基于Ｊｉｎｉ的智能家電系統研究

摘要：Jini是一種真正基于服務的體系結構，它為動態的分布式計算需求提供了一種解決方案。本文提出了一種基于Jini的智能家電系統開發方案，利用Jini將設備和軟件抽象為服務，很好地支持了智能家電的動態群體形成和解散。

關鍵詞： Jini；分布式；智能家電

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)19-30129-03

Study of Intelligent Electrical Appliances Based on Jini

ZHANG Zhen-yu

(College of Software Engineering， Southeast University， Nanjing 210096， China)

Abstract: Jini is really a kind of architecture based on service. It offers a kind of solving schema for the developing dynamic distributed computing demand. This paper proposes some Jini schemas with treating equipment and software as the abstract service to support the dynamic formation and dissolution of Intelligent electrical appliance groups.

Key words: Jini; distributed; Intelligent electrical appliances

1 引言

隨著信息技術日新月異的發展，出現了越來越多更加智能化的信息設備和家電。用戶不再只滿足于操作方便簡單的電器，而希望它們能智能化，模糊控制技術已經將此做的比較好了，但是要能遠程的操控它們，甚至能讓它們相互“交流”卻無計可施，移動代碼引入的Jini使得這些成為可能。Jini已在實際中被使用，如Lightflow等公司正在使用它來實現其在線商店的基礎設施；Intuit（Quicken的制造商）則將它應用于其交互式401(k)投資顧問產品中；美國軍方在戰場上迅速集成戰地指揮所時也用到了Jini，從而免去了耗時安裝、配置和管理；澳大利亞研究中心使用Jini和WAP技術開發了一個具有完全功能的氣象工作站[1]。在家庭智能自動化方面，Echelon公司為它的LONWRKS網絡開發了一個Jini代理服務器，用來實現家庭、辦公室和大樓設備網絡化的控制；ProSyst Software AG開發了一種稱為mBedded服務器的產品，使用Jini技術實現家電互聯網絡化；Hub協會更是開發了一個接口，可以支持不同終端裝置設備與帶有計算機的家電通過廣域網實現互聯[2]。Jini為后臺企業系統的建立人員提供了一種方式，使其能將軟件變得更加具有動態性，更可配置和可升級，同時也更易于部署。

Jini是一種自診斷、自配置的與協議無關的動態分布式計算體系結構，可以提供自發的服務網絡，可以與任何分布式對象采用任何協議進行交互，如RMI、CORBA、DCOM或某種專用協議。而這些分布式對象可以是設備，也可以是軟件組件，它們在Jini系統中都被抽象為服務，Jini是基于服務的系統。Jini的核心是動態的，自愈合的無需管理的網絡服務合成體[2]。

2 JINI體系結構

Jini是以Java技術為核心的分布式系統，它通過使用一個簡易的“即插即用”模型，能夠隨時改變硬件或者軟件的配置，從而提供了一個支持快速配置的分布式計算環境[3]。Jini的迷人之處在于它能夠使各種數字設備無需配置、安裝或者人工干預，就能夠在一個臨時的稱為服務聯盟（federations of services）的設備集合中共同工作。聯盟中的任何設備或者軟件無論大小都可以自行管理，共同組成一個服務網絡，聯盟中的每一個成員都可以為其它成員提供資源或服務，同時又可以從其它成員那里獲取自己所需的資源和服務，Jini提供一套完善的機制使得硬件設備或者軟件組件能夠隨時加入或者退出聯盟。

Jini是一個主動的、響應式的分布式基礎結構，它提供了在分布式環境中進行服務的建立、查找、通訊和調用的一整套機制。Jini技術被設計成可以運用在任何有能力連入網絡的器件上，而不論該器件運行什么軟件或運行在哪種硬件設備之上。Jini技術是以網絡器件中的一個構件的面貌出現的，它為器件如何連入網絡、共享信息和與網絡進行互操作建立了一套規則，而同時又保持了對用戶的完全透明[4]。

Jini system是由基礎設施（infrastructure）、編程模型（programming model ）、服務（services） 三方面所構成，這三者既相互獨立又互相聯系。基礎結構支持并利用編程模型，服務內嵌于基礎結構之中，服務對象包含并利用編程模型的接口進行服務之間的通信。Jini的核心是查找（Lookup），發現（Discovery）和加入（Join）協議，這些協議構成了Jini基礎設施的核心機制。服務（Services）是Jini系統中最基本的實體，是指網絡中可被其它Jini參與者所使用的任何實體，查找服務（Lookup Service）是發現和識別其他服務的服務。

Jini與Java的關系如表1所示，Jini系統的結構層次如圖1所示。

3 基于Jini的智能家電研究方案

智能家電網絡中常常有機頂盒、PDA、筆記本電腦、打印機等等很多的設備。智能家電網絡傳輸速度、設備資源的等方面的差異決定了組網的方式多樣性，異構的設備和平臺決定了分布式的網絡是首選[5]。同時，在這個動態的環境中，當新的設備加入網絡或移出現有設備時，新設備應當能較方便的加入網絡并與現有設備互相識別，協調工作。在智能家電網組成上我們有很多的可選技術：UpnP、HAVi、Jini、OpenCable、OSGi、DVB-MHP和VESA等。

Jini提供了一種基礎設施，可在零安裝、零配置以及100%服務交互的條件下動態地建立服務群體。最主要的由于其異構平臺的強大分布式優勢，以及SUN公司針對智能家電中設備提供的JAVA2、J2ME、Pjava、Ejava、KVM和JavaCard等運行環境支持[7]，更易于建立一個可靠、可維護、可擴展、自發的網絡體系，使這些軟硬件資源能較好的加入Jini群體（Jini群體稱之為“djinn”，拼為“gin”）中。

圖2展示了一個PDA與一個激光打印機在支持Jini的網絡中的互聯步驟：

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圖2 Jini中設備交互示意圖

通常對于djinn中的實體對象我們要求它們有處理能力、內存、網絡功能和Java功能。但其實并不是所有家電設備都滿足這些要求，所以針對不同的家電設備，提出如下的研究方案。

3.1 具有完備功能的JVM的設備

這些設備有足夠的計算能力和內存，可安裝完備功能并支持遠程方法調用（RMI）的Java虛擬機。由于其成熟完備的Java環境很容易實現Jini啟用，這將使設備進入專門的計算入口，設備的一部分將專門為Jini結構所需的部分Java API服務。設備中JVM將可以進行RMI通信；創建和保存Java對象；上傳和下載Java對象和代理對象。從而可以在兩個方向上隔離了硬件，先上載到Jini查找服務后下載到服務客戶的本地代理代碼來提供；在服務設備上的本地JVM和由Jini程序寫的代碼允許客戶代理和硬件自身的調解[4]。通過設備上的JVM中介，設備甚至可以簡單地實現多種服務。如圖3所示。

3.2 擁有特定的JVM的設備

在智能家電中，象無線電話、手持設備、機頂盒等設備不具有足夠的計算能力和內存來安裝完備功能的JVM。可以裝載一些特定的JVM來加入djinn中，但必須支持起碼的網絡功能（如RMI）和起碼的Jini功能（如發現、加入和租用）。需要制造商在設備上提供jini發現和查找服務的接口類和租用相關的處理功能，以便對查找服務所分發的租用進行續租，此外還要求特定的JVM有足夠能力下載和運行這些服務。這種方式限制了設備的靈活性，同時定制的JVM有可能會拋出嚴重的安全問題。但是，對于這些問題，簡化設備總體可以緩和。

3.3 無JVM、無網絡功能和處理能力的設備

當前大部分的設備都是沒有上述功能的電器，在此，我們可以使用代理的概念，采用插入技術。將一個具有處理能力、內存、網絡功能和Jini功能的物理實體作為服務請求者和服務提供者（設備本身）之間的中間人或代理。例如，一個帶有完備功能的JVM的臺式機就可作為與之相連的一臺打印機的代理。

除了設備使用的JVM是共享之外，這種方法與第一種途徑十分相似，它仍然是一個完全的JVM，允許代碼的下載和完全的Jini平臺功能。然而，這和設備的實現最有可能是允許多個（或是不同的）物理設備被插入到一個完全的設備以獲得Jini應用環境的共享。但是此類設備不適用于實現服務請求者的角色。這種方案中，代理JVM作為請求設備與Jini群體的中間層。設備加載相應的java對象到代理JVM（該JVM通過物理接口與設備進行通信）中，委托代理實現jini發現、查找服務功能，并獲取jini租用[7]。如圖4所示。

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圖4 無JVM和網絡、處理功能的設備jini應用示意圖

3.4 擁有網絡功能，但不一定有JVM和處理能力的設備

網絡打印機既是此類設備。此方案與上一種方案類似，不同的是使用網絡方式而不是物理連接的方式與一個具有完備JVM的設備相連。根據JVM存在與否，此類設備可以利用RMI或者其他的專用協議在網絡代理（網絡中間人）上注冊或者退出注冊。網絡代理還可以處理租用協商及其他一些與Jini相關的操作。較之上一種方案，此類設備必須更多的硬件設備來支持jini應用，用來接入網絡和互聯通信能力。但不用具有處理器、內存以及持久存儲器，都由網絡代理來提供。不過需要制造商提供設備和網絡代理之間的通信代理處理代碼。此類設備同樣不適用于實現服務請求者的角色。如圖5所示。

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圖5 有網絡功能的設備jini應用示意圖

4 結束語

隨著智能化家電和數字化家電的發展，Jini給我們提供了一種行之有效的解決方案。本文提出了一種基于Jini的智能家電開發方案，利用Jini將設備和軟件抽象為服務，很好地支持了智能家電的動態群體形成和解散。針對不同的家電設備，采用不同的開發方案，將這些異構的軟硬件資源較好的加入到Jini服務群體。

Jini未來的方向如何將很值得人們期待，更好的與藍牙等無線協議互聯，更強的網絡服務安裝、診斷功能會讓Jini更好地為服務。

參考文獻：

[1] W. Keith Edwards.Core Jini (2nd Edition)[M].Prentice Hall PTR，2000.

[2] S.Ilango Kumaran.Jini Technology:An Overview[M].Pearson Education，2001.

[3] Hinkmond Wong.Developing Jini Applications Using J2ME Technology[M].Pearson Education，2002.

[4] Jan Newmarch.Foundations of Jini 2 Programming[M].Apress，2006.

[5] 王躍飛.基于中間件的多Agent家庭網絡系統研究與實踐[D].合肥工業大學機械與汽車工程學院，2004.

[6] 鄧冬梅.在信息家電中啟用Jini技術的方案研究[J].中國科技信息，2005(21).

[7] 楊思忠，劉錦德，駱志剛.家庭網絡及相關技術[J].計算機應用，2000，20(7):24-28.

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文