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广东省数字家庭互联互通协议g d h o m e l c p 的制定与实现 摘要 论文题目：广东省数字家庭互联互通协议g d h o m e l c p 的制定与实现 专 业：计算机应用技术 硕士生：吴峰凯 指导教师：罗笑南教授 摘要 数字家庭是指以计算机、通信和消费电子技术为基础，通过互联互通协议把 家庭中的信息设备有机结合成一个整体的智能化网络系统。目前数字家庭标准主 要有数字生活网络联盟( d l n a ) 、闪联、e 家佳、e c h o n e t 和o s g i 等。这些标 准的共同点是以主流通信和网络技术为基础、在应用场景设计上相近，但是实现 的侧重点不同，有的重在外部网络接口、设备描述格式上，有的则选择服务定义 及安全、认证等方面的规范，另外一些标准则注重于底层协议的物理实现。 本论文是基于广东省关键领域重点突破项目数字家庭公共技术支撑平台上 实现完成的，该平台实现目标是通过融入多种互联互通协议栈来辅助开发符合数 字家庭标准的相关产品。本文主要工作是研究与分析现有的数字家庭相关技术和 标准，从网络设备寻址、设备和服务发现、网络安全、设备管理、远程过程调用 等方面考虑，制定并实现了广东省数字家庭互联互通协议g d h o m e l c p 的地方标 准。g d h o m e l c p 主要用于屏蔽信息家电底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资源调用接口，便于实现设备间互联、互通、互操作功能。 它建立在t c p f l p 和w e b 技术基础上，利用现有的网络技术和协议x m l 、s o a p 、 g e n a 等，使设备间能自动组网、自动发现、远程控制、数据交换。文中介绍了 g d h o m e l c p 的制定过程和工作理，重点是分模块介绍了g d h o m e l c p 协议栈的 实现过程，包括设备和服务自动发现、安全管道通信、设备组创建、设备和服务 描述的获取与解析、服务远程调用和事件订阅，并以实例分析了整个协议栈的运 行流程。最后提出了利用g d h o m e l c p 协议栈开发数字家庭多媒体系统的应用框 架，并仿真演示了媒体服务器和媒体播放器之间的交互过程。 关键词：数字家庭，互联互通，闪联，通用即插即用，简单服务发现协议，简单 对象访问协议 广东省数字家庭互联互通协议g d h o m e i c p 的制定与实现a b s m a e t t i t l e ：e s t a b l i s h m e n ta n di m p l e m e n t a t i o no f g u a n g d o n gd i g i t a l h o m e i n t e r - c o n n e c t i o np r o t o c o l m a j o r ：c o m p u t e ra p p l i c a t i o na n dt e c h n o l o g y n a m e ：f e n g k a i w u s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rx i a o n a nl u o a b s t r a c t t h ed i i g i t a lh o m ei sa no v e r a l li n t e u e c t u a l i z e dn e t w o r ks y s t e mt h r o u e ht h e i n t e r - c o n n e c t i o np r o t o c o lt oc o m b i n ei n f o r m a t i o nd e v i c e s ；i ti sb a s e do nt h ec o m p u t e r , t h ec o r r e s p o n d e n c ea n dt h ec o n s u m e re l e c t r o n i c st e c h a o l o g y a tp r e s e n tt h e r ea r e s e v e r a lm a i n s t r e a ms t a n d a r d so fd i g i t a lh o m e ，s u c ha sd l n a , i g r s ，i t o p h o m e ， e c h o n e t , o s g ia n ds oo n t h e s es t a n d a r d sc o m m o n l yt a k et h ec o r r e s p o n d e n c ea n d n e t w o r kt e c h n o l o g ya st h e i rf o u n d a t i o n ，a n dh a v es i m i l a ra p p l i c a t i o ns c e n a r i o b u tt h e o r g a n i z a t i o n sf o rd i g i t a l h o m es t a n d a r d se m p h a s i z ep a r t i c u l a r l yo nt h e i ri n t e r e s t r e s p e c t i v e l y s o m el a ys t r e s so ne s t a b l i s h m e n to fe x t e r i o rn e t w o r ki n t e r r a c ea n d e q u i p m e n td e s c r i p t i o nf o r m a t s o m eh i g h l i g h ts e c u f i t 5a u t h e n t i c a t i o nf i e l da n d s e r v i c ed e f i n i t i o n t h eo t h e r sp a ym o r ea t t e n t i o nt ot h er e a l i z a t i o nc r i t e r i ao fp h y s i c a l p r o t o c 0 1 t h i sp a p e ri sb a s e do nt h eb r e a k t h r o u g hp r o j e c to fg u a n g d o n g p r o v i n c e w h i c hi s as u p p o r tp l a t f o r mo fp u b l i ct e c h n o l o g yi n d i g i t a lh o m e t m sp l a t f o r mi st oh e l p p e o p l et od e v e l o pp r o d u c tc o n f o r m i n gt od i g i t a lh o m es t a n d a r dt h r o u 【g he m b e d d i n g m a n yk i r i d so fi n t e r c o n n e c t i o n sp r o t o c o ls t a c k t h er e l a t e dw o r ki n t r o d u c e db yt h i s p a p e ri s t or e s e a r c ha n da n a l y z ee x i s t i n gd i g i t a lh o m et e c h n o l o g ya n ds t a n d a r d s ， i n c l u d i n gt h en e t w o r kd e v i c ea d d r e s s i n g ，d e v i c ea n ds e r v i c ed i s c o v e r y , n e t w o r k s e c u r i t y , d e v i c em a n a g e m e n t ，r e m o t ep r o c e d u r ec a l l ，a n df i n a l l ye s t a b l i s ha n dr e a l i z e g u a n g d o n gd i g i t a l h o m ei n t e r - c o n n e c t i o n p r o t o c o l ( g d h o m e l c p ) ，i t i s m a i n l y d e s i g n e d t om a k et h ea p p l i c a t i o ni n d e p e n d e n to fa n yh a r d w a r ea n dn e t w o r k t e c h n o l o g yo nt h el o w e rl a y e ro fi n f o r m a t i o na p p l i a n c e ，a n dt op r o v i d eau n i v e r s a l a 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 rt h ea p p l i c a t i o no nt h eh i g h e rl a y e r , f a c i l i t a t i n gt h e n e t w o r kd e v i c e si n t e r c o l m e c t i o na n di n t e r o p e r a b i l i t y g d h o m e i c pb a s e so nt c p ，i p p 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 ee 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 d p r o t o c o l s ，s u c ha sx m ls o a p , g e n aa n ds oo f f w i t hg d h o m e i c pf o rh o m e n e t w o r k ，ad e v i c ec a nd y n a m i c a l l y t i nan e t w o r k ，c o n v e yi t sc a p a b i l i t ya n dl e a r n a 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 rd e v i c e s ，c o n t r o l st h eo t h e rd e v i c e s r e m o t e l ya n dt r a n s f e rd a t ae a c ho t h e lt l l i sp a p e ri n t r o d u c e dt h ee s t a b l i s h m e n tp r o c e s s a n dt h ep r i n c i p l eo fg d h o m e i c pp r o t o c o l ，a n dp r e s e n t e dad e t a i l e dr e a l i z a t i o n p r o c e s so fe v e r ym o d u l eo ft h eg d h o m e i c pp r o t o c o ls t a c k i n c l u d i n gt h ed e v i c e sa n d t h es e r v i c e sd i s c o v e r ym e c h a n i s m ，t h ep i p e l i n ec o r r e s p o n d e n c em e c h a n i s m ，c r e a t i o n o fd e v i c eg r o u p ，t h er e t r i e v i n ga n dp a r s i n gp r o c e s so ft h ed e s c r i p t i o no fd e v i c ea n d 广东省数字家庭互联互通邯议g d h o m e l c p 的制定与实现 a b s t r a c t s e r v i c e ，r e m o t ep r o c e s sc a l lf o rs e r v i c ea n dt h ee v e n ts u b s c r i p t i o nm e c h a n i s m ，a n d t o o kad i m m a b l el i g h tf o re x a m p l et oe x p l a i nt h ew o r kf l o wo fg d h o m e l c pp r o t o c o l s t a c k f i n a l l yt h ep a p e rp r o p o s e da p p l i c a t i o nf r a m e w o r kf o rm u l t i m e d i as y s t e mi n d i g i t a lh o m eu s i n gg d h o m e l c pp r o t o c o ls t a c k ，a n dg a v eac o r r e s p o n d i n gs i m u l a t i o n t od e m o n s t r a t et h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nt h em e d i as e r v e ra n dt h em e d i ap l a y e l k e yw o r d s ：d i g i t a lh o m e ，i n t e r - c o n n e c t i o n ，i g r s ，u p n p , s s d p , s o a p 广东省数字家庭互联互通协议g d h o m e l c p 的制定与实现 第l 章综述 第1 章综述 近年来，数字家庭正从概念化走向具体的产品，数字家庭涉及的各种业务和 技术非常繁杂，但通用的网络和终端技术已经非常成熟，所以数字家庭网络的核 心技术主要体现在网络协议和接口上。国内外许多研究机构和企业提出了相应的 解决方案，各国正努力研制适合于本国国情的数字家庭互联互通协议及资源调用 接口标准。 1 1 课题背景 本课题来源于广东省关键领域重点突破项目中的数字家庭公共技术支撑平 台项目( 项目代号：t c 0 5 8 3 9 3 1 ) 。该项目主要是开发一个面向3 c ( c o m p u t e r , c o m m u n i c a t i o n ，c o n s u m e r e l e c t r o n i c ) 融合应用开发、测试验证和调试的仿真平台， 来简化3 c 融合产品的协议栈和应用框架的构建过程，帮助开发人员轻易地为电 视，手机，电脑加入通用的互连互通功能，引导行业开发出符合数字家庭标准的 产品和解决方案。本课题主要是研究i g r s 、u p n p 、o s g i 、j i n i 、h a v i 等目前主 流的数字家庭标准和技术，在此基础上制定与实现广东省数字家庭互联互通协议 g d h o m e l c p 。 数字家庭网络是r r 、信息家电、通信高度融合的具体产物。随着信息化的 普及，家庭中的电脑、家电、通信终端越来越多，不同设备之间信息传递和协同工 作也越来越频繁，设备间如何方便、智能的互联和协同工作已经日益成为人们关 注的焦点，但由于缺乏统一的信息格式、接口协议，导致难于互通共享。加上设备 越来越多，从而使用管理也越来越麻烦。如何有效地发挥这些设备的作用，提高家 庭生活的智能化和方便性，成为了本课题的研究重点。 制定广东省数字家庭互联互通协议g d h o m e l c p 的地方标准主要致力于屏 蔽硬件设备、操作系统平台与通信技术的差异性，使各种家庭网络信息设备更 容易接入网络、操作简单。g d h o m e i c p 既要结合广东省家庭中信息家电的通 信技术的现状，又得兼容目前主流的数字家庭技术标准，并致力于促进主流技 术标准间的融合与统一，其应用定位于数字家庭网络内部，支持数字家庭网络 中多种信息设备、家用电器、通讯设备之间的设备自动发现、动态组网、资源 广东省数字家庭互联互通协议g d h o m e i c p 的制定与实现第1 章综述 共享和协同服务，从而提高这些设备问的互操作性和易用性，充分发挥不同设 备的功能特点、为用户创造新的应用模式。 1 2 数字家庭现状及存在问题 数字家庭网络涵盖了信息家电、电脑及各种通信设备，要解决的问题是利 用数字信息技术通过某种协议使家庭设备之间实现互联互通互操作，实现信息 资源共享，目前提出的3 c 融合正是数字家庭生活的体现。数字家庭强调在于 无论在任何地方( a n yp l a c e ) 均可随时( a n yt i m e ) j l 盛过任何一种数字化产品( a n y d e v i c e ) 享受数字化的内容( a n yc o n t e n t ) 。 图1 - 13 c 融合示意图 如图1 - 1 所示，要让家庭中的信息设备关联起来，就需要通过制定互联互通 协议规范，使家电、通信、计算机等多种信息终端随时随地在有限范围内动态组 成一个网络，最大限度地发挥各种设备的应用价值。目前3 c 融合的重点是数字 家庭，尤其是家庭娱乐领域，在3 c 融合方面或者说有限空间范围内的信息设备 组网应用中，t c p i p 、w i f i 、w i m a x 、b l u e t o o t h 、u w b 基础技术已经发展成熟， 但是还需要一些互联互通协议规范和应用标准来促进数字家庭的发展。 数字家庭网络通常由不同的嵌入式处理器、不同的操作系统和不同的互联 协议组成的一个异构计算平台，其体系结构如图1 - 2 所示。硬件层需要考虑的 是数字家庭网络中信息设备的处理器类型，通常为a m r 、m i p s 和x 8 6 结构的 芯片，系统层通常以嵌入式操作系统为主，如w i n d o w sc e 、l i n u x 、v x w o r k s 广东省数字家庭互联互通协议g d h o m e c p 的制定与实现 第1 章综述 和n u c l e u s 等，互联互通标准层主要解决不同操作系统之间的正确通信，如 d l n a 、i g r s 、o s g i 等，通信处理层主要是解决不同的互联协议之间兼容性问 题，应用层是面向数字家庭应用开发而规定媒体资源接口标准。 | 应用层( a p p l i c a t i o n )_ 音频i 视频i 图片i 通信处理层 消息处理层 ( c o m m u n i c a t i o n p r o c e s s i n g ) 协议转换层 互联互通标准协议 d l n ai g r so s g i 层( i n t e rc o n n c e t i o 曲 _ 一 系统层( s y s t e m ) 1 一 操作系统 硬件层( h a r d w a r e ) - 一 底层硬件 图1 2 数字家庭网络体系结构 数字家庭涉及消费类电子、计算机和通讯三个领域，数字家庭网络中的每个 设备具备不同的功能，使用不同的规范，来自不同的厂商。它们如何知道在该网 络上有哪些其他设备的存在，如何与其他设备通信，如何调用其他设备所提供的 服务，要想解决这些问题离不开标准体系的支撑。目前，存在的主流标准有数字 生活网络联盟( d l n a ) 、闪联( i g r s ) 、e 家佳、e c h o n i 嘶o s g i 等，d l n a 由索 尼、英特尔、微软等1 6 家公司发起2 0 0 3 成立数字家庭工作组，采用通用即插即用 ( u p n p ) 作为中间件技术，建立一个具备协同工作能力的平台，从而使各公司 开发出能通过家中有线或无线的互联网络进行内容共享的数字家庭相关产品。主 要侧重于在网络家电设备、家用电脑和移动设备之间实现互操作性，以支持涵盖 图片、视频和音频等的媒体应用。国内数字家庭的标准有闪联和e 家佳。闪联标 准主要由核心基础协议簇、智能应用框架和特色应用三部分组成，适用的范围是 企业、公共场所、个人以及家庭所涉及的信息设备互联时，遵循共同资源及功能 服务接口标准，使设备能够有效实现资源开放及服务协同，提高设备功能互操作 性，并增强不同设备间组合服务的功能。e 家佳以家庭网络系统为中心，包括了 电子、家电、通讯、计算机、网络运营等多领域企业，主要面向家电控制领域。 广东省数字家庭互联互通协议g d h o m e l c p 的制定与实现 第1 章综述 e c h o n e t 由日本多家企业推出的标准，旨在制定通过电源网络及无线通讯等不 需要室内布线的网络媒介，创建各种家电设备的网络连接标准规格。o s g i ( o l c e n s e r v i c eg a t e w a yi n i t i a t i v e ) 定义了一个开放性平台，创建结合广域网络及局域网的 开放性标准，给远程的服务提供者( s e r v i c ep r o v i d e r ) 与本地端的设备间提供一个 完整的端到端的服务传送解决方案。这些标准组织所关注的侧重点不同，d l n a 注重家庭媒体传输的方式，尤其是数字版权的保护：o s g i 着重于家庭内外连结 的枢纽，强调开放服务网关的重要性：e c h o n e t 贝i j 强调以无线方式连接家中所 有的家电设备，构成无线的家庭网络( h o m en e t w o r k ) ；而闪联致力于做设备间的 智能互连、资源共享和协同服务，为服务和设备的连接提供产品和技术平台【1 ，2 捌。 广东省在发展数字家庭产业方面仍存在以下问题： 数字家庭技术标准不统一阻碍了产业的发展。数字家庭的基础是3 c 融合技 术，目前在该领域存在着多个互联互通技术标准，不同的企业基于各自的利益导 向支持不同的技术标准，不同厂商开发的数字家庭产品也就遵从不同的标准，这 些产品之间难以实现真正的互联互通，成为数字家庭产业发展的一个瓶颈。 数字家庭相关产品的关键技术受制于人，自主技术创新能力弱。数字家庭产 业是多行业整合的产业，涉及到的技术领域十分广阔。广东缺乏核心技术积累， 且自主技术创新能力差成为数字家庭产业发展的瓶颈。 数字家庭产业链还未形成。数字家庭产业涉及到终端产品制造商、业务运营 商和内容提供商等多个环节，目前产业链各环节厂商还处于各自为战的状态，缺 乏有效的协作，无法形成良性的产业发展格局。 广东省作为消费电子产业大省，具有发展数字家庭产业的天然优势。在3 c 领域，广东省既有一批全国甚至全球闻名的大企业，也有许多颇具潜力的中小 企业。此外广东省的社会经济发展水平高，消费能力居于全国前列，市场基础 良好。尽管广东省发展数字家庭产业有许多优势，但存在的主要问题是没有形 成统一的数字家庭互联互通协议规范，严重的阻碍了数字家庭产业的发展，所 以研究数字家庭相关技术与标准，制定广东省数字家庭互联互通协议规范显得 尤为重要。 广东省数字家庭互联互通协议g d h o m e i c p 的制定与实现 第1 章综述 1 3 数字家庭互联互通技术 数字家庭中的互联互通协议的主要目标是屏蔽网络中设备的差异性，制定 出各种设备共同遵循的通信规范及资源调用接口规范，通常要具备的功能有设 备和服务相互发现、接口定义、连接的分类、连接的状况表示、区分实时和非 实时设备、查找策略、故障处理等，下面介绍用于数字家庭实现设备互联互通 的技术与标准u p n p 、i g r s 、j i n i 、h a v i 和o s g i 。 1 3 1 u p n p 和i g r s u p n p 是通用即插即用( u n i v e r s a lp l u ga n dp l a y ) 的缩写，是微软最成功的 技术之一，主要用于实现设备的智能互联。使用u p n p 协议不需要设备驱动程 序与网络介质无关，可以运行在几乎所有的操作系统平台之上，可以方便地构 建设备相互联通的网络环境。d l n a 采用了u p r t p 作为中间件技术成为了数字 家庭的主流标准之一，如图1 3 所示，u p n p 不涉及到底层数据通信格式规范， 主要是建立在t c p i p 和w e b 技术基础之上端到端连接的、分布式网络体系结 构。u p n p 设备在家庭网络中运行过程分为六个方面的内容：设备寻址 ( a d d r e s s i n g ) 、设备发现( d i s c o v e r y ) 、设备描述( d e s c r i p t i o n ) 、设备控制 ( c o n t r 0 1 ) 、事件订阅( e v e n t i n g ) 、设备表达( p r e s e n t a t i o n ) 【4 朋。 d i n a 家雇田磐结构 图1 - 3u p n p 设备结构图【5 】 5 广东省数字家庭矗联互通协议g d h o m e i c p 的制定与实现 第1 章综述 设备寻址是u p n p 网络的第一步，主要是新加入的控制点1 6 崎口设备获得一 个i p 地址。在获取合适的i p 地址后开始发现网络上存在的设备，新加入的设 备会宣告自己的服务给网络中的控制点，控制点也可以查找感兴趣的设备。控 制点发现设备后只是获取了设备的基本信息，要想知道设备上能提供的服务的 详细信息还需要获取设备描述，设备描述通过x m l 描述了设备的详细信息( 服 务，事件等) 。当控制点获取设备描述后就可以开始控制设备了，控制点向设备 的服务发送动作请求，实际上是一个远程过程调用机制，服务会返回动作执行 后的值，u p n p 服务描述文档定义了服务包含的动作和状态变量。控制点可以通 过事件的订阅来获取这些变量变化时的通知。设备表达是u p n p 网络的最后一 步，通过h t m l 页面展现设备上提供的服务信息【8 j 。 图1 - 4 描述了设备和控制点间的交互模型，设备发现主要是通过查找和设 备发布两种途径进行的，控制点通过发送m s e a r c h ( 扩展的h 1 t r p 消息) 查 找设备，控制点继续发送h t r pg e t 描述文件u r l 获取详细的设备提供的服 务信息( x m l 描述的服务调用接口信息等) 。控制点的事件订阅可以订阅设备 或服务状态的变化事件。控制主要是控制点激活和调用设备的服务动作，控制 点向设备控制请求u r l 发出控制请求，设备会根据控制信息调用相应的服务动 作以响应请求。执行完服务动作后，改变相应的状态变量并更新状态，通过 r 几t 向控制点发出一个s o a p 的响应信息，返回服务调用的结果和设备当前状态 。 图1 - 4 控制点和设备的交互模型【9 】 6 广东省数字家庭互联互通协议g d h o m e i c p 的制定与实现 第1 章综述 i g r s ( i n t e l l i g e n t g r o u p i n ga n d r e s o u r c es h a r i n g ，中文名字为闪联) 是国内 制定的用于数字家庭网络互联互通协议规范，由国家信息产业部主导，以联想、 t c l 、康佳、海信、长城五家企业发起，二十余家企业共同参与成立的信息设 备资源共享协同服务标准工作组制定而成。如图1 5 所示，其基本原理与u p n p 有些类似，建立在t c p 口和w e b 网络技术基础之上，但和u p n p 不同的是增 加了设备安全管道通信机制、设备组管理和会话功能。管道通信采用了四种安 全机制来保障数字家庭网络的安全性，文献 1 1 】详细介绍了安全管道的创建过 程。设备组功能主要是对数字家庭网络中的设备进行分组管理。会话功能一方 面保证服务调用的安全性，主要是通过设备间的关系和服务允许访问列表两个 维度进行服务访问的控制，另一方建立了后续服务访问的支撑环境。会话建立 成功后，i g r s 客户可对i g r s 服务进行调用、数据查询和数据获取等操作【1 0 1 。 服务访问实际上是一个远程过程调用( r e m o t e p r o c e d u r e c a l l s ) ，i g r s 采用了 w s d l l l 2 】定义了服务调用接口 i g r s 设备 i o r s 设备 腽务 基芋篆盛r i 司考甩 功能调用 陈 设备协同服务平a ( ：! ；j i i i 习 需 4 曩l l 蠢 【一 盘据订阅，查询， 口| l 一 疆取 菩l正 拽o 一 辫“竺= ! 竺 ，1卜 据协同调度 、厂1 ， 作 协 协同谴窿 钉陌 同 l ， 谓 l、l 同 设备泊息交互框架( ：i j j ! ：二) l ：r - i 侍输与一络协议f 服务告话管理服务会话管理 接。篙乏句 设备组管理设备组管理 设蔷发现盈管道管理设备发现厦曾堪管理 图1 - 5i g r s 体系结构图【1 0 】 1 3 2 j i n i 和h a v i j i n i ( j a v ai n t e l l i g e n tn e t w o r ki n f r a s t r u c t u r e ) 技术是s u n 公司推出的基于j a v a 7 广东省数字家庭互联互通协议g d h o m e i c p 的制定与实现 第1 章综述 技术的一种新的网络连接技术，应用在数字家庭中可以使各种设备非常简单的连 接起来。可在任何时间、任何地点将任何智能器具( a p p l i a n c e ) 接入i n t e r n e ! 网 络。这里的智能器具是指带有处理器芯片的器具( 包括从电视机、录象机、电冰 箱、洗衣机、微波炉到打印机、p d a 和可视电话在内的所有家用电器和办公设 备) ，利用智能接口( 无需任何操作系统或其它硬件支持) 直接连入网络，即可实现 网络与一切智能器具( 也称含有j i n i 技术的器具) 的无缝连结。它的体系结构如图 1 - 6 所示，j i n i 技术可以跨平台操作，前提是信息设备中包含有相应的j a v a 虚拟机 j v m ，j i n i 技术通过查找( l o o k u p ) 协议、发现( d i s c o v e r ) 协议、力h x x ( j o i n ) 协 议来获取j i n i 网络中其它设备提供的服务【1 2 , 1 4 】。 厂磊翮 i _ j ee ：三 e 叵叵匡叵 叵叵叵叵 图1 - 6j i n i 的体系结构【1 2 】 j i n i 的工作原理如图1 7 所示，首先是服务的加入过程，由服务提供者 ( s e r v i c ep r o v i d e r ) 在网络上组播( m u l t i c a s t ) 要注册服务的请求数据包，请求 获得查找服务的引用。当查找服务侦听到注册请求时，根据注册请求的信息返 回查找服务的代理给服务提供者，服务提供者调用查找服务代理进行注册，将 服务对象的代理( p r o x y ) 上载到查找服务实现注册( j o i n ) ，接下来是客户使用 服务的过程，客户通过组播请求找到查找服务，客户程序通过查找服务代理请 求特定类型的服务，查找服务查找接口返回该类型的服务代理给客户，当照务 代理程序在客户端不存在时，自动下载服务代理程序到客户端，客户通过服务 代理与服务提供者直接交互实现服务调用【1 5 , 1 6 l 。j i n i 和i g r s 、u p n p 不同的是 需要有一个注册服务器来管理整个网络上的资源，服务调用枫制是基于j a v a 的 r m i 实现的。 8 广东省数字家庭互联互通协议g d h o m e i c p 的制定与实现 第1 章综述 厂_ k l服务卜争逸 上 注册服务 ： 可 。 l 查找服务 l 妻 利事 、f 。 。矽心 基 j j 。 【础 用l 件 设 l 通 施 l 发现，加入和安全服务 l 知 盯 n 阶 i 一 ( 3塾哒日 j j ! ! 堑塑旦j 客户每卜蚓 服务提供者 j v m 联艘 图1 7j i n i 的工作原理 h a v i ( h o m ea u d i o v i d e oi n t e r o p e r a b i l i t y ) 是s o n y 公司联合日本、欧洲的 8 家r r 和家电企业制定推出的面向家庭数字化趟，产品的网络互联规范，建立 在i e e e l 3 9 4 的底层协议基础上，侧重点是在数字音视频内容的传送以及对该 内容的操作，典型的应用在数字电视、数字录像机、数码相机上，容易实现家 庭娱乐设备间无缝连接，它的特点是能保证高质量的音视频流传输，同时实现 家庭设备热插拔功能( h o t p l u g - a n d p l a y ) ，h a v i 体系结构如图1 - 8 所示，1 3 9 4 通 信介质管理器( c o m m u n i c a t i o nm e d i am a n a g e r ) 用来协助和管理i e e e l 3 9 4 网 络，负责收发网络通信的数据包，消息系统层( m e s s a g es y s t e m ) 主要负责协 调运行在h a v i 设备应用软件上的消息，事件管理器( e v e n tm a n a g e r ) 负责传 递事件来体现网络和软件状态变化，注册中心( r e g i s t r y ) 用来管理和注册h a v i 网络上提供的服务信息，流管理器( s t r e a mm a n a g e r ) 负责在i e e e 总线同步传 输连接管理，资源管理器( r e s o u r c em a n a g e r ) 用来处理h a v i 软件上用户的需 求，设备控制模块( d e v i c ec o n t r o lm o d u l e ) d c m 用来控制家庭设备接入h a v i 网络，h a v i 通过功能组件模块( f u n c t i o n a lc o m p o n e n tm o d u l e ) f c m 提供的标 准化接口来操作设备上的功能，h a v i 应用实际上是通过获取功能组件模块f c m 来控制设备【堋。 9 广东省数字家庭互联互通协议g d h o m e i c p 的制定与实现第1 章综述 ! ) ( 二j 三二) ( ( = 罔罔罔罔冈 黯劬“竹圳 l 兰竺竺竺坠二 甲台时。 一一a r i 图1 8h a v i 体系结构图【1 7 】 h a v i 的工作原理是利用了i e e e l 3 9 4 作为传输媒介，和u p n p 、i g r s 不同 的是没有选择i p 作为h a v i 协议中的网络协议，而是采用l i f t ( i n t e m e t e n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 完成口数据在l i e e1 3 9 4 上传输规范，再通过消息流 管理机制处理，为了让家庭网络中的非i p 设备能访问i n t e m e t ，h a v i 定义了一 套特殊的w e b a c c e s s a p i 应用到有i p 协议栈的设备一h ，如p c 和数字电视。非 i p 设备可以通过有i p 协议栈的设备作为代理传递网络协议来访问i n t e m e t 。在 h a v i 网络中，至少有一台设备被指定为注册中心，用来负责管理家庭网络中的 其它设备。登记了何种设备在何处、能完成什么任务等相关信息，并根据设备 状态的变化自动更新注册信息。h a v i 采用了模块化设计，每台设备可以安装不 同的软件模块，h a v i 同时也定义了应用软件和设备控制模块的j a v a 编程环境， 可以保证应用软件灵活的配置在不同的h a v i 设备上【1 8 1 。 1 - 3 3 0 s g i o s g i ( o p e ns e r v i c eg a t e w a yi n i t i a t i v e ) 开放服务网关，是由e r i c s s o n 、c i s c o 、 i b m 、n o r t e l 、s i e m e n s 等多家公司为连接i n t e m e t 上的商业服务和下一代智能信息 家电定义一个开放的标准。o s g i 具有平台独立、应用独立、高安全、多任务、 兼容不同局域网协议( 如蓝牙、i e e e l 3 9 4 ) 和支持多种设备连接技术( u p n p 、j i n i ) 的优点。o s g i 坝t 重于从远程服务提供商到本地设备之间端到端的完全解决方案， 专注于提供一个开放的应用层和网关接口并加强了局域网络标准和规范，o s g i 广东省数字家庭互联互通协议g d h o m e i c p 的制定与实现 第1 章综述 制定的主要目标是把广域网上的服务部署到局域网或设备上。实际的应用中，可 以把o s g i 和u p n p 、j i n i 的结合起来把i n t e m e t 上的内容引入到家庭网络中。 c o r eb u n d l e sl i b r m tb u n d l e s a p p l i c a t i o nb u n d l e s 们 |ig- 呈 j 营 善 磊 n 8 蔓 ； 量 喜 璺 募 奄 i 岔 器 o p e ns i v i e 。p i a f f o r m ( o s o if r a m e # 。r k ) j a v a v f i l u a lm a c l a i n e ( j 田 e m b e d d e d o s h a r d w a l - e 图1 9 0 s g i j 艮务平台的体系结构 如图1 9 所示，o s g i ) 艮务框架利用j a v a 的平台独立和动态代码装载特性，易开 发和配置小内存设备的应用程序。服务框架提供了一致的开发应用程序的编程模 型，通过分离服务细节( 接口) 及其实现过程，便于服务的开发和使用，它包含了不 同的服务包( s e r v i c eb u n d l e s ) 来实现服务的远程控制。o s g i j r 务框架是运行于 j a v a 虚拟机上的，而应用服务则运行于具体的o s g i 服务框架软件之上。设备获取 ( d e v i c e a c c e s s ) 服务可以使操作者更新、安装或卸载远程设备驱动程序，日志 服务( l o g s e r v i c e ) 提供给用户关于o s g i 网络环境的信息，h t r p j j 艮务提供给用 户获取i n t e m e t 或其它网络上的内容。服务框架还提供生命周期管理功能，允许应 用程序开发商将应用程序分成小的自安装组件( b u n d l e ) 。组件( b u n d l e ) 能按 需下载，并在不需要时能删除，这一动态特性使得设备上的软件具有可扩充性【2 0 1 。 o s g i 服务网关嵌入的w 曲服务包来控制家庭网络的装置，和传统家用路由器 最大不同是，当家庭网络中增加了新的装置时，服务网关要能自动侦测到，并且将 这个装置的驱动程序服务包( d e v i c ed r i v e rb u n d l e ) 下载安装。服务网关管理着多 个o s g i 的服务包，每一个服务包对应着特定设备类或协议。通过这些服务包不 仅可以通过网络或其他协议控制各种设备，并且实现了与其他设备互联协议如 j i n i 、u p n p 的互联互通。 1 1 广东省数字家庭互联互通悱议g d h o m e l c p 的制定与实现 第1 章综述 1 4 论文结构 本文的章节结构如卜： 第一章，综述。主要介绍课题的项目背景、国内外在数字家庭互联互通协 议方面的研究现状及存在的问题，简要的介绍了数字家庭相关技术和标准的基 本原理； 第二章，广东省数字家庭互联互通协议g d h o m e l c p 的制定。本章详细的 介绍的g d h o m e l c p 的制定过程及其工作流程，并和u p n p 和i g r s 进行了分丰斥 与对比： 第三章，广东省数字家庭互联互通协议g d h o m e l c p 的实现。本章分模块 的介绍了g d h o m e l c p 协议栈的实现过程，并构建了灯泡设备模型，解析了协 议栈在智能家电远程控制方面的工作流程； 第四章，g d h o m e l c p 协议栈的应用。本章的内容是结合了u p n p 和i g r s 的音视频架构( a u d i ov i d e oa r c h i t e c t u r e ) ，提出了g d h o m e l c p 在开发数字家 庭多媒体系统方面的应用框架，并仿真演示了媒体服务器和媒体播放器实现过 程； 第五章，总结与展望。本章总结g d h o m e l c p 协议栈的优缺点及有待改进 的方面，并提出了g d h o r n e l c p 今后的研究点。 广东省数字家庭互联互通协议g d h o m el c p 的制定与实现第2 章广东省数字家窿互联互通协议g