摘  要： 提出一個應用于移動網絡的Web服務交互通信體系架構，其將基于XML的系統通信的負擔從移動客戶轉移到外部中間件上，該中間件像網關一樣，使用快速的二進制協議以客戶/服務器方式與移動設備進行輕量級通信，并同時負責解析對Web服務的請求。
關鍵詞： Web服務；面向服務的體系結構；移動計算；移動設備

　面向服務的體系結構（SOA）技術包含了一個靈活的應用組件集合，這些組件相互獨立并可以互操作，公開訪問接口，提供特定功能服務，更好地滿足了大企業系統的業務需求。由于基于SOA構建的系統能更靈活地隨業務需求而變化，有效解決了傳統大規模系統中任何子系統的細微需求變化及系統反應極度敏感的問題。
　將SOA方法引入到Web，產生了Web服務技術。該技術通過Web為運行在不同平臺上的應用之間提供了互操作和信息交換。由于建立在XML和HTTP標準協議上，因此Web服務容易開發并通過Web在任何地方訪問。
　Web服務技術優勢明顯，引領企業業務主導權，具有高度互操作性、服務組件可發布性及易集成等特點。它也存在不足，即Web服務用戶面對通信性能弱、需處理基于XML的額外負擔。近年來，移動應用開發領域已出現過量的可用Web服務，雖然移動設備硬件能力已大大增強，但由于性能問題和移動平臺缺乏本地化開發支持，易使用的Web服務卻漸漸偏離大多數移動平臺標準特征。
1 Web服務概述
　Web服務主要使用HTTP和XML技術，為不同硬件及平臺上的應用系統提供標準方式的交互操作，它像自包含的部件，可以在Web上發布、定位和調用，為應用在Web上提供一個獨立于硬件平臺和操作系統的標準通信機制。
　由W3組織提出的Web服務構架，依據一些Web標準，如XML、SOAP、WSDL和UDDI，允許服務可以被任何應用描述、查找和集成。Web服務的實現分成SOAP Web服務和REST Web服務兩類。基于SOAP的Web服務適合在復雜的多層計算環境中實現SOA，具有更大的靈活性和較低的集成成本，但在與輕量級信息系統通信時比REST Web服務要求更大的性能。
　基于SOAP的Web服務主要有額外處理XML的性能問題和通信中缺乏事務支持兩種不足。在繁忙和不穩定的網絡上，相對于傳統方法的分布式計算（如CORBA或DCOM），與Web服務通信必須忍受低性能，這是因為基于XML的信息系統追求簡單而不是效率。而且，當對XML請求/響應編碼/解碼的額外負擔時，肯定影響整個Web應用的性能。與Web服務通信中缺乏事務支持，致使這種數據交換協議沒有狀態，正如Web服務提供者和Web服務用戶彼此不知相互狀態。
　當今移動設備中無線網接入已成為其標準特征，移動Web服務應用的挑戰可歸結為兩點：移動硬件的能力（包括處理能力和網絡能力）和對移動平臺的本地化支持。另外，對資源約束限制的移動設備應考慮采用已有的標準。
2 移動設備及平臺現狀
2.1 移動設備及其局限性
　移動設備的能力不斷增長，并滿足移動性和連接性等靈活性上的相關需求。未來幾年內，蜂窩式無線通信網絡的數據流量有望保持幾十倍增長，數據流量通常來自Web瀏覽，尤其是觀看視頻。
　現在的智能手機具有最新式的硬件特征，從移動性的角度講，智能手機是市場上最吸引人的移動設備。智能手機的計算能力有顯著的提高，如快速的處理器、更大容量的ROM和RAM，它的發展趨勢是增強的無線網絡通信能力和高度聯接性等。移動設備的主要硬件限制且必須解決的是巨大的電池消耗問題，它導致了電池壽命縮短、無線網絡帶寬低和無線連接不穩定等問題。只要有電池自主性，就可以達到相當好的移動性和連接性，穩定地與無線接入點連接，很少或沒有延遲地使用Web服務。
2.2 移動平臺的支持
　為在移動平臺上開發Web服務客戶程序，現討論它們提供的現有支持。
Sun公司將Java技術用于移動設備，用標準模板訪問現有的Web服務，通過擴展J2ME平臺帶有的JSR 172[1]，被命名為J2ME WSS（Web Services Specification）的請求，使J2ME轉成為標準的Java Web服務平臺，這些讓開發者容易創建客戶程序，用于支持Java的移動設備。WSS是移動服務架構平臺的一部分，設計它面向移動設備的新技術和服務，為所有支持Java的移動設備提供標準應用環境，用于滿足市場發展。
　在支持Web服務應用方面，Apple公司在移動iPhone平臺上幾乎沒做努力。SDK沒公開其內置的C對象庫，無法創建簡單的Web服務客戶程序。而且，當實現必需的基于XML的消息機制時，很少用到Cocoa構架的NSXML庫。當需解析XML時，libxml2或KissXML庫肯定優先使用。iPhone平臺的工作區包括現有的應用功能程序的使用，如wsdl2objc[2]，它派生出代理類，以訪問源自WSDL規格的服務。派生類包含Web服務公開的所有方法。不過，開源社區作了明顯的努力，用于創建易于使用的框架，以訪問Web服務。
事實也證明，Google公司沒使SOAP Web服務應用對Android平臺開發者社區是一個容易的任務。SDK甚至沒打包成工具包為Web服務接口產生派生類。在開發社區中，Android平臺被認為是最適合在移動空間中作為Google服務的發布者。
　在Windows Mobile平臺上應用Web服務是容易的工作，因為.NET框架適合同步和異步訪問。與Windows Phone 7平臺類似，通過簡單引用Web服務生成服務接口開放的代理類。
Nokia從Symbian系列60平臺提供Serene框架，容易創建訪問Web服務的客戶程序應用。該框架依賴J2ME JSR 172規格，提供創建相關豐富Web應用的全部支持。
　除了Windows和Nokia平臺提供支持，允許開發人員專注于設計和創造，其他平臺缺少本地化支持，開發SOAP Web服務客戶程序要求更多的額外努力。而且要在所有移動平臺上實現Web應用既麻煩又耗費資源，特定的平臺需要特定的工作環境。
3 相關工作介紹
　目前，開源社區提出的兩類解決辦法是解決問題的基礎，據此進行簡單改編，針對基于SOAP的Web服務的局限性，為大多數移動平臺能應用。
3.1 支持RESTFul架構
　參考文獻[3]提出的Web服務架構通過修改現有的SOAP Web服務解決通常SOAP消息系統的兩個資源耗費問題，即由于密集的SOAP請求封裝機制帶來HTTP通信負擔、移動設備端SOAP響應的解析，以適應移動設備的低資源特點。參考文獻[4]的方法依據的是RESTful架構，也因SOAP協議的傳輸中立性而帶來一系列的問題。通過為每類交互活動明確地分配另一個截然不同的URL，現有的SOAP接口甚至優化在RESTful架構中。對同步和異步RESTful實現都進行了性能測試，結果很樂觀，隨著HTTP負載的減輕，從同步調用高達96%負載，減至異步調用的75%。
3.2 使用移動Web服務代理

　另一解決辦法是在移動網絡中引入Web服務代理，它像移動設備和Web服務之間的網關一樣[5]。代理從移動設備接收輸入參數，調用請求的服務，并向移動設備返回結果。結果令人滿意，因為消除了移動設備端的XML處理，獲得了改進性能。性能測試顯示，響應時間很少且數據負荷低。
　目前，研究領域存在以上兩種辦法的主要原因是有個通用理念，即移動設備上任何可行的通信架構必須包括中間件，它存在于設備之外，負責與Web服務通信且必須處理XML的重擔。那些中間件像網關服務器一樣工作，與移動設備輕量級通信，并承擔檢索來自Web服務的響應。這種類型架構對確保與Web服務更可靠的通信會有更大的機會。無線通信是移動設備上易于波動的行為，會造成無線訪問出錯。網關將最大可能地運行在專用硬件上，將證明確保去查找一些與Web服務的通信狀態。連接錯誤時，會啟用重試機制。
4 基于中間件的Web服務應用構架
　在提出的通信架構中引入中間件，它像SOAP和瘦客戶之間的網關，而瘦客戶剝離了處理XML的重擔。網關是移動客戶的服務器，承擔著移動客戶請求響應的任務。通用的通信系統架構如圖1所示，移動客戶將必須使用二進制協議維持與網關的輕量級C/S通信。當然，任何比SOAP協議更輕量級的協議都可以使用（如REST），但眾所周知二進制協議大致與SOAP協議功能相當。二進制協議簡單，不如XML或SOAP標準，但它們能提供同樣層次的擴展性和低通信腳本上的安全性。而且，從開發者支持的角度，成功的協議會為所有重要的編程語言和開發平臺提供客戶端口。

　該架構的優點如下：
　（1）移動客戶必須維持輕量級通信，即較小帶寬和較低處理能力要求。
　（2）可以開發出高級的安全措施，因為網關中間件將代表移動客戶工作。
　（3）為防止任何通信錯誤（移動設備到網關或網關到Web服務），存儲一些狀態用于保證透明地與移動客戶通信，網關保持全部的通信狀態，當斷線后的所有方重回線上時，繼續重試通信連接。
　（4）從實現架構的角度看，容易設計出軟件工具，幾乎自動地從WSDL文檔開始，創建完全網關和移動客戶部件；系統架構容易生成和測試，優于任何的現有實現。
唯一不足的是這種構架可能增加總的請求應答時間。系統或許贏得些時間，如果網關上執行的XML處理量巨大，但是這并不準確，因為兩通信線路必須建立并維護，因此這早于任何實際實現的測量，該方向上沒有明確的結論。
　使用大量Web服務的Web應用實現是接下來應用領域里的工作。移動應用市場正尋找解決授權移動設備與Web服務集成的辦法，并盡可能降低當前的性能問題。Web服務的研究者[5]證明并不存在實際的工作區，將嘗試通過更快的XML解析器、全面協議優化和數據壓縮等來消費Web服務，提高移動客戶的性能。參考文獻[3]、[5]的研究者證實了設計通信架構的努力，包括存在于外部設備的中間件部件，負責與Web服務通信時的XML處理。
　下一步工作包括創建一個更加詳細的原型，支持在主流移動平臺上的Web應用現存的開發，主要是為實現新的Windows Phone 8平臺而提出的架構。該平臺確定容易創建Web服務的客戶應用，相比之下，基于網關的體系架構的性能試驗還不如它重要。在基于網關的構架實現中，主要將對Windows Phone客戶程序的封裝帶寬進行測量，并與容易創建的.NET Framework下的SOAP Web服務客戶程序的數據結果進行比較，兩個方案的系統性能和可靠性也將進行測試和對比。
參考文獻
[1] JSR 172： J2METM Web services specification[EB/OL].http：//jcp.org/en/jsr/detail?id=172， 2012-01-20.
[2] wsdl2objc library homepage[EB/OL]. http：//code.google.com/p/wsdl2objc/，2012-01-20.
[3] AIJAZ F， ZAHID S A， CHAUDHARY M， et al. Enabling high performance mobile Web services provisioning[C].Vehicular Technology Conference Fall（VTC 2009-Fall），2009：1-6.
[4] 劉振海，姜利群，殷兆麟，等.移動Web服務的研究與應用[J].計算機工程與設計，2009，30（11）：2711-2713.
[5] ADA?觭AL M， BENER A B. Mobile Web services： a new agent-based framework[J]. Internet Computing， 2006，10（3）：58-65.