适用于Ad,Hoc网络的环境自适应服务总线研究

方案，并通过实验验证了设计的有效性。

【关键词】Ad Hoc网络 服务总线 数据内容自适应

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2016.20.007 中图分类号：TP393 文献标志码：A 文章编号：1006-1010（2016）20-0036-05

1 引言

针对日益增长的信息共享和业务整合的需求，基于SOA（Service Oriented Architecture，面向服务的体系架构）的企业应用集成已是大势所趋。基于SOA的ESB（Enterprise Service Bus，企业服务总线）可屏蔽各类异构网络环境、操作系统、编程语言的差异，在固定网络环境得以有效应用。若将其应用于Ad Hoc网络，则需考虑其适应性。现有的SOA关键技术XML（Extensible Markup Language，可扩展标记语言）、Web Service等均建立在具备可靠通信、高带宽能力的TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/因特网互联协议）网络之上，而Ad Hoc网络具有通信不稳定、带宽受限、终端性能低下等特点[1]，如果无线用户想要获取固定网络的服务资源，必然受到无线环境的约束，无法忍受固定网络服务技术带来的负荷影响。因此，需要对目前现有的服务技术进行改进，以解决无线环境的适应性难题，提高无线用户访问固定网络服务的可行性和效率，从而实现Ad Hoc网络环境的信息共享和业务整合需求。

鉴于国外的研究经验以及国内的技术基础[2-3]，本文提出一种适用于Ad Hoc网络的环境自适应服务总线架构，通过数据内容自适应技术来解决Ad Hoc网络环境的约束。

2 系统结构

在Ad Hoc网络环境中搭建基于SOA的系统框架，实现服务共享与协作，需要增加适应于无线受限环境的设计技术，以减轻其约束影响，如图1所示。可以从两个角度来考虑设计方法：

（1）与服务相关的：将设计方法作为服务的一部分，直接在服务中增加对环境的适应性处理；

（2）独立于服务的：将设计置于服务总线之中，既减轻服务的复杂性，也便于重用[4-6]。

本文选用方法（2），提出一种适用于Ad Hoc网络的环境自适应服务总线架构。

本文提出的Ad Hoc网络环境自适应服务总线包括两大组件：业务逻辑组件和数据访问组件。其系统结构如图2所示：

2.1 业务逻辑组件

业务逻辑组件由四大功能部件组成，包括：Ad Hoc网络接口、固定网络接口、服务代理和数据内容自适应。数据内容自适应作为核心功能部件，可进一步分解为：宽带服务缓存、离线服务、自适应内容分发、数据自适应压缩和协议转换。

◆Ad Hoc网络接口：为服务总线提供与Ad Hoc网络的通信接口，实现无线环境消息的接收和发送功能。考虑到带宽有限，根据终端呈现能力的不同，本系统选择灵活、标准、轻量级的消息格式，包括VMF（Variable Message Format，二进制消息格式）、经过高效压缩的SOAP（Simple Object Access Protocol，简单对象访问协议）消息，为无线用户提供高效的传输服务。在国内外Ad Hoc网络研究中，VMF协议已在无线终端得以有效推广使用。

◆固定网络接口：为服务总线提供与固定网络的通信接口，实现固定网络消息的接收和发送功能。使用XML/SOAP/Web Service技术，实现面向服务架构。

◆服务代理：服务总线为各服务提供代理功能，它通过UDDI（Universal Description Discovery and Integration，通用描述、发现和集成）目录服务器获取待访问服务的属性（包括服务地址、接口等信息），代理客户端访问服务以获取服务应答，并向客户端转发服务应答。

◆数据内容自适应：根据Ad Hoc网络环境特点，以减轻网络带宽占用和终端处理负荷为目标，开展针对性设计。包括：

宽带服务缓存：将远端的固定网络服务（简称宽带服务）前端化，提供服务数据的临时缓存，以提高访问效率。在有效期内，当用户重复请求该服务或服务器离线时，对用户返回本地缓存的服务数据。

离线服务：为无线用户的不稳定连接提供服务保证。若无线用户请求服务时发生连接中断，则服务总线为其保存服务应答，并在用户恢复连接时向其推送服务应答。

自适应内容分发：根据接收方无线终端的设备能力（如屏幕大小、计算能力、内存、存储容量、操作系统、浏览器和网络带宽等），自适应调整传输内容。接收终端能力越差，送达的数据内容将越少，以减小终端处理负荷。

数据自适应压缩：根据用户终端呈现能力，对服务数据进行自适应的数据压缩，以实现Web服务的轻量化。

协议转换：提供消息翻译功能，实现Ad Hoc网络与固定网络之间消息的协议格式转换。例如，无线终端选用轻量级二进制协议VMF技术，服务总线通过对VMF消息与SOAP/XML消息协议转换，支持无线用户对固定网络服务的访问。

（1）宽带服务缓存与离线服务

Ad Hoc网络服务总线通过将固定网络服务（简称宽带服务）如气象、地图服务等的服务数据在本地缓存，为无线用户访问宽带服务提供网关功能，如图3所示：

◆当无线用户初次成功获取固定网络服务（如气象服务）时，将服务数据写入服务总线的本地缓存，则有效期内当用户再次访问该服务时，直接通过本地缓存提供服务应答而无需访问网络，以提高访问效率。

◆当服务器离线或拥塞时，对用户返回本地缓存，以提高服务成功率。

◆服务总线为离线用户保存服务数据，并在用户恢复连接时向其推送服务应答。

（2）自适应内容分发

Ad Hoc网络服务总线结合呈现服务，根据接收方无线终端的设备能力（如屏幕分辨率、CPU类型、内存、存储容量、系统软件特性和网络带宽等特征），自适应调整传输内容。接收终端能力越差，送达终端的数据内容将越少，以减小终端处理负荷，提高服务应答效率。以访问气象服务为例，实现流程如图4所示：

◆无线终端定期向呈现服务器上报自身的设备能力，呈现服务定期更新终端能力的数据信息。

◆当用户请求气象服务时，服务代理结合呈现服务提供的终端设备能力信息，根据预设规则选择适合的数据内容调整方法，将服务应答数据（气象信息）转换为适用于当前用户接收的数据格式后再行分发，从而实现自适应内容分发。

◆数据内容调整方法包括内容分页显示、分层显示、多媒体格式转换与调整技术等。

（3）数据自适应压缩

根据客户端接入带宽能力和服务应答数据类型，本系统提供一种数据自适应压缩的机制，实现Web服务的轻量化。该策略可以降低数据传输量与响应时间，有效地改善Web服务性能。

◆根据“呈现服务”提供的客户端接入带宽信息，服务总线决定是否对SOAP应答消息进行压缩。当客户端为窄带接入时，则对应答消息进行压缩；当客户端为宽带接入时，则不予压缩处理，以减少由压缩、解压缩带来的处理性能负荷。

◆参考文献[7]至文献[13]对SOAP/XML压缩算法的研究，本系统选择XMill和Gzip压缩算法。对典型结构的SOAP/XML文本消息，XMill算法能实现至少20%的压缩率；Gzip对小于20 kB的文本具有良好的压缩性能，可以对携带图片、声音等二进制附件的SOAP消息进行压缩。经过权衡这2种算法的优缺点，服务总线根据SOAP应答消息的大小和携带的附件类型动态来选择压缩算法。

2.2 数据访问组件

数据访问组件包括宽带服务数据库和离线服务数据库两部分，具体如下：

（1）宽带服务数据库：用于保存固定网络的服务数据，由“宽带服务缓存”部件负责建立与维护；

（2）离线服务数据库：用于保存用户因离线无法接收到的服务数据，由“离线服务”部件负责建立与维护。

3 实验分析

下面将通过实验具体分析在无线带宽、链路稳定性受限因素影响下，该软件设计方案中服务运行的有效性。

3.1 实验环境

实验环境如图5所示。Ad Hoc网络服务总线、UDDI目录服务器、Web服务器（呈现服务、气象服务）和无线终端共同搭建形成SOA平台，硬件/软件运行环境如表1所示。

3.2 实验结果

无线终端通过SOAP协议接入服务总线，发起气象预报服务请求。服务应答初始大小4.5 MB，其中携带图片大小2.3 MB。通过Linux系统工具设置网络链路带宽、时延和丢包率，以模拟无线链路。服务总线设备分别启用民用服务总线、Ad Hoc网络服务总线，开展测试100次，比较在接入侧无线链路不同带宽、时延、丢包率环境下，获取服务的成功率、响应平均时延和服务应答大小。实验结果如表2所示。

由表2可见，在无线网络环境下，通过宽带服务缓存与离线推送、数据压缩技术、图片内容自适应分发技术的应用，本文提出的适用于Ad Hoc网络的服务总线明显优于民用传统服务总线，服务成功率高且服务响应平均时延、服务应答占用带宽明显减小。

4 结束语

本文在民用企业服务总线的基础上，结合无线受限环境特点，提出一种适用于Ad Hoc网络环境自适应的服务总线架构并进行研究。在Ad Hoc网络中，通信的不稳定性和带宽有限是实现SOA架构的主要障碍。实验结果表明，通过结合终端的呈现能力，本系统提供的宽带服务缓存与离线服务、自适应内容分发与数据自适应压缩技术，可减少对网络带宽的占用，实现服务轻量化，并提高了服务访问效率。由此可见，本文提出的适用于Ad Hoc网络的服务总线技术可降低无线受限环境的约束影响，加速实现服务共享的进程。

参考文献：

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[4] DISA. Tactical Edge Service： Design Principles and Patterns[R]. 2011.

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[6] Fatma D. Tactical Edge Characterization Framework Volume 2： Design Patterns for Tactical Environments[R]. MITRE Technical Report， 2007.

[7] 张胜，包晓玲，舒坚，等. XML压缩方法的比较分析[J]. 计算机工程， 2009，35（11）： 26-28.

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[13] Hartmut L， Dan S. XMill： an efficient compressor for XML data[R]. AT&T Labs-Research， 2004.

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