【文章內(nèi)容簡介】 助開發(fā)者建立動態(tài)化、模塊化系統(tǒng)的JAVA框架。在OSGI框架中，一個OSGI服務是注冊在框架中的JAVA對象。應用程序作為OSGI服務的載體，被稱作bundle。應用程序間的交互有兩種方式：通過包的方式引入引出或通過服務接口的方式。目前的一種基于OSGI家庭網(wǎng)關的智能家庭系統(tǒng)結合了網(wǎng)絡服務（Web Service)技術進行服務信息的獲取、處理和管理。該解決方案由OSGI家庭網(wǎng)關、網(wǎng)絡服務中心和移動終端三部分組成。家庭系統(tǒng)中的設備終端通過各種網(wǎng)絡連接方式（如以太網(wǎng)接入、藍牙、WiFi、Lonworks等）接入家庭網(wǎng)關。OSGI家庭網(wǎng)關管理家庭網(wǎng)絡中所有設備，并通過狀態(tài)組件、控制組件與網(wǎng)絡服務中心交換信息，網(wǎng)絡服務中心中包含儲存用戶信息（如用戶類型、用戶注冊的服務等）的數(shù)據(jù)庫、服務注冊中心和用戶計費中心等，負責向終端發(fā)布家庭網(wǎng)關所提供的服務。第10似 北京郵屯大學專業(yè)學位碩士學位論文
連接負責內(nèi)外的信息交互，為移動控制終端控制家庭內(nèi)部UPnP設備提供渠道。當移動控制終端（本系統(tǒng)中為智能手機）需要進行控制操作時，當新的受控設備終端（如空調(diào)、冰箱等）加入該家庭系統(tǒng)時，通過SSDP協(xié)議宣告自己的加入，并提供設備描述XML文件，同時允許其提供的服務由家庭網(wǎng)關控制，并提供所有支持的服務XML文件以及服務控制URL。此時，手機終端會收到激活消息，進一步進行設備控制操作。當有受控設備終端從該家庭網(wǎng)絡系統(tǒng)注銷時，手機終端會收到凍結消息。當手機控制終端剛剛加入到家庭網(wǎng)絡中時，采用組播方式向網(wǎng)絡發(fā)送MSearch查詢消息尋找網(wǎng)絡中的可用設備。一旦手機收到用戶的控制需求，會啟動內(nèi)部的控制器模塊，進行相關端口信息設置（如HTTP、SSDP),并初始化監(jiān)聽時間間隔等，發(fā)出搜索消息追溯連接到網(wǎng)絡中的相關可用設備。當用戶發(fā)出執(zhí)行控制操作時，手機通過控制器模塊向受控設備提供的服務控制URL發(fā)出控制請求（如調(diào)節(jié)燈光亮度），設備收到請求后做出響應（將燈光亮度調(diào)為適當值），并將相關結果或錯誤送回手機。目前應用于家庭系統(tǒng)的與移動控制技術在上面己經(jīng)進行了詳細的介紹，這些技術既有優(yōu)點也存在一些不足。UPnP技術應用于家庭系統(tǒng)最大的優(yōu)勢就是其簡單、通用性。（1)簡單。用戶無需對家庭網(wǎng)關、UPnP設備進行復雜的配置，UPnP具有自動進行設備尋址、設備發(fā)現(xiàn)、交換服務信息的功能。（2)通用。UPnP支持任何方式的網(wǎng)絡接入、任意操作平臺，設備提供商可以采用任意一種編程語言進行功能實現(xiàn)。簡單、通用使得UPnP技術在家庭網(wǎng)關中的應用得到了廣泛的推廣，但該系統(tǒng)也存在以下缺陷。（l)UPnP家庭網(wǎng)關是智能家庭系統(tǒng)中的關鍵因素，但這一性質(zhì)也導致了該系統(tǒng)的穩(wěn)固性較差，若家庭網(wǎng)關出現(xiàn)工作異常、或突然掉電的現(xiàn)象，則整個家庭系統(tǒng)都將處于失控狀態(tài)。(2)安全性較弱，UPnP協(xié)議沒有提供可靠地安全機制，所有設備在加入網(wǎng)絡時必須宣告自己的特征以及設備描述，這不符合家庭網(wǎng)絡的安全性要求。TR069主要用來實現(xiàn)運營商對用戶設備進行版本升級、業(yè)務更新以及網(wǎng)絡故障排查，具有“按需管理、按需排障”的特點。如果用于家庭網(wǎng)絡的移動控制，主要存在以下兩個問題。（1)可擴展性較低，該移動控制系統(tǒng)需要設備支持TR069協(xié)議，才能夠與ACS進行通信，這就導致目前的家庭網(wǎng)絡中很多的智能設備無法被劃入控第12似 北京郵電大學專業(yè)學位碩士學位論文
制范圍之內(nèi)，而目前支持TR069協(xié)議的家庭設備并不多。（2)靈活性較低，TR069技術要求家庭網(wǎng)絡設備在出廠時都需要將ACS的URL地址固化在設備中，用于初始化建立，而且ACS的URL地址必須是固定的，否則家庭設備將無法進行訪問。另外，網(wǎng)絡中的ACS設備通常由本地運營商提供，無法滿足用戶在異地對家庭網(wǎng)絡設備的訪問控制，由此可見該系統(tǒng)的靈活性有很大限制。OSGI技術的核心是OSGI框架，該框架中具有一個無處不在的安全系統(tǒng)滲透到所有層，安全性較高。但該方案對設備編程的依賴性很強，且應用性很小，這也正是OSGI技術難以在家庭系統(tǒng)中推廣的重要原因之一。針對以上分析，本文選取了以UPnP為依托的DLNA技術作為系統(tǒng)的實現(xiàn)方案，并在后續(xù)章節(jié)引入一種新的組網(wǎng)方式一~OpenFlow,實現(xiàn)對不同家庭設備的統(tǒng)一控制。本章主要介紹了基于UPnP、基于TR06基于OSGI的傳統(tǒng)移動控制技術，并對其技術原理進行了詳細闡述，介紹了比較典型的智能家庭系統(tǒng)的解決方案。最后分析三種技術的優(yōu)缺點，并給出了本課題的實現(xiàn)方案。第13頁 北京郵電大學專業(yè)學位碩士學位論文
第三章基于DLNA的移動控制技術的設計與實現(xiàn). DLNA 介紹UPnP協(xié)議由于其通用、簡單的特點得到了廣泛的應用，目前已經(jīng)有許多基于UPnP協(xié)議的數(shù)字家庭標準，數(shù)字生活網(wǎng)絡聯(lián)盟（DLNA，Digital Living NetworkAlliance)是其中之一，其關注的重點在于家庭網(wǎng)絡中的媒體設備、電腦、移動終端之間的相互操作控制。DLNA旨在讓人們能夠隨時隨地共享音樂、視頻和圖片，近幾年來在智能家庭系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。DLNA功能組件分為：網(wǎng)絡互連（以太網(wǎng)、WiFi等)、網(wǎng)絡協(xié)議（IP)、設備發(fā)現(xiàn)控制、媒體傳輸（HTTP、RTP必選)、媒體管理、媒體格式（圖片、音頻、視頻三大類)。其功能架構如表31所示。表31 DLNA功能架構【9]功能組件~~ 重要技術和協(xié)議分為必須格式和可選格式。圖片：JPEG，PNG, GIF, TIFF媒體格式 音頻：MP3，AC3, Audio LPCMAAC, ATRAC 3plus,WMA9視頻：MPEG4, AVMPEG2MPEG1, AVC, WMV9Media Management and Control UPnP AV and UPnP媒體管理Printer:!超文本傳輸協(xié)議（HTTP，HyperText Transport Protocol)■制專@實時傳送協(xié)議（RTP，Realtime Transport Protocol)設備發(fā)現(xiàn)控制 Device Discovery and Control UPnP Device Architecture 網(wǎng)絡協(xié)議 IP網(wǎng)絡互連 以太網(wǎng)連接、WiFi、藍牙、Adhoc網(wǎng)絡等由上表可以看出，DLNA底層的媒體管理、媒體傳輸、設備發(fā)現(xiàn)控制、網(wǎng)絡協(xié)議、網(wǎng)絡互連部分都采用了 UPnP協(xié)議實現(xiàn)互聯(lián)互通。網(wǎng)絡中的交互信息通過簡單服第丨4頁 北京郵電大學專業(yè)學位碩士學位論文
網(wǎng)絡服務中心 移動終端0SG1家庭網(wǎng)關 用戶數(shù)據(jù)庫 ^ K I 1(； 〉State Bundle \| l/ | 冊錄 |0 /1 f\ I0 1/ UDDI注冊中心2? ,1 N Control 力 ^ I
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圖26基于OSGI家庭網(wǎng)關的移動控制設計基于傳統(tǒng)家庭系統(tǒng)中移動控制技術的理論研究，本節(jié)將介紹一種典型的基于UPnP的移動控制技術解決方案，通過實際部署經(jīng)驗闡述移動控制技術特點，如圖27所示。智能手機 GPRSInternet家庭網(wǎng)關^^roxy yP產(chǎn)〒)(UPnP (UPnP (UPnP (UPnP (UPnP (UPnP (UPnP設備） 設備） 設備） 設備） 設備） 設備）I設備）圖27基于UPnP技術的控制結構圖本方案中的移動控制終端為智能手機，智能手機首先通過通用分組交換業(yè)務(GPRS)連接到核心網(wǎng)，以此與家庭網(wǎng)絡建立連接。受控設備終端包括空調(diào)、冰箱等家庭網(wǎng)絡通用的UPnP設備，各受控終端獨立運行，分別與家庭網(wǎng)關建立連接。由此，家庭網(wǎng)關成為整個架構內(nèi)外的關鍵匯接點，作為控制點代理，通過網(wǎng)絡第11頁 北京郵電大學專業(yè)學位碩士學位論文
用戶界面I I控制層I I模型層I —械廣UI 設計 “^“ J^~(包括 y T 用戶聲 I^ ^ ~執(zhí)行 UPnP 命令示、狀 I態(tài)顯 ‘ *
等待信號量的變化一信號量改變?一命令執(zhí)行完畢事件處理 事件處理命令— ^^圖33 MVC設計思路圖33所示為本課題的設計思路，分為模型層（M)、用戶界面（V)、控制層（C)。模型層位于實現(xiàn)的最底層，是實際執(zhí)行UPnP命令的部分。當UPnP命令執(zhí)行完畢（如設備搜索命令）時，會將自己的信號量加1，上層檢測到該信號量不為0,則調(diào)用回調(diào)函數(shù)將命令執(zhí)行的結果取回。某些UPnP命令（如播放控制過程中音量的調(diào)節(jié)）執(zhí)行完畢后，沒有結果返回，只是進行了狀態(tài)的改變，信號量依然會增加1，但信號量的作用只是通知上層函數(shù)該動作已執(zhí)行完畢，上層應用并不會調(diào)用回調(diào)函數(shù)取回結果數(shù)據(jù)。用戶界面（V)位于實現(xiàn)的最上層，用于和用戶進行交互。本課題中的移動終端是觸屏式平板電腦，因此用戶界面的實現(xiàn)工作主要包括屏幕的點擊、設備顯示、內(nèi)容顯示、播放顯示以及狀態(tài)顯示等?？刂茖樱–)位于實現(xiàn)的中間層，負責用戶和底層的通信?？刂撇糠衷诔跏蓟?、開始運行之后，一方面要接受用戶的請求，并進行解析送至底層進行處理，另一方面要等待底層信號量的變化，當信號量大于1時，需要向底層請求命令執(zhí)行結果。因此控制層自開始運行起，會一直處于死循環(huán)中，只有檢測到信號量變化時，函數(shù)才能繼續(xù)往下執(zhí)行，執(zhí)行完后再次回到該循環(huán)中等待信號量的變化。信號量的檢測周期為1秒鐘1次。第丨8頁 北京郵電大學專業(yè)學位碩士學位論文
Internet )端：：)家庭網(wǎng)關圖32遠程控制系統(tǒng)結構圖在遠程控制系統(tǒng)中，智能平板電腦通過無線訪問點接入因特網(wǎng)中，與家庭網(wǎng)關獲得網(wǎng)絡連接，對家庭系統(tǒng)中的DLNA家電設備進行遠程移動控制。采用模型一視圖一控制器(MVC)設計模式,M(Model)代表數(shù)據(jù)模型，V(View)指用戶界面，C (Controller)則是控制部分。使用MVC的目的是實現(xiàn)UPnP數(shù)據(jù)模型和用戶操作處理部分的代碼分離，從而使同一個數(shù)據(jù)模型可以使用不同的表現(xiàn)形式。在本課題中，上層為用戶界面，通過控制層與底層的模型層進行通信。模型層中為具體的UPnP協(xié)議實現(xiàn)，并為控制層提供了可調(diào)用的接卩。第17頁 北京郵電大學專業(yè)學位碩士學位論文
目前基于UPnP協(xié)議的智能家庭系統(tǒng)的研究已有很多，但大多數(shù)都是基于UPnP家庭網(wǎng)關的研究，基于家庭網(wǎng)關的移動控制有管理方便的優(yōu)點，但同時也有缺點， 的失控。本謀■年弄夜有針對家庭網(wǎng)關進行設計實現(xiàn)，移動控制功能的實現(xiàn)并不依賴于家庭網(wǎng)關，家庭網(wǎng)關只是作為一個網(wǎng)絡接入點使用。本課題的設計實現(xiàn)基于DLNA技術，主要實現(xiàn)家庭系統(tǒng)中的媒體播放控制。由于DLNA技術的底層為UPnP實現(xiàn)，所以繼承了 UPnP協(xié)議的簡單、通用性，并且能夠與因特網(wǎng)實現(xiàn)無縫連接?；贒LNA的智能家庭移動控制系統(tǒng)可分為本地控制、遠程控制兩種模型。系統(tǒng)模型主要由移動控制設備、DLNA家電設備、家庭網(wǎng)關三部分組成。在本課題中，移動控制設備是基于Android系統(tǒng)的智能平板電腦。圖31為本地控制系統(tǒng)結構圖。
y 家庭網(wǎng)關I 移動智能終 ^ ” I丨端( D M b r ADMS DLNA電視打印機數(shù)碼相框D:. DVD設備圖31本地控制系統(tǒng)結構圖在本地控制系統(tǒng)中，家庭網(wǎng)關為所有家庭設備提供網(wǎng)絡接入，其中智能平板電腦作為數(shù)字媒體控制器（DMC)與家庭網(wǎng)關之間建立無線連接，對家庭系統(tǒng)的所有DLNA設備進行本地移動控制。圖32為遠程控制系統(tǒng)結構圖。第丨6頁 北京郵電大學專業(yè)學位碩上學位論文
務發(fā)現(xiàn)協(xié)議（SSDP，Simple Service Discovery Protocol) 簡單對象訪問協(xié)議（SOAP，Simple Object Access Protocol)和通用事件通知架構（GENA，Generic EventNotification Architecture)進行封裝，然后使用HTTP或RTP進行媒體傳輸。UPnP協(xié)議中有三個重要組成部分：設備、服務、控制點，DLNA底層通過UPnP協(xié)議實現(xiàn)，自然也有這三部分的概念，而且DLNA結合自身主要實現(xiàn)媒體資源的共享與控制的特點，分為了數(shù)字媒體服務器（DMS)、數(shù)字媒體播放器（DMP)、數(shù)字媒體遣染設備（DMR)、