??? 摘??要： 描述了4G" title="4G">4G環(huán)境下支持移動(dòng)多媒體應(yīng)用的中間件(4G中間件）的需求、基于開放標(biāo)準(zhǔn)" title="開放標(biāo)準(zhǔn)">開放標(biāo)準(zhǔn)OSGi技術(shù)的4G中間件體系結(jié)構(gòu)；闡述了4G中間件提供的主要服務(wù)。
??? 關(guān)鍵詞： 移動(dòng)多媒體應(yīng)用? 中間件? OSGi? 上下文感知

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??? 各種無線網(wǎng)絡(luò)，如GSM（Global System for Mobile Communication）、UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)、WiMAX（IEEE 802.16）、UWB（Ultra-Wideband）和Flash OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)的普及，使移動(dòng)設(shè)備在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的漫游成為移動(dòng)應(yīng)用的主要特征。移動(dòng)用戶從一個(gè)無線網(wǎng)進(jìn)入另一個(gè)無線網(wǎng)，對(duì)于自己的多媒體服務(wù)" title="多媒體服務(wù)">多媒體服務(wù)，有最經(jīng)濟(jì)、最個(gè)性化的多種選擇。然而，異構(gòu)無線的無縫漫游和無縫服務(wù)是一個(gè)復(fù)雜的課題，因?yàn)椴煌慕尤刖W(wǎng)絡(luò)可能有不同的移動(dòng)性、QoS要求和安全性支持。對(duì)于多媒體服務(wù)供應(yīng)商，他們希望將精力集中在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用上去，要求一個(gè)4G的移動(dòng)服務(wù)" title="移動(dòng)服務(wù)">移動(dòng)服務(wù)中間件為其提供無縫、高質(zhì)、安全的多媒體服務(wù)接口。
1 4G中間件的需求
1.1 先進(jìn)的4G性能整合
??? 4G系統(tǒng)的特色表現(xiàn)在它的性能，而其主要性能是從3G系統(tǒng)繼承而來的，并且具有比3G更高的數(shù)據(jù)速率。在4G環(huán)境中，可以實(shí)現(xiàn)無處不在的移動(dòng)性、QoS支持、保密和欺詐保護(hù)、架構(gòu)管理、上下文感知等服務(wù)性能。移動(dòng)服務(wù)中間件作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)整合層，處于4G傳送層和應(yīng)用層之間（如圖1所示），負(fù)責(zé)整合潛在的系統(tǒng)性能并且以一個(gè)更抽象而易于使用的形式將它們交付應(yīng)用層。

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1.2 自適應(yīng)
??? 商務(wù)活動(dòng)和消費(fèi)需求促進(jìn)了無線技術(shù)的發(fā)展。4G系統(tǒng)可以通過整合新的無線接入技術(shù)而得到擴(kuò)展。相應(yīng)地，移動(dòng)服務(wù)中間件也可以在新的環(huán)境中支持新的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。例如，由于移動(dòng)設(shè)備資源（CPU、內(nèi)存等）的限制，希望保留盡可能輕便的客戶端服務(wù)環(huán)境，這就意味著可以使其性能個(gè)性化以滿足不同領(lǐng)域和環(huán)境的需要。為了解決上述問題，中間件在需要的時(shí)候動(dòng)態(tài)地將其引入到執(zhí)行環(huán)境中去。
1.3 支持快速開發(fā)移動(dòng)服務(wù)
??? 由于4G具有良好的性能，這將使大量的媒體內(nèi)容通過無線網(wǎng)絡(luò)傳遞給用戶成為現(xiàn)實(shí)。但是，VoIP(Voice over Internet Protocol)、視頻電話、視頻流和移動(dòng)電視等新的不同移動(dòng)多媒體服務(wù)都面臨著異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的移動(dòng)、QoS、安全、上下文感知等問題。所以，研究、開發(fā)4G中間件是不同移動(dòng)多媒體服務(wù)面臨的共同任務(wù)。4G中間件將快速、有效地支持建立起這些新的服務(wù)。
1.4 動(dòng)態(tài)服務(wù)的提供
??? 移動(dòng)設(shè)備在異構(gòu)、集成的網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)要求動(dòng)態(tài)地提供新的服務(wù)。因?yàn)樵谶@個(gè)新的環(huán)境中上下文（Context）是不斷變化的（如網(wǎng)絡(luò)、傳輸質(zhì)量級(jí)別、定位等），因此服務(wù)不能像通常那樣是一個(gè)靜態(tài)的行為，必須在這樣的系統(tǒng)中提供動(dòng)態(tài)的服務(wù)。動(dòng)態(tài)服務(wù)的提供意味著服務(wù)可以按照指令非常容易地創(chuàng)建、修改、更新和移動(dòng)。這就要求系統(tǒng)的組件可以動(dòng)態(tài)地部署和配置，以適應(yīng)應(yīng)用的需要。
1.5 上下文感知
??? 4G網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)特性要求4G中間件及其服務(wù)能夠意識(shí)到環(huán)境的變化，并對(duì)環(huán)境的變化有自適應(yīng)的能力。因此，上下文感知（Context Awareness）不僅對(duì)下一代移動(dòng)服務(wù)，而且對(duì)4G中間件平臺(tái)的發(fā)展都是一個(gè)關(guān)鍵的因素。上下文服務(wù)構(gòu)架被整合到4G中間件這一層中去，它的作用是在多重應(yīng)用域中收集、分析和散布不同種類的上下文信息。
2 4G中間件的體系結(jié)構(gòu)
??? 圖2是4G中間件的體系結(jié)構(gòu)，它由基于OSGi(Open Service Gateway Initiative)的服務(wù)管理構(gòu)架（Service Management Framework）、平臺(tái)服務(wù)、服務(wù)引擎（Service Enablers）和4G中間件應(yīng)用編程接口四部分組成。

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2.1 基于OSGi的服務(wù)管理構(gòu)架
??? OSGi定義了一個(gè)非常輕量級(jí)的傳送和執(zhí)行面向應(yīng)用的服務(wù)構(gòu)架。管理功能包括安裝、激活、撤消和更新服務(wù)^[1]。在OSGi開放標(biāo)準(zhǔn)之上開發(fā)的4G中間件提供了一個(gè)在4G環(huán)境中對(duì)新移動(dòng)服務(wù)的快速開發(fā)、支持和管理的互操作構(gòu)架。

??? (1)服務(wù)執(zhí)行環(huán)境
??? 4G中間件完全由Java編寫，運(yùn)行在一個(gè)輕量級(jí)的OSGi環(huán)境中。因?yàn)镺SGi是一個(gè)開放標(biāo)準(zhǔn)的面向服務(wù)的平臺(tái)，并且就像松耦合服務(wù)組合機(jī)制一樣支持靈活的服務(wù)生命期管理。因此，也可以將OSGi構(gòu)架用作服務(wù)執(zhí)行環(huán)境。由于OSGi規(guī)范是基于Java的，因此它可以在不同類型的硬件設(shè)備和操作系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)。
??? (2)服務(wù)協(xié)作支持
??? OSGi環(huán)境允許服務(wù)部署（deployment），為其他服務(wù)提供功能性支持。應(yīng)用中可以動(dòng)態(tài)地發(fā)現(xiàn)這些服務(wù)，并使它們的行為能夠適應(yīng)環(huán)境配置和其他已有的服務(wù)。OSGi環(huán)境能夠在一個(gè)單一的服務(wù)平臺(tái)上支持不同的服務(wù)提供商的多種應(yīng)用。
??? (3)支持多重服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議
??? OSGi在動(dòng)態(tài)服務(wù)操作環(huán)境中支持多重服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議（例如Jini，UPnP）。
??? (4)安全性
??? 系統(tǒng)根據(jù)不同安全級(jí)別的要求，實(shí)行對(duì)下載服務(wù)的數(shù)字信號(hào)和校驗(yàn)對(duì)象/包的接入控制。
??? (5)服務(wù)部署
??? 綁定" title="綁定">綁定是一種組件，它包含一系列如Java的類文件、第三方庫、配置信息、圖形圖像等資源的部署單元和部署描述符。由于這些綁定是常規(guī)的jar文件，因此jar的manifest文件用作部署描述。它包含元數(shù)據(jù),例如提供或請(qǐng)求服務(wù)的描述、綁定的激活類（執(zhí)行的主要切入點(diǎn)）。綁定jar文件既可以從本地文件系統(tǒng)安裝又可以網(wǎng)絡(luò)安裝。因此，在OSGi構(gòu)架中，服務(wù)的部署是非常簡(jiǎn)單的，可以下載jar文件及觸發(fā)相關(guān)的綁定。該構(gòu)架為每一個(gè)綁定提供了生命周期管理。
2.2 平臺(tái)服務(wù)
??? 平臺(tái)服務(wù)是一套在服務(wù)平臺(tái)上協(xié)調(diào)和輔助服務(wù)組件調(diào)度執(zhí)行的組件，同時(shí)為它們提供基礎(chǔ)服務(wù)。平臺(tái)服務(wù)未必直接暴露于應(yīng)用，但所提供的服務(wù)功能可以在服務(wù)實(shí)施時(shí)被直接調(diào)用。管理服務(wù)組件包括服務(wù)使能、有效綁定、通用類型和包含常用的比如Java媒體框架或SIP(Session Initiation Protocol)棧等第三方類庫的庫綁定。平臺(tái)服務(wù)支持的功能是服務(wù)發(fā)現(xiàn)、下載、安裝和生命周期管理等。此外，平臺(tái)服務(wù)還可以為不同的事件注冊(cè)用戶。這些事件可以是在網(wǎng)絡(luò)切換期間來自移動(dòng)管理服務(wù)的通知，也可以是指示一個(gè)應(yīng)用綁定安裝的注冊(cè)事件，或者是一個(gè)新的服務(wù)注冊(cè)。平臺(tái)服務(wù)還負(fù)責(zé)使用戶通過用戶接口綁定進(jìn)行互操作。
2.3 服務(wù)引擎
??? 服務(wù)引擎為應(yīng)用層提供增值功能，它們反映了4G業(yè)務(wù)的根本性能并適合4G業(yè)務(wù)的發(fā)展需求：認(rèn)證,授權(quán)和計(jì)費(fèi)(AAA服務(wù))；多媒體會(huì)話管理；無縫移動(dòng)性管理；上下文信息管理；服務(wù)質(zhì)量（QoS）和自適應(yīng)性。
??? 平臺(tái)啟動(dòng)器確保現(xiàn)有的使能綁定按正確的順序啟動(dòng)。一旦這些綁定啟動(dòng)，它們基本上就可以停止運(yùn)行了。
??? (1)AAA服務(wù)
??? AAA(認(rèn)證、授權(quán)和計(jì)費(fèi))服務(wù)引用了一個(gè)負(fù)責(zé)智能控制接入資源（計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)等）、執(zhí)行策略、審核使用和提供計(jì)費(fèi)服務(wù)的框架。這些合并的過程對(duì)有效的網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)安全是非常重要的。AAA服務(wù)對(duì)未來網(wǎng)絡(luò)中的管理域和用戶之間、不同的服務(wù)提供商之間信賴聯(lián)盟的建立是非常重要的。RADIUS協(xié)議是廣泛使用的有關(guān)網(wǎng)絡(luò)接入的AAA協(xié)議，RADIUS服務(wù)符合RFC 2865中定義的標(biāo)準(zhǔn)。Diameter協(xié)議繼承于RADIUS協(xié)議，用于滿足即將到來的需求。Diameter服務(wù)器可以通過開放源代碼實(shí)施，開放的Diameter和這兩個(gè)協(xié)議將在未來的4G系統(tǒng)中并存。
??? (2)移動(dòng)性管理
??? 移動(dòng)性管理整合了基本的移動(dòng)性解決方案，并提供具有相兼容網(wǎng)絡(luò)API的應(yīng)用層，這樣應(yīng)用就可以詢問關(guān)于可用網(wǎng)絡(luò)的信息并選擇一個(gè)最適合的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。此外，應(yīng)用還可以立即得到有關(guān)網(wǎng)絡(luò)改變的通告。例如，能夠指示當(dāng)前使用的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)斷開或者鏈接從LAN交換到了UMTS等網(wǎng)絡(luò)事件。這些事件是在自適應(yīng)應(yīng)用開始自適應(yīng)過程時(shí)所必須了解的。
??? 移動(dòng)性管理允許終端用戶定義優(yōu)先級(jí)文檔，以便允許他們從用戶和應(yīng)用的角度來描述他們的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。例如成本、提供商、接入技術(shù)和帶寬。每一個(gè)用戶都可以定義多種優(yōu)先級(jí)文檔以適應(yīng)不同的情況，比如在家、在辦公室、在機(jī)場(chǎng)等。優(yōu)先級(jí)概況將被最優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)選擇組件評(píng)價(jià)，確?？偸歉鶕?jù)用戶預(yù)設(shè)的優(yōu)先級(jí)文檔選擇最優(yōu)的連接。
移動(dòng)IP的本地代理是一個(gè)基本的移動(dòng)管理構(gòu)架。當(dāng)前有兩個(gè)移動(dòng)解決方案整合到移動(dòng)管理模塊中。這兩個(gè)移動(dòng)解決方案一個(gè)是叫做Secgo移動(dòng)IP(www.secgo.com)的商用的移動(dòng)IPv4，另一個(gè)是無縫移動(dòng)性管理系統(tǒng)（SMMS）的IPv6移動(dòng)性解決方案。雖然這兩個(gè)解決方案提供了不同的整合API，但是對(duì)于運(yùn)行在移動(dòng)性管理綁定之上的僅與4G中間件相關(guān)的API的應(yīng)用是非常重要的，并且底層移動(dòng)性的具體管理方案對(duì)應(yīng)用來說是透明的。
??? (3)多媒體會(huì)話管理
公用交換電話網(wǎng)絡(luò)（PSTN）和IP網(wǎng)絡(luò)通過SIP^[2]和多媒體網(wǎng)關(guān)進(jìn)行整合。為簡(jiǎn)化基于移動(dòng)多媒體服務(wù)的SIP的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)多媒體會(huì)話控制（MSC）API^[3]。使用MSC API可以管理多媒體會(huì)話的生命周期，包括會(huì)話的建立、拆除、修改等。媒體會(huì)話可以是音頻、視頻、文字聊天、文件共享、多方會(huì)議、網(wǎng)絡(luò)游戲或它們的任意組合。
??? 本文描述了4G中間件的要求、功能和構(gòu)架。提出了使用開放標(biāo)準(zhǔn)的OSGi技術(shù)，4G中間件技術(shù)為有效地建立、提供和管理新的移動(dòng)多媒體服務(wù)提供了一個(gè)在即將到來的4G環(huán)境中使用的可互操作的初步構(gòu)架。有關(guān)4G中間件開發(fā)、件性能評(píng)估、測(cè)試以及如何滿足應(yīng)用需求將在今后工作中進(jìn)一步研究。
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