CN101951335A - 一种数字家庭网络设备间互联互通协议栈实现系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种数字家庭网络设备间互联互通协议栈实现系统及方法，本发明实施例所述系统由会话模块、服务模块、事件模块、设备模块、设备组模块、管道模块、安全模块、Web模块、SSDP模块以及公共服务模块组成。所述系统通过提供统一的信息格式和接口协议，采用开放性的体系架构，实现与现行多种网络协议标准的互操作，使得数字家庭网络中基于不同协议的设备之间能够互相发现、控制以及通信，实现数字家庭网络设备间实现互联互通、资源共享和互操作等，使得数字家庭设备变得多样化，不再依赖设备所属协议的限制，实现设备连接控制操作简单化、智能化。

Description

一种数字家庭网络设备间互联互通协议栈实现系统及方法

技术领域

本发明涉及一种通讯技术领域，尤其涉及一种数字家庭网络设备间互联互通协议栈实现的技术。

背景技术

数字技术的飞速发展不断催生出众多的数码产品，个人电脑、PDA、手机、数字电视、DVD、MP3、DV/DC等数字产品逐步进入普通生活中，与此同时，宽带通信与互联网的普及极大地促进了数字媒体内容的发展。变得越来越频繁，设备间如何方便、智能地互联和协同工作已经日益成为人们关注的焦点。如何更加有效地发挥这些设备的作用，提高居家生活的智能化和方便性，己成为现代人生活乃至办公的重要问题。人们自然地产生了将各种电脑、家电之间合理地互连互通起来的强烈需求。于是数字家庭网络便应运而生了。

数字家庭网络，是指在集成协同环境中把各种计算机、信息家电、度量表、照明能源控制设备和安全报警控制设备等相连接，并以有线网络或无线网络连接各种信息终端，形成一个多层次统一的网络，提供语音、数据、多媒体、控制和管理等功能，实现家庭资源的共享和管理，以提高人们生活的质量，使家庭能够变得更舒适、安全和有效。

数字家庭网络中可以连接到网络的设备很多，如网络电话、PC、网络电视、音响、数码相机、摄像机、录像机、网络空调、网络冰箱、网络洗衣机、网络微波炉、电灯和电子门锁、报警设备等等。除此之外还将有一些新兴设备，如机顶盒、WebPad和电子书籍等等。当前绝大多数家庭网络都是不统一的网络，它包含了高速数据网络和低速的控制网络，而且由于缺乏统一的信息格式和接口协议，而导致不同设备间信息传递和协同工作很不方便。加上设备越来越多，使得管理也越来越麻烦。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，这也是影响数字家庭产业发展的原因所在。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种数字家庭网络设备间互联互通协议栈实现系统，其目的在于提供一种使得基于不同协议的设备之间能够互相发现、控制以及通信。

根据上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：一种数字家庭网络设备间互联互通协议栈实现系统，包括：

会话模块，用于实现用户终端设备会话管理，所述会话管理包括对服务调用的双方进行身份确认；

服务模块，用于实现设备间服务发现和服务访问；

事件模块，用于实现设备和服务的在线离线、数据变化事件订阅、续订和取消订阅；

设备模块，用于实现设备的初始化、在线、离线和资源管理，提供系统的入口和出口，对与设备相关的请求进行处理和反馈，给WEB报文和SSDP报文的接收提供统一入口；

设备组模块，用于实现设备组的创建、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；

管道模块，用于封装并简化应用交互过程中TCP连接的创建和管理过程；

安全模块，用于管道模块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；

Web模块，给非SSDP的HTTP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；

SSDP模块，给上层的设备模块、设备组模块、管道模块、事件模块、会话模块、服务模块，进行宣告、查找、通知等SSDP多播报文的发送、接收和回调；

公共服务模块，为其他模块提供队列、堆栈、HASH表、链表等数据结构和常用算法支持，对其进行创建、添加、删除及数据获取的算法。

进一步的，所述实现设备间服务发现和服务访问包括：包括服务在线和离线宣告、服务注册和注销、服务查找、服务描述文档的获取和解析、根据服务描述文档描述的各种接口实现设备间的服务调用。

进一步的，所述管道模块还用于通过身份鉴别、消息鉴别的过程建立设备间的安全设备管道，在需要消息加密的情况下计算生成管道密钥对通过设备管道交互的信息的报文体进行加密。

进一步的，调用所述安全模块时，通过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。

进一步的，所述公共服务模块，还用于提供基本的XML报文解析、XML节点操作、XML节点属性操作，以及字符串解压、文件读取、定时器控制的公共接口。

根据本发明的另一方面，本发明实施例还提供一种数字家庭网络设备间互联互通协议栈实现方法，包括：

(1)设备寻址；

(2)设备和服务发现，包括：基于SSDP协议，通过广播方式或设备和服务查找请求方式，发现网络中的设备和服务；

(3)设备和服务描述，包括：采用XML语言，定义设备描述模板，描述各种设备或服务的详细信息；

(4)服务控制和调用；

(5)服务事件和通知，包括：实现终端客户间事件交互、服务的事件订阅并接收相应的事件通知。

进一步的，所述步骤(1)的设备寻址可以通过静态IP、动态DHCP或Auto-IP方式进行。

进一步的，所述步骤(3)进一步包括：针对网络中不同异构协议，采用不同描述文件描述，但使用统一的调用接口及参数。

进一步的，所述步骤(4)进一步包括：基于SOAP协议，在设备描述文件中包括服务描述文件的入口地址和所提供服务的控制URL；控制点通过服务描述文件入口地址取得该设备所提供服务的服务描述文件XML，该设备描述文件中包括了服务调用的所有接口和参数使用规则；控制点根据接口的调用规则生成服务调用请求SOAP消息，然后经过协议栈的封装，将封装后的消息发送到服务的控制URL；设备对该消息进行解析处理，根据自身情况，生成响应消息，并发送给控制点；控制点再对该响应消息进行解析处理，了解设备的状态并确定自己下一步的动作。

本发明实施例克服了现有技术的不足，使不同协议的设备间实现互联互通、资源共享和互操作等，使得数字家庭设备变得多样化，不再依赖设备所属协议的限制，实现设备连接控制操作简单化、智能化，加速信息家电的普及，促进家庭网络的发展，提高家庭信息化水平。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例的协议栈系统结构图；

图2是本发明实施例的协议栈系统工作流程图；

图3是本发明实施例的基于GDHomeICP协议栈系统的设备交互图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种数字家庭网络设备间互联互通协议栈实现系统，是基于GDHomeICP(广东省数字家庭互联互通基础协议)进行的。GDHomeICP(广东省数字家庭互联互通基础协议)是为了实现信息设备智能互联、资源共享、协同服务而制定的基础协议。GDHomeICP采用了开放性的体系架构，可实现与现行多种网络协议标准如UPnP、IGRS、Jini、OSGi、CORBA、ISO/IEC/JTC1/SC25HES等的互操作。GDHomeICP标准增加了DHCP、AutoIP及智能寻址等寻址方式；增加了主设备作为服务器的应用标准；扩展了UPnP的设备展现功能，将会话功能转移到服务中实现，并提出了GDHomeICP协议与IGRS、UPnP协议互操作方法，突出GDHomeICP协议在IGRS、UPnP等协议中的通用适配接口协议的作用。该系统能够在数字家庭网络中，实现异构协议设备间的互联互通，以下分别进行详细说明。

如图1所示，是数字家庭网络设备间互联互通协议栈实现系统结构图。该系统包括会话模块、服务模块、事件模块、设备模块、设备组模块、管道模块、安全模块、Web模块、SSDP模块以及公共服务模块。

会话模块-数字家庭网络异构协议终端设备客户可以通过相关的服务的宣告或该服务的详细描述文档，得到该服务的安全机制描述，若该客户希望对该服务进行调用则应首先根据服务的安全机制所描述的要求与该服务建立会话。在会话建立成功的基础上，才能实现各种服务的调用。进行服务调用前必须建立会话，会话的主要功能是对服务调用的双方再一次进行身份确认。

服务模块-终端设备客户与服务建立会话后，根据服务在服务描述文档中描述的各种接口，通过规定的服务调用机制实现对服务的调用。其支持的标准接口包括服务数据查询接口、服务数据变化事件订阅接口和服务数据通知接口等。

服务模块-用于实现设备间服务发现和服务访问功能，包括服务在线和离线宣告、服务注册和注销、服务查找、服务描述文档的获取和解析、根据服务描述文档描述的各种接口实现设备间的服务调用。

事件模块-包括设备事件订阅模块(完成协议里面的设备在线、离线事件订阅功能)和服务事件订阅模块(完成协议里面的服务在线、离线事件订阅功能)。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，对与设备相关的请求进行处理和反馈，给WEB报文和SSDP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间的信息交互，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，也是整个协议实现的基础，能够合理、清晰准确的分析和设置设备及设备组之间的关系。

管道模块-通过设备管道机制封装并简化了上层应用交互过程中TCP连接的创建和管理过程。本模块的特点主要在于通过身份鉴别、消息鉴别的过程建立设备间的安全设备管道，在需要消息加密的情况下计算生成管道密钥对通过设备管道交互的信息的报文体进行加密。本模块由设备模块调用进行设备管道创建的初始化工作，在设备管道创建成功之后调用设备组创建函数。

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。

WEB模块-由WEB客户端和服务器端组成，它给非SSDP的HTTP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。SSDP模块-由SSDP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SSDP多播报文的发送、接收和回调。

公共服务模块-位于协议栈系统的底层，为其他模块提供了队列、堆栈、HASH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XML报文解析、XML节点操作、XML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应用接口函数。

如图1所示，是数字家庭网络设备间互联互通协议栈实现系统工作流程图，具体工作流程步骤如下：

(1)设备寻址-本发明所述的协议栈实现系统，可以通过静态IP、动态DHCP、Auto-IP多种方式寻址。

(2)设备和服务发现-基于SSDP协议，通过广播方式或设备和服务查找请求方式，发现网络中的设备和服务。

(3)设备和服务描述-采用XML语言，定义设备描述模板，描述各种设备或服务的详细信息。针对网络中不同异构协议，采用不同描述文件描述，但使用统一的调用接口及参数。

(4)服务控制和调用-基于SOAP协议，在设备描述文件中，包括了服务描述文件的入口地址和所提供服务的控制URL。控制点通过服务描述文件入口地址取得该设备所提供服务的服务描述文件XML，该描述文件中包括了服务调用的所有接口和参数使用规则。控制点根据接口的调用规则生成服务调用请求SOAP消息，然后经过协议栈的封装，将封装后的消息发送到服务的控制URL。设备对该消息进行解析处理，根据自身情况，生成响应消息，并发送给控制点。控制点再对该响应消息进行解析处理，了解设备的状态并确定自己下一步的动作。

(5)服务事件和通知-实现终端客户间事件交互、服务的事件订阅并接收相应的事件通知。

如图3所示，是基于数字家庭网络设备间互联互通GDHomeICP协议栈的设备交互流程，具体工作流程步骤如下：

(1)设备(组)发现：设备在家庭网络中，通过发起在线请求，加入家庭网络中；设备也可通过在指定的组播地址上侦听设备在线消息以发现网络上存在的设备(组)。

(2)设备在线状态：正常工作期间，以一定的时间间隔向所连接的网络按指定的组播地址发送设备在线消息。设备在线消息中包含设备类型、设备名称、设备ID、设备安全属性列表、设备/服务详细信息获取地址等设备信息。

(3)设备组创建与加入：GDHomeICP设备组有三种类型：全局对等设备组、特定对等设备组和主从设备组。GDHomeICP设备上线后默认处于全局对等设备组中，所有的GDHomeICP设备属于全局对等设备组。GDHomeICP设备可通过设备配置来创建或加入对等设备组。同一个对等设备组中的各GDHomeICP设备间的交互规则可以通过GDHomeICP标准外的安全通道协商确定。用户可以创建主从设备组，指定某个GDHomeICP设备作为该主从设备组的主设备。主设备负责以一定的间隔在网络上发送主从设备组宣告消息，主设备可通过配置允许加入的设备列表和设备组内最多设备数目来控制其他设备的加入。

(4)服务发现：GDHomeICP终端设备可通过在指定的组播地址上侦听服务在线消息发现网络上存在的GDHomeICP服务。GDHomeICP终端设备也可向目标GDHomeICP设备发送获取设备详细描述文档请求来获取设备详细描述文档。设备详细描述文档中包含该设备提供的服务列表，服务列表中记录了各服务的名称类型及指向服务描述文档的URL地址。GDHomeICP终端设备也可按指定的组播地址向网络中的其他GDHomeICP设备发送服务查找请求，在服务查找请求中可包含待查找的服务类型、名称、其他属性等。收到服务查找请求的设备如果拥有符合查找条件的服务的GDHomeICP设备应向发起服务查找的GDHomeICP终端设备返回服务查找响应。

(5)会话创建：GDHomeICP终端设备通过服务发现机制发现目标GDHomeICP设备上的服务后，需要通过会话创建机制创建会话从而建立后续服务访问的支撑环境。GDHomeICP服务可从该服务允许访问的用户列表以及GDHomeICP终端设备所在设备和该服务所在设备之间的关系两个发面实现服务访问控制。GDHomeICP服务可设置最大的并发访问数量。GDHomeICP服务所在设备可在会话建立过程中获取GDHomeICP终端设备所在设备信息、相应的用户身份及用户鉴别信息。根据上述获取的信息检查GDHomeICP终端设备的访问权限，同时根据GDHomeICP服务的并发支持能力实现并发控制。在同一时刻GDHomeICP终端设备与GDHomeICP服务之间只能存在一个会话。只有会话建立成功后，GDHomeICP终端设备才可对GDHomeICP服务进行调用、数据查询及数据获取等操作。

(6)服务调用：GDHomeICP终端设备与GDHomeICP服务建立会话后，可根据GDHomeICP服务描述文档中描述的各种接口，通过规定的服务调用机制实现对GDHomeICP服务的调用。

(7)会话结束：当GDHomeICP终端设备完成对GDHomeICP服务的使用后，GDHomeICP终端设备可结束与GDHomeICP服务之间的会话，GDHomeICP服务也可以主动结束与GDHomeICP终端设备之间的会话。

(8)设备离线：若GDHomeICP服务收到GDHomeICP终端设备离线消息或者未能在在线有效周期结束前再次收到GDHomeICP终端设备的在线消息，则可认为该设备离线。

Claims (9)

1.一种数字家庭网络设备间互联互通协议栈实现系统，其特征在于：该系统包括：

会话模块，用于实现用户终端设备会话管理，所述会话管理包括对服务调用的双方进行身份确认；

服务模块，用于实现设备间服务发现和服务访问；

事件模块，用于实现设备和服务的在线离线、数据变化事件订阅、续订和取消订阅；

设备模块，用于实现设备的初始化、在线、离线和资源管理，提供系统的入口和出口，对与设备相关的请求进行处理和反馈，给WEB报文和SSDP报文的接收提供统一入口；

设备组模块，用于实现设备组的创建、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；

管道模块，用于封装并简化应用交互过程中TCP连接的创建和管理过程；

安全模块，用于管道模块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；

Web模块，给非SSDP的HTTP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；

SSDP模块，给上层的设备模块、设备组模块、管道模块、事件模块、会话模块、服务模块，进行宣告、查找、通知等SSDP多播报文的发送、接收和回调；

公共服务模块，为其他模块提供队列、堆栈、HASH表、链表等数据结构和常用算法支持，对其进行创建、添加、删除及数据获取的算法。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述实现设备间服务发现和服务访问包括：包括服务在线和离线宣告、服务注册和注销、服务查找、服务描述文档的获取和解析、根据服务描述文档描述的各种接口实现设备间的服务调用。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述管道模块还用于通过身份鉴别、消息鉴别的过程建立设备间的安全设备管道，在需要消息加密的情况下计算生成管道密钥对通过设备管道交互的信息的报文体进行加密。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，调用所述安全模块时，通过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。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述公共服务模块，还用于提供基本的XML报文解析、XML节点操作、XML节点属性操作，以及字符串解压、文件读取、定时器控制的公共接口。

6.一种数字家庭网络设备间互联互通协议栈实现方法，包括：

(1)设备寻址；

(2)设备和服务发现，包括：基于SSDP协议，通过广播方式或设备和服务查找请求方式，发现网络中的设备和服务；

(3)设备和服务描述，包括：采用XML语言，定义设备描述模板，描述各种设备或服务的详细信息；

(4)服务控制和调用；

(5)服务事件和通知，包括：实现终端客户间事件交互、服务的事件订阅并接收相应的事件通知。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)的设备寻址可以通过静态IP、动态DHCP或Auto-IP方式进行。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)进一步包括：针对网络中不同异构协议，采用不同描述文件描述，但使用统一的调用接口及参数。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)进一步包括：基于SOAP协议，在设备描述文件中包括服务描述文件的入口地址和所提供服务的控制URL；控制点通过服务描述文件入口地址取得该设备所提供服务的服务描述文件XML，该设备描述文件中包括了服务调用的所有接口和参数使用规则；控制点根据接口的调用规则生成服务调用请求SOAP消息，然后经过协议栈的封装，将封装后的消息发送到服务的控制URL；设备对该消息进行解析处理，根据自身情况，生成响应消息，并发送给控制点；控制点再对该响应消息进行解析处理，了解设备的状态并确定自己下一步的动作。

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