CN103107928B

CN103107928B - 一种基于注册机制的改进型UPnP A/V系统

Info

Publication number: CN103107928B
Application number: CN201310034754.4A
Authority: CN
Inventors: 潘甦; 陈�全
Original assignee: Nanjing Post and Telecommunication University
Current assignee: Nanjing Post and Telecommunication University
Priority date: 2013-01-30
Filing date: 2013-01-30
Publication date: 2015-08-05
Anticipated expiration: 2033-01-30
Also published as: CN103107928A

Abstract

本发明将公开一种基于注册机制的改进型UPnP A/V架构。这种架构将在现有架构基础上增加一个称之为注册表的功能实体，所有UPnP A/V设备需要先到注册表中注册，注册过程类似于和控制点的信息交互过程；注册表会把这些由设备注册而获取的信息存储起来，由它来和控制点进行播放前的信息交互而不再是由UPnP A/V设备和控制点直接进行信息交互。这样不论有多少控制点参与工作，UPnP A/V设备都不需要再像目前这样和每一个控制点进行信息交互以达到被它们发现并加以控制的目的；而只需要通过一次简单的注册过程就能够完成上述任务。这将较大的提高UPnP A/V设备的工作效率，减少不必要的网络开销。

Description

一种基于注册机制的改进型UPnP A/V系统

技术领域

本发明公开了一种基于注册机制的改进型UPnP A/V架构，特别涉及当家庭网络中有多个控制点时，UPnP A/V设备如何同这些控制点进行播放前的信息交互以达到被其发现并加以控制的目的，属于UPnP（通用即插即用）技术领域。

背景技术

随着3C融合技术的发展，消费类电子产品越来越普及，个人电脑、智能手机、数字电视、PDA等数字家电产品应经深入到人们的日常生活中。如果能够构建一个内部互联、媒体资源共享的家庭网络，将会更加方便人们的日常生活；同时也将大量减少存储资源和计算资源的浪费。国内外相继出现了多种家庭网络互连标准，而UPnP标准是得到广泛支持、最有发展前途的一种，是当今各国研究的热点。

UPnP（Universal Plug and Play，通用即插即用），主要用于实现设备之间的智能互联互通；它不需要设备驱动程序，取而代之的是通用协议，因此使用UPnP建立的网络是介质无关的；它与操作系统无关，可以运行在几乎所有的操作系统平台之上；它也与具体的编程语言无关，可以使用C、C++和JAVA等开发语言；使得在办公室、家庭和其它公共场所都可以方便的构建一个设备之间相互连通的网络环境。

UPnP提供的媒体播放体系结构定义了基本的A/V设备和服务模板，说明了控制点和UPnP A/V设备之间的整体关系。它独立于任何特定的设备类型、内容格式及传输协议。它支持多种设备，例如电视机，CD/DVD播放器、自动电唱机，立体声系统、MP3播放器、数码照相机和摄像机等；同时A/V体系结构允许设备支持多种格式的媒体内容（例如MPEG2、MPEG4、JPEG、MP3、WMA等），以及多种传输协议（例如IEEE-1394、HTTP、RTP等）。

目前的UPnP A/V架构如说明书附图1所示。可以看出，在目前的架构中有三个功能不同的实体，分别是：控制点(控制点)、媒体服务器(Media Server)、媒体渲染器(Media Renderer)，后两种也称之为UPnP A/V设备。控制点主要是用来协调管理媒体服务器和媒体渲染器的，使得它们能够自动的实现媒体播放；媒体服务器主要用来提供媒体资源；媒体渲染器主要用来渲染播放媒体内容。

在媒体内容播放控制之前，控制点需要和媒体服务器和媒体渲染器进行一系列的信息交互。通过这些信息交互，控制点能够发现接入到网络中的所有UPnP A/V设备(Media Servers、Media Renderers)、选择感兴趣的设备、比较匹配它们各自所支持的传输协议和数据格式、调用播放控制动作等。播放控制前的信息交互过程就是UPnP过程：设备寻址、设备发现、设备描述、设备控制、设备事件和设备展示，具体步骤如下：

（1）首先接入到网络中的控制点和UPnP A/V设备会自动获得一个合法的IP地址，这是它们能够在TCP/IP网络中工作的基础

（2）控制点通过多播方式发送设备发现请求消息，设备发现是UPnP过程的第一步，也是进行后续操作的前提。接入到网络中的所有符合搜索条件的UPnP A/V设备都会响应该消息。这样控制点通过设备发现请求就可以发现符合条件的所有UPnP A/V设备。

（3）通过设备发现请求，控制点对UPnP A/V设备仍然知之甚少。此时，控制点可以向所有被发现的UPnP A/V设备发送设备和服务描述请求消息。通过这一过程，控制点能够获得设备的详细描述消息（特别是它们所能够支持的传输协议和数据格式）以及服务的详细描述信息（主要是媒体服务器提供的媒体资源）。

（4）控制点此时就可以对UPnP A/V设备进行控制了。如：选择感兴趣媒体的资源、获取用于标记该媒体资源网络位置的URL、将该URL发送给适合播放它的媒体渲染器、执行播放控制动作（播放、暂停、停止等）。在UPnP A/V设备的播放过程中，控制点将退出，并不干预。

（5）控制点需要具备事件订阅能力，这样当UPnP A/V设备的设备或服务状态发生任何变化都会通过通用事件通知架构（GENA）通告给控制点，这将确保控制点获取的UPnP A/V设备和其服务信息都是其在当前状态下的信息。

（6）最后如果UPnP A/V设备退出播放过程需要向控制点报告，控制点将会撤销为之前的媒体内容播放而建立起的传输连接；如果UPnP A/V设备退出本地网络也需要通告控制点，控制点将清除其留下的任何痕迹。

控制点和UPnP A/V设备之间的信息交互过程如说明书附图2所示。

通过这一架构能够方便的实现UPnP A/V设备之间的智能互联互通，从而使得这些UPnP A/V设备能够方便的实现媒体资源共享。这大大节约了宝贵的存储和计算资源，也给人们的日常生活带来很大的方便。但是这一架构并不是完美的，有其自身的缺陷。这主要变现在：当网络中有多个控制点参与控制工作时，按照现有的UPnP A/V架构，所有UPnP A/V设备都必须要和每一个控制点进行媒体内容播放控制前的UPnP信息交互，只有通过这种方式才能使每一个控制点都能够发现这些UPnP A/V设备并管理控制它们。这样显然将会比较严重的影响UPnP A/V设备的工作效率，增加不必要的网络开销。

由上述控制点和UPnP A/V设备之间的信息交互过程可以看出，在UPnP A/V体系架构下，控制点在媒体内容播放开始之前需要和UPnP A/V设备进行大量的UPnP信息交互，交互过程如说明书附图2所示。在目前的UPnP A/V架构下，这些需要交互的信息都是在控制点和UPnP A/V设备之间直接进行的，没有通过第三方。这在当本地网络中只有一个控制点时，没有多少问题，而且不通过第三方有利于减少交互的时间。但是如果当本地网络中接入有多个控制点时（是有可能的），这样就会存在比较大的问题，如以下情况：

假设本地网络中接入有n个UPnP A/V设备（包括Media Servers、Media Renderers）；当网络中加入一个控制点时，该网络中的所有UPnP A/V设备都需要和该控制点进行如上所述的UPnP信息交互，才能够使得该控制点正确的发现到这些UPnP A/V设备、获得它们的设备描述信息和其所能提供的服务信息；这样该控制点才能够选择感兴趣的UPnP设备和其提供的服务并发出相关控制请求来对感兴趣的UPnP设备进行相应的控制。这时如果该网络中又接入进一个控制点，上述过程还得要重新进行一遍，尽管网络中的UPnP A/V设备已经和之前的控制点进行过想关的UPnP信息交互过程了。如果陆续还有其他的控制点接入到该网络中来，所有的UPnP A/V设备和这些刚接入的控制点还是得要不断的重复上述过程。这一工作场景如说明书附图3所示。由此可以看出：在现有的UPnP A/V架构下，网络中的所有UPnP A/V设备都必须要和网络中的所有控制点进行必要的UPnP信息交互以达到能够被其发现并加以管理控制的目的。这显然费时费力，既会增加不必要的网络开销，也会降低UPnP A/V设备的工作效率。

发明内容

本发明为了解决上述问题，采用了如下的技术方案：

一种基于注册机制的改进型UPnP A/V架构，包括控制点、用于提供媒体资源的媒体服务器、用于渲染播放媒体内容的媒体渲染器，其中控制点用于协调控制媒体服务器和媒体渲染器，实现媒体播放；还包括一注册表模块，当有UPnP A/V设备接入到网络中时，首先向所述注册表模块进行注册，所述控制点的后续控制动作请求均经过注册表模块转发给特定的UPnP A/V设备；如果有UPnP A/V设备退出播放，则需要发送通知消息经注册表模块通告给控制点，以使得它将清除为此次媒体内容播放而建立的传输连接；如果有UPnP A/V设备退出网络，则需要发送通知消息给注册表模块，注册表模块将清除其存储的关于该设备的所有信息。

上述的注册表模块包括快速适配模块、存储模块和注册模块。其中，注册模块用来与接入到网络中和UPnP A/V设备进行信息交互，实现UPnP A/V设备的注册及事件订阅过程。存储模块用来把在交互过程中由UPnP A/V设备发出的信息以设备为单位存储起来。快速适配模块用来解析控制点发送给注册表模块的信息：如果控制点发送的是控制前的UPnP交互请求，则注册表模块不转发该消息，而是到所述的存储模块中查询相应的响应消息并返回给控制点；如果控制点发送的是设备控制请求消息，则注册表模块转发该消息给相应的UPnP A/V设备，实现对控制点这些A/V设备的管理控制。

上述的注册模块对UPnP A/V设备的注册过程包括以下步骤：

步骤一：注册模块通过广播方式发送设备发现请求消息，所有接入到本地网络中的UPnP A/V设备返回响应消息，存储模块将设备返回的响应消息以设备为单位存储起来；

步骤二：注册模块通过广播方式发送设备描述请求消息，所有接入到本地网络中的UPnP A/V设备将向注册表模块返回设备描述消息，由存储模块将这些设备描述消息存储到与发送该服务描述消息的设备所对应的存储区下；

步骤三：注册模块通过广播方式发送服务描述请求消息，所有接入到本地网络中的UPnP A/V设备将向注册表模块返回各自所提供的所有服务的描述消息，由存储模块将这些服务描述消息存储到与发送该服务描述消息的设备所对应的存储区下。

上述的注册模块对UPnP A/V设备的事件订阅过程是指：当有UPnP A/V设备或其服务状态发生任何改变时，该UPnP A/V设备通过通用事件通知架构GENA将所述的改变情况通知给注册表模块，注册表模块相应的修改存储模块中对应于该UPnP A/V设备所存储的相关信息，以确保存储在存储模块中所有UPnP A/V设备的设备和服务信息都是其在当前状态下的信息。

本发明公开的这种基于注册机制的改进型UPnP A/V架构将会在网络中有多个控制点参与控制工作时提高UPnP A/V设备的工作效率，减少不必要的网络开销。

附图说明

图1是现有的UPnP A/V架构；

图2是控制点和UPnP A/V设备的信息交互过程；

图3是在现有架构下多个控制点和UPnP A/V设备进行信息交互的场景；

图4是改进的UPnP A/V架构；

图5是注册表实体所包含的基本功能模块；

图6是在改进架构下多个控制点和UPnP A/V设备进行信息交互的场景

图7是多个控制点和注册表以及注册表和UPnP A/V设备的UPnP交互过程。

具体实施方式

本发明做出如下的设想：如果用一个功能实体将UPnP A/V设备和控制点在进行UPnP信息交互的过程中所发出的信息保存起来，这样不管有多少个控制点接入到网络中都用这些保持的信息和其进行信息交互，这就不需要UPnP A/V设备自己亲自和每一个控制点进行播放控制前的UPnP的信息交互了。也就是说将UPnP A/V设备和控制点由之前的直接进行信息交互改为通过一个中间功能实体间接进行媒体内容播放控制前的信息交互。正是在此基础上，本发明提出的一种基于注册机制的改进型UPnP A/V架构。该架构将能够有效的适应网络中有多个控制点参与控制管理时的场景，它能够提高UPnP A/V设备的工作效率，减少不必要的网络开销。

下面将对该架构进行详细说明。

如说明书附图4所示：本发明提出的改进型UPnP A/V架构是在现有架构基础上增加一个称之为注册表的功能实体。注册表功能实体包含三个基本模块：快速适配模块、存储模块和注册模块，如说明书附图5所示。注册模块主要用来和UPnP A/V设备进行信息交互的，交互过程类似于控制点和UPnP A/V设备在播放前的信息交互过程，目的就是要把在交互过程中由UPnP A/V设备发出的信息存储起来。存储模块就是用来完成上述的存储任务的；存储时是按照以设备为单位进行的，也就是说将关于某一个UPnP A/V设备的所有信息集中存储起来以和其他设备区别开来，这样能够提高控制点的搜索效率。注册表自身并不具备管理控制UPnP A/V设备的能力，管理控制UPnP A/V设备是由控制点来完成的；快速适配模块主要就是来解析控制点发送给注册表的信息以判断该信息是什么样的信息，如果是播放控制请求消息，则注册表直接转发该消息给特定的设备并且不会存储该设备的任何回复响应消息；如果是控制前的交互请求消息，则注册表不予转发，只是在存储模块中查询相关信息并予以回复；也就是说注册表不具备任何控制UPnP A/V设备的能力，它只是用来存储控制点和UPnP A/V设备在播放控制前的信息交互过程中由这些UPnP A/V设备发送的相关信息以使得控制点能够正确发现UPnP设备和其服务信息，除此之外的任何其他信息都不予存储保存。

这样当有UPnP A/V设备接入到网络中时，它们首先会向注册表进行注册，注册过程就是控制点和UPnP A/V设备在播放控制前的信息交互过程。通过这一注册过程，注册表中就存储了相关必要的信息，这些信息足以用来和控制点进行UPnP过程交互。这样控制点就能够正确发现UPnP A/V设备和其服务的详细信息以使得它能够管理协调好UPnP A/V设备在播放之前的所有相关工作。控制点的后续控制动作请求需要经过注册表转发给特定的UPnP A/V设备，注册表不需要存储这些信息（包括控制请求信息和设备的任何回复信息）。如果有UPnP A/V设备退出播放，则需要发送通知消息经注册表通告给控制点以使得它将清除为此次媒体内容播放而建立的传输连接；如果有UPnP A/V设备退出网络，则需要发送通知消息给注册表，注册表将清除其存储的关于该设备的所有信息。通过以上过程，控制点和UPnP A/V设备在播放控制前的信息交互由原来在两者之间直接进行变成需要通过注册表间接进行。这将使得无论有多少个控制点接入网络，UPnP A/V设备都只需要和注册表进行一次控制前的信息交互而不需要和每一个控制点都进行这样繁琐的过程，如说明书附图6所示。

该构架系统具体运行过程如下：

（1）当有UPnP A/V设备接入到网络中，注册表的注册模块通过广播方式发送设备发现请求消息，所有接入到本地网络中的UPnP A/V设备在接到该请求消息时会返回响应消息；注册表的存储模块将设备返回的这些响应消息以设备为单位存储起来，也就是说为每一个UPnP A/V设备开辟一个独立的存储空间，这样后续关于该设备的所有信息都集中存储在该存储空间中；这将提高后续控制点在和注册表进行信息交互是时注册表查询相关信息的效率。

（2）注册模块通过广播方式发送设备描述请求消息，所有接入到本地网络中的UPnP A/V设备将向注册表返回详细的设备描述消息；其存储模块将这些设备描述消息存储到对应的设备存储空间中。

（3）注册模块通过广播方式发送服务描述请求消息，所有接入到本地网络中的UPnP A/V设备将向注册表返回各自所提供的所有服务的详细描述消息；其存储模块将这些服务描述消息存储到对应的设备存储空间中。

（4）注册模块拥有事件订阅能力；当有UPnP A/V设备或其服务状态发生任何改变时，它们将会通过通用事件通知架构（GENA）将这些改变情况通知给注册表，注册表将会相应的修改所存储的相关信息。这样将确保存储在注册表中所有UPnP A/V设备的设备和服务信息都是其在当前状态下的信息。

（5）当有控制点接入到该网络中时，控制点需要和注册表进行管理控制前的UPnP交互过程，该交互过程同注册表与UPnP A/V设备的交互过程一样，在此不再赘述。

（6）注册表的快速适配模块解析控制点发送的请求消息。如果是控制前的UPnP交互请求，则注册表不转发该消息，需要做的是到其存储模块中查询相应的响应消息并返回给控制点；如果是设备控制请求消息，则注册表需要立即转发该消息给特定的UPnP A/V设备，该设备的任何响应消息在经过注册表时都不需要存储。

（7）控制点在和注册表进行UPnP交互过程之后将会发现所有接入到本地网络中的UPnP A/V设备以及它们所提供的服务的详细信息。

（8）控制点选择感兴趣的UPnP Media Server，获取其所支持的传输协议和数据格式；查看媒体资源信息，选择感兴趣的媒体资源并获取其在网络中的位置（URL）。

（9）控制点选择用来渲染播放此媒体内容的UPnP Media Renderer，获取其所支持的传输协议和数据格式。控制点比较匹配Media Server和Media Renderer各自所支持的传输协议和数据格式；如果一致，则该Media Renderer能够播放此媒体资源；否则，就需要选择其他Media Renderer。

注：至此，控制点和注册表的信息交互过程结束。通过这一过程，控制点已经为Media Server和Media Renderer建立起一个完整的传输连接，为后续的播放控制做好了准备。

（10）控制点发送设备控制请求消息，注册表在接到该消息后通过快速适配模块解析之后立即将其转发给特定的UPnP A/V设备；这样就能够管理控制这些A/V设备了。如果有UPnP A/V设备需要返回响应消息的话，那么这些消息在经过注册表时是不被存储的；注册表也只是简单的将这些响应消息转发给控制点。

（11）当参与播放工作的UPnP A/V设备退出播放时，需要发送通知消息给注册表，注册表会将此通告给控制点，控制点将撤销为此次媒体内容播放而建立的传输连接。当网络中的UPnP A/V设备离开网络时，需要发送通知消息给注册表，注册表将清除在其存储模块中存储的所有关于该UPnP A/V设备的信息。

以上就是本发明的具体实施方式，该过程见说明书附图7所示。通过这一方式，不论网络中有多少控制点参与管理控制工作，都只需要和网络中的注册表进行一次UPnP信息交互过程；无须再像之前那样，每一个控制点都必须要和每一个UPnP A/V设备进行UPnP信息交互。这样就较大的提高了UPnP A/V设备的工作效率，减少了不必要的网络开销。

Claims

1.一种基于注册机制的改进型即插即用UPnP A/V系统，包括控制点、用于提供媒体资源的媒体服务器、用于渲染播放媒体内容的媒体渲染器，其中控制点用于协调控制媒体服务器和媒体渲染器，实现媒体播放；其特征在于：还包括一注册表模块，当有UPnP A/V设备接入到网络中时，首先向所述注册表模块进行注册，所述控制点的后续控制动作请求均经过注册表模块转发给特定的UPnP A/V设备；如果有UPnP A/V设备退出播放，则需要发送通知消息经注册表模块通告给控制点，以使得它将清除为此次媒体内容播放而建立的传输连接；如果有UPnP A/V设备退出网络，则需要发送通知消息给注册表模块，注册表模块将清除其存储的关于该设备的所有信息；

所述的注册表模块包括快速适配模块、存储模块和注册模块；其中，

注册模块用来与接入到网络中的UPnP A/V设备进行信息交互，实现UPnP A/V设备的注册及事件订阅过程；

存储模块用来把在交互过程中由UPnP A/V设备发出的信息以设备为单位存储起来；

快速适配模块用来解析控制点发送给注册表模块的信息：如果控制点发送的是控制前的UPnP交互请求，则注册表模块不转发该消息，而是到所述的存储模块中查询相应的响应消息并返回给控制点；如果控制点发送的是设备控制请求消息，则注册表模块转发该消息给相应的UPnP A/V设备，实现控制点对这些UPnP A/V设备的管理控制。

2.如权利要求1所述的基于注册机制的改进型UPnP A/V系统，其特征在于，所述的注册模块对UPnP A/V设备的注册过程包括以下步骤：

3.如权利要求1所述的基于注册机制的改进型UPnP A/V系统，其特征在于，所述的注册模块对UPnP A/V设备的事件订阅过程是指：当有UPnP A/V设备或其服务状态发生任何改变时，该UPnP A/V设备通过通用事件通知架构GENA将所述的改变通知给注册表模块，注册表模块相应的修改存储模块中对应于该UPnP A/V设备所存储的相关信息，以确保存储在存储模块中所有UPnP A/V设备的设备和服务信息都是其在当前状态下的信息。