CN103561016A

CN103561016A - 一种基于虚设备的UPnP与IGRS协议转换系统及方法

Info

Publication number: CN103561016A
Application number: CN201310525485.1A
Authority: CN
Inventors: 谈世哲; 黄全明; 张丰源; 沈治文
Original assignee: Ocean University of China
Current assignee: Ocean University of China
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2014-02-05

Abstract

本发明公开了一种基于虚设备的UPnP与IGRS协议转换系统，包括UPnP控制点模块，IGRS控制点模块，UPnP设备模块，IGRS设备模块以及消息转换与描述文档转换模块。本发明协议转换系统既可以虚拟设备，也可以虚拟成控制点，转换系统可以运行在单独的设备上，也可以与其他设备控制点运行在一起，而不产生互相干扰冲突。

Description

一种基于虚设备的UPnP与IGRS协议转换系统及方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种基于虚设备的UPnP与IGRS协议转换系统及方法。

背景技术

在数字家庭领域，当今世界最主要的两种协议就是UPnP协议和IGRS协议，它们为数字家庭网络中各种设备的互联互通，自动发现，资源共享，协同服务定义了一组各自的标准和接口。

UPnP以TCP／IP和整个Internet为基础，主要规定了数字家庭中的设备将如何互联互通，设备如何发现对方及相互通信。该标准能让具有不同操作系统程序语言或物理网络连接的设备相互发现和实时控制。在UPnP多媒体AV应用框架中设备分为三类，分别是控制点、多媒体服务器以及多媒体播放器。控制点则是一类特殊设备，控制点可以向普通设备发送指令并控制普通设备所提供的功能。多媒体服务器，对控制点的请求做出响应并将结果通知控制点。多媒体播放器是用来播放从家庭网络中获取到的多媒体资源。

IGRS是由国内几大主要家电厂商在信息产业部支持下成立的／闪联工作组所制定。它是一种架构于TCP／IP之上的网络应用层协议，其目标是在有限范围网络域(有线、无线)内，通过遵循共同资源描述及功能服务接口标准，支持多种信息设备、家用电器、通讯设备之间的设备自动发现、动态组网、资源共享和协同服务。IGRS AV应用框架也是由控制点、媒体服务器和媒体播放器组成。控制点发现媒体服务器和媒体播放器上的媒体服务，控制点不直接参与媒体流的传输。媒体服务器提供媒体内容；媒体播放器负责媒体播放，运行连接管理服务、呈现管理服务。

从上面理论可以得出，UPnP与IGRS的AV应用框架非常相似，为UPnP与IGRS的互联提供了理论基础，而二者主要的区别在于内在的协议栈的实现。UPnP与IGRS的基本行为可以分成以下六部分：设备寻址，设备发现，设备描述，设备控制，设备事件，设备表达。六部分的实现机制有较大区别，具体分析将在设计中详细表述。图2表述的是UPnP与IGRS的基本行为。

为了实现两种协议的互通，如今采用的互联方式是采用在一台设备上运行双协议栈的方式，即各自的协议栈实现本协议内的设备互通互联。如在一台设备上运行者UPnP协议栈实现的包括控制点与服务器的功能，同时运行着IGRS协议栈实现的控制点与服务器的功能。UPnP实现的控制点与服务器能够和局域网内，其他的UPnP控制点，服务器，播放器无缝的连接控制。而IGRS协议栈实现的控制点与服务器能够与局域网内IGRS控制点，设备无缝交互。通过实现双协议栈的方式，实现与网内UPnP设备与IGRS设备交互互操作。图3表述的为现在采用的双协议栈解决方案。

现有技术采用的双协议栈的方式能够实现各自协议内的设备互联互通，但对于基于两种不同协议内设备的互通无法实现。即现有技术无法实现真正意义上的不同协议设备的互联互通。UPnP控制点无法发现与控制IGRS设备，同时IGRS控制点也无法实现对UPnP设备的发现控制。对于设备的控制，文件传输等操作，都是局限在基于相同协议的互联。同时，采用如今采用的双协议栈的方式，由于运行着两个协议栈，占用CPU资源，效率低下。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供了一种基于虚设备的UPnP与IGRS协议转换系统及方法，解决数字家庭的UPnP和IGRS两种主流协议互操作的问题，实现在一个家庭网络里不管安装了何种协议的设备，对在用户来说都是透明的，可操作的。其技术方案为，

一种基于虚设备的UPnP与IGRS协议转换系统，包括UPnP控制点模块，IGRS控制点模块，UPnP设备模块，IGRS设备模块以及消息转换与描述文档转换模块：

UPnP控制点模块主要负责与UPnP设备的直接交互，获取描述文档，事件通知以及相关控制，并将UPnP设备的信息存储等待转换模块的转换；

IGRS控制点模块主要负责与IGRS设备的直接交互，获取描述文档，事件通知以及相关控制，并将IGRS设备的信息存储等待转换模块的转换；

UPnP设备模块则是根据转换后的IGRS设备信息创建对应的UPnP虚设备，该虚设备有自己的描述文档，能够同网络中的UPnP控制点实现交互；

IGRS设备模块则是根据转换后的UPnP设备信息创建对应的IGRS虚设备，该虚设备有自己的描述文档，能够同网络中的IGRS控制点实现交互；

消息转换与描述文档转换模块功能：实现消息格式转换，包括将UPnP设备消息格式转换成IGRS消息格式和将IGRS设备消息格式转换成UPnP消息格式，实现描述文档转换，包括将UPnP设备描述文档转换成IGRS描述文档和将IGRS设备描述文档转换成UPnP描述文档。

一种基于虚设备的UPnP与IGRS协议转换方法，包括以下步骤：

1)当UPnP设备上线后，UPnP控制点模块监听到设备上线消息，该消息经转换模块转换后发给IGRS设备模块，并将设备上线消息进行广播，该消息能够被IGRS控制点发现；

2)IGRS控制点发送描述文档请求，IGRS设备模块收到该请求后，将该请求转发给转换模块进行消息转换，经UPnP控制点发送给UPnP设备；

3)UPnP设备回复描述文档消息被UPnP控制点模块截获后，送到转换模块进行格式转换，实现UPnP描述文档向IGRS描述文档的转换，转换后的描述文档经IGRS设备模块发送给外界的IGRS控制点；

4)当IGRS控制点进行设备控制时，IGRS控制点发送控制请求，IGRS设备模块监听到消息请求，该消息经转换模块转换消息格式，由UPnP控制点模块发送给外界UPnP设备，UPnP设备进行相应的动作；

5)IGRS设备经过转换系统与UPnP控制点的交互过程同理。

本发明不同协议的设备与控制点的交互，主要在于消息格式转换和描述文档的转换，对于消息格式的差别，IGRS协议相对UPnP协议增添了关于安全管道，加密相关的信息。对于UPnP设备与IGRS设备则要相应地进行删除与添加该类消息。对于描述文档的差异，采取先提取描述文档信息，然后再按照对应格式生成的方式。

本发明的有益效果：

本发明能够真正意义上实现不同协议设备的互联互通。UPnP控制点通过转换系统控制IGRS设备，而IGRS控制点通过转换系统控制UPnP设备。

本发明不存在双协议栈实现方式CPU占用高，效率低下等问题。

本发明协议转换系统既可以虚拟设备，也可以虚拟成控制点，转换系统可以运行在单独的设备上那个，也可以与其他设备控制点运行在一起。而不产生互相干扰冲突。

附图说明

图1是背景技术中UPnP与IGRS AV框架；

图2是背景技术中UPnP与IGRS的基本行为；

图3是背景技术中双协议栈解决方案；

图4是本发明基于虚设备的UPnP与IGRS协议转换系统；

图5是UPnP与IGRS搜索消息，其中图5(a)是典型的UPnP搜索消息，图5(b)是典型的IGRS搜索消息；

图6是服务调用的演示，其中图6(a)是非安全管道服务调用，与6(b)是安全管道服务调用；

图7是事件通知的演示，其中图7(a)是非安全管道事件通知，图7(b)是安全管道事件通知。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

由于在词法、分类、消息格式、数据格式、传输方法等多个方面的差异，IGRS设备与UPnP设备无法进行互联。基于对IGRS和UPnP协议的研究，本发明提出设计IGRS和UPnP协议转换系统，通过该系统可以对设备服务描述信息进行转换，根据转换得到的信息生成对应的虚设备，自动翻译和转发控制点和设备之间的动作请求信息，以实现两种协议的互操作。协议转换系统旨在完全不修改现有设备的基础上，实现这两类设备互联互通。通过协议转换系统，使UPnP控制点能够发现并控制IGRS设备，使其既能与IGRS设备实现文件传输、控制，也能与UPnP设备实现互操作。即UPnP控制点对协议转换系统的控制，转换成对IGRS设备的控制。同理对于IGRS控制点通过协议栈换系统可以实现对UPnP设备的控制。

下面从两种协议的工作流程入手进行相关分析，它们都包括如下几个步骤：设备寻址、设备发现、设备描述、服务控制和事件触发通知等。通过这样一个表格，用来直观看到IGRS与UPnP的异同，如表1所示。

表1

一设备寻址

IGRS不限定设备间寻址方式，设备间的寻址由IGRS以外的机制实现。IGRS支持UPnP协议使用的动态主机配置协议、自动IP等寻址方式。因此，在寻址方式上，两种协议没有什么差异。

二设备发现

UPnP协议的设备和服务发现机制是基于SSDP协议，以UDP多播为基础，向网络中宣告其嵌入式设备上下线消息；还可以通过控制点多播查找请求监听网络中感兴趣的设备和服务。IGRS协议的设备和服务发现机制包括了基于全局对等组和主从设备组两种方式。基于全局对等组的设备和服务发现建立在SSDP协议基础之上，它也包括基于UDP组播查找和基于设备查找的单播响应两种方式。通过SSDP，UPnP和IGRS可以以在线宣告或者查找／响应的方式实现设备和服务的相互发现，但是这两种协议上下线广播消息和查找请求响应消息的格式有很大差异。对于设备上线广播消息，协议转换引擎可以通过监听多播地址获取上线设备的广播信息，实现消息格式的转换。对于UPnP设备上线消息转换后需要

添加添加设备名，设备类型及设备组等内容。对于IGRS设备的消息格式需要删除相应的部分。同时，对于设备描述文档位置都要改为转换系统所在位置，因为将有转换系统与控制点直接交互，即在转换系统中生成虚设备。对于控制点查找请求消息，二者主要在于消息格式的差别，按照对应格式转换即可。对控制点查找相应，设备会以UDP单播的形式回应。单播消息格式差异在于UPnP设备转换为IGRS设备需要添加一些关于设备SOAP消息部分。典型的UPnP搜索消息IGRS搜索请求如图5所示。

三设备描述

IGRS和UPnP都采用XML定义设备模板，描述设备的详细信息，两种设备模板在格式定义上有所区别，但设备的描述文档二者差异不大，只需要提取xml文档的消息按照UPnP与IGRS格式重新生成即可。而服务的描述文档，IGRS采用WSDL定义服务模板，UPnP则使用自定义的UPnP Template Language for Services作为服务模板，这两种模板格式也存在较大差异。协议转换系统通过引入描述文档转换模块，分别解析识别两种不同的格式，实现设备描述和服务描述的转换。描述文档转换模块主要实现以下功能：把UPnP设备描述文档转化为IGRS设备描述文档格式，把IGRS设备描述文档转化为UPnP设备描述文档格式，把UPnP服务描述文档转化为IGRS服务描述文档格式和把UPnP服务描述文档转化为IGRS服务描述文档格式四项功能。IGRS和UPnP设备描述模板的结构对比如表2所示，至于两类协议服务的描述文档比较差异太大，这里就不再表述。描述文档的转换，关键在于提取描述文档的信息存储于树形结构中，然后再按照标准格式生成对应的xml文档。

表2

四服务控制

UPnP的服务控制和调用基于简单对象访问协议SOAP并通过XML来表达实现。IGRS协议定义了基于会话的服务调用机制，同时它支持基于非安全管道的客户／服务间交互作为扩展接口。两种协议的请求响应消息格式，消息发送和接收方式都存在很大区别。协议转换系统根据IGRS和UPnP控制消息格式通过转换系统实现消息翻译机制，使得IGRS和UPnP客户端通过控制转换系统中的对应虚设备以实现控制IUPnP和IGRS设备。

五事件触发

UPnP采用GENA机制实现服务事件与通知机制，IGRS采用基于管道(安全／非安全)的机制实现。通过非安全管道机制，IGRS服务可以向UPnP客户开放事件访问接口，从而实现与UPnP客户间的事件交互，IGRS客户同样可以在非安全管道的基础上实现对UPnP设备上的UPnP服务的事件订阅并接受相应的事件通知。非安全管道，二者的差异在于消息格式的差别。对于IGRS设备安全管道，需要转换系统先IGRS控制点交互，建立管道。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种基于虚设备的UPnP与IGRS协议转换系统，其特征在于，包括包括UPnP控制点模块，IGRS控制点模块，UPnP设备模块，IGRS设备模块以及消息转换与描述文档转换模块：

2.一种基于虚设备的UPnP与IGRS协议转换方法，其特征在于，包括以下步骤：

5)IGRS设备经过转换系统与UPnP控制点的交互过程同理。

3.根据权利要求2所述的基于虚设备的UPnP与IGRS协议转换方法，其特征在于，不同协议的设备与转换系统的交互时，在转换系统中存在UPnP控制点模块与IGRS控制点模块同设备进行交互。

4.根据权利要求2所述的基于虚设备的UPnP与IGRS协议转换方法，其特征在于，不同协议的控制点与转换系统的交互时，在转换系统中存在UPnP设备模块与IGRS设备模块同控制点进行交互。

5.根据权利要求3或4所述的基于虚设备的UPnP与IGRS协议转换方法，其特征在于，实现消息格式转换的转换，对于消息格式的差别，IGRS协议相对UPnP协议增添了关于安全管道，加密相关的信息，对于UPnP设备与IGRS设备则要相应地进行删除与添加该类消息。

6.根据权利要求5所述的基于虚设备的UPnP与IGRS协议转换方法，其特征在于，实现描述文档格式的转换，对于描述文档的差异，采取先提取描述文档信息，然后再按照对应格式生成的方式。