浙江犬學碩j 1 學位論文 基十l i n i x 的u p n p 在家庭州絡(luò)巾的研究 摘要 網(wǎng)絡(luò)生活隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)f _ 1 趨成熟以及電腦和智能化電器用具不 斷涌入普通百姓家庭，一種被專家們稱之為“家庭電器集成系統(tǒng)”的家庭網(wǎng)絡(luò) ( h o m en e t w o r k ) 將在2 1 世紀呈現(xiàn)在人們的眼前。 通用即插即用( u p n p ) 是種普遍的點對點網(wǎng)絡(luò)連接的體系結(jié)構(gòu)，它適用于智 能設(shè)備、無線設(shè)備和所有種類的個人計算機的互連。它的這種設(shè)計使的設(shè)備無論 在家罩、小型商業(yè)廳、公共場所的任何網(wǎng)絡(luò)的連接操作都變得窖易、靈活、連接 標準化。 本文首先介紹了家庭網(wǎng)絡(luò)在國內(nèi)外的發(fā)展狀況，家庭網(wǎng)絡(luò)的未來發(fā)展趨勢， 并介紹了家電網(wǎng)絡(luò)軟硬件設(shè)計的方案，以及家庭網(wǎng)絡(luò)的防議。為了解決家庭網(wǎng)絡(luò) 應用的互操作性，論文提出了采用中間件技術(shù)設(shè)計家庭網(wǎng)絡(luò)應用，r , i u p n p 、1 i n i 、 h a yi 等技術(shù)做了簡單的介紹，并根據(jù)它們各自的特點，提出選用u p n p 作為家庭網(wǎng) 絡(luò)應用設(shè)計的中間件的觀點。本文詳細的分析了一個在l i n u x 環(huán)境下實現(xiàn)u p n p 的 實例，同時結(jié)合家庭網(wǎng)絡(luò)的應用提出了幾種改進的觀點。在論文的最后，通過一 個具體的實驗驗證了改進觀點的可行性。 關(guān)鍵詞：家庭網(wǎng)絡(luò)，中間件，u p n p ，s o a p ，s s d p ，g e n a 第1 頁 浙江火學碩十學位論文 基了+ l i n u x 的u p n p 在家庭m 絡(luò)中的研究 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ec o m p u t e ra n dn e t w o r kt e c h n o l o g y a n d i n t e l l i g e n te l e c t r o n i c a ld e v i c e sc o n t i n u a l l ys w a r mi n t oc o m m o np e o p l e s h o m e s ，t h el t o m e n e t w o r k t h a ti sc a l l e d “i n t e g r a t e ds y s t e ma b o u th o m e e l e c t r o n i c a ld e v i c e s ”b yt h ee x p o r t sw i l lc o m ef o r t hb e f o r ep e o p l ei nt h e 2 1 t hc e n t u r y u n i v e r s a lp i u ga n dp l a yi sa na r c h i t e c t u r ef o rp e r v a s f v ep e e r 。t o p e e r n e t w o r kc o n n e c t i v i t yo fi n t e l l i g e n ta p p l l a n c e s ，w i r e l e s sd e v i c e s ，a n dp c s o fa l lf o r mf a c t o r s tli sd e s i g n e dt ob r i n ge a s y t ou s e ，f l e x i b l e ， s t a n d a r d sb a s e dc o n n e c t i v i t yt om a n a g e dn e t w o r k so rn o tw h e t h e ri nt h e h o m e ，i nas m a l lb u s i n e s s ，o rp u b l i cs p a c e s a tf i r s t ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n to fh o m e n e t w o r k i n gb o t h i nc h i n aa n do v e r s e a s ，d e v e l o p m e n t a lt r e n d ，d e s i g n e ds c h e m ea b o u ts o f t w a r e a n dh a r d w a r e ，a n di t sc o r r e l a t i v ep r o t o c 0 1 l no r d e rt os o l v et h e i n t e r o p e r a b i l i t yo fh o m e n e t w o r k i n ga p p l i c a t i o n ，m i d d l e w a r et e c h n o l o g yi s i n t r o d u c e dt od e s i g nl l o m e n e t w o r k i n ga p p l i c a t i o ni nt h i sp a p e r s e v e r a l m i d d l e w a r et e c h n o l o g i e s ，s u c ha sj i n i ，u p n p ，h a v i ，a n ds oo n ，a r e i n t r o d u c e ds i m p l y a n da c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h o s et h eu p n p isc h o s e na st h es o l u t i o nt od e v e l o ph o m e n e t w o r k i n ga p p l i c a t i o n t h i s p a p e ra n a l y s e sa ne x a m p ea b o u tu p n pt h a to n l ys u i t a b l ef o fl i n u x ，a n d b r i n g sf o r w a r ds o m em o r ei m p r o v e do p i n i o n s a tt h ee n do fp a p e r ，a n e x p e r i m e n ti sd e s i g n e dt ov a l i d a t et h ef e a s i b i li t ya b o u ta b o v eo p i n i o n s k e yw o r d s = h o m en e t w o r k ，m i d d l e w a r e ，u p n p ，s o a p ，s s d p ，g e n a 第2 頁 浙江人學碩上學位論文 基于l i n u x 的i j p n p 在家庭網(wǎng)絡(luò)中的研究 1 1 研究背景 第一章緒論 家庭網(wǎng)絡(luò)概念的廣義理解是：家庭網(wǎng)絡(luò)是將有限范圍( 例如：家庭內(nèi)部、辦 公室) 內(nèi)通過有線或無線方式將多個設(shè)備連接起來而形成的網(wǎng)絡(luò)，這個網(wǎng)絡(luò)是為 了滿足用戶的某些需求而組建的，為用戶提供一定的業(yè)務與應用。用戶的需求可 以是有限范圍內(nèi)多個設(shè)備之間的信息流通，也可以是有限范圍內(nèi)的多個設(shè)備與公 共網(wǎng)絡(luò)之問的信息流通，甚至可以是有限范圍內(nèi)的所有設(shè)備之間以及這些設(shè)備與 公共網(wǎng)絡(luò)之間的信息流通。 末來的家庭中將安裝越來越多的p c ，外設(shè)和智能設(shè)備，當提供新的增值業(yè)務 時，家庭中的用戶就會面臨新的挑戰(zhàn)和機遇。比如，用戶會有這樣的需求：在住 宅中的任何地方都可以通過i n t e r n e t 獲取信息；p c 與p c 之間共享文件和共享 打印機，掃描儀等外設(shè)，無論它們放在家庭中的哪個地方；控制電子系統(tǒng)和儀器， 例如，在住宅中、住宅周圍或者遠離住宅的地方，都能夠打開或關(guān)閉家中的電燈， 熱水器，空調(diào)以及家用安全系統(tǒng)等；有效地管理通信信道?？傊W(wǎng)絡(luò)應用的普 及以及各種信息家電i a 的產(chǎn)生都使得在家庭內(nèi)部對i n t e r n e t 的訪問一i 再僅限于 以前的單個p c ，因此每個家庭都將面臨著如何在家庭內(nèi)部傳送i n t e r n e t 寬帶業(yè) 務以及如何將各種信息家電連接起來的問題。基于此，一種新的網(wǎng)絡(luò)和新的概念 一家庭網(wǎng)絡(luò)應運而生。 目前，美國有7 0 0 0 萬家庭依靠智能化家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備生活，近年來，以美國 微軟公司及摩托羅拉公司等為首的一批國際知名企業(yè)，先后擠身于智能家庭網(wǎng)絡(luò) 的研究及開發(fā)中，微軟的開發(fā)的”夢幻之家”、i b m 公司開發(fā)的”家庭主任”、摩托 羅拉公司開發(fā)的”居所之門”家庭網(wǎng)絡(luò)，3 c o m 公司一直在通過因特網(wǎng)向用戶宣傳 家庭網(wǎng)絡(luò)這一概念，并研發(fā)出家用無線網(wǎng)關(guān)等網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。日本的松下電器等一批 大公司聯(lián)手推出了無線連接和電力線連接并用的e c h o n e t 系統(tǒng)，該系統(tǒng)支持即插 即用，且能兼容不同廠家的家庭電器設(shè)備。 與此同時，國內(nèi)廠+ 商也己開始進行智能化家庭網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)，特別 是一些大型i t 企業(yè)利用自身在資盒與技術(shù)等方面的優(yōu)勢，在低端產(chǎn)品市場上占 第5 頁 浙江大學碩上學位論文 基十l i n u x 的u p n p 撲家庭嘲絡(luò)中的研究 據(jù)了相當重要的地位。 目前在國內(nèi)從事智能化家庭網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的企業(yè)中有近幾年從事安防產(chǎn)品轉(zhuǎn)移 過來的中小企業(yè)占多數(shù)，國內(nèi)一些傳統(tǒng)家電業(yè)的巨頭如海爾、創(chuàng)維、t c l 、科龍、 海信等也開始進入智能化家庭網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)市場。 今后幾年，智能化家庭網(wǎng)絡(luò)行業(yè)的產(chǎn)品將出現(xiàn)如下特征：個性化、易用性、 靈活性、平民化、標準化、小型化、模塊化及可拼裝化、多價位、多品種。 1 2 本文研究的主要內(nèi)容 本文全部內(nèi)容立足于u p n p 在智能家庭網(wǎng)絡(luò)中的研究與應用。深入分析了構(gòu) 建智能家庭網(wǎng)絡(luò)的中間件一u p n p ( u n i v e r s a lp 1 u ga n dp l a y ) 協(xié)議，提出了兩個 改進觀點，使得在實際應用中可以生成個性化的服務、減少網(wǎng)絡(luò)中不必要的數(shù)據(jù) 流量。同時對嵌入式開發(fā)過程中的軟硬件協(xié)調(diào)、操作系統(tǒng)( l i n u x ) 裁減、驅(qū)動程 序的開發(fā)、程序調(diào)試有了更深入的了解。 本文共分為六章：第一章是緒論，簡單介紹了本文的研究背景和研究內(nèi)容： 第二章介紹智能家庭網(wǎng)絡(luò)總體設(shè)計結(jié)構(gòu)，包括軟件，硬件及通訊協(xié)議；接下來的 一章重點洋細的介紹u p n p 協(xié)議的各個層次及通訊過程；第四章分析了一個i n t e l 提供的在l i n u x 下的u p n ps d k 及運用介紹；第五章研究分析了u p n p 在構(gòu)建家庭 網(wǎng)絡(luò)中改進觀點；第六章通過個實驗驗證了上一章中提出的改透觀點的可行 性。 第6 頁 浙江人學碩上學位論義 攮于1 i n u x 的o p n p 在家庭剛絡(luò)中的耐f 究 第二章智能家庭網(wǎng)絡(luò)介紹 2 1 智能家庭網(wǎng)絡(luò)總體設(shè)計方案 智能家庭網(wǎng)關(guān)的核心足家庭網(wǎng)黃，在家庭內(nèi)部提供不同類型、不同結(jié)構(gòu)子網(wǎng) 的橋接能力，使這些予網(wǎng)內(nèi)的信息家電之間可以相互通信，是連接運營商網(wǎng)絡(luò)和 用戶家庭剛絡(luò)的樞紐。町以在網(wǎng)關(guān)上運行個嵌入式的微型w e b n 務器程序，對 信息家電或其它家用智能設(shè)備進行遠程管理或控制。信息終端也內(nèi)嵌有微犁w e b 服務器稃序并可綁定獨立的i p v 5 地址或內(nèi)部i p 地址。當從世界上任何地點通過 i n t e r n e ! 登錄到該網(wǎng)關(guān)時，可以通過w e b 服務器提供的信息對住宅中的相關(guān)設(shè)備 進行設(shè)置或控制。 2 2 智能家庭網(wǎng)絡(luò)的核心組件 家用f 巳器r 網(wǎng)的系統(tǒng)核心：c p u n 網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。 而全世界制造c p u 的廠家眾多且標準也不統(tǒng)一這使得c p u 的硬件結(jié)構(gòu)和指令 系統(tǒng)各4 i 相同，造成各類家用電器無法像p c 機那樣通過標準的硬件接門及接口軟 件直接接人i n t e r n e t 網(wǎng)絡(luò)，因此必須采用其他的接口力法。 在硬件；r 臺產(chǎn)品中，將嵌入式c p u ；蒜片嵌入到各類設(shè)備中。同時也將嵌入式 操作系統(tǒng)固化在其中，通過運行針對系統(tǒng)編寫的應用程序來對裝有嵌入式芯片的 設(shè)備進行控制和管理。嵌入式系統(tǒng)的這地特點使它在智能家庭網(wǎng)絡(luò)及信息家電設(shè) 計方面具有尢可比擬的優(yōu)越性。它既可方便地實現(xiàn)復雜協(xié)議及應用程序，又能降 低產(chǎn)品的開發(fā)成本，凼而是開發(fā)者的首選。 在復雜系統(tǒng)中，t c p i p 協(xié)議棧一般都作為操作系統(tǒng)的一部分，通過軟件實現(xiàn)。 當前比較流行的嵌入式操作系統(tǒng)基本e 都包含t c p i p 協(xié)議棧，適合于巾高檔微處 理器實現(xiàn)。但對十一般的以8 1 6 位微處理和單片機為代表的低成小嵌入式系統(tǒng)而 言，操作系統(tǒng)應盡可能精筒。一般僅取其內(nèi)核部分，且若用軟件形式實現(xiàn)r c p i p 協(xié)議棧，會占用大量c p u 處理時問，從而導致嵌入式系統(tǒng)性能下降?？梢圆捎糜?件方式實現(xiàn)t c p l p 協(xié)泌棧，一方而可提高系統(tǒng)的處理效能；兄一方面該模塊町廣 泛應用于將來的實際嵌入式】n t 【1 r n e t 應用系統(tǒng)中。 泛應用于將來的實際嵌入式i n t e r n e t 應用系統(tǒng)中。 第7 頁 浙江人學碩士學位論文 基于l i n u x 的u p n p 冉：家庭網(wǎng)絡(luò)中的研究 2 3 智能家庭網(wǎng)絡(luò)中的智能終端軟件體系結(jié)構(gòu) 智能終端軟件總體結(jié)構(gòu)可分為4 層：嵌人式設(shè)備驅(qū)動程序?qū)印? 實時) 多任務操 作系統(tǒng)層、軟件接口層、應用軟件層。 2 4 智能家庭網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層方案及標準 目前世界上主要有3 種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層標準：以m i c r o s o f t 為代表的u p n p 技術(shù)、以 s u n 為代表的j i n i 技術(shù)和以傳統(tǒng)家電廠商s o n y 為代表的h a v i 體系。三者相互競爭 又彼此協(xié)作。 2 4 1 從w i n d o w s 接口標準擴充而來的u p n p 協(xié)議 u p n p 是p n p ( p l u ga n dp l a y ) 面向家庭網(wǎng)絡(luò)的擴充。u p n p 是微軟發(fā)布的基于 w i n d o w s 的硬件接口標準，以利用p c 和i p 協(xié)議為前提條件，目的是在多種傳送方 式( i e e e l 3 9 4 、電話線、電力線和無線等) 并存的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連。特 別值得提的是，微軟在開發(fā)u p n p 時，考慮到它同i i a v i 之間協(xié)同運行的情況，已 把h a v i 作為u p n p 的底層通信協(xié)議使用。“” 2 4 2 分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境協(xié)議j i n 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 ) 的目的是將成組的設(shè) 備和軟件構(gòu)建聯(lián)合成一個單一、動態(tài)的分布式系統(tǒng)，它基于j a v a 語言，運行于 t c p i p 協(xié)議之上，跨平臺運行，獨立于底層操作系統(tǒng)和通信技術(shù)，執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)操作 系統(tǒng)的功能，并且集中解決網(wǎng)絡(luò)成員之間的交互通信問題。當采用了j i n i 規(guī)范的 設(shè)備加人到網(wǎng)絡(luò)中后，它即向該網(wǎng)絡(luò)上的搜尋服務器傳送一條信息，充當網(wǎng)絡(luò)搜 尋服務器的設(shè)備就將新設(shè)備登記在案，詳細記錄其屬性，并向該j i n i 設(shè)備發(fā)回”。一 條消息，告訴它在需要時到何處找尋服務器“1 。和u p n p 不同的是，j i n i 重點強 調(diào)服務的概念，而u p n p 將重點放在設(shè)備上“3 。 2 4 3 以s o n y 為代表的h a v i 標準 第8 頁 浙 ：火學煩十學位論文 基于l i n u x 的u p n p 在家庭剛絡(luò)中的研究 h a v i 全名是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 ，是一種提供家庭中數(shù)字 音頻、視頻無縫互操作的家庭網(wǎng)絡(luò)中間件技術(shù)，由h a v i 聯(lián)盟制定其相關(guān)標準和 文檔。該標準采用傳統(tǒng)的i e e e1 3 9 4 傳送通信協(xié)議，連接數(shù)字化電視桃、數(shù)字攝 錄一體化錄像機、游戲機、立體聲音響等信息化家電。h a v i 力圖建立一個可擴 展、獨立于平臺和設(shè)計語言的開放結(jié)構(gòu)，目的是主要針對家庭娛樂應用，其并不 適用于家庭自動化等家庭網(wǎng)絡(luò)應用?！啊?2 5u p n p 架構(gòu)的發(fā)展前景 u p n p 架構(gòu)的推廣在目前階段還具有定的難度。特別是，家電j 商對計算機 及通訊技術(shù)不是很熟悉，相當+ 一部分家電產(chǎn)品仍然處于數(shù)字化的進程中。傳統(tǒng)家 電至i j u p n p 家電的跨越幅度是比較大的，在家電行業(yè)推廣u p n p 的過程中必然會遇到 這樣那樣的阻力。由于u p n p 獨立于操作系統(tǒng)和開發(fā)語言，而不像j i m 依賴于j a v a 虛擬機( j v m ) ，資源要求相對較低，可以采用c 語言編寫，提高運行效率，相信 隨著u p n p 架構(gòu)的進一步推廣，u p n p 應用模式的不斷豐富，這些條件將逐一得到滿 足，u p n p 架構(gòu)將擁有美好的發(fā)展前景。 第9 頁 浙江人學碩士學位論文 基于l i n u x 的o p n p 在家庭網(wǎng)絡(luò)中的研究 第三章u p n p 的實現(xiàn)機制心1 3 1i j p n p 介紹 u p n p 的主要設(shè)計目標集中在如何實現(xiàn)對計算設(shè)備的簡單控制上。處于u p n p 協(xié) 議棧的第四層的u p n p 設(shè)備結(jié)構(gòu)體系( u p n pd e v i c ea r c h i t e c t u r ed e f i n e d ) 定義 是一個抽象的設(shè)備模型，任何u p n p 設(shè)備的設(shè)計都關(guān)聯(lián)這一層。它定義了控制點和 設(shè)備之間的通信協(xié)議，并把控制點與設(shè)備之間的通信過程分為了六個方面的內(nèi)容 設(shè)備尋址、設(shè)備發(fā)現(xiàn)、設(shè)備描述、設(shè)備控制、設(shè)備事件、設(shè)備表達。 以上六個方面的功能介紹如下：設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)后通過設(shè)備尋址可自動獲得i p 地址；通過設(shè)備發(fā)現(xiàn)控制點可了解 網(wǎng)絡(luò)上存在哪些設(shè)備；通過設(shè)備描 述控制點可知道設(shè)備的詳細信息； 通過設(shè)備控制控制點可以使用設(shè)備 的服務；通過設(shè)備事件設(shè)備就可以 將其狀態(tài)變化及時告訴給感興趣的 控制點；通過設(shè)備表達控制點可以 用瀏覽器察看設(shè)備狀態(tài)。u p n p 不僅 是電腦外設(shè)即插即用的簡單擴展， 圖3 1 控制點、設(shè)備交互模型 它支持零配置、不可見網(wǎng)絡(luò)和各種設(shè)備的自動發(fā)現(xiàn)。即設(shè)各自動加入網(wǎng)絡(luò)，獲得 i p 地址，發(fā)布自己的功能，并且學習相關(guān)設(shè)備的描述符，真正實現(xiàn)“即插即用”。 3 2 設(shè)備尋址 u p n p 設(shè)備能正常工作的前提就是設(shè)備尋址。每一個u p n p 設(shè)備都必須具有動態(tài) 主機配置協(xié)議( d h c p ) 的客戶端，如果網(wǎng)絡(luò)上存在d h c p 服務器，也就是說這是一個 i p 地址受管理的網(wǎng)絡(luò)，那么設(shè)備就使用分配給它的地址，如果網(wǎng)絡(luò)上不存在d h c p 服務器，這時設(shè)備必須使用a u t o i p 完成i p 地址的設(shè)置，并且使得設(shè)備在有和沒 有d i t c p 的網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)換變的很容易。使用a u t o z p 時，設(shè)備在1 6 9 2 5 4 1 6 9 1 6 范圍 中查找空閑的地址，其中開始和最后的2 5 6 個地址是保留的，不能使用。在選中 第l o 賈 甲；淫蘧； m 鋤 自 x i 目 3 現(xiàn) 檔椰 備?？?發(fā)布葉文托 設(shè)矧李 備發(fā)n 述耕 ，m 設(shè)備 描畦m l 寶嘲叫設(shè)-罟備曲射凸_m呱 吐圩盯唧 ，m 小圣妻 甲婺；墓辮 浙江大學壩十學位論文 基于l i n u x 的u p n p 在家庭網(wǎng)絡(luò)中的研究 。個地址之后，設(shè)備測試此地址是否在使用。地址必須隨機的選擇，以免某個時 刻多個設(shè)備同時選擇，造成i p 沖突。支持a u t o i p 和動態(tài)分配的設(shè)備在申請i p 時， 首先會發(fā)送d h c p d i s c o v e r 消息嘗試去獲得動態(tài)i p 。如果在一定的時間收到了回 應，則會進行i p 分配接下來的工作；否則，采用a u t oi p 獲得一個暫時使用的i p 。 為了測試選擇的地址是否被占用，設(shè)備使用地址解析協(xié)議( a r p ) 。a r p 查詢請 求設(shè)置發(fā)送者的硬件地址為本地網(wǎng)卡的m a c 地址，發(fā)送者的i p 地址為全0 。發(fā)送完 后設(shè)備開始監(jiān)聽a r p 查詢響應和是否存在具有相同i p 地址的a r p 查詢請求，如果監(jiān) 聽到這兩種包中的任何一個，設(shè)備就認為這個地址已經(jīng)被人占用了，應該嘗試另 一個t p ，直到找到一個末被占用的地址為止。 通過a u t o i p 獲得i p 的設(shè)備必須周期性發(fā)送d h c p d i s c o v e r 消息，以檢測d h c p 服務器是否存在，每5 分鐘查詢一次將使網(wǎng)絡(luò)帶寬和聯(lián)通性得到一個平衡。如果 接收到d h c p o f f 肌s 響應消息，一旦d h c p 分配地址正常，設(shè)備可以釋放a u t o i p 分 配的地址，但是也可以維持一段時間以保持網(wǎng)絡(luò)連接后釋放。在從一個i p 地址轉(zhuǎn) 化到另一個時，設(shè)備必須取消先前所有的廣告消息并重新發(fā)送新的廣告消息。 對于終端用，米說，使用_ 個便于記憶的名字要比使用i p 容易。用戶只需要 記住名稱即可，而不要關(guān)心設(shè)備i p 的變化，名稱至, j i p 的映射可以人工或者自動地 加入至i | d n s 數(shù)據(jù)庫中( 依據(jù)r f c 2 1 3 6 ) 。 3 3 設(shè)備發(fā)現(xiàn) 當一個設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)，u p n p 發(fā)現(xiàn)協(xié)議允許沒備在網(wǎng)絡(luò)上公布它所提供的服務 到網(wǎng)絡(luò)中地控制點，同樣地，當一個控制點加入到網(wǎng)絡(luò)后，控制點也可以尋找網(wǎng) 絡(luò)上感興趣的設(shè)備。在這兩種情況下，基本的交換信息就是發(fā)現(xiàn)消息。發(fā)現(xiàn)消息 包括設(shè)備的一些特定信息，如設(shè)備類型、設(shè)備標識和指向x m l 設(shè)備描述文檔的指 針等。在一個新設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)時，如果它存在多個嵌入設(shè)備，那么它將組播傳送 - 系列發(fā)現(xiàn)消息來公布它的設(shè)備和服務。任何控制點都可以在標準的組播地址上 監(jiān)聽新服務通知消息。同樣，在一個控制點加入網(wǎng)絡(luò)時，它組播傳送發(fā)現(xiàn)消息尋 找感興趣的設(shè)備或服務。所有的設(shè)備必須在標準組播地址上監(jiān)呀這些消息，如果 存在匹配的設(shè)備或者服務響應發(fā)現(xiàn)消息。在設(shè)備離開網(wǎng)絡(luò)時，它電應該發(fā)出。系 列廣播消息，耿消它之前所有聲明，明確表示此設(shè)備包含的設(shè)備和服務已經(jīng)失效。 第1 1 頁 浙江大學碩十學位論文 基十l i n u x 的u p n p 在家庭網(wǎng)絡(luò)中的研究 s s d p 定義了標準組播地址，以及尋址，查詢和取消聲明地機制。下面兒節(jié)將 詳細解析s s d p ，枚舉說明設(shè)備公告和取消公告，以及控制點查詢和設(shè)備響應是如 何進行的。 3 3 1 設(shè)備通知 設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備發(fā)現(xiàn)協(xié)議( s s d p ) 就會讓設(shè)備向標準的i p 地址和端口上廣 播它的服務( 2 3 9 2 5 5 2 5 5 2 5 0 ：1 9 0 0 ) ，控制點就在這個端口上監(jiān)聽是否有新設(shè) 備加入網(wǎng)絡(luò)中。為了公告該設(shè)備所有的服務，一個設(shè)備會為其上的每個內(nèi)嵌設(shè)備 及服務發(fā)送系列發(fā)現(xiàn)消息。每個消息都包含它表征的設(shè)備或服務的特定信息。 消息中包含公告的有效期，如果設(shè)備想保持可用性，公告消息應該定期的重發(fā)。 如果設(shè)備交的不可用了，設(shè)備應該主動取消它的公告消息，否則，公告消息只能 等到過期，設(shè)備隨即不可用。 1 、n o t i f yw i t hs s d p ：a l iv e 當設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)時，它采用組播傳送方式發(fā)送發(fā)現(xiàn)消息，告訴控制點它包含 的根設(shè)備信息及所有內(nèi)嵌設(shè)備和它包含的服務。設(shè)備為了公向它的“功能”，它 需要發(fā)送多個發(fā)現(xiàn)消息。特別對于根設(shè)備，需要發(fā)送三條消息，如下表。 孵一薯驀一謄驀一曩謄置未謄量腳；： i 囊j 。搬黔1 ? oj 一蠹。j lr o o td e v i c eu u i dr o o td e v i c e u u i d 2d e v i c et y p e ：d e v i e ev e r s i o nr o o td e v i c eu u i da n d ：a n dd e v i c e t y p e ：d e v i c ev e r s i o n 3 u p n p ：r o o t d e v i c e r o o td e v i c eu u i da n d ：a n du p n p ：r o o t d e v i c e 表3 2 根設(shè)備發(fā)送的消息 每個嵌入設(shè)備需要發(fā)送兩條發(fā)現(xiàn)消息，如下表。 一 黼 善譽”j j 、g 限“ i 1 _ _ i _ 1 e m b e d d e dd e v i c elj i d e m b e d d e dd e v i c eu u i d 2d e v i c et y p e ：d e v i c ev e r s i o n e m b e d d e dd e v i c eq u i d ：d e v i c et y p e ：d e v i c e v e r s i o n 表3 3 嵌入設(shè)備發(fā)送的消息 每個服務類型，需要發(fā)送一條發(fā)現(xiàn)消息，如下表。 第1 2 頁 浙江人學碩士學位論文 基于l i n u x 的u p t l p 在家庭剛絡(luò)中的研究 n t j i 二羞。曩董i 。u s n ； ls e r v i c et y p e ：s e r v i c ev e r s i o n e n c l o s i n gd e vi c eu u i d a n d ：a n ds e r v i c et y p e ：s e r v jc ev e r s i o n 表3 4 服務類型發(fā)送的消息 如果一個根設(shè)備有d 個內(nèi)嵌設(shè)備，s 個服務，但只包含k 個不同的服務類型， 需要發(fā)3 + 2 d + k 條發(fā)現(xiàn)消息。這些消息向感興趣的控制點描述了設(shè)備的“功能”。 所有消息作為一系列一起發(fā)出，發(fā)送順序無關(guān)緊要，但對單條消息進行刷新或取 消的操作是不允許的。設(shè)備必須周期性發(fā)送這些消息，周期長短的選擇主要是在 最小化網(wǎng)絡(luò)通信量和最大化設(shè)備狀態(tài)更新時間之間求得一個平衡，相對較短的周 期時問( 接近最小值3 分鐘) 可以保證控制點在犧牲網(wǎng)絡(luò)流量的前提下及時獲得設(shè) 備的當前狀態(tài)；周期越長可以大大減少設(shè)備刷新造成的網(wǎng)絡(luò)流量浪費。通常設(shè)備 制造商必須為設(shè)備將來的應用選擇一個合適的時間值。 s s d p 采用的是u d p 進行傳輸?shù)模捎趗 d p 是不可信的，因此設(shè)備必須多次發(fā)送 設(shè)備發(fā)現(xiàn)消息。發(fā)現(xiàn)消息使用的是n o t i f y 方法，并j l n t s 頭部必須是s s d p ：a l i v e ， 消息格式如下： n o t i f y h t t p l - l h ( ) s t ：2 3 9 2 5 5 2 5 5 2 5 0 ：1 9 0 0 c a c h e c o n t r o l ：m a x a g e = s e c o n d su n t j la d v e r t i s e m e n te x p i r e s i o c a t i o n ：u r lf o ru p n pd e s c r i p t i o nf o rr o o td e v i c e n t ：s e a r c ht a r g e t n t s ：s s d p ：a l i v e s e r v e r ：o s v e r s i o nu p n p 1 0p r o d u c t v e r s i o n 1 u s n a d v e r t is e m e n t1 i l n 各h t t p 協(xié)議頭的含義如表3 5 所示。 h o s ti i l a n a 設(shè)定為協(xié)議保留的組播地址和端口，必須是2 3 9 2 5 5 2 5 5 2 5 0 ：1 9 0 0 c a c h e = c o 瓤l c | l m a xa g e 指定通知消息存活時間，如果超過此時間問隔，控制點- u 以認為設(shè) 備不存在，必須人 ：3 0 分鐘，由制造商定義。 l o c a t i 漲 ： ： 包含根設(shè)備描述的u r l 地址，由制造商定義。 n t 表示通知消息的類型，i 訇g e n a 定義。 第1 3 頁 浙江大學碩士學位論文基十l i n u x 的u p n p 在家庭網(wǎng)絡(luò)中的研究 哦霹i ii 1 _ ；_ 豢i表示通知消息的子類型，必須是s s d p ：a l i r e 。 g 糍麟j ；- - 謄囊蠢 包含設(shè)備的操作系統(tǒng)名稱、版本、u p n p1 0 、產(chǎn)品名稱、版本信息 i 黼蠢驀麟騫蠹 表示不同服務的統(tǒng)一服務名，它提供r 一種標識出相同類型服務的能力 ( n o t i f y 方法發(fā)送的請求沒有同應消息。) 2 、n o t i f yw i t hs s d p ：b y e b y e 在設(shè)備或者它的服務將要從網(wǎng)絡(luò)中卸載時，設(shè)備應該對每個未超期的 s s d p ：a l i v e 消息以組播方式傳j 差s s d p ：b y e b y e 消息?？刂泣c收到此消息后將其從 緩存中刪除。如果設(shè)備強制離開了網(wǎng)絡(luò)，它可能沒有廣播上述的消息。哳議采用 了個可靠的消息機制，發(fā)現(xiàn)消息包含一個消息有效值( c a c i t e c o n t r 0 1 頭部) 。 控制點在發(fā)現(xiàn)消息超時后將其從緩存中刪除。設(shè)備卸載消息格式如下： n o t i f y h t t p i j h o s t ：2 3 9 2 5 5 2 5 5 2 5 0 ：1 9 0 0 n 1 ： s e a r c ht a r g e t n t s ： s s d p ：b y e b y e u s n ：a d v e r t i s e m e n ti j u i d 3 3 2 設(shè)備搜尋 l 、沒備查詢 當一個控制點加入到網(wǎng)絡(luò)中時，控制點將在網(wǎng)絡(luò)上采用組播方式發(fā)送查詢消 息來尋找感興趣的設(shè)備。查詢消息使用的是s s d p 定義的m - s e a r c h 方法來實現(xiàn)的， 奄詢條件可以是目標、類型和設(shè)備或服務的i d 。查詢消息格式如下： m s e a r c h h t t p i 1 h o s t ： 2 3 92 5 5 2 5 5 2 5 0 ：1 9 0 0 m a n ： ”s s d p ：d i s c o v e r ” m x ：s e c o n d st od e l a yr e s p o n s e s t ： s e a r c ht a r g e t 新增的h t t p 協(xié)議頭的含義如表3 5 所示。 表3 5s s d p ：d i s c o v e r 消息中新增的h t t p 協(xié)議頭含義 第1 4 頁 浙江大學頌j 二學位論文 基于l i n u x 的u p n p 在家庭網(wǎng)絡(luò)中的研究 m x 設(shè)備響應在o ；f i i 這個值之間隨機選擇響應延遲的值。如果有很多設(shè)備需要響應處理或者 。：| 網(wǎng)絡(luò)延遲很大時，這個值就要響應的增加。 s t 查詢目標。 2 、查詢響應 如果滿足查詢條件，設(shè)備必須向發(fā)查詢消息的源地址和端口回應響應消息。 查詢響應消息格式如下：( 該格式與n o 1 1 i f y 消息格式相似，只是那里的n t 頭在這 里改成了s t 頭。) h t t p 1 12 0 0o k c a c h e - c o n t r o l 。：m a x a g e = s e c o n d su n t i la d v e r t i s e m e n te x p i r e s d a t e ：w h e nr e s p o n s ew a sg e n e r a t e d e x t ： l o c a t i o n ：u r lf o ru p n pd e s c r i p t i o nf o rr o o td e v i c e s e r v e r ：o s v e r s i o nu p n p 1 0p r o d u c t v e r sio n s t ：s e a r c ht a r g e t u s n ：a d v e r t is e m o n tu u i d e x t 向控制點確認m a n 頭域己經(jīng)被設(shè)備理解，只有e x t 沒有值。 3 4 設(shè)備描述 在控制點發(fā)現(xiàn)了一個設(shè)備之后，控制點仍然對設(shè)備了解的很少( 僅僅是發(fā)現(xiàn) 消息中的信息) 。為了讓控制點更深入的了解設(shè)備和它的服務，以至可以與設(shè)備 通信，控制點必須從發(fā)現(xiàn)消息中得到設(shè)備描述的u r l ，通過u r l 取回設(shè)備和服務的 描述。 一個設(shè)備的u p n p 描述分成兩個邏輯部分：設(shè)備描述和服務描述。設(shè)備描述表 示了物理上和邏輯上的容器，服務描述表示了設(shè)備所能提供的各種功能。設(shè)備描 述和服務描述都是由設(shè)備制造商提供的，采用x m l 表述，并且遵循u p n p 設(shè)備模板 或u p n p 服務模板，此模板是由u p n p 工作委員會生成的，并且它是e h u p n p 模板語言 繼承來的，主要是用來標準化設(shè)備。控制點檢索設(shè)備描述過程比較簡單，控制點 向發(fā)現(xiàn)消息中的u r l 發(fā)送一個h t t pg e t 請求，設(shè)備收到該請求后將設(shè)備描述信息 返回給控制點。只要設(shè)備公告消息還未過期，控制點就認為設(shè)備和它的服務可用。 第1 5 頁 浙江大學碩士學位論文 基于l i n u x 的u p n p 袖蕩( 庭網(wǎng)絡(luò)中的研究 如果設(shè)備需要改變它的設(shè)備描述，必須首先取消掉先前的公告信息，然后再重新 公告。因此在一個設(shè)備再次加入網(wǎng)絡(luò)時，控制點不能認為孩設(shè)備的描述信息沒有 改變。 一個物理設(shè)備呵以包含多個邏輯設(shè)備，多個邏輯設(shè)備既可以是一個嵌入多個 設(shè)備的根設(shè)備方式實現(xiàn)，也可以是多個根設(shè)備的方式實現(xiàn)。設(shè)備描述主要包括制 造商指定的一些信息，也包括所有嵌入設(shè)備描述，設(shè)備表達的u r l j u 所有服務的列 表信息。 每一個服務提供多個動作，每個動作可以有多個輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)。這些 參數(shù)的任意組合都能夠作為輸入、輸出參數(shù)。每個參數(shù)對應一個狀態(tài)變量，每 個參數(shù)都有對應的數(shù)據(jù)類型和取值范圍。每個服務都必須包含幾個狀態(tài)變量，表 示服務的當前狀態(tài)。 3 5 設(shè)備控制 在得到設(shè)備和服務描述之后，控制點可以向這些服務發(fā)出動作或者查詢服務 狀態(tài)變量的值。發(fā)出動作是一種遠程過程調(diào)用，控制點將表示動作的x m l 數(shù)據(jù)送 到設(shè)備端，在動作完成之后，服務返回相應的結(jié)果或者錯誤。 為了控制一個設(shè)備，控制點須向設(shè)備服務發(fā)出一個動作請求?？刂泣c向服務 的控n u r l 地址發(fā)送一個適當?shù)目刂葡?，服務收到該消息后做出相應的處理?然后把結(jié)果( 或錯誤) 返回給控制點。動作的結(jié)果可以用描述服務的狀態(tài)變量的改 變?nèi)ツM，這將引發(fā)設(shè)備事件通知協(xié)議( g e n a ) 將狀態(tài)改變的事件通知給感興趣的 控制點。 只要設(shè)備的公告消息還沒有過期，控制點都認為設(shè)備和它的服務都是可用 的，但是如果設(shè)備取消了它的公告消息，控制點就認為該設(shè)備和它的服務不再可 用，那么控制點將不能對該設(shè)備進行任何控制操作。 3 5 i 動作調(diào)用 簡單對象控制協(xié)議s o a p 利用x m l 和h t t p 來進行遠程過程調(diào)用，u p n p 使用了 s o a p 來進行設(shè)備控制，所有的控制消息、查詢消息、返回結(jié)果或錯誤都是使用s o a p 來進行封裝的，使用h t t p 來進行傳輸?shù)?。s o a p 定義了額外的h t t p 頭，為了保證不 第1 6 頁 浙江大學碩十學位論文 雉于l n u x 的u p n p 柏：家庭網(wǎng)絡(luò)中的研究 和其他h t t p 頭混淆，s o a p 使用t h t t p 番。展框架，在m a n 頭定義了一個s o a p 唯一的 u r i ，并在h t t p 方法上都加了一個前綴m 一。 為了對設(shè)備的服務進行控制，控制點須向服務的控審i j u r l 地址發(fā)送一個適當 p o s t 的請求消息。請求消息格式如下： p o s tp a t ho fc o n t r o l u r lh t t p 1 1 h o s t ：h o s to fc o n t r o lu r i ：p o r to fc o n t r o lu r l c o n t e n t l e n g t h ：b y t e si eb o d y c o n t e n t t y p e ：t e x t x m l ：c h a r s e t = ”u t f 一8 ” s o a p a c t i o n ：8 u r n ：s c h e m a s u p n p o r g ：s e r v i c e ：s e r v i c e t y p e v # a c t i o n n a m e ” i na r gv a l u e o t h e ri na r g sa n d t h e i rv a l u e sg oh e r e ，i fa n y 名稱都是區(qū)分大小寫的，而值都是不區(qū)分的。如果該p o s t 請求被“4 0 5m e t h o dn o t a l l o w e d ”錯誤拒絕，控制點得發(fā)第二個請求，這個請求使用了m p o s t 方法和m a n 頭，格式如下： m - p o s tp a t ho fc o n t r o lu r i ，h t t p 1 1 i i o s t ：h o s to fc o n t r o lu r l ：p o r to fc o n t r o lu r l c o n t e n t l e n g t h ：b y t e si nb o d y c o n t e n t t y p e ：t e x t x m l ：c h a r s e t - ”u t f 一8 m a n ：h t t p ：s c h e m a s x m l s o a p o r g s o a p e n v e l o p ：n s = o l s o a p a c t i o n ：”u r n ：s c h e m a s u p n p o r g ：s e r v i c e ：s e r v i e e t y p e ：v # a e t i o n n a m e ” 這個m p o s t 請求的主體部分n p o s t 請求。設(shè)備服務收到控制請求后必須在3 0 秒內(nèi) ( 包括傳輸時間) 調(diào)用方法并做出響應，如果執(zhí)行一個方法本身就超過了這個時 第1 7 頁 浙江大學碩十學位論文 摧于m n u x 的u p n p 柚蕩：庭網(wǎng)絡(luò)中的 i f 究 姍溯 、喜州 溉 c 至 川盱幢 一一!薹 一 一一 一 師匭| 謄 觸 一 驢 蹴驂腳 瑚擁盯 油 哪 聃位 | i 盯剃聃 順 一一 彤 一 一一 一一 一一一 彤 一 一 一一一 岫一一 一一 一 一一 一一一吣一 一 一 一 規(guī)回 o o o 仃 居 ： 印 ” m 增 調(diào)赫誤 o o o l 時捌返 “ 咄 m 附 山 跳哳 恤 訛 腓 憾讎錯 咄 m 州 返未島 忱 厶 o o 乳 | i f 錕 ， m 托 厶 。 肝 黨務服 時 n m 飛 昭 州 g ， m 控豇息 蚵 n m o 一一一 一 一 一 眇一一妒一一一一一蝴帕一一一一一 一 一 卵 孵果自 t m 肌 w 趾 “ w 暇創(chuàng)傳 l m m w 隊 一一一一一 一 m 一一 | | 一 。 如 毗一一一一一一 一 m 一 浙江大學碩士學位論文 摹rl i n j x 的l j f ，n p 在家庭網(wǎng)絡(luò)中的研究 x m l n s ：s = ”h t t p ：s c h e m a s x m l s o a p o r g s o a p e n v e l o p e s ：e n c o d i n g s t y e = ”h t t p ：s c h e m a s x m s o a p o r g s o a p e n c 。d n g ” s ：c 1 i e n t u p n p e r r o r o r r o rc o d e e r r o rs t r in g 3 5 2 狀態(tài)查詢 控制點除了可以對設(shè)備的服務進行控制外，還可查詢設(shè)備服務的狀態(tài)變量。 一條查詢消息只能查詢一個狀態(tài)變量，要查詢多個狀態(tài)變量就必須發(fā)送多個查詢 消息。查詢消息也以s o a p 方式進行封裝，同動作調(diào)用一樣，也是先嘗試p o s t 請求， 如果該p o s t 請求被“4 0 5m e t h o dn o ta l l o w e d ”錯誤拒絕，控制點同動作調(diào) 用一樣須重發(fā)一個帶m p o s t 方法和m a n 頭的請求。服務收到查詢請求后也必須在 3 0 秒( 包括傳輸時間) 內(nèi)做出響應。 如果服務不能提供狀態(tài)變量的值，服務也必須在規(guī)定的時間內(nèi)發(fā)送一個錯誤 響應，錯誤響應的格式同動作調(diào)用的錯誤響應格式一致。 3 6 設(shè)備事件 由以上介紹可知一個u p n p 的服務描述包括服務響應的動作列表和模擬服務 運行時的狀態(tài)變量列表。當這些變量任何一個或幾個改變時，服務就會發(fā)布更新 第1 9 頁 浙江人學碩上學位論文 基于i , i n u x 的u p n p 存家庭剛絡(luò)中的研究 通知，則訂閱了該事件的控制點就會收到設(shè)備事件。發(fā)布者( p u b l i s h e r ) 指的是 事件源( 如設(shè)備服務) ，訂閱者( s u b s c r i b e r ) 指的是事件到達的目的地( 如控制 點) ，訂閱( s u b s c r i p t i o n ) 指的就是事件到達的目的地向事件源申請該事件的過 程。 為了訂閱事件，訂閱者須向發(fā)布者發(fā)送一個訂閱消息。如果該訂閱被發(fā)布者 接收，發(fā)布者會返回一個消息，消息中有該訂閱的有效時間。為了保持詡閱，訂 閱者必須在訂閱到期前進行續(xù)訂。當訂閱者不需要該事件時，訂閱