基于AllJoyn框架的跨平臺局域無線組網(wǎng)技術(shù)的實現(xiàn)

引言

隨著智能設(shè)備的發(fā)展與移動終端的普及，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)，開發(fā)者需要實現(xiàn)通信的框架、協(xié)議與承載的平臺，存在著獨立開發(fā)的技術(shù)不能相互適配和連通、開發(fā)成本高昂等缺點。高通的AllJoyn開源框架針對現(xiàn)有的問題提出了一套完整的解決方案,在操作系統(tǒng)、開發(fā)語言、物理網(wǎng)絡(luò)和通信協(xié)議上具有獨立性叫本文以開發(fā)者的角度從整體的高度分析了AllJoyn的軟件框架與在C++語言下的應(yīng)用，并利用AllJoyn框架，通過WiFi-Direct的連接方式實現(xiàn)了搭載Windows系統(tǒng)的終端間的組網(wǎng)通信實驗，與VMware虛擬機(jī)下Windows與Linux間的跨平臺通信實驗。

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集成化的傳感器實時感知和采集所需的信息，經(jīng)過信息處理基站對信息進(jìn)行分析、處理，并通過自組織的無線通信網(wǎng)絡(luò)以“多跳中繼”的方式將信息傳送到用戶終端。AllJoyn是一個獨立于操作系統(tǒng)、開發(fā)語言、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，簡化了定位和應(yīng)用服務(wù)的流程，適合用來組建無線通信網(wǎng)絡(luò)。

AllJoyn的優(yōu)勢

AllJoyn作為開源的中性平臺系統(tǒng)，是一個“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)、開發(fā)語言、物理網(wǎng)絡(luò)和通信協(xié)議上具有獨立性。并且在框架內(nèi)部集成了對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、通信協(xié)議的實現(xiàn)與管理,不需要上層應(yīng)用程序的開發(fā)人員對每種網(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)流程簡單，并且為“握手”模式的安全通信模型提供框架(PasswordManager類)。

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，是所有通信過程的承載。它的作用類似于工業(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精簡高效的消息序列?？偩€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、客戶端或著作為通信的對等點。

3.2總線對象與總線接口

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

3.3總線守護(hù)進(jìn)程

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

AllJoyn會話

會話的建立由服務(wù)器的半連接(會話選項、總線名稱、會話端口)與客戶端的半連接(會話選項、唯一名稱、會話ID)的組合實現(xiàn)，產(chǎn)生唯一的AllJoyn通信路徑。在客戶端捜尋到由服務(wù)器廣播出來的服務(wù)名之后，需要通過加入AllJoyn會話才能進(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的信息處理函數(shù)來完成（注冊由庫函數(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（服務(wù)器）、客戶端與底層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。應(yīng)用層可由開發(fā)者使用不同的開發(fā)語言，通過使用基本服務(wù)框架與調(diào)用AllJoyn庫函數(shù)實現(xiàn)，圖2所示是AllJoyn軟件框架示意圖。

5開發(fā)環(huán)境的構(gòu)建

Windows7平臺：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samples目錄下的VC2008Win7工程，并按提示自動轉(zhuǎn)換（庫與頭文件的路徑在工程中都已經(jīng)添加）;復(fù)制一個示例工程并刪除其中的示例項目，得到一個完整的開發(fā)環(huán)境。

Fedora19平臺可從官網(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），并安裝工具與依賴庫：“yuminstallgccdoxygengraphvizopenssl-develbluez-libs-devel”（根據(jù)錯誤提示安裝其他的依賴庫），同時使用scons工具編譯，編譯選項參考“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庫文件；在samples中將Makefile的示例復(fù)制出來，并在“LIBS”項后添加“-lalljoyn../../lib/BundledRouter.o-lajrouter”，使程序運行時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)通信實驗

WiFi-Direct傳輸文件實驗

在兩臺搭載Windows系統(tǒng)的終端上進(jìn)行該實驗，利用Windows7自帶的WiFi-Direct進(jìn)行連接，其中一臺在網(wǎng)絡(luò)與共享中心里設(shè)置新的無線網(wǎng)絡(luò)連接，另一臺捜索相應(yīng)的無線網(wǎng)絡(luò)并連接，并分別使用ipconfig與ping來測試連接。

完成無線網(wǎng)絡(luò)的連接后，在作服務(wù)器的終端上運行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)名并等待客戶端的連接。在客戶端運行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)程會根據(jù)總線附件的成員函數(shù)ajn::BusAttachment::FindAdvertisedName自動的尋找可及網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的被廣播出來的服務(wù)名并加入由服務(wù)器創(chuàng)建的AllJoyn會話，并通過信號在服務(wù)端的發(fā)射與客戶端接收來實現(xiàn)文件的傳遞。AllJoyn信號中帶有描述信息MsgArg類，可存儲128KB的描述信息，在該實驗中文件就是被存儲在MsgArg類中通過庫函數(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)過多次實驗統(tǒng)計，可得到表1所列的統(tǒng)計結(jié)果。測試結(jié)果說明，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。

實驗說明：示例文件中的FileTransferService.exe在傳輸文件時可能會崩潰，原因在于在源代碼移植過程中沒有處理好Windows平臺下的數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換，在FileTransfer()函數(shù)中將變量bufferLength的從std::streamsize類型強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為unsignedint就能解決崩潰的問題，在目前最新的14.02.00版本中該問題仍然存在。

6.2跨平臺通信實驗

該實驗使用示例文件chat.exe測試Windows與Linux平臺間的通信。實驗的流程與圖3類似，所不同的是chat程序集成了服務(wù)器與客戶端，并使用main函數(shù)參數(shù)對功能進(jìn)行選擇。經(jīng)對比后發(fā)現(xiàn)，在Linux平臺下編譯所使用的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)連接方式就能實現(xiàn)Windows主機(jī)與Linux虛擬機(jī)的網(wǎng)絡(luò)連接(通過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會話中，從而建立起Windows與Linux間的通信。

實驗說明：運行時有可能會出現(xiàn)找不到動態(tài)庫liballjoyn.so的錯誤提示，可將$PWD../../lib/中的liballjoyn.so拷貝至$PWD,并在Makefile的LIBS后添加-Wl，-rpath=”./”來修正錯誤。

7結(jié)語

AllJoyn的獨立性通信場景可以經(jīng)過移植并推廣到通過Bluetooth、Zigbee等不同的通信協(xié)議進(jìn)行通信，同時也可以推廣到搭載Android、iOS、ARM-Linux等主流操作系統(tǒng)上,或以瘦客戶協(xié)ThinClient)的方式推廣到實時操作系統(tǒng)RTOS)移動終端的通信上，對構(gòu)建局域無線通信網(wǎng)絡(luò)具有較高的應(yīng)用價值。

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