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

0 引言
    軟件無線電技術的成熟為認知無線電的實現(xiàn)提供了基礎，把面向服務(Service-Oriented)的系統(tǒng)設計和集成思想應用到認知無線電系統(tǒng)(Cognitive Radio System，CRS)的設計和構建上，稱之為面向服務的無線電(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，調制／解調等進行封裝，將其封裝為可在局域網(wǎng)或因特網(wǎng)上發(fā)布，調用的各種服務。然后用戶可通過對各種服務的調用和編排實現(xiàn)CRS的各種應用。因為被封裝的服務是可以根據(jù)用戶需求進行調整的，所以SOR可以靈活地實現(xiàn)CRS的重配置。用SOR設計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，并且通過各種服務的調整和編排，提高系統(tǒng)的靈活性和可重用性。

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

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

2 基于SOR體系架構的重配置調整方案
    SOR體系架構是一種將面向服務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，通過對服務的編排和調用，實現(xiàn)系統(tǒng)各種應用?；赟OR的CRS具有如下優(yōu)點：松耦合架構能增強系統(tǒng)靈活性和業(yè)務敏捷性；可重用的服務能有效節(jié)省基礎設施的部署規(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或改變服務的參數(shù)可以靈活地實現(xiàn)系統(tǒng)的重配置。
2．1 服務的注冊發(fā)布與調用
    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(調制解調服務，前端信號處理服務，網(wǎng)絡協(xié)議服務等)和認知引擎的功能單元(感知服務，判斷服務，決策服務，學習服務等)以服務的方式提供并且在服務總線上注冊發(fā)布。例如，根據(jù)環(huán)境和用戶需求，有一些服務(感知服務E，判斷服務B，決策服務B，網(wǎng)絡協(xié)議服務C，鏈路服務B，調制解調服務D，前端信號處理服務A，學習服務A)被選中并連接，這些服務的參數(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與服務提供商組成。運營商和服務提供商以服務方式提供各種功能模塊，例如調制解調服務、語音編譯碼服務、推理服務等，并且將這些服務分布式地部署在網(wǎng)絡上。

    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，服務提供商的頻譜分析服務和推理服務，完成頻譜感知與分析，以及通信決策功能。并根據(jù)決策結果編排調制／解調服務、語音編／解碼服務、視頻編／解碼服務，形成滿足用戶需求適應無線環(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所有功能，部分功能可通過定制服務的方式交由第三方處理，從而節(jié)約建設成本、提高效率，改善可擴展性，并使新業(yè)務的開發(fā)更加便捷。

3 原型系統(tǒng)的實現(xiàn)
    為了驗證SOR應用的可行性，設計了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(調制解調服務，前端信號處理服務，網(wǎng)絡協(xié)議服務等)和認知引擎的功能單元(感知服務，判斷服務，決策服務，學習服務等)以服務的方式提供，需要的功能模塊以服務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后，用tomcat(服務器)+eclipse+axis2(發(fā)布Web服務的插件)搭建服務發(fā)布平臺，把封裝好的服務發(fā)布在局域網(wǎng)上，并自動生成該服務的WSDL服務描述文檔。供通信終端查找調用。
    (3)建立自己局域網(wǎng)中的服務注冊中心，注冊、查找需要的服務。用tomcat(服務器)+juddi(開源的服務注冊軟件)+MySQL(開源數(shù)據(jù)庫)建立局域網(wǎng)中的服務注冊中心，服務可在注冊中心注冊和查找，查找到需要的服務后根據(jù)其wsdl服務描述文檔編寫調用程序，調用該服務。
    (4)通信終端在通信的過程中，在服務注冊中心查找自己需要的服務完成調用，需要調用多個服務來完成某個操作時，用BPEL(Business Process Exceution Language，業(yè)務流程執(zhí)行語言)對查找到的服務進行編排組合，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(感知服務，判斷服務，決策服務，網(wǎng)絡協(xié)議服務，鏈路服務，調制解調服務，前端信號處理服務，學習服務)被選中并連接，再確定這些服務的參數(shù)，以完成該認知無線電系統(tǒng)所需要的功能。用開源的Activebpel對流程服務進行管理，配合Active-VOS(圖形可視化的服務組合工具)來設計安排服務流程，把幾個服務組合編排為一個流程服務，供通信終端調用。

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

    接收端可配置參數(shù)：
    信道譯碼：無、1／2CC、2／3CC；
    解調：GMSK，QPSK，BPSK；
    視頻碼流速率：200 Kb／s～1 Mb／s；
    可調工作頻率：2 450～2 460 MHz可調；
    信號帶寬：200 Kb／s～1 Mb／s可調。
    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架構，其服務之間通過簡單的、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。這種體系結構模型的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾點：
    (1)將服務封裝成可重用的應用程序，同時又由于服務的API保持不變，所以使得通信終端無需考慮所調用服務在具體實施上的改變。
    (2)服務的可重用性設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提供服務的互操作特性更利于其在多個場合被重用。
    (4)服務消費者到服務提供者的綁定與服務之間是松耦合的。這就意味著，服務消費者不知道服務提供者實現(xiàn)的具體技術細節(jié)。這種服務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，同時又不對服務消費者造成任何的影響。
    (5)服務是針對業(yè)務的具體需求而設計的濡要反映需求的不斷變化。服務的設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自己需求的服務的具體位置，也不必知道服務的具體細節(jié)，實現(xiàn)了SOA松耦合、開放性的特點。

4 結語
    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體系結構特點的基礎上，把面向服務的系統(tǒng)設計和集成思想應用到CRS的設計和構建上，構建面向服務的無線電。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，調制／解調等進行封裝，將其封裝為可在局域網(wǎng)或因特網(wǎng)上發(fā)布并調用的各種服務。然后用戶可通過對各種服務的調用和編排實現(xiàn)CRS的各種應用。因為被封裝的服務是可以根據(jù)用戶需求進行調整的，所以SOR可以靈活的實現(xiàn)CRS的重配置?；谶@一概念設計了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發(fā)布在局域網(wǎng)上，通信終端在通信的過程中在服務注冊中心選擇需要的服務
進行調用，實現(xiàn)了通信終端與服務之間松耦合的綁定，極大地提高了服務軟件的共享與重用。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)與實際的應用還有一定的距離，在此基礎上將進一步的總結和完善。