CN102904978A

CN102904978A - 泛在网络内泛在设备实现通用即插即用的方法

Info

Publication number: CN102904978A
Application number: CN2012104112416A
Authority: CN
Inventors: 黄刘生; 盛敏朝; 徐宏力; 周有松
Original assignee: Suzhou Institute for Advanced Study USTC
Current assignee: Suzhou Institute for Advanced Study USTC
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2032-10-25
Also published as: CN102904978B

Abstract

本发明公开了一种泛在网络内泛在设备实现通用即插即用的方法，所述泛在网络内泛在设备通过网关节点进行通讯，所述网关节点与控制节点连接，通过网关节点对泛在设备进行识别与控制。该方法中采用服务设备发现协议（DSDP）在泛在网中发现设备和服务；采用对象访问协议（OAP）访问和控制设备与服务；采用简单事件通知协议（SENP）通知网关相关泛在设备上的服务发生变化。该方法为设备在泛在网络中实现即插即用提供了一种有效手段，降低了控制节点的管理复杂度，提高了泛在网u-UPnP技术的效率。

Description

泛在网络内泛在设备实现通用即插即用的方法

技术领域

本发明属于泛在网络通信技术领域，具体涉及一种泛在网络内泛在设备实现通用即插即用的方法。

背景技术

随着工业技术的发展，电子设备（例如智能设备、无线设备和个人电脑等）种类不断增加，人们希望通过网络将这些设备互联起来，并由指定的控制节点集中控制。这种背景下，Microsoft和一些设备制造商提出了通用即插即用(Universal Plug and Play，UPnP）技术。如图1所示，UPnP技术将整个网络包括在内，实现了网络设备和服务的发现和控制，例如网络打印机、Internet网关和消费类电子设备。UPnP旨在实现一种“零”配置和“隐性”的联网过程，自动发现和控制来自各家厂商的各种网络设备。

UPnP技术一般是在控制节点和具体设备之间实现，即两层结构UPnP（如图1）。UPnP技术是基于TCP/IP协议栈而实现的，而且在实现该技术的过程中包括以下几个步骤：寻址、发现、描述、控制、事件通知。同时在这一过程中会用到三个重要的协议（SSDP、SOAP、GENA）。发现过程中会使用SSDP协议，控制过程中会使用SOAP协议，事件通知过程中会使用GENA协议。

在泛在网环境中，一方面，设备种类很多，节点间往往采用短距离通信协议，且节点设备往往是资源受限的，有些设备（如传感节点、射频标签等）都不支持TCP/IP协议（支持特定的私有协议）；另一方面，泛在网中往往包含数量巨大的资源受限设备（如传感节点等），如果每个设备都与控制节点直接关联，则给控制节点的设备管理带来了巨大的挑战；因此，传统的UPnP技术无法直接应用于泛在网中。

发明内容

本发明目的在于提供一种泛在网络内泛在设备实现通用即插即用的方法，解决了现有技术中UPnP技术不能实现泛在网环境中的泛在设备的设备管理等问题。

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：

一种泛在网络内泛在设备实现通用即插即用的方法，所述泛在网络内泛在设备通过网关节点进行通讯，所述网关节点与控制节点连接，通过网关节点对泛在设备进行识别与控制；其特征在于所述方法包括以下步骤：

（1）开启泛在设备后，泛在设备进入泛在网络，网关节点给泛在设备分配一个未使用过的地址，其格式为IP地址与一个16位整数的组合；

（2）所述泛在设备发送发现消息给网关节点，通知该设备上的相关服务；网关节点收到消息后，再将关服务通知给控制节点；控制节点在收到发现消息后，向网关发送一个确认消息，进而由网关向设备转发该确认消息；

（3）泛在设备收到网关节点发送的发现确认消息后，将设备描述与服务描述发送给网关节点，网关节点将其转发给控制节点；

（4）控制节点在收到泛在设备与服务描述后，通过网关节点向泛在设备发送控制消息以实现控制动作；当控制动作结束后，泛在设备会返回一个整数表示执行操作的结果。

优选的，所述方法中当泛在设备上的服务发生变化时，如果控制节点已订阅了预定服务，则立刻通知网关节点，然后再由网关节点发送事件消息至控制节点；否则，不执行任何操作。

优选的，所述方法中控制节点向网关节点发送消息向网关来订阅或取消预定服务。

优选的，所述方法中网关节点与泛在设备间通过服务设备发现协议（DSDP）发现泛在设备和相应的泛在设备的服务。

优选的，所述方法中网关节点使用对象访问协议（OAP）向泛在设备发送控制消息，泛在设备响应后，将结果或错误返回给网关节点。

优选的，所述方法中当泛在设备上服务发生变化时，泛在设备通过简单事件通知协议（SENP）通知网关节点。

具体的，本发明技术方案是一种面向泛在网的通用即插即用技术，在开启泛在设备时，通过网关实现向控制点报告其设备描述与服务描述，而控制点通过网关实现对泛在设备的识别与控制。包括以下步骤：

步骤一：当设备进入网络时，网关节点会为该设备分配一个未使用过的地址，其格式为IP地址与一个16位整数的组合。

步骤二：设备有了地址之后，就可以与网关进行通信。首先，设备发送发现消息给网关，以通知该设备上的相关服务。网关收到消息后，再将服务通知给控制点，这样控制点便可发现设备上的服务。控制点在收到发现消息后，向网关发送一个确认消息，进而由网关向设备转发该确认消息。

步骤三：在收到网关发送的发现确认消息后，泛在设备将设备描述与服务描述发送给网关，进而转发给控制点。这样，控制点和网关都获取了设备与服务的描述。

步骤四：控制点在收到设备与服务描述后，可以通过网关向传感节点发送控制消息以实现一个控制动作，例如获取服务的状态等。当控制动作结束后，会返回一个整数，以表示执行操作的结果。

步骤五：当设备上的服务发生变化时，如果控制点已订阅了预定服务，则立刻通知网关，然后再由网关发送事件消息至控制点；否则，不执行任何操作。当控制点需要通过发送消息向网关来订阅或取消预定服务。

本发明技术方案为适合泛在网的即插即用u-UPnP技术，其核心是3层体系架构，即泛在设备－网关－控制节点。图2中的网关，对控制节点而言，它相当于“设备”，它上面有许多服务，控制节点可以控制它并使用这些服务；对泛在设备而言，它又相当于“控制节点”。这些泛在设备将设备与服务暴露给网关，网关再将这些服务暴露给控制节点。所以网关在这里像一个中介，向上连接控制节点，向下连接泛在设备。其优势在于，控制节点不需直接与许多设备联系，减少了泛在设备的即插即用管理复杂度。当控制节点需要某项服务（例如，需要读设备采集的数据），直接发送控制消息给网关，网关响应取得服务之后，将其提供给控制节点。而设备的寻址、发现与控制和服务的发现与控制都是由网关来实现的。

相对于现有技术中的方案，本发明的优点是：

本发明提供了一种泛在网中的即插即用技术，设计了设备－网关－控制节点的3层u-UPnP实现架构；在开启泛在设备时，通过网关实现向控制节点报告其设备描述与服务描述，而控制节点通过网关实现对泛在设备的识别与控制，为设备在泛在网络中实现即插即用提供了一种有效手段。首先，针对泛在网中的节点不支持TCP/IP协议的特性，设计了3层u-UPnP体系架构，从而使更多的设备可以加入到泛在网中；其次，降低了控制节点的管理复杂度，提高了泛在网u-UPnP技术的效率。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为现有技术中两层结构的UPnP的体系架构图；

图2为本发明技术方案泛在网络UPnP的体系架构图；

图3为本发明技术方案泛在网络UPnP的协议体系原理图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

实施例

如图2所示，泛在网中的u-UPnP体系结构。所述泛在网络内泛在设备通过网关节点进行通讯，所述网关节点与控制节点连接，通过网关节点对泛在设备进行识别与控制。这里泛在设备特指传感设备。

如图3所示为泛在网络UPnP的协议体系原理图。从控制节点到网关，使用的是UPnP技术，它是基于TCP/IP协议栈的。这个技术已经成熟，而且在业界有很广的应用。而从网关到设备，使用的是类似于UPnP技术，它是基于特定的私有协议栈。下面简单介绍一下协议栈。最底下的四层（PHY、MAC、NKW、APP）是私有协议的逻辑层次描述，并不代表某个特定的协议。主要描述最上层三个协议，它们分别是DSDP、OAP、SENP，对应于实现流程中的发现、控制、事件。

（1）服务设备发现协议（DSDP）,该协议类似于SSDP，是它的精简版。DSDP的功能是在泛在网中发现设备和服务。

（2）对象访问协议（OAP），该协议是用来访问和控制设备与服务的。网关使用OAP向设备发送控制消息，设备响应后，将结果或错误返回给网关。从而达到网关对服务的控制效果。

（3）简单事件通知协议（SENP），该协议是用来通知网关，设备上的服务发生变化。网关把它感兴趣的服务事件告诉给相应的设备，当服务发生相应的事件（例如，服务的某个状态变量发生变化）。服务会通知网关。

为了适应新的体系结构，泛在网中的u-UPnP的实现过程与传统的UPnP实现过程有很大的区别。具体包括如下步骤：

步骤一：当设备进入网络之后，网关会为设备分配一个唯一的未使用过的私有地址，其格式为IP地址与一个16位整数的组合。网关维持一个地址库，而泛在设备接收网关分配的地址。

步骤二：设备获得网关分配的地址之后，就会执行发现这个过程，发现是由DSDP（Device and Service Discovery Protocol）协议实现的。

DSDP协议允许设备主动发送发现消息给网关，将设备及其相应的服务暴露给网关。网关在收到发现消息之后，回复确认消息，并更新（添加相应的表项）设备以及服务列表。同时网关会使用发现消息将新发现的设备与服务报告给控制节点。控制节点在收到消息之后，回复确认消息，同时也会更新服务列表（添加相应的表项）。

设备会每隔一段时间（根据具体情况来设置）发送alive消息给网关。如果网关在设置的时间内没有收到设备发送的alive消息，则网关就认为该设备从网络上卸载。如果网关在设置的时间内收到设备发送的byebye消息，则网关同样认为设备主动从网络上卸载。

如果网关知道设备从网络卸载之后，首先更新自己的设备和服务列表（删除相应的表项）。然后，发送消息通知控制节点，控制节点再更新服务列表（删除相应的表项）。

步骤三：

在收到网关发送的发现确认消息后，泛在设备将设备描述与服务描述发送给网关，再由网关将这些描述转发给控制节点。这样，控制节点就获取了网关对应泛在网络中所有设备与服务的描述。

步骤四：

在获取描述之后，控制点和网关可以根据描述信息向设备和服务发送OAP（Object Access Protocol）控制消息。发送控制消息实质上是一种远程过程调用设备在收到控制消息后，完成相应的控制动作（例如，读取泛在设备采集的数据），并将相应的结果发送给网关，网关收到后，回复确认。同样，控制节点也可以控制服务。控制点先将控制消息发送给网关，网关收到后，回复确认并将控制消息转给泛在设备。泛在设备收到消息后，完成相应的控制动作（例如，读取泛在设备采集的数据），并将相应的结果发送给网关。网关收到后，回复确认并将结果转发给控制点。最后控制点收到结果后，回复确认。这样，一个控制动作就完成了。

网关也可查询服务的状态变量值以获得状态变量的当前值，这与执行控制动作的过程相似，网关向服务持有设备发送一个适当的查询消息，服务收到后则返回相应的变量值。每个服务必须保持状态变量的一致性，以便网关能够查询并接收到有意义的值。

步骤五：

当描述某项服务的状态变量发生变化时，服务会发布更新，并触发一个事件，从而生成一个事件消息。泛在设备会将这个事件消息用SENP协议进行包装，最后把它发送给网关，网关收到事件消息后，回复确认。如果是控制点想知道服务发生的改变，网关会继续将收到的事件消息转发给控制点。

控制点和网关要想接收到设备发来的事件消息，必须要提前预定。首次进行预定时，会发送一种专门的初始化事件消息，包括所有事件变量的名称和值，并允许预定者对其关于该服务状态的模型进行初始化。如果是网关需要预定某个事件消息，则直接发送预定消息，泛在设备收到预定消息后，回复确认。如果是控制点需要预定事件消息，则先将预定消息发送给网关，网关收到消息后，回复确认并将预定消息发送给相应的泛在设备，同样泛在设备收到预定消息后，回复确认。

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种泛在网络内泛在设备实现通用即插即用的方法，所述泛在网络内泛在设备通过网关节点进行通讯，所述网关节点与控制节点连接，通过网关节点对泛在设备进行识别与控制；其特征在于所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法中当泛在设备上的服务发生变化时，如果控制节点已订阅了预定服务，则立刻通知网关节点，然后再由网关节点发送事件消息至控制节点；否则，不执行任何操作。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法中控制节点向网关节点发送消息向网关来订阅或取消预定服务。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法中网关节点与泛在设备间通过服务设备发现协议（DSDP）发现泛在设备和相应的泛在设备的服务。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法中网关节点使用对象访问协议（OAP）向泛在设备发送控制消息，泛在设备响应后，将结果或错误返回给网关节点。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法中当泛在设备上服务发生变化时，泛在设备通过简单事件通知协议（SENP）通知网关节点。