（计算数学专业论文）基于corba的智能小区网络模型的研究与实现.pdf

摘要 本文分析了智能小区目前所面临的困境，比较了三种主流的分布 式对象技术，提出了基于c o r b a 的智能小区解决方案。 首先，面对家庭智能产品互操作标准激烈竞争的局面，本文希望 用c o r b a 来结束这场争论。为此，提出了家庭智能设备标准化的三个 层次，强调了定义设备领域接口的必要性。 其次，通过对家庭智能设备分类，提出了一种基于c o r b a 的智能 家居网络模型，并将该模型扩展至整个智能小区。 最后，本文设计了一个采用c o r b a 架构的智能小区系统，该系统 对智能小区进行了功能模拟，实现了设备的本地或远程监控功能以及 小区短信功能。此外，针对智能小区的其他功能需求，如即插即用、 事件过滤、远程智能维护、实时应用等问题，提出了相应的解决方案。 关键宇：智能小区，智能家居，c o r b a ，标准化，互操作，网络模型，即插 即用 a b s t r a c t t h i s p a p e ra n a l y z e s c u r r e n te m b a r r a s s m e n tt h a tt h e i n t e l l i g e n t c o m m u n i t yi ss u f f e r i n gf r o m ，c o n t r a s t st h r e ep o p u l a rd i s t r i b u t e do b i e c t t e c h n o l o g i e s ，a n db r i n g s f o r w a r dac o r b a b a s e ds o l u t i o nt ot h e i n t e l l i g e n tc o m m u n i t y f i r s t ，f a c i n gk e e nc o m p e t i t i o l lf o ri n t e r o p e r a b l es t a n d a r do ns m a r t e q u i p m e n t ，t h i sp a p e rt r i e s t o s t o p ad i s p u t ea b o u tt h i si s s u e u s i n g c o r b a a c c o r d i n g l y ，i n t h i s p a p e r w e p u t f o r w a r dt h r e e - t i e rt o s t a n d a r d i z es m a r te q u i p m e n t s ，a n de m p h a s i z et h en e e df o rd e f i n i n gt h e i r d o m a i ni n t e r f a c e s s e c o n d ，t h r o u g hc l a s s i f y i n gs m a r td e v i c e si nh o m e ，ac o r b a b a s e d h o m e n e t w o r km o d e lf o rt h es m a r th o m ei sg i v e n a n dt h e ni ti se x t e n d e d t ot h ew h o l eo ft h ei n t e l l i g e n tc o m m u n i t y f i n a l l y , i no r d e r t os i m u l a t et h ei n t e l l i g e n tc o m m u n i t y f u n c t i o n a l l y , a s y s t e m w i t hc o r b af r a m e w o r ki s d e s i g n e d i nt h i ss y s t e m s o m e f u n c t i o n ss u c ha s e q u i p m e n tm o n i t o r i n gl o c a l l y o r r e m o t e l y , c o m m u n i c a t i n gb y s h o r t m e s s a g e ，a r ei m p l e m e n t e ds u c c e s s f u l l y i n a d d i t i o n ，a i m i n ga to t h e rf u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t s f o re x a m p l e ，p l u ga n d p l a y , e v e n tf d t e r i n g ，r e m o t ei n t e l l i g e n tm a i n t e n a n c e ，r e a l t i m ea p p l y i n g a n ds oo n ，r e l e v a n ta p p r o a c h e sa r e g i v e n t o o k e yw o r d s ：i n t e l l i g e n tc o m m u n i t y , s m a r th o m e ，c o r b a ，s t a n d a r d i z e ， i n t e r o p e r a b i l i t y , n e t w o r km o d e l ，p l u g a n d p l a y 2 第一章绪论 1 智能小区概述 1 1 智能小区的内涵及其发展 2 0 世纪8 0 年代，随着经济的发展和科学技术的进步，特别是建 筑技术、通信技术、计算机技术、自动控制技术的迅猛发展与提高， 智能建筑( i n t e l l i g e n tb u i l d i n g ) 在发达国家应运而生。1 9 8 4 年美国联合 科技集团u t b s 公司对一座旧式大楼进行改造时，将大楼中的空调、 电梯、照明、防盗等设备用计算机进行监控，为客户提供语音通信、 文字处理、电子邸件和情报资料等信息服务，从此拉开了智能建筑的 序幕。 所谓智能建筑，是指通过对建筑物的四个基本要素( 结构、系统、 服务和管理) 以及它们之间的内在联系，以最优化的设计，采用最先 进的4 c ( c o m m u n i c a t i o n ，c o n t r o l ，c o m p u t e r , c r t ) 技术，建立一个由计 算机系统管理的一体化集成系统，提供一个投资合理，又拥有高效率 的幽雅舒适、便利快捷、高度安全的环境空间【1 l 。 智能小区( i n t e l l i g e n tc o m m u n i t y ) 是从智能建筑中衍生出来的一 个概念。根据“上海市智能住宅小区功能配置大纲”对智能小区的定 义，智能小区是把信息通信、计算机和自控等技术运用于住宅小区， 通过有效的信息传输网络，各系统的优化配置和综合应用，向住户提 供先进的安全防范、信息服务、物业管理等方面的功能，以期为居住 者创造安全、便捷、高效的生活空间。 我国在1 9 9 7 年制定了“小康住宅电气设计( 标准) 导则”，正式 拉开了“住宅小区智能化”的序幕。在“九五”重点科技项目“2 0 0 0 年小康型城乡住宅科技产业工程”的推动下，全国各地先后兴建了一 批小康住宅示范小区，它们在一定程度上具有智能化小区的功能，标 志着我国智能小区建设步入个快速发展的时期。 1 2 智能小区的分类 根据“全国住宅小区智能化系统示范工程建设要点与技术导则” ( 试行稿) ，智能小区可以按功能分类为一星级、二星级和三星级。 一星级( 普及型) 具有安全防范子系统、信息管理子系统和信息网络子系统。其中 安全防范子系统包括：出入口管理及周界防越报警、闭路电视监控、 对讲与防盗门控、住户报警、巡更管理；信息管理子系统包括：对安 全防范系统实行监控、远程抄收与管理或i c 卡、车辆出入与停车管 理、主要设备( 供电设备、公共照明、电梯、供水等) 监控管理、紧 急广播与背景音乐系统、物业管理计算机系统；信息网络子系统包括： 为实现上述功能科学合理布线、每户不少于两对电话线和两个有线电 视插座、建立有线电视网。 二星级( 提高型) 除了具备一星级的全部功能之外，在安全防范子系统和信息管理 子系统的建设方面其功能及技术水平应有较大提升，信息传输通道应 采用高速宽带数据网作为主干网，物业管理计算机系统应配置局部网 络并可供住户联网使用。 三星级( 超前型) 具备二星级的全部功能，并且信息传输通道应采用宽带光纤用户 接入网作为主干网，实现交互式数字视频业务。住宅小区智能化系统 建设在可能条件下，应实施现代集成建造系统( h i c i m s ) 技术，并把 物业管理智能化系统建设纳入整个住宅小区建设中，作为h i c i m s 工程中的一个子系统。同时，h i 。c i m s 系统要考虑物业公司对其智能 化系统管理的运行模式，使其实现先进性、可扩展性和科学管理。 1 3 智能小区系统结构 智能小区以一套先进、可靠的网络系统为基础，将住户和公共设 施建成网络，实现住户、小区生活服务设施的计算机化管理。从智能 小区系统结构示意图( 图1 - 1 ) 中可以看出，网络是智能小区的基础 设施，智能家居( s m a r th o m e ) 和其他设备是智能小区的组成单元，计 算机化管理和控制是小区智能化的关键。 信息传输通道 il 国囱 囱国 f 统i u 图1 - 1 智能小区系统结构示意图 小区网络 小区网络是满足小区通信、控制功能所需网络线路基础设施的总 称，包括宽带接入网、电话和有线电视网、小区控制网以及家庭网络 ( h o m en e t w o r k ) t 2 t 。其中，小区控制网是整个小区的神经系统，它将 小区内各个节点连接起来，实现小区的统一管理和智能控制。 在建设小区控制网络时需要充分考虑小区自身的特殊性： ( 】) 小区节点数量多，分布范围广。 ( 2 ) 对设备的实时性要求较高。 ( 3 ) 网络中连接的更多的是结构和特性各异的设备。 ( 4 ) 某些设备( 如监控头、烟感装置) 所处环境变化较大，受 到各种干扰较多。 因此，控制网的选择应从多节点组网的可靠性、控制与报警的实 时性、多系统融合的开放性、整个系统的独立性、网络维护的方便性 以及网络安全性、经济性等方面综合考虑【3 】。目前，国内大多数智能 小区都采用l o n w o r k s ( l o c a lo p e r a t i n gn e t w o r k s ) ，它是一种可靠的、 全开放的、可互操作的、成熟的和低成本的分布式控制网络技术，全 世界有超过2 5 0 0 家公司生产各种各样的l o n w o r k s 产品，基本上可 以满足现阶段智能小区的需要。 智能家居 智能家居是以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电、设 备自动化，集系统、服务于一体的高效、舒适、安全、节能、便利的 居住和生活环境1 1 1 。智能家居的基本目标是将家庭中各种与信息相关 的通信设备、家用电器和家庭保安装置，通过家庭总线( h o m eb u s ) 技术连接到个家庭智能化系统上，进行集中的或异地的监视、控制 和家庭事务性管理( 图1 2 1 4 j 。 图1 - 2 冢庭网络 作为家庭网络( h o m en e t w o r k ) 的核，t l , 部件，家庭网关( r e s i d e n t i a l g a t e w a y ) 主要有三个作用： ( 1 ) 家庭内部网络各种不同通信协议之间的转换和信息共享。 ( 2 ) 与外部网络之间的数据交换。 ( 3 ) 对家庭内已联网的设备集中管理与控制。 图1 - 3e t y 2 0 0 0 家庭智能单元 图1 3 为深圳易天元网络控制有限公司开发的e t y 2 0 0 0 家庭智 能单元，它是一种具有多个接口的专用家庭网关，也称为家庭控制器。 1 4 网络家电的互操作 网络家电是将普通家用电器利用数字技术、网络技术以及智能控 制技术设计改进的新型家电产品p 】。网络家电通过互联可以组成一个 家庭内部网络，同时这个家庭网络又可以与外部网相连接。从技术的 角度来看，网络家电必须解决两个阀题：首先是家电之间的互联问题， 也就是使不同家电之间能够互相识别，协同工作；其次是家电网络与 外部网络的通信问题，使家庭中的家电网络真正成为外部网络的延 伸。 目前市场上推出的网络家电和其他家居智能产品都是基于生产 商自行选择的某种标准，由于没有经过长时间的应用验证和业界的普 遍认同，在实际应用中存在明显的缺陷：不同公司产品之间无法实现 互联和互操作。为了解决这个问题，当前的做法是在每台家电中增加 一个通信模块，不同的物理传输介质有不同的通信模块。此外，为厂 保证各家电之间以及家电网络和网关之间的正确通信，还必须制订一 套完整的通信协议。 当前比较流行的互操作解决方案主要有以下六种1 6 j ： j i n i 技术 j i n i 是由s u n 公司推出的基于j a v a 的、具备即插即用 ( p l u g a n d p l a y , p n n 功能的分布式计算环境，目标是将一组设备和软 件联合起来形成一个单一的、动态的分布式系统( d i s t r i b u t e ds y s t e m ) ， 使网络上的成员能够方便地共享彼此的资源。 为了让使用者知道网络上有哪些服务可以被使用，首先需要建立 一个联盟( f e d e r a t i o n ) ，让网络上可用的服务主动加入。某个服务加入 时，要向联盟宣告其存在。使用者通过联盟查找可以使用的服务，并 通过j a v a 的远程方法调用( r e m o t em e t h o di n v o c a t i o n ) 动态地下载或 运行代码。 通用即插即用技术( u p n p ) u p n p ( u n i v e r s a lp l u g a n dp l a y ) 是m i c r o s o f t 开发的一种基于i p 网 络的即插即用技术，为家庭中可能出现的动态环境提供了如何发现服 务、如何实现服务的应用程序编程接n ( a p i ) 。它通过简单的服务发 现协议和轻量级的目录帮助协议来实现网上设备和服务的自动查询。 家庭即插即用( h o m ep n p 碡t 术规范 h o m ep n p 独立于网络的下层技术和协议，可运行于多种网络协 议之上，它基于e i a - 6 0 0 c e b u s 标准的面向对象的通用应用语言( c a l ) 和对象模型，只要在产品中嵌入h o m ep 1 1 p 技术，来自不同厂家的产 品可以在同一网络上相互通信，且具有即插即用功能。h o m ep n p 制 定了家庭网络系统以及相关产品的行为特征集合，规定了基于 w m d o w s 操作系统的家庭网络的控制应用，定义了音频视频、计算 机、能源管理、照明控制、安全控制、远程通信和用户接口相关文档。 h o m ep l l p 可以实现与i p 网络的连接，也可以运行于i e e e1 3 9 4 网络 之上。 家庭a p i 技术( h o m ea p i ) 由m i c r o s o f t 、i n t e l 、p h i l i p s 等公司发起的h o m ea p i 工作组为加 速家庭网络应用软件的开发，正在研发一套适宜于家庭网络的通用 a p i 的工业规范以及相应的s d k ( s o f t w a r ed e v e l o p m e n tk i 0 。h o m e a p i 与其他方案的不同之处是它定义了独立于协议的a p i 和通用的编 程模型，可以在很大程序上补充其他方案。 家庭音频视频互操作技术( h a v i ) h a v i ( h o m ea u d i ov i d e oi n t e r o p e r a b i l i t y ) 技术得到了s o n y 、 p h i l i p s 等公司的支持，它以i e e e1 3 9 4 为基础，使来自不同厂商的数 字音频、视频设备能够互联和互操作。 开放服务网关标准( o s g i ) o s g i ( o p e ns e r v i c e sg a t e w a yi n i t i a t i v e ) f i ti b m 、l i p 、p h i l i p s 、s u n 等公司共同发起，为连接i n t e r n e t 上商业服务和下一代智能电器定义 的一种开放标准。o s g i 体系由服务网关、服务提供商、服务集成商、 网关操作员、广域网和局域网络以及连接设备组成，具有平台独立、 应用独立、高安全、多任务、兼容不同通信标准( 如b l u e t o o t h ， i e e e l 3 9 4 ) 和支持多种设备连接技术( 如u p n p ，j i n i ) 的优点。 上述互操作解决方案在家庭网关的协议分层结构中处于第三层 ( 图1 _ 4 ) ，其中第一、二层的标准已颁布并在实际应用中，第三层是 当前业界研究的热点【7 】o 第五层：用户接口层 第四层：应用程序层 第三层：j 棚屡 第二层：协议层 第层：物理层 图1 4 家庭网关的协议分层结构图 尽管互操作方案的竞争能够带来技术上的革命，但是激烈的竞争 态势同时也阻碍了家居智能化的发展，未来的家居智能产品迫切需要 一种统一的互操作规范。 1 5 智能小区面临的困境 由于智能小区自身的复杂性和特殊性，在设计智能小区系统时必 须面对异构性、开放性、标准化等诸多挑战。 异构性 智能小区的异构性体现在多方面： ( 1 ) 网络异构。小区范围内存在多种网络，不同的网络平台使 用的通信协议和标准不同。 ( 2 ) 硬件异构。智能小区和智能家居中使用的设备可能来自不 同的厂家，它们所采用的网络平台和接口标准不同。以网 络家电为例，由于目前尚未形成一个统一的标准，不同公 司的产品基本上是不兼容的，也没有哪一家的产品能够覆 盖网络家电的所有类别。 ( 3 ) 计算机操作系统和网络操作系统也可能不同。 ( 4 ) 智能小区的各个子系统以及嵌入式设备的应用程序可能使 用不阿的编程语言。 开放性 智能小区的开放性体现在以下二个方面： ( 1 ) 小区内的结点、资源和应朋并非一成不变的，随着时间的 推移，小区可能需要新增一些设备和服务，以满足住户不 断增长的需求。在小区网络中增加新的硬件设备是系统在 硬件级上的扩展( 硬升级) ，引入新的服务或重新实现旧的 服务是系统在软件级上的扩展( 软升级) 。作为一个开放系 统，智能小区应该具备良好的可移植。陛( p o r t a b i l i t y ) 、可互 操作性( i n t e r o p e r a b i l i t y ) 、伸缩性( s c a l a b i l i t y ) 和易用性 ( a v a i l a b i l i t y ) 8 1 。 ( 2 ) 智能小区追求的目标是生活模式的多样化以及家居生活的 个性化。不可能也不应该用同一种生活模式来约束人们的 家居生活，人们有权利选择、定制小区所提供的服务，也 有权利决定家庭中使用何种、使用多少家居智能设备。 标准化 智能小区追求的另一个目标是产品的易用性，当一个设备接入到 网络时，它应该可以与其他设备互联、互操作。 据估计，目前国内家居智能产品多达数百个品种，不同的产品可 能采用互不兼容的标准。随着市场竞争的日益加剧，一些缺少竞争力 的企业将被迫退出这个市场，某些产品因为得不到持续的技术支持将 成为小区内的“孤儿”。 在多种标准互相竞争的形势下，作为一种过渡性措施，可以将家 庭网关设计成与平台无关，也就是说在家庭网关上集成所有标准。然 而，这种过渡性方案无疑会增加家庭网关的成本，抬高小区和家居智 能化的门坎。 为了实现智能小区市场的真正繁荣和持续发展，标准化是必由之 路，当务之急是要尽快制定智能小区和家居网络平台国家标准，统一 互操作规范p j 。 2 课题可行性分析 从智能小区的系统结构( 图1 - 1 ) 来看，智能小区属于硬件和软 构件( s o f t w a r ec o m p o n e n t ) 分布在网络上，且各部分之间需要相互通 信和动作协调的分布式系统【l o l 。在决定采用何种技术来实现智能小区 系统时，应该综合考虑下面三个因素： ( 1 ) 技术是否先进。 ( 2 ) 能否克服智能小区目前所面临的困境。 ( 3 ) 能否实现智能小区涵盖的功能。 面向对象技术是当今软件开发的主流技术，已经在软件生存期的 各个阶段取代了传统的结构化方法。在网络计算平台上开发、部署、 管理和维护以资源共享和协同工作为主要应用目标的分布式应用系 统，则是分布式计算( d i s t r i b u t e dc o m p u t i n g ) 的主要目标。将面向对象 技术与分布式计算两者有机地结合起来所形成的分布式对象技术 ( d i s t r i b u t e d o b j e c t t e c h n o l o g y ) ，是一种先进的、代表未来发展方向的 技术，这种技术毫无疑问应该成为开发智能小区这类异构的、开放的 分布式系统的首选。 2 1c o r b a 在技术上领先d c o m 和j a v a r m i 当前几种主流的分布式计算模型都有机地融合了分布式计算与 面向对象技术，它们是o m g ( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ) 的对象请求 代理体系结构( c o r b a ) ，m i c r o s o f t 的分布式组件对象模型( d c o m ) ， s u n 公司的j a v a r m i ! j 。 衡量一种分布式对象技术的优劣可以从集成性、可用性、可扩展 性三个方面考虑【1 2 】： ( 1 ) 集成性：主要反映在基础平台对应用程序互操作能力的支 持上。 ( 2 ) 可用性：要求所采用的软构件技术必须是成熟的技术。 ( 3 ) 可扩展性：集成框架必须是可扩展的。 c o r b ad c o m j a v a r l v 1 集 支持跨语言操作好好一般 成 支持跨平台操作好一般好 性 网络通讯好一般好 公共服务构件好一般 好 事务处理好一般一般 消息服务般一般一般 可 安全服务好一般好 用 。目录鹰务好 一般一般 性 容错性一般一般一般 产品成熟性一般一般一般 软件开发商的支持度一般好好 可扩展性好般好 表1 - 1 三种分布式对象技术比较 表1 - 1 对三种主流技术进行了全面的比较，从中可以看出 c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s t b r o k e ra r c h i t e c t u r e ) 在技术上明显领 先于其他两种( 1 3 l 。作为一种面向对象的中间件( m i d d e w a r e ) 规范， c o r b a 允许不同应用之间相互通信，无需考虑编程语言、软硬件平 台、通信的网络以及它们的实现者，是实现智能小区系统的理想方案。 2 2c o r b a 较好地克服了智能小区面临的困境 两条原则有助于异构问题的解决【1 4 】：一是寻找一种独立于平台的 模型和抽象；二是在不牺牲太多性能的情况下，尽可能地隐藏低层的 复杂细节。中间件较好地遵循了上面两条原则，作为一种面向对象的 中间件规范，c o r b a 引入了对象请求代理o r b ( o b j e c tr e q u e s t b r o k e r ) 中间件，使不同对象之间可以透明地发送请求和接收应答，这 些对象可以处在同一台机器上，也可以分布在网络中，用户无需了解 对象的通讯、激活、实现、定位等细节。 智能小区的开放性需要解决系统的可扩展性( 包括硬升级和软升 级) 以及小区生活模式的定制问题。利用c o r b a 来满足智能小区的 开放性要求，主要基于以下三点理由： ( 1 ) c o r b a 良好的异构解决能力对系统的平滑升级提供了可 靠保证。 ( 2 ) c o r b a 风格的多层体系结构是开放的和可扩展的。 ( 3 ) c o r b a 对象是自省的( i n t r o s p e c t i v e ) ，可以在运行时描述它 的行为，利用c o r b a 的动态设施( d i i 、接口库) 或o m g 交易对象服务( t r a d i n go b j e c ts e r v i c e ) 可以实现小区服务的 定制。 标准化的目的就是要解决小区或家居中设备的互联、互操作闯 题，而这个问题的解决必须建立在统一的互操作规范基础上。在目前 多种规范共存的形势下，将各种互操作规范都集成到设备中，这种增 加设备成本的做法极大地制约了智能小区的发展。 按照o m g 的设计理念，分布式对象是对象实现( o b j e c t i m p l e m e n t a t i o n ) 与对象接口分离的对象。对象接口是对象结构与行为 的外部可见的规格说明，用o m gi d l ( i n t e r f a c ed e f i n i t i o nl a n g u a g e ) 来描述；对象实现提供对象内部的具体数据表示与可执行代码。对智 能小区或智能家居中使用的设备来说，只需用o m gi d l 定义对象接 口，把对象实现交给设备生产商，让生产商生产出符合c o r b a 规范 的对象，至于对象之间的通信则由对象总线o r b 来完成。这种充分 体现c o r b a 思想的做法可以从根本上解决设备的互联和互操作，为 智能小区的标准化工作开创了一个崭新的思路。 2 3c o r b a 满足智能小区功能上的需求 “全国住宅小区智能化系统示范工程建设要点与技术导则”将一 星级智能小区划分为安全防范、信息管理和信息网络三个子系统，对 二星级、三星级智能小区在功能上和网络基础设施上提出了更高的要 求。为了准确地把握智能小区的功能需求，本文将智能小区的主要功 能概括为通信、设备监控、定制服务、即插即用四种。 通信 智能小区应该具有灵活的通信方式，以满足住户与小区管理中 心、住户与住户、小区与外界之间的通信需要。 基于c o r b a 的智能小区在实现对象之间通信问题上更加灵活， 可以采用的通信方式利1 1 j ：同步通信( s y n c h r o n o u sc o m m u m c a t i o n ) 、 延迟同步通信( d e f e r r e ds y n c h r o n o u sc o m m u n i c a t i o n ) 、单向通信 ( o n e w a yc o m m u n i c a t i o n ) 、异步通信( a s y n c h r o n o u sc o m m u n i c a t i o n ) 。 智能小区的某些服务( 如小区广播、短信服务) 可能建立在异步、 多目的通信方式之上，c o r b a 的事件服务( e v e n ts e r v i c e ) 和通知服务 ( n o t i f i c a t i o ns e r v i c e ) 支持这种解耦通信( d e c o u p l e dc o m m u n i c a t i o n ) 方式。 设各监控 智能小区可以通过网络对设备进行监视和控制，其监控方式是多 样的，既有家庭内部的现场控制，又有小区管理中心甚至小区外用户 对设备的远程控制。 设备的本地和远程控制建立在互操作性的基础之上，c o r b a 中 的某些概念，如域( d o m a i n ) 、桥接( b r i d g i n g ) 并q l 协议( p r o t o c 0 1 ) ，对互操 作问题的解决提供了有力的技术支撑【1 捌。用户无需了解o r b 的底层 通信细节，因此，基于c o r b a 的设备监控更容易实现。 定制服务 住户可以根据自己的兴趣爱好定制管理中心提供的各类服务，当 小区增加项新服务时，应该可以通过某种途径向小区内的全体住户 发布这种服务。 至少有两种机制可以实现小区服务的定制1 1 6 】： ( 1 ) 接口库( i n t e r f a c er e p o s i t o 啪将i d l 文件组织成更适合客户 程序在运行时可动态访问的信息，客户从接口库中获取对 象引用的详细接1 ：3 信息，通过动态调用( d y n a m i ci n v o c a t i o n ) 方式实现小区服务的定制。 ( 2 ) c o r b a 交易对象服务用于发布或查找提供某一类型服务 的对象，它好像是各个对象的黄页，用户可以基于对象提 供的服务发现这些对象。 即插即用 智能小区中设备或服务的易用性是一个重要的评价指标，通过 p n p 希望达到如下目标： ( 1 ) 简化网络服务的安装和配置。 ( 2 ) 对具有动态特征的服务供应实施持续的监视和管理。 ( 3 ) 安装、配置网络设备时最小化用户的参与。 目前，p l l p 主要有三种方案可供选择，分别是j i n i 技术、移动代 理( m o b i l ea g e n t ) 和c o r b a 。从技术上看，只要o r b 支持事件通知 服务、交易对象服务以及按值传递对象( o b j e c tb yv a l u e ) ，基于c o r b a 的p n p 就可以实现。 综上所述，智能小区采用c o r b a 分布式计算模型，技术上是先 进的，不仅较好地克服了现阶段智能小区所面临的困境，而且对实现 智能小区各项功能提供了更灵活、更简便的编程方式。 ”3 论文的主要工作、结构 本课题“基于c o r b a 的智能小区网络模型的研究与实现”主要 做了以下工作： ( 1 ) 提出了家居智能产品标准化的三个层次，阐述了家居智能 产品互操作问题的c o r b a 解决方案。 ( 2 ) 设计了基于c o r b a 的智能小区、智能家居网络模型。 ( 3 ) 实现了一个简单的智能小区系统，对设备的本地和远程监 控以及小区通信( 发送和接收短信) 给出了完整的解决方 案。 ( 4 ) 阐述了基于c o r b a 的智能家居p i l p 模型。 全文共分六章，各章的主要内容如下： ( 1 ) 第一章绪论。介绍了智能小区的背景知识，对课题的可行 性进行了分析。 ( 2 ) 第二章分布式对象技术与中间件。介绍了分布式对象技术 和中间件的一般知识。 ( 3 ) 第三章c o r b a 基本原理。介绍了o m a 参考模型和 c o r b a 体系结构，讨论了c o r b a 在分布式系统开发中 的技术优势以及嵌入式环境对c o r b a 的要求 ( 4 ) 第四章基于c o r b a 的智能家居、智能小区网络模型。设 计了智能家居、智能小区的网络模型，提出了家居智能产 品标准化的兰个层次，对定义领域接口提出了几点建议。 ( 5 ) 第五章智能小区系统实现。介绍了系统的设计思路，利用 b e s ( b o d a n de n t e r p r i s es e r v e r ) 实现了智能小区的设备监控 与短信收发功能，阐述了基于c o r b a 的智能家居p a p 模 型。 ( 6 ) 第六章总结与展望。对事件过滤、设备的远程智能维护、 实时c o r b a 等问题进行了探讨，明确了下一阶段的研究 方向。 第二章分布式对象技术与中间件 1 分布式对象技术 分布式对象技术是伴随网络而发展起来的一种面向对象技术，是 分布式计算与面向对象技术的有机融合。目前，分布式对象技术已经 成为建立应用框架( a p p l i c a t i o nf r a m e w o r k ) 和软构件的核心技术，在 开发大型分布式应用系统中表现出强大的生命力【l ”。 1 1 产生背景 1 9 8 5 年以前，计算机应用一般是以单台计算机构成的单机计算 模式。分时多用户操作系统的研制成功，使单机计算模式发展成为单 主机一多终端( 集中式) 的计算模式。用户通过终端使用计算机，每 个用户都感觉好像是在独自享用计算机的资源，但实际上主机是在分 时轮流地为每个终端用户提供服务。 2 0 世纪8 0 年代，随着个人计算机( p c ) 的普及和局域网技术趋于 成熟，出现了客户机服务器( c l i e n t s e r v e r ) 量t 算模式。将个系统划 分为两类不同的但又相互联系的组成部分，其中一方提出对信息或服 务的请求，称为客户机，而另一方提供信息或服务，称为服务器。 随着网络的更进一步发展，很多软件需要在不同厂家的网络产 品、硬件平台、网络协议异构环境下运行，应用规模也从局域网延伸 至目广域网。在这种情况下，传统c s 模式的局限性也就暴露出来了， 于是中间件应运而生。中间件是位于平台( 硬件和操作系统) 和应用 之间的通用服务，主要作用是用来屏蔽网络硬件平台的差异性和操作 系统与网络协议的异构性，使应用软件能够平滑地运行于不同平台 上。同时，中间件在负载均衡、连接管理和调度方面起了很大的作用， 使企业级应用的性能得到大幅提升。但是在这个阶段，客户端是请求 服务的，服务器端是提供服务的，它们的关系是不对称的。随着面向 对象技术的进一步发展，出现了分布式对象技术。可以说，分布式对 象技术是随着网络和面向对象技术的发展而不断完善起来的，2 0 世 纪9 0 年代初c o r b a l 0 标准的颁布，拉开了分布式对象计算的序幕。 1 2 分布式对象系统 目前流行的分布式对象技术是面向对象的设计风格与多层c s 体系结构的有机结合【1 1 】。在这种软件体系结构中，将分布在网络上的 全部资源按照对象的概念来组织，应用程序的所有功能表达为由众多 分布式对象提供的各种服务，每一对象也可使用系统中的其他对象 ( 甚至是来自其他系统的对象) 提供的服务。一个对象既可以充当服 务方角色，也可以同时充当客户方角色，对象之问的关系是对称的， 淡化了客户程序与服务程序之间的界限。 与c s 体系结构相比，分布式对象系统具有更高的灵活性。系统 中的分布式对象通过接口向其他对象表明它所能提供的信息或服务， 其他对象根据接口了解这些分布式对象的用法。对象接口是分布式对 象系统的核心内容，它代表了软件系统中不同组件之间必须共同遵守 的合约。只要对象接口的语义保持不变，对象实现的变化不会对使用 该对象的其他对象产生任何影响。 尽管分布式对象系统本质上是一种多层q s 体系结构，但其中的 客户程序、服务程序的数目可能非常庞大，因而分布式对象系统通常 需要一种功能强大的对象定位机制，以帮助应用程序中的不同对象相 互以位置透明的方式查找并访问对象。 分布式对象技术通常还为应用程序中的大量分布式对象提供了 诸如并发控制、事务处理、持久性、安全性等服务，以帮助开发人员 构建具有高度可伸缩性和安全性的分布式应用系统。 1 3 主流技术 c o r b a 技术f 1 8 】 c o r b a 是由o m g 提出的应用软件体系结构和对象技术规范， c o r b a 规范集由一系列规范组成，包括o r b 体系结构、接口定义 语言i d l 、i d l 到各种程序设计语言的映射、g i o p ( g e n e r a l i n t e r - o r b p r o t o c 0 1 ) 和i i o p ( i n t e m e ti n t e r - o r bp r o t o c 0 1 ) 通信协议等，以支持异 构分布应用程序间的可互操作性以及独立于平台和编程语言的对象 复用。 c o r b a 对象模型将系统中的所有应用看成是对象及相关操作的 集合。通过o i m ，使a ) r & 气系统中分布在网络中的应用对象只取 决于网络的畅通性和服务对象特征获取的准确程度，丽与对象的位 置、对象所处的设备环境无关。 c 0 r b a 以0 r b 为基础，定义了一种与程序设计语言无关的分 布式对象模型和构件模型，该模型及其框架结构将面向对象技术与 c s 计算模式结合起来，有效地解决了对象封装、分布式计算环境中 资源共享、代码复用、可移植、互操作等问题，实现了异构平台间对 象的互操作，从而能真正的跨平台。在安全性上，c o r b a 提供了验 证、安全审计等多种机制，为网络安全提供了充分的保障。 c o r b a 采用连接式基础对象模型，底层网络通讯采用s o c k e t 机 制，此外还提供了分布和组装构件的方法，因此也可以看作是一种构 件集威模型。 d c o m 技术【1 9 】 d c o m ( d i s t r i b u t e dc o m p o n e n to b j e c tm o d e l ) 是以m i c r o s o f t 和 d e c 为主提出的分布式对象模型，它源于动态数据交换( d d e ) ，经历 d d e 、o l e 、c o m 发展而来。c o m 是d c 0 m 的基础，c o m + 是c o m 、 d c o m 、a c t i v e x 的最新扩展。与c o r b a 、j a y a r m i 对象模型不同， c o m 只支持封装机制和接口继承，不支持实现继承。但c o m 组件 可以有多个接口，通过包含和聚合实现对象复用，并能以二进制形式 发布。它的i d l 基于d c e ( d i s t r i b u t e dc o m p u t i n ge n v i r o n m e n t ) ，与 c o r b a 不兼容且不提供向程序设计语言的映射。c o r b a 用接口库 管理1 d l 信息并可以从本地和远程访问，c o m 用类型库管理i d l 信 息，只能从本地访问。 d c o m 是c o m 在网络上的扩展，它采用产生式基础对象模型， 从根本上消除了本地和远程对象的差别。在d c o m 环境中位于某一 网络上的c o m 对象能和另一网络上的c o m 对象进行通讯，其底层 通讯机制是r p c ( r e m o t ep r o c e d u r ec a l l ) ，并支持多种通讯协议，如 t c p i p 、i p x s p x 、i t i t p 等。d c o m 没有提供很好的安全机制，许 多有关安全性的问题要由用户自行处理。 d c o m 与程序设计语言无关，有较好的集成性和扩展性，但可 移植性差，主要是在m i c r o s o f t 的操作系统上运行。 j a v a r m i 技术【2 l 】 j a v a 是纯语言的，具有可移植性、跨平台、完全面向对象、安全 性强等方面的优势，s u n 公司在j a v a 的基础上提出了分布式对象模型 - - j a v a r m i ( r e m o t e m e t h o di n v o c a t i o n ) ，用于构建小型的分布式系统。 它与c o r b a 很相似，采用连接式基础对象模型。 j a v a r m i 能使不同j a v a 虚拟机上的对象实现互操作。利用r m i ， 某台j a v a 虚拟机上的对象可以象调用本地机上的方法一样调用远程 机上对象的方法。基于j a v a r m i 的软件有较好的平台无关性和可移 植性，同时还可以实现对象在i n t e r n e t 上的移动执行。在安全性方面， j a v a r m i 采用沙箱模型，网络安全性较高。 1 4 三种分布式对象技术的比较 可以依据以下三条原则对c o r b a 、d c o m 和j a v a r m l 进行技 术比较： ( 1 ) 集成性：体现在基础平台对应用程序互操作能力的支持上， 要求分布在不同机器平台和操作系统上、采用不同语言不 同开发工具生成的各类商业应用能够集成在一起，构成一 个统一的企业计算框架。这种集成框架必须建立在网络的 基础之上，并且具有对于遗留应用的集成能力。 ( 2 ) 可用性：要求所采用的软构件技术必须是成熟的技术，相 应的产品也必须是成熟的产品，在至关重要的企业应用中 能够稳定、安全、可靠地运行，能与数据库技术紧密集成。 ( 3 ) 可扩展性：要求集成框架是可扩展的，能够协调不同的设 计模式和实现策略，可以根据企业计算的需求进行裁剪， 能迅速反应市场的变化和技术的发展趋势。 本文第一章的表1 - 1 细化了上述三原则，并且给出了三种分布式 对象技术的比较结果。 衡量某种分布式对象技术的优劣还可以进一步从五个方面来考 虑，它们是c s 系统的开发过程、j a v a 集成设施、安装和使用、p i n g 的特性、星系际范围。表2 - 1 给出了三种技术的比较结果【1 6 1 ，到目前 为止，c o r b a 是这场竞争的最大赢家。 c o r b ad c o mj a v a r m 抽象级 无缝j a v a 集成 操作系统平台支持 全j a v a 方案 类型化参数支持 配置难易程度 分布式方法调用 调用间的状态 动态发现与无数据支持 动态调用 性能( 远程p i n d 连网级安全 连网级事务 持久性对象标记 基于u r l 的命名 多语言对象调用 一 语言无关的连网协议 网问升级 开放标准 1 5 发展趋势1 2 z j 与i n t e m e t 技术结合是分布式对象技术值得重视的发展趋势。 i n t e m e t 技术的发展，特别是9 0 年代中期w w w 技术的广泛应用，给 分布式对象技术的应用开辟了更广阔的空间，o b j e c tw e b 已经成为人 们关注的新热点。 从技术的角度看，w w w 应用经历了h y p e r t e x tw e b 和i n t e r