摘  要： 描述了4G" title="4G">4G环境下支持移动多媒体应用的中间件(4G中间件）的需求、基于开放标准" title="开放标准">开放标准OSGi技术的4G中间件体系结构；阐述了4G中间件提供的主要服务。
    关键词： 移动多媒体应用  中间件  OSGi  上下文感知

    各种无线网络，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，使移动设备在异构网络中的漫游成为移动应用的主要特征。移动用户从一个无线网进入另一个无线网，对于自己的多媒体服务" title="多媒体服务">多媒体服务，有最经济、最个性化的多种选择。然而，异构无线的无缝漫游和无缝服务是一个复杂的课题，因为不同的接入网络可能有不同的移动性、QoS要求和安全性支持。对于多媒体服务供应商，他们希望将精力集中在现实应用上去，要求一个4G的移动服务" title="移动服务">移动服务中间件为其提供无缝、高质、安全的多媒体服务接口。
1 4G中间件的需求
1.1 先进的4G性能整合
    4G系统的特色表现在它的性能，而其主要性能是从3G系统继承而来的，并且具有比3G更高的数据速率。在4G环境中，可以实现无处不在的移动性、QoS支持、保密和欺诈保护、架构管理、上下文感知等服务性能。移动服务中间件作为一个网络整合层，处于4G传送层和应用层之间（如图1所示），负责整合潜在的系统性能并且以一个更抽象而易于使用的形式将它们交付应用层。

                   
1.2 自适应
    商务活动和消费需求促进了无线技术的发展。4G系统可以通过整合新的无线接入技术而得到扩展。相应地，移动服务中间件也可以在新的环境中支持新的网络服务。例如，由于移动设备资源（CPU、内存等）的限制，希望保留尽可能轻便的客户端服务环境，这就意味着可以使其性能个性化以满足不同领域和环境的需要。为了解决上述问题，中间件在需要的时候动态地将其引入到执行环境中去。
1.3 支持快速开发移动服务
    由于4G具有良好的性能，这将使大量的媒体内容通过无线网络传递给用户成为现实。但是，VoIP(Voice over Internet Protocol)、视频电话、视频流和移动电视等新的不同移动多媒体服务都面临着异构网络之间的移动、QoS、安全、上下文感知等问题。所以，研究、开发4G中间件是不同移动多媒体服务面临的共同任务。4G中间件将快速、有效地支持建立起这些新的服务。
1.4 动态服务的提供
    移动设备在异构、集成的网络中移动要求动态地提供新的服务。因为在这个新的环境中上下文（Context）是不断变化的（如网络、传输质量级别、定位等），因此服务不能像通常那样是一个静态的行为，必须在这样的系统中提供动态的服务。动态服务的提供意味着服务可以按照指令非常容易地创建、修改、更新和移动。这就要求系统的组件可以动态地部署和配置，以适应应用的需要。
1.5 上下文感知
    4G网络的动态特性要求4G中间件及其服务能够意识到环境的变化，并对环境的变化有自适应的能力。因此，上下文感知（Context Awareness）不仅对下一代移动服务，而且对4G中间件平台的发展都是一个关键的因素。上下文服务构架被整合到4G中间件这一层中去，它的作用是在多重应用域中收集、分析和散布不同种类的上下文信息。
2 4G中间件的体系结构
    图2是4G中间件的体系结构，它由基于OSGi(Open Service Gateway Initiative)的服务管理构架（Service Management Framework）、平台服务、服务引擎（Service Enablers）和4G中间件应用编程接口四部分组成。

                         
2.1 基于OSGi的服务管理构架
    OSGi定义了一个非常轻量级的传送和执行面向应用的服务构架。管理功能包括安装、激活、撤消和更新服务^[1]。在OSGi开放标准之上开发的4G中间件提供了一个在4G环境中对新移动服务的快速开发、支持和管理的互操作构架。

    (1)服务执行环境
    4G中间件完全由Java编写，运行在一个轻量级的OSGi环境中。因为OSGi是一个开放标准的面向服务的平台，并且就像松耦合服务组合机制一样支持灵活的服务生命期管理。因此，也可以将OSGi构架用作服务执行环境。由于OSGi规范是基于Java的，因此它可以在不同类型的硬件设备和操作系统上实现。
    (2)服务协作支持
    OSGi环境允许服务部署（deployment），为其他服务提供功能性支持。应用中可以动态地发现这些服务，并使它们的行为能够适应环境配置和其他已有的服务。OSGi环境能够在一个单一的服务平台上支持不同的服务提供商的多种应用。
    (3)支持多重服务发现协议
    OSGi在动态服务操作环境中支持多重服务发现协议（例如Jini，UPnP）。
    (4)安全性
    系统根据不同安全级别的要求，实行对下载服务的数字信号和校验对象/包的接入控制。
    (5)服务部署
    绑定" title="绑定">绑定是一种组件，它包含一系列如Java的类文件、第三方库、配置信息、图形图像等资源的部署单元和部署描述符。由于这些绑定是常规的jar文件，因此jar的manifest文件用作部署描述。它包含元数据,例如提供或请求服务的描述、绑定的激活类（执行的主要切入点）。绑定jar文件既可以从本地文件系统安装又可以网络安装。因此，在OSGi构架中，服务的部署是非常简单的，可以下载jar文件及触发相关的绑定。该构架为每一个绑定提供了生命周期管理。
2.2 平台服务
    平台服务是一套在服务平台上协调和辅助服务组件调度执行的组件，同时为它们提供基础服务。平台服务未必直接暴露于应用，但所提供的服务功能可以在服务实施时被直接调用。管理服务组件包括服务使能、有效绑定、通用类型和包含常用的比如Java媒体框架或SIP(Session Initiation Protocol)栈等第三方类库的库绑定。平台服务支持的功能是服务发现、下载、安装和生命周期管理等。此外，平台服务还可以为不同的事件注册用户。这些事件可以是在网络切换期间来自移动管理服务的通知，也可以是指示一个应用绑定安装的注册事件，或者是一个新的服务注册。平台服务还负责使用户通过用户接口绑定进行互操作。
2.3 服务引擎
    服务引擎为应用层提供增值功能，它们反映了4G业务的根本性能并适合4G业务的发展需求：认证,授权和计费(AAA服务)；多媒体会话管理；无缝移动性管理；上下文信息管理；服务质量（QoS）和自适应性。
    平台启动器确保现有的使能绑定按正确的顺序启动。一旦这些绑定启动，它们基本上就可以停止运行了。
    (1)AAA服务
    AAA(认证、授权和计费)服务引用了一个负责智能控制接入资源（计算机、网络、服务等）、执行策略、审核使用和提供计费服务的框架。这些合并的过程对有效的网络管理和网络安全是非常重要的。AAA服务对未来网络中的管理域和用户之间、不同的服务提供商之间信赖联盟的建立是非常重要的。RADIUS协议是广泛使用的有关网络接入的AAA协议，RADIUS服务符合RFC 2865中定义的标准。Diameter协议继承于RADIUS协议，用于满足即将到来的需求。Diameter服务器可以通过开放源代码实施，开放的Diameter和这两个协议将在未来的4G系统中并存。
    (2)移动性管理
    移动性管理整合了基本的移动性解决方案，并提供具有相兼容网络API的应用层，这样应用就可以询问关于可用网络的信息并选择一个最适合的网络进行连接。此外，应用还可以立即得到有关网络改变的通告。例如，能够指示当前使用的网络已经断开或者链接从LAN交换到了UMTS等网络事件。这些事件是在自适应应用开始自适应过程时所必须了解的。
    移动性管理允许终端用户定义优先级文档，以便允许他们从用户和应用的角度来描述他们的网络参数。例如成本、提供商、接入技术和带宽。每一个用户都可以定义多种优先级文档以适应不同的情况，比如在家、在办公室、在机场等。优先级概况将被最优化的网络选择组件评价，确保总是根据用户预设的优先级文档选择最优的连接。
移动IP的本地代理是一个基本的移动管理构架。当前有两个移动解决方案整合到移动管理模块中。这两个移动解决方案一个是叫做Secgo移动IP(www.secgo.com)的商用的移动IPv4，另一个是无缝移动性管理系统（SMMS）的IPv6移动性解决方案。虽然这两个解决方案提供了不同的整合API，但是对于运行在移动性管理绑定之上的仅与4G中间件相关的API的应用是非常重要的，并且底层移动性的具体管理方案对应用来说是透明的。
    (3)多媒体会话管理
公用交换电话网络（PSTN）和IP网络通过SIP^[2]和多媒体网关进行整合。为简化基于移动多媒体服务的SIP的开发，实现了一个多媒体会话控制（MSC）API^[3]。使用MSC API可以管理多媒体会话的生命周期，包括会话的建立、拆除、修改等。媒体会话可以是音频、视频、文字聊天、文件共享、多方会议、网络游戏或它们的任意组合。
    本文描述了4G中间件的要求、功能和构架。提出了使用开放标准的OSGi技术，4G中间件技术为有效地建立、提供和管理新的移动多媒体服务提供了一个在即将到来的4G环境中使用的可互操作的初步构架。有关4G中间件开发、件性能评估、测试以及如何满足应用需求将在今后工作中进一步研究。
参考文献
[1] GU T, PUNG H K, ZHANG D Q. Towards an OSGi-based infrastructure for context-aware applications. IEEE CS and ComSoc, 2004.
[2] BUSHMITCH D, PAPAGEORGIOU V. A SIP-based device communication service for OSGi framework. IEEE 2004.
[3] MARX S. Design and implementation of a multimedia session controller for IP networks. Master Thesis, March 2005.
[4] Open diameter. http://www.opendiameter.org/,October 2005.
[5] OSGi mobile service platform. Intermediate Draft, http://www.osgi.org.