（通信与信息系统专业论文）闪联协议的研究及其关键模块的实现与改进.pdf

论文题目： 专业： 硕士生： 指导教师： 闪联协议的研究及其关键模块的实现与改进 通信与信息系统 詹红艳( 签名) 刘联会( 签名) 摘要 随着计算机网络和通信技术的迅猛发展，数字家庭网络成了通信领域的新热点，也 是“3 c 融合”的关键所在。如何实现数字家庭网络中广泛存在的各种信息设备的互联互 通互操作是目前数字家庭发展急需解决的重要问题。由联想提出的闪联( i g r s 信息设 备资源共享协同服务) 协议正是为了实现企业、家庭等网络中的信息设备问的互联互通 互操作而制定的一个简捷高效、易于操作的标准协议。 本文根据作者在实习期问参与的具体项目，对闪联协议做了较深入的研究分析。该 协议是一个应用层的网络协议，主要应用于无线音视频的传输。协议定义了如何在有限 范围网络域内，通过有线或无线的互连方式，实现多种信息设备、家用电器、通信设备 之间的设备自动发现、动态组网、资源共享和协同服务。 从协议栈分模块开发的整体架构出发，设计并实现了协议栈中设备组模块的各个功 能函数的流程图和代码。 同时针对设备组模块中存在的有关设备分组和选举的问题，提出了基于目标函数的 模糊i s o d a t a 聚类算法和基于模糊等价矩阵的聚类算法，分别解决了设备分组和设备 选举的问题。并通过具体的例子分析证明，使用这两种算法达到的效果与人们的在现实 生活中的预期是基本一致的。这些工作使协议中的设备分组和选举功能具有了更高的智 能性和易用性。最后将这两个模糊聚类算法模块化，并设计了在协议栈系统中实现这两 个算法模块的方法和流程。采用这两个算法的闪联协议系统能够自动合理的完成设备分 组和选举。 关键词：3 c 融合；闪联协议；设备组；模糊聚类 研究类型：应用研究 s u b j e c t ：r e s e a r c ho fi g r sa n dr e a l i z a t i o na n dp e r f e c t i o no fi t sk e y m o d u l e s p e c i a l t y ：c o m m u n i c a t i o na n di n f o r m a t i o ns y s t e m n a m e：z h a nh o n g y a n i n s t r u c t o r ：l i ul i a n h u i a b s t r a c t w i t ht h es w i f td e v e l o p m e n to fc o m p u t e rn e t w o r ka n dc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , d i g i t a lh o m en e t w o r kh a sb e c o m ea n e wf o c u so ft h ec o m m u n i c a t i o nf i e l da n di sa l s ot h ek e y o f3 cf u s i o n h o wt or e a l i z et h ei n t e r c o n n e c t i o na n di n t e r o p e r a t i o na c r o s sv a r i o u s i n f o r m a t i o nd e v i c e se x i s t i n gi nt h ed i g i t a lh o m en e t w o r ki st h em a i np r o b l e m ，w h i c hn e e d s t ob er e s o l v e di nt h ed i g i t a lh o m ed e v e l o p m e n t ，i g r s ( 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 ) p r o t o c o lw a sp u tf o r w a r db yl e n o v ot op r o v i d ec a p a c i t yo fi n t e r c o n n e c t i o na n d i n t e r o p e r a t i o na c r o s sv a r i o u si n f o r m a t i o nd e v i c e se x i s t i n gi nt h ec o r p o r a t i o n o rh o m en e t w o r k i ti sas i m p l e ，h i 曲- e f f i c i e n ta n de a s yt e c h n o l o g y a c c o r d i n gt ot h ep r o j e c td e t a i l sw h i c ht h ew r i t e rp a r t i c i p a t e di nt h ep r o j e c to f t h ep r a c t i c e ， t h i sp a p e rm a k e sa ni n d e p t ha n a l y s i so ft h ei g r s t h ep r o t o c o li sa na p p l i c a t i o nl a y e r p r o t o c o la n dm a i n l yu s e dt ot r a n s m i tw i r e l e s sa u d i oa n d v i d e oi n f o r m a t i o n i td e f i n e sh o wt o r e a l i z ed e v i c ea u t o d i s c o v e r i n g , d y n a m i ci n t e r - n e t w o r k i n g ，s h a r i n gr e s o u r c ea n dc o l l a b o r a t i n g s e r v i c ea m o n gm a n yk i n d so fi n f o r m a t i o nd e v i c e si nt h ew i r eo rw i r e l e s sl a n b yt h a tt h ep r o t o c o lw a sd e s i g n e da n dr e a l i z e dw i ms e p a r a t i n gm o d u l em e t h o d e v e r y f a n c t i o nf l o wc h a r ta n dc o d eo f t h ed e v i c eg r o u pm o d u l ei sd e s i g n e da n dr e a l i z e di nt h ei g r s a n dt w on e wa l g o r i t h m sa r ep r o p o s e dt of i n i s h e du n s o l v e dp r o b l e m so f d e v i c eg r o u pm o d u l e o n ei sb a s e do nt a r g e t f u n c t i o nf u z z yi s o d a t ac l u s t e r i n ga l g o r i t h mt os o l v et h e p r o b l e mo fd e v i c eg r o u p i n g ，a n da n o t h e ri s b a s e do nf u z z ye q u i v a l e n tm a t r i xc l u s t e r i n g a l g o r i t h mt o s o l v et h ep r o b l e mo fd e v i c es e l e c t i o n t h r o u g ht h ea n a l y z i n go fp r a c t i c e d e x a m p l e s ，u s i n gt h et w oa l g o r i t h m sm a k e sd e v i c eg r o u p i n ga n ds e l e c t i o nm o r ei n t e l l i g e n ta n d e a s i e r , a n dt h ee r i e c to ft h e mi sa c c o r d a n tt ot h ea n t i c i p a t e dd e s i r e a tl a s tt h et w oa l g o r i t h m s a r em o d u l a r i z e d ，a n dt h em e t h o da n df l o wc h a r t so f r e a l i z i n go f t h e ma r ed e s i g n e d ，w h i c hc a n l e ts y s t e mr e a s o n a b l ya n da m o m a t i c a l l yf i n i s ht h ef u n c t i o no fd e v i c eg r o u p i n ga n ds e l e c t i o n k e y w o r d s ：3 cf u s i o ni g r sd e v i c eg r o u p f u z z yc l u s t e r i n g t h e s i s ：a p p l i c a t i o nr e s e a r c h 姿料技大学 学位论文独创性说明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科技大学 或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：蓓五艳 日期：2 u 一6 6 、2 r 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间 论文工作的知识产权单位属于西安科技大学。学校有权保留并向国家有关部门或 机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学 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 等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课 题再撰写的文章一律注明作者单位为西安科技大学。 = 篓嚣。燧名：易修学位论文作者签名：虐五也指导教师签名：7 形f 珂，乡 j m 6 年f 月巧日 1 1 研究背景及意义 1 绪论 随着人民消费需求的不断提高，对家电产品的易用性和亲合性也提出了更高的要 求，安全、易用、舒适的产品越来越受到人们的青睐，人性化的产品需求因而日渐显现 出来。未来的家电产品将越来越趋于网络化、智能化、个性化、人性化，成为信息终端， 提供网络服务。“3 c 融合”是满足这个消费需求的最好办法。 “3 c 融合”是计算机( c o m p u t e r ) 、通讯( c o m m u n i c a t i o n ) 和消费电子产品( c o n s u m e r e l e c t r o n i c ) 融合为一体。“3 c 融合”是利用数字信息技术激活其中任何一个环节，通过 某种协议使这三者之间，实现信息资源的共享和互联互通，满足人们在任何时间、任何 地点，实现信息的融合应用，方便各自的工作和生活。 今天计算机和通讯设备已基本实现了网络化，这给我们的生活和工作带来了极大的 便利。我们看到这两项技术在实现网络化的过程中和之后，出现了巨大的市场，大量的 新产品、新概念和新服务纷纷涌入，而巨大市场所带来的巨大利润促使相关企业大量投 入新技术和新产品的研发和生产，反过来又推动了各自技术的提高和良性再发展。同样 我们有理由相信一旦实现了消费电子产品的网络化即数字家庭，也会出现类似的现 象，甚至更为壮观。 “3 c 融合”重在“数字家庭”! 从1 9 9 4 年数字家庭概念的诞生，到今天数字家庭市场的正式启动，数字家庭的功能 已不再仅仅局限于简单的控制，而是基于家庭内部网络，提供全方位的覆盖整个家庭的 各种智能化服务，包括数据通讯、家庭娱乐和信息家电控制三大部分，具体功能主要包 含安防报警服务、数据信息通信服务、家庭环境控制和各种智能控制。 数字化家庭中可以连接到网络的设备很多，如电话、p c 、数字电视、音响、数码相 机、摄像机、录像机、空调、冰箱、洗衣机、微波炉、电灯和电子门锁、报警设备等等。 目前，大多数的家庭网络是一个不统一的网络，它包含了数据网络( 以太网、双绞 线等1 、视频、音频网络( 同轴电缆、视频线、音频线等) 以及控制网络。由于多种控制 标准和协议规范的存在，控制网络本身也呈现多样化的状况。 那么，用什么来连接数字家庭，怎样连接是当前的数字家庭发展的重要问题。 一方面为了解决数字家庭的连接问题，另一方面在以知识经济和信息网络发展为主 题的今天，谁掌握了标准的制定权，谁的技术成为主导标准，谁就掌握了市场的主动权， 由此闪联协议( i g r si 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 es h a r i n g ) 应运而生。 2 0 0 3 年7 月1 7 日，由信息产业部科技司批准，以联想、t c l 、康佳、海信、长城五 西安科技大学硕士学位论文 家企业发起，7 家单位共同参与的“信息设备资源共享协同服务”标准工作组正式成立( 简 称i g r s 标准工作组) ，这1 2 家单位将共同制定相应的协议规范。 1 2 研究的内容 i g r s 标准的目标是在企业、公共场所、个人以及家庭所涉及的信息设备互连时， 通过遵循共同资源描述及功能服务接口标准，使设备能够有效实现资源开放和服务协 同，提高设备间功能的互操作性，为用户提供全新应用体验。 本文作者在t c l 工业研究院数字家庭研究所实习，参与“t c l 数字家庭s 平台”项 目的研发，在项目中是“闪联协议研究与开发”小组的成员，主要负责闪联协议栈的开发。 由于闪联协议是一个新型的协议标准，目前只向国家信息产业部正式提交了标准文本 1 0 版，还需继续修订和完善。“闪联协议研究与开发”项目小组的任务是在w i n d o w s 平 台开发实现闪联协议栈并完善协议中不明确的功能特性，将来移植到其他的操作系统平 台( 如l i n u x ) ，开发协议栈使用的语言是c 语言，编译环境是v c n e t 。 结台本文作者在项目中的具体工作内容，本文主要研究的内容包括两大部分：一是 闪联协议的研究分析和协议栈设备组模块的开发实现；二是针对协议中设备组模块不完 善的地方，提出一种新的解决方法。 设备组模块包括三种设备组类型，分别是：全局对等设备组、特定对等设备组和主 从设备组，用户可以根据实际的需要，通过设备配置来实现各种设备组的创建、加入、 退出以及解散和查找等功能。从协议栈分模块开发的整体架构出发，本文设计并实现了 设备组模块的各个功能函数，以及与其他模块之间进行交互的内部接口函数和用户接口 函数。 根据设备组模块存在的两个问题，提出的基于模糊聚类的两种解决方法： 一是：协议中只说明了三种设备组的类型以及每种类型的设备组的具体操作情况， 但并没有解决如何分组的问题。由于将来连接到网络中的设备种类很多，用人工去配置 进行设备的分组是不太可能也不可行的，基于这种现实，本文作者提出一种基于模糊 i s o d a t a 聚类算法进行设备分组的方法，这种方法可以根据不同的实际需要和设备的 功能特征，让系统控制对设备进行自动分组，达到更好的设备问的协同工作和资源共享。 二是：每个设备组中都要有一个设备来负责该组的宣告、操作和存储的工作。在特 定对等设备组中，如果负责组宣告的设备离线就要选举出本组内的其他设备来继续组的 宣告工作，但是具体的选举方法协议中并没有明确。本文作者针对这一点提出一种基于 模糊等价矩阵的聚类算法解决设备的选举问题，该算法从该组内设备的功能特性出发， 根据设备性能选举出一个相对最适合组宣告的设备。 在论文中通过具体的例子验证了这两种方法的可行性和有效性，并将两个算法功能 模块化，设计了在协议栈系统中具体的实现方法和流程。采用这两种方法能够让系统方 2 1 绪论 便自动的完成设备的分组和选举功能。 1 3 论文安排 本论文共分5 章，每章安排如下： 第1 章：介绍了课题的发展背景及意义和论文研究的内容以及章节安排。 第2 章：首先分析归纳了数字家庭的概念和目前存在的数字家庭标准，接着对 “t c l 数字家庭s 平台”开发的内容作了一个详细的说明，最后主要研究了这个平台所采 用的闪联协议标准，从协议的概念、内容到应用框架依次作了详细的分析。 第3 章：从基于闪联协议的设备的交互模式出发，分模块实现了协议栈，分析了 各个模块的功能以及协议栈实现的整个架构；重点说明了作者在协议栈开发过程中负责 的设备组模块的详细内容，分析了协议栈中各种类型的设备组功能模式，每个功能的实 现报文和具体开发的过程，并对设备组模块中不完善的地方做了个描述。 第4 章：针对闪联协议中设备组模块存在的问题，提出了基于模糊聚类的闪联设备 分组和选举方法。首先介绍了模糊聚类的理论知识；接着根据实际应用设计具体实现算 法，并举例论证了基于目标函数的模糊1 s o d a t a 聚类算法能很好的解决设备的分组问 题，基于模糊等价矩阵的聚类算法可以选举出相对最适合组宣告的设备，解决设备的选 举问题；最后将两个算法模块化，设计了在协议栈中实现的方法和系统流程。 第5 章：总结和展望。 西安科技大学硕士学位论文 2 数字家庭和闪联协议的发展研究与分析 2 1 数字家庭概念 ( 1 ) 多媒体房间无处不在的视听享受，这是数字家庭的精髓所在。无论你在房子 的哪个角落，都可以体验音乐和视频节目带给你的愉快感受。家用电器( 如电视、音响 和家庭影院) 中的技术与电脑技术、通讯技术( 3 c ) 相融合，人们可以在电脑上看电视，或 者在家庭影院和其他家电上运用电脑的特性。 在数字家庭中，电脑除了具有传统的计算和网络功能，还要成为数字媒体中心，集 中存储数字媒体内容，例如音乐、图片和视频文件等。人们可以远程访问这些数字媒体 内容，并在相应的家用电器上进行播放。举一个例子来说，你可以在客厅中的电视上欣 赏电脑里面的影片和照片，同样，在卧室里面，你也可以通过电脑来编辑影片和音乐， 观看、录制电视节目。 ( 2 ) 现实与梦幻之间的游戏世界，把游戏、影音娱乐和网络整合在一起的数字家庭娱 乐平台，让游戏具有高清晰显示与高质量的音效效果，会给游戏者带来空前的游戏体验， 游戏作为未来数字家庭的一个重要组成部分，会越来越体现其本质：比现实更梦幻，比梦 幻更逼真。 ( 3 ) 个人通讯自由无极限，手机控制数字家庭设备，如家用电器、门窗、油阀控 制、室内监控、门禁控制、宠物管理、入侵监测等等。无论何时何地，主人都可以通过 手机来操作和控制家中的一些数字设备。 ( 4 ) 智能化家居快乐而安全的生活，“智能家居”包括家庭自动控制、安防报警和 家庭娱乐等。智能化家居中一个最重要的部分是“网络家电”。所谓网络家电是指一种未 来的家庭系统，它能将家中所有的电子产品按照某种通信协议通过一个单的系统平台 连接起来。用户可以通过家中某一个家电控制或通过手机远程控制家庭中所有家用电器 的运作例如，你可以在回家的路上用手机打开客厅空调，把温度调到适宜的温度，或者 看看冰箱里面食物的储藏情况，然后到超市买到需要的东西，上网、发短信控制您的网 络微波炉、网络热水器，回到家，灯光会自动检测你的位置和环境光线给你照亮。可以 查看来访者图像、可接收电视、可将d v d 的内容传输到厨房电视，除此之外，类似于 热水器、地热采暖、照明灯具以及日常设定等也可以通过电脑进行控制操作。 保安系统是智能化住宅所具备的另一重要实用功能。它通过在住宅门窗及室内其他 部位安装各种控制检测器，进行昼夜监控，实现紧急求助、语音自动报警和警笛报警等 多项功能。以上设备通过互联网连接还可实现远程监控功能，不管主人身处何方，只要 可以上网，就可以监控家中的一切，大大提高了居住环境的安全系数。 4 2 数字家庭和闪联协议的发展研究与分析 2 2 目前存在的数字家庭标准7 1 0 】 目前数字家庭标准组织国外的有d l n a 、i t u t 、u p n p 、u o p f 、e c h o n e t 和国 内有闪联、e 家佳等。这些组织各有各的侧重方向，如d l n a 主要关注家庭影音娱乐等 业务应用方面；i t u t 在数字家庭中延续了电信领域的关注方向主要是基于电信网 i n t e m e t 的业务和应用；e c h o n e t 专门针对家庭监控应用方向等等。u p n p 是针对智能 家电、无线设备以及个人电脑的普遍对等网络连接而设计的一种网络架构。它旨在为家 庭、小型企业提供易于使用、灵活且基于标准的连接。 真正影响中国数字家庭的标准只有三家闪联、e 家佳和d l n a 。 数字家庭的标准，并不等同于某种传输协议制定。数字家庭要解决的是一个信息设 备、通信设备、消费电子设备间相互发现、相互识别、相互控制和资源共享的问题。闪 联、e 家佳和d l n a 三家标准组织的共同之处是侧重家庭网络设备互通的标准，也就是 应用层标准。这些组织将注意力集中在应用层，就是意在专门解决不同消费电子设备间 的相互识别及互联互通问题。 2 2 1 闪联( i g r s ) 闪联的前身只是联想为了满足自家产品的互联互通而推出的一家之规，是为了将所 有的联想品牌的终端设备关联起来，实现互操作。但后来，随着与业界同行以及学术机 构之间的不断沟通，联想发现这种需求并非只存在于自己一家，于是便联合了t c l 、康 佳、海信、长城四家企业，共同发起成立了闪联标准工作组。截止到2 0 0 5 年8 月，闪 联正式公布的成员名单达到了4 4 家。 闪联协议全名叫做信息设备资源共享协调服务协议标准，目前正式公布的版本 为1 0 。该协议定义了如何在有限范围网络域内，通过有线及无线的互连方式，实现多 种信息设备、家用电器、通信设各之间的设各自动发现、动态组网、资源共享和协同服 务。 闪联协议是一个基于应用层的网络协议，主要应用于无线音视频的传输应用，然而 闪联标准并非仅仅作用于无线传输部分，该协议同时支持各种现存的链路层和网络层协 议，包括常见的8 0 2 1 1 、蓝牙、以及以太网连接甚至红外等技术。在应用层面，闪联标 准相对更加关注基于宽带网络的大码流音视频传输应用，对于流媒体传输更为适用。 2 1 2 2 d l n a 数字生活网络联盟( d l n ad i g i t a ll i v i n gn e ta l l i a n c e ) 属于全球性非赢利组织， 其目标是简化并实现数字内容的共享。它由1 7 家创始成员组成，包括富士通、惠普、 英特尔、i b m 、k a n w o o d 、联想、m a t s u s h i t a e l e c t r i c ( 松下) 、微软、n e c p e r s o n a lp r o d u c t s 、 西安科技大学硕士学位论文 诺基亚、飞利浦、三星、s h a r p 、索尼等。截止到2 0 0 5 年5 月，超过2 0 0 家全球不同行 业的公司已加入d l n a 。 d l n a 的标准协议全名叫做家庭联网设备互用性指南，目前公布的最新版本为 1 0 ，据d l n a 成员公司介绍，d l n a 正在进行1 0 版的兼容性测试和认证计划。该指 南定义了在有线或无线家庭网络中将内容从家电( c e ) 、个人电脑( p c ) 或移动产品 向该网络中的其它设备转移内容所需的设计规则。按照该指南设计的产品将可满足消费 者对于在一个家庭网络中集中管理媒体内容( 如音乐、照片和视频) 的日益增长的需求。 d l n a 的愿景是“在任何时间、任何地点让消费者随意享用任何内容”。为了实现跨 行业的产品一致性，定义了两大组件媒体服务器和媒体渲染设备，这是在家庭网络 中实现设备无缝互操作性所必需的设备。这些组件，以及其它互操作性指南构建模块， 均基于开放标准，例如互联网协议( i p ) 、h t t p 、u p n p 和w i f i ( 8 0 2 1 l b ) 协议。 2 2 3e 冢佳 e 家佳：家庭网络标准产业联盟，它最初由海尔集团、清华同方、中国网通、上海 广电集团、春兰集团、长城集团、上海贝岭七家公司发起组建。截止到2 0 0 5 年7 月，e 家佳联盟成员总数已达到1 9 5 家。 e 家佳的标准体系由六个标准文本组成，分别是家庭控制子网接口一致性测试规 范、家庭控制子网通讯协议规范、家庭网络设备描述文件规范、家庭网 络系统体系结构和参考模型、家庭主网接口一致性测试规范、家庭主网通讯 协议规范。 该联盟的目标是：在家庭范围内，实现信息设备、通信设备、娱乐设备、家用电器、 自动化设备、照明设备、保安( 监控) 装置及水电气热表设备、家庭求助报警等设备互 联和管理，以及数据和多媒体信息共享的系统。 e 家佳联盟将其家庭内部网络分为“主网”和“控制子网”两个部分。主网主要是指用 于传输音视频的高速有线、无线网络，其底层传输协议同样完全采用现有的标准传输技 术，如以太网、8 0 2 1 l 或u w b 等，而e 家佳对其之上的应用层协议进行定义。而控制 子网主要是指低速的家电控制和状态反馈等应用，如灯光、报警器、传感器等，e 家佳 在这一部分自主开发了从链路层到应用层自下而上的全部协议。 2 3t c l 数字家庭s 平台 数字家庭涵盖电脑、通讯和消费电子等产品，数字家庭的本质是共享，但如今消费 电子多属于n o n l p 架构，而p c 与n e t w o r k 则是i p 架构，p c 产品具有强大的处理功能， 但界面不友好，操作复杂；消费类电子产品操作简单、方便，但处理能力有限，因此不 同产品的互连互通和互操作，成为数字家庭发展的瓶颈。此外目前3 c 产品接口种类繁 6 2 数字家庭和闪联协议的发展研究与分析 多、连接设置操作复杂、布线困难，而且新的3 c 产品还在不断涌现。为了解决诸如此 类的问题，需要进行大量的研发工作，如果全部采用物理原型设计来完成这些工作将非 常昂贵、耗时，因此需要运用仿真技术研究3 c 产品的互连互通以及互操作等问题。数 字家庭仿真平台是数字家庭开发工具的重要组成部分，它对于提高数字家庭产品研发效 率、降低研发成本具有重要意义。 数字家庭仿真平台软件的目的是为3 c 产品建立集成仿真环境的应用软件。该软件 运行于个人电脑( p c ) 上，可以进行纯软件的仿真，也可以将不同的3 c 设备接入对应 的接口进行仿真和应用测试等。该软件也能运行于联网的p c 上，不同的p c 可以协同 服务共同完成操作。其中各种3 c 产品通讯和进行信息交换前期将基于闪联( i g r s ) 协 议，以后将兼容其他各种协议标准( 例如：d l n a 、e 家佳、i t u t 、u p n p 、u o p f 和 e c h o n e t 等) 。 该软件对设备的互联互通和互操作使用闪联( i g r s ) 协议。i g r s 制定了一系列用 于信息设备问互联及资源共享的标准。其设计目标是在有限范围网络域( 有线网络、无 线网络) 内支持多种信息设备、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，从而提高这些设备间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和丰富应用。i g r s 标准适用的范围包括企业、公 共场所、个人以及家庭网络。 数字家庭仿真平台是个学习的平台。该软件内部操作严格按照闪联协议的标准制 定。平台可以提供学习数字家庭产品应用的虚拟现实环境，用户通过使用该软件，可以 迅速地了解闪联协议规定的基本操作，了解闪联协议的应用场景，掌握设备间是如何使 用闪联协议进行互联互通和互操作。用户可以通过系统提供的分析工具对闪联协议数据 通讯过程进行了解和分析。另外，用户可以直接通过帮助文档查看闪联协议关于各种操 作的具体描述。 数字家庭仿真平台是个测试的平台。测试的平台也即是为设备制造商和服务提供商 的提供测试的平台。主要提供产品和技术检验，对终端产品的标准符合性、互联互通性 和互操作性进行测试，同时提供针对内容提供商的内容兼容性测试和针对业务运营商的 业务一致性测试。开发人员可以在该平台上建立测试用例库、测试策略库等。对于已经 基本满足闪联协议的设备，也可以进行设备的健壮性和稳定性等的测试，比如可以通过 临界值测试或者毁坏性测试等方法测试标准设备在各种情况下对闪联协议的支持度和 成熟度。 数字家庭仿真平台是个开发的平台。开发的平台即是为设备制造商和服务提供商提 供开发的平台。首先对于设备制造商来说，通过该平台可以快速地将闪联协议移植到相 应的设备上，制造出符合闪联协议的闪联设备。通过使用该平台，开发人员还可以对某 种设备的某些功能进行仿真开发。更进一步，对于平台的底层软件，开发人员可以利用 西安科技大学硕士学位论叉 该平台对底层的相关协议进行扩充，并将新的应用在该平台上实现。该平台可以进行仿 真的设备是多种多样的，对于服务提供商来说，他们可以通过平台提供的虚拟的应用场 景，对设备间的互联、互通、互操作进行新的服务和应用的开发。 系统总体设计： 本仿真平台是一个基于实际需要的系统，而不是理论上的分析环境；为了达到通用 的目的，本仿真平台的通信协议不仅要基于i g r s ( 闪联) 协议，并要尽可能兼容其他 的互联互通协议；仿真平台在系统设计时采用模块化方法，模块的划分尽可能实现高内 聚、低耦合，并在进行各个模块开发时，采用规范化设计；考虑到平台发展的可能需求， 预留扩展接口，提高系统的可维护性和开放性。平台必须具有直观、简洁、友好的界面。 为了系统的普及，同时也要防止盗版问题，系统可以在线下载和在线升级等保护措施。 为了达到仿真平台的系统目的和方便系统面向的用户使用，系统的总体设计结构如 图2 1 所示： 数字家庭仿真平台 数字家庭学习平台 学习3 c 产品应用的虚拟现实环境 学习闪联协泌涵盖的各种操作和应用场景 对闪联协议数据通讯过程进行此了解和分析 数字家庭测试平台 测试设备的协议符合性 测试多种设备的互联互通和互操作性 测试数字家庭相关的服务和应用 数字家庭开发平台 开发符合某种通信协议的终端设备 开发基于多种设备互联的服务和应用 图2 1 数字家庭仿真平台的设计结构图 2 数字家庭和闪联协议的发展研究与分析 2 4 闪联协议4 1 2 4 1 概述 闪联协议( i g r s ) 适用的范围：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，并增强不同设备问组合服务的功能。该标准是建立在t c p i p 协 议之上的应用层协议，它是在更高一级实现不同的硬件和软件系统的一个统一，可以方便 地将信息设备和传统的电器有效互联，自动发现和寻找可以利用的设各和服务功能，以 一种简单的方式安装并使用。 i g r s 标准的设计目标：在有限范围网络域( 有线、无线) 内支持多种信息设备、 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，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 模式和丰富应用。 i g r s 标准由三部分组成：核心基础协议组、智能应用框架和特色应用。核心基础 协议组定义了设备问的资源发现、发布的机制，统一了设备间的配置管理和服务访问控 制的机制，包括数据的获取和分发这样的一个机制，在这个基础上，特别强调了安全机制， 它由七个协议组成。智能应用框架对各种应用模式定义了相应的客户、数据、服务以及 他们之间的相互交互规则，根据不同应用开发的需要可以根据特定的智能应用框架开发 相应的客户、服务和数据对象，根据框架定义中的规则客户、服务和数据对象可以进行 动态组合形成完整的应用。 i g r s 体系结构如图2 2 ，支持各种设备通过有线局域网、无线局域网、蓝牙等网络连 接，传输与网络协议基于t c p i p 协议族，设备交互消息框架基于h t t p 1 1 ，设备发现 与资源共享平台基于i g r s 基础协议，设备协同服务平台基于i g r s 应用框架。 基础应用及扩展应用 设备协同服务平台 设备发现与资源共享平台 一_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 一 i g r s 应用 、，j j i g r s 应用框架 l 、j 。一 i g r s 基础办议 、。_， 设备交互消息框架【“t t 9 1 1 _ l _ _ _ _ _ 传输与网络协议t c p i p 协议族 设备连接 【；：；a ：；：j ：“。，。+ 。 图2 2 i g r s 体系结构 西安科技大学硕士学位论文 2 4 2i g r s 基础协议 i g r s 基础协议确定了i g r s 设备间相互发现及资源共享的机制，包括设备相互发 现机制、设备间管道创建机制、服务发现机制、设备组管理机制、会话管理机制和服务 访问机制。各个机制之间的层次关系如图2 3 所示： 一一 服务访问机制 、一 。1 一 会话管理机制 ，。_， 一 服务发现机制 、- ， 设备组管理机制 、 一一 。一 设备管道色憷机制 _j， 一 设备发现机制 、一， 图2 31 g r s 基础协议 设备相互发现机制定义i g r s 设备在网络上宣告自身及发现其它设备信息的机制， 设备管道创建机制定义相互发现的两个i g r s 设备间建立可靠的交互机制，设备组管理 机制定义多个i g r s 设备形成特定的设备群组的规则，服务发现机制定义i g r s 客户发 现i g r s 服务的机制，会话管理机制定义i g r s 客户访问i g r s 服务时的会话创建和维 护机制，服务访问机制定义i g r s 客户调用i g r s 服务的交互规则。 2 4 3i g r s 应用框架 i g r s 应用框架是基于基础协议、面向最终应用而定义的一系列应用交互规则，如 面向家庭多媒体应用的音频视频应用框架定义家庭场景中各种音频视频相关设备为实 现音频视频应用所应具备的i g r s 服务与i g r s 客户间的配合关系。 2 _ 4 4 i g r s 应用 i g r s 应用基于i g r s 基础协议和i g r s 应用框架，包括i g r s 基础应用和i g r s 扩 展应用两种类型。i g r s 设备按用途可分为多种设备类型，i g r s 基础应用是i g r s 标准 规定的与具体设备类型相关、具有i g r s 设备功能的标准应用，某种类型的i g r s 设备 上存在某些标准的i g r s 应用。i g r s 扩展应用是应用程序开发者基于i g r s 基础协议和 i g r s 应用框架开发的符合i g r s 标准的应用，以更好地发挥i g r s 设备功能。 一个i g r s 应用由一个或多个i g r s 服务和一个或多个使用i g r s 服务的i g r s 客户 交互完成。典型情况下一个i g r s 应用交互如图2 4 所示： 1 0 2 数字家庭和闪联协议的发展研究与分析 ii i ；ij ；i i i i j i ；i i ；i i i i i i ；i ；i i i i i i i i i i i i ；i i i ；j i i i ； 厂_ 服务会话管理 设岳组管理 功能调用 数据订阅 壹啕获取 舅 据变化通知 设备发现及管道管理 + 一卫生h 兰! 兰竺! 兰营m t c p i i p h 一旺! ! 型 l m 7 i p 2 4i g r s 应用交互示意图 2 4 5i g r s 与其它标准之间的关系 i g r s 建立在多种现有标准基础上。i g r s 采用了标准的h t t p ( h y p e rt e x tt r a n s f e r p r o t o c o l 超文本传输协议) 、s o a p ( s i m p l eo b j e c t a c c e s sp r o t o c o l 简单对象访问协议) 1 作为i g r s 设备间交互的消息框架，由于h t t bs o a p 的广泛使用，i g r s 的体系结构支 持与多种现有标准之间的互操作。 i g r s 采用并扩展了s 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 o l 简单服务发现协议) ”刈 作为设备相互发现的基础，而s s d p 同时也是u p n p l 0 协议中设备相互发现的基础，因 此，通过扩展，i g r s 可以支持与u p n p 之间的互操作，相互发现，相互使用。 2 5 本章小结 本章首先从数字家庭的应用场景介绍了数字家庭的概念，归纳分析了影响中国数字 家庭的三大协议标准d l n a 、闪联和e 家佳：然后详细说明“t c l 数字家庭一s 平台”项目 的开发背景和内容，以及该平台要实现的三大功能；平台前期基于的协议标准是闪联协 议，研究分析了闪联协议的基本内容和应用框架。 署阻廿融卧m倒 西安科技大学硕士学位论文 j ；ij i i ；i i ；i i j i i i ；i i ；i i i i i i i i i i i ；i i i ；j i i i i i i i ；i 3 闪联协议设备组模块的研究与开发 闪联协议采用了设备组管理机制，使设备能够有效实现资源开放和服务协同，提高 设备间的互操作性和易用性，并增强了不同设备间组合服务的功能，为用户创造新的应 用模式和丰富应用。 3 1 闪联协议的实现的整体架构 i g r s 设备交互模式描述了一个i g r s 设备从加入网络，发现其它i g r s 设备，加入 某个i g r s 设备组，发现设备组内其它i g r s 设备上的服务并进行服务调用，到最后退 出网络的全部过程，如图3 1 所示。 图3 1i g r s 设备交互模式州 3 闪联协议设备组模块的研究与开发 i g r s 协议栈具体实现是根据i g r s 设备交互模式将i g r s 协议分为几大模块，先实 现各个模块的功能，然后集成为一个系统。各个模块除了完成本模块的具体功能，还要 提供和其他模块进行的交互的内部接口和给用户调用的用户接1 ：2 。内部接1 ：3 是各个模块 之间相互调用时用的接e l ，用户接1 ：2 是协议栈外用户要实现某个功能时调用的接i ：2 函 数。 i g r s 特色应用 会话模块服务模块事件模块 i g r s a v i g r s 基础协议 y设备模块 设备组模块管道模块 h t t p 安全模块w e b 模块s s d p 模块 t c p i p 系统a p i 模块 操作系统 硬件、驱动等 图3 2i g r s 系统具体实现模块图 系统a p i 模块：位于整个系统的底层，为其他模块提供了队列、堆栈、h a s h 表、 链表等多种数据结构，和对其进行创建、添加、删除及数据获取的算法，还提供了基本 的x m l 报文解析、x m l 节点操作、x m l 节点属性操作，最后还提供了字符串解压、 文件读取、定时器控制等公共的a p i 函数。 w e b 模块：也是一个底层模块，它由w e b 客户端和服务器端组成，它给非s s d p 的h t t p 报文提供封装和发送功能，在服务器端接收、解封和处理，传递给相应处理模 块。 s s d p 模块：由s s d p 客户端和服务器端两部分组成，上层的设备模块、设备组模 块、管道模块、事件模块、会话模块、服务模块可以通过本模块进行宣告、查找、通知 等s s d p 多播报文的发送、接收和回调。 安全模块：主要用于管道及会话模块中通信双方的身份鉴别、消息鉴别以及消息加 解密，调用该模块时只需提供被处理的字符串以及选择处理的方式，经过模块内部函数 的运行即可得到所需的结果。 设备模块：负责系统中设备的初始化、在线、离线和资源管理，提供系统的入口和 出口，对与设备相关的g u i ( g e n e r a lu s e ri n t e r f a c e ) 请求进行处理和反馈，给w e b 报文 和s s d p 报文的接收提供统一入口。 设备组模块：本模块可以根据不同需要创建不同类型的设备组，更好的实现设备组 中设备问的信息交互，要实现的步骤有设备组的创建、宣告、其他设备的加入、设备的 退出和设备组的解散，以及客户对设备组的查找和查找响应。另外设备组的成功创建是 其他业务交互的前提和基础，也是整个i g r s 协议实现的基础，要求合理、清晰准确的 西安科技大学硕士学位论文 分析和设置设备及设备组之问的关系。 管道