.4.1 移动音乐系统MMS的简介
• 6.4.2 移动音乐系统MMS的开发
• 6.5 本章小结
• 第7章 结束语
• 7.1 本文工作总结
• 7.2 本文不足之处和进一步工作
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 攻读学位期间参加的项目情况
• 致谢