基于DLNA的GENA协议的研究与开发.docx

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基于DLNA的GENA协议的研究与开发

南京邮电大学通达学院

毕业设计（论文）

题目：

基于DLNA的GENA协议的

研究与开发

专业：

通信工程

学生姓名：

班级学号：

指导教师：

指导单位：

通信与信息工程学院

日期：

2010年11月22日至2011年6月17日

摘要

随着消费电子产品的普及以及无线通讯技术的成熟，家庭网络作为数字化社区的重要组成部分，其相应的技术和标准正在成为国内外关注和研究的热点。

实现设备智能互联互通的UPnP（通用即插即用）技术的出现为数字家庭的实现提供了强大的支持。

UPnP技术为数字家庭提供了设备发现、配置和控制等基本功能，然而要真正实现数字化家庭理念还需要设计覆盖不同应用场景的智能框架。

本文的研究工作是在数字家庭理念的基础上进行的，主要完成的工作包括：

（1）DLNA（数字生活网络联盟）概念及功能组件的介绍

这部分主要包含UPnP设备架构（原称作DCP框架）、定义了控制器或控制点、设备之间的通信协议以及UPnP的设备发现、描述、控制、事件触发和展示机制。

（2）本论文的工作主要涉及UPnP网络的第4步事件触发

这里主要强调了事件通知架构（GENA）在DLNA中的实现原理以及过程，它是以何种方式实现设备和控制点的订阅关系，以及事件消息是怎样交付给订阅者。

另外还列举了UPnP模板语言。

关键字：

媒体中心数字家庭家电设备设备互操作UPnP技术

ABSTRACT

Withthepopularityofconsumerelectronicsandwirelesscommunicationtechnologymatures,digitalhomenetworkasanimportantpartofthecommunity.Thecorrespondingtechnologiesandstandardsisbecomingahotspotofattention.UPnPtechnologywasapowerfulsupporttothedigitalhome.UPnPtechnologyprovidesforthedigitalhomedevicediscoveryandbasicfunctionssuchasconfigurationandcontrol.However,totrulyrealizetheconceptofdigitalhomealsoneedtodesigncoversanintellectualframeworkfordifferentscenarios.

Thisresearchworkisonthebasisofthedigitalhomeconcept,themajorworkincluding：

（1）theconceptandfunctionofcomponentsinDLNA（DigitalLivingNetworkAlliance）areintroduced.

ThispartcontainstheUPnPDeviceArchitecture（formerlyknownasDCPFramework）.Controllerorcontrolpointisdefined.Thecommunicationprotocolbetweendevices,theUPnPdevicediscovery,description,control,eventing,andpresentationmechanismsareintroduced.

（2）ThisthesisismainlyrelatedtoUPnPnetworkeventtriggerinstep4.

Herethemainemphasisoftheeventnotificationarchitecture（GENA）isitsprinciplesandprocessestoachieveinDLNA.

Keywords：

MediaCentre;DigitalHome;HouseholdAppliances;Deviceinteroperability;UPnPtechnology

第一章绪论

1.1家庭网络的研究的背景和意义

计算机技术的发展日新月异，随着消费电子产品的普及以及无线通讯技术的成熟，家庭网络作为数字化社区的重要组成部分，其相应的技术和标准正在成为国内外关注和研究的热点。

与家庭网络相似的概念达几十种，如智能家居（SmartHome）、电子家庭（ElectronicHome）、数字家园（Digitalfamily）、家庭自动化（HomeAutomation）、家用控制系统（HomeControlSystem）、网络家居（NetworkHome）、智能化家庭（Intelligenthome）等，但它们的含义和所要实现的功能大体是相同的。

数字生活网络联盟（DLNA）原名为数字家庭工作组（DHWG），于2003年6月成立，由Intel、Sony、Microsoft、HP、Nokia、Panasonic、Philips等公司发起，目前有190多家企业参加，包括中国的联想、TCL、华为、中兴等。

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PC、电视、机顶盒、音响、手机、PDA、DVD播放机等多种设备共享信息。

该组织于2004年6月改名为“数字生活网络联盟”。

目前，该联盟已经制定完成了家庭网络设备互操作性指南1.0版本，标准定义了具有保存、发送数字内容等功能的DMS（DigitalMediaServer）和负责数字内容播放的DMP（DigitalMediaPlayer）。

DMS与DMP之间通过有线LAN、无线LAN、IPv4或UPnP（通用即插即用）等开放标准连接DLNA还将进一步进行开发，计划在2005年内制定出可以确保与DRM（数字版权管理）兼容的规范。

不过，此次规范的制定德州仪器在DLNA中起到了核心作用，而与DRM相关的影像、音乐等大型媒体企业并没有真正参与该标准制定。

在家庭网络领域中国相关的研究院所、企业也进行了长期的工作，并已经取得了一些初步的成果。

其中以“信息设备资源共享协同服务（IGRS）”工作组在标准制定及产业化推进方面最为显著。

2003年7月17日，由信息产业部科技司批准，以联想、TCL、康佳、海信、长城五家企业发起、七家单位共同参与的“信息设备资源共享协同服务”标准工作组正式成立（简称IGRS标准工作组）。

至2004年10月，IGRS标准工作组中包括厂商、研究机构和高等院校在内的成员单位已达到30家，涵盖产业链上下游的相关技术和产品。

IGRS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连时，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。

该标准是建立在TCP/IP协议之上的应用层协议，可以方便地将信息设备和传统的电器有效互连，自动发现和寻找可以利用的设备和服务功能，以一种简单的方式安装并使用。

该标准的第1、4部分1．0版已经经过专家审定，正在报批过程中。

该标准化组织除致力于家庭网络技术的研究和标准的制定外，还十分重视相应的产业化推进工作。

工作组成员已经推出了一些符合该标准草案的产品，相应的检测工具开发、检测认证等工作正在进行。

该工作组与DLNA、欧洲、日本、韩国等相关标准化组织一直保持较为紧密的联系和技术交流。

除此之外，还有“数字电视接收设备与家庭网络平台接口标准”等工作组也正在进行家庭网络标准的研究和制定工作。

目前，家庭网络领域的技术和标准正在成为信息技术领域研究的热点。

国际标准化组织和多个国外先进标准化组织正在积极进行相应的标准制定和产业化推进工作。

可喜的是，中国相关的标准化组织在该领域也正在积极进行相关技术的研究、自主知识产权标准的制定、产业化推进的工作，并将在继续研究、跟踪相关国际标准化组织动态的同时，更加积极主动地参与国际标准化活动。

1.2家庭网络分类

家庭网络分为以下三类：

（1）第一类：

指具有遥控应用传输能力的家用控制系统，这些应用包括控制、监视、测量、报警以及低速数据传输等；

（2）第二类：

除应实现第一类系统的传输能力外，还具有交换话音或者类话音传输带宽的信息传输能力；

（3）第三类：

除实现第二类系统的传输能力外，还具有高质量的音视频和高速数据的信息传输能力。

由于家庭网络设备多样、服务需求存在差异性、操作控制复杂等因素，涉及到网络、通信、软硬件、消费电子等多项技术，使得家庭网络技术和标准的制定成为信息技术领域的难点。

对相关国际标准化组织的动态进行分析和研究，对于我国研究、采纳、制定相关标准是十分重要的。

本文将对下列在家庭网络标准领域取得显著进展的标准化组织进行介绍，包括ISO／IECJTC1／SC25WG1、IT’一TSG16、IEEE802．3、DLNA以及欧洲、日本、韩国等家庭网络标准组织等。

1.3数字生活网络联盟（DLNA）

2003年6月24日由英特尔等17家国际厂商（联想集团也在其列）组织的数字家庭工作组（DHWG，DigitalHomeWorkGroup）成立，2004年6月22日更名为数字生活网络联盟（DLNA，DigitalLivingNetworkAlliance）。

它是由业界领先的家电、计算机业和移动设备企业组成的跨行业组织。

其成员拥有共同的远景目标，即在家庭内外建立一个集中管理个人电脑（PC）、家电（CE）和移动电子设备的互操作性网络，创造一个能够共享和发展全新数字媒体和内容服务的无缝环境。

该联盟建立并维护着一个基于开放式工业标准的互操作性平台，在制造商使用时可通过有线或无线网络共享媒体内容。

DLNA的互操作框架需要构建6个模块：

数字家庭内部设备之间的透明连接、设备发现配置和控制方面的统一框架、可互操作媒体格式和流协议、可互操作媒体管理和控制框架、一致的服务质量机制、面向用户和设备的一致的鉴权和授权机制，同时还需要解决数字版权管理/内容保护以及可管理性问题。

DLNA发展迅速，迄今DLNA的成员己经有145个，遍布全球。

2004年6月发布“家庭联网设备互操作准则V1.0”，目前正在进行兼容和认证标志计划的开发工作。

家庭联网设备互操作准则Vl.0规定了可互操作的构建模块，以构建平台和软件基础设施，它主要集中于实现联网娱乐和媒体设备间的互操作性，以支持涉及图像、音频和视频的个人媒体使用。

随着新技术和标准的推出，准则将扩展到其它领域，例如家庭控制、通信和高级娱乐环境等。

1.4本课题的研究意义和本文的主要研究内容

1.4.1本课题的研究意义

目前不管是家电，还是电脑、手机等电子产品，很多基本上都支持WIFI，但是由于各个产品之间的接口或者关联没有一个相应的标准存在，只能各守各业而无法达成跨平台互通的目的。

不过现在通过DLNA应用，无需使用各种不同的传输线，利用有线或者无线网络，就可以轻轻松松来连接电视电脑或者其它支持DLNA功能的设备，无障碍的在各个产品之间分享资源，而这就是DLNA所带给我们的便利。

DLNA并不是创造的技术，而是形成一种解决的方案，一种大家可以遵守的规范。

所以，其选择的各种技术和协议都是目前所应用很广泛的技术和协议。

1.4.2本文的主要研究内容

本文主要包含UPnP设备架构（原称作DCP框架）、定义了控制器或控制点、设备之间的通信协议以及UPnP的设备发现、描述、控制、事件触发和展示机制。

重点涉及了UPnP网络的第四步事件触发并详细说明了它的实现过程等。

第二章介绍了本章主要介绍了DLNA的概念以及它的功能组件。

强调网络互连、网络协议、媒体传输、设备的发现、媒体格式等。

第三章主要介绍了UPnP的概念、UPnP设备工作过程、UPnP通信协议以及UPnP的应用。

此处包含的UPnP设备架构（原称作DCP框架）定义了控制器或控制点以及设备之间的通信协议。

UPnP针对发现、描述、控制、事件触发和展示采用了以下协议栈。

第四章详细介绍UPnP网络的第四步是事件触发。

针对服务的UPnP描述包括一个服务响应的动作列表，以及一个对服务器运行时状态进行展示的变量列表。

在这些变量变更时服务会发布更新，一个控制点可以预订接收此信息。

服务通过发送事件消息来发布更新。

事件消息包含一个或多个状态变量名和这些变量的当前值。

这些消息同样通过XML来表达，并采用通用事件通知架构（GENA）格式。

当控制点首次预定时，会发送一个特殊的初始事件消息；此事件消息包含所有事件变量的名称和值，并允许订阅者对服务状态模式进行初始化。

为了支持拥有多个控制点的环境，事件触发设计用于将任何动作的效果通知所有控制点。

因此，所有订阅者均会收到全部的事件消息。

订阅者收到关于所有已变更事件变量的事件消息，此事件消息无论状态变量为何改变都被发送（由于响应一个要求动作，或由于服务建模状态的变更）。

以下关于事件触发的部分说明了事件消息的预订和格式。

第二章　DLNA介绍

2.1DLNA的概念

DLNA的全称是DIGITALLIVINGNETWORKALLIANCE，其宗旨是Enjoyyourmusic，photosandvideos，anywhereanytime，是一个由主导消费电子行业、计算机行业、移动设备行业的多家公司组织的跨产业组织。

目标是共享室内和户外的可以互联的消费电子（CE）、个人电脑（PC）及移动设备等构成的有线和无线网络。

促进数字多媒体内容和服务的共享。

DLNA致力于推出基于开放的产业标准的互联指导方针来实现跨产业的数字融合。

数字生活网络联盟（DLNA）原名为数字家庭工作组（DHWG），于2003年6月成立，由Intel、Sony、Microsoft、HP、Nokia、Panasonic、Philips等公司发起，目前有190多家企业参加，包括中国的联想、TCL、华为、中兴等。

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PC、电视、机顶盒、音响、手机、PDA、DVD播放机等多种设备共享信息。

该组织于2004年6月改名为“数字生活网络联盟”。

目前，该联盟已经制定完成了家庭网络设备互操作性指南1．0版本，标准定义了具有保存、发送数字内容等功能的DMS（DigitalMediaServer）和负责数字内容播放的DMP（DigitalMediaPlayer）。

DMS与DMP之间通过有线LAN、无线LAN、IPv4或UPnP（通用即插即用）等开放标准连接DLNA还将进一步进行开发，计划在2012年内制定出可以确保与DRM（数字版权管理）兼容的规范。

不过，此次规范的制定德州仪器在DLNA中起到了核心作用，而与DRM相关的影像、音乐等大型媒体企业并没有真正参与该标准制定。

DLNA数字家庭可以为消费者提供的价值：

（1）在家里的任何地方方便的共享、存储、访问数字音乐。

（2）轻松管理、浏览、打印机和分享数字照片

（3）方便的将喜欢的娱乐内容随身携带以在户外享用。

（4）对可多用户访问的内容进行记录和重放。

2.2DLNA优势

DLNA在家庭中具有明显的优势：

A）IP支持应用在不同媒体之上运行，以实现无缝通信。

IP可以在众多不同的媒体之上运行，作为基础媒体，无需应用去主动识别。

例如，一台电脑或高级机顶盒（STB）可以通过以太网电缆向主卧室中的电视传送媒体内容，期间首先会传送到802.11连接点，然后无线传送到电视上。

借助IP，媒体服务器和电视将不会了解到媒体内容在两个独立的物理媒体中进行传送。

IP为移动设备与DLNA设备之间的对等层通信提供了一个统一的框架，确保应用能够独立于实际传输技术之上。

B）IP可以将家中的任意设备连接到互联网。

鉴于IP是一项互联网协议，因此数字家庭中的任何设备都有可能与世界上连接到互联网的设备实现互联。

C）IP连接的成本非常经济。

鉴于IP无处不在，规模经济和激烈竞争使得IP物理媒体的实施成本要远远低于其它技术。

因其不仅在家庭数字生活中的重要优势，而且在办公室和公共场所联网设备之间的完整控制和数据传输也有其重要优势，它还可建立无缝紧密的连接网络。

这样的优势可以让各个不同产业的数字化产品以及移动设备共享各自资源真正达到物尽其用。

2.3DLNA的功能组件

DLNA将其整个应用规定成5个功能组件。

从下到上依次为：

网络互连，网络协议，媒体传输，设备的发现控制和管理，媒体格式。

下表2-1介绍了给您组件的重要技术和协议。

表2-1DLNA功能组件构成及重要技术和协议

功能组件

重要技术和协议

Connectivity

Ethernet，802.11，andBluetooth

Networking

IPv4Suite

DeviceDiscoveryandControl

UPnPDeviceArchitecture1.0

MediaManagementandControl

UPnPAV1.0andUPnPPrinter：

1

MediaFormat

RequiredandOptionalFormatProfiles

MediaTransport

HTTP（Mandatory）andRTP（Optional）

功能组件具体说明如下：

1.网络互连。

其规定了所接入网络的类型和协议。

目前，主要包括：

　　有线网络：

802.3.i/u

　　无线网络：

802.11/a/b/g

2.网络协议。

其规定了所使用的网络协议。

目前，其规定必须支持IPv4。

但是，考虑到地址空间等IPv4的缺点，将在不久的将来支持IPv6。

当然，考虑已经存在的IPv4的诸多应用和设备。

在未来的很长一段时间内同时支持IPv4和IPv6并保证IPv4和IPv6的互连的双重协议栈将会受到亲赖。

3.媒体传输。

其规定了所有DLNA设备都必须支持使用HTTP协议进行媒体的传输。

这将使得未来很长一段时间如何提高HTTP协议上高速安全的进行大数据量的传输成为一个课题。

单纯就安全而然，TLS也许是个不错的选择。

另外，在IPv6的协议中IPSEC已经成为了一个必选项。

这也在一定程度上解决了安全问题。

不过好像使用软件做加解密的工作始终都不是个正确的选择。

因为，在真正的应用中，很少有客户不对你的速度指手画脚。

当然，同时你也可以使用RTP的其他专用的媒体流传输协议。

但是，前提是你已经支持了HTTP协议下的传输。

4.设备的发现。

控制和媒体的管理。

这个功能组件是最重要的一个层次。

也许是由于英特尔是UPnP的发起者吧，所以，在其再次发起DLNA的时候，UPnP所有的东西当然其不会浪费了呀。

是不是因为UPnP很长时间停留在协议阶段，很少有应用，IDG是个例外，英特尔才又来发起DLNA的呢，我是不得而知了目前，其采用了UPnPDeviceArchitecture1.0和UPnPAV1.0andUPnPPrinter1.0。

5.媒体格式。

这是最后的一个组件了。

其规定了进行数字媒体和内容的共享和使用的时候的媒体格式。

其必须支持的是：

JPEG，LPCM，MPEG2。

其他可选的媒体格式见表2-2。

表2-2DLNA媒体格式表2-2

媒体分类

必须支持的格式

可以支持的格式

Image

JPEG

PNG，GIF，TIFF

Audio

LPCM

AAC，AC-3，ATRAC3plus，MP3，WMA9

AV

MPEG2

MPEG-1，MPEG-4*，AVC，WMV9

2.4本章小结

本章主要介绍了DLNA的概念、优势以及它的功能组件。

DLNA并不是创造技术，而是形成一种解决的方案，一种大家可以遵守的规范。

所以，其选择的各种技术和协议都是目前所应用很广泛的技术和协议。

它让IP支持应用在不同媒体之上运行，以实现无缝通信，可以将家中的任意设备连接到互联网。

　　DLNA将其整个应用规定成5个功能组件。

从下到上依次为：

网络互连，网络协议，媒体传输，设备的发现控制和管理，媒体格式。

第三章DLNA的核心UPnP协议

3.1什么是UPnP

UPnP全名是UniversalPlugandPlay，UPnP最大的愿景就是希望任何设备只要一接上网络，所有在网络上的设备马上就能知道有新的设备加入，这些设备彼此之间能互相沟通，更能直接使用或控制它，一切都不需要设定，是完全的PlugandPlay“零配置”。

通用性：

UPnP充分利用了包括IP、TCP、UDP、HTTP和XML在内的网络组件，能无缝的接入现有网络。

UPnP是一种分布式、开放式的网络架构，由所用的通信协议所定义，因此不受任何特定系统、程序设计语言、或实体媒体的影响。

它没有定义API，允许操作系统开发商定义自己的API。

3.2UPnP的应用

UPnP的案例：

新的打印机

过去如果要带一部新的打印机回家，用在家庭网络上，她必须先执行几个步骤，确定网络上所有的个人电脑都能够使用这部打印机，接下来才能看看其他需要打印的设备是否可以使用它。

比方说，必须将打印机连接到现有的个人电脑，载入设备的驱动程序，在网络上共享该打印机，然后进入网络上其他每一部个人电脑，将它们连接到共用的打印机。

自从有了UPnP之后，只要将打印机插在任何可用的网络连接部，网络上所有的设备和使用者，就可以立即使用这部打印机了。

3.3UPnP网络的元件

下表说明了UPnP网络的基本架构

表3-1网络架构表

设备（Device）

服务（Service）

控制点（ControlPoint）

3.3.1设备

UPnP设备可以是物理设备，如：

数码相机，也可以是逻辑设备，比如：

运行在计算机上的某软件。

UPnP设备是存放服务和嵌入式设备（子设备）的载体。

一个设备可定义多个服务。

不同种类的UPnP设备，会关联到不同集合的服务和嵌入式设备。

因此，不同的工作群组或提供商，会针对特定设备类型所提供的服务集合加以标准化。

这些资料在该设备必须具备的XML设备说明文件中都找得到。

3.3.2服务

UPnP网络中最小的控制单位就是服务。

服务是以状态的改变表现其动作，并且设定其状态模型。

服务对外表现为一种行为和模式。

行为和模式用状态变量和变量值描述。

服务也是用XML写的描述文档来表示。

UPnP设备中的服务，是由状态表、控制部分以及事件部分所组成。

（1）状态表：

通过状态变量描述服务状态。

（2）控制部分：

负责接收动作要求、执行这些要求、更新状态表、并且将结果返回。

（3）事件部分：

负责在服务状态改变时，将事件发送给有兴趣的订户。

3.3.3控制点

控制点通常位于具备用户界面的设备上，如PC、手机、PDA等，一个控制点可以同时控制多个设备，控制点所在的设备也可以同时是受控设备。

UPnP网络中的控制点，是一个可以搜索和控制其他设备的控制站。

搜索之后，控制点可以：

（1）获得设备说明，并取得相关的服务列表。

（2）获得有兴趣的服务的说明。

（3）启动动作（Action）来控制服务行为。

（4）订阅服务的事件来源。

3.4UPnP通信协议

UPnP所用的通信协议

UPnP套用了许多现有的标准通信协议。

如：

TCP/IP、HTTP、HTTPU、HTTPMU、