URECA:普适计算环境下一个高效的资源定位中间件
URECA: Efficient Resource Location Middleware for Ubiquitous Environment
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摘要: 1. 动机和创新性在普适计算的模型下,任何地方、任何时间、通过任何设备都必须能访问到资源。为了实现这一愿景,对于移动用户而言,与不同的移动网络和设备相连接的基础设施必须支持资源定位的功能。资源定位框架方便了网络资源的部署和配置,从而丰富了移动计算的环境。在这样的一个环境下,新资源一旦接入即可被使用。由于新资源仅需少量额外帮助即可适应周围环境,因此大大减少了配置的代价、省去了昂贵的系统管理时间;用户也能从资源定位中收益,其可快速找到并使用新资源,而不需手动搜索资源来确认资源类型并准备使用它。如果某个资源被移除了,或者更多的资源加入到当前网络,也或者用户移出了网络,用户会自动与资源分离并尝试寻找另一个资源。普适计算系统在一个大规模、高度异构,且不可预期的动态环境下运行。因此,资源定位系统的设计涉及到许多有趣的方面。本文讨论的是高效资源定位的中间件问题。具体来说,我们的目标是提供一个上下文相关的,在成功率、延迟、传输量,以及与其他协议互操作等方面上高效的资源定位协议。然而,高效的资源描述或者资源鉴定/授权协议,则超出了本文的讨论范围。2.方法简介 (包括实验设置和结果)URECA 由三个模块构成:(1)上下文相关及适应性模块,(2)资源定位协议模块和(3)互操作性模块。基于效率的考虑,这些模块与监控服务和路由协议紧密联系在一起。为了适应当前环境,URECA从监控服务中间件中搜集诸如网络属性、资源层次以及用户偏好等上下文信息。基于这些信息,上下文相关和适应性模块(CAA)支持网络环境和用户信息的动态调整。网络级别的CAA决定了在当前环境下应该使用何种资源定位协议(RLP),以及决定某个节点是否应该作为网关。用户级别的CAA则在参考了当前设备性能和用户偏好后,决定在当前应用环境下应使用何种级别的服务质量QoS。RLP协议由CAA模块选定,并选择一种适应网络特性和由监控模块提供的上下文信息的资源定位协议。例如在一个无目录的MANET网络里,RLP-M被调用时,其会根据当前网络状态、剩余能量来决定区域大小,并相应的调整其资源搜索范围。由于RLP-M的执行与路由层结合在一起,其将更加高效。类似的,在一个结构化的网络里节点执行基于目录结构的RLP-W时,它会根据自身资源和当前网络状态自动的决定自己是否拥有某个目录服务。为了从不同类型的网络中定位全局资源,互操作模块(IS)为RLP-M和RLP-W提供了一个无缝的连接。IS模块提供了一种桥接服务(Bridging Service),该服务运行于拥有两类不同网络接口卡的网关上,使得URECA能与其他的资源定位协议结合在一起。与其他研究方法不同的是,我们的方案利用可配置的转换模块,提供了RLP协议和其他已有协议的互操作功能。我们方法的另一个特点是其不需要在每个节点提供桥接服务,网络内仅需一个节点作为网关提供桥接服务。此外,我们还加入了容错的机制,使得可以从突然的网关节点失效中恢复过来。我们基于NS2的实验主要关注(1)成功率,(2)传输量,(3)查询延迟,(4)可操作性,以及(5)上下文相关性。关于(1)(2)(3)中,在基于基础设施的网络里我们选择与AODV相结合的资源协议作为RLP-M的计数器部分。另一方面,SLP被选为RLP-W部分的计数器。已经可以证明,结合发现协议和路由协议能获得高效性,因此把URECA与其他没有与路由层相结合的资源定位协议相比较是没有意义的。在四个不同的环境中,URECA的查询成功率超过90%,且其控制信息量在类似的环境下比SLP-AODV少48%和73%。主要的原因是RLP-M对于ad-hoc网是一个非常高效的混合的发现协议。RLP-W和SLP对于结构化的网络都使用基于目录的机制,这两种协议传输量所占的比重都非常小。因此, ad-hoc网络中发现协议的效率是一个非常重要的因素。至于延迟性,由于URECA高效的发现协议,其比SLP-AODV的延迟都要低;甚至在高度移动的环境下也能有较小的延迟。互操作性和上下文相关的适应性也被验证,UPnP的平均转换时间是0.08秒.3. 总结URECA是一个能满足普适计算环境下的资源定位功能的新的资源定位框架。利用运行于移动终端的监控服务中间件,URECA能适应网络属性、资源状态和用户偏好等的变化。它能为当前环境选取最优的RLP并为其配置QoS,从而为用户选择最优资源的最有效地点。URECA在结构化的网络选择RLP-W协议,在MANET网络中选择RLP-M协议。通过动态的重配置来满足当前环境,这些RLP能在合理的相应时间内以较低的通讯开销为用户找到资源。通过与网络层的协作,RLP-M尤其能高效的减少重复的传输。URECA也为在不同网络中的不同网络协议提供了互操作性支持。通过在网关节点提供桥接服务,能够在全局网络内定位资源。然而,URECA在资源定位方面的控制开销比其他协议要少,从而节省了资源,减少了延迟,使得普适计算环境更具可扩展性。4. 贡献和重要性本文的主要贡献是实现了一个上下文有关的资源定位协议,其在(1)成功率,(2)查询延迟,(3)传输量,以及(4)互操作性上比其他协议更高效。这些高效性是通过我们中间件中的不同方法获得的。Abstract: We describe an effective resource location framework forubiquitous computing environments populated by a diverse set ofnetworks, devices, services and computational entities. Ourframework provides context adaptation with the aid of a middlewareservice to improve the quality of resource location. A resourcelocation protocol suitable to each type of network locates resourceeffectively by means of dynamic reconfiguration to the currentcontext. Our framework is also refined by support forinteroperability between different types of resource locationprotocols occurring across a hybrid ubiquitous network. Thesecharacteristics also reduce the control overhead for resourcelocation, saving resource, decreasing latency and permitting aconsiderable degree of scalability.