CN101907989A - 一种基于移动代理的应用无缝迁移方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于移动代理的应用无缝迁移方法，其步骤是：首先构建一个支持应用无缝迁移的中间件系统，配置用户个人信息，定义支持应用迁移的软件代理的结构和语义，根据应用的不同特点制定三类不同的迁移策略，给出迁移后的应用重配置方法。本发明能够克服现有技术应用难以迁移以及迁移效率较低等缺点，降低网络负载和迁移延迟，提高用户对普适计算环境下应用迁移服务的满意度。

Description

一种基于移动代理的应用无缝迁移方法

技术领域

本发明涉及计算机应用领域，具体是一种基于移动代理的应用无缝迁移方法。

背景技术

普适计算模式具备计算密集性、网络密集性、资源密集性以及情境可感知性等一系列特点，这种特点为应用的无缝迁移提供了良好的基础设施和环境。所谓“应用的无缝迁移”是指用户所执行的应用能够随着用户在物理空间的移动在信息空间里发生相应的迁移，与该应用执行相关的状态、属性、情境信息可以同时移动，并且能够适应新场景下可用的计算资源，用户可以在新的位置继续以他所喜爱的方式执行自己之前运行的应用程序。相比于其它迁移方式，普适计算模式下的无缝迁移提出了一些新的需求：(1)“计算连续性”，即迁移前后用户感觉不到应用的中断，而且用户的使用偏好仍然能在新的运行环境下得到体现，即能够为用户维持一个熟悉的操作/工作空间。(2)“情境感知”的迁移驱动方式，即充分利用环境中部署的传感器感知人的位置、行为等，推导出包括用户的移动等情境的变化，无需用户的干预便可完成迁移的动作，实现用户干预的最小化。(3)资源的“无缝整合”，即当应用迁移到新的环境中后，能够通过自适应的方式进行应用的重配置，以使用新的可用资源。然而现有应用迁移的工作中多采用整体迁移的方式或仅考虑单向和多向迁移两类，缺乏对应用自身特点、用户使用偏好、计算网络和计算设备等异构环境的考察，以至于迁移的可行性和效率均较为低下。

应用的多样性和计算环境的异构性使得单一的迁移粒度或迁移策略并不合适。首先并非所有的应用都适合迁移，再者很多应用不具备可移植性，切换到异构的计算环境中将不能运行，另外很多应用并不依赖于某一特定的软件，比如多媒体应用。因此采用单一的迁移策略既不合适，也不经济，需要针对应用的特点采用不同的迁移策略。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术难以很好支持普适计算环境下应用无缝迁移的缺点，提出了一种基于移动代理的应用无缝迁移方法，利用移动代理的情境感知、自适应、和可迁移特性，协助应用完成当前计算任务的状态、属性、情境信息等的迁移。

为实现上述目的，本发明采用了以下步骤：

1)构建一个支持应用无缝迁移的中间件系统，该中间件系统基于OSGi框架构建，包含物理层、设备访问层、服务层、代理层和应用层，其中代理层包含情境管理器、应用管理器和管理代理，该中间件系统为每个用户定制一个用户代理，用户代理根据用户的个人信息进行个性化配置；

2)激活用户代理，根据用户对迁移方式的选择，生成相应的迁移代理，并激活该迁移代理；

3)迁移代理被激活后，通知情境管理器，并向情境管理器注册所关注的情境类型，情境管理器将监控所注册的情境，特别是该用户的位置变化，并根据用户代理中预定义的规则对用户的移动行为进行推理，同时将推理的结果实时发送给迁移代理；

4)收到用户移动行为的推理结果后，迁移代理检查是否满足应用迁移条件，若满足则通知应用管理器暂停应用计算任务，收集用户当前正在运行的一个或多个应用的状态，将应用状态缓存；

5)应用管理器根据应用类型选择迁移策略，根据应用的类型不同，分别转入以下三个分支：

5a)第一分支，整体迁移：应用状态保存在应用实例中，应用实例被完全序列化后发送给迁移代理；

5b)第二分支，片段迁移：将应用的关键属性状态抽象成“快照”，将应用实例可以序列化的对象序列化，将不可序列化的对象用占位符标出，并一起封装到迁移代理中；

5c)第三分支，快照迁移：将应用的高层运行状态抽象成“快照”发送给迁移代理；

6)当用户到达新的位置或切换到新的设备后，情境管理器通知迁移代理迁移的目标地址，迁移代理通知源地址的管理代理注销，离开源地址，执行迁移动作；

7)迁移代理到达目标地址后，首先通知当地中间件的管理代理，管理代理对其进行验证和授权，通过验证后迁移代理将向目标地址的情境管理器注册所关注的情境类型，并和当地的应用管理器通信；

8)应用管理器根据迁移策略恢复随着迁移代理一起迁移过来的应用状态，根据迁移策略的不同转入以下三个分支：

8a)第一分支，整体迁移：将迁移代理携带的序列化后的应用实例反序列化，恢复应用状态；

8b)第二分支，片段迁移：和目标地址的计算资源进行动态链接后重配置，根据“快照”生成新的应用实例，使得该实例的属性状态和迁移前保持一致；

8c)第三分支，快照迁移：在目标地址的计算环境中寻找能够执行用户原先任务的应用程序，并用“快照”初始化相匹配的应用程序，使得该应用程序的初始状态和迁移前的应用状态一致；

9)用户在源地址暂停的应用计算任务在目标地址从暂停点恢复继续运行。

上述步骤1)中的中间件系统的具体组成包含物理层、设备访问层、服务层、代理层和应用层，其中物理层转化物理信号到计算机可读的形式并发向设备访问层，物理层包括了各种各样的硬件设备，包括用于通讯的蓝牙、GPRS和WLAN设备，用于感应和控制的传感器和激励器等设备，比如用于定位和感光的传感器，还有投影仪、打印机等设备。设备访问层集成了物理层的多种设备，以OSGi模块的形式提供对外可访问的操作接口，成为服务层中的服务。设备访问层的目的是支持新设备的热插拔，在需要时下载和安装设备驱动，以及自动发现和附加已有设备到中间件系统中。代理层是中间件的核心层，代理容器运行在OSGi框架中，代理容器中运行着多个代理。系统将为每一个用户分配一个可以定制的用户代理，它将负责响应用户的需求和感知用户的情境，捕获用户的任务，迁移代理则负责迁移应用的状态。情境管理器通过对来自于物理环境的情境信息和来自于用户的情境信息进行融合、分类和推理，应用管理器负责应用状态的缓存和恢复，管理代理负责维护本地的用户代理和迁移代理。系统服务提供一些可插拔的服务或类库。应用层则可以通过代理层提供的服务和类库，在应用管理器的协助下实现应用的重配置。

上述步骤3)中“LOCATION”为情境管理器中默认关注的情境类型。

本发明使用移动代理技术完成应用程序中当前计算任务随着用户位置的改变和所使用计算设备的切换的迁移，针对不同的计算任务采用不同的迁移策略，使用用户复合能力/偏好设置协议对用户信息进行个性化配置，建立一套描述当前计算任务快照的本体，并基于OSGi技术实现一种支持应用迁移的开放式中间件系统。

本发明并不限制普适计算环境中用于感知用户位置、所持设备等情境信息的传感器类型，可以使用Crickit，RFID，GPS等方式获取用户位置的原始数据，只需将它们提供的原始数据封装成中间件系统中的OSGi模块，从而为中间件代理层的用户代理、迁移代理等提供情境感知服务。新出现的传感器类型也可以很方便地通过模块的形式集成到中间件系统中。

本发明提出的三种迁移策略，可以很好地覆盖各类应用，解决现有工作中应用迁移受限的缺点。选择合适的迁移策略，不仅可以节约迁移所需时间，而且可以节省带宽，降低迁移失败几率。此外，本发明中所采用的迁移代理注册和注销方式，可以很好地保护平台的安全性，而对用户代理可以进一步采用加密方式，保障用户的隐私权。

附图说明

图1为迁移的流程图。

图2为迁移代理的生命周期。

图3为中间件体系结构。

图4为应用快照本体。

图5为代理的元数据格式。

图6为“解码”服务的查找片断示例。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步描述。

1.运行环境

中间件系统使用JDK1.4.2及以上版本基于OSGi框架实现，JAVA虚拟机为jre1.4.2及以上版本；代理容器采用Aglets-2.0.2，并允许集成其它符合FIPA/MASIF的代理容器，如JADE；规则引擎使用Drools 2.1及以上版本；普适计算环境中的传感器基于Cricket和RFID构建。

2.用户个人信息配置

在本发明中，定义了用户代理，用户代理根据用户的个人信息进行个性化配置。用户个人信息包括用户ID、所持设备的类型、软件使用的偏好、以及对中间件的配置。用户个人信息配置采用了复合能力/偏好设置(CC/PP)协议，其具体内容见下表。

配置项	内容
		用户ID(UserID)	用户标识符为全局唯一字符串

硬件(Hardware)	设备名，型号，CPU、内存、显卡、声卡属性，操作系统类型和版本，JAVA虚拟机类型和版本
		软件(Software)	应用软件名称和版本，用户界面设置(字体大小、颜色、对话框大小、位置)
中间件配置(MiddlewareConfiguration)	是否允许迁移，是否需要人为干预，采用单任务迁移还是多任务迁移，安全级别设置

3.应用快照

“快照”是对应用当前运行状态的抽象，记录的是较为高层的状态。而对于不同的程序，高层状态的表示会有所不同，需要通过对“快照”进行理解后才能恢复应用。因此，本发明为快照建立了一套本体知识，以实现异构程序之间的无缝连接。图4给出了描述应用“快照”的其中一部分本体之间的关系和属性的定义。其中“Application”有子类型“Multimedia Player”，“Office Tool”和“WebBrowser”等，分别表示多媒体播放器，办公软件和Web浏览器。每一类应用都具有一些公认的属性，比如多媒体播放器中有音量大小、播放列表、正在播放的文件和播放暂停点等状态。其子类音乐播放器和视频播放器将继承这些属性并进行相应的扩展，如视频播放器中还有关于屏幕显示大小的属性。根类“Application”具有属性“Default Program”表示应用默认使用的运行程序。

4.迁移代理的元数据

每一个迁移代理都附加一个自描述文件作为其元数据，该文件定义了(1)代理的一些基本信息，包括代理名，类名，功能描述，代理代码或代码URI；(2)代理订阅的情境，包括用户位置，用户所持设备等；(3)代理关注的迁移规则集，每一条规则均包括规则名，规则类，规则参数，规则的条件，规则的结果，亦可以引用外部的规则文件。图5是代理元数据的基本格式。元数据基于XML定义，具有平台无关性，可以在代理运行阶段修改元数据中的迁移规则，而不用修改和重新编译代理的字节码。当规则发生变化时，中间件系统的情境管理器将捕捉到这一事件，并将新的规则加载到规则推理引擎中。

5.迁移的流程图

如图1所示，本发明的步骤是：

1)启动中间件系统，系统进行初始化，启动图3中间件体系结构服务层中的服务，激活代理层中的管理代理和系统服务代理；

2)系统弹出对话框，询问用户是否需要更新个人信息，若需要，则由用户在更新界面中填写新信息，保存后系统为用户生成用户代理，每一个用户代理有一个全局唯一的ID；

3)用户代理查看用户是否选择了允许迁移应用，若不允许则不需额外处理；若允许则根据用户信息生成相应的迁移代理，并激活；

4)迁移代理向中间件系统中的情境管理器注册，告知情境管理器用户的ID并根据用户代理中的定义向情境管理器订阅感兴趣的情境。由于迁移涉及位置，所以LOCATION为默认定制的情境。

5)用户运行应用程序；

6)用户离开当前位置；

7)情景管理器检测到用户的位置发生变化，将该事件通知规则推理引擎，推理引擎推导出用户的离开行为，通知迁移代理和应用管理器；

8)应用管理器暂停当前应用；

9)应用管理器根据应用本体推导应用类型，选择不同的迁移策略；

10)应用管理器缓存当前应用的状态，并将状态封装到迁移代理中。若选择整体迁移策略，则将当前应用的实例对象序列化；若选择快照迁移策略，则将应用的状态转换成抽象的快照，以文件的形式保存；若选择片段迁移策略，则保存可以序列化的对象，并将部分状态转换为快照，而不可序列化的对象则以占位符的方式标出，以便于迁移代理迁移到新的环境后可以在当地寻找合适的对象进行重配置；

11)用户到达新的位置，发现新的位置有可用计算资源(台式电脑，笔记本电脑，手持计算设备PDA、智能手机等)；

12)新位置的情境管理器监测到用户到达，发送消息给原位置的情境管理器，原位置的情景管理器得知目的地址，通知迁移代理；

13)迁移代理发送消息给管理代理，通知管理代理即将离开，管理代理将迁移代理从本地列表中注销，记录迁移的目的地，允许迁移代理离开；

14)迁移代理执行迁移动作；

15)迁移代理到达目标地址后，通知当地中间件的管理代理，管理代理对其进行验证，通过身份验证后授权该迁移代理访问本地计算资源，迁移代理注册到目标地址的情境管理器；

16)迁移代理和当地的应用管理器通信，应用管理器获取迁移代理中携带的应用状态，并根据迁移策略恢复应用。对于整体迁移的应用直接激活其应用实例，对于快照迁移的应用则将快照作为应用的初始状态启动合适的应用；对于片段迁移的应用，则根据迁移代理中记录的占位符，寻找合适的构件重新配置应用，配置成功后将快照作为初始状态启动新应用；

17)用户在原位置暂停的应用在新位置从暂停的点继续运行；

18)用户关闭中间件，中间件系统回收用户代理和迁移代理。

在本发明中，迁移代理是应用迁移成功与否的关键，迁移代理的生命周期如图2所示。从图2可以看出，迁移代理是可以随着用户的位置变化多次迁移的，直至用户关闭中间件系统。

对片段迁移和快照迁移，应用的恢复依赖重配置。由于本发明基于OSGi构建，其上运行的应用被抽象成一组互相协同构件及构件提供的服务，构件被平台激活后可以注册和使用服务，所有构件之间的交互通过服务完成。基于这种面向服务的体系结构，当应用发生片段迁移和快照迁移需要依赖当地资源恢复运行时，可以通过查询本地OSGi平台上注册的服务进行应用的重配置。图6为“解码”服务的查找片断示例，根据解码服务的名字在模块执行上下文中查找相匹配的服务的引用，找到可用的引用后再根据引用名生成与之对应的解码服务类的实例，继而可以使用该解码服务。

本发明中的中间件系统提供实现应用无缝迁移的支撑平台，图3是其体系结构。基于OSGi框架的结构使得中间件可以很容易地通过增加新的模块扩展其功能，尤其是当新的传感器出现时，可以通过热部署的方式加入与该传感器对应的服务模块。分层架构使关注点得以分离，迁移代理仅需关注与迁移相关的任务，情境感知、应用状态管理分别由相应的情境管理器和应用管理器负责，减轻了迁移代理的负载。

Claims (2)

1.一种基于移动代理的应用无缝迁移方法，其特征在于以下步骤：

1)构建一个支持应用无缝迁移的中间件系统，该中间件系统基于OSGi框架构建，包含物理层、设备访问层、服务层、代理层和应用层，其中代理层包含情境管理器、应用管理器和管理代理，该中间件系统为每个用户定制一个用户代理，用户代理根据用户的个人信息进行个性化配置；

2)激活用户代理，根据用户对迁移方式的选择，生成相应的迁移代理，并激活该迁移代理；

3)迁移代理被激活后，通知情境管理器，并向情境管理器注册所关注的情境类型，情境管理器将监控所注册的情境，特别是该用户的位置变化，并根据用户代理中预定义的规则对用户的移动行为进行推理，同时将推理的结果实时发送给迁移代理；

4)收到用户移动行为的推理结果后，迁移代理检查是否满足应用迁移条件，若满足则通知应用管理器暂停应用计算任务，收集用户当前正在运行的一个或多个应用的状态，将应用状态缓存；

5)应用管理器根据应用类型选择迁移策略，根据应用的类型不同，分别转入以下三个分支：

5a)第一分支，整体迁移：应用状态保存在应用实例中，应用实例被完全序列化后发送给迁移代理；

5b)第二分支，片段迁移：将应用的关键属性状态抽象成“快照”，将应用实例可以序列化的对象序列化，将不可序列化的对象用占位符标出，并一起封装到迁移代理中；

5c)第三分支，快照迁移：将应用的高层运行状态抽象成“快照”发送给迁移代理；

6)当用户到达新的位置或切换到新的设备后，情境管理器通知迁移代理迁移的目标地址，迁移代理通知源地址的管理代理注销，离开源地址，执行迁移动作；

7)迁移代理到达目标地址后，首先通知当地中间件的管理代理，管理代理对其进行验证和授权，通过验证后迁移代理将向目标地址的情境管理器注册所关注的情境类型，并和当地的应用管理器通信；

8)应用管理器根据迁移策略恢复随着迁移代理一起迁移过来的应用状态，根据迁移策略的不同转入以下三个分支：

8a)第一分支，整体迁移：将迁移代理携带的序列化后的应用实例反序列化，恢复应用状态；

8b)第二分支，片段迁移：和目标地址的计算资源进行动态链接后重配置，根据“快照”生成新的应用实例，使得该实例的属性状态和迁移前保持一致；

8c)第三分支，快照迁移：在目标地址的计算环境中寻找能够执行用户原先任务的应用程序，并用“快照”初始化相匹配的应用程序，使得该应用程序的初始状态和迁移前的应用状态一致；

9)用户在源地址暂停的应用计算任务在目标地址从暂停点恢复继续运行。

2.根据权利要求1所述的基于移动代理的应用无缝迁移方法，其特征在于以下步骤3)中“LOCATION”为情境管理器中默认关注的情境类型。

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