普適計(jì)算中面向移動(dòng)的軟件自適應(yīng)性研究.pdf

1、移動(dòng)和便捷是當(dāng)今社會(huì)的兩大需求。人們期望在任何時(shí)間和任何地點(diǎn)能夠輕松享用滿意的背景式服務(wù)。正是這種需求推動(dòng)了無線技術(shù)的高速發(fā)展和移動(dòng)設(shè)備的迅速普及，也推動(dòng)了計(jì)算模式朝著移動(dòng)便攜式的普適計(jì)算方向發(fā)展。然而，與普適計(jì)算中的硬件和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比，其軟件技術(shù)還相當(dāng)落后，它在一定程度上制約了普適計(jì)算的發(fā)展。 與資源豐富和環(huán)境穩(wěn)定的傳統(tǒng)分布式軟件不同，普適計(jì)算軟件需要運(yùn)行在用戶移動(dòng)、資源貧乏、環(huán)境多變和難以預(yù)測(cè)的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中。適應(yīng)這種苛刻的

2、移動(dòng)環(huán)境需要軟件自適應(yīng)技術(shù)的支持。 本文從移動(dòng)的角度(包括用戶移動(dòng)、設(shè)備移動(dòng)和代碼移動(dòng))，針對(duì)基礎(chǔ)架構(gòu)和adhoc網(wǎng)絡(luò)兩種典型的普適計(jì)算環(huán)境，較系統(tǒng)地研究了普適計(jì)算軟件從配置到運(yùn)行期間的關(guān)鍵自適應(yīng)技術(shù)。主要采用了源路由技術(shù)、移動(dòng)代碼、規(guī)則機(jī)制、策略語言、圖論優(yōu)化等方法，對(duì)服務(wù)發(fā)現(xiàn)、服務(wù)組合、設(shè)計(jì)范式優(yōu)化選擇和服務(wù)最優(yōu)化部署等內(nèi)容展開較深入討論，以實(shí)現(xiàn)滿足移動(dòng)用戶服務(wù)需求和節(jié)約移動(dòng)設(shè)備受限資源兩個(gè)目標(biāo)。本文主要研究工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下

3、。 第一，在DSR路由協(xié)議基礎(chǔ)上，提出了一種適合于移動(dòng)自組網(wǎng)，基于服務(wù)質(zhì)量(QoS)和資源節(jié)約的主動(dòng)服務(wù)發(fā)現(xiàn)和組合協(xié)議SC-QoS。采用動(dòng)態(tài)源路由思想和跨協(xié)議層實(shí)現(xiàn)技術(shù)，將自組網(wǎng)中的服務(wù)發(fā)現(xiàn)和組合問題轉(zhuǎn)化為服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的路徑發(fā)現(xiàn)問題。為滿足QoS要求和降低控制開銷，利用一次服務(wù)路徑發(fā)現(xiàn)同時(shí)實(shí)現(xiàn)路由發(fā)現(xiàn)、服務(wù)發(fā)現(xiàn)和服務(wù)組合。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用受限泛洪方法和本地路徑維護(hù)機(jī)制，該協(xié)議能夠以較少的控制消息，獲得高的成功率和強(qiáng)的資源節(jié)約能力。

4、 第二，基于移動(dòng)代碼技術(shù)，分別提出了定性和定量的設(shè)計(jì)范式優(yōu)化選擇方法。分析比較了MONO、C/S、COD、REV、MA和MC等6種典型設(shè)計(jì)范式的特性，給出了基于組件移動(dòng)性和上下文環(huán)境的定性范式優(yōu)化選擇方法，以滿足不同環(huán)境下的用戶需求。采用規(guī)則和策略語言，將范式選擇代碼與功能代碼分離，實(shí)現(xiàn)范式動(dòng)態(tài)選擇和方便系統(tǒng)維護(hù)。為進(jìn)一步節(jié)約受限資源，提出了基于資源消耗的定量范式優(yōu)化選擇算法。 第三，提出了基于組件移動(dòng)約束和資源節(jié)約的動(dòng)

5、態(tài)軟件優(yōu)化部署算法。充分利用組件移動(dòng)、本地調(diào)用、遠(yuǎn)程調(diào)用、復(fù)制和重新綁定等多種組件移動(dòng)約束關(guān)系，節(jié)約受限資源。以網(wǎng)絡(luò)流理論為基礎(chǔ)，通過一系列等價(jià)轉(zhuǎn)換規(guī)則將最優(yōu)軟件部署問題轉(zhuǎn)化為流網(wǎng)絡(luò)(flownetwork)最小切分問題，進(jìn)而獲得兩主機(jī)間軟件最優(yōu)部署和多主機(jī)間次優(yōu)部署。為增強(qiáng)算法通用性，采用抽象費(fèi)用圖模型來優(yōu)化節(jié)約多種資源，如網(wǎng)絡(luò)帶寬、時(shí)間和電量等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，提出的受限費(fèi)用圖切分算法不僅符合軟件特性和節(jié)約更多資源，而且能夠很好地適應(yīng)

6、環(huán)境的變化。 第四，實(shí)現(xiàn)了普適計(jì)算環(huán)境中的自適應(yīng)原型系統(tǒng)。利用Jist/Swans網(wǎng)絡(luò)模擬器實(shí)現(xiàn)了基于DSR的移動(dòng)自組網(wǎng)SC-QoS協(xié)議。在JADE移動(dòng)代理平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了多種設(shè)計(jì)范式，并實(shí)現(xiàn)了一種適合于各種范式和多種資源的通用定量計(jì)算和優(yōu)化配置算法。 本文圍繞移動(dòng)環(huán)境下的軟件自適應(yīng)性，利用中間件有機(jī)地集成了軟件從配置到運(yùn)行四個(gè)主要階段的自適應(yīng)技術(shù)，它們目標(biāo)一致，相互關(guān)聯(lián)，層層深入。最后通過模擬實(shí)驗(yàn)和原型系統(tǒng)驗(yàn)證了本文提出的