（计算机软件与理论专业论文）家庭网络多媒体管理规范与模型的研究与应用.pdf

家庭网络多媒体管理规范与模型的研究与应用摘要 论文题目：家庭网络多媒体管理规范与模型的研究与应用 专业：计算机软件与理论 硕士生：陈君晖 指导教师：罗笑南教授 摘要 随着网络技术的发展，网络技术逐渐渗透到各种各样的家庭应用中，家庭网 络逐渐成为行业的热点。作为家庭网络中的一项重要内容，家庭网络中的多媒体 管理成为了家庭网络的核心技术之一。越来越多的家电设备加入到家庭网络后， 各种家电设备存储的多媒体资源也随之增多。如何集中统一的组织和管理越来越 多的多媒体资源成为一个亟待解决的问题。目前国内外一些研究机构和企业提出 了家庭网络的解决方案，但是在多媒体管理方面并没有详细的技术方案。 本文结合国家标准家庭网络第5 部分：多媒体与数据网络通信协议规范 的编制工作，研究主流的通用即插即用( u p n p ) 多媒体管理机制，通过分析发现其 在搜索全局多媒体资源存在效率低下的不足，同时对多媒体应用缺乏服务质量的 保证，考虑目前国内家庭网络的实际发展和应用情况，本文首先研究现有的家庭 网络多媒体管理模型的特点，针对其不足设计了基于中心节点的家庭网络多媒体 管理模型，详细阐述了中心节点、多媒体控制点、多媒体服务器和多媒体播放器 四种逻辑功能实体的结构组成和服务内容，并结合实际应用场景设计了多媒体设 备之间的交互模型。其次，本文设计了基于中心节点的家庭网络应用层的服务质 量优先级模型，以满足在家庭网络中的多媒体应用服务质量需求，并提出了基于 中心节点的资源抢占策略，综合考虑抢占的连接数量、优先级和带宽等因素，从 全局优化资源抢占策略。最后，本文结合设计的规范和模型，设计并实现了基于 中心节点的家庭网络多媒体资源共享系统，通过具体应用展示了家庭网络多媒体 管理的架构和实现方法，并结合系统进行实验测试，验证了基于中心节点的家庭 网络多媒体管理模型在全局多媒体资源搜索的高效性。 关键词：家庭网络、中心节点模式、通用即插即用，多媒体管理、服务质量 r e s e a r c ha n da p p l i c a t i o n so l ls p e c i f i c a t i o na n dm o d e l so f m u l t i m e d i am a n a g e m c mi nh o m en e t w o r ka b s t r a c t t i t l e ： m a j o r ： n a m e ： r e s e a m ha n da p p l i c a t i o n so ns p e c i f i c a t i o na n dm o d e l so f m u l t i m e d i a m a n a g e m e n ti nh o m en e t w o r k c o m p u t e rs o t t w a r ea n dt h e o r y j u n h u ic h e n s u p e r v i s o r ：p r o f x i a o n a nl u o a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n ta n dp o p u l a r i z a t i o no fn e t w o r kt e c h n o l o g y , r e s e a r c h e so n h o m en e t w o r kh a v eb e c o m eah o t s p o t a sa ni m p o r t a n tp a r to fh o m en e t w o r k , m u l t i m e d i am a n a g e m e n ti nh o m en e t w o r kb e c o m e st h ec o r et e c h n o l o g yo fh o m e n e t w o r k a sm o r ea n dm o r ed e v i c e sa r ea d d e di n t oh o m ew o r k , t h ea m o u n to f m u l t i m e d i ac o n t e n t sl o c a t e di nt h e s ed e v i c e si sb e c o m i n gl a r g e r h o wt oo r g a n i z ea n d m a n a g et h e s em u l t i m e d i ac o n t e n t sh a sb e c o m ea nu r g e n tp r o b l e m t h o u g hs o m e s o l u t i o n sh a v eb e e np u tf o r w a r db yr e s e a r c hi n s t i t u t i o n sa n de n t e r p r i s e sa tp r e s e n t , t h e r ea r e a td e t a i l e dt e c h n i c a ls o l u t i o n si nm u l t i m e d i am a n a g e m e n t i nt h i sp a p e r , w er e s e a r c hc h a r a c t e r sa n ds h o r t c o m i n g so fm u l t i m e d i am a n a g e - m e n to fu p n ra c c o r d i n gt ot h ea c t u a ld e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no fh o m en e t w o r k a n dc o m b i n e dw i t ht h ew o r ko fs t a n d a r dm a k i n go fn a t i o n a ls t a n d a r d ”h o m en e t w o r k p a r t5 ：m u l t i m e d i aa n dd a t an e t w o r kc o m m u n i c a t i o np r o t o c o ls p e c i f i c a t i o n , w e d e s i g nam o d e lo fm u l t i m e d i am a n a g e m e n ti nh o m en e t w o r kb a s e do nc e n t r a ln o d e f i r s t l y ，a n dd e s c r i b et h ef i a m e w o r ka n ds e r v i c e so ft h em o d e li n c l u d i n gc e n t r a ln o d e , m u l t i m e d i ac o n t r o lp o i n m u l t i m e d i as e r v e ra n dm u l t i m e d i ar e n d e r e r , t h e nd e s i g n i n t e r a c t i o nm o d e lo fd e v i c e sa c c o r d i n gt op r a c t i c a ls c e n e s s e c o n d l y , w ed e s i g n m o d e lo fp r i o r i t i z e dq u a l i t yo fs e r v i c ei na p p l i c a t i o nl a y e rb a s e do nc e n t r a ln o d et o s a t i s f yr e q u i r e m e n t so fq u a l i t yo fs e r v i c eb ym u l t i m e d i aa p p l i c a t i o n s , a n dp u tf o r w a r d ap r e e m p t i o np o l i c yc o n s i d e r i n gt h en u m b e r , p r i o r i t ya n db a n d w i d t ho fp r e e m p t e d c o n n e c t i o n st oa c h i e v eg l o b a lo p t i m i z a t i o n f i n a l l y , w ed e s i g na n di m p l e m e n ta m u l t i m e d i as h a r i n gs y s t e mb a s e do nc e n t r a ln o d ei nh o m en e t w o r k c o m b i n e dw i t h l r e s e a r c ha n da p p l i c a t i o n so ns p e c i f i c a t i o na n dm o d e l so f m u l t i m e d i am a n a g e m e n ti nh o m en e t w o r ka b s t r a c t t h es y s t e mt e s t e d ，w ev e r i f yt h ee f f i c i e n c yo fg l o b a ls e a r c ho fm u l t i m e d i ac o n t e n t s w i t hm u l t i m e d i am a n a g e m e n tm o d e lb a s e do nc e n t r a ln o d ei nh o m en e t w o r k k e yw o r d s ：h o m en e t w o r k , c e n t r a ln o d em o d e l ，u n i v e r s a lp l u ga n dp l a y , m u l t i m e d i am a n a g e m e n t ，q u a l i t yo fs e r v i c e i v 论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：轼器嗥 日 期：正陋年耳垒旦 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版，有权将学 位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆、院系资料室被查 阅，有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其 他方法保存学位论文。 学位论文作者签名币器雌 日期：蜥月年日 导师签名： 夕歹 p 蜘9 一户 日期渊眸6 月7 日 家庭网络多媒体管理规范与模型的研究与应用 第1 章综述 第1 章综述 随着网络技术的发展和普及，网络技术逐渐渗透到各种各样的家庭应用中， 家庭网络逐渐成为行业的热点。作为家庭网络中的一项重要内容，家庭网络中的 多媒体管理成为家庭网络的核心技术之一。本章从家庭网络多媒体管理的产业背 景和相关研究课题入手，阐述目前国内外的研究现状，探讨了目前业界主流家庭 网络互连互通技术的多媒体管理技术的特点和不足之处。本章最后介绍了本文的 主要研究内容和论文结构。 1 1 家庭网络多媒体管理研究背景和意义 近几十年来，随着经济的快速发展和科学技术的不断进步，人们的生活水平 逐渐提高，普通家庭中的家用电器种类日益增多，如平板电视、网络冰箱、d v d 、 家庭影院等自动化、智能化的设备已成为日常生活的一部分。现在，随着通信技 术与电子信息技术的不断发展，这些设备的功能都在不断提高。人们希望将各种 家电设备连接在一起，共享信息和实现远程控制，于是提出了家庭自动化( h o m e a u t o m a t i o n ，h a ) t 】的概念，家电成为新型的信息家电( i n f o r m a t i o na p p l i a n c e ， i a ) f 5 1 ，并开始走向网络化、智能化和自动化。通过信息家电，人们在家里就可 以获得家庭外面的信息，包括医疗保健、网上购物和远程教育等，同时家庭内部 也是一个自动化和智能化的网络系统，各种家电设备可以根据用户的需要进行个 性化设置，例如可以随时随地对冰箱、空调、d v d 等家电设备以及安防系统进 行监测和控制【6 n 。 根据中华人民共和国国家标准家庭网络第l 部分：系统体系结构及参考 模型关于家庭网络的定义，家庭网络正是一种能够实现上述设想的新型网络 技术。家庭网络提供了一种家庭范围内的网络信息化平台，融合了家电设备控制 网络、多媒体与数据网络等功能网络，将家庭范围内的各种设备( 娱乐设备、通 。标准立项情况参见2 0 0 7 年第五批国家标准制修订计划 ，计划代号2 0 0 7 9 5 5 5 - t - 4 6 9 l 家庭网络多媒体管理规范与模型的研究与应用第1 章综述 信设备、家用设备、照明设备、保安装置及水电气热表等) 互联互通，实现资源 共享和控制。家庭网络主要功能是集中控制各种信息设备并接入互联网，以共享 网络信息资源和享受网络服务。随着越来越多的家电设备加入到家庭网络，各种 家电设备存储的多媒体资源也随之增多。如何集中统一的组织和管理这些资源成 为一个难题。 目前我国拥有庞大的数字家电用户群，手持便携式数字音视频产品的使用 也h 益广泛，这些都是家庭网络的潜在用户，预示着家庭网络产业的美好前景。 家庭网络业务的发展需要一个良性的产业环境，必要的技术标准是产业环境的要 素，对于有效促进设备制造生产、互联互通和服务运营等产业环节的健康发展具 有重要意义。近年来，随着世界上家庭网络产业的蓬勃发展，不同国外制式的产 品正大力挤入国内市场并力求成为主流。在此情况下，制定和出台家庭网络的国 家标准十分必要，对家庭网络的多媒体管理进行规范也是必要的。 基于以上的分析和研究，本课题研究的意义在于为家庭网络提供一套更为灵 活、简便、透明的多媒体资源集中组织和管理的规范和模型。 1 2 家庭网络多媒体管理研究现状 家庭网络是一个异构计算平台，包括各种不同的互联协议、操作系统和嵌入 式处理器，家庭网络的体系结构如图1 1 所示。最底层是硬件层，对应于不同的 底层硬件，主要指网络中不同设备的处理器类型，一般包括m i p s 和x 8 6 架构 的处理器：第二层是系统层，对应于不同的操作系统，在家庭网络中以嵌入式操 作系统为主，如l i n u x 、w i n d o w sc e 、v x w o r k s 等：第三层是互联互通标准协 议层，包括目前大多数标准组织提出的各种家庭网络互联互通的解决方案，如 d l n a 、i g r s 、o s g i 等：通信处理层包括协议转换和消息处理，目的是兼容 om i p s ( m i e r o p r o c e s s o rw i t h o u t i n t e r l o c k e dp i p e l i n es t a g e s ，无内部互锁流水级的微处理器) 是一种精简 指令系统计算结构( r i s c ) 处理器 每x 8 6 是英特尔首先开发制造的一种微处理器体系结构的泛称 。引自h t t p j e m w i k i p e d i a o r g w i k i v x w o r k s 回引自h t t p j w w w d l n a o r g h o m e o 引自h t t p 1 w w w i g 巧o r g 2 家庭网络多媒体管理规范与模奉的研究与应用第1 章综述 互联互通标准协议层提出的各种不同的协议；最上层的应用层则是面向家庭网络 多媒体应用开发而规定的各种接口标准f 舯。 应用层( a p p l i c a t i o n ) 音频视频图片 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 l d l n a ；i g r s o s g i 层( i n t e rc o n n c e t i o n ) i 系统层( s y s t e m ) 操作系统 硬件层( h a r d w a r e ) 底层硬件 图1 - 1 家庭网络体系结构q 目前，虽然有许多国际标准涉及到家庭网络多媒体管理的相关描述，但由于 受各自利益的影响，还没有形成完整的统一的协议、标准。为抢占家庭网络技术 的制高点，国际各大厂商在积极开发相关产品的同时也积极参与家庭网络多媒体 管理标准的制定工作。 目前关于家庭网络研究的组织有很多，国外影响比较大的有数字生活网络联 盟( d i g 妇ll i v i n gn e t w o r ka l l i a n c e ，d l n a ) 、通用即插即用( u n i v e r s a lp l u ga n d p l a y ，u p n p ) 论坛 、国际电信联盟远程通信标准化组( i n t e r n a t i o n a l t e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o nt e l e c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d i z a t i o ns e c t o r ，i t u n 、家 庭信息化网络联合体( e n e r g yc o n s e r v a t i o na n dh o m e c a r en e t w o r k ，e c h o n e t ) 和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 ) 。等组织。u p l l p 是由u p i l p 论坛提出的 一套网络协议，其目标是使家庭网络中的各种设备实现无缝连接，并简化相关网 毋引自h t t p w w w o s g i o e g m a i n t t o m e p a g e 。图片引用自参考文献【8 】 。d l n a ，h n p 柏删w d h n o r g h o m 。u p n p 论坛，加p 柏删w i 弘事o r s 。1 1 u t ，h t t p w w w i t l l i n f f l t u - t i n d c x h t n d 。e c h o n e t ，h t t p w w w e c h o m t g r j p c n g i s h i n d c x h u n 。o s g i ，h t t p ：w w w o s g i 。o r g m a i n h o m c p a g e 3 家庭网络多媒体管理规范与模型的研究与应用第1 章综述 络的实现。u p n p 通过定义和发布u p n p 设备控制协议来实现这一目标，其中设 备采用现有的开放的因特网通讯协议标准。u p n p 是一个分布式开放型的网络体 系结构，它充分利用了现有的t c p i p 和w e b 技术，使得家庭中的各种设备可以 在现有的网络协议基础上实现互联互通【9 】。u p n p 技术的这些特性使得u p n p 技 术广泛的被全世界各大厂商所接受，目前已有9 1 2 家公司加入u p n p 论坛。u p n p 论坛发布了u p i l p 音视频( a u d i ov i d e o ，a v ) 规范 ，为家庭网络环境下多媒体资源 共享、传输等过程提供了详细的解决方案。d l n a 由微软、英特尔、索尼等1 6 家公司于2 0 0 3 年成立，其提出的家庭网络解决方案主要采用u p n p 作为中间件 技术，目标在于建立一套可以使得各厂商的产品互相连接、互相适应的工业标准， 从而为消费者实现家庭数字化生活。e c h o n e t 是由日本多家企业共同推出的 标准，目标是通过开发e c h o n e t 系统达到家庭中的节约能源和照料家庭的功 能该组织通过电线网络和无线通讯等不需要增加室内布线的网络媒介，提出家 庭网络规范并应用于家庭的能源管理、医疗保健等服务上。e c h o n e t 是在家庭 监控应用方面具有代表性的标准化组织。o s g i 由s u n 、i b m 、爱立信等企业于 1 9 9 9 年3 月成立的开放的标准化组织，该标准定义了一个开放性平台，主要目 的在于使服务提供商通过住宅网关，为各种家庭智能设备提供各种服务。目前该 平台逐渐成为一个为室内、交通工具、移动电话和其他环境下的所有类型的网络 设备的应用程序和服务进行传递和远程管理的开放式服务平台 。 国内的家庭网络标准组织主要有闪联( i g r s ) o 、e 家佳( 家庭网络标准产业联 盟，i t o p h o m e ) 等。2 0 0 5 年，广东省开始启动数字家庭行动计划，并随后成立 中国数字家庭产业联盟( c h i n ad i g i t a lh o m ei n d u s t r ya s s o c i a t i o n ) 和中国电子工 。数据来源于u p n p 论坛网站，h t t p - u p n p o r g m e m b e r s h i p 每参考国际标准i s o i e c2 9 3 4 1 3 1 ：2 0 0 8 ，( i n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y - u p n pd e v i c ea r c h i t e c t m - e p a r t3 - i ： a u d i ov i d e od e v i c ec o n t r o lp r o t o o a l - a u d i ov i d e oa r c h i t e c t u r e ) 锄引自h t t p ：w w w d l m o r g h o m e 。引自h t t p ：w w w e c h o n e t g r j p e n g l i s h i n d e x h u n 西引自h t t p j w w w o s g i o r g m a i n h o m e p a g e 。o s g i ，h t t p ：z h w i k i p e d i a o r g w i k i o s g i 。闪联，h t t p j w w w i g r s o t g ， 曲e 家佳，h t t p ：，w w w i t o p h o m e c o m 西引自h t t p w w w c h i m d h i a o r s 4 家庭网络多媒体管理规范与模型的研究与应用第l 章综述 业标准化技术协会数字家庭互动应用标准工作委员会，围绕数字家庭产业链相关 技术、产品、系统、解决方案、运营和服务，开展联合研发、推广应用、标准产 业化、产业链建设，近年来发展迅速，在数字家庭产业化上产生了一系列成果， 其中中国电子工业标准化技术协会数字家庭互动应用标准工作委员会牵头制定 了广东地方标准数字家庭互联互通基础规范第l 部分：基础协议i s 】。该互联 互通协议结合了u p n p 和i g r s 的应用框架标准，使得开发基于家庭网络的多媒 体应用更容易，并兼容u p i l p 和i g r s 设备。闪联标准是新一代网络信息设备的 交换技术和接口规范，在通信及内容安全机制的保证下，支持各种3 c ( c o m p u t e r , c o n s u m e re l e c t r o n i c s , c o m m u n i c a t i o nd e v i c e s ) 设备智能互联、资源共享和协同服 务，实现“3 c 设备+ 网络运营+ 内容服务”的全新网络架构，为未来的终端设备 提供商、网络运营商和网络内容服务提供商创造出健康清晰的赢利模式，为用 户提供高质量的信息服务和娱乐方式。e 家佳由海尔集团、清华同方、中国网 通、上海广电集团、春兰集团、长城集团、上海贝岭等七家公司发起组建，通过 推广家庭网络系统标准和平台产业化，进而形成规模化的产品和市场。该联盟以 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，共同探索家庭网络商业运作模式，为家庭网络技术发展方向及产业的可持续 发展提供产业环境。 上述标准所关注的侧重点不同，d l n a 注重家庭多媒体传输的方式，同时侧 重于多媒体数字版权的保护。d l n a 在多媒体管理方面采用u p n p 的多媒体管理 体系，并规范了家庭多媒体传输的方式，然而由于d l n a 与u p n p 的各种设备处 于同一级别，单一设备如果需要浏览家庭网络中的所有资源，则需要逐一与每个 设备通讯，通过u p n p 协议获取相关的资源目录内容；o s g i 着重于研究家庭网 络与外部网络连结的枢纽，重点是开放服务网关；e c h o n e t 侧重于以无线方式 组建家庭网络，将家中所有的家电设备通过构建的无线家庭网络连接；而闪联则 注重家电设备间的互联互通、资源共享和协同服务 1 0 - t 2 】。 2 0 0 5 年6 月信息产业部颁布了s j t1 1 3 1 2 2 0 0 5 7 家庭网络多媒体管理规范与模型的研究与应用第i 章综述 文件u r l 发送获取消息( h t t p g e t 消息) 得到详细的设备提供的服务信息。控制 点可以订阅设备或服务状态的变化事件，还可以通过向设备的服务控制u r l 发 出控制消息，实现调用设备的各种服务操作，设备根据控制信息调用相应的服务 动作，改变相应服务的状态变量并更新状态，服务响应消息以s o a p 的形式通过 h t t p 发送给控制点【16 1 7 1 。 图1 3 控制点和设备的交互模型 u p n p a v 应用框架是由u p n p 论坛发布的在家庭网络中实现多媒体共享、传 输等应用的规范，该框架以u p n p 技术为基础，定义了针对多媒体应用的多种服 甜1 3 】。u p n p a v 应用框架主要实现以下目标： 支持任意的网络传输协议和多媒体内容格式；多媒体内容能在媒体设备之间 直接传输，而不需要控制点的干涉；控制点独立于特定的网络传输协议和多媒体 内容格式，从而允许控制点透明地支持新的网络传输协议和多媒体内容格式；可 伸缩性，即支持只使用很少的系统资源来实现u p n p 设纠1 3 】。 u p n p a v 应用框架的设备交互模型1 8 】如图i - 4 所示，模型由三种逻辑实体组 成，包括媒体播放器、媒体服务器 以及控制点。其中媒体播放器和媒体服务器 回图片引用自参考文献【1 6 】 。引自国际标准i s o i e c2 9 3 4 1 - 3 2 ：2 0 0 9 ， i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y u p l l pd e v i c ea r c h i t e c t e - p a r t3 - 2 ： a u d i ov i d e od e v i c ec o n t r o lp r o t o c o l - m e d i ar e n d e r e rd e v i c e ) 。引自国际标准i s o i e c2 9 3 4 1 - 3 - 3 ：2 0 0 8 , i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y u p n pd e v i c ea r c h i t e c t u r e - p a r t3 - 3 ： a u d i ov i d e od e v i c ec o n t r o lp r o t o c o i - m e d i as e l n e rd e v i c e ) 8 家庭网络多媒体管理规范与模跫的研究与应用第1 章综述 都是u p n p 设备。控制点通过u p n p 操作与多个u p n p 设备进行交互，其功能是 初始化和协调u p n p 设备，使指定的多媒体内容可以在设备之间传输，设备之间 的多媒体传输采用非u p n p 的带# b ( o u t - o f - b a n d ) 传输协议，控制点本身并不直接 参与设备间的多媒体传输。 霉卿n p 触l to fb 矗n 由传赣协议 图1 - 4u p n p a v 设备交互模型? 媒体服务器，如家庭中常见的m p 3 播放器、电脑、d v d 、摄像机、电视机 顶盒等设备，负责存储家庭网络中提供的各种多媒体内容并向网络中的其他 u p n p 设备提供多媒体内容，供媒体播放器，如立体声音响、电视、m p 3 播放器、 音乐喷泉等呈现。媒体服务器提供内容目录服务( c o m e n td i r e c t o r ys e r v i c e ) 、音 视频传输服务( a vt r a n s p o r ts e r v i c e ) 和连接管理服务( c o n n e c t i o nm a n a g e r s e r v i c e ) 。控制点通过媒体服务器提供的这3 种服务对媒体服务器进行相应的 u p n p 操作。 内容目录服务主要的功能包括列举多媒体内容的层次化信息、搜索给定条件 的多媒体内容，允许控制点取得媒体服务器共享的多媒体内容。此服务共提供 1 4 个操作接口，其中浏览操作接口允许控制点取得媒体服务器共享的多媒体内 容目录清单，搜索操作接口允许控制点对多媒体内容目录搜索符合特定条件的对 象。 。引自参考文m z s l 。引用自国际标准1 s o i e c2 9 3 4 1 - 3 - 1 2 ：2 0 0 8 , ( i n f o r m a t i o nt e d m o l o g y - u p n pd e v i c e a r c h i t c c t t 北- p a r t3 - 1 2 ： a u d i ov i d e od e v i c o n t r o lp r o t o c o l - c o n t e n td i r e c t o r ys e r v i c e ) 引用自国际标准i s o i e c2 9 3 4 1 3 - 1 4 2 0 0 8 , ( i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y d j p n pd e v i c ea r c h i t e c t m e - p a r t3 - 1 0 ： a u d i ov i d e od f v i c cc o m r o lp r o c o c o b a u d i ov i d e ot r a n s p o r ts e r v i c e 。引用自国际标准i s o i e c2 9 3 4 1 - 3 - i ! ：2 0 0 8 。( i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y u p n pd e v i c ea r c h i t c c t m - p a r t3 - 11 ： a u d i ov ；d e od 池c 咖ip r o t o c o l - c o n n e c t i o nm a m s e rs e r v i c e ) 9 家庭网络多媒体管理规范与模型的研究与应用 第l 章综述 连接管理服务用于管理特定设备之间建立多媒体传输的连接，确保媒体服务 器与媒体播放器之间多媒体内容的正确传输。媒体服务器和媒体播放器都包含连 接管理服务，所提供的操作接口也相同，接口主要在于媒体服务器和媒体播放器 多媒体内容传输的参数设置。 音视频传输服务主要用于在传输多媒体内容的过程中控制传输流的状态，实 现对播放过程及内容流的控制，包括播放、暂停、停止、快进、快退等操作。媒 体服务器和媒体播放器都包含音视频传输服务，所提供的操作接口也相同。 媒体播放器主要功能是呈现媒体服务器共享的多媒体内容，并允许多媒体控 制点控制多媒体内容的呈现方式，包括亮度、对比度、音量等属性，并且基于特 定的网络传输协议还可对多媒体内容流的播放过程进行控制，如播放、暂停、停 止、快进、快退等。在u p n p a v 应用框架中，控制点会搜索家庭网络中存在的 媒体播放器，根据其所提供的服务，设置多媒体传输的网络协议和内容播放格式， 然后在媒体播放器和媒体服务器之间建立另一条传输连接。媒体播放器提供音视 频传输服务、连接管理服务以及播放控制服务。其中播放控制服务提供控制多 媒体内容呈现方式的操作接口，包括对亮度、对比度、音量等属性的设置等功能。 i g r s 的基本原理与u p n p 相似，都是以t c p i p 等现有的网络技术为基础， 并增加了设备间管道创建机制、设备组管理机制和会话管理机制【l9 1 。设备间管道 创建机制允许设备之间建立安全的通信机制，文献【2 0 】详细介绍了安全管道的创 建过程：设备组管理机制允许多个设备组成特定的设备组，从而进行分组管理； 会话管理机制则定义了客户调用服务时的会话机制，保证服务调用的安全性， i g r s 采用w s d l t 2 1 】定义服务调用接1 2 1 。 j a v a 智能网络框架技术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 ) 是s u n 公司 推出的基于j a v a 技术的互联互通技术，使得任何具有j i n i 功能的设备在任何时间 任何地点都可以相互发现并连接形成一个共享网纠2 2 1 。j i n i 运行于j a v a 虚拟机上， 具有跨平台的特性，通过查找协议、发现协议和加入协议获取网络中其它j i n i 设 备对外提供的服务【2 3 1 。j i n i 提出了查找服务的概念【2 4 1 ，各种设备的服务在查找服 毋引用自国际标准i s o i e c2 9 3 4 1 - 3 1 3 ：2 0 0 8 ，( i n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y - u p n p d e v i c e a r c h i t e c t u r e - p a r t3 - 1 3 ： a u d i ov i d e od e v i c ec o n t r o lp r o t o c o l r e n d e r i n gc o n t r o ls e r v i c e ) 。引用自信息技术信息设备资源共享协同服务标准中的基础协议部分 。引自h t t p w w w j i n i o r g w i k i m a i n _ p a g e 1 0 家庭网络多媒体管理规范与模型的研究与应用第l 章综述 务上注册和发布，查找服务为服务请求者提供代理和服务通信【2 3 1 。客户获取并利 用查找服务得到所请求的服务代理( p r o x y ) ，从而通过服务代理实现与服务提供 者的服务调用【2 孓2 7 1 。 o s g i 是一个开放的标准，其核心是定义一个框架为提供服务的软件提供一 个下载和执行的环境【2 8 】。与j i n i 相似，o s g i 服务框架也是运行于j a v a 虚拟机上， 而应用服务运行o s g i 服务框架上。服务框架提供生命周期管理功能，通过将服 务用模块化的形式定义，一个服务对应于一个组件( b u n d l e ) ，组件可动态安装 和升级，使得设备上的软件具有可扩充性例 1 4 主要研究内容与论文结构 本论文的章节安排如下： 第一章为综述，主要介绍了本文研究背景和意义、国内外的研究现状和主流 的家庭网络多媒体管理技术与标准，以及本文主要的研究内容和论文结构安排； 第二章通过研究通用即插即用的家庭网络多媒体管理技术的特点，探讨其存 在的不足，从而提出基于中心节点的家庭网络多媒体管理方法，设计了基于中心 节点的家庭网络多媒体管理模型，并详细阐述了模型包含的中心节点、多媒体控 制点、多媒体服务器和多媒体播放器四种逻辑功能实体的结构组成和服务内容。 最后根据实际家庭网络的多媒体应用，设计了设备之间的交互模型 第三章对i p 服务质量机制和通用即插即用的服务质量机制进行了详细的研 究和分析，提出了适用于基于中心节点的家庭网络多媒体应用的服务质量优先级 模型，并探讨了带宽资源有限的家庭网络中可能发生的资源抢占策略，提出了解 决方案，最后对不同的多媒体传输模式规范了不同的服务质量优先级。 第四章介绍了家庭网络多媒体管理规范的编制工作，设计并实现了基于该规 范的家庭网络多媒体共享应用系统，对系统进行了仿真实验，并基于该系统比较 了不同家庭网络多媒体管理标准的全局网络多媒体资源搜索效率，实验结果显示 本文提出的基于中心节点的家庭网络多媒体资源搜索效率有较大的提高 第五章总结本文的主要工作和研究成果，分析本文研究的家庭网络多媒体管 理规范以及管理模型存在的不足，探讨今后需要进一步研究和完善的方面。 家庭网络多媒体管理规范与模型的研究与应用 第2 章基于中心节点的家庭网络多媒体管理模型 第2 章基于中心节点的家庭网络多媒体管理模型 本章通过研究现有的家庭网络多媒体管理技术的特点，探讨其存在的不足， 提出基于中心节点的家庭网络多媒体管理方法，设计了基于中心节点的家庭网络 多媒体管理模型，并详细阐述了模型包含的中心节点、多媒体控制点、多媒体服 务器和多媒体播放器四种逻辑功能实体的结构组成和服务内容，以及设备之间的 交互模型。 2 1 基于中心节点的家庭网络多媒体管理模型的提出 基于u p n p 的家庭网络多媒体管理体系模型工作在无中心节点模式下，u p n p 提供两种设备与服务发现模式：设备周期宣告模式和主动发现模式o 。处于家庭 网络的设备可以通过周期的向多播地址2 3 9 2 5 5 2 5 5 2 5 0 ：1 9 0 0 宣告设备和服务 信息，控制点可以通过这些信息得到感兴趣的设备和服务。然而由于u p n p 标准 设置周期间隔为3 0 分钟或者更长，控制点无法及时的获得网络中的设备和服务 信息，因此控制点往往采用主动发现模式。控制点通过s s d p 服务向u p n p 多播 地址2 3 9 2 5 5 2 5 5 2 5 0 ：1 9 0 0 发送m s e a r c h 消息来实现主动搜索，其中m x 为 符合搜索条件的设备的响应最大时延，设备监听到搜索请求时，在【o ，m x 区间 内随机取一定的时延后进行设备与服务响应。家庭网络中每个合适的设备和服务 收到控制点的搜索消息后都要响应，文献【3 0 】研究了网络规模、最大响应时延 m x 和设备发现效率之间的关系，研究显示当网络中存在较多符合条件的设备和 服务时，将会同时发送大量的响应消息，在控制点处形成瞬间信息爆炸，使得设 。引自国际标准i s o 压c2 9 3 4 1 1 ：2 0 0 8 ，( i n f o r m a t i o nt c c h n o l o g y - u p n p 咖a r c h i t e c t u r e - p a r tl ：u p n p d e v i c ea r c h i t e c t u 托v e r s i o n1 o 。引自国际标准i s c i 腥c2 9 3 4 1 1 ：2 0 0 8 ，( 1 r l l ；o r m a t i o nt c c h n o l o g y - u p n pd e v i c ea r c h i t e c t u r e p a r tl ：u p n p d e v i c ea r c h i t e c t i l r ev e r s i o n1 o ， 引 v 黼i s o n e c2 9 3 4 1 1 ：2 0 0 8 ，( i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y - u p n pd n r i c ca r c i l i t e 蛳p a r tl ：u p n p d 州a r c h i t c 咖v e r s i o n1 o ) 1 3 家庭网络多媒体管理规范与模型的研究与应用 第2 章基于中心节点的家庭网络多媒体管理模型 备或服务响应消息丢失，设备发现机制失效，严重时将导致网络陷于瘫痪。为了 解决这一问题，文献【3 0 】提出了最大响应时延与网络规模动态适应的算法，在一 定程度上缓解信息爆炸的问题。文献【3 l 】采用根设备间断地发送设备和服务响应 消息以及综合考虑全局刚络以选择合适的发送延时的策略，以减少响应消息拥塞 的发生。以上的研究一定程度上减少了信息爆炸现象的发生，但问题并没有从根 本上解决。 另外，在基于u p n p 的家庭网络中，控制点如果需要查找特定的多媒体资源， 需要与家庭网络内的各个多媒体设备交互，查询多媒体设备是否存在指定的多媒 体资源。控制点逐一与网络设备列表中的每一个设备进行交互，每次通过调用内 容目录服务