（计算机软件与理论专业论文）igrs技术在智能家居中的研究与应用.pdf

摘要 随着计算机技术的高速发展，电脑、手机、数码产品、数字家电等信息终 端的性能得到迅速提升，人们对生活质量要求的日益提高，智能楼宇，智能家 居、信息家电等概念的出现，使住宅环境作为技术实用平台的作用日渐显著， 信息设备间的资源共享和协同合作也一直都是研究的重点课题。 对于3 c 融合，国际上目前尚无事实标准，以大企业、企业联盟为主的国际 标准团体正在加快相关标准的制定，实现新的标准垄断。我国数字家庭产业才 刚刚起步，由联想、t c l 、康佳、海信、长城5 家企业发起的“信息设备资源共 享协同服务”标准工作组( i g r s ”) ，共同制定的闪联协议标准1 0 版已经获得信 息产业部的批准成为国家推荐性行业标准，并正在谋求国际协议组织的认可。 所以对i g r s 协议技术的研究有着重要的现实意义，有着巨大的市场前景。 论文从理论和实际应用设计两方面对i g r s 协议进行研究，主要工作包括： ( 1 ) 研究了i g r s 协议的技术特征框架，着重对协议的安全性进行了分析； ( 2 ) 通过对i g r s 协议与d l n a 协议的技术特征分析，对i g r s 设备与d l n a 设备之间的互连进行研究，提出一种互连模型。 ( 3 ) 通过在机顶盒中添加i g r s 协议模块，设计了i g r s 协议机顶盒的硬件 系统，并对软件流程及所使用的函数、数据结构的编写进行详细分析，通过 t c l ，s 平台测试，符合一般家庭使用要求。 通过本文的研究表明，i g r s 协议技术可以与目前国内外比较流行的其它数 字家庭协议进行互连，在不改变现有家庭环境的情况下，快捷、安全的构建数 字家庭。此研究对i g r s 协议的推广有一定的促进作用，进一步深化研究了信息 设备间的资源共享和协调合作，对于全面智能家居的实现具有着重要的参考价 值和指导意义。 关键字：i g r s 协议，d l n a 协议，i g r sa v 框架，互连模型，机顶盒 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g y , t h ep e r f o r m a n c eo f c o m p u t e r s 、m o b i l ep h o n e s 、d i g i t a lp r o d u c t s 、d i g i t a la p p l i a n c e sa n do t h e ri n f o r m a t i o n t e r m i n a l sg e t sr a p i du p g r a d i n g t h eq u a l i t yo fl i f ep e o p l en e e d e di n c r e a s e d ，w h i c hh a s b e e nc o m m i t t e dt oa c h i e v i n gt h ec o n c e p t i o no fi n t e l l i g e n tb u i l d i n g s ，i n t e l l i g e n t h o u s e s ，a n di n f o r m a t i o nt e r m i n a l s ，m a k i n gr e s i d e n t i a le n v i r o n m e n ta sap l a t f o r mf o r p r a c t i c a lt e c h n o l o g yi n c r e a s i n g l ys i g n i f i c a n t t h er e s e a r c ho nt h ei n f o r m a t i o ns h a r i n g o ft h ee q u i p m e n ta n dc o o p e r a t i o no fr e s o u r c e sa m o n gi n f o r m a t i o nt e r m i n a l si sa n i m p o r t a n ts u b j e c t 。 a tp r e s e n tt h e r ei sn ot r u ei n t e r n a t i o n a ls t a n d a r df o r3 c t h ei n t e r n a t i o n a l s t a n d a r d so r g a n i z a t i o n s ，w h i c ha r eb a s e do nl a r g ee n t e r p r i s e sa n du n i o ne n t e r p r i s e s ， a l es p e e d i n gu pt h ee s t a b l i s h m e n to fr e l e v a n ts t a n d a r d s ，a n dt a k en e ws t a n d a r d s m o n o p o l y c h i n a sd i g i t a lh o m ei n d u s t r y h a sj u s t s t a r t e d ，m o v i n gf r o m t h e e x p e r i m e n t a ls t a g ei n t op r o d u c t i o ns t a g e f i v ee n t e r p r i s e ss u c ha sl e n o v o ，t c l k o n k a ，h i s e n s e ，a n dt h eg r e a tw a l ll a u n c h e d ”i n f o r m a t i o ns e r v i c ee q u i p m e n t r e s o u r c es h a r i n gs y n e r g i e s ”s t a n d a r d sw o r k i n gg r o u p ( i g r s ，) ，t h es t a n d a r dv e r s i o n 1 0s h a n l i a np r o t o c o lw h i c hi sj o i n t l yd e v e l o p e d ，h a sb e e na p p r o v e db yt h em i n i s t r y o fi n f o r m a t i o ni n d u s t r ya sn a t i o n a lv o l u n t a r yi n d u s t r ys t a n d a r d s ，a n di ss e e k i n gf o r t h ea u t h o r i z a t i o no fi n t e r n a t i o n a la g r e e m e n t so r g a n i z a t i o n t h e r e f o r e ，t h er e s e a r c ho n i g r sp r o t o c o lt e c h n o l o g yh a si m p o r t a n tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ea n dt r e m e n d o u s m a r k e tp r o s p e c t s t h i st h e s i st o o kar e s e a r c ho nt h ei g r sp r o t o c o lb yt h et h e o r ya n dp r a c t i c a l a p p l i c a t i o n f i r s t l y , t h et h e s i si n t r o d u c e di g r st e c h n i c a lf e a t u r e so ft h ef r a m e w o r k a g r e e m e n ta n dt a k ead e e pt h o u g h to nt h es a f e t yo ft h ea g r e e m e n t ，t h e nt h e o r e t i c a l l y a n a l y z e dt h ei n t e r c o n n e c t i o nb e t w e e ni g r sp r o t o c o la n dt h ed l n a p r o t o c o l ， a d o p t e dai n t e r c o n n e c t i o nm o d e la n dt e s tm e t h o d so fi n t e r c o n n e c t i o na g r e e m e n t s ； f i n a ll y , t h r o u g ha d d i n gi g r sp r o t o c o lm o d u l e st os e t - t o pb o x e s ，t h et h e s i sd e s i g n e d t h eh a r d w a r eo fi g r sp r o t o c o ls e t t o pb o x ，a n dg a v ead e t a i l e da n a l y s i so ft h ed a t a n s t r u c t u r e sa n df u n c t i o n sw h i c ha r ei n v o l v e di nt h es o f t w a r ep r o c e s s e s t e s t e db yt h e t c l - s p l a t f o r m ，i ti sc o n f i r m e d t ob ei nl i n ew i t ht h eg e n e r a lh o u s e h o l d r e q u i r e m e n t s t h i ss t u d ys h o w st h a ti g r sp r o t o c o lt e c h n o l o g ya th o m ea n da b r o a di sa b l et o c o m m u n i c a t ew i t hs e v e r a lo t h e rp o p u l a rd i g i t a lh o m ei n t e r c o n n e c t i o na g r e e m e n t s ， a n dc o n s t r u c ta l le f f i c i e n ta n ds a f ed i g i t a lh o u s ew i t hn oc h a n g e si nt h ee x i s t i n g e n v i r o n m e n to ft h ef a m i l y t h i st h e s i sp l a y sac e r t a i nr o l ei np r o m o t i n gt h ei g r s p r o t o c o l ： i tm a k e sad e e pr e s e a r c ho nt h ei n f o r m a t i o ns h a r i n go ft h ee q u i p m e n ta n d c o o p e r a t i o no fr e s o u r c e sa m o n gi n f o r m a t i o nt e r m i n a l s i tm a k e sg r e a tg u i d i n g s i g n i f i c a n c ea n dr e f e r e n c ev a l u ef o r t h ef u l lr e a l i z a t i o no ft h eh o u s i n gi n t e l l i g e n c e k e yw o r d s ：i g r sp r o t o c o l ，d l n ap r o t o c o l ，i g r sa vf r a m e w o r k ，i n t e r c o n n e c t i o n m o d e l ，s e t t o pb o x ( s t s ) i i i 独创性声明 本人声明，所呈交的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。尽我所知，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，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。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了谢意。 签名：! 垂邋遣i t 期：坦盂( j z 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权 保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 课题研究背景 第1 章绪论 当今世界瞬息万变，尤其以i n t e m e t 为主导的信息技术更是层出不穷。过去 的2 0 年，是计算技术和通信技术飞速发展的2 0 年。p c 作为计算技术发展的代表， 融入人们的工作与生活之中，年销量已超过彩电。而i p 网络光纤通道、有线电视 网络、移动通信网络的建设，又为电脑产业开创了新的发展空间。其代表作是 互联网浪潮席卷全球。但连接起来的电脑在短暂的狂热后，遇到了应用空洞化 和应用价值低的挑战。产业冬天的来临促使业界开始清醒起来。当人们看到了 计算能力与通信能力相互促进带来新的产业曙光时，当通信被无缝地整合到计 算环境之中去时，过去的应用空洞化的问题就迎刃而解了。无缝( 没有时延， 带宽充分) 的通信能力使网络资源充分共享和应用协同成为可能。计算与通信 深度融合的新应用模式，必将真正释放互联网能量，真正为信息技术发展带来 新一轮的飞速发展，并由此推动人们生活、工作的巨大变革。纵观现代人的生 活和工作，包括p c 、笔记本电脑、掌上电脑、手机、投影机、打印机等在内的 信息终端早已充斥在我们身边。即便很多终端可以独立完成信息处理和上网通 信等任务，但这仍只是在自己孤立的系统内通过简单共享外界数据来实现其有 限的功能，更多的环境资源( 譬如打印机、投影机等) 在大部分时间里并没有 被很好地利用。 目前业界，特别是国际组织和跨国企业联盟，正在制定着越来越多的有关 网络和网络应用技术的标准，这些标准涉及到网络技术的各个层次和网络应用 的各个方面。中国企业积极参与到国际标准的制定当中，自主制定了i g r s 标准， 这对于我国信息产业的发展以及企业自身竞争力的提高都非常重要。对于3 c 融 合，国际上目前尚无事实标准。但以大企业、企业联盟为主的国际标准团体正 在加快相关标准的制定，加速构建新一轮的标准垄断。 目前国际上跨国企业联盟在应用层面上的面向前端设备互联互通的标准制 定非常活跃，多种标准在蓬勃发展，并将于近期推出其经过长期研究的标准。 i g r s 协议标准1 0 版已经获得信息产业部的批准成为国家推荐性行业标准，并正 在谋求国际协议组织的认可。 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 研究现状 自比尔盖茨耗资六千万美元建成智能豪华住宅以来，智能家居便成为人们 心中的梦想。伴随着居民对生活质量要求的提高、科学技术的进步以及房地产 业的发展，众多的商家正逐渐将这种梦想变为现实。现在，越来越多的房地产 商在设计阶段，就或多或少的考虑到了住宅智能化的要求，为中高档小区配备 比较完善的智能家居系统。 数字家庭工作组( d i g i t a lh o m ew o r k i n gg r o u p ，d h w g ) 于2 0 0 3 年6 月成 立，由i i l t e l 、s o n y 、m i c r o s o f t 、h p 、n o l 【i a 、p a n a s o n i c 、p h i l i p s 、s u n s u n g 等公司 发起，目前有1 9 0 多家厂参加，包括中国的联想、t c l 、华为、中兴等。2 0 0 4 年更名为d l n a 。该组织的目标是使消费者可以通过有线无线网络，将家中的 p c 、电视、机顶盒、音响、手机、p d a 、d v d 播放机等多种设备共享信息。目 前该协会已经制定完成了d l n a1 0 ，定义了具有保存、发送数字内容等功能的 数字媒体服务器( d i g i t a lm e d i as e r v e r ，d m s ) 和负责数字内容播放的数字媒体 播放器( d i g i t a lm e d i ap l a y e r ，d m p ) 。d m s 与d m p 之间通过有线局域网、无线 局域网、i p v 4 或u p n p 等开放标准连接。d l n a 计划在2 0 0 5 年内进一步制定出 与数字版权管理( d i g i t a lr i g h t s m a n a g e m e n t ，d r m ) 兼容的标准i l j 。 2 0 0 3 年7 月1 7 日信息产业部携国内i t 五巨头联想集团、t c l 集团、康佳 集团、海信集团、长城计算机集团发起成立了“信息设备资源共享协同服务标准 化工作组( i n t e l l i g e n tg r o u p i n gr e s o u r c es h a r i n g ，i g r s ) ”，它是在企业、公共 场所、个人以及家庭进行信息设备互联时，所遵循的共同资源及功能服务接口 标准，它使得设备能够有效地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功能1 2 j 。 很多大型的企业或者企业联盟都推出了自己的智能家居中间件协议标准， 但是国际上还没有出台一个统一的通用标准。i g r s 工作组就是为了制定全面规 划家居中间件技术而成立，i g r s 标准1 0 版已经获得信息产业部的批准成为国 家推荐性行业标准。i g r s 正处于蓄势待发的阶段，其美好的发展前景和现今技 术的不成熟、i g r s 家居产品的匮乏矛盾很突出，所以对i g r s 协议的研究有着 重要的现实意义，开发的基于i g r s 技术的产品会得到巨大的市场回报。 2 武汉理工人学硕+ 学位论文 1 3 课题来源 p c 以及各种具有嵌入式系统的智能设备，已经融入人们的工作与生活之 中，如笔记本电脑、手机、电视机，等等。另一方面，移动通信网络、有线电 视网络，以及因特网的发展让无缝通信成为可能。在这个计算机、通信、消费 电子( 3 c ) 融合的时代，如何将人们周围的设备简单方便地连接起来，让它们 发挥各自的优势，并协同工作，是消费者和整个信息产业内普遍关心的问题。2 0 0 0 年以来，特别是我国加入w t o 以后，我国信息化建设面临着新的挑战，同样在 智能家庭网络、数字家电、信息化标准制定方面存在很大的机遇。 制定标准，形成产业联盟，遵循“技术专利化、专利标准化、标准产业化” 的战略方针，己经成为当今产业竞争的主要手段。随着经济、技术竞争的不断 升级，技术标准与专利之间的联系越来越密切，发达国家和跨国公司都力求将 专利变为标准，以获取最大经济利益，标准化己成为专利技术追求的最高体现 形式。在这种思路的影响下，企业实施技术标准战略通常要经过几个步骤：第 一，投入资金研发相关技术；第二，运用专利战略，圈占知识产权领地；第三， 将自己技术规范上升为行业标准，第四，标准形成后，通过收取专利费用或占 据由标准推动产生的产业优势和市场。 现实情况是一个企业，即使是在业界占统治地位的国际公司，也需要其他 企业参与，共同推广标准，甚至合作研发。于是在推广标准和推动产业发展方 而，各个一流厂商普遍采取的方式是形成一个由完整产业链的各类企业组成的 产业联盟。i g r s 标准工作组在组织、标准制定、市场开发等也是按照企业联盟 的模式进行运作。 本论文的研究基于一个实际的课题：家电厂商、电脑厂商将紧密合作，为 了推广i g r s 应用理念，我们将通过设计一种改进的机顶盒产品来集成数字电 视、媒体播放、节目录制等多种功能，并支持现在正在发展的主流产品市场； 另一方面，各厂商将不断提供新的直接集成的i g r s 产品，扩大i g r s 应用的范 围，带动市场和消费者对i g r s 产品的期待，并逐步将i g r s 功能发展为数码产 品的标准特性。深圳易居科技有限公司从事智能家居研究及产品开发多年，其 提出的易居智能家居解决方案，基于i g r s 标准，利用现有的支持i g r s 协议的 智能家电及i g r s 计算机等产品，通过对易居家庭网关系统设计，实现了基于 i n t e m e t 及手持设备对智能家庭网络的远程控制，极大的方便了人们的日常生活。 3 武汉理工大学硕士学位论文 1 4 研究内容 在日益激烈的家庭应用开发领域，准确地、经济地、高效地开发应用系统 显得尤为重要。其中最好的一个解决办法就是降低系统结构的复杂性，国内外 普遍应用的3 c 家庭标准也都是针对于此问题。基于此，本文研究目前家庭网络 的组成模块及相应的技术，分析i g r s 协议相关技术及与其他协议间互联互通， 对i g r s 协议的机顶盒进行简单的软硬件设计。 论文组织结构如下： 第1 章本章为引言，主要介绍数字家庭及i g r s 协议发展应用的现状及问 题。从整体上介绍了课题的研究背景，阐明本文的研究目的及主要工作内容。 第2 章i g r s 协议分析。介绍了目前国内比较流行的智能家居协议，通过 对i g r s 协议的体系结构、i g r s 基础协议、i g r s 应用框架、i g r s 应用的介绍 对i g r s 协议的技术特征进行分析，并对i g r s 协议的安全性进行研究和改进。 第3 章尝试对i g r s 标准和d l n a 协议之间进行互联互通。分别分析i g r s 协议及d l n a 协议设备各自的交互过程，尝试对两种协议设备互连进行理论上 的分析，并提出了两种协议互联的模型，对d l n a 设备在i g r s 网络的正常运 行提出一种测试方法。 第4 章基于i g r s 协议的有线机顶盒设计及实现。介绍了i g r s 机顶盒的 运行原理及层次协议，实现了机顶盒软硬件的设计，在l i n u x 平台完成机顶盒 i g r sa v 主控模块编写。 第5 章总结与展望。对全文进行总结指出系统的成功与不足，并对以后系 统技术的改进与发展做了一定的展望。 4 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章i g r s 协议分析 2 1 数字家庭协议分类 现代家庭存在着台式电脑、网络产品及其外部设备( 打印机、扫描仪等) 组成 的互联网世界；电视、音响和机顶盒所组成的数字家电世界；移动电话、p d a 、 笔记本电脑所组成的移动世界三大信息孤岛【3 】。对应三大孤岛的产业群体应该共 同订制未来数字应用和设备融合的蓝图，而蓝图的基石是制定一个统一的协议 标准，基于统一标准之上的产品开发将能够支持互联网世界、数字家电世界和 移动世界统一为一个无缝连接、资源共享的网络，网络中的不同设备可以相互 兼容、协同服务，为用户带来全新的体验，为厂商带来全新的机遇。目前业界， 特别是国际组织和跨国企业联盟，正在制定着越来越多的智能建筑和智能家居 的标准，这些标准涉及到家庭网络技术的各个层次和网络应用的各个方面。对 于3 c 融合，国际上目前尚无事实标准。但以大企业、企业联盟为主的国际标准 团体正在加快相关标准的制定，加速构建新一轮的标准垄断，中国企业也积极 参与到国际标准的制定当中，自主制定了信息设备资源共享协同服务( i g r s ) 标准，这对于我国信息产业的发展以及企业自身竞争力的提高都非常重要。 标准之争实质是市场之争，多年前，发达国家就有了智能家居的概念和标准， 当时的标准偏重于安防，随着通信技术和网络技术的发展，传统的建筑产业与 l t 产业有了更深度的融合，智能家居的概念才得以真正发展。中国的居住环境 与发达国家不同，中国的智能家居概念及其实施标准带有很强的中国特色。加 入w t o 后，中国的行业管理正在与国际接轨，以行业协会为龙头推进标准化进 程，加强行业管理将是今后的重点。由于国外家庭网络研究起步较早，重视程 度高，因而提出了很多家庭网络协议或标准。从近年来发展的情况看，有标准 化组织支持的标准或协议具有更为有效的影响力。 家庭网络标准化组织数量很多，根据所处行业不同，可以将其分为几大类t 一类是由网络设备商组成的组织，如o s g i ，i h a ；第二类以i t 类厂商为主，如 d l n 八u p n p ；第三类是以家电类厂商为主导，如e c h o n e t ；第四类以家庭自动控 制厂商为主，代表组织是l o n m a r k i 训。 5 武汉理工大学硕士学位论文 除了这些国际性厂商及其联盟和国际化标准化组织以外，国内的一些电子企 业基于不同的侧重点提出了两种类型的数字家庭标准：由海尔集团、清华同方、 春兰集团等七家公司发起组建的以数字家电为核心的家庭网络标准产业联，即e 家联；由联想、t c l 、康佳、海信、长城等5 家厂商发起成立的以网络、p c 为 核心的信息设备资源共享协同服务标准工作组，即i g r s 工作组。 由于国际上数字生活网络联盟( d u 叮a ) 在实力和推进程度上在这些组织里 面是最高的，因此本文重点分析d l n a 协议和i g r s 协议互连的发展思路和技 术体系。 2 1 1 “信息设备资源共享协同服务”标准工作组( i g r s ) 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5 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) 。i g r s 标准适用的范围是企业、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p j 。 i g r s 是多个信息终端依据一定的标准在有限范围内动态组网和实现智能互 联、资源共享和协同服务的应用模式技术理论基础。i g r s 基础应用提供了i g r s 设备间交互的一些基础性的应用，通过调用i g r s 基础应用、i g r s 智能应用框 架、i g r s 基础协议所提供的接口实现了更为复杂、功能更强的应用。i g r s 架 构就是为解决这样的问题而出现的。与网格所涉及的庞大的高性能计算和浩瀚 的信息资源不同的是，i g r s 协议更关注当前各个信息孤岛所造成的资源浪费。 譬如今天的彩色短信只能显在手机小得可怜的屏幕上，尽管我们身边己有像投 影机、l c d 和p d a 之类的大屏幕显设备和彩喷之类的输出设备。i g r s 主张让 用户周围所有的这些信息终端动态而智能地组成一个微型应用网络。利用i g r s 之间的有效互联，来构建未来的信息网格。支持资源开放及协同的i g r s ，将是 下一代互联网的重要组成部分。 i g r s 的技术实质是整合和协同。从技术的角度看，主要有智能互联、资源 共享、协同服务等三项关键技术特征。 ( 1 ) 智能互联是指配备关联协议的任何个人信息终端、企业信息应用、社 6 武汉理工大学硕+ 学位论文 会信息服务，在一定范围内自动搜索其他相关终端、应用和服务，并在关联协 议基础上，动态生成新的网络，经安全认证后自动组网或入网的一种智能活动。 这样，在一定范围内的各种复杂的设备、应用和服务，就可以智能、高效、方 便地组织起来。智能互联是关联应用在个人、企业、社会三个层次而得以实施 的基础。一切个人信息终端、企业信息应用、社会信息服务首先要彼此之间进 行智能互联，然后才能够进行资源共享和协同服务。 ( 2 ) 资源共享是指智能互联的设备通过有线网络和无线网络主动公布自己 可提供的资源，并获知他方可提供的资源，如计算资源、存储空间、输入功能、 显示功能、打印资源、通信功能、音响资源等等。其中资源可以是设备的功能， 也可以是组合的应用和服务。共享的设备可以是个人电脑、路由器、打印机、 手机、p d a 等，也可以是电视、音响、投影机、冰箱、空调、d v d 等；共享的 应用可以是文字处理、图形显示、音乐、动画、视频节目等，也可以是数据库、 邮件系统、e r p 、c r m 等；共享的服务可以是自动定位、远程医疗、旅游规划， 跟随服务，也可以是电子商务、电子政务等。总之，包括一切可以在关联协议 基础上进行智能互联的设备、应用和服务。资源共享是关联应用的手段，是集 中众多资源来为个人、企业、社会协同服务的关键。 ( 3 ) 协同服务是指在智能互联、资源共享的基础上，在一定范围内通过应 用和资源的优化组合，相互协作，充分发挥并释放网络的能量，从而在个人、 企业、社会三个层面产生新的应用形式，并更好地服务于个人、企业和社会。 协同服务是关联应用的目的，是智能互联、资源共享的落脚点1 5 j 。 i g r s 标准为i g r s 应用提供统一的网络资源发现、使用和管理机制，它由 三部分构成：i g r s 基础协议、i g r s 智能应用框架、i g r s 基础应用。i g r s 标 准v 1 o 目前包括的是两个基础部分：基础协议标准和智能应用框架标准。 2 1 2e 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 家佳联盟成员总数己达到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、 7 武汉理工大学硕士学位论文 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 1 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i 引。 2 1 3 数字生活网络联盟( d u 峪) 数字生活网络联盟( d i 舀t a ll j v i i l gn e ta l l i a n c ed 1 月a ) 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 e n w o o d 、联想、m a t s u s h i t ae 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 ，诺基亚、飞利浦、三星、s h a r p 、索尼等。截止到2 0 0 7 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 版，据d l n a 成员公司介绍，d l n a 正在进行1 o 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 的目标是“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( 1 p ) 、h t t p ，u p n p 和 w i f i ( 8 0 2 1 1b ) 协议1 5 】o 8 武汉理工大学硕士学位论文 2 2i g r s 标准技术特征 i g r s 标准适用的范围：在有限范围无线有线网络域内，并且广泛适用于 家庭、企业、公共场所。i g r s 标准为i g r s 应用提供统一的网络资源发现、使 用和管理机制，i g r s 标准v 1 0 由三部分构成：i g r s 基础协议、i g r s 智能应 用框架、i g r s 基础应用。 2 2 1i g r s 标准体系结构 i g r s 支持多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，设备交互消息框架基于h 删1 1 ，设备发现与资 源共享基于i g r s 基础协议，设备协同服务基于i g r s 应用框架。i g r s 层次结 构如图2 2 基础应用及扩展应用 设备协同服务平台 设备发现和资源共享平台 设备交互消息框架 传输与网络协议 设备连接 图2 - 2i g r s 层次结构图 i g r s 协议的协议栈结构最上面一层是各个用户开发的应用。通过协议栈提 供的服务和客户描述规范的包装，应用可以发布在i g r s 设备上，成为i g r s 服务 和客户。应用框架是一组支持某种特定应用的服务和客户的集合，特定的应用 9 武汉理丁大学硕士学位论文 框架向特定的应用提供更为贴切和充分的开发支持。i g r s 设备上的服务和应用 通过下层5 个i g r s 标准协议与其他i g r s 设备上的服务和应用进行交互，包括互 相发现和使用。底层的设备路由协议为上层的交互消息提供了发送的目的。而 消息的传输则基于现有的传输协议。 i g r s 设备所用于的共享资源可以分为两类，一类是设备自身固有的可共享 资源，如计算资源、存储资源等，该类资源在i g r s 设备中以服务对象形式接受 共享资源管理器的管理；一类是应用程序开发者通过开发可向其他应用程序提 供某种形式的服务，如媒体播放服务、文件打印服务等，该类资源在i g r s 设备 中以服务存根形式接受共享资源管理器的管理。 需要使用i g r s 设备上的共享资源的应用程序通过客户代理形式接受共享资 源管理器的管理，同时使用资源管理器所提供的a p i 实现对i g r s 设备共享资源的 使用和管理。不同的i g r s 设备上的共享资源管理器之间通过本文档定义的与具 体网络传输协议无关的通用i g r s 设备交互协议实现设备访问与控制、服务访问 与控制、服务数据分发、事件订阅与通知等功能1 6 j 。 2 2 2 基础协议 图2 3i g r s 基础协议 如图2 3 所示，i g r s 基础协议定义了i g r s 设备间统一的资源发现与发布机 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 制，统一的设备配置管理机制，统一的服务访问控制机制，统一的数据获取分 发机制，统一的安全规范等。 i g r s 基础协议由以下7 个部分构成： ( 1 ) 设备消息路由协议：定义了i g r s 设备间统一的消息框架及设备间的消 息转发机制，通过该协议，具有不同网络介质的i g r s 设备可以通过消息转发的 方式实现相互通讯。 ( 2 ) 设备发现协议：定义了i g r s 设备信息的发布和发现机制。当一个i g r s 设备进入网络时，可以通过该协议向网络上发布自身的设备资源相关信息，并 且可以发现网络中已有的其他i g r s 设备及相关信息。 ( 3 ) 设备访问控制协议：定义了i g r s 设备间的交互和管理机制。i g r s 设 备可以借助该协议与其他设备组成设备群组从而实现设备集中管理，同时i g r s 设备也可以借助该协议实现对其他i g r s 设备的配置管理。 ( 4 ) 服务发现协议：定义了i g r s 设备上的服务信息的发布和发现机制。 i g r s 设备上的服务可以借助该协议发布自身相关信息。i g r s 设备上的客户可 以借助该协议发现网络中各设备上发布出来的感兴趣的服务信息。 ( 5 ) 服务访问控制协议：定义了i g r s 设备上客户和服务之间的访问控制机 制，包括客户和服务之间访问方式、安全机制等的协商过程以及根据协商结果 实现客户对服务的访问和服务状态变化的获取。 ( 6 ) 数据获取分发协议：定义了i g r s 设备间的数据资源共享机制，包括数 据资源的发布与查找机制，获取与分发机制。 ( 7 ) 安全规范：定义了i g r s 设备之间、i g r s 设备上的客户与服务间交互 过程中的安全机制，包括设备间的身份认证、授权管理、数据传输加密等【7 一】。 2 2 3i g r s 智能应用框架 针对各种应用模式，智能应用框架定义了相应的客户、服务、数据对象以 及它们之间的交互规则。不同的应用开发者可以根据特定的智能应用框架丌发 相应的客户服务或数据对象。根据智能应用框架中定义的规则，这些相关的客 户服务和数据可以动态的组合成为完整的应用。 例如，一个实现了文件交换类应用框架客户端的p d a 和一个实现了文件交 换类应用框架服务端的笔记本相互发现后即可实现文件交换。 武汉理工大学硕士学位论文 通过对i g r s 基础协议的封装，智能应用框架为特定种类应用的开发提供了 更为专用的接口，使得该种类的应用开发更为容易。例如，控制类智能应用框 架定义了控制类应用中涉及的客户和服务端各自的功能、交互规则及相应的应 用程序开发接口。客户端应用程序开发者只需根据控制类应用框架中的客户应 用程序开发接口即可开发与特定被控制服务端程序无关的客户端应用程序，从 而实现统一的控制功能。 目前，i g r s 标准中即将定义如下四个智能应用框架t ( 1 ) a v 应用框架：定义了音频、视频应用中的音视频流的传输、播放、控 制机制； ( 2 ) 文件共享应用框架：定义了i g r s 设备间文件发布、查找、获取机制及 相应的安全机制； ( 3 ) 控制类应用框架：定义了i g r s 设备间控制端与被控制端的交互逻辑、 安全机制及相应的应用程序开发接口； ( 4 ) 外设即插即用应用框架：定义了i g r s 设备间的发现、设备驱动程序获 取及相应的安全机制r l9 。 后续，i g r s 标准还将陆续制定新的智能应用框架以丰富i g r s 标准。 1 2 武汉理：大学硕士学位论文 2 2 4i g r s 应用基本模型 图2 4i g r s 应用交互示意图 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。 。 基于i g r s 标准，可以开发出各种各样支持“资源共享与协同服务”的i g r s 应 用。i g r s 基础应用提供了i g r s 设备间交互的一些基础性的应用，i g r s 应用则是 建立在i g r s 标准基础上，通过调用i g r s 基础应用、i g r s 智能应用框架、i g r s 基础协议所提供的接口实现的更为复杂、功能更强的应用。 i g r s 基础应用内置于i g r s 设备，用于支持多个设备之间某种协同工作模式 所必备的应用，其本身可以随着协同工作模式的发展而扩展。 武汉理工大学硕士学位论文 例如，符合i g r s 规范的笔记本电脑和电视机均内置了音视频流传输基础应 用，当笔记本电脑和电视机互相发现后，笔记本电脑即可将所拥有的多媒体数 据以流的形式分发到电视机进行播放，同时，笔记本电脑也可以接收电视机传 来的电视节目流，从而实现电视节目的实时存储。 另一方面，i g r s 基础应用也可以为开发其他i g r s 应用提供支持，例如应用 程序开发者可以在一个内嵌网络接入基础应用的i g r s 设备上开发网络代理应 用，其他i g r s 设备可以通过该网络代理应用实现网络资源的共享。 目前，i g r s 标准定义了如下三个i g r s 基础应用： ( 1 ) 文件传输：实现了不同的i g r s 设备问的文件传输； ( 2 ) 音视频流传输：实现了i g r s 设备问的多媒体数据流的发送与接收； ( 3 ) 网络接入：实现了i g r s 设备互联网接入功能。 后续，i g r s 标准还将陆续制定新的基础应用以丰富i g r s 标准【l 。 2 3i g r s 协议安全性探究 为防止非法设备与用户访问本设备的资源，实现安全地同其他设备进行信 息的交互，设定不同的安全等级，在i g r s 的基础协议中定义了两层不同的安全： 一层是定义在设备之间的，即协议中的“管道”；另一层则是定义在用户与服务之 间的，也就是协议中称的“会话”。 本节着重介绍设备之间“管道”的安全机制。在i g r s 中定义管道是传输设备 间交互信息的通道。在整个i g r s 应用中，除了基于u d p 的多播查找与单播响 应这一交互模式不需要管道的支持，其余的交互都需要事先在两个设备间建立 管道，需要说明的是两个设备在同一时刻只能存在一条管道。 根据对传输消息的是否加解密、加解密方式、是否进行消息完整性检测等 规则的不同，i g r s 定义了五种不同的管道