摘要：分析了基于面向服務(wù)體系架構(gòu)(SOA)的Web服務(wù)架構(gòu)特點，提出了把面向服務(wù)的系統(tǒng)設(shè)計和集成思想應(yīng)用到認知無線電系統(tǒng)(CRS)的設(shè)計和構(gòu)建上，將其稱之為面向服務(wù)的無線電(SOR)。SOR的各功能單元以松耦合服務(wù)的方式提供，實現(xiàn)最大程度的移植和重用。通過重新組合不同的服務(wù)或改變服務(wù)的參數(shù)可以靈活地實現(xiàn)SOR系統(tǒng)的重配置。根據(jù)這一概念，設(shè)計實現(xiàn)了基于SOR的原型系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：面向服務(wù)；認知無線電；系統(tǒng)重配置；原型系統(tǒng)

0 引言
    軟件無線電技術(shù)的成熟為認知無線電的實現(xiàn)提供了基礎(chǔ)，把面向服務(wù)(Service-Oriented)的系統(tǒng)設(shè)計和集成思想應(yīng)用到認知無線電系統(tǒng)(Cognitive Radio System，CRS)的設(shè)計和構(gòu)建上，稱之為面向服務(wù)的無線電(Service-Oriented Radio，SOR)。SOR的實現(xiàn)主要是通過對認知無線電可重配置的各種功能模塊，比如編碼／譯碼，調(diào)制／解調(diào)等進行封裝，將其封裝為可在局域網(wǎng)或因特網(wǎng)上發(fā)布，調(diào)用的各種服務(wù)。然后用戶可通過對各種服務(wù)的調(diào)用和編排實現(xiàn)CRS的各種應(yīng)用。因為被封裝的服務(wù)是可以根據(jù)用戶需求進行調(diào)整的，所以SOR可以靈活地實現(xiàn)CRS的重配置。用SOR設(shè)計CRS將會帶來很多優(yōu)點：它可以實現(xiàn)系統(tǒng)的松耦合，使系統(tǒng)開發(fā)不受地域限制，增強了系統(tǒng)的開放性，并且通過各種服務(wù)的調(diào)整和編排，提高系統(tǒng)的靈活性和可重用性。

1 Web服務(wù)的技術(shù)集合
    基于SOR的認知無線電系統(tǒng)采用Web服務(wù)的技術(shù)集合來實現(xiàn)。認知無線電系統(tǒng)的各功能單元主要通過兩大類服務(wù)，即傳統(tǒng)軟件無線電服務(wù)、認知核服務(wù)分布式地部署在局域網(wǎng)或因特網(wǎng)上。傳統(tǒng)軟件無線電服務(wù)包括前端信號處理服務(wù)、調(diào)制解調(diào)服務(wù)、信道編解碼服務(wù)、頻譜分析服務(wù)等，認知核服務(wù)包括各種學習服務(wù)、推理服務(wù)、優(yōu)化服務(wù)以及數(shù)據(jù)庫服務(wù)等。SOR采用一系列的Web服務(wù)協(xié)議，其協(xié)議棧如圖1所示。

    Web服務(wù)協(xié)議棧分為三層：網(wǎng)絡(luò)和傳輸層、服務(wù)描述和發(fā)現(xiàn)層、服務(wù)工作流層。安全性、易管理性、服務(wù)質(zhì)量保證貫穿于整個三層。Web服務(wù)的最基礎(chǔ)技術(shù)層次是網(wǎng)絡(luò)和傳輸層，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要采用HTTP協(xié)議，并在此基礎(chǔ)上采用XML描述數(shù)據(jù)，使用簡單對象訪問協(xié)議(Simple Obj-ect Access Protocol，SOAP)進行不同服務(wù)之間消息的傳遞。如圖2所示，服務(wù)描述和發(fā)現(xiàn)層使服務(wù)的提供者和服務(wù)的請求者能夠成功交互，服務(wù)的提供者將認知無線電系統(tǒng)的服務(wù)用Web服務(wù)描述語言(Web Services Description Language，WSDL)來描述，并在UDDI(Universal Des-cription Discovery and Integration)服務(wù)注冊中心進行注冊和發(fā)布，服務(wù)的請求者通過在UDDI服務(wù)注冊中心可以查看和檢索其需要的服務(wù)。服務(wù)工作流層根據(jù)認知無線電的系統(tǒng)功能和參數(shù)要求，使用的是Web服務(wù)的業(yè)務(wù)流程執(zhí)行語言(Web Service Business Process Execut-ion Language，BPEL)將一系列基本服務(wù)進行編排和連接形成新的服務(wù)以完成認知無線電通信任務(wù)。

2 基于SOR體系架構(gòu)的重配置調(diào)整方案
    SOR體系架構(gòu)是一種將面向服務(wù)思想引入無線電系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。在SOR中，認知無線電可重配置的各種功能模塊，包括軟件處理模塊和硬件處理模塊，以服務(wù)的方式提供并分布式部署在局域網(wǎng)或因特網(wǎng)上，通過對服務(wù)的編排和調(diào)用，實現(xiàn)系統(tǒng)各種應(yīng)用?；赟OR的CRS具有如下優(yōu)點：松耦合架構(gòu)能增強系統(tǒng)靈活性和業(yè)務(wù)敏捷性；可重用的服務(wù)能有效節(jié)省基礎(chǔ)設(shè)施的部署規(guī)模從而節(jié)約運營商成本。認知無線電系統(tǒng)通過重新組合不同的服務(wù)或改變服務(wù)的參數(shù)可以靈活地實現(xiàn)系統(tǒng)的重配置。
2．1 服務(wù)的注冊發(fā)布與調(diào)用
    如圖3所示，認知無線電系統(tǒng)的各功能單元，包括軟件無線電各功能單元(調(diào)制解調(diào)服務(wù)，前端信號處理服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議服務(wù)等)和認知引擎的功能單元(感知服務(wù)，判斷服務(wù)，決策服務(wù)，學習服務(wù)等)以服務(wù)的方式提供并且在服務(wù)總線上注冊發(fā)布。例如，根據(jù)環(huán)境和用戶需求，有一些服務(wù)(感知服務(wù)E，判斷服務(wù)B，決策服務(wù)B，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議服務(wù)C，鏈路服務(wù)B，調(diào)制解調(diào)服務(wù)D，前端信號處理服務(wù)A，學習服務(wù)A)被選中并連接，這些服務(wù)的參數(shù)被確定，以完成該認知無線電系統(tǒng)的功能。

2．2 基于SOR的CRS部署示例
    圖4為基于SOR的CRS部署示例。一個CRS由運營商A、運營商B與服務(wù)提供商組成。運營商和服務(wù)提供商以服務(wù)方式提供各種功能模塊，例如調(diào)制解調(diào)服務(wù)、語音編譯碼服務(wù)、推理服務(wù)等，并且將這些服務(wù)分布式地部署在網(wǎng)絡(luò)上。

    根據(jù)用戶通信需求和無線環(huán)境的變化，運營商B組合運營商A的感知服務(wù)，服務(wù)提供商的頻譜分析服務(wù)和推理服務(wù)，完成頻譜感知與分析，以及通信決策功能。并根據(jù)決策結(jié)果編排調(diào)制／解調(diào)服務(wù)、語音編／解碼服務(wù)、視頻編／解碼服務(wù)，形成滿足用戶需求適應(yīng)無線環(huán)境的通信波形，實現(xiàn)CRS重配置。
    運用這種方法，運營商不需為每個基站建設(shè)所有功能，部分功能可通過定制服務(wù)的方式交由第三方處理，從而節(jié)約建設(shè)成本、提高效率，改善可擴展性，并使新業(yè)務(wù)的開發(fā)更加便捷。

3 原型系統(tǒng)的實現(xiàn)
    為了驗證SOR應(yīng)用的可行性，設(shè)計了SOR的原型系統(tǒng)，采用點到點的通信模式，如圖5所示，發(fā)送端和接收端各自連接在局域網(wǎng)，它們需要的功能模塊以服務(wù)軟件的形式在局域網(wǎng)上注冊發(fā)布。

    原型系統(tǒng)的實現(xiàn)方案如下：
    (1)完成認知無線電各功能模塊的編寫和測試，認知無線電系統(tǒng)的各功能單元，包括軟件無線電各功能單元(調(diào)制解調(diào)服務(wù)，前端信號處理服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議服務(wù)等)和認知引擎的功能單元(感知服務(wù)，判斷服務(wù)，決策服務(wù)，學習服務(wù)等)以服務(wù)的方式提供，需要的功能模塊以服務(wù)軟件的形式在局域網(wǎng)上注冊發(fā)布。
    (2)認知無線電中的功能模塊封裝為服務(wù)后，用tomcat(服務(wù)器)+eclipse+axis2(發(fā)布Web服務(wù)的插件)搭建服務(wù)發(fā)布平臺，把封裝好的服務(wù)發(fā)布在局域網(wǎng)上，并自動生成該服務(wù)的WSDL服務(wù)描述文檔。供通信終端查找調(diào)用。
    (3)建立自己局域網(wǎng)中的服務(wù)注冊中心，注冊、查找需要的服務(wù)。用tomcat(服務(wù)器)+juddi(開源的服務(wù)注冊軟件)+MySQL(開源數(shù)據(jù)庫)建立局域網(wǎng)中的服務(wù)注冊中心，服務(wù)可在注冊中心注冊和查找，查找到需要的服務(wù)后根據(jù)其wsdl服務(wù)描述文檔編寫調(diào)用程序，調(diào)用該服務(wù)。
    (4)通信終端在通信的過程中，在服務(wù)注冊中心查找自己需要的服務(wù)完成調(diào)用，需要調(diào)用多個服務(wù)來完成某個操作時，用BPEL(Business Process Exceution Language，業(yè)務(wù)流程執(zhí)行語言)對查找到的服務(wù)進行編排組合，完成所需要的功能，如圖6，圖7所示，根據(jù)環(huán)境和用戶需求，有一些服務(wù)(感知服務(wù)，判斷服務(wù)，決策服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議服務(wù)，鏈路服務(wù)，調(diào)制解調(diào)服務(wù)，前端信號處理服務(wù)，學習服務(wù))被選中并連接，再確定這些服務(wù)的參數(shù)，以完成該認知無線電系統(tǒng)所需要的功能。用開源的Activebpel對流程服務(wù)進行管理，配合Active-VOS(圖形可視化的服務(wù)組合工具)來設(shè)計安排服務(wù)流程，把幾個服務(wù)組合編排為一個流程服務(wù)，供通信終端調(diào)用。

    發(fā)送端可配置參數(shù)如下：
    信道編碼：無、1／2CC、2／3CC；
    調(diào)制：GMSK，QPSK，BPSK；
    視頻碼流速率：200 Kb／s～1 Mb／s；
    可調(diào)工作頻率：2 450～2 460 MHz可調(diào)；
    信號帶寬：200 Kb／s～1 Mb／s；
    可調(diào)發(fā)射功率：0～50 mW可調(diào)。

    接收端可配置參數(shù)：
    信道譯碼：無、1／2CC、2／3CC；
    解調(diào)：GMSK，QPSK，BPSK；
    視頻碼流速率：200 Kb／s～1 Mb／s；
    可調(diào)工作頻率：2 450～2 460 MHz可調(diào)；
    信號帶寬：200 Kb／s～1 Mb／s可調(diào)。
    上述基于SOA的認知無線電原型系統(tǒng)是一種松耦合的服務(wù)架構(gòu)，其服務(wù)之間通過簡單的、精確定義的接口進行通信，不涉及到底層的編程接口和通信模型。這種體系結(jié)構(gòu)模型的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾點：
    (1)將服務(wù)封裝成可重用的應(yīng)用程序，同時又由于服務(wù)的API保持不變，所以使得通信終端無需考慮所調(diào)用服務(wù)在具體實施上的改變。
    (2)服務(wù)的可重用性設(shè)計可以顯著地降低整體系統(tǒng)的開發(fā)成本。并且將獨立于底層的實現(xiàn)和通信終端具體需求的變更。
    (3)在SOA中，服務(wù)之間通過既定的規(guī)則和通信協(xié)議來進行彼此之間的互操作，其中同步和異步是兩種主要的通信機制。SOA提供服務(wù)的互操作特性更利于其在多個場合被重用。
    (4)服務(wù)消費者到服務(wù)提供者的綁定與服務(wù)之間是松耦合的。這就意味著，服務(wù)消費者不知道服務(wù)提供者實現(xiàn)的具體技術(shù)細節(jié)。這種服務(wù)之間的松耦合性使得會話一端的軟件可以在不影響另一端的情況下發(fā)生改變，同時又不對服務(wù)消費者造成任何的影響。
    (5)服務(wù)是針對業(yè)務(wù)的具體需求而設(shè)計的濡要反映需求的不斷變化。服務(wù)的設(shè)計以及部署對通信終端來說是完全透明的。也就是說，通信終端完全不必知道響應(yīng)自己需求的服務(wù)的具體位置，也不必知道服務(wù)的具體細節(jié)，實現(xiàn)了SOA松耦合、開放性的特點。

4 結(jié)語
    隨著認知無線電的發(fā)展，傳統(tǒng)的軟件無線電平臺已滿足不了認知無線電的需求，本文在分析了SOA體系結(jié)構(gòu)特點的基礎(chǔ)上，把面向服務(wù)的系統(tǒng)設(shè)計和集成思想應(yīng)用到CRS的設(shè)計和構(gòu)建上，構(gòu)建面向服務(wù)的無線電。SOR的實現(xiàn)主要是通過對認知無線電可重配置的各種功能模塊，比如編碼／譯碼，調(diào)制／解調(diào)等進行封裝，將其封裝為可在局域網(wǎng)或因特網(wǎng)上發(fā)布并調(diào)用的各種服務(wù)。然后用戶可通過對各種服務(wù)的調(diào)用和編排實現(xiàn)CRS的各種應(yīng)用。因為被封裝的服務(wù)是可以根據(jù)用戶需求進行調(diào)整的，所以SOR可以靈活的實現(xiàn)CRS的重配置?；谶@一概念設(shè)計了CRS原型系統(tǒng)，在原型系統(tǒng)中，認知無線電的各功能模塊作為服務(wù)發(fā)布在局域網(wǎng)上，通信終端在通信的過程中在服務(wù)注冊中心選擇需要的服務(wù)
進行調(diào)用，實現(xiàn)了通信終端與服務(wù)之間松耦合的綁定，極大地提高了服務(wù)軟件的共享與重用。達到了認知無線電靈活性、開放性的要求。本文的CRS原型系統(tǒng)與實際的應(yīng)用還有一定的距離，在此基礎(chǔ)上將進一步的總結(jié)和完善。