雲端計算實驗系統

U-Cloud Computing Training System

主要特色：

U-Cloud Client 是一項多功能的精簡 Client 框架，安裝於 U-Cloud Linux 上，提供雲端服務整合核心元件，其主要角色是本地作業系統與 U-Cloud Server(或其他雲端服務 Server)之間聯絡及資訊整合。

雲端設備 U-Cloud 是以自由軟體、Linux 及各類開發語言、資料庫所開發的快速商務整合平台，同時具備 Server 及 Client，提供多種程式語後的整合框架，架構精簡、效率高、建置快速、硬體需求低，容易整合開發專案。提供用戶安全、

溝通、節能、整合的多種應用 turn-key，方便上課實驗所需。

產品硬體規格描述：

1．U-Cloud Server ARK-6620 Intel core duo T7200 @ 2.20GHz Memory module 1GHz 2 COM ports, 4 USB 2.0 ports, 2 SATA interfaces Supports Giga Lan 10/100/1000 Mbps Hard Disk ADATA SSD 32G

2．U-Cloud Client a．Mainboard, IPC PCM-9361FG-S6A1E * 1

Intel Atom Processor N270+945GSE+ICH7M Processor max speed 1.6GHz Memory moduel, 1GB DDR2 533 Expansion supports 1 * PCI-104 I/O supports up to 2 COM ports, 4 USB 2.0 ports, 2 SATA interfaces Supports Giga Lan 10/100/1000 Mbps Supports HD Audio Supports QXGA up to 2048 * 1536

b．Monitor, FPM-3121G (Touchscreen) Size (diagonal)： 12.1" SVGA Colors：262 k Viewing Angle (H/V°)：140, 120 Luminance (cd/m2)：350 Backlight Life (hrs)：50,000 Contrast Ratio：200:1

Touchscreen 8-wire Resistive interface RS-232

Direct VGA Input c．Power

AC100 - 240 V 180 W

d．Hard Disk： Transcend CompactFlash UDMA 300X 8GB 3．O.S：Ubuntu

產品軟體規格描述：

1、U-CLOUD Computing Training System 提供 U-CLOUD Server 和 U-CLOUD Client 兩種服務。。

2、採 SOA、JAVA、XML 等國際標準規範設計，能與各類系統相互整合。 3、遵循 SOA 精神，所有服務均集中於 Server 管理、監督及更新。 4、分散執行：Client 端至 Server 端註冊後，即可獲取所需的應用服務，且應用

服務於 Client 端分散運算，不佔用 Server 運算資源，Server 運算負擔輕、成本低。

5、Server、Client 與 Windows、Linux、MAC 等作業系統均相容。U-CLOUD Computing Training System 主要以 Ubuntu 系統為建構平台。

6、Server 與 Client 採 XML 傳輸，雙向即時溝通，可交換多媒體、表單、訊息等。 7、軟體自動更新：Server 接收到版本更新任務後，會主動發送訊息至 Client，自

動進行更新作業。 8、採 MVC 架構，後台中心主機的各類服務模組，可依需要組合到終端讓用戶

使用。 9、Client 端具備本地資料庫，不怕斷線，系統可離線操作。 10、Client 可控制各類週邊設備。

雲端計算實驗系統教科書章節內容

‧第ㄧ章 虛擬機器 實驗目的：學習虛擬機器的應用方式 本章主要介紹免費的虛擬機器一VirtualBox 的應用方式。拿虛擬機器來做實務

應用很廣，得視實際需求而定，可以用它來架站，或是拿來當做一個測試、實驗

的環境。

‧第二章 Linux 作業系統

實驗目的：學習 Linux 作業系統基本使用方式及基本管理及指令

‧第三章 雲端服務系統 Client 端平台 實驗目的：U-CLOUD Client 的安裝方式及使用。

XDNA Client 是建構在 Linux 的基礎上，Linux Kernel 具偵測與控制硬體

驅動功能。開機系統執行 BIOS，MBR 載入 Loader，藉由 Loader 的輔助，載入

核心檔案到主記憶體核心檔案解壓縮後，偵測硬體的各項配備，並載入適當的

驅動模組來讓硬體生效。載入第一支程式 init，並藉由/etc/inittab 的設定

來確認預設 run level，由/etc/inittab 及 run level 來決定執行各項啟動的

scripts。開始執行 login 或 X Window 等待登入。

XDNA Client 可透過 D-Bus 做系統整合，可整合不同的程式語言(c/c++、

perl、java、python)所開發出來的的桌面程式。採用 Gnome 做為 U-CLOUD

Client 桌面環境。更改 Gnome 的 Display Manager，使得桌面環境與 Windows

系統桌面環境非常相似。U-CLOUD Client 桌面介面如下圖：

U-CLOUD Client 桌面介面

‧第四章 DBus 桌面環境通訊技術 實驗目的：學習 D-Bus 技術原理、測試工具及基本應用方式。

應用程式１（Application Process 1）連接 D-bus 的物件代理者（Proxy

Object instance）。以進行外部呼叫（Outgoing Call）為例，物件代理將欲

進行的外部呼叫方法、參數等資訊，編寫成 D-Bus 的資訊。此資訊透過 D-Bus

的網路連線物件發送至 D-Bus 匯流排處理行程。當其他行程，來調用應用程式

１的服務方法時，D-Bus 資訊先由 D-Bus 網路連線物件接收。解析資訊以找出

方法所屬的服務物件路經，將資訊中的方法及參數轉換為物伯的方法調用並執

行之。

D-Bus 匯流排處理行程的角色，則是進行資訊的繞送。資訊分成方法調用、

方法回應以及信號三種類型。若是信號資訊，則採用廣播的方式，發送給所有

連接在匯流排上的行程。若是方法調用以及方法回應，則根據路由表，來找到

資訊的目的行程，並透過網路連線物件將資訊送給該行程。

D-bus 運作圖

‧第五章 雲端服務系統 Server 端平台 實驗目的：U-CLOUD Server 的安裝方式及使用。

Server 其主要功能包含：

通訊協定整合層:整合了 Client 端 與 Server

應用模組層:基本模組、U-CLOUD 管理中心

資料存取層

基本模組服務：

整合認證服務(LDAP、ADS 及其他)

即時訊息交換服務

一般訊息

統計回報訊息。收集使用者是否有點選訊息內容，管理

者監看發佈到 Client 端的訊息狀態

使用者登入，與 Server 連線並監聽 Server；當管理者

發佈訊息 Server 會 Push，Client 端做出相對應的動

作：即跳出一個 Pop Menu 告知有訊息傳來

XDNA SERVER 架構

報表服務

U-CLOUD 管理中心功能：

許可權管理

升級佈署管理

系統日誌管理

終端使用者狀態監控及管理

‧第六章 Bayeux Server Push 通訊技術 實驗目的：學習 Bayeux Sever Push 原理、JSON 資料結構表示語言及 Bayeux

Server Push 基本應用方式。

Bayeux 協定是基於 HTTP 非同步式即時訊息傳遞協定，頻道(Channel)作

為訊息繞送的依據。可實現 Server 至 Client、Client 至 Server 以及 Client

至 Client 通信。Client 及 Server 端可訂閱(Subscribe)及發佈(Publish)資

訊。

Bayeux 協定的三種資訊傳輸模式：

輪詢式傳送 Polling transports

串流傳送 Streaming transports

雙連線式傳送 Two connection operation

透過學習此章節，可降低發展 comet 應用程式的困難度，使開發人員更容易

溝通協調，解決常見的訊息分配及繞送問題，提供持續改善及擴充的機制

Bayeux Server Push 運作示意圖

‧第七章 XMPP 即時訊息技術 實驗目的：XMPP 簡介、學習 XMPP 原理及基本應用方式。

XMPP 伺服器利用 XML 串流和其他授權的用戶端、伺服器相互溝通不同設備

及網路位元址的客戶均可同時連接到伺服器並授權成為用戶端用戶端利用

XMPP 協定連接到許多不同的伺服器，充分利用所提供的相關服務。

XMPP 可以與不同的協議通信，用

戶端直接針對單一伺服器的結構通

信，也可以利用 XMPP 協定和不同的伺

服器通過 TCP 協定連結。伺服器之間

也可以互相溝通。

XMPP 與伺務器之間連接：

來原始伺服器送出 XML 標頭格式

訊息之連線請求接收伺服器連立連線

接收伺服器回應一標頭訊息，裡面包

括一個獨特 ID 授權伺服器產生一個

key 值並送出建立連線後再作驗證動

作之請求接收伺服器傳送請求查核來

原始伺服器的 ID 及 key 值的訊息授權

伺服器驗證此訊息，並回傳有效或無

效接收伺服器回傳一訊息通知來原始伺服器授權成功與否驗證動作只要有

項不符合程式，接收伺服器便回傳一個串流錯誤條件

並終止兩個伺服器間 XML 串流及底層 TCP 協定的連接。

XMPP 與不同協定動作圖

異質即時資訊系統整合：

同時支援 XMPP協定和 OSCAR協定之伺服器(gateways)，能將傳來的 XMPP

訊息轉換成 OSCAR 訊息。

Alice 發送給 Bob 即時訊息傳送過程

‧第八章 HTTP 檔案傳輸技術 實驗目的：學習 HTTP Client 元件應用方式及習 U-CLOUD 檔案傳輸服務

（uuidres）的應用方式。

超檔案傳輸協定(HTTP，HyperText Transfer Protocol)是 W3C 所定義

提供網際網路網頁傳輸時用的網路協定。設計 HTTP 的目的，提供一種可發佈

和可接收 HTML 頁面的方法。用戶端(終端使用者)和伺服器端(www 網站)請求

和應答的標準用戶端使用 Web 流覽器工具發起 HTTP 的請求伺服器上儲存 HTML

檔和圖像資源開啟網頁必須傳送很多資料，TCP 可提供可靠傳送統一資源定位

器（Uniform Resource Locator，URLs）。

U-CLOUD 採用 UUID (Universally Unique IDentifier)做為識別標準。

一組 UUID，由一串 16 位元組的 16 進位元數位所構成。U-CLOUD Server 內建

資源管理服務。先為資源檔案註冊一個邏輯的存放路徑，生成一個資源索引代

碼，透過索引代碼即可進行實體檔案的上傳、資源 metadata 編輯及相關的資

源管理操作。

HTTP 請求與回應

‧第九章 基於雲端服務之感測網路 實驗目的：學習 ZigBee 無線網路運作、利用 ZigBee 建置無線感測網路及將

環境感知資料傳入雲端伺服器提供資料探勘利用。

基於雲端服務之感測網路可通過 JAVA 語言編寫的程式實現感測器資料的

採集及處理。其中感測器包含有光照度感測器與加速度感測器。可在 U-CLOUD

Client 端監測 Sensor 回傳的資料。

光照度感測器可測量環境的光照強度。

加速度感測器可偵測 X、Y 及 Z 軸方向的加速度，以輸出的類比電壓來表

示加速度的大小。在 IC 內部主要由雙晶片組所構成，重力感測單元負責加速

度的偵測，控制單元負責信號處理。將偵測到的加速度信號先做積分運算經

過取樣、放大信號過濾高頻雜訊，經溫度補償後輸出輸出的類比電壓與偵測

之加速度值會維持線性比例特性，不受溫度影響。

‧第十章 嵌入式瀏覽器 實驗目的：學習透過 Javascript 觸發嵌入式瀏覽器以執行本地端程式和播放

Client 端音效。

U-CLOUD 嵌入式流覽器基於 Eclipse SWT 流覽器封裝而成,採用

Mozilla/Firefox 核心，支援 HTML、XML、XHTML、 CSS、Javascript 等。配

合 Plugin，支援 Flash、SilverLight、MPlayer 等。獨特的 Web App Native

Interface(網頁應用程式原生介面)機制:可播放本地端多媒體檔案，控制本地

端的印表機，接收週邊設備的硬體信號以改變網頁程式的操作流程。

U-CLOUD 嵌入式流覽器介面

‧第十一章 嵌入式多媒體播放器 實驗目的：學習透過 D-Bus 操控嵌入式多媒體播放器。

使用者的操作，會觸發 Kiosk GUI 事件。這些 GUI 事件，會經由 D-Bus 讓 Kiosk

控制行程所接收。系統開發人員根據專案的需求，開發專屬的影片播放流程控

制、跑馬燈資訊控制及互動按鈕之設定等控制邏輯，並透過 D-Bus 對 Kiosk 播放

機進行控制。

U-CLOUD 嵌入式多媒體播放機運作圖

‧第十二章 遠端應用程式選單發佈 實驗目的：學習 "遠端應用程式"基本概念、U-CLOUD 遠端應用程式類型以

及 launcher 原理、XML 資料結構表示語言及 XML 資料處理工具。

讓伺服端主動發佈與推送軟體元件至使用者端接收 Server 來的訊息，更新

使用者個人的程式選單、解析訊息，啟動 Client Launcher 或啟動 Client RDP。

透過 Bayeux Server Push，即

時更新桌面環境的應用程式選

單，根據遠端應用程式類型，啟動

對應的遠端應用程式 Client 端程

式。啟動嵌入式流覽器連結網頁應

用伺服器或啟動 RDP Client 端，

連結 RDP 伺服器

雲端服務之特色管理：

整合

桌面應用程式選單控管

Server Push 即時通知

RDP(Remote Desktop Protoco)啟動程式

嵌入式流覽器

針對 U-CLOUD Client 桌面的遠端應用程式選單進行管控

RDP (multi-channel 的協定) 讓 Linux 連上終端機服務是

微軟 Windows 平臺的電腦

遠端應用程式選單發佈整體運作

‧第十三章 個人即時訊息發佈 實驗目的：學習透過 Bayeux Server Push 傳輸即時訊息。

要解釋Server Push 即時訊息傳輸原理，我們先來了解Json 與 Bayeux。Json 相對於XML 是一個輕量級的資料表示語法，比XML 更輕小好用沒有像XML 那樣複雜，因此常常應用在網頁AJAX 的接 收與回傳物件上。若client、server 彼此要交換的資料不是那麼的複 雜，且又考量到執行效率的問題的話，使用Json 是一種很不錯的解決 方案。本章將針對個人即時訊息發佈會技術做重點的描述。

1. JSON： JSON (Javascript Object Notation)相信很多人有聽過, 但也有

很多人不知道這個東西，他是附屬在 javascript 下的一組物件描述 方法，我們可以把他視為跟XML 一樣都是用來表述資料的一種語 法，只不過他比XML 更輕小。 JSON 利用特定的符號來標示訊息，例如利用成對的{}來包住 各物件(object)，用成對的[]來包住各陣列(array)，用成對的""來包 住各字串，用逗號來區隔各變數。常用資料型態有string、number、 array、object，另外有三個常數true、false、null 分別代表真、偽、 空。本章的即時訊息發佈 U-CLOUD Server 利用Server Push 機 制來發佈訊息給Client；而接收與傳送的訊息則是以json 這種輕 量級的格式來表示。

2. Bayeux 的概念： Bayeux 是一種用來在使用者與伺服器間傳輸低延遲的訊息的

協定，主要目的是讓使用ajax 的使用者與伺服器之間能靈敏，快 速的交換訊息。透過Bayeux 定義的訊\息通過命名通道(Channel) 進入路由並且能夠在server -> client, client -> server 甚至 client -> client（當然還是需要通過server 中繼）間進行交互傳送。假設此 通道(Channel)已經引用發布的路由語義，但同時也支援其它路由 模組。伺服器向使用者推播訊息通常稱做 “server-push"。使用ajax 的網路應用和Server Push 的技術相結合稱作“Cometd”。Cometd 是由Dojo 基金會支援的一個提供多種開發語言的Bayeux 元件。 Bayeux 可讓機器通過更加簡單的分工方式，解決一般的消息發佈 和路由的問題，同時針對日後的改進及擴展需求提供相應機制。

3. Bayeux 訊息(Message)： a. 用 JSON 進行表示 b. 可實例化成實際在server/client 端使用的語言中的Object c. 可以通過指定的傳輸格式進行序列化後傳輸，如可能是一個

JSON 字符串，XML 文件或者其它格式一個簡單的 Bayeux 訊息

4. Bayeux 頻道(channel)： 所有的訊息(Message)都必須擁有一個字串值，它指定處理該

消息的路徑或者處理機制。頻道由絕對路徑名來指定，且沒有參

數

5. 用戶 id (clientId): 一條訊息可能有一個id 字串值，作為用戶的唯一標識。用戶

id 在一個服務器上是唯一的，且只在 Bayeux 連接的過程中合法。

Bayeux Server Push 即時訊息時序圖：

‧第十四章 電腦教室自學管理系統

實驗目的：應用 U-CLOUD 系統建置電腦教室自學管理示範系統 此章節為示範章節。

‧第十五章 互動式導覽終端(Kiosk) 實驗目的：建置互動式導覽終端（Kiosk）示範系統。

U-CLOUD Kiosk 結合 RFID、CCD、熱感印表機與雲端技術，透過 D-Bus 做

系統整合

U-CLOUD Kiosk Player。GUI 事件發生(如使用者按 Button) D-Bus 傳遞訊息

經 Perl Controller 解析回傳給 Kiosk Player。

U-CLOUD 互動式導覽終端運作