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u p n p 协议的研究与av 框架的实现 摘要 家庭网络信息化是信息技术的重要发展方向，信息化家庭是信息社会的基本 单位。数字化技术的发展加速了各种信息家电的出现，进而提出了互联、互通的 要求。因特网技术向社会各个方面的渗透也促使家庭从网络的端点扩展为一个网 络，连接各种信息家电，形成家庭网络。家庭网络与人们生活息息相关，实现家 庭网络的关键是家庭网络中间件技术。世界各著名设备厂商纷纷提出了各自的新 技术和解决方案，如微软提出的u p n p 、s u n 公司提出的j i n i 、s o n y 公司提出的 h a v i 。研究这些新技术，解决设备间互联、互通、互操作性问题，实现设备连接 控制操作简单化、人性化，对加速信息家电的普及，促进家庭网络的发展，提高 家庭信息化水平有着重要的现实意义。 家庭网络中间件主要用于屏蔽信息家电下层的各种硬件设备和连接技术，为 上层应用开发提供统一的接口，并实现信息设备的简单组网、智能控制。u p n p 技术是非常具有代表性的家庭网络中间件技术，它建立在t c p i p 协议和w e b 技 术之上，利用了现有的一些网络技术和规范，如x m l 、s o a p 、g e n a 等，实现了联 网的信息设备间自动组网、自动发现、自动声明、简单信息交换等功能。本文重 点研究了u p n p 技术的基本原理和实现机制，并实现了u p n p 的通用设备模型，最 后研究了基于u p n p 协议的a v 框架实现机制和技术要点，并在此基础上提出了媒 体服务器中媒体内容的管理和存储以及检索的解决方案。并最后简单的实现了一 个a v 演示实例。 关键词：u p n p ：媒体播放器；媒体服务器：控制点 r e s e a r c ho fu p n pp r o t o c o la n di m p l e m e n to f a vf r a m e w o r k a b s t r a c t h o m ei n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yi st h ei m p o r t a n tf i e l dw h e r et h ei n f o r m a t i o n t e c h n o l o g yw i l la d v a n c e i n f o r m a t i o nh o m ei st h eb a s i cu n i to ft h ei n f o r m a t i o ns o c i e t y t h ed e v e l o p m e n to fd i g i tt e c h n o l o g ya c c e l e r a t e st h ea p p e a r a n c eo fi n f o r m a t i o n a p p l i a n c e s ，w h i c hd e m a n dc o n n e c t i o n ，c o m m u n i c a t i o na n dc o o p e r a t i o na m o n g t h e m i n t e m e tt e c h n o l o g ya d v a n c e m e n tm a k e sh o m ean e t w o r kf r o man e t w o r kj o i n t ，w h i c h i sn a m e dh o m en e t w o r ka n dc o n n e c t sa l ls o r t so fi n f o r m a t i o na p p l i a n c e s h o m e n e t w o r ki sc l o s et op e o p l el i f e ，a n di ti sat y p i c a le d g en e t w o r k a l t h o u g ht h es c a l eo f s i n g l eh o m en e t w o r ki ss m a l l ，t h et o t a lh o m en e t w o r kh a sal a r g ep e r c e n t a g ei ng l o b a l h o m en e t w o r kh a sm a d em u c hp r o g r e s sn o w t h ek e yo fh o m en e t w o r kr e a l i z a t i o ni s t h eh o m en e t w o r km i d d l e w a r et e c h n o l o g y m a n yf a m o u s i n f o r m a t i o nd e v i c e c o r p o r a t i o n sh a v ep r o v i d e dt h e i ro w n n e wt e c h n o l o g ya n dn e wm e a n st or e s o l v ei t ， f o re x a m p l e ，m i c r o s o f tc o r p h a sp r o v i d e du p n p s u nc o r ph a sp r o v i d e dj i n i ，s o n y c o r p h a sp r o v i d e dh a v i ，a l c a t e lc o r p h a sp r o v i d e do s g i i tw i l lp l a yag r e a t r e a l i s t i cr o l ei ni m p r o v i n gh o m ei n f o r m a t i o nl e v e lt or e s e a r c ht h e s en e wt e c h n o l o g i e s ， t or e s o l v et h ep r o b l e mo fc o n n e c t i o n ，c o m m u n i c a t i o na n dc o o p e r a t i o na m o n g i n f o r m a t i o na p p l i a n c e s ，a n dt or e a l i z es i m p l ec o n n e c t i o na n ds i m p l ec o n t r 0 1 t h e y w i l la c c e l e r a t et h ep o p u l a r i t yo fi n f o r m a t i o na p p l i a n c e sa n dt h ea d v a n c e m e n to fh o m e n e t w o r k h o m en e t w o r km i d d l e w a r ei sd e s i g n e dt om a k et h ea p p l i c a t i o no nh i g h e rl a y e r i n d e p e n d e n to fa n yh a r d w a r e a n dn e t w o r kt e c h n o l o g yo nt h el o w e rl a y e ro f i n f o r m a t i o na p p l i a n c e s ，a n dt op r o v i d eau n i v e r s a la p p l i c a t i o np r o g r a mi n t e r f a c ef o r t h ea p p l i c a t i o no nt h eh i g b e rl a y e r , a n dt or e a l i z es i m p l ec o n n e c t i o na n di n t e l l i g e n t c o n t r o la m o n gi n f o r m a t i o nd e v i c e s t h eu p l l pt e c h n o l o g yi st y p i c a li na l lh o m e n e t w o r km i d d l e w a r et e c h n o l o g i e s i tb a s e so nt c p i i pp r o t o c o l sa n dw e bt e c h n o l o g y , m a k e su s eo fs o m e e x i s t i n gn e t w o r kt e c h n o l o g i e sa n dp r o t o c o l s ，s u c ha sx m l ，s o a p , g e n aa n ds oo n w i t hu i n rad e v i c ec a nd y n a m i c a l l yj o i nan e t w o r k ，o b t a i na l li p a d d r e s s ，c o n v e yi t sc a p a b i l i t i e sa n dl e a r na b o u tt h ep r e s e n c ea n dc a p a b i l i t i e so fo t h e r d e v i c e s a l la u t o m a t i c a l l y a n dad e v i c ew i t hu p r 巾c a nc o m m u n i c a t ew i t ho t h e r d e v i c e sa n dc o n t r o lo t h e rd e v i c e ss i m p l y t h i sp a p e re m p h a s i z e so nt h eb a s i c p r i n c i p l ea n dr e a l i z a t i o np r i n c i p l eo fu p n p , a n dp r o v i d e san e wd e v i c ed i s c o v e r y p r i n c i p l ew i t hr e g i s t r a t i o nc e n t e r , a n dr e a l i z e sag e n e r i cd e v i c em o d e lo fu p n pb y p r o g r a m m i n g a na vs y s t e mb a s eu p n pi sd e s i g n e db a s e do nt h eg e n e r i ca v f r a m e w o r km o d e l ，a n da ne x p e r i m e n t a lc o n t r o ls y s t e mo fi n t e l l i g e n ta p p l i a n c ei s e s t a b l j s h e di nt h ee n d k e yw o r d s ：u p n p ；m e d i a s e r v e r ；m e d i a p l a y e r ；c o n t r o l p o i n t 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含未获得( 洼! 翅遗直基丝噩噩挂别主盟 的! 奎拦卫窒2 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：乡糟沼 签字日期椰年岁月z y 目 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名 导师签字：凛 签字日期：0 以年夕月勰b签字日期莎彩年岁月曰b 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 电话 邮编 u p n p 坍议的研究及a v 框架的实现 0 引言 家庭网络与人们生活息息相关，是网络典型的边缘网，单个网络的规模虽小， 但在全球网络中所占的比重很大，到现在已有很大发展。据最近报道，美国家庭联 网市场火爆，一个简单的家庭网络通过现有的电话线就可实现，近几年，这类以电 话线为基础的产品己大量上市，传输速率最低的是l 兆，如h a t e l 公司的a n y p o i n t ， 帝盟的“h o m e f r e e ”，n e t g e a r 的家庭联网套装设备，3 c o m 的h o m e c o r m e c t ，后三 种产品的连接速率是1 0 兆，但这些典型的家庭网络产品实际上都是小型局域网的变 种，目标是家庭多台p c 互联及共享i n t e m e t 出口。 家庭网络中间件【2 1 技术是国际上的一个研究热点，也是许多大型厂商关注的焦 点。世界各著名计算机厂商和通信设备厂商纷纷提出各自的新技术和解决方案。如 微软提出的u p n p ，用于信息家电之间进行方便的对等连接和资源共享，这一“简 单家庭网络”方案得到了i n t e l ，c o m p a q ，c i s c 。等大公司的支持；s u n 公司提出j i n i 技 术，提供了安全地利用j a v a 技术将一组设备集成在一个服务网络中，使设备之间在 任何时候、任何地点都能建立联系；s o n y 等公司提出的h a v i 3 1 ，提供一套完整的家 庭数字化产品互联互操作的方案。u p n p j i n i ，h a v i 这类技术致力于设备与设备之间 的自动识别与相互通信，设备间构成的是对等连接。另外还有一些机构提出了以住 宅网关为中心形成的集中式控制的家庭网络中间件，如o s g i ，d v b m h p , o p e n c a b l e 等。国内对家庭网络中间件技术的研究相对落后，到目前为止，还没有哪个机构有 能力做到定义自己的规范。国内的很多厂商或研究机构目前的进展是在国外的一些 标准、规范和协议之上，搭建自己的家庭网络，很少对这些技术、协议、规范本身 进行深刻的研究。甚至一些不遵循国外中间件标准的厂商和机构，很多是按照项目 的思路去开发设备的软件平台，并没有形成软件框架与规范的定义。在各种家庭网 络中间件技术当中，国内对j i n i 技术的研究相对较多，但对其他技术研究相对较少， 尤其是对在所有中间件技术中有希望取得成功的u p n p 技术研究很少。关于u p n p 技术的基本原理、实现机制、实现方法研究的文章比较少。 本课题主要针对国内在家庭网络中间件技术研究相对落后的现状，对具有代表 u p n p 协议的研究及a v 框架的实现 性、有希望取得成功的u p n p 技术从基本原理、实现机制、实现方法等方面进行了 深刻研究，并提出了一种基于u p n p 协议的a v 框架的实现机制。对a v 框架中媒体 服务器的媒体内容管理提出了一种解决方案】。 u p n p 协议的研究及a v 框架的实现 1 绪论 1 1 课题背景 家庭网络，是指在集成协同环境中把各种计算机、信息家电、度量表、照明能 源控制设各和安全报带控制设备等相连接，形成一个多层次统一的网络，实现家庭 资源的共享和管理，使生活变得更舒适、安全和有效。家庭网络一般存在异构网络， 其组网方式根据设计目的不同可以分为两部分：接入网和内部网络连接。接入网主要 解决家庭网络与外部网络的连接问题。目前将家庭网络接入外部网络的网络( 即最后 一公里接入) 解决方案有f t t h ，o r ，h f c 等方案。家庭网络内部联网方式具有多样性， 主要分两大类：一类是有线方式，一类是无线方式。 从产业发展的潮流看，通信、信息、娱乐等技术迅速成熟并开始融合，3 c 融合 的趋势已经显现，信息资源在个人终端上得以整合，个人用户可以直接面对一个虚 拟的信息平台进行操作，设备和信息之间实现无缝的链接，所有这些使得”数字家庭 网络”这个话题越来越热。 1 2 国内外研究现状 家庭网络中间件技术是国际上的一个研究热点，也是许多大型厂商关注的焦点。 目前世界上已出现多种中间件技术，如微软提出的u p n p ，可实现信息家电之间的对 等连接和资源共享，这一方案得到了i n t e l c o m p a q ，c i s c o 等大公司的支持，目 前有7 0 0 多家公司加入了u p n p 论坛：s u n 公司提出j i n i ”“1 技术，提供了安全地利用 j a v a 技术将一组设备集成在一个服务网络中，使设备之间在任何时候、任何地点都 能建立联系：s o n y 等公司提出的h a v i ，提供一套完整的家庭数字化a v 产品互联互操 作的方案。u p n p ，j i n i ，h a v i 这类技术致力于设备与设备之间的自动识别与相互 通信，设备间构成的是对等连接。另外还有一些机构提出了以住宅网关为中心形成 的集中式控制的家庭网络中间件，如o s g i ，d v b 一1 d h p ，e n c a b l e 等。 目前，国内也出现类似的标准：闪联组织。基于闪联标准的设备能够自动发现和 识别，并且在一定范围内组成网络，让连接更简单，操作更方便：而且联网的设各可 u p n p 协议的研究及a v 框架的实现 以共享各自拥有的信息资源和功能资源。 1 3 研究内容及章节安排 本文主要研究了u p n p 技术的基本概念、工作机制、a v 框架的实现机制，并在 u p n p 的基础上简单设计了一个a v 点播系统的实例。 本论文的章节安排如下： 第一章介绍本课题的研究背景、国内外研究的现状、本课题的研究内容以及本 论文的章节安排。 第二章介绍了u p n p 的基本原理。 第三章主要分析了u p n p 的实现机制。首先研究了u p n p 设备结构体系，它是一 个抽象的、公用的设备模型，包含六个方面的内容：寻址、发现、描述、控制、事 件触发、描述。然后对这六个方面的实现机制进行了深入的研究。 第四章在前几章介绍的基础上，具体的实现了u p n p 的通用模型，并分析了基于 u p n p 的a v 框架的实现机制和技术要点。 第五章在第四章的i j p n p 通用模型的基础上，具体的给出了实现一个a v 系统的 简单例子。 最后，总结与展望。总结了本论文的研究成果，对u p n p 的应用前景进行了预测， 并指出了以后的研究方向。 u p n p 协议的研究及a v 框架的实现 2 u p n p 基本原理 2 1u p n p 的概念 u p n p ( 1 2 1 是可将录像机、电视机、数码相机等家电产品以及电话机、个人电脑等 家电产品连接起来使用的标准。显著特色是：通用、即插即用，并能够让电脑侦测 到具有网络能力的家用电器，将复杂的网络设置变为自动设置。 目前，微软的w m d o w s x p 已经加入了“u p n p ”功能。此功能可以检测到新接入 网络的支持u p n p 的设备，并可以自动将其设置为可使用状态，使用户可利用电脑 控制冰箱、微波炉、洗衣机等家用电器，也可以使连接在小型网络上的多台个人电 脑与设备共享一个r p 地址。i n t e l 、a r e s c o m 、b u f f a l o t e c h n o l o g i e s 、d l i n ks y s t e m s 、l i n k s y sg r o u p 和n e t g e a r 等各大厂商，支持通用即插即用( u p n p ) 的路由器、网络摄像机、网络打印机等产品也相继问世。 实际上，u p n p 是因特网及l a n 中使用的以t c p i p 协议为基础的技术。在支 持u p n p 的设备接入l a n 时，它可以自动设置i p 地址等，在这方面，使用了d h c p ( d y n a m i ch o s tc o n f i g u r a t i o np r o t o c 0 1 ) 。通过d h c p 分配到i p 地址之后，下一步可 以通知l a n 上的其它设备其自身已经接入l a n 。这里使用的协议为u d p ( u s er d a t a g r a m p r o t o c 0 1 ) 。u d p 也是一种可以用于因特网的流式广播电视及v o i p ( v o i c eo v e ri p ) 等的协议。使用u d p ，可以通过多点传送( m u l t i c a s t ) 向l a n 上 所有支持u p n p 的设备发送新设备接入的通知。传输层的数据交换使用的协议是由 标准化团体u p n p f o r u m 制定的独自标准s s d p ( s i m p l es e r v i c e d i s c o v e r y p r o t o c 0 1 ) ， 也就是简单服务发现协议。 当新接入的设备和此前已经接入的设备之间交换详细信息的阶段，在w e b 服 务和浏览器之间的通信中使用的h t t p ( h y p e r t e x t t r a n s f e r p r o t o c 0 1 ) 照常使用。但 是，制造商名称、机型、功能、控制命令等使用h r r p 发送的数据模式不是使用h t m l ( h y p e r t e x tm a r k u pl a n g u a g e ) ，而使用x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 。x m l 是作为h t m l 的新一代版本而开始用于各种用途的表述语言。 u p n p 协议的研究及a v 框架的实现 2 2 u p n p 网络的组成及核心概念 一个u p n p 网络通常由设备( d e v i c e ) 、服务( s e r v i c e ) 、控制点( c o n t r o lp o i n t ) 这三个基础部分组成【1 3 】。 2 2 1 设备( d e v i c e ) 设备是u p n p 规范中最基本的功能单元，u p i l p 设备在逻辑上可以包含一个物理 设备或者多个物理设备。它是u p n p 服务的载体。它既可以充当服务器也可以充当 客户机。 一个设备所包含的服务信息和嵌入式设备信息是通过设备模型来描述的。一个 设备的扫描述主要分成两个逻辑部分：设备描述( 描述所包含的物理与逻辑设备) 以及一个或多个服务描述( 描述设备对外提供的能力) 。u p m p 设备 1 4 描述包括特定 厂商、制造商信息，例如模块名称和编号、序列号、制造商名称、特定厂商u r l 等。u p n p 服务描述包括一系列的命令，或动作，服务的相应与每种动作的参数或 变量。服务描述还包括一系列的状态变量。这些状态变量描述了服务运行市的状态， 其中包括数据类型、取值范围和事件特性的描述。在设备模型【15 】描述中，服务是最 重要的元素，它为设备提供了真正的功能，u p n p 网络中的其他设备可以激活和控 制服务。一个设备无论是设备描述还是服务描述都对外采用x m l 的形式。 2 2 2 服务( s e r v i c e s ) u p n p 基础结构规范将服务描述为设备所能对外提供的功能，它定义了设备的功 能调用接口及描述设备状态的变量。 服务是u p n p 网络的最小的控制单元。它通过状态变量列表来记录自己的状态， 并提供多种操作供控制者对其进行控制。服务包含控制服务器和事件服务器。控制 服务器用于接收和处理控制请求；事件服务器的作用是当状态变量改变时，通过事 件来通知事件的订阅者。一个服务包含的状态变量和操作等信息通过x m l 格式的 服务描述文件来描述。 u p n p 协议的研究及a v 框架的实现 2 2 3 控制点( c o n t r o lp o i n t ) 在u p n p 网络中，用户请求设备执行的控制是通过控制点来实现的，控制点首 先是一个有能力控制别的设备的控制者，还要具有在网络中发现控制目标的能力。 在发现( 控制目标) 之后，控制点应当： ( 1 ) 取得设备的描述信息并取得所关联的服务列表。 ( 2 ) 取得相关服务的描述。 ( 3 ) 调用控制服务行为。 ( 4 ) 确定服务的事件源，无论何时，只要服务状态发生变化，事件服务器会立即 向控制点发送一个事件信息。 控制点软件通常运行在具备用户界面的设备上，比如p c 机、手机、p d a 等， 通常至少包括发现客户程序( d i s c o v e r yc l i e n t ) 、描述客户程序和命令转换器，还可 以包含可视化导航程序、事件订阅客户程序、浏览器以及应用程序执行环境等。一 个控制点可以同时控制多个受控设备，控制点1 6 1 所在的设备也可以同时是受控设 备。受控设备至少包含发现服务器、描述服务器、控制服务器以及表征服务器、事 件订阅服务器、事件源等。非u p n p 兼容的设备也可通过专用的u p n p 桥设备表现 为u p n p 兼容设备，因此也成为桥设备。几种设备的关系如图2 - 1 所示： 2 3u p n p 关键术语 u p n p 协议的研究及a v 框架的实现 根设备 1 9 ：设备可以嵌套，一个设备可以包含几个嵌入设备，处于设备树最顶 层的设备就是根设备。 设备描述：设备描述包含一个物理设备上所有设备的通用属性，包括服务，设 备结构和设备属性。 设备类型：设备类型的一般格式为u r n ：s c h e m a s u p n p o r g ：d e v i c e ：u u i d d e v i c e 。在 u p n p 设备模板和设备类型之间是一一对应的，设备制造商也可以指定其他的名字， 一般格式为u r l l ：d o m a i n n a m e ：d e v i c e ：u u i d - d e v i e e ，u u i d d e v i c e 为制造商定义的标准 设备类型，d o m a i n - n a m e 字段为设备制造商注册的域名。 u p c ：通用产品编码的缩写，它有1 2 个数字构成，由统一编码委员会管理。 这个值可由u p n p 制造商指定。 单一设备名：单设备名基于u u i d ，每个u d n 表示一个设备。在任何时间， 对于同一个设备此值应该是唯一的。 服务描述：服务描述是指设备提供的一系列动作以及和动作相关的状态变量。 服务类型：服务类型是表示服务的同一资源名。服务类型和l m 【1 p 服务模板之 间是一一对应的。u p n p 任务组定义了几种标准的服务类型。服务类型的一般格式 为：u r n ：d o m a i n n a m e ：s e r v i c e ：s e r v i c e t y p e ：v e r s i o n 其中d o m a i n n a l t l e 字段为设备制 造商注册的域名。 状态变量：状态变量是用于描述服务状态的数据片断。 动作：表示客户端发出的完成特定功能的命令。 事件：事件是指服务的状态变量的一个或多个改变的通知。 事件变量：事件变量是指在改变一个服务的状态变量时触发事件的变量。任何 订阅此变量的事件源的控制点将接收到改变通知。非事件变量与事件通知没有关系。 2 4u p n p 协议栈及所用协议 u p n p 采用了许多现存的、标准的协议以获得最广泛的设备支持。采用i p 协议 来保证u p n p 独立与网络传输的物理介质，s o a p 协议来保证u p n p 设备具有互操作 能力，x m l 来对设备和服务进行统的描述，h r r p 协议来进行u p n p 设备的信息 u p n p 协议的研究及a v 框架的实现 交互。采用这些现存的、广泛应用的协议能减少开发i 珏p 设备的工作量，使u p n p 设备更好的融入现有网络。 u p n p 协议的最终目的是建立一个可用的设备模型，它是一个多层协议构成的框 架体系，每一层都以相邻的下层为基础，同时又是相邻上层的基础。直至达到应用 层为止。 最下两层是i p 和t c p 、u d p 层，这两层主要负责设备的i p 地址。 第三层是h t t p 、h t t p u 、h t t p i v i u ，属于传送协议层。传送的内容都经过“封 装”后，存放在特定的x m l 文件中的。 第四层是u p n p 的设备体系定义，仅仅是一个抽象的、公用的设备模型。任何 u p n p 设备都必须使用这一层。 第五层是u p n p 论坛的各个专业委员会的设备定义层，在这个论坛中，不同电 器设备由不同的专业委员会定义，例如：电视委员会只负责定义网络电视设备部分， 空调委员会只负责定义网络空调设备部分，依此类推。所有的不同类型的设备都被 定义成一个专门的架构或者模板，供建立设备的时候使用。进入这一层，设备已经 被指定了明确用途。现在u p n p 已经可以支持大部分的设备：从电脑、电脑外设， 移动设备和家用消费类电子设备等等。无所不包，随着这个体系的普及，将可能有 更多的厂家承认这一标准，最终，可能演化为公认的行业标准。 最上层，也就是应用层，由u p l l p 设备制造厂商定义的部分。这一层的信息是 由设备制造厂商来填充的，这一部分一般有设备厂商提供的、对设备控制和操作的 底层代码，以及名称序列号、厂商信息等。 下面我们来看看u p n p 用到的主要协议： 2 4 1t c p i p t c p i p 。”网络协议集充当了建立其余u p n p 协议的基础。通过使用该标准( 普 遍使用的t c p i p 集) ，u p n p 可以利用其跨越不同物理媒体的能力并确保多个供应 商之间的互操作性。 u p n p 设备可以使用t c p i p 集合中的多种协议( 包括t c p 、u d p 、i g m p 、a r p 、 u p n p 协议的研究及a v 框架的实现 i p ) 和t c p i p 服务( 比如d h c p 和d n s ) 。当我们在本节介绍了其它协议和在下一 节介绍了u p n p 的工作方式之后，如何使用这些协议和服务来提供u p n p 工作所需 的内容也就会变得一目了然2 2 3 。 由于t c p i p 是使用最为普遍的网络协议之一，因此定位或创建一个对覆盖面 和或性能进行优化的u p n p 设备实现将相当容易。 2 4 2h t t p 、h t t p u 、h t t p 姗 t c p i p 提供了用来实现u p n p 设备间网络连接的基本协议集。对i n t e r n e t 的 成功作出了巨大贡献的h t t p 也是u p n p 的核心部分。u p n p 的所有组件都建立在 h t t p 或其变体之上。 h t t p u ( 和h t t p m u ) 是h t t p 的变体，定义它们是为了通过u d p i p ( 而不是 t c p i p ) 发送消息1 。下面介绍的s s d p 将使用这些消息。这些协议的基本消息格 式沿袭了h t t p ，并且是多播通讯和当消息传输不要求与可靠性有关的开销时所需要 的。 2 4 3s s d p 协议 顾名思义，简单服务发现协议( s s d p ) 定义了网络服务是如何在网络上被发现 的。s s d p 基于h t t p u 和h t t p m u 创建，定义了控制点定位网络上感兴趣的 资源和设备通知它们在网络上的可用性的方法。通过定义同时使用搜索请求和展示 通知，s s d p 避免了在仅使用这两种机制中的任一种时所必需的开销。这样，网络 中的每个控制点都可以获得关于网络状态的完整信息，同时保持了低水平的网络流 量。 访问点和设备都可以使用s s d p 。u p n p 控制点启动后可以发送s s d p 搜索 请求( 通过h t t p m u ) 来发现网络上可用的设备和服务。控制点可以细化该搜索， 从而仅查找特定类型的设备( 如v c r ) 、特定服务( 如具有时钟服务的设备) 乃 至特定设备【2 4 】。 u p n p 协议的研究及a v 框架的实现 u p n p 设备会侦听多播端口。一旦收到搜索请求，该设备就检查该搜索条件以 确定它们是否匹配。如果匹配，一个单播s s d p ( 通过h t t p u ) 响应将被发送到 该控制点。 同样，当将设备插入网络时，它会发出多播s s d p 展示通知消息，通知它所支 持的服务。 在展示通知和单播设备响应消息中部包含该设备描述文档( 含有该设备支持的 属性和服务组合的信息) 所在位置的指示符。 除了提供发现功能外，s s d p 还提供了设备及其关联的服务适当地从网络离开 的方式( 再见通知) ，并包含清除陈旧信息的缓存超时设置来进行自我维护。 2 4 4g e n a 协议 g e n a ( g e n e r i ce v e n tn o t i f i c a t i o n a r c h i t e c t u r e ) ，通用事件通知体系结构的缩写， 提供了通过h 1 v r p 和广播u d p 来发送和接受事件通知的机制，定义了事件订阅者和 事件发布者这两个概念。 在u p i l p 中创建存在公布消息和服务状态变化时须用到g e n a 格式，控制点要 接收到事件通知，得首先向事件源发送一个订阅事件请求，该请求通常需指明订阅 哪一个服务、事件通知返回的位置和订阅服务时间。同时事件订阅者也可以发送一 个请求取消事件订阅【2 5 】。 2 4 5s o a p 协议 简单对象访问协议( s o a p ) 定义了可扩展标识语言( x m l ) 和h t t p 的使用 来执行远程过程调用。它正在变成i n t e m e t 上基于r p c 的通讯标准。通过使用 i n t e r n e t 的现有基础设施，它可以有效地配合防火墙和代理工作。s o a p 2 刎还使用 安全套接字层( s s l ) 提供安全性，并使用了h t t p 的连接管理功能，从而使得 i n t e r n e t 上的分布式通讯就像访问网页一样简单。与远程过程调用非常相似，u p n p 使用s o a p 向设备发送控制消息并将结果或错误返回到控制点。每个u p n p 控 u p n p 协议的研究及a v 框架的实现 制请求都是一个s o a p 消息，都包含调用操作和一组参数。其响应也是s o a p 消 息，其中包括状态、返回值以及任何返回参数。 2 4 6 也 为使用w 3 c 定义，可扩展标识语言( ) 【m l ) 是w e b 上的结构化数据的通用格 式。另外，借助x m l ，几乎可以将任何类型的结构化数据放到文本文件中。x m l 使 用标记和属性，这使它看起来与h t m l 非常相似。实际上，它们在以下方面存在显 著的差别：x d l 标记和属性的含义不是全局定义的，而是在使用它们的上下文中进 行解释。x m l 的这些功能使得它成为开发各种文档类型架构的最佳选择。w 3 c 定义 了将x m l 作为架构语言的使用。x m l 是u p n p 的核心部分，被用在设备和服务描 述、控制消息和事件处理中o ”。 2 5u p n p 工作过程 u p n p 定义了设备之间、设备和控制点、 过程需要处理六个方面的内容，即设备寻址、 备事件、设备表达。 控制点之间通讯的协议。完整的工作 设备发现、设备描述、设备控制、设 地址是整个u p n p 系统工作的基础条件，每个设备都应当是d h c p 的客户。当 设备首次与网络建立连接后，利用d h c p 服务，使设备得到一个l p 地址。如果不 存在d h c p 服务器，设备将使用自动l p 获得i p 地址。当然，设备也可以指定i p 地址。设备也可以定义“友名”，这是需要d n s 服务，一个设备可能包含一个d n s 客户并可能支持他的名称到i p 地址的映射的动态d n s 注册。 一个设备加入网络获得i p 地址后，接着就是运用s s d p 协议来向网络上的控制 点广播他的服务，控制点加入网络获得i p 地址后，则运用s s d p 协议发送一个搜 索请求在网络上搜索感兴趣的设备。在这两种情况下基本的信息交换就是一个发现 消息，他仅包含关于设备很少的信息，如设备类型、设备名称和一个指向x m l 的 设备描述文档的指针。 u p n p 协议的研究及a v 框架的实现 在控制点已经“发现”了一个设各之后，仍然对“设备”的很少，这时需要依 据发现消息的设备描述文档的u r l 找到该设备的描述文件，从这些文件中读取更多 的描述信息。描述信息的范围很广，般都是由设备的制造厂商提供的。设备的描 述信息包括：控制的模式名称和模式号码、设备序列号、制造厂商名称、厂商的 w e b 的u r i ，以及所嵌入的设备或服务的描述信息和设备控制、设备事件、设备表 达的u r l 。这些信息一般存放在特定的x m l 文件中。 控制指针找到设备描述之后，会从描述中提出要进行的操作并获悉所有的服务； 对每个u p n p 设备来说，这些描述是很确切、很详细的，描述中可能包含有命令或 者行为列表、服务响应信息、用到的参数等。对于服务的每个行为，也伴有描述信 息( 主要是整个服务进行期间的变量、变量的数据类型、可用的取值范围和事件的 特征) 。 要控制某个设备，设备点必须先发送一个控制行为请求，要求设备开始服务， 然后再按设备的u r l 发送相应的控制消息，控制消息就是放置在x m l 文件中的 s o a p 3 川格式的信息。最后，服务会返回响应信息，指出服务是成功或是失败。 在服务进行的整个时间内，只要变量值发生了变化或者模式的状态发生了改变， 就产生了一个事件，系统将修改事件列表的内容。随之，事件服务器把事件向整个 网络进行广播。另一方面，控制点也可以事先向事件服务器预约事件信息，保证将 该控制点感兴趣的事件及时准确地传送过来。 广播或预约事件，传送的都是事件信息，事件信息也放在x m l 放在文件中，使 用的格式是gena 。另外，设备投入工作之前的准备一一初始化过程，也是一个 事件，初始化需要的各种信息也是用事件信息传送的。 只要得到了设备的url ，就可以取得该设备表达页面的url ，将此纳入用 户的本地浏览器上，可以查看设备状态和对设备进行控制。这部分还包括与用户对 话的界面以及与用户进行会话的处理。 2 6 本章小结 坚! ! ! 塑望塑里壅墨型堡墨塑壅翌 本章主要分析了u p n p 的基本原理。首先探讨了u p n p 的两个基本点：即插即 用、通用，简单介绍了u p n p 论坛情况。然后介绍了u p n p 网络的组成，详细讲述 了u p n p 的三个核心概念：设备、服务、控制点，接着简单介绍了u p n p 的一些关 键术语，重点分析了u p n p 的协议栈及其所用的协议，最后介绍了u p n p 的工作过 程。 u p n p 协议的研究及a v 框架的实现 3u p n p 协议的实现机制 3 1 设备寻址 u p n p 网络的基础在于i p 寻址。每个设备均必须配有一个动态主机配置协议 ( d h c p ) 客户端，并在此设备首次与网络相连时搜索一台d h c p 服务器。如果有一个 可用的d h c p 服务器，即网络处于管理状态，则此设备必须采用分配给它的i p 地址。 如果没有可用的d h c p 服务器，即网络处于未管理状态，则此设备必须利用自动i p 寻址( a u t o i p ) 来获取一个地址。 支持a u t o i p 并针对动态地址分配而配置的一个设备，通过发出一条 d h c p d i s c o v e r 消息向d h c p 请求i p 地址开始运行。此d h c p 客户端所应监听 d h c p o f f e r 5 的时间总长取决于具体实现。如果在此期间收到一条d h c p o f f e r ，则此 设备必须继续进行动态地址分配。如果没有收到有效的d h c p o f f e r s ，则此设备可以 自动配置一个i p 地址。 要利用a u t o i p 来自动配置一个i p 地址，设备采用了一个取决于具体情况的算 法，以便在1 6 9 2 5 4 i 6 范围内选出一个地址。此范围内的前后2 5 6 个地址需要保留， 不得使用。 接下来必须对选定地址进行测试，以确定该地址是否已被使用。如果该地址已 被其它设备使用，则必须选出和测试另一地址，重试次数取决于具体的实现。地址 的选择应当随机进行，以免在多个设备试图分配地址时产生冲突。 为了测试选出的地址，设备必须采用地址解析协议( a r p ) 来进行探测。地址解 析协议( a r p ) 探测是一个a r p 请求，其中设备硬件地址用作发送者的硬件地址，而 发送者的i p 地址设为多个0 。设备继而会监听对于该a r p 探测，或同一i p 地址的 其它a r p 探测所做出的响应。如果发现任意一个a r p 数据包，则此设备必须考虑正 在使用的地址，并尝试一个新地址。 自动配置了i p 地址的设备必须进行定期检查，以确定一台d h c p 服务器的存在。 这一过程通过发送d h c p d i s c o v e r 消息来完成。该项检查的频度取决于具体实现，然 而每5 分钟检查一次将可维持要求网络带宽和连接性维护之间的平衡。如果收到 u p n p 挤议的研究及a v 框架的实现 d h c p 信息，设备必