（电路与系统专业论文）中间件在家庭网络中的应用[电路与系统专业优秀论文].pdf

原裂性声臻 本人郑重声明；所呈交的学位论文。是本人在导师的指导下，独 立进行磺究所取簿斡残暴。豫文串器经注臻萼 震匏蠹容辨，本论文零 包含任何其他个人线集体已经发表或撰写过的科研成粜。对本文的研 究律密爨要贡麸翁令人蠢集嚣，均已在文孛溪甓确穷式标鹱。车声唆 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：盅整日期；论文作者签名：! 堑箜日期； u o 羹c 、i 、 关予学位论文使耀授权的声嗔 奉入完全了瓣m 东大学有关保留、使掰举莅论文豹瓶定，嗣意学 校保馨或向国家有关部门或机构送交论文的复印件私电子版，允许论 文被套阕和簧螽；本人授权出衷大学胃班将本学位论文熟全都或煞分 内容编入有关数据麾3 装行检索，可以采用影印、缩印或其他复制葶段 糅存论文鞠汇编搴学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：! 盏叠导师籀名： 摘要 信息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、互操 作的要求i n t e r n e t 技术的渗透促使家庭网络的出现实现家庭网络的关键是家庭 网络中问件技术目前世界上已经出现了不少中间件技术，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 ，a l c a t e l 等公司提出的o s g i 规范等通过研究 这些技术，实现设备连接控制操作简单化、智能化，对加速信息家电的普及，提高 家庭信息化水平有着重要意义 家庭网络中间件主要用来屡蔽家庭网络的硬件连接方式。为上层应用开发提供 统一的接口，并实现信息设备的自动发现、智能控制u p n p 技术是具有代表性的家 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 ，s s d p ，g e n a 等，实现了联网的信息设备间自动组网，声明、 发现、信息交换、简单互操作等功能同时由于微软公司在它的操作系统中加入了 对u p n p 技术的支持。因而具有非常好的发展前景本文重点研究了u p n p 技术的基本原 理和实现机制并召e a t i n a vs d k 的基础上实现了一个u p n p 洗衣机设备 关键词：u p n p ；家庭网络：x m l ；a t i n a vs d k t h e 咖l o l 肌to fd i g “t 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 gt h e m i n t c m c tt h n n l o g ya d v a n c e m e n tm a k e sh o m e8n e t w o r kf r o m 曩n e t w o r k j o i n t t h ek e yo f h o m en e t w o r kr e a l i z a t i o ni st h eh o m en e t w o r km i d d l c w a 地t e c h n o l o g y m a n yf a l t i o u s i n f o r m a t i o nd e v i c ec 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 州t e c h n o l o g ya n df 聊m e a n s t 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 p h a sp r o v i d e d j i n i ，s o n yc 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 w t e c h n o l o g i e s ，t o r 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 do o n p e r a t i o na m o n gi n f o r m a t i o n a 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 1 r h e yw i l la c c e l e r a t et h e p o p u l a r i t yo f i 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 f h o m en 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 o n d e a to fa n yh a r d w a r ea n dn a 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 fi n f o r m a t i o n a p p l i a n c e s a n d 协p 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 rt h ea p p l i c a t i o n o nt h eh i g h a tl a y e r , a n dt or e a l i z e s i m p l ec o n n e c t i o na n di n t e l l i g e mc o n t r o la m o n g i n f o r m a t i o nd e v i c e s t h eu p n pt e c h n o l o g yi st y p i c a li na l lh o m en e t w o r km i d d l e w a r e t e c h n o l o g i e s i tb a s e s0 1 1t c p 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 co fs o i t i c 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 乙s o a p , g e n aa n ds oo n w 赫u p n p ad e v i c e 锄d 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 ni pa d d r e s s , c o n v e yi t s c a p a b i l i t i e s a 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 rd e v i c e s - a l l a u t o m a t i c a l l y a n t rad e v i c ew i t hu p n pc a nc o m m u n i c a 扯w i t h o t h e rd e v i c e sa n dc o n t r o l o t h e rd e v i c e ss i m p l y b e c a u s em i c r o s o f ts u p p o r t su p i l p 缸i t so p e r a t i n gs y s t e m i th a saw - t yg o o df u t u r e 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 i l p w i t ht h eh e l po fa t i n a vs d k jr e a l i z e da n u p l i pw a s h i n g m a c h i n eb yp r o g r a m m i n g 2 1 1 课题背景 第一章绪论 随着计算机普及和互联网技术的发展，。信息家电( i n f o r m a t i o na p p l l a n c e 1 ) 逐渐走入人们的生活中信息家电是家用电器和个人计算机的融合是信息( 包 括知识、文献、图形，图像电视或声音) 方面的特制器具是为执行音乐、照片或 文字等特定活动而设计的器具一切与因特网相连的设备都可以称为信息家电 i n t e r n e t 技术向家庭的渗透也促使家庭从网络的端点扩展为一个网络，形成了家庭 两络( h o m en e t w o r k ) “ 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 源控制设备和安全报警控制设备等相连接，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( 郎最后 一公里接入) 解决方案有m 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，一类是无线方式有线方式包括：电话线、u s b 、 i e e e l 3 9 4 、电力线和同轴电缆等；无线方式包括蓝牙技术、i r d a h o m e r f 和i e e e s 0 2 i i 等 实现家庭网络的关键是家庭网络中间件技术家庭网络中的信息家电种类繁 多，组网方式也多种多样，而普通用户并不具有配置这些网络的专业知识因此， 家庭网络中间件技术首先要屏蔽信息家电下层的各种硬件设备和连接技术另外家 庭网络中间件还要使各种家庭网络信息设备更容易接入网络，且操作简单智能 研究家窿网络中阊件技术。懈决设备阃互联、互通、互操作阁题，实现设备连接控 制操作简单化、智能化- 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 i 2 田内外研究现状 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 r i 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t 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 i l p 论坛：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 等公司提出的卧v i ，提供一套完整的家庭数字化 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 备问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0 s g i ，d v h m p ，o p e n c a b l e 等 目前，国内也出现了类似的标准：闪联n ( i n t e l l i g e n tg r o u p i n g a n dr e s o u r c e s h a r i n g 。i g l l s ) 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：而且联网的设备可以共享各自拥有的信息资 源和功能资源 1 3 研究内容及章节安捧 本文主要研究了u p n p 技术的基本概念、工作机制，并在a t i n a v $ 0 k 的基础上设 计了一个l i p n p 电视机的应用实例 本文首先介绍了家庭网络的组成及家庭网络中间件技术的研究和发展状况。然 后从核心概念、体系结构，工作过程等方面分析了u p n p 的基本原理，重点研究了u p i l p 的实现机制，并实现了一个u p n p 洗农机的设备实例 本论文的章节安捧如下： 第一章介绍本课题的研究背景，田内外研究的现状，本课愿的研究内容以及本论文 的章节安捧 第二章介绍了家庭网络中间件技术的研究和发展状况 山东大擘硕士掌位论文 第三章主要分析了u p n p 的基本原理首先探讨了u p r i p 的两个基本特点：即插即用，通 用，简单介绍了u p n p 论坛情况、u p r i p 网络的组成、u p n p 的关键技术重点讲述 了u p l l p 的三个核心概念：设备、服务、控制点，详细分析了i l p n p 协议栈及其所用 的协议，最后简单阐述了u p n p 的工作过程 第四章研究了u p i l 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 第五章介绍了a t i 眦vs d k 的编程思想 第六章在a t i n a vs d k 的基础上实现了一个u p n p 洗衣机设备并讨论了对其进行控制的 方法 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 ， 2 1 中间件技术概况 第= 章家庭网络中问件 家庭网络中问件( h o m e n e t w o r k m i d d l e v a r e ) 与通常所说的中闻件并没有本质 的区别，它主要实现网络中不同硬件与操作系统平台的互操作性，并提供智能化的 管理和控制功能网络中问件的对象是家庭或小型商用网络。其环境与通常的企业 网络环境有很大不同：企业网络中的计算机品种单一。家庭网络中的信息家电种类繁 多：企业网络到目前为止无需面对无线与有线的抉择反而可以兼收并蓄；企业网络 的操作复杂一点没关系，因为不要求所有员工都会上同。但如果网络引入家庭的每 个角落，那它的操作一定不能太复杂所以家庭网络中间件在屏蔽硬件设备与连接 技术的不同之外还有一个重要任务，那就是使各种家庭网络信息设备更容易接入网 络，且操作必须简单、智能，在需要的时候还能够随时使用在o s i ( 开放系统互联) 参考模型中，家庭网络中间件处于七层结构的表示层，即处于应用层以下它用来 屏蔽底层硬件，使得应用程序可以在具有通用接口的中阔件平台上运行。同时支持 各种信息家电之间交互控制信息和媒体内容为了提高不同系统之间的互操作能力， 涌现出有很多家庭网络中间件规范，其中包括0 s g i ，u p n p 。l a v i 。 i n i ，o p e n c a b l e ， d v b - n h p ，v e s 九s b i u t a t i o n , j e t s e n d 等在这些中间件规范中，根据设计目的、 覆盖范围和出发点不同，可以大致分为两类：一类是以住宅冈关为中心形成的集中式 控制的家庭网络中阃件规范，如o s g i ，d v b - ) 哪q ) ，o p e n ( a b l e 等：另一类是分布式控制的 家庭网络中阃件规范，如u p l l p ，j i n i ，l l v i 。s a l u t a t i o n , j e t s e n d 等他们致 力于设备与设备之间的自动识剔与相互通信，设备间构成的是对等连接在通常的 家庭网络中，住宅网关的存在是不可避免的，它可作为家庭内部网络的惟一入口： 并且能控制所有的信息家电设鲁，所有的信息家电以它为中心成星形分布o s g i 主 要针对住宅网关应用层它可以运行在各种住宅舟关设备上，除了那些可以充当住 宅罔关的设备，如p c 等，更多情况下会使用一些专门或定制的同关设备在没有p c 的情况下，同样可以通过各种同关设备捂建家庭网络如果有p c ，p c 就成为与其他 信息家电一样的网络终端 与o s g i 相对应的是d v b - i m p 和o p e n c a b l e ，不同的是后两者的中间件平台主要基 于机顶盒或数字调翻解调器，通过卫星或有线电视网络实现家庭内部网络与外部同 的互联欧洲的i ) v s - i e l p 与美田的o p e n c a b l e 看上去更务实，除了中问件平台，它们 还提供与之相关的各项数字电视传输标准。所以不像o s g i 那么通用o s g i 是从互联 网角度提出的，但互联网到目前为止主要寄生在通信网络上。其处理数据的能力较 强而后两者主要基于广播电视网络，在音视频传输方面有着独特的优势在o s g i 。 d v b - 删p 和o p e n c a b l e 住宅网关的模式下，家庭网络是以集中控制的形式实现的它 们的定义是自上而下先从平台的角度出发，再定义具体的接口和服务的而u p r i p h a v i 。j i m 等则首先提出了设备与设备之问的对等连接，以及设备连入网络后的自 动识别与即插即用在它们对等传送的思路下，家庭内部网络中的任意两台信息家 电设备之间都可以相互逶信，并且可以扩展到i n t e r n e t u p n p 。j i n i ，x a v i 是目前 解决家庭内部网络的较有影响的协议层规范，世界许多著名i t 厂商已加入这几个标 准中。它们对今后家庭网络的整体应用框架会有较大影响在下面的章节，本文将 详细介绍u p n p 的基本概念，工作过程和工作机制 另外在国内也成立了与u p n p 论坛进行类似工作的标准化组织一一闪联，闪联 全称是。信息设备资源共享协同服务”( i n t e l l i g e n tg r o u p i n ga n dr e s o u r c e s h a r i n g ，i g r s ) 标准工作组于2 0 0 3 年7 月由联想、t c l ，康佳，海信，长城五家企 业发起，7 家单位共同参与正式成立其甘标是在。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、资源共享和协同服务”方面进行标准化工作 目前，闪联标准工作组在标准制定、应用开发平台、测试和认证工具、验证系 统方面均已经开展了相关工作 闪联标准工作组已经完成了闪联标准框架定义，闪联标准框架中的基础协议中 大部分协议的制定完成了包括控制类，文件应用类、音频视频静止图象应用类应用框架 的制定并已经完成了包括w i n d o w s9 8 2 0 0 0 x p ，w i n d o w sc e ，l i n u x 等在内的各 种操作系统下的基础协议实现及相应的a p i 库的开发。已经可以支持闪联应用程序的 开发和调试 当奎銮耋翟主主簦鎏塞 闪联标准工作组在后续的工作中将围绕移动、8 d - h o c 、对等的网络特性开展相 关技术研究，目标在于将尽可能多的业界成熟或先进的技术引入到闪联标准体系中， 从而使得闪联标准尽可能的与业界成熟标准兼容目前。闪联标准工作组将着重研 究闪联标准体系与u p n p ， d - h o c 网络技术，对等计算技术方面的兼容与互操作 2 2 本章小结 本章主要介绍了家庭网络中问件技术，然后介绍了各种家庭网络中间件技术的 研究和发展状况，根据出发点和设计目的的不同存在两类技术规范：一类是以住宅 网关为中心的集中式控制的；另一类是分布式控制的，形成的是对等网络连接并介 绍了国内家庭网络中间件标准化组织：闪联 3 1i p r p 介绍咖“m ”哪 第三章u p n p 技术 u p n p ( u n i v e r s a lp l u ga n dp l a y ，通用即插即用) 是针对智能家电、无线设备以 及各种外观尺寸的个人电脑的普遍对等( p e e r - t o - p e e r ) 网络连接而设计的一种架 构它旨在为家庭、小型企业，公共场所中或连接到互联网的a d - h o c 网或未管理网 络提供易于使用，灵活且基于标准的连接u p n p 是一个充分利用t c p i p 和w e b 技术的 分布式开放型网络体系，除能够在家中，办公室和公共场所联网设备之间的完整控 制和数据传输之外，还可建立无缝紧密的网络 u p n p 不仅仅是即插即用模式的简单扩展它设计用于支持零配置、“不可见” 联网，以及对众多厂商的广泛设备类型的自动发现这就意味着，一台设备能够动 态加入一个网络，获取一个i p 地址，通报其功能，井了解其它设备的存在和功能 阴c p 和d n s 服务器为可选服务器，仅当他们在网上存在时可用最后，设备能够顺利 地离开网络，而不会造成任何不期望的影响 u p n p 充分利用了包括i p ，t c p u d p 、耵t p 和x m l 在内的互联网组件i p 协议凭借 其以下的能力两成为i p n p 的一个有力选择；跨越不同的物理媒体支持多厂商互操 作，以及实现与互联网、大量家庭和办公室内联网的协作融合等等u p n p 的设计明 确用于支持这些环境此外，u p n p 还可通过桥接方式支持运行i t i p 协议的媒体 u p n p 的通用性是指：不使用设备驱动程序而使用通用协议；u p n p 网络不依赖 于任何媒体；u p n p 设备可以在任何操作系统上采用任何编程语言来实现；u p n p 并未 针对运行于控制点上的应用而指明或限制a p i 的设计，操作系统厂商可以创建满足其 客户需求的a p i ：u p i l p 通过使用测览器和传统应用程序控制使厂商能够实现与设备 的交互 一当銮銮耋璺主兰笔鲨塞 3 2 u p r i p 论坛( - n u p n p o r g ) u p n p 论坛是一项业界发起的计划，致力于在众多不同厂商的独立设备和个人计 算机之间轻松建立连接u p n p 论坛寻求开发描述设备协议和基于x 札的设备描述的标 准，以便在一个可伸缩的网络环境中实现设备问互操作 u p n p 论坛设立了专门的工作委员会这些工作委员会负责制定建议设备标准、 构建范例实施，以及构建适当的测试套件u p n p 厂商能够凭借共享知识产权构建出 符合一致性要求的设备如不参加标识计划，厂商还可以构建符合u p l l p 设备架构的 设备t 而不用通过正式标准程序如果厂商构建非标准设备，将由他们自己制定技 术决策 目前已有7 0 0 多家公司加入了u p n p 论坛。由于微软在其操作系统中加入了对u p n p 的支持，使得u p n p 技术具有非常好的发展前景 3 。3u p i l p 的网络组成 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 l p o i n t ) 这三个基础部分组成它们之间的关系如图3 1 所示 3 3 1 设备( d e v i c e ) u p n p 最基本的概念是设备模型一个u p n p 设备可以看成一个包含服务并嵌套了 常规设备的。容器”例如，一个洗衣机设备可能包括电源服务、洗衣服务、设置 参数服务和停止服务设备可以是物理的设备，比如数码相机，也可以是逻辑的设 备，比如运行于计算机上的软件所模拟的录像机设备( 本文的实例就是运行在计算 机上的洗衣机设备) 就是说，u p n p 之下的设备不能仅仅理解为硬件意义上的设备， 而应当包括服务功能另外，设备也可以包括其他子设备形成嵌套 不同类型的u p i l p 设备关联不同类型的服务和嵌入设备，例如打印机和v c r 属于不 同用途的设备，它们的服务就不可能一样u p n p 论坛不周工作委员会就负责不同类 型设备的服务的标准化一个设备由用x 札写的设备描述文档来表示，设备描述文栏 当銮銮主要主主磐鲨茎 包含设备的基本信息，一个或多个服务的详细信息 3 3 2 服务( s e r v i c e ) 设备执行用户请求的过程，可划分成一个个很小的阶段或单位，每个单位就称 为一个服务每一个服务，对外都表现为具体的行为和模式，而行为和模式又可以 用状态变量值进行描述例如模仿一个时钟。它只有一个工作模式，该模式就是模 拟并显示当前的时间，它有一个的状态变量，当前时问c u r r e n t t i m e ，和两种行为： 设置时间( s e t - t i m e ) ：得到时间( g e tt i m e ) 同设备描述一样。服务也是用x m l 写的 服务描述文档来表示的。u p n p 论坛负责对这些服务进行标准化在设备描述文档中 包含有一个指向服务描述文档的指针( u l l l ) 一个设备可以定义多个服务 舶3 i 呼嵋控制点、设备展务 在u p n p 设备中服务由状态表( s t a t e t a b l e ) 、控制服务器( c o n t r o ls e r v e r ) 和事 件服务器( e v e n ts e r v e r ) 组成状态表通过状态变量来描述服务状态，当状态变化 时更新状态变量控制服务器接收并执行动作请求( 例如s e t t i m e ) ，更新状态表，然 后给出响应事件服务器负责向对该事件感兴趣的设备公布所发生的状态改交例 如在火警警报服务中，一个火灾事件发生后t 事件服务器就向火灾报警器发布这个 事件，导致报警器动作产生报警信号 当耋盔主霉主主丝鎏塞一一 3 3 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：取得设备的描述信息并得到所关联的服务列 袁；取得相关服务的描述；调用控制服务行为确定服务的事件一源”，不论何时。 只要服务状态发生改变，事件服务嚣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 y c l i e n t ) 、描述客户程序( d e s c r i p t i o nc l i e n t ) 和命令转换器( r e h y d r a t o r ) ，还可以包含可视化导航程序、事件订阅客户程序、谢 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，控制点所 在的设备也可以同时是受控设备受控设备软件至少包括发现服务器( d i s c o v e s e r v e r ) 、描述服务器( d e s c r i p t i o ns e r v e r ) 、控制服务器( c o n t r o ls e r v e r ) 以及展 示服务器( p r e s e n t a t i o ns e r v e r ) 、事件订阅服务器( e v e n ts e r v e r ) 、事件源( e v e n t s o u r c e ) 等非u p n p 兼容的设备亦可通过专用的u p n p 桥设备表现为【f p r i p 兼容设备。 因此也称为桥后设备( b r i d g e dd e v i c e s ) 几种设备的关系如图3 2 所示 、：二二： 二= = ：二j 当奎蛰璺土主堡垒塞： 3 j i iu p n p 协议栈 i j 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 独立于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 虬来对设备和服务进行统一的描述， m 驯办议来进行u p r i p 设备间的信息交互采用 这些协议能减少开发u p n p 设备的工作量，使u f n p 设备更好地融入现有网络u p n p 协 议栈如图3 3 所示 露爱刁厂- i 鬲 趟l 崮l 舞歉lll ! 刿 二二j 二二 口 墨3 3 珊l 科b 谈棱 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 ， i f r t p u ，h t t p 删，属于传送协议层传送的是内容经过“封装”后，存放在特定的x m l 文件中对应的s s d p 。g 硎a ，s o a p 指的是保存在x m l 文件中的数据格式第四层是u p n p 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b p n p 论坛的各个专门委员会的设备定义层在此论坛中不同类型 的设备由不同的专门委员会定义，例如：电视委员会只负责定义网络电视设备部分 空调器委员会只负责定义网络空调设备部分所有不同类型的设备都被定义成一个 专门的架构或者模板，供刨建设备的时候使用进入这一层，设备己经被指定了用 途现在l 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 b 些銮查主要主主磐鎏塞 类电子设备等等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，是由设备制造厂商来制定和 执行的底层代码t 。填充。由u p n p 设备制造厂商定义的部分这部分一般有设备厂 商提供的设备控制以度名称、序列号，厂商信息等 3 毛2 使用的协议 t c p i p t c p i p 协议栈是u p n p 协议栈的基础通过使用? c p i p 协议，u p n p 具有 了跨越不同同络物理介质能力，同时也保证了各设备商制造的设备具有互操作能力 u p n p 设备可以使用许多t c p i p 协议栈的协议和服务。如：i p 。t c p 。u b p ，i g 咿，a r p 。 d h c p 和d n s 等? c p i i p 是非常重要的、使用非常广泛的网络协议，有许多人具有t c p i p 开发经验，这使建立在t c p i p 基础之上的u p n p 设备开发交得相对容易 h t t p h t t p l i ，h t t p w ut c p i p 为u p n p 设备网络连接提供最基本的协议。h t t p 是因特网非常重要的协议之一u p n p 所有方面都是建立在h t r p 或其变种上t l t t p u 和t l t t p i l u 都是h t t p 的变种，它们使用u d p i p ，而不是t c p i p 来传递信息这两个协 议都在s s d p 协议中使用，它们所传递的消息格式同h t t p 消息格式是一样的不同的 是，h ? t p u 是在u d p 上实现普通的m p 协议传输，h t t p m u 是在u d p 上实现h t t p 的多址传 输。上层不关心其传输的可靠性 s s d ps s d p ( s i m p l es e r v i c ed i s c o v e r yp r o t o c 0 1 ) 主要定义了在网络中怎样发 现网络服务s s 卯是建立在h t t p u 和h t t p w u 基础之上的，它为控制点怎样在网络上搜 寻自己感兴趣的资源，为设备怎样在网络上发布自己的存在定义了方法s s d p 定义 了两种基本的方法：搜索请求和存在宣告，两者缺一不可因此，每个控制点在保持 网络负载很轻的情况下拥有整个网络可用资源的完整信息控制点和设备都使用了 s s d p 协议控制点在刚加入网络时，通过盯t p 姗广播- - f s s d p 的搜索请求。来发现 网络上可用的设备和服务控制点能够通过调整搜索请求来只发现某一类型的设备 ( 如v 俅) ，某一特定的服务( 如带有对钟服务的设备) 。甚至莱一特定的设备( 特殊的 名称) 设备负责监听广播蛸口( 1 9 0 0 ) ，当收到一个搜索请求对。首先检查自己 是否与搜索请求匹配，如果匹配，则通过 m 甲u 发送一个响应给控制点类似地，设 i 省奎盔主要主主丝迨茎一 鲁刚加入网络时，广播一个宣告消息来公布它所支持的服务设备描述文档包含有 设备所支持的服务和属性，设备宣告消息和设备响应消息都包含有一个指向设备描 述文档的指针s s d p 除了提供设备和服务发现方法外，还提供了设备及其服务平滑高 开网络的方法( b y e - b y e 通知) 和超时删除过期信息机制 6 e n g e n ( g e n e r i ce v e n tn o t i f i c a t i o l la r c h i t e c t u r e ) ，通用事件通知体系 结构，提供了通过h t t p 和广播u d p 来发送和接收事件通知的机制，定义了事件订阅者 和事件发布者这两个概念 在o p n p 中刨建存在公布消息和服务状态变化时需用到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，该请求通常须指明订阅哪一 个服务、事件通知返回的位置和订阅服务时阔同时事件订阅者也可发送一个请求 取消事件订阅 s o p s o p ( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c 0 1 ) 简单对象访问协议的缩写。提 供了使用x 1 4 l 和h t t p 来进行远程过程调用的方法它运用了i n t e r n e t 上存在的结构框 架，能够很好地与防火墙和代理协调工作，运用了安全套接字( s s l ) 来保证安全，也 运用了h r t p 的连接管理机制使锝在整个i n t e r n e t 上的分布式通信如同获取网页一样 简单 在u p n p 中使用s o a p 非常像远程过程调用，首先是控制点发送一个控制消息给设 备，设备执行完成后发送一个结果或错误信息给控制点每一个u p n p 控制请求都是 一个s o a p 消息，它包含有要调用的动作及参数；每一个控制请求响应也是一个s o a p 响应，它包含有状态和返回值，以及其他返回参数等 x m lx m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) ，可扩展标记语言，是w 3 c 的一个标 准，它为髓b 上结构化数据定义7 统一的格式，也是将结构化数据转化为文本文件的 方法x m l 很像h t m l ，运用了标记和属性，不同的是x 札的标记没有赋予全球统一的 意义，只有在调用时才被解释- 3 c 已经定义了把x 札作为s c h e m a 语言的方法x i i l 也是u p n p 核心的一部分，在设备和服务描述、控制消息和事件通知中都有应用 3 5u p i i p 的工作过程 u p n p 定义了设备之闯、设备和控制点、控制点之问通信的协议完整的工作过 程包括六个阶段即设备寻址、发现、描述，控制、事件触发和展示设备寻址是 整个u p r i p 系统工作的基础条件。每个设备都应当是d i i c p ( d y n a m i c h o s t c o n f i g u r a t i o np r o t o c o l 动态主机配置协议) 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i p 地址如果不存在d h c p 服务器，设备将使用 自动i p 获得i p 地址当然，设备也可自己指定i p 地址设备也可定义。友名。这 时需要d n s 服务，一个设备可能包含有一个d n s 客户端，并可能支持它的名称到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它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 都是一条发现消息，它仅包含关于设备很少的信息，如设备类型、设备名称和一个 指向设备描述文档的指针在控制点己经。发现。了一个设备之后仍然对设备了 解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一般都是由设备的制造厂商 提供的设备的描述信息包括：控制的模块名称和设备序列号、制造厂商名称、厂商 w e b 的u l l l ，以及所嵌入的设备或服务的描述信息和设备控制、事件和展示的u r l 这 些信息一般都存放在特定的) 眦文件中 控制指针找到设备描述之后，会从描述中。提炼”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，这些描述必须是很确切、很详细的，描述中可能包含 有命令或行为列表、服务响应信息和用到的参数等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，控科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) 眦文件中的那些 s o k p 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，只要交量值发生了变化或者模式的状态发生了改变， 一省奎盔兰璧主主鳘鎏銮一 就产生了一个事件，系统将侈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订阅事件信息，保证将 该控制点感兴趣的事件及时准确地传送过来 广播或订阅消息，传送的都是事件消息事件消息也放在x m l 文件中，使用的格 式是g e n a 另外，设备投入工作之前的准备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消息传送的 只要得到了设备的描述u r l 就可以取得该设备展示页面的u r l ，将此页面下载到 用户的本地浏览器上，可以察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 。 3 6 本章小结 本章主要分析y t 驴n p 的基本原理首先探讨7 u p n p 的两个基本特点：即插即用、 通用简单介绍了u p n p 论坛情况然后介绍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 i i p 的一些关键术语，u p n p 协议 栈及其所用的协议最后简单阐述了u p n p 的工作过程 1 7 第四章u i h m p 的工作机制。1 u p f l p 定义7 设备和控制点进行交互的六个阶段，分别是寻址，发现、描述、控 制。事件触发和展示下面将详细介绍他们的工作过程 t l 寻址( a d d r e s s ) 寻址是u p n p 网络的第1 步设备通过寻址来获得一个网络地址寻址支持发现 ( 第2 步，控制点发现感兴趣的设备) 、描述( 第3 步，控制点对设备功能进行了解) ， 控制( 第4 步，一个控制点将命令发至设备) 、事件触发( 第5 步，控制点监听设备 状态的变化) ，以及展示( 第6 步，控制点显示设备的一个用户界面) 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 i f c p 服务器如果有一个 可用的d f f 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， a u t o - i