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UPnP协议

一、 UPnP是用来干什么的?
网络发展到现在,已经可以使我们在网上冲浪、收发邮件、听到远方传送来的声音、搜索感兴趣的内容、下载软件、点播节目、即时聊天等等、等等……实现的功能好像已经不少,但,人的欲望无止境,享福人还想更享福,还有许多目标没有达到:例如,怎样才能使我们在网络上,像平时用遥控器那样,操作空调器、电风扇、厨房电器,或网络远端的电器设备呢?如何利用网络上的计算机资源,使这种“遥控”更具智能化?甚至,将一系列相关的控制写到一个脚本中,以便用户定制自己所喜爱的控制流程?……等等。实现诸如此类的效果,将是有巨大需求的应用技术。如果实现通过网络用UPnP控制家用设备,将给我们的生活带来很大的方便和很多新的体验。例如:
1.你在下班之前,或在回去的路上,就可以先打开家里的空调器和厨房设备,等进入家门,立刻就是一个温度宜人的环境――厨房里的饭也做好了。房间温度的高低和厨房内煮饭的过程,都是根据事先设计好的“脚本”程序进行的,绝对可靠。
2.你若是一位上档次的音乐发烧者,肯定对聆听音乐的环境要求很严:音箱位置高低、音量大小、灯光明暗、窗帘拉不拉上都有讲究。手动控制随好,毕竟不方便。你要使用上UPnP,一切都会为你代劳。还能将你习惯的音响音量、灯光亮度、音箱的高度等等,以你认为最佳的参数写到执行脚本中,以后可以都以此为准。如果你拥有自己的专门听音室,只要你打开听音室的门,上述的环境就会立刻设置好。曲终人散,只管放心离开好了,UPnP系统会自己关闭音响,熄灭电灯,拉上窗帘。
3.你人在办公室,心里却放不下家里的孩子。用上UPnP,只要在家里安装摄像头,建立好与网络的连接。在办公室内,启用桌面电脑的WEBTV,连通网络后,可以即时监视孩子在家里的一举一动。
凡此种种的方便和诱人之处还很多,不胜枚举。
其实,这已经不是科学幻想、也不是专家预言。目前用UPnP协议就可以实现这些操作!这正是windows xp系统急于加入UPnP的原因。正因为UPnP是一个协议,UPnP的使用可跨越各种操作系统平台,开发应用程序也没有开发语言的局限。可工作于各种形式的网络结构。且仅以现在的网络设施为基础,仅仅加上这个UPnP协议,既不用添加新的设施,也不用重新架设网络介质就可以投入使用!
UPnP协议具有下述特色:

  1. 以网络为应用环境,不考虑“孤岛”中的计算机。
  2. 以TCP/IP和整个Internet为基础。这样是“中立”的,不依附于任何操作系统或应用程序,不使用特定的API函数,不受程序设计语言的局限。可以无缝地接入传统网络。
  3. 设备可以动态地进入网络中,随后获得IP地址,“学习” 或查找自己应当进行的操作和服务的信息;“感知”别的设备是否存在以及它们的作用和当前的状态 。所有这些,都应当是可自动完成的。
  4. 每个设备都可读取属于自己的、特定的状态和参数;完成控制操作后应当发出“操作完成”的响应信号。如果失败,则应发出控制失败的信号。
    二、UPnP协议的层:
    UPnP协议的最终目的,是建立一个可用的设备模型, 因篇幅这里不对整个结构进行详细的分析,但你应当记住下面的主要特征:
  5. UPnP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。该图中的最下面是就是IP和TCP,共两层,负责设备的IP地址。
  6. 三层是HTTP、HTTPU、HTTPMU,这一层,大家应当是熟悉的,属于传送协议层。传送的是内容都经过“封装”后,存放在特定的XML文件中的。对应的SSDP、GENA、SOAP指的是保存在XML文件中的数据格式。到这一层,已经解决了UPnP设备的IP地址和传送信息问题。
  7. 第四层是UPnP设备体系定义,仅仅是一个抽象的、公用的设备模型。任何UPnP设备都必须使用这一层。
  8. 第五层是UPnP论坛的各个专业委员会的设备定义层,在这个论坛中,不同电器设备由不同的专业委员会定义,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……,依此类推。所有的不同类型的设备都被定义成一个专门的架构或者模板,供建立设备的时候使用。可以推知,进入这一层,设备已经被指定了明确用途。当然,这些都必须遵守标准化的规范。从目前看,UPnP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类电子设备等等,无所不包,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。
  9. 最上层,也就是应用层,由UPnP设备制造厂商定义的部分。这一层的信息是由设备制造厂商来“填充” 的,这部分一般有设备厂商提供的、对设备控制和操作的底层代码,然后,就是名称序列号呀,厂商信息之类的东西。
    三、协议内部的详细情况
    仅仅有这样五层UPnP协议,也只不过有了一个共同遵守的框架,实际的UPnP系统究竟是如何构成的呢?
    完整的UPnP服务系统由支持UPnP的网络和符合UPnP规范的设备共同构成的。
    整个系统是由设备、服务、和控制指针三部分所构成。
    设备:
    这里是指符合UPnP规范的设备。一个UPnP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UPnP的VCR(录像机)设备可以包含磁带传送服务、调谐服务和时钟服务。就是说,UPnP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。
    不同种类的UPnP设备将关联不同的设置、服务和嵌入设备。如打印机和VCR属于不同用途的设备,服务就不可能定义成一样的。
    服务:
    设备执行用户请求的控制过程,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和变量值进行描述。只要可以用数值描述,在计算机里面就容易处理了。例如,模仿一个时钟,它只有一个工作模式:这个模式就是模拟并显示当前的时间。而一个时钟的行为共有两种(也只有两种):
  10. 设置时间(用来“即平时说的对表”).
  11. 得到时间(用于显示时间)。
    其它设备服务,也是用这样思路来描述和定义的,一个设备也可以被定义多个服务。不论是设备的定义信息和服务的描述信息,都保存在一个XML文件中,这个文件也是UPnP协议构成的一部分。当设备建立和使用服务的时候,XML文件可以与它们进行关联。
    XML文件中还有一个很关键的“状态表”,状态表可进一步分为“服务状态表”和“事件状态表”。整个UPnP设备运行的全过程内,状态表贯穿始终,当设备状态改变的时候,例如发生参数变化或状态刷新的时候,立即就在“状态表”中反映出来。如控制服务器在接收到设置时间的行为请求时,就立即执行请求(对时操作),并给出响应,同时更新状态表中的有关数据。相应地,事件服务器负责向对此事件感兴趣的设备公布所发生的状态改变。例如,一个火灾事件发生后,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。
    控制指针:
    在UPnP网络中,用户请求设备执行的控制是通过控制指针实现的,控制指针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,控制指针应当:
    ①取得设备的描述信息并得到所关联的服务列表。
    ②取得相关服务的描述。
    ③调用控制服务行为。
    ④确定服务的事件 “源”,不论何时,只要服务状态发生改变,事件服务器会立即向控制指针发送一个事件信息。
    从上面说到的各种信息,都保存在XML文件中,不同用途的信息,格式不同。保证可以各取所需,不会混淆。
    那么,UPnP的完整工作过程是怎样的呢?
    UPnP在控制指针和被控制设备之间提供通讯功能。而网络介质、TCP/IP协议、HTTP仅提供基本的连接和IP地址分配。整个工作过程需要处理六个方面的内容,即地址分配、发现设备、对设备的描述、设备控制、设备事件、设备表达。
    地址问题:
    地址是整个UPnP系统工作的基础条件,每个设备都应当是DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol 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DHCP服务,使设备得到一个IP地址。这个IP地址可以是DHCP系统指定的,也可以是由设备选择的,当然,有能力自己选择IP地址的设备,必然是那些“聪明”的设备才行!这也就是所谓的“自动”IP地址。
    如果遇到本地DHCP管理范围之外的IP地址请求,还需要解决“友好设备”
    的地址分配问题,这个问题通常由域名服务器来解决。
    发现设备:
    可分成两种情况,一种是在有控制请求之后,在当前的网络中查找有无对应的可用设备;另一种情况是某一设备接入网络、取得IP地址之后,就开始向网络“广播”自己已经进入网络,即寻找控制请求。
    设备的描述:
    简单说,这是声明“自己”是什么样的设备,例如名称、制造厂商、序列号码等等。刚开始“发现”设备后,控制指针对这个设备的“了解”还很少,需要依据ULR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。主要的描述项目有:控制的模式名称和模式号码、设备序列号、制造厂商名称、厂商的WEB的ULR……等等。这些一般都存放在特定的XML文件中;
    设备控制:
    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UPnP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、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,控制指针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ULR发送相应的控制消息,控制消息就是放置在XML文件中的那些SOAP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。
    设备事件:
    在服务进行的整个时间内,只要变量值发生了变化或者模式的状态发生了改变,就产生了一个事件,系统将修改上述提到的事件列表的内容。随之,事件服务器把事件向整个网络进行广播。另一方面,控制指针也可以事先向事件服务器预约事件信息,保证将该控制指针感兴趣的事件及时准确地传送过来。
    广播或预约事件,传送的都是事件消息,事件消息也放在XML文件中,使用的格式是GENA。
    设备投入工作之前的准备―――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。包括的内容主要是:变量初始值,模式的初始状态等等。
    设备表达:
    只要得到了设备的ULR,就可以取得该设备表达页面的ULR,然后可以将此表达纳入用户的本地浏览器上。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。
    整个UPnP系统,是在“中枢神经”的指挥下协同工作的。其大致情形如下:
    凡是具备IP地址的的设备都必须直接使用网络的IP地址,但有些设备可能并不具备直接使用网络IP地址的能力,例如,电灯开关的控制就是这样,这是非IP设备;非IP设备通过网桥(UPnP Bridge)来与控制指针交换信息。
    直接使用IP地址的有:控制指针(可在口袋电脑和远程设备上发出控制)、本地设备,例如VCR和时钟;以及网桥。非IP设备有所谓轻设备(如温度控制器)和非UPnP的设备(如电灯控制开关等)。
    上述介绍属于硬件方面,下面再说作为控制灵魂的软件:
    在上面的叙述中,多次提到用XML文件存放需要的信息,因为无论是控制指针或设备服务,都需要很多信息,有读出的,有传出的,UPnP协议约定这些都存放在特定的文件XML中。用途不同的信息,在XML文件中的格式不同。所以,相关的XML文件是控制服务的灵魂。
    UpnP正在向我们一步步走近,现在已经是足声可闻了。不久的将来,必然对我们的工作和生活产生巨大影响。也蕴含着无限商机。尽管现在存在问题,也难保以后就不会再出现新的问题,但这既然体现了人的需求意向,就会有巨大的生命力,暂时的挫折不会使得它停下前进的脚步!
    附:这是本文出现的相关名词解释:
    传送协议:
    主要用HTTP 、HTTPU和HTTPMU:
    HTTP:
    这是大名鼎鼎的东西,不用多说,但就UPnP系统来说,HTTP及其派生协议都属于核心部分。
    HTTPU和HTTPMU:
    这些都是从HTTP协议中派生定义出来的。主要用于传送SSDP格式的设备消息。
    SSDP:
    是一个“简单服务发现协议” ,即英文“Simple Service Discovery Protocol的缩写” , 该协议定义了如何在网络上发现网络服务的方法。SSDP也规定了存放在XML文件中的信息格式。SSDP信息的传送是依靠HTTPU和HTTPMU进行的。不论是控制指针,或是UPnP设备,工作中都必然用到SSDP,设备接入网络之后,要利用它向网络广播自己的存在(广播的信息中还有设备位置的描述),以便尽快与对应的控制指针建立联系;控制指针则利用SSDP来搜索自己将要控制的设备在哪里?并且可以排除已经存在的设备和控制指针――只为新近的或尚未“联络”上的双方服务。
    控制指针利用SSDP的方式是经由HTTPU发出搜索请求,这种请求可以很详细,能具体到需要什么样的设备以及何种服务。例如:请求对特定的VCR机进行设置时钟的服务。
    设备利用SSDP的方式是“收听”来自网络端口的消息,从中发现与自己匹配的信息,一旦找到与自己匹配的信息,经由HTTPMU来发送一个响应信息到控制指针。
    GENA:
    这是事件消息采用格式,是所谓“普通时间通知体系Generic Event Notification Architecture”的缩写。关于事件消息,在上面已经有介绍。
    SOAP:
    即简单对象访问协议,实际就是通过该协议传递控制消息并返回设备对消息的响应结果。它利用XML和HTTP进行远程调用。使用防火墙或别的网络安全措施不会影响SOAP的使用。
    每个UPnP控制请求都可作为一个SOAP控制消息,控制消息中还包含有控制行为描述和所用到的参数。
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分类:网络知识

 发表于11:23

 

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[03/10] DHWG数字家庭工作组

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       由包括富士通、Gateway、惠普、Intel(英特尔)、IBM、健伍、联想、Matsushita Electric(松下)、微软、NEC CustomTechnica、诺基亚、飞利浦、三星、夏普、索尼、STMicroelectronics及Thomson等17家业界领先的消费电子、计算机和移动设备公司发起的“数字家庭工作组”(英文简称DHWG)今天宣布成立。这是一个非盈利性机构,专门致力于简化网络消费电子、移动设备和个人电脑等设备间的数字内容共享,如数字音乐、数码照片和数字视频等。

  该工作组旨在建立一个基于开放的工业标准的互操作性平台,并将确立技术设计规则,供企业用来开发数字家庭有关的产品,使得消费者可以通过家中的有线或无线网络共享各种设备的数字内容。数字家庭有关的产品包括个人电脑、电视机、机顶盒、打印机、立体声设备、手机、个人数字助理(PDA)、DVD播放机、数字投影机及其它 设备。

  目前,主要是由于宽带的普及和设备销售的大幅增长,消费者开始通过消费电子产品、移动设备及个人电脑获取、浏览、管理和分享更多的数字媒体。因此,消费者希望能够更轻松地使用各种设备,并在家中各处享用这些内容,而无需考虑其来源。但是目前所存在的大量相互冲突的标准与媒体格式增大了数字家庭设置和管理的复杂程度。

  众多的工业标准自身并不能始终确保各种设备间的互操作,数字家庭工作组建立的互操作性框架和技术设计准则将为开发多品牌产品和解决方案提供指导,从而使它们彼此之间能够更好地配合工作。工作组的目标就是制订一套指导准则,并在未来12个月内开发出第一款符合该标准的产品。

  “整个跨行业领导者联盟有着共同的远景,并正在协作以实现数字生活的构想。网络设备要想在大众市场获得成功其关键要求之一就是真正、可靠的互操作性。数字家庭工作组(DHWG)已建议一套完善的互操作性标准基线,在我们向这一远景迈进的过程中树立了一个重要的里程碑,”IDC的消费类设备与服务计划(Consumer Devices & Services Programs)总监Danielle Levitas如是说。

  数字家庭工作组(DHWG)设计准则将会利用各项目前业界通用的成熟标准,例如互联网协议(IP)、UPnP、Wi-Fi,以及其它公共格式。而且随着时间的推移,准则还将进一步吸纳新兴标准或现有标准更新版本。格式互操作性将通过采用某种符合特定标准的格式来实现,格式必须是由国际认可的标准组织所正式批准的开放标准,IP的颁发也必须遵循合理公平的条款进行。

  基于这些准则,工作组还将启动一系列计划,其中包括认证、符合标准的标识、市场推广等。数字家庭工作组(DHWG)成员届时将可参加这些计划,遵循数字家庭工作组DHWG准则所开发的产品将为消费者提供更高设备连接保障,从而使他们能够更加轻松地享受精彩的数字内容与服务。

  该工作组将制定市场营销计划来向消费者及相关行业宣传数字家庭的优势,基于该工作组准则的产品将会为消费电子、移动设备和计算机行业带来新的商机,并可以加速成员企业对网络视听产品包括硬件、软件、应用方案和组件设备等的开发和缩短产品上市的时间。 UPnP协议

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