CN102781119B - 无线泛在网络应用终端系统及软件组件应用进程管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无线泛在网络应用终端系统及软件组件应用进程管理方法，终端系统的层次化体系结构可分为硬件层、操作系统层、中间件层，分别与泛在网络计算基础设施的资源层、平台层、应用服务层相对应。其包括应用进程的启动和应用进程的销毁过程，无线泛在网络应用终端系统将为不同应用领域的企业网络产品及应用开发提供通用性可剪裁的开发系统，以便企业缩短产品开发周期。

Description

无线泛在网络应用终端系统及软件组件应用进程管理方法

技术领域

本发明涉及无线泛在网络、物联网、移动互联网，尤其涉及无线泛在网络应用终端平台。

背景技术

随着各种无线技术的发展，以及通信基础设施的建设和完善，目前的无线网络环境正逐步形成一个无线泛在网络，即任何人在任何地方任何时刻都能接入周围的无线网络而获得服务，人与人、人与物、物与物之间都将通过无线技术紧密地联系在一起。基于这样一种无处不在的网络环境，很多新的基于无线技术的应用都将应运而生，进而提高整个社会的效率和人们的生活质量。无线泛在网络在网络形态上是物联网、传感网、互联网的结合，其中涉及到多种无线技术，基于泛在网络的无线应用可能会用到其中的一种或多种，不同的无线应用也很可能使用到相同的无线技术。

泛在网络不仅仅是一套通信基础设施，而且还是一套计算基础设施。随着人们对无线服务的智能化和个性化的需求日益提高，各种智能技术在泛在网络中得到越来越多的应用，例如模式识别、语音识别、图像及视频信号处理等，同时无线应用所涉及的计算量和信息量也不断加大，终端无法承担大负荷的计算，所以大部分的计算都将在泛在网络的网络侧完成。用户应用产生的或者用户终端所连接的传感设备采集的文本、图像、音视频等数据信息通过接入网传送给远端的服务器，在泛在网络的“云端”完成处理，将最终产生的信息处理或查询结果返回给用户设备。所有的通信和计算过程都是完全自动化的，对于用户来说是完全透明的。

无线泛在网络应用可分为以下三种不同类型：

（1）人-人（Human-Human）网络应用：目前互联网及移动互联网主要的应用形式。主要面向的终端是直接面向个人的联网设备，既包括平板电脑、智能手机、笔记本电脑等移动终端，也包括传统的台式计算机等。利用用户终端所拥有的网络接入能力，运行在其上的网页（Web）浏览器进程或其他网络应用客户端进程通过泛在网络与网络应用服务器交互，或与其他接入网络的用户终端交互，实现对信息的获取和发布以及与其他用户的信息交换，典型应用包括：VOIP、即时通信、微博、搜索、网络游戏以及各种Web应用。

（2）人-物（Human-Machine）网络应用：互联网应用在物联领域的扩展。用户通过具有网络接入能力的移动终端或固定终端，通过泛在网络的基础设施，与接入网络的物体实现远程交互，包括对联网物体（如传感器、监控设备等）的信息采集和获取，也包括对物体的远程控制、远程升级及维护。

（3）物-物（Machine-Machine）网络应用：物联网应用。在这类应用中几乎不需要人的参与。联网的物体通过网络来交换感知及控制信息，实现某种自动化和智能化的应用，特别适合无人值守系统、智能控制和管理系统等。以智能交通管理系统为例，通过传感器节点对道路系统中的交通状况、交通事故、气象状况和交通环境进行实时的监视，获得有关交通状况的信息，并根据收集到的信息对交通进行控制，如信号灯控制、发布交通疏导信息、道路管制、事故处理与救援等。

对于人-人（Human-Human）网络应用，目前主要是在基于Android、iOS、WindowsPhone等开放性的应用开发平台上，同时也有很多终端设备制造商的硬件支持。针对后两类网络应用（H-M，M-M），尚缺乏一种通用性的应用开发平台。本发明的目的是为泛在网络应用的终端提供一种软硬件平台方案，特别是对物联网相关应用的实现提供基础。

发明内容

针对无线泛在网络应用，本发明提出了一种可裁剪的组件化终端系统的设计方案。

为了解决现有技术中问题，本发明提供了一种无线泛在网络应用终端系统，终端系统的层次化体系结构分为硬件层、操作系统层、中间件层、泛在网络应用客户端；

硬件层包括运算单元、存储单元、用于无线或有线网络接入的接口设备；

操作系统层包括任务调度单元、内存管理单元、硬件驱动单元；

中间件层包括一系列具有良好接口定义的软件组件，包括硬件抽象组件以及服务组件，硬件抽象组件由设备驱动接口封装而来，服务组件提供基本服务接口，对泛在网络计算资源的访问和服务的调用抽象为终端系统上的服务组件；一部分软件组件是完全运行在终端本地上的，另一部分软件组件是分布式的，这些软件组件通过公共对象请求代理体系结构CORBA软总线联系到一起，CORBA:CommonObjectRequestBrokerArchitecture；

泛在网络应用客户端的应用程序包括中间件层的部分软件组件。

作为本发明的进一步改进，硬件层的接口设备包括无线局域网Wi-Fi接口、移动通信接口、紫蜂接口、蓝牙接口、以太网接口、用于外设扩展和调试的接口中的一种或几种。

作为本发明的进一步改进，所述用于外设扩展和调试的接口为JTAG接口、串口、USB接口、SPI接口、外部存储器接口。

作为本发明的进一步改进，所述移动通信接口为WCDMA、CDMA2000、LTE。

作为本发明的进一步改进，操作系统层根据应用需要选择实时或非实时的嵌入式操作系统。

作为本发明的进一步改进，还包括对泛在网络应用客户端应用程序以及软件组件进行管理的XML配置文件，每个应用程序都是由组件组成，同时还有一个专门的应用配置文件记录该应用程序具体由哪些组件组成、应用的入口组件以及组件配置文件；每个软件组件也有专门的组件配置文件，记录该组件涉及到的资源位置以及组件初始化参数。

基于无线泛在网络应用终端系统的软件组件的应用进程管理方法，其包括应用进程的启动，具体如下：

应用进程的启动由一个应用工厂负责，先分配系统资源，再进行进程调度；

该应用进程在系统启动时被创建，当收到用户请求或其他事件要求启动某个应用进程时，应用工厂会首先读取该应用进程的配置文件，并在内存中创建配置文件中所包括的所有组件的实例；

创建组件实例时同样会先读取组件的配置文件然后根据配置文件中定义的资源位置以及参数来完成组件创建；

所有组件均创建完毕之后，应用工厂将注册应用实例的句柄，并将其交给系统调度器，由调度器接管应用进程的控制权，系统调度器会调用应用的入口组件完成应用进程的启动过程，应用进程进入运行时。

作为本发明的进一步改进，还包括应用进程的销毁过程，具体如下：

首先将用户请求发送到应用工厂，应用工厂将需要销毁的应用进程句柄发送给调度器，调度器停止应用进程运行并从进程调度列表中注销该进程；

随后应用工厂把该应用进程相关的全部组件实例析构，回收系统资源，回收内存，最后将应用进程句柄从应用工厂中注销。

本发明的有益效果是：无线泛在网络应用终端系统将为不同应用领域的企业网络产品及应用开发提供通用性可剪裁的开发系统，以便企业缩短产品开发周期。主要应用领域包括：家庭智能网关、安防监控系统、远程医疗系统、工业控制、无人值守系统等。

附图说明

图1是本发明无线泛在网络应用系统架构结构示意图；

图2是本发明应用及组件配置文件包含关系；

图3是本发明应用进程启动过程；

图4是本发明应用进程销毁过程；

图5是本发明泛在网络终端应用系统硬件框图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。

系统架构如图1所示。终端系统的层次化体系结构可分为硬件层、操作系统层、中间件层，分别与泛在网络计算基础设施的资源层、平台层、应用服务层相对应。

（1）硬件层

硬件层除了软件运行所必需的运算和存储器件外，还包括用于无线或有线网络接入的必要的接口设备，比如无线局域网Wi-Fi接口、移动通信接口（WCDMA、CDMA2000、LTE等）、紫蜂（Zigbee）接口、蓝牙（Bluetooth）接口、以太网接口等，同时也可包括其他一些用于外设扩展和调试的接口，如JTAG接口、串口、USB接口、SPI接口、外部存储器接口等。

（2）操作系统层

操作系统层主要负责任务调度、内存管理、硬件驱动等功能，可根据应用需要选择实时或非实时的嵌入式操作系统，如Linux系统、VxWorks系统等。

（3）中间件层

中间件层由一系列具有良好接口定义的软件组件组成，包括由设备驱动接口封装而来的硬件抽象组件以及提供基本服务接口的服务组件。一部分软件组件是完全运行在终端本地上的，另一部分软件组件是分布式的。对泛在网络计算资源的访问和服务的调用抽象为终端系统上的服务组件，通过在终端系统的中间层的这些分布式软件组件来解决对网络资源的访问。这些软件组件通过公共对象请求代理体系结构（CORBA:CommonObjectRequestBrokerArchitecture）软总线联系到一起，实现软件组件相互间的方法调用及数据传递，也可以实现对远端服务器上的组件的远程访问。应用由这些软件组件所构成。

基于该架构，系统的可裁剪性强，系统的硬件及软件均可很方便的修改，特别是网络接口等系统外设以及相应的组件可以根据需要从系统中自由添加或删减。由于组件之间并不存在紧耦合的接口，均通过标准接口的CORBA软总线联系，所以组件的相互依赖性不高，某个组件的增减对系统其他组件的影响很小。

应用与组件都是通过XML配置文件来进行管理的。每个应用程序都是由组件组成，同时还有一个专门的应用配置文件记录该应用程序具体由哪些组件组成，应用的入口组件以及组件配置文件等。每个组件也有专门的组件配置文件，记录该组件涉及到的资源位置以及组件初始化参数。组件的配置文件会被包含在应用的配置文件中。

如图3所示，应用进程的启动由一个应用工厂（ApplicationFactory）负责，先分配系统资源再进行进程调度。该应用进程在系统启动时就会被创建，当收到用户请求或其他事件要求启动某个应用进程时，应用工厂进程会首先读取该应用进程的配置文件，并在内存中创建配置文件中所包括的所有组件的实例。创建组件实例时同样会先读取组件的配置文件然而根据配置文件中定义的资源位置以及参数来完成组件创建。所有组件均创建完毕之后，应用工厂将注册应用实例的句柄，并将其交给系统调度器，由调度器接管应用进程的控制权，系统调度器会调用应用的入口组件完成应用进程的启动过程，应用进程进入运行时。

如图4所示，应用进程的销毁过程与应用进程启动过程类似，不同之处是先解除进程调度再回收系统资源。首先用户请求会发送到应用工厂，应用工厂将需要销毁的应用进程句柄发送给调度器，调度器停止应用进程运行并从进程调度列表中注销该进程。随后应用工厂把该应用进程相关的全部组件实例析构，回收系统资源，回收内存，最后将应用进程句柄从应用工厂中注销。

对于基于组件的应用管理，不同于一般操作系统中对应用的管理。这种管理方式的优点是应用的实现非常灵活，由于组件的运行是自主独立的，因此可以通过改变应用的配置文件改变应用的组件构成，进而改变应用的功能，而不需要对应用重新编写代码重新编译即可实现应用功能的改变。新的功能的添加也可以通过加入新的组件及修改配置文件的方法实现，而不需要对原有的组件进行改动。整个管理方式可以支持系统功能的运行时重构。

基于以上设计，本发明提出一种基于该方案设计实现的系统原型的硬件框图如图5，系统以嵌入式ARM处理器S3C6410为核心，在嵌入式系统的基础上扩展一系列无线接口，包括WCDMA等3G网络接口（WCDMA3G模块）、WiFi无线局域网接口（基于Marvell8686的SDIOWiFi模块）、Zigbee网络接口（基于CC2530芯片的Zigbee串口模块）、蓝牙接口（USB蓝牙模块）、红外接口等（IRM3638）。操作系统选择Linux2.6.31内核，omniORB作为CORBA软总线。在原有的Linux操作系统内核基础上添加了无线接口的内核驱动模块，并在Linux内核驱动的接口基础上作了更进一步的封装，以符合CORBA软总线的接口要求。

图5中：

PowerSupply：电源部分；

RTC：实时时钟控制器；

无线接口：3G、WiFi、bluetooth、Zigbee、低功耗无线传感器技术ANT等；

外设：摄像头、GPS、LCD显示等；

存储系统：NandFlash，SDRAM等；

其他接口：USB、SD卡、串口、以太网口、JTAG接口等。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种无线泛在网络应用终端系统，其特征在于：所述终端系统包括泛在网络应用客户端、硬件层、操作系统层和中间件层，所述硬件层包括运算单元、存储单元、用于无线或有线网络接入的接口设备；

其中泛在网络计算基础设施的资源池层以及物理资源对应终端系统的硬件层，泛在网络计算基础设施的平台层对应终端系统的操作系统层，泛在网络计算基础设施的应用服务层对应终端系统的中间件层；所述操作系统层包括任务调度单元、内存管理单元、硬件驱动单元；所述中间件层包括一系列具有接口定义的软件组件，包括硬件抽象组件以及服务组件，硬件抽象组件由设备驱动接口封装而来，服务组件提供基本服务接口，对泛在网络计算资源的访问和服务的调用抽象为终端系统上的服务组件；一部分软件组件是完全运行在终端本地上的，另一部分软件组件是分布式的，全部的软件组件通过公共对象请求代理体系结构CORBA软总线联系到一起；所述泛在网络应用客户端的应用程序包括中间件层的部分软件组件。

2.根据权利要求1所述的无线泛在网络应用终端系统，其特征在于：硬件层的接口设备包括无线局域网Wi-Fi接口、紫蜂接口、蓝牙接口、以太网接口中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的无线泛在网络应用终端系统，其特征在于：硬件层的接口设备为移动通信接口。

4.根据权利要求3所述的无线泛在网络应用终端系统，其特征在于：所述移动通信接口为WCDMA、CDMA2000、LTE。

5.根据权利要求1所述的无线泛在网络应用终端系统，其特征在于：硬件层的接口设备为用于外设扩展和调试的接口。

6.根据权利要求5所述的无线泛在网络应用终端系统，其特征在于：所述用于外设扩展和调试的接口为外部存储器接口。

7.根据权利要求5所述的无线泛在网络应用终端系统，其特征在于：所述用于外设扩展和调试的接口为JTAG接口、USB接口、SPI接口。

8.根据权利要求1所述的无线泛在网络应用终端系统，其特征在于：操作系统层根据应用需要选择实时或非实时的嵌入式操作系统。

9.根据权利要求1所述的无线泛在网络应用终端系统，其特征在于：还包括对泛在网络应用客户端应用程序以及软件组件进行管理的XML配置文件，每个应用程序都是由组件组成，同时还有一个专门的应用配置文件记录该应用程序具体由哪些组件组成、应用的入口组件以及组件配置文件；每个软件组件也有专门的组件配置文件，记录该组件涉及到的资源位置以及组件初始化参数。

10.基于如权利要求1至9任一项所述的无线泛在网络应用终端系统的软件组件的应用进程管理方法，其特征在于：其包括应用进程的启动，具体如下：

应用进程的启动由一个应用工厂负责，先分配系统资源，再进行进程调度；该应用进程在系统启动时被创建，当收到用户请求或其他事件要求启动某个应用进程时，应用工厂会首先读取该应用进程的配置文件，并在内存中创建配置文件中所包括的所有组件的实例；

创建组件实例时同样会先读取组件的配置文件然后根据配置文件中定义的资源位置以及参数来完成组件创建；

所有组件均创建完毕之后，应用工厂将注册应用实例的句柄，并将其交给系统调度器，由调度器接管应用进程的控制权，系统调度器会调用应用的入口组件完成应用进程的启动过程，应用进程进入运行时。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：还包括应用进程的销毁过程，具体如下：

首先将用户请求发送到应用工厂，应用工厂将需要销毁的应用进程句柄发送给调度器，调度器停止应用进程运行并从进程调度列表中注销该进程；

随后应用工厂把该应用进程相关的全部组件实例析构，回收系统资源，回收内存，最后将应用进程句柄从应用工厂中注销。