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继主机计算、个人机计算之后,普适计算已经发展成为第三代的计算模式。普适计算强调以“人”为中心,目的在于形成一个无时不在、无处不在而又不可见的计算环境,是21世纪的计算模式。在这种计算模式下,人与计算机的关系改变为“计算机为人服务”,人与计算环境将更好地融合在一起。为此,就需要一个完整的普适计算系统体系架构屏蔽环境异构性,实现多样化应用服务集成,并解决环境中的各种复杂问题。所以,如何在普适计算环境下构建统一的普适计算系统平台,以及相关关键技术的研究,如服务描述、服务发现、中间件技术等,正日益受到关注,成为研究的热点。
本文选择普适计算环境下的几个目前尚未圆满解决的关键问题,即普适计算系统体系架构、普适计算中间件技术、服务描述问题、服务发现问题、服务搜索引擎和服务组合问题,展开研究并提出相关解决方案。最后,以普适计算智能办公环境为背景,实现了一个基于普适计算的智能办公原型系统进行测试和验证。本文的主要工作包括以下几个方面:
第一,分析了开放的普适计算复杂环境的特点,提出了一种面向普适计算环境的系统体系架构设计方案。
结合普适计算环境的特点,认为普适计算环境是一个开放的复杂环境,分析了普适计算环境下的各类复杂问题。据此,提出了一种面向普适计算环境的系统体系架构设计方案,解决系统架构相关的若干关键问题,并为其它复杂问题的解决奠定基础;此外,进一步引入中间件技术和Agent技术对普适计算系统体系架构的设计和部署进行了更深层次的讨论,以更好地满足普适计算服务模式的要求。
第二,研究了普适计算中间件技术,提出了普适计算环境下服务描述问题、服务发现问题的相关解决方案,并采用中间件技术实现,开发了知识处理中间件和服务发现中间件,集成到普适计算中间件系统中提供应用。
首先分析了普适计算中间件的特性需求,提出了一个普适计算中间件系统体系架构设计方案。以此为基础,详细探讨了普适计算环境下的两个关键问题:服务描述和服务发现。基于本体技术提出了一种面向普适计算环境的服务描述机制,解决了普适计算环境下的复杂信息表示问题,可以完成语义级别的信息描述,实现基于语义的服务匹配和优化的服务选择,并开发了一个知识处理中间件;在此基础之上,提出了两种服务发现方法:一种基于负载平衡和容错机制的服务发现算法和一种基于信任机制的服务发现方法,分别解决服务发现过程中各服务节点的负载平衡和容错问题以及在服务发现过程中对各实体的访问控制问题,提高整个系统的可靠性和安全性,并设计实现了一个服务发现中间件。
第三,基于提出的服务发现和服务匹配算法,探讨了面向普适计算环境的服务搜索引擎技术,并研究了普适计算环境下的服务组合问题。
进一步扩展了服务信息的描述机制,提出一种形式化的服务语义信息描述方法,解决了普适计算环境下服务信息中的多元关系表示问题,并作为知识处理中间件中使用的中间数据描述格式。以此为基础,讨论了普适计算环境下有关服务操作的方法。为了满足普适计算环境下用户检索服务的需要,基于文中提出的服务发现和服务匹配算法,提出了一种集成语义的服务搜索引擎,基于服务语义和上下文语境关系进行服务搜索,解决了普适计算环境下的服务搜索问题,并开发了一个搜索引擎中间件,可以集成到普适计算中间件系统中提供应用。在此基础之上,探讨了普适计算环境下的服务组合问题,提出了一种组合服务流程定制方案,解决了组合服务的流程定制问题,并在一个原型系统中对提出的技术方案进行了仿真验证。
第四,以普适计算智能办公环境为背景,实现了一个原型系统,对提出的技术方案进行了验证。
首先搭建了一个普适计算智能办公环境,以此为依托,实现了一个基于普适计算的智能办公原型系统,对提出的普适计算系统体系架构、各类普适计算中间件以及相关关键技术的实现方案进行了仿真测试和验证。