基于AllJoyn框架的跨平臺(tái)局域無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

引言

隨著智能設(shè)備的發(fā)展與移動(dòng)終端的普及，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸在生活生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用，近距離無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)備受關(guān)注。但現(xiàn)有的解決方案缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)發(fā)者需要實(shí)現(xiàn)通信的框架、協(xié)議與承載的平臺(tái)，存在著獨(dú)立開(kāi)發(fā)的技術(shù)不能相互適配和連通、開(kāi)發(fā)成本高昂等缺點(diǎn)。高通的AllJoyn開(kāi)源框架針對(duì)現(xiàn)有的問(wèn)題提出了一套完整的解決方案,在操作系統(tǒng)、開(kāi)發(fā)語(yǔ)言、物理網(wǎng)絡(luò)和通信協(xié)議上具有獨(dú)立性叫本文以開(kāi)發(fā)者的角度從整體的高度分析了AllJoyn的軟件框架與在C++語(yǔ)言下的應(yīng)用，并利用AllJoyn框架，通過(guò)WiFi-Direct的連接方式實(shí)現(xiàn)了搭載Windows系統(tǒng)的終端間的組網(wǎng)通信實(shí)驗(yàn)，與VMware虛擬機(jī)下Windows與Linux間的跨平臺(tái)通信實(shí)驗(yàn)。

AllJoyn與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的工作流程是使用各類(lèi)集成化的傳感器實(shí)時(shí)感知和采集所需的信息，經(jīng)過(guò)信息處理基站對(duì)信息進(jìn)行分析、處理，并通過(guò)自組織的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)以“多跳中繼”的方式將信息傳送到用戶(hù)終端。AllJoyn是一個(gè)獨(dú)立于操作系統(tǒng)、開(kāi)發(fā)語(yǔ)言、通信協(xié)議的通用軟件框架，提供了一種廣播和發(fā)現(xiàn)服務(wù)的抽象，簡(jiǎn)化了定位和應(yīng)用服務(wù)的流程，適合用來(lái)組建無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。

AllJoyn的優(yōu)勢(shì)

AllJoyn作為開(kāi)源的中性平臺(tái)系統(tǒng)，是一個(gè)“能夠使連接設(shè)備間進(jìn)行互操作的通用軟件框架和系統(tǒng)服務(wù)核心集”，在操作系統(tǒng)、開(kāi)發(fā)語(yǔ)言、物理網(wǎng)絡(luò)和通信協(xié)議上具有獨(dú)立性。并且在框架內(nèi)部集成了對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)與管理,不需要上層應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)人員對(duì)每種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特性進(jìn)行了解，近距離傳輸速度快，組網(wǎng)流程簡(jiǎn)單，并且為“握手”模式的安全通信模型提供框架(PasswordManager類(lèi))。

3AllJoyn基本概念

3.1總線與總線附件

AllJoyn總線是AllJoyn通信框架的基本抽象，是所有通信過(guò)程的承載。它的作用類(lèi)似于工業(yè)上的數(shù)據(jù)總線，為消息在分布式系統(tǒng)上的傳遞提供了一個(gè)精簡(jiǎn)高效的消息序列。總線附件(BusAttachment)是應(yīng)用程序進(jìn)程與AllJoyn總線連接的媒介，可分別作為服務(wù)端、客戶(hù)端或著作為通信的對(duì)等點(diǎn)。

3.2總線對(duì)象與總線接口

總線對(duì)象(BusObject)實(shí)現(xiàn)總線接口(Interface)與總線方法(Method)，是通信的發(fā)起點(diǎn)與終點(diǎn)，使用時(shí)需要在總線附件中注冊(cè)?？偩€接口定義了接口規(guī)范(ajn::InterfaceDescription類(lèi))，并將總線方法、總線信號(hào)、總線屬性及相關(guān)的類(lèi)型簽名封裝到一個(gè)消息組(ajn：:MsgArg類(lèi))中。

3.3總線守護(hù)進(jìn)程

總線守護(hù)進(jìn)程(Daemon)是運(yùn)行在操作系統(tǒng)中用來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式邏輯總線段的進(jìn)程。分布式總線段的連接實(shí)質(zhì)上就是守護(hù)進(jìn)程間通信的建立，除了使用庫(kù)文件中的綁定守護(hù)進(jìn)程(BundledDaemon)完成底層網(wǎng)絡(luò)連接的實(shí)現(xiàn)，還可以為瘦客戶(hù)端(ThinClient)編程實(shí)現(xiàn)精簡(jiǎn)易用的守護(hù)進(jìn)程。

AllJoyn會(huì)話

會(huì)話的建立由服務(wù)器的半連接(會(huì)話選項(xiàng)、總線名稱(chēng)、會(huì)話端口)與客戶(hù)端的半連接(會(huì)話選項(xiàng)、唯一名稱(chēng)、會(huì)話ID)的組合實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)生唯一的AllJoyn通信路徑。在客戶(hù)端捜尋到由服務(wù)器廣播出來(lái)的服務(wù)名之后，需要通過(guò)加入AllJoyn會(huì)話才能進(jìn)行通信。

AllJoyn通信原理

圖1所示是總線消息模式示意圖。處于分布式總線段上的兩個(gè)應(yīng)用程序，釆用廣播與發(fā)現(xiàn)well-known服務(wù)名（如圖1中的org.alljoyn.sample.service）的方式發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備，并通過(guò)連接遠(yuǎn)程AllJoyn守護(hù)進(jìn)程創(chuàng)建的總線建立通信，以加入AllJoyn會(huì)話的方式確定一條信息的傳遞路徑。信息的發(fā)送由總線對(duì)象的成員函數(shù)ajn::BusObject::Signal完成，信息的接收由向總線附件注冊(cè)的信息處理函數(shù)來(lái)完成（注冊(cè)由庫(kù)函數(shù)ajn::BusAttachment::RegisterSignalHandler完成）。

4AllJoyn軟件框架

AllJoyn的軟件框架由上層應(yīng)用程序、基本服務(wù)框架、路

由結(jié)點(diǎn)（服務(wù)器）、客戶(hù)端與底層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。應(yīng)用層可由開(kāi)發(fā)者使用不同的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，通過(guò)使用基本服務(wù)框架與調(diào)用AllJoyn庫(kù)函數(shù)實(shí)現(xiàn)，圖2所示是AllJoyn軟件框架示意圖。

5開(kāi)發(fā)環(huán)境的構(gòu)建

Windows7平臺(tái)：安裝VisualStudio2010；從官網(wǎng)下載VisualStudio2010版本的預(yù)編譯SDK（或使用源碼包編譯［9］）；打開(kāi)samples目錄下的VC2008Win7工程，并按提示自動(dòng)轉(zhuǎn)換（庫(kù)與頭文件的路徑在工程中都已經(jīng)添加）;復(fù)制一個(gè)示例工程并刪除其中的示例項(xiàng)目，得到一個(gè)完整的開(kāi)發(fā)環(huán)境。

Fedora19平臺(tái)可從官網(wǎng)下載源碼包（或使用git工具克隆—鏡像工程:gitclonehttps://git.allseenalliance.org/gerrit/p/All-Projects.git），并安裝工具與依賴(lài)庫(kù)：“yuminstallgccdoxygengraphvizopenssl-develbluez-libs-devel”（根據(jù)錯(cuò)誤提示安裝其他的依賴(lài)庫(kù)），同時(shí)使用scons工具編譯，編譯選項(xiàng)參考“sconsOS=linuxCPU=x86DOCS=devBINDINGS=cpp,cWS=offVARIANT=release”，編譯成功后，在源碼目錄下的build目錄中能找到編譯出的release版本的AllJoyn庫(kù)文件；在samples中將Makefile的示例復(fù)制出來(lái)，并在“LIBS”項(xiàng)后添加“-lalljoyn../../lib/BundledRouter.o-lajrouter”，使程序運(yùn)行時(shí)使用編譯好的綁定守護(hù)進(jìn)程（BundledDaemon）；再使用make工具編譯源碼得到可執(zhí)行程序。

6組網(wǎng)通信實(shí)驗(yàn)

WiFi-Direct傳輸文件實(shí)驗(yàn)

在兩臺(tái)搭載Windows系統(tǒng)的終端上進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)，利用Windows7自帶的WiFi-Direct進(jìn)行連接，其中一臺(tái)在網(wǎng)絡(luò)與共享中心里設(shè)置新的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接，另一臺(tái)捜索相應(yīng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)并連接，并分別使用ipconfig與ping來(lái)測(cè)試連接。

完成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的連接后，在作服務(wù)器的終端上運(yùn)行cpp/bin/samples/FileTransferService.exe<FileName>,該進(jìn)程將文件以二進(jìn)制的格式讀入128KB的緩沖區(qū)，并通過(guò)與本地總線守護(hù)進(jìn)程的連接將進(jìn)程連接到本地AllJoyn總線段上（QStatusstatus=s_msgBus->Connect（）；），接著廣播服務(wù)名并等待客戶(hù)端的連接。在客戶(hù)端運(yùn)行FileTransferClientexe,該進(jìn)程同樣也將進(jìn)程與本地總線相連（在早期版本中則使用顯式的遠(yuǎn)程連接方法，如:QStatusstatus=s_msgBus->Connect“tcp:addr=169.254.227.124，port=9955"）；在TCP協(xié)議下的通信端口為9955,UDP協(xié)議的端口為9956），守護(hù)進(jìn)程會(huì)根據(jù)總線附件的成員函數(shù)ajn::BusAttachment::FindAdvertisedName自動(dòng)的尋找可及網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的被廣播出來(lái)的服務(wù)名并加入由服務(wù)器創(chuàng)建的AllJoyn會(huì)話，并通過(guò)信號(hào)在服務(wù)端的發(fā)射與客戶(hù)端接收來(lái)實(shí)現(xiàn)文件的傳遞。AllJoyn信號(hào)中帶有描述信息MsgArg類(lèi)，可存儲(chǔ)128KB的描述信息，在該實(shí)驗(yàn)中文件就是被存儲(chǔ)在MsgArg類(lèi)中通過(guò)庫(kù)函數(shù)ajn::BusObject::Signal傳遞的。其文件傳輸流程如圖3所示。

圖3文件傳輸流程示意圖

經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，可得到表1所列的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。測(cè)試結(jié)果說(shuō)明，在同等距離下，單次傳輸大文件的平均速度慢于傳輸小文件的速度；小文件的傳輸速度存在著一定的不穩(wěn)定性；傳輸?shù)钠骄俣入S距離的增大而減小。

實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：示例文件中的FileTransferService.exe在傳輸文件時(shí)可能會(huì)崩潰，原因在于在源代碼移植過(guò)程中沒(méi)有處理好Windows平臺(tái)下的數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換，在FileTransfer()函數(shù)中將變量bufferLength的從std::streamsize類(lèi)型強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為unsignedint就能解決崩潰的問(wèn)題，在目前最新的14.02.00版本中該問(wèn)題仍然存在。

6.2跨平臺(tái)通信實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)使用示例文件chat.exe測(cè)試Windows與Linux平臺(tái)間的通信。實(shí)驗(yàn)的流程與圖3類(lèi)似，所不同的是chat程序集成了服務(wù)器與客戶(hù)端，并使用main函數(shù)參數(shù)對(duì)功能進(jìn)行選擇。經(jīng)對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，在Linux平臺(tái)下編譯所使用的chat.cc源碼與Windows下的完全一致，體現(xiàn)出AllJoyn框架下源碼的可移植性強(qiáng)。

由于Fedora19平臺(tái)被搭建在VMware虛擬機(jī)中，所以使用NAT的網(wǎng)絡(luò)連接方式就能實(shí)現(xiàn)Windows主機(jī)與Linux虛擬機(jī)的網(wǎng)絡(luò)連接(通過(guò)VMware虛擬以太網(wǎng)配適器Vment8連接)[11]。在Windows終端中輸入chat.exe-sROOM創(chuàng)建名為ROOM的服務(wù)名，Linux終端中輸入./chat-jROOM&搜索名為ROOM服務(wù)名，并加入相應(yīng)AllJoyn會(huì)話中，從而建立起Windows與Linux間的通信。

實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：運(yùn)行時(shí)有可能會(huì)出現(xiàn)找不到動(dòng)態(tài)庫(kù)liballjoyn.so的錯(cuò)誤提示，可將$PWD../../lib/中的liballjoyn.so拷貝至$PWD,并在Makefile的LIBS后添加-Wl，-rpath=”./”來(lái)修正錯(cuò)誤。

7結(jié)語(yǔ)

AllJoyn的獨(dú)立性通信場(chǎng)景可以經(jīng)過(guò)移植并推廣到通過(guò)Bluetooth、Zigbee等不同的通信協(xié)議進(jìn)行通信，同時(shí)也可以推廣到搭載Android、iOS、ARM-Linux等主流操作系統(tǒng)上,或以瘦客戶(hù)協(xié)ThinClient)的方式推廣到實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTOS)移動(dòng)終端的通信上，對(duì)構(gòu)建局域無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

20211221_61c1bc4fe972f__基于AllJoyn框架的跨平臺(tái)局域無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)