第11章 智能空間關鍵技術與應用11.1引言智能空間技術是一種將計算設備嵌入到工作和生活空間、為用戶提供自然的人機交互接口的普適計算技術。它是隨著計算、通訊和相關技術的迅速發(fā)展，各種形態(tài)的傳感裝置、計

第11章 智能空間關鍵技術與應用

11.1引言

智能空間技術是一種將計算設備嵌入到工作和生活空間、為用戶提供自然的人機交互接口的普適計算技術。它是隨著計算、通訊和相關技術的迅速發(fā)展，各種形態(tài)的傳感裝置、計算和通訊設備迅速出現(xiàn)和應用而帶來的一種新模式。在智能空間中，各種可見或不可見的傳感器、執(zhí)行裝置、通訊、計算和交互設備將為人們創(chuàng)造一個更好的生活和工作環(huán)境。 美國國家標準和技術學會（NIST ）把智能空間定義為：“一個嵌入了計算、信息設備和多模態(tài)的傳感器的工作空間，其目的是使用戶能夠非常方便地訪問信息和獲得計算機的服務，高效地進行單獨工作或與其他人的協(xié)作”。智能空間普遍被認為是普適計算思想最集中和最重要的體現(xiàn)，是研究普適計算關鍵技術的實驗床。

根據(jù)NIST 的定義，典型智能空間硬件的基本組成包括：RFID （radio frequency identification ）卡及讀取裝置、多種的傳感和執(zhí)行裝置、通訊（有線、無線）設施和計算設備等。其中，

(1) RFID 卡和讀卡裝置用于標識和識別智能空間中的物體和用戶的身份，為各個實體分配一個唯一的ID 。智能空間通過RFID 讀取裝置，以非接觸的方式，同時讀取多個RFID 卡內(nèi)存儲的ID ，實現(xiàn)實體身份的識別。

(2) 傳感裝置用于收集和感知環(huán)境和用戶的多種數(shù)據(jù)和信息，并通過通信系統(tǒng)傳遞給其他對象及用戶。

(3) 執(zhí)行裝置能根據(jù)用戶的需求、系統(tǒng)的狀態(tài)和環(huán)境數(shù)據(jù)，執(zhí)行和完成一系列的動作和行為，改變智能空間中的環(huán)境或物體的狀態(tài)，為用戶提供豐富的交互手段。

(4) 通訊設施能以異構的方式，通過多種通信方法和協(xié)議，實現(xiàn)智能空間中的數(shù)據(jù)傳遞，在各種環(huán)境實體和用戶之間傳遞信息。

(5) 計算設備則負責完成對信息的處理。把各種數(shù)據(jù)和信息根據(jù)用戶和應用的需求，進行相應的處理和存儲，進行智能決策，并通過適當?shù)臋C制完成反饋。

11.1.1智能空間的主要特征

智能空間需要物理空間和信息空間的高度融合。在這個融和的空間中，人們可以根據(jù)自己的需要，隨時隨地透明地獲得數(shù)字化的服務。根據(jù)美國國家標準和技術協(xié)會定義，智能空間應具備的功能和為用戶提供的服務包括如下6個內(nèi)容：

(1) 能識別和感知用戶及其動作和目的，理解和預測用戶在完成任務工程中的需求。

(2) 用戶能方便地與各種信息源進行交互。

(3) 用戶攜帶的移動設備可以無縫地和智能空間中的基礎設施進行交互。

(4) 能為用戶提供豐富的信息展示。

(5) 提供對發(fā)生在智能空間的事件的記錄，實現(xiàn)用戶體驗的檢索和回放。

(6) 支持空間中多人的協(xié)同工作以及和遠程用戶的沉浸式協(xié)同工作。

根據(jù)這些要求，智能空間需要實現(xiàn)信息基礎設施和周圍環(huán)境的物理集成，設備之間可自主互操作。所謂物理集成，包含兩個方面含義。一方面，信息空間的物理設備應該能被集成到代表物理世界的物理環(huán)境和設備中。通過嵌入計算、傳感和無線通訊設備，物理設備能向環(huán)境中的其它設備報告自己的狀態(tài)。另一方面，用戶和信息基礎設施所發(fā)生的交互，還需要受到所處的物理環(huán)境的限制和制約。

智能空間中的設備、裝置和模塊自主互操作，可協(xié)同地主動為用戶提供服務，使得智能空間能實現(xiàn)立體和連續(xù)的交互通道。不同的智能空間也應該能夠自主地進行交互，為用戶提供服務。當一個智能空間的資源無法滿足用戶的請求時，智能空間可根據(jù)用戶的需求向鄰近的其它智能空間請求幫助，多個智能空間組成一個智能社區(qū)，協(xié)同實現(xiàn)用戶的請求。 11.1.2 智能空間的關鍵技術

智能空間具有系統(tǒng)的高度分布性、資源異構性、設備可移動性以及系統(tǒng)的持久性和整合性等特點，而且要支持自主互操作，實現(xiàn)環(huán)境的自主發(fā)現(xiàn)和模塊之間的自主協(xié)作。因此，在智能空間的設計和實現(xiàn)中，要考慮系統(tǒng)的可擴展性和實體之間的松散耦合等方面。而且由于移動設備的存在，要支持根據(jù)位置信息的環(huán)境自發(fā)現(xiàn)、支持異構的通訊信道和應用模塊之間資源分配的協(xié)調(diào)機制等。

設計和實現(xiàn)智能空間的關鍵技術包括以下5個方面。

(1) 資源的描述和發(fā)現(xiàn)機制：為了便利地使用智能空間中的各種軟硬件資源，實現(xiàn)模塊之間的協(xié)作，需要為智能空間中的各種軟硬件提供一致的描述方式，以描述資源的性質(zhì)和外部接口。當系統(tǒng)需要使用某種資源時，可以根據(jù)需求，查找和發(fā)現(xiàn)滿足需求的資源。

(2) 異構通訊方法：智能空間中不但存在計算設備的異構，而且，由于存在多種移動設備，需要發(fā)生交互的設備可能有完全不同的通訊方法。例如，使用無線通訊的無線傳感裝置，通過通信基礎設施，可以和使用藍牙通訊的手機等移動裝置進行交互等。

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(3) 信息交互模型：由于智能空間中很多設備僅具有有限的計算、存儲和通訊能力，在設計和實現(xiàn)智能空間的信息交互模型時，必須考慮這些受限設備能力，避免大量信息在這些設備之間的傳遞。

(4) 數(shù)據(jù)匯聚方法：由于在智能空間中存在大量不同類型的傳感器設備和RFID 設備，感知和獲取的數(shù)據(jù)不但格式差異，而且物理含義也不同。如何有效地匯聚數(shù)據(jù)，滿足不同應用的需求，是設計和實現(xiàn)智能空間的關鍵技術。

(5) 系統(tǒng)的可重構策略：智能空間不但要支持不同的應用，而且在生命周期的不同階段，也有不同的應用重點。如何根據(jù)應用的需求，支持智能空間的重構，是需要研究和解決的重要問題和關鍵技術。

在后面幾節(jié)中，將分別討論智能空間設計和實現(xiàn)中的關鍵技術，并介紹典型的智能空間具體應用。

11.2 智能空間中的實體協(xié)同

在智能空間中，大量不同類型的系統(tǒng)需要分布式地協(xié)同工作，以滿足用戶需求。但由于系統(tǒng)的異構性，各種資源具有不同的功能、計算能力和通訊方式。這給在智能空間中實現(xiàn)協(xié)同帶來了困難。為了實現(xiàn)智能空間中的資源協(xié)同，需要實現(xiàn)一致的資源接口描述和資源發(fā)現(xiàn)、異構網(wǎng)絡的互通訊以及資源的組織管理等。

11.2.1 資源描述和發(fā)現(xiàn)機制

智能空間中的資源是指參與智能空間計算環(huán)境的主機軟硬件環(huán)境、配置（configuration ）及其它各種實體等。這些軟硬件環(huán)境、配置和實體能直接或間接、單獨或協(xié)同地為智能空間中的人機交互接口（用戶接口）或者軟硬件模塊（系統(tǒng)接口）提供支持或服務。資源的描述和發(fā)現(xiàn)機制廣泛用于多種分布式計算領域，如資源發(fā)現(xiàn)、負載平衡、基于多播的組通訊、網(wǎng)絡緩存和普適計算領域等，資源的描述和發(fā)現(xiàn)也是各種高層網(wǎng)絡服務的基礎。

智能空間中的資源描述和發(fā)現(xiàn)機制，就是設計一種機制統(tǒng)一描述各種異構資源的能力和接口，使用戶或者應用系統(tǒng)能夠在智能空間中，根據(jù)自己需要資源的描述，快速、動態(tài)發(fā)現(xiàn)和使用需要的資源。而資源感知的數(shù)據(jù)，也應該能夠根據(jù)智能空間中用戶應用的需求，主動傳遞給用戶和應用系統(tǒng)，進行必要的后續(xù)處理。

在互聯(lián)網(wǎng)領域，網(wǎng)絡資源的命名、描述和發(fā)現(xiàn)機制是整個互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的核心。在這個領域，已經(jīng)有了不少成熟的研究成果。相關領域的主要研究工作有以下幾種：

(1) 網(wǎng)絡資源命名系統(tǒng)。如DNS 是互聯(lián)網(wǎng)中最常用的資源命名和發(fā)現(xiàn)機制，但是其功能也最簡單，只能把固定的域名映射成IP 地址。描述性命名方式可以定義特定的描述語言

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來描述資源。如Jini ，XML 等。尤其是以XML 為基礎的RDF/OWL，更是在“語義Web ”中的資源描述和發(fā)現(xiàn)中發(fā)揮著非常重要的作用。但是這樣的命名策略，往往對資源的描述存在諸多的限制，而且不適合資源受限設備的描述。

(2) 通用應用層命名服務。它可以提供不依賴于特定應用的應用層命名機制，如應用層廣播和主動服務等。但是目前這些機制仍然嚴重依賴于網(wǎng)絡層，并且和應用及實現(xiàn)高度相關。

(3) 分層命名機制。如資源的分層命名機制，但其實現(xiàn)和使用情況尚需要做進一步的驗證。

在資源的發(fā)現(xiàn)機制方面，目前常用的有Jini ，SLP （Service Location Protocol ），UPnP 等。這些機制的功能和局限如表11.1所示：

表11.1 目前常用的網(wǎng)絡資源發(fā)現(xiàn)機制

11.2.1.1 智能空間資源描述機制

為了實現(xiàn)資源的可描述性以及資源描述的通用性，使用了樹形結(jié)構來描述智能空間中的資源，采用（屬性，值）匹配對，從屬性和值兩個方面來描述資源。其中，屬性指明了資源的分類方法，而值則表明了資源根據(jù)屬性的具體分類。例如，可以使用“位置”屬性來描述一個傳感設備，而“入口”則是該傳感設備的“位置”屬性的值。在這種（屬性，值）匹配對的資源機制中，沒有預定義的屬性和值域，應用程序和用戶可以根據(jù)自己的需要自由定義屬性集和屬性的值域。使用(屬性，值) 匹配對描述資源的某個特定屬性取值為指定的值，如某個傳感器節(jié)點具有屬性（位置，倉庫入口）則表明該設備的位置是倉庫入口處。

由于單個的（屬性，值）匹配對并不能提供對資源的詳細描述，可以使用（屬性，值）匹配對列表來進一步描述資源。如（方位，右側(cè)）屬性可以進一步描述（位置，倉庫入口）這個屬性。這樣，智能空間中資源的描述可以形成了一個樹形結(jié)構，其樹根的值為空，第一層節(jié)點為高層屬性的名稱，屬性節(jié)點的子節(jié)點為屬性值，其下層子節(jié)點則為其進一步描述的子屬性名，如圖11.1所示。

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圖11.1 資源的樹狀描述

使用這樣的（屬性、值）匹配對列表的描述機制，應用系統(tǒng)和組織可以根據(jù)實際的需要，自由定義智能空間中資源的屬性，并從不同的角度進行描述，實現(xiàn)資源的充分可描述性。同時這樣的描述機制也具有高度的通用性。這種資源描述方法，可以用下面數(shù)據(jù)結(jié)構進行表示，數(shù)據(jù)結(jié)構中包含一個(屬性，值) 匹配對作為根，（屬性，值）匹配對中包含一個屬性名、屬

性的取值以及后續(xù)子描述的一個匹配對列表。屬性名和屬性值目前都用字符串標識，使用等號（=）連接起來。子描述列表使用括號（“[”和“]”），跟在描述匹配對的后面。

整個數(shù)據(jù)結(jié)構可以用如下的BNF 范式進行描述：

例如，可以使用如下的方法來描述智能空間中的一個實體資源的類型、位置和訪問方法：

資源描述樹中的屬性節(jié)點也可以有多個子值節(jié)點，用來描述該屬性可能的取值范圍。樹中的節(jié)點按照層次劃分，交替依次為值節(jié)點和屬性節(jié)點。

在資源描述樹中，為了方便實現(xiàn)資源的查找，值節(jié)點應包含如下4個屬性：

(1) 變量value ，標識了該值節(jié)點的值。

(2) 鏈表children ，包含了該值節(jié)點所具有的所有屬性節(jié)點。

(3) 變量parent ，標識了該值節(jié)點的父屬性節(jié)點。

(4) 鏈表records ，包含了所有在此節(jié)點中的資源描述。

同樣，屬性節(jié)點應具有如下3個屬性：

(1) 變量attribute 標識了該節(jié)點標識的屬性名。

(2) 鏈表children 包含了所有該屬性節(jié)點的下層值節(jié)點，表示該屬性節(jié)點的可能取值。

(3) 變量parent 標識了該屬性節(jié)點的父值節(jié)點。

通過資源描述樹機制，可以實現(xiàn)高效的智能空間資源描述解析和資源發(fā)現(xiàn)，便于應用系統(tǒng)的開發(fā)。同時，該機制也具有高度的可部署性，可以在網(wǎng)絡中集中部署，或者多處部署同一資源描述樹的多個備份，實現(xiàn)快速的資源發(fā)現(xiàn)和訪問。

為了實現(xiàn)智能空間中的資源發(fā)現(xiàn)，針對這樣的資源描述樹，提供的操作有6種:

(1) LOOKUP-RESOURCE ，可以用來在樹中查找指定的資源?？梢允褂眠f歸的方法，把樹中存儲的屬性節(jié)點及值節(jié)點和用戶指定的描述進行匹配，找到需要的資源。

(2) LOOKUP-RESOURCES ，在樹中查找符合指定描述的所有資源。這些資源描述的前綴和指定的描述相匹配。

(3) GET-RESOURCES ，返回樹中存儲的所有資源描述。

(4) ADD-RESOURCE ，在資源描述樹中添加一個資源描述。

(5) REMOVE-RESOURCE ，在資源描述樹中刪除一個資源描述。

(6) FORWARD_DATA，應用程序可以調(diào)用該操作，把數(shù)據(jù)異步通過資源描述樹發(fā)送給和描述匹配的資源，調(diào)用后立即返回，繼續(xù)執(zhí)行。資源描述樹負責找到和描述相匹配的資源，完成數(shù)據(jù)傳遞。

通過這些操作，不但可以維護資源描述樹，在描述樹中增加和刪除資源描述，而且可以查找指定描述的資源，給出資源的列表，實現(xiàn)資源的發(fā)現(xiàn)，并能進行應用和資源之間的異步數(shù)據(jù)傳遞。但是這樣的資源描述樹只適合在一個智能空間中使用。對于跨越多個智能空間資源發(fā)現(xiàn)和共享，需要在資源描述中增加用于資源共享的信息，并需要指定共享的限制，如可以指定條件，只能與滿足指定條件的智能空間共享等。下面，討論跨組織的資源發(fā)現(xiàn)機制。

為了實現(xiàn)跨智能空間的資源發(fā)現(xiàn)和共享，需要能把多資源描述樹鏈接起來。為了使一個智能空間的資源描述可以被其他智能空間發(fā)現(xiàn)和使用，設計的方法是在描述共享資源時，增加一個Partition 屬性和描述，其它組織的用戶可以通過指定資源的Partition 屬性值來發(fā)現(xiàn)和使用資源。沒有Partition 屬性描述的資源，只能在組織內(nèi)部使用。如：

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[Resource=sensor1,[Location = floor 4,[Room= 407]] 和

[Resource=sensor1,[Location = floor 4,[Room= 407]]

[Partition = “Sensor_Robot”]]

前一個資源只能被資源所屬智能空間內(nèi)的用戶和應用發(fā)現(xiàn)和使用，后一個描述的資源，表示該資源可以被其它智能空間通過在需要的資源描述中指定Partition = Sensor_Robot組織檢索、發(fā)現(xiàn)和共享使用。為了描述資源的共享限制，如資源只能被特定智能空間系統(tǒng)共享，可以在Partition 中添加（屬性、值）匹配序列，對共享做進一步的限制，如：

[Resource=sensor1 [Location = floor 4,[Room= 407]]

[Partition = “Sensor_Robot”，[smartpace=”CS ”,]]]

表示該資源可以被智能空間（描述為smartspace=”CS ”）中的應用系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)和共享使用。

采用這樣的描述機制后，需要一個跨智能空間的共享資源描述管理器來管理多個共享的資源描述，存放各個智能空間共享的資源和資源的共享限制。該共享資源描述管理系統(tǒng)的結(jié)構可以采用智能空間內(nèi)的資源描述管理樹相似的樹結(jié)構，但是共享資源描述管理樹的葉節(jié)點是智能空間中的資源描述樹中的資源描述。

應用系統(tǒng)或用戶在需要使用其它組織共享的資源時，首先形成關于自身的描述、資源所屬Partition 的描述和對資源描述, 然后，在共享資源描述管理樹中根據(jù)對自己和資源所屬組織的描述，查找到各個組織的資源樹中共享的資源描述，把自己需要的資源和資源描述樹中的資源進行匹配。

11.2.1.3 資源的調(diào)用方法

在上述資源描述方式的智能空間中，資源請求策略按照綁定（binding ）方式來分，可以分為前綁定和后綁定兩種。在前綁定方式中，資源請求者自己在智能空間的資源描述中進行檢索，根據(jù)自己的需求，匹配智能空間中的資源描述。當檢索到自己需求的目標資源時，根據(jù)資源描述的訪問方式，通過智能空間，請求和目標資源建立連接，進行訪問。

在后綁定方式中，資源請求者根據(jù)自己對目標資源的需求，創(chuàng)建需求資源的描述，并向智能空間提交，由智能空間進行目標資源的檢索。在提交需求后，資源請求者可以根據(jù)自己的處理邏輯，繼續(xù)自己的運行或者等待智能空間返回檢索結(jié)果。智能空間在接收到資源需求描述后，在自己的資源描述樹中，按照前面介紹的方法，進行資源檢索。如果當前智能空間沒有符合用戶需求的資源描述，則在共享的資源描述樹中，檢索其它智能空間的共享資源。當檢索到符合需求的目標資源后，把目標資源的訪問方法法送給資源請求者。資源請求者接受到目標資源的訪問方式描述后，可以和目標資源建立連接，進行資源的訪問。顯然，后綁定方式可以簡化智能空間應用的開發(fā)。但是這種方式下，智能空間將承擔繁重的資源檢索任務。在需要頻繁進行資源檢索時，可能會影響系統(tǒng)的效率。

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11.2.2基于代理的多網(wǎng)絡通信機制

在智能空間中，存在多種通信方式和通信協(xié)議。如計算設備可能通過有線網(wǎng)絡彼此連接，實現(xiàn)高效穩(wěn)定的數(shù)據(jù)和信息交換；而傳感器節(jié)點則可能通過無線方式，基于數(shù)據(jù)包（packet ），使用多跳（multihop ）方式傳送數(shù)據(jù)；用戶攜帶的手機和PDA 設備，則可能使用藍牙方式和其它智能空間中的實體相互通信。為了實現(xiàn)使用不同通信方式和協(xié)議的實體互聯(lián)互通，可以使用代理（proxy ）實現(xiàn)多種通信協(xié)議的相互轉(zhuǎn)換。

除了通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換外，在智能空間中，代理還可以用來作為數(shù)據(jù)緩沖裝置，在智能空間和應用系統(tǒng)之間進行內(nèi)容適配和內(nèi)容過濾等。通常，考慮代理軟件對計算能力和內(nèi)存的需求，代理要運行在使用連接骨干通訊方式和無線網(wǎng)絡的計算機設備上，在智能空間中，使用代理方式進行通訊的優(yōu)點在于如下三個方面：

(1) 所有通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換都可以通過代理完成，這樣使多種應用程序可以在智能空間中使用。

(2) 協(xié)議和內(nèi)容轉(zhuǎn)換需要的處理可以在需要時分散到其它的實體處理，降低了對實體的處理能力的要求。

(3) 可以實現(xiàn)在不同通訊層的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，這樣可以根據(jù)無線連接的具體情況，對代理進行定制開發(fā)等。

代理是一種處理動態(tài)內(nèi)容適配的常用方法?，F(xiàn)在已經(jīng)有一些通用的代理框架，可以定制或擴充，來解決特定的問題。如Internet 工程任務組提出的OPES ，提供了一個解決安全、分布和動態(tài)配置的Web 代理參考框架。在此，我們討論智能空間中代理框架的常用機制。代理框架通常需要實現(xiàn)的主要功能有：①適配模塊（adapter ）的實現(xiàn)和組合；②適配模塊使用條件的描述機制；③監(jiān)視通信的語境，如網(wǎng)絡帶寬、應用的狀態(tài)等；④適配模塊的載入。

1． 適配模塊開發(fā)

代理框架中最重要的部分就是適配模塊。適配模塊實現(xiàn)不同通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換。一個代理可以使用多個適配模塊實例，以滿足不同應用和語境需要的內(nèi)容適配和協(xié)議轉(zhuǎn)換?？紤]應用的當前語境，代理在運行時決定使用的適配器類型。在某些情況下，可能需要多個適配模塊組合完成通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換和內(nèi)容的適配。此時，代理框架需要支持對適配模塊的優(yōu)先級、排序和組合等的定義。代理框架在設計時，通常要考慮可擴展性。通常使用基于組件的方法來開發(fā)和實現(xiàn)適配模塊以及實現(xiàn)適配模塊的動態(tài)載入機制。

2． 適配模塊選擇

適配模塊的選擇以及使用時機是代理框架的一個可擴展的特征，可以使用可編程接口或基于規(guī)則的配置兩種方法來定義。在第一種方法中，應用程序的需求和要用的適配模塊必須使用代理框架提供的應用程序接口編程實現(xiàn)。在基于規(guī)則配置的方法中，開發(fā)者必須定義規(guī)則。規(guī)則中包含使用客戶的網(wǎng)絡狀態(tài)（語境）描述的觸發(fā)條件；執(zhí)行的適配模塊和規(guī)則的優(yōu)234

先級等。規(guī)則可以使用XML 進行描述。代理框架在轉(zhuǎn)發(fā)消息時，根據(jù)語境和轉(zhuǎn)發(fā)的內(nèi)容，在規(guī)則庫中查找，確定需要使用的適配器?；谝?guī)則的適配模塊選擇方法容易配置，不易出錯，不用處理框架內(nèi)部的編程細節(jié)。同樣重要的是，只有內(nèi)容的提供者可以決定在不同的語境中使用哪個適配模塊。

3． 語境監(jiān)測

語境信息的收集和監(jiān)測，包括執(zhí)行環(huán)境的客戶概況和條件，如網(wǎng)絡和節(jié)點的可用資源、負載、能量等，是代理框架的一項重要功能。網(wǎng)絡狀態(tài)的探知，如可用帶寬或連接情況等，通常是通過監(jiān)測功能或服務來完成的。與應用相關的信息可以在應用發(fā)出連接請求時，通過包含概況的定制數(shù)據(jù)庫，或監(jiān)視設備資源的狀態(tài)得到。在代理框架中，當語境發(fā)生變化時，產(chǎn)生和發(fā)出異步事件。代理需要對異步事件進行解釋和處理，以執(zhí)行相應的行為。

4． 適配模塊載入和執(zhí)行

根據(jù)適配模塊載入和執(zhí)行的方式，代理框架可以分為可配置代理或動態(tài)代理。在可配置代理中，適配模塊在代理部署時靜態(tài)定義，開發(fā)者可以同時定義觸發(fā)規(guī)則來改變代理的行為。觸發(fā)規(guī)則定義了適配模塊執(zhí)行的語境和次序。動態(tài)代理支持按照當前語境，動態(tài)和按需從適配模塊庫中載入適配模塊。適配模塊的動態(tài)載入給代理框架體提供了更大的柔性，缺點是載入時間較長。可配置代理支持適配模塊的組合和配置驗證。

11.3 支持智能空間的傳感器網(wǎng)絡的網(wǎng)格服務系統(tǒng)

11.3.1 概述

由無線傳感器網(wǎng)絡構建智能空間的一個關鍵問題是需要一種基礎設施（infrastructure ），把多個無線傳感器網(wǎng)絡和需要它們數(shù)據(jù)的多個應用系統(tǒng)通過網(wǎng)絡系統(tǒng)連接起來?，F(xiàn)有無線傳感器網(wǎng)絡的應用系統(tǒng)多是和特定的傳感器網(wǎng)絡直接連接，固定接收和處理傳感器網(wǎng)絡產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。

這里，引入面向服務的網(wǎng)格系統(tǒng)來構建一個基于Internet 基礎設施，實現(xiàn)整個系統(tǒng)中多個傳感器網(wǎng)絡的命名、發(fā)現(xiàn)、概要管理、數(shù)據(jù)請求、過濾和匯聚等機制。通過把對無線傳感器網(wǎng)絡的訪問封裝成為網(wǎng)格服務，同時在網(wǎng)格系統(tǒng)中設計和實現(xiàn)一些輔助服務，然后在網(wǎng)格系統(tǒng)服務注冊機構中注冊這些網(wǎng)格服務，應用系統(tǒng)可以自動查找、綁定、調(diào)用和組合這些服務及其操作。這樣，不單可以簡化無線傳感器網(wǎng)絡應用系統(tǒng)的開發(fā)過程，而且可以方便在已有的應用系統(tǒng)中集成和使用無線傳感器網(wǎng)絡，實現(xiàn)一種基于SOA （service oriented architecture ）的軟件結(jié)構。

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11.3.2 傳感器網(wǎng)絡和網(wǎng)格系統(tǒng)

在具有傳感器網(wǎng)絡的智能空間網(wǎng)格系統(tǒng)中，可以把每個傳感器網(wǎng)絡看成是一個數(shù)據(jù)采集單元。采集單元里面的數(shù)據(jù)采集設備可能差異巨大，有的可能只有一個傳感器網(wǎng)絡節(jié)點，有的則具有成百上千個能進行內(nèi)部復雜處理的傳感器網(wǎng)絡節(jié)點。這樣的網(wǎng)格體系結(jié)構，應該支持從多個來自于不同管理域、具有不同連接特點的傳感器網(wǎng)絡到各種應用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳送。

結(jié)合多個傳感器網(wǎng)絡的網(wǎng)格系統(tǒng)由多個數(shù)據(jù)采集單元、多種網(wǎng)格服務和多種客戶應用系統(tǒng)組成。其中對數(shù)據(jù)采集單元的訪問方式被封裝為網(wǎng)格服務，在網(wǎng)格系統(tǒng)的全局注冊機構中注冊和發(fā)布?？蛻魬孟到y(tǒng)可以自動查找、綁定和調(diào)用這些服務，讀取傳感器網(wǎng)絡感知的數(shù)據(jù)。

同時在網(wǎng)格系統(tǒng)中提供一些輔助的網(wǎng)格服務，如數(shù)據(jù)過濾、匯聚、壓縮、存儲等服務，使得應用系統(tǒng)在調(diào)用源于不同數(shù)據(jù)采集單元的數(shù)據(jù)時可以用這些輔助服務過濾、匯聚、壓縮甚至暫時緩沖數(shù)據(jù)。這些輔助服務的存在可以簡化應用系統(tǒng)的開發(fā)，使用戶構建功能更加強大的應用系統(tǒng)。

把對傳感器網(wǎng)絡的訪問封裝成為網(wǎng)格服務，然后在網(wǎng)格系統(tǒng)中發(fā)布，可以解決傳感器網(wǎng)絡在應用中存在的如下一些問題。

（1） 資源命名和發(fā)現(xiàn)：傳統(tǒng)上，應用系統(tǒng)很難感知和訪問在不同管理域、具有不同接口和訪問權限的傳感器網(wǎng)絡。引入網(wǎng)格系統(tǒng)后，可以通過網(wǎng)格系統(tǒng)內(nèi)已經(jīng)存在的資源與服務的注冊與查找機制，解決傳感器網(wǎng)絡在網(wǎng)絡中的發(fā)現(xiàn)和使用問題。

（2）資源描述：可以使用11.2.1中提出的網(wǎng)格服務的語義描述機制，對傳感器網(wǎng)絡產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和意義進行描述，便于傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)被應用更好地發(fā)現(xiàn)和使用。

（3）服務組合：應用系統(tǒng)可以組合網(wǎng)格系統(tǒng)中的多種網(wǎng)格服務，滿足應用不同的需要。

（4）系統(tǒng)可伸縮性：通過提供這樣的一個基礎設施，整個系統(tǒng)可以很容易加入新的傳感器網(wǎng)絡、新的應用系統(tǒng)和新的服務。

（5）魯棒性：由于傳感器網(wǎng)絡產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流可以在網(wǎng)格系統(tǒng)的服務中進行緩沖，可以為應用系統(tǒng)提供很高的魯棒性。

（6）服務質(zhì)量：可以為傳感器網(wǎng)絡感知數(shù)據(jù)的發(fā)送提供不同等級的服務質(zhì)量。如有些數(shù)據(jù)可以快速實時傳遞給應用系統(tǒng)，而有的數(shù)據(jù)可以承受一定的網(wǎng)絡延遲丟失。結(jié)合網(wǎng)格服務技術，可以達到應用對傳感器網(wǎng)絡不同的QOS 數(shù)據(jù)傳送要求。

11.3.3 系統(tǒng)框架和體系結(jié)構

基于網(wǎng)格服務封裝傳感器網(wǎng)絡的體系結(jié)構描述了使用多種網(wǎng)格服務封裝無線傳感器網(wǎng)絡應該實現(xiàn)的方法，這些封裝都是在傳感器網(wǎng)絡的應用層實施，在對服務接口進行描述的基236