CN105337821A - 一种基于upnp协议的物联网系统及物联网数据传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于UPNP协议的物联网系统及物联网数据传输方法，其中物联网系统包括支持UPNP协议的源设备和目标设备，还包括源设备中的人机互动模块，在源设备寻址时，人机互动模块将采集到的目标设备的服务信息向源设备发送应答消息。本发明能够实现源设备和目标设备之间连接的零失误，实现了不同平台源设备和目标设备之间数据的自由传输，传输高效快速，二次开发接入简单，降低了不同平台数据流通的门槛。
Description
技术领域
本发明特别涉及一种基于UPNP协议的物联网系统及物联网数据传输方法。
背景技术
UPNP协议即通用的即插即用协议。目前，基于UPNP协议的物联网系统能够实现以下功能：
1.自动实现局域网内设备间相互发现和自动连接。
2.设备在局域网内相互连接后，可以将A设备的视频投放到B设备进行播放，并能在A设备控制B设备的视频播放/暂停、音量增减、播放进度控制等操作。
3.设备互联后，可以在A设备访问B设备的多媒体资源。
由于不同的设备制造商生成的硬件和实现的软件协议栈有所区别，因此，在某些情况下，现有的基于UPNP协议的物联网系统设备间不能相互发现并自动连接。同时，现有的基于UPNP协议的物联网系统设备间只能进行互访，并不能实现数据的自由拷贝传输，特别是大数据的高效传输。
发明内容
现有的基于UPNP协议的物联网系统设备间可能不能相互发现并自动连接；设备间只能进行互访，并不能实现数据的自由流通。本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种改进了的基于UPNP协议的物联网系统及物联网数据传输方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种基于UPNP协议的物联网系统，包括支持UPNP协议的源设备和目标设备，还包括源设备中的人机互动模块，在源设备寻址时，人机互动模块将采集到的目标设备的服务信息向源设备发送应答消息。
源设备和目标设备的设备类型有：智能电视和机顶盒、Android和IOS平台手机、智能车载终端等。借由此结构，在源设备寻址过程中，如果目标设备不能应答，可以通过人机互动模块手动输入目标设备的服务信息，从而相当于目标设备向源设备发送应答消息，解决设备间不能自动连接的问题。从而实现了不同协议的用户之间的连接，高度支持定制，实现设备连接零失误。
进一步地，还包括用于在源设备和目标设备之间传输文字和图片的小数据传输通道，所述小数据传输通道为调用UPNP默认服务的接口实现的HTTPServer。
进一步地，还包括用于在源设备和目标设备之间传输视频的大数据传输通道，所述大数据传输通道为调用UPNP默认服务的接口实现的TCPSocketServer。
源设备和目标设备之间经过寻址、发现和描述后，UPNP实现的默认服务（如MediaServer、MediaRenderer、AVTransport和ContentDirectory等服务）已经准备好，可供开发者使用。通过调用默认服务已有的接口完成HTTPServer和TCPSocketServer，并在接口中设置相关参数，使小数据（文字和图片）传输服务通过HTTPServer进行传输，而大数据（视频）通过TCPSocketServer进行传输，传输简单快速。
进一步地，还包括用于在源设备和目标设备之间传输命令的命令传输通道，所述命令传输通道采用订阅-消息方式实现源设备和目标设备之间的通信交互。
命令传输通道可以实现服务提供方设备完成服务能力的扩散和服务接收方设备进行服务能力的订阅；服务接收方可以发送服务回执数据或拷贝进度给服务提供方。
进一步地，所述小数据传输通道封装成SDK。
进一步地，所述大数据传输通道封装成SDK。
进一步地，所述命令传输通道封装成SDK。
封装之后，小数据传输通道、大数据传输通道和命令传输通道接入简单，并可供第三方调用。
基于同一个发明构思，本发明还提供了一种基于UPNP协议的物联网数据传输方法，使用所述的系统，在源设备寻址时，人机互动模块将采集到的目标设备的服务信息向源设备发送应答消息。
进一步地，包括步骤a在源设备和目标设备之间通过小数据传输通道传输文字和图片，所述小数据传输通道为调用UPNP默认服务的接口实现的HTTPServer；
和/或包括步骤b在源设备和目标设备之间通过大数据传输通道传输视频，所述大数据传输通道为调用UPNP默认服务的接口实现的TCPSocketServer；
和/或包括步骤c在源设备和目标设备之间通过命令传输通道传输命令，所述命令传输通道采用订阅-消息方式实现源设备和目标设备之间的通信交互。
与现有技术相比，本发明能够实现源设备和目标设备之间连接的零失误，实现了不同平台源设备和目标设备之间数据的自由传输，传输高效快速，二次开发接入简单，降低了不同平台数据流通的门槛。
附图说明
图1为本发明使用的底层UPNP协议栈图。
图2为本发明的系统工作流程图。
图3为本发明手动接入目标设备流程图。
图4为本发明的系统组件图。
图5为本发明的系统扩展服务结构图。
图6为本发明扩展服务流程建立图。
图7为本发明事件服务模块示意图。
具体实施方式
本发明的实施实例包括支持UPNP协议的源设备和目标设备，还包括源设备中的人机互动模块，在源设备寻址时，人机互动模块将采集到的目标设备的服务信息向源设备发送应答消息。
源设备和目标设备的设备类型有：智能电视和机顶盒、android和IOS平台手机、智能车载终端等。人机互动模块可以为扫描按钮或手动输入IP对话框。由于本物联网系统运行于Android、IOS和WindowsPhone各种移动终端系统中，由于设备之间硬件和系统软件的差异性，系统实际局域网运行时很容易出现相互之间不能相互发现问题。此时点击源设备上的扫描按钮，弹出选择提示框，可选择扫一扫，即使用视频摄像头扫描目标设备的二维码以获取目标设备的IP；也可使用源设备上的手动输入IP对话框获取目标设备的IP信息；获取IP信息后将此信息接入原来的设备寻址流程。
还包括用于在源设备和目标设备之间传输文字和图片的小数据传输通道，所述小数据传输通道为调用UPNP默认服务的接口实现的HTTPServer。
还包括用于在源设备和目标设备之间传输视频的大数据传输通道，所述大数据传输通道为调用UPNP默认服务的接口实现的TCPSocketServer。
还包括用于在源设备和目标设备之间传输命令的命令传输通道，所述命令传输通道采用订阅-消息方式实现源设备和目标设备之间的通信交互。
所述小数据传输通道封装成SDK。
所述大数据传输通道封装成SDK。
所述命令传输通道封装成SDK。
本发明的一实施方式使用所述的系统，在源设备寻址时，人机互动模块将采集到的目标设备的服务信息向源设备发送应答消息。
还包括步骤a在源设备和目标设备之间通过小数据传输通道传输文字和图片，所述小数据传输通道为调用UPNP默认服务的接口实现的HTTPServer；
步骤b在源设备和目标设备之间通过大数据传输通道传输视频，所述大数据传输通道为调用UPNP默认服务的接口实现的TCPSocketServer；
步骤c在源设备和目标设备之间通过命令传输通道传输命令，所述命令传输通道采用订阅-消息方式实现源设备和目标设备之间的通信交互。
由于采用的是sdk方式，对于开发者（也就是用户）来说，HTTPServer和TCPSocketServer就是一些api（应用程序编程接口），例如，connect（）、isConnect（）、send（inttype，Stringvalue）、OnRecieve（intstatus，Stringmsg）、closeConnection（），这些接口将会以文档配套sdk，提供给开发者使用。例如使用HTTPServer进行图片获取流程：
a、A设备先判断是否连接成功，否则调用connect（）重新连接；
b、使用send接口向B设备发送“我需要一个叫20150809.jpg的图片”，B设备通过OnRecieve回传一个http的url；
c、A设备拿到url后就可以下载图片，如使用完毕则使用closeConnect（）。
TCPSocketServer和HTTPServer的实现过程类似。
订阅-消息方式是一个设计模式。
如图1所示为本发明使用的底层UPNP协议栈图：
UPNP协议栈其实是由很多种协议组成的一个协议簇。TCP/IP协议是UPnP协议结构的基础，位于最底层；IP层用于数据的发送与接收；对于需要可靠传送的信息，使用TCP进行传送，反之则使用UDP；UPnP对网络的底层没有要求，可以是以太网、WIFI、IEEE1394等等，只需支持IP协议即可。
数据传输协议层为HTTP协议及其变种，具体为HTTP、HTTPU、HTTPMU。所有UPNP消息都封装在HTTP及其变种中，经过封装后存放在XML文件中进行传输。
SSDP为简单服务发现协议，内建在HTTPU/HTTPMU里，该协议定义如何让局域网内所有存在的服务被发现。具体包括控制点如何发现网络上有哪些服务，以及这些服务的资讯，还有控制点本身宣告它提供哪些服务。该协议运用在设备发现部分。
SOAP为简单对象访问协议，定义如何使用XML与HTTP来执行远程过程调用，具体包括控制点如何发送命令消息给设备等。该协议运用在设备控制部分。
GENA为通用事件通知架构，定义了当控制点想要监听设备的某个服务状态变量的状况时，控制点如何传送订阅信息并如何接收这些信息。该协议运用在事件订阅部分。
如图2所示为本发明的系统工作流程图：
地址是整个UPNP系统工作的基础条件，每个设备都应当是DHCP（动态主机配置协议）的客户，当设备首次与网络建立连接后，利用DHCP服务，给设备分配一个IP地址，这个地址可以是DHCP系统指定的，也可以是由设备选择的。
使用SSDP协议来完成设备发现过程，当某一设备接入网络、取得IP地址后，就开始向网络“广播”自己已经进入网络，即寻找控制请求；在有控制请求之后，在当前的网络中查找有无对应的可用设备。
描述（Description）即声明自己是什么设备，能提供什么服务。控制点在发现设备之后，会向该设备取得设备描述，并从中解析出要进行的操作及所有的服务。对每个UPNP设备来说，这些描述必须是很确切很详细的，描述中可能包含有命令或行为列表、服务响应信息、用到的参数等等。对于服务的每个行为，也伴有描述信息，主要是整个服务进行期间的变量、变量的数据类型、可用的取值范围和事件的特征。
SOAP协议用来完成控制，控制点必须先发送一个控制行为请求，要求设备开始服务，然后再按设备的ULR发送相应的控制消息，服务会返回响应信息，指出服务是成功或是失败。
在服务运行的生命周期内，当变量值发生变化或者模式的状态发生改变，就产生了一个事件。系统将修改上述提到的事件列表的内容，随之事件服务器把事件向整个网络进行广播。控制点可以事先向事件服务器订阅感兴趣的事件，当事件发生时，会得到广播通知并作出相应的操作。广播或订阅，传送的都是事件消息，事件消息页放在XML中，使用的格式是GENA。
只要得到了设备的URL，就可以取得该设备展示页面的URL，然后可以在本地浏览器上访问该页面，这个页面包括与用户对话的界面，可以用来控制服务端变量或者状态。
如图3所示，为本发明中对于特定设备不能自动加入网络时提供手动接入功能，完美解决特定设备之间不能自动发现问题流程图。此流程图基于图2中寻址和发现模块流程，在寻址过程中设备会发送组播找寻设备，如当前局域网有支持UPNP协议的设备，则会向源设备发送应答消息，如此在此交互过程中，发现模块能够使设备相互获取对方能够提供的服务功能。由于不同的设备制造商生成的硬件和实现的软件协议栈有所区别，在本发明所实施的系统中，测试发现某些设备在特定情况下会触发不能自动相互发现问题，因此增加手动输入目标设备信息功能，并将此功能嵌入原来流程，圆满解决自动发现问题。
如图4所示，完整的UPNP服务系统由支持UPNP的网络以及符合UPNP规范的设备所构建，整个系统由设备（Device）、服务（Service）和控制点（ControlPoint）三种组件构成。
符合UPNP规范的设备不能仅仅理解为硬件意义上的设备，而应当包括服务功能，一个UPNP设备可以看成是一个包含服务并嵌套了常规设备的“容器”。不同种类的UPNP设备将关联不同的设备、服务和嵌入设备。
设备执行用户请求的控制过程，可划分成一个个很小的阶段或单位，每个单位就称为一个服务。每一个服务对外都表现为具体的行为和模式，而行为和模式又可以用状态和变量值进行描述。一个设备可以定义多个服务。
在发现控制目标后，控制点应当做到以下几种操作：取得设备的描述信息并得到所关联的服务列表；取得相关服务描述；调用控制服务行为；确定服务的事件源，当服务状态发生改变时，事件服务器会立即向控制点发送一个事件信息。
本发明在UPNP协议已有的服务基础上扩展了一个服务，已确保本发明系统能够提供一个通用的传输通道，该扩展服务具体结构请看图5示意图。
如图5所示，扩展服务以控制服务、事件服务和展示服务为基础扩展出以下服务：命令传输服务（适用于操作类指令传输，以xml（可扩展标记语言）为主要载体）；小数据传输服务（适用于多文字图片描述信息传输）；大数据传输服务（适用于大文件音视频文件高效传输）。
图6为本发明扩展服务流程建立图。经过图2中寻址、发现和描述后，UPNP实现的默认服务（如MediaServer、MediaRenderer、AVTransport和ContentDirectory等服务）已经准备好，可供开发者使用。此时我们可以通过上述服务已有的接口调用完成HTTPServer和TCPSocketServer的准备，这两个服务已实现了任务队列的管理、结果和状态进度回传管理功能。小数据传输服务通过HTTPServer进行传输，而大数据传输服务则通过TCPSocketServer进行传输。
图7为本发明事件服务模块示意图。该服务采用订阅-消息通知方式进行通信交互。而本发明中对于简单命令传输复用这种模式封装成SDK以类似UPNP自带默认服务方式提供给开发者进行调用。
Claims (10)
1.一种基于UPNP协议的物联网系统，包括支持UPNP协议的源设备和目标设备，其特征在于，还包括源设备中的人机互动模块，在源设备寻址时，人机互动模块将采集到的目标设备的服务信息向源设备发送应答消息。
2.如权利要求1所述的基于UPNP协议的物联网系统，其特征在于，还包括用于在源设备和目标设备之间传输文字和图片的小数据传输通道，所述小数据传输通道为调用UPNP默认服务的接口实现的HTTPServer。
3.如权利要求1或2所述的基于UPNP协议的物联网系统，其特征在于，还包括用于在源设备和目标设备之间传输视频的大数据传输通道，所述大数据传输通道为调用UPNP默认服务的接口实现的TCPSocketServer。
4.如权利要求1或2所述的基于UPNP协议的物联网系统，其特征在于，还包括用于在源设备和目标设备之间传输命令的命令传输通道，所述命令传输通道采用订阅-消息方式实现源设备和目标设备之间的通信交互。
5.如权利要求3所述的基于UPNP协议的物联网系统，其特征在于，还包括用于在源设备和目标设备之间传输命令的命令传输通道，所述命令传输通道采用订阅-消息方式实现源设备和目标设备之间的通信交互。
6.如权利要求2所述的基于UPNP协议的物联网系统，其特征在于，所述小数据传输通道封装成SDK。
7.如权利要求3所述的基于UPNP协议的物联网系统，其特征在于，所述大数据传输通道封装成SDK。
8.如权利要求4所述的基于UPNP协议的物联网系统，其特征在于，所述命令传输通道封装成SDK。
9.一种基于UPNP协议的物联网数据传输方法，其特征在于，使用如权利要求1所述的系统，在源设备寻址时，人机互动模块将采集到的目标设备的服务信息向源设备发送应答消息。
10.如权利要求9所述的基于UPNP协议的物联网数据传输方法，其特征在于，包括
步骤a在源设备和目标设备之间通过小数据传输通道传输文字和图片，所述小数据传输通道为调用UPNP默认服务的接口实现的HTTPServer；
和/或包括
步骤b在源设备和目标设备之间通过大数据传输通道传输视频，所述大数据传输通道为调用UPNP默认服务的接口实现的TCPSocketServer；和/或包括
步骤c在源设备和目标设备之间通过命令传输通道传输命令，所述命令传输通道采用订阅-消息方式实现源设备和目标设备之间的通信交互。
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