適用于Ad Hoc網絡的環境自適應服務總線研究

李金鳳

【摘 要】為了解決民用服務總線技術在Ad Hoc網絡環境的局限性問題，采用結合終端呈現能力的寬帶服務緩存與離線服務、自適應內容分發與數據自適應壓縮技術，提出了適用于Ad Hoc網絡環境自適應的服務總線架構方案，并通過實驗驗證了設計的有效性。

【關鍵詞】Ad Hoc網絡 服務總線 數據內容自適應

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2016.20.007 中圖分類號：TP393 文獻標志碼：A 文章編號：1006-1010（2016）20-0036-05

1 引言

針對日益增長的信息共享和業務整合的需求，基于SOA（Service Oriented Architecture，面向服務的體系架構）的企業應用集成已是大勢所趨。基于SOA的ESB（Enterprise Service Bus，企業服務總線）可屏蔽各類異構網絡環境、操作系統、編程語言的差異，在固定網絡環境得以有效應用。若將其應用于Ad Hoc網絡，則需考慮其適應性。現有的SOA關鍵技術XML（Extensible Markup Language，可擴展標記語言）、Web Service等均建立在具備可靠通信、高帶寬能力的TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，傳輸控制協議/因特網互聯協議）網絡之上，而Ad Hoc網絡具有通信不穩定、帶寬受限、終端性能低下等特點[1]，如果無線用戶想要獲取固定網絡的服務資源，必然受到無線環境的約束，無法忍受固定網絡服務技術帶來的負荷影響。因此，需要對目前現有的服務技術進行改進，以解決無線環境的適應性難題，提高無線用戶訪問固定網絡服務的可行性和效率，從而實現Ad Hoc網絡環境的信息共享和業務整合需求。

鑒于國外的研究經驗以及國內的技術基礎[2-3]，本文提出一種適用于Ad Hoc網絡的環境自適應服務總線架構，通過數據內容自適應技術來解決Ad Hoc網絡環境的約束。

2 系統結構

在Ad Hoc網絡環境中搭建基于SOA的系統框架，實現服務共享與協作，需要增加適應于無線受限環境的設計技術，以減輕其約束影響，如圖1所示。可以從兩個角度來考慮設計方法：

（1）與服務相關的：將設計方法作為服務的一部分，直接在服務中增加對環境的適應性處理；

（2）獨立于服務的：將設計置于服務總線之中，既減輕服務的復雜性，也便于重用[4-6]。

本文選用方法（2），提出一種適用于Ad Hoc網絡的環境自適應服務總線架構。

本文提出的Ad Hoc網絡環境自適應服務總線包括兩大組件：業務邏輯組件和數據訪問組件。其系統結構如圖2所示：

2.1 業務邏輯組件

業務邏輯組件由四大功能部件組成，包括：Ad Hoc網絡接口、固定網絡接口、服務代理和數據內容自適應。數據內容自適應作為核心功能部件，可進一步分解為：寬帶服務緩存、離線服務、自適應內容分發、數據自適應壓縮和協議轉換。

◆Ad Hoc網絡接口：為服務總線提供與Ad Hoc網絡的通信接口，實現無線環境消息的接收和發送功能。考慮到帶寬有限，根據終端呈現能力的不同，本系統選擇靈活、標準、輕量級的消息格式，包括VMF（Variable Message Format，二進制消息格式）、經過高效壓縮的SOAP（Simple Object Access Protocol，簡單對象訪問協議）消息，為無線用戶提供高效的傳輸服務。在國內外Ad Hoc網絡研究中，VMF協議已在無線終端得以有效推廣使用。

◆固定網絡接口：為服務總線提供與固定網絡的通信接口，實現固定網絡消息的接收和發送功能。使用XML/SOAP/Web Service技術，實現面向服務架構。

◆服務代理：服務總線為各服務提供代理功能，它通過UDDI（Universal Description Discovery and Integration，通用描述、發現和集成）目錄服務器獲取待訪問服務的屬性（包括服務地址、接口等信息），代理客戶端訪問服務以獲取服務應答，并向客戶端轉發服務應答。

◆數據內容自適應：根據Ad Hoc網絡環境特點，以減輕網絡帶寬占用和終端處理負荷為目標，開展針對性設計。包括：

寬帶服務緩存：將遠端的固定網絡服務（簡稱寬帶服務）前端化，提供服務數據的臨時緩存，以提高訪問效率。在有效期內，當用戶重復請求該服務或服務器離線時，對用戶返回本地緩存的服務數據。

離線服務：為無線用戶的不穩定連接提供服務保證。若無線用戶請求服務時發生連接中斷，則服務總線為其保存服務應答，并在用戶恢復連接時向其推送服務應答。

自適應內容分發：根據接收方無線終端的設備能力（如屏幕大小、計算能力、內存、存儲容量、操作系統、瀏覽器和網絡帶寬等），自適應調整傳輸內容。接收終端能力越差，送達的數據內容將越少，以減小終端處理負荷。

數據自適應壓縮：根據用戶終端呈現能力，對服務數據進行自適應的數據壓縮，以實現Web服務的輕量化。

協議轉換：提供消息翻譯功能，實現Ad Hoc網絡與固定網絡之間消息的協議格式轉換。例如，無線終端選用輕量級二進制協議VMF技術，服務總線通過對VMF消息與SOAP/XML消息協議轉換，支持無線用戶對固定網絡服務的訪問。

（1）寬帶服務緩存與離線服務

Ad Hoc網絡服務總線通過將固定網絡服務（簡稱寬帶服務）如氣象、地圖服務等的服務數據在本地緩存，為無線用戶訪問寬帶服務提供網關功能，如圖3所示：

◆當無線用戶初次成功獲取固定網絡服務（如氣象服務）時，將服務數據寫入服務總線的本地緩存，則有效期內當用戶再次訪問該服務時，直接通過本地緩存提供服務應答而無需訪問網絡，以提高訪問效率。

◆當服務器離線或擁塞時，對用戶返回本地緩存，以提高服務成功率。

◆服務總線為離線用戶保存服務數據，并在用戶恢復連接時向其推送服務應答。

（2）自適應內容分發

Ad Hoc網絡服務總線結合呈現服務，根據接收方無線終端的設備能力（如屏幕分辨率、CPU類型、內存、存儲容量、系統軟件特性和網絡帶寬等特征），自適應調整傳輸內容。接收終端能力越差，送達終端的數據內容將越少，以減小終端處理負荷，提高服務應答效率。以訪問氣象服務為例，實現流程如圖4所示：

◆無線終端定期向呈現服務器上報自身的設備能力，呈現服務定期更新終端能力的數據信息。

◆當用戶請求氣象服務時，服務代理結合呈現服務提供的終端設備能力信息，根據預設規則選擇適合的數據內容調整方法，將服務應答數據（氣象信息）轉換為適用于當前用戶接收的數據格式后再行分發，從而實現自適應內容分發。

◆數據內容調整方法包括內容分頁顯示、分層顯示、多媒體格式轉換與調整技術等。

（3）數據自適應壓縮

根據客戶端接入帶寬能力和服務應答數據類型，本系統提供一種數據自適應壓縮的機制，實現Web服務的輕量化。該策略可以降低數據傳輸量與響應時間，有效地改善Web服務性能。

◆根據“呈現服務”提供的客戶端接入帶寬信息，服務總線決定是否對SOAP應答消息進行壓縮。當客戶端為窄帶接入時，則對應答消息進行壓縮；當客戶端為寬帶接入時，則不予壓縮處理，以減少由壓縮、解壓縮帶來的處理性能負荷。

◆參考文獻[7]至文獻[13]對SOAP/XML壓縮算法的研究，本系統選擇XMill和Gzip壓縮算法。對典型結構的SOAP/XML文本消息，XMill算法能實現至少20%的壓縮率；Gzip對小于20 kB的文本具有良好的壓縮性能，可以對攜帶圖片、聲音等二進制附件的SOAP消息進行壓縮。經過權衡這2種算法的優缺點，服務總線根據SOAP應答消息的大小和攜帶的附件類型動態來選擇壓縮算法。

2.2 數據訪問組件

數據訪問組件包括寬帶服務數據庫和離線服務數據庫兩部分，具體如下：

（1）寬帶服務數據庫：用于保存固定網絡的服務數據，由“寬帶服務緩存”部件負責建立與維護；

（2）離線服務數據庫：用于保存用戶因離線無法接收到的服務數據，由“離線服務”部件負責建立與維護。

3 實驗分析

下面將通過實驗具體分析在無線帶寬、鏈路穩定性受限因素影響下，該軟件設計方案中服務運行的有效性。

3.1 實驗環境

實驗環境如圖5所示。Ad Hoc網絡服務總線、UDDI目錄服務器、Web服務器（呈現服務、氣象服務）和無線終端共同搭建形成SOA平臺，硬件/軟件運行環境如表1所示。

3.2 實驗結果

無線終端通過SOAP協議接入服務總線，發起氣象預報服務請求。服務應答初始大小4.5 MB，其中攜帶圖片大小2.3 MB。通過Linux系統工具設置網絡鏈路帶寬、時延和丟包率，以模擬無線鏈路。服務總線設備分別啟用民用服務總線、Ad Hoc網絡服務總線，開展測試100次，比較在接入側無線鏈路不同帶寬、時延、丟包率環境下，獲取服務的成功率、響應平均時延和服務應答大小。實驗結果如表2所示。

由表2可見，在無線網絡環境下，通過寬帶服務緩存與離線推送、數據壓縮技術、圖片內容自適應分發技術的應用，本文提出的適用于Ad Hoc網絡的服務總線明顯優于民用傳統服務總線，服務成功率高且服務響應平均時延、服務應答占用帶寬明顯減小。

4 結束語

本文在民用企業服務總線的基礎上，結合無線受限環境特點，提出一種適用于Ad Hoc網絡環境自適應的服務總線架構并進行研究。在Ad Hoc網絡中，通信的不穩定性和帶寬有限是實現SOA架構的主要障礙。實驗結果表明，通過結合終端的呈現能力，本系統提供的寬帶服務緩存與離線服務、自適應內容分發與數據自適應壓縮技術，可減少對網絡帶寬的占用，實現服務輕量化，并提高了服務訪問效率。由此可見，本文提出的適用于Ad Hoc網絡的服務總線技術可降低無線受限環境的約束影響，加速實現服務共享的進程。

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