東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 d l n a 技術(shù)在媒體中心中的應(yīng)用研究 摘要 隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代家庭已經(jīng)逐漸演變成數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的媒 體中心。人們從家電設(shè)備、移動設(shè)備和電腦設(shè)備上獲取、查看和管理越來越多的數(shù)字媒 體信息。人們希望在家中的任何地方都能方便地享受豐富多彩的媒體內(nèi)容，而不考慮這 些媒體內(nèi)容儲存在什么設(shè)備上。然而，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)由于安裝、配置和管理過程非常 復(fù)雜，無法滿足人們的這些要求。 數(shù)字家庭充分集成了計算機技術(shù)和家電技術(shù)。目前世界上已經(jīng)出現(xiàn)了很多數(shù)字家庭 標準化組織，如d l n a 、i t u t 、e c h o n e t 、o s g i 、i h a 、u o p f 和閃聯(lián)等。本文首先 概述了數(shù)字家庭標準化的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了各個標準化組織涉及的業(yè)務(wù)方向和使用的主 要技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，選擇在家電設(shè)備互連和媒體內(nèi)容管理方面有顯著優(yōu)勢的d l n a 技 術(shù)為課題展開研究。d l n a 技術(shù)以t c p i p 協(xié)議和u p n p 技術(shù)為基礎(chǔ)，通過一個無縫的、 可互操作的網(wǎng)絡(luò)將因特網(wǎng)、移動設(shè)備和廣播網(wǎng)絡(luò)集成起來。它主要包含物理連接、網(wǎng)絡(luò) 傳輸、設(shè)備發(fā)現(xiàn)與控制、媒體管理與控制、媒體格式和媒體傳輸協(xié)議六個功能組件。本 文研究了d l n a 技術(shù)實現(xiàn)家電設(shè)備互操作的基本原理和實現(xiàn)機制，重點分析了d l n a 技術(shù)中的u p n p 設(shè)備架構(gòu)和u p n p 音頻視頻架構(gòu)。u p n p 設(shè)備架構(gòu)實現(xiàn)了設(shè)備的發(fā)現(xiàn)、 互連和互操作；u p n p 音頻視頻架構(gòu)實現(xiàn)了媒體內(nèi)容的識別、發(fā)布和管理。本文通過實 現(xiàn)u p n p 設(shè)備架構(gòu)和u p n p 音頻視頻架構(gòu)，實現(xiàn)了d l n a 協(xié)議，并且詳細描述了d l n a 協(xié)議的實現(xiàn)過程。其中在實現(xiàn)u p n p 設(shè)各架構(gòu)的過程中，本文在系統(tǒng)運行效率、穩(wěn)定性 和可移植性方面做了很多分析，提出了一種基于阻塞喚醒的單線程輪詢機制。這種機制 將設(shè)備發(fā)現(xiàn)與控制過程中的所有可能觸發(fā)的事件組成一個事件鏈表，使用一個線程來維 護。線程初始時處于阻塞狀態(tài)，當有事件觸發(fā)時，就喚醒線程丌始對事件鏈表進行輪詢； 對于鏈表中的每一個結(jié)點，線程跳轉(zhuǎn)到對應(yīng)的事件處理入口地址去判斷并處理觸發(fā)的事 件：在輪詢處理完事件鏈表之后，線程再次進入阻塞狀態(tài)，直到下一次事件觸發(fā)或線程 退出。這種機制在東軟軟件股份有限公司i a 事業(yè)部研發(fā)項目組的應(yīng)用中表現(xiàn)出了很高 的效率和穩(wěn)定性。在實現(xiàn)u p n p 設(shè)備架構(gòu)和u p n p 音頻視頻架構(gòu)的基礎(chǔ)上，本文實現(xiàn)了 一個d l n a 控制點系統(tǒng)，以此展示了d l n a 技術(shù)在數(shù)字家庭媒體中心中的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：d l n a ；u p n p ；互操作；控制點；輪詢 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文a b s t r a c t t h er e s e a r c ha n d a p p l i c a t i o no fd l n at e c h n o l o g y i n m e d i ac e n t e r a b s t r a c t a st h ed e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g i e s ，m o d e mh o u s e sh a v eg r a d u a l l yb e c o m e t h em e d i ac e n t e r so fd i g i t a l ，n e t w o r ka n di n t e l l i g e n c e p e o p l ea r ea c q u i r i n g ，v i e w i n g ，a n d m a n a g i n ga l li n c r e a s i n ga m o u n to fd i g i t a lm e d i ao nd e v i c e si nt h ec o n s u m e re l e c t r o n i c s ， m o b i l ed e v i c e , a n dp e r s o n a lc o m p u t e rd o m a i n s p e o p l ew a n tt oe n j o yr i c hm u l t i m e d i ac o n t e n t i na n yl o c a t i o nt h r o u g h o u tt h eh o m e ，r e g a r d l e s so fw h e r et h ec o n t e n ti sp h y s i c a l l ys t o r e d h o w e v e r , c o n v e n t i o n a ln e t w o r kt e c h n o l o g i e sc a nn o ts e r v et h o s er e q u i r e m e n t sd u et ot h e c o m p l e x i t ya s s o c i a t e d 、v i t ht h e i ri n s t a l l a t i o n ，c o n f i g u r a t i o n ，a n dm a n a g e m e n t d i g i t a lh o m ei st h ei n t e g r a t i o no ft e c h n o l o g yo fc o m p u t e ra n dc o n s u m e re l e c t r o n i c s ； s e v e r a ls t a n d a r do r g a n i z a t i o n so fd i g i t a lh o m eh a v eb e e ns e tu pi nt h en o w a d a y s ，s u c ha s d l n a ，i t u - t ，e c h o n e t ，o s g i ，i h a ，u o p fa n di g r s i nt h i st h e s i s ，t h ed e v e l o p m e n to f d i g i t a lh o m es t a n d a r d i z a t i o ni ss u m m a r i z e da n dt h em a j o rb u s i n e s sf i e l d sa n dt e c h n o l o g i e so f e a c hs t a n d a r do r g a n i z a t i o na r ed i s c u s s e d o ft h e s ef i e l d s ，d l n a ，w h i c hi s a d v a n t a g e o u si n i n t e r o p e r a b i l i t yb e t w e e nc e ( c o n s u m e re l e c t r o n i c s ) d e v i c e sa n dm e d i ac o n t e n tm a n a g e m e n t ， i se m p h a s i z e di nt h i st h e s i s b a s e do nt c p i pp r o t o c o l sa n du p n pt e c h n o l o g y , d l n a t e c h n o l o g yi n t e g r a t e st h ei n t e m e t , m o b i l e ，a n db r o a d c a s tn e t w o r k st h r o u g has e a m l e s s ， i n t e r o p e r a b l en e t w o r k i tc o v e r sp h y s i c a lc o n n e c t i o n ，n e t w o r kt r a n s p o r t s ，d e v i c ed i s c o v e r ya n d c o n t r o l ，m e d i am a n a g e m e n ta n dc o n t r o l ，m e d i af o r m a t sa n dm e d i at r a n s p o r tp r o t o c o l s i nt h i s t h e s i s ，t h eb a s i cp f i n c i p l ea n dr e a l i z a t i o np r i n c i p l eo f d l n ai n t e r o p e m b i l i t yi sf o c u s e do na n d u p n pd e v i c ea r c h i t e c t u r e ，w h i c hc o m p l e t e sd e v i c ed i s c o v e r y , c o n n e c t i o na n dc o m m u n i c a t i o n ， a n du p n pa u d i o v i d e oa r c h i t e c t u r e ，w h i c hc o m p l e t e sm e d i ac o n t e n ti d e n t i f i c a t i o n ，d i s t r i b u t i o n a n dm a n a g e m e n t ，i se m p h a s i z e d b yr e a l i z i n gt h eu p n pd e v i c ea r c h i t e c t u r ea n du p n p a u d i o v i d e oa r c h i t e c t u r e ，d l n ap r o t o c o li s i m p l e m e n t e da n dt h ed e t a i l e di m p l e m e n t a t i o n p r o c e s si sd e s c r i b e di nt h et h e s i s i nt h er e a l i z a t i o np r o c e s so f u p n pd e v i c ea r c h i t e c t u r e ，g r e a t e f f o r t sa r em a d et og u a r a n t e et h ee f f i c i e n c y , s t a b i l i t ym a dp o r t a b i l i t yo ft h es y s t e m i nt h i s t h e s i s an e ws i n g l e - t h r e a dp o l lm e c h a n i s mw i mb l o c ka n dw a k ef u n c t i o n a l i t yi si m p l e m e n t e d t h i sm e c h a n i s mp r o v i d e sa ne v e n tc h a i n ，w h i c hi sm a n a g e db yas i n g l et h r e a d ，t om a n a g ea l l e v e n t sw h i c hc o u l db et r i g g e r e dd u r i n gt h ed e v i c ed i s c o v e r ya n dc o n t r o lp r o c e s s t h et h r e a di s i n i t i a l l yi nb l o c ks t a t e w h e na ne v e n ti st r i g g e r e d ，t h et h r e a di sw a k e da n ds t a r t sp o l l i n gt h e n l 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 a b s t r a c t e v e n tc h a i n ，f o re a c hn o d ei nt h ec h a i n ，t h et h r e a di u m p st ot h ee v e n th a n d l ea d d r e s st od e a l w i t i lt h eo c c u l t e de v e n t a f t e rp o l l i n ga l ln o d e si ne v e n tc h a i n t h et h r e a dc o m p l e t e st h e t r a n s a c t i o no fa l lo c c u r r e de v e n t s a f t e rt h a t , i tr e t u r n st ob l o c ks t a t ea g a i n ，u n t i ln e x te v e n ti s t r i g g e r e do rt h et h r e a dt e r m i n a t e s 卟ea p p l i c a t i o no ft h i sm e c h a n i s mi nt h ep r o j e c t sb y 黜 g r o u po fn e u s o f fc o l t d 。i ad i v i s i o nm a n i f e s t si t se 伍c i e n c ya n ds t a b i l i t y b a s e do nt h e r e a l i z a t i o no fu p n pd e v i c ea r c h i t e c t u r ea n du p n pa u d i o v i d e oa r c h i t e c t u r e ad l n ac o n 打o l p o i n ts y s t e mi se s t a b l i s h e dt op r e s e n tt h ea p p l i c a t i o no fd l n at e c h n o l o g yi nt h ed i g i t a lh o m e m e d i ac e n t e r k e yw o r d s ：d l n a ；u p n p ；i n t e r o p e r a b i l i t y ；c o n t r o lp o i n t ；p o l l l v 獨創(chuàng)性聲明 本入聲明，所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的。論文中取得 的研究成果除加以標注和致謝的地方外，不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫過 的研究成果，也不包括本人為獲得其他學(xué)位而使用過的材料。與我一同工 作的同志對本研究所做的任何貢獻均己在論文中作了明確的說明并表示謝 意。 學(xué)位論文作者簽名： 日 期：渺6 鄉(xiāng) 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者和指導(dǎo)教師完全了解東北大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論 文的規(guī)定：即學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和 磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人同意東北大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部 或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索、交流。 ( 如作者和導(dǎo)師不同意網(wǎng)上交流，請在下方簽名：否則視為同意。) 學(xué)位論文作者簽名： 簽字日期： 導(dǎo)師簽名： 簽字日期： 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章引言 第一章引言帚一早jl 苗 1 1 課題研究背景 隨著經(jīng)濟全球化和社會信息化的日趨發(fā)展，信息技術(shù)日新月異，信息產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展； 這些深深地影響和改變著人們的生產(chǎn)和生活方式，并且已經(jīng)成為現(xiàn)代經(jīng)濟發(fā)展的重要推 動力。在信息技術(shù)加快向網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化方向發(fā)展的今天，因特網(wǎng)、微電子、 軟件、移動通信以及數(shù)字視頻技術(shù)領(lǐng)域和相關(guān)產(chǎn)業(yè)，將成為目前最有潛力的發(fā)展領(lǐng)域。 在家電領(lǐng)域，從數(shù)字電視開始推廣，到家庭網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的日益成熟；從數(shù)字化產(chǎn)品應(yīng) 用到家庭醫(yī)療保健，再到數(shù)字導(dǎo)航系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)在汽車等家用電子領(lǐng)域的使用這 一切都說明消費類高科技電子產(chǎn)品已經(jīng)開始進入千家萬戶。二十一世紀的現(xiàn)代家庭，已 經(jīng)逐漸演變成包含各種高科技電子產(chǎn)品的媒體中心，為人們的生活帶來了豐富的內(nèi)容和 極大的便利。 目前，媒體中心中存在三大領(lǐng)域： ( 1 ) 電腦互聯(lián)網(wǎng)世界，電腦與電腦外設(shè)進行通信； ( 2 ) 機頂盒與傳統(tǒng)家電的廣播世界； ( 3 ) 多媒體電話、掌上電腦、筆記本電腦等類似設(shè)備的移動世界，提供無與倫比的 連接性和家庭內(nèi)外的自由移動性。 人們已開始在這些家電設(shè)備、移動設(shè)備和電腦設(shè)備上獲取、查看和管理越來越多的 數(shù)字媒體內(nèi)容，希望能夠在家中不同的地方通過不同的設(shè)備更加輕松便捷地欣賞這些內(nèi) 容，能夠在家中實現(xiàn)這些設(shè)備的互操作，而無論這些內(nèi)容存儲在哪里。 這就是所謂的“數(shù)字家庭”。數(shù)字家庭是一種理念的發(fā)展，該理念認為，家庭環(huán)境 中的個人計算機、消費電子產(chǎn)品和移動設(shè)備應(yīng)能通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)，無縫協(xié)調(diào)地工作， 從而共享家庭環(huán)境中的數(shù)字媒體資源。 隨著各種信息設(shè)備功能越來越強大以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特別是無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展， 設(shè)備間如何更加方便、智能地互連，如何更好地協(xié)同工作，已經(jīng)成為人們?nèi)找骊P(guān)注的焦 點。 制造商所面臨的主要問題是，開放工業(yè)標準通常過于靈活，由不同廠商構(gòu)建的產(chǎn)品 經(jīng)常不能很好地進行互操作；目前基于專有垂直實施的端到端解決方案可以較早地向市 場推出產(chǎn)品，但對于快速涌現(xiàn)的新型產(chǎn)品的影響力又太小。 在這種背景下，國內(nèi)外出現(xiàn)了很多由家電設(shè)備廠商、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商等主導(dǎo)的數(shù)字家 庭標準化組織，他們?yōu)榧彝ブ胁煌愋偷脑O(shè)備提供互連標準和規(guī)范，以實現(xiàn)可互操作的 家庭網(wǎng)絡(luò)。 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章引言 1 2 數(shù)字家庭標準化的發(fā)展現(xiàn)狀 目前從事數(shù)字家庭標準化的組織非常多，如國外的d l n a 、i r i u t 、e c h o n c t 、o s g i 、 i h a 、u o p f 和國內(nèi)的閃聯(lián)( i g r s ) 等等。每個標準化組織在數(shù)字家庭中所涉及業(yè)務(wù)和 使用的技術(shù)各不相同。 d l n a ( d i g i t a ll i v i n gn e t w o r ka l l i a n c e ，數(shù)字生活網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟) 是一個非贏利的數(shù)字 家庭標準化組織，它創(chuàng)建于2 0 0 3 年6 月，由1 7 家創(chuàng)始成員組成，包括i n t e l 、富士通、 惠普、聯(lián)想、i b m 、k e n w o o d 、松下、微軟、n e c 、諾基亞、飛利浦、三星、s h a r p 、索 尼、s t m i c r o e l e c t r o n i c s 和t h o m s o n 等，主要涉及家庭影音娛樂等業(yè)務(wù)應(yīng)用方面。d l n a 旨在根據(jù)開放式工業(yè)標準制定一個互操作框架 1 j ，在數(shù)字家庭媒體中心中建立一個集中 管理個人電腦、家電設(shè)備和移動電子設(shè)備的互操作網(wǎng)絡(luò)，創(chuàng)造一個能夠共享和發(fā)展全新 數(shù)字媒體和內(nèi)容服務(wù)的無縫環(huán)境，以實現(xiàn)跨行業(yè)的數(shù)字融合。 i t u t ( 國際電聯(lián)電信標準化部門) 是一個電信領(lǐng)域的全球標準化組織 2 1 ，成立于 1 9 9 3 年，它的前身是國際電報和電話咨詢委員會( c c i t t ) 。i t u - t 研究和制訂除無線 電以外的所有電信領(lǐng)域標準，己通過的建議書有2 6 0 0 多項。i t u t 分為1 6 個研究組， 研究范圍涉及電信網(wǎng)絡(luò)稅費政策、電信管理網(wǎng)( t m n ) 、綜合寬帶電纜網(wǎng)絡(luò)和音視頻的 傳輸、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)、i p 網(wǎng)絡(luò)、光傳送網(wǎng)、多媒體業(yè)務(wù)、系統(tǒng)和終端、信令協(xié)議、電信 軟件、移動通信網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備安裝、施工等各個方面。i t u - t 在家庭方面涉及的業(yè)務(wù) 和應(yīng)用主要是基于電信網(wǎng)( 含i n t e m e t ) 的業(yè)務(wù)和應(yīng)用。 e c h o n e t ( e n e r g yc o n s e r v a t i o nm a dh o m e c a r en e t w o r k ) 協(xié)會于1 9 9 7 年1 2 月成立【j j ， 由日立公司聯(lián)合日本國內(nèi)1 5 2 家企業(yè)組建而成，期間得到了日本政府的支持。該組織的 目標是為家電、傳感器和控制器提供通信接口和協(xié)議，其研究內(nèi)容包括用于e c h o n e t 的通信中間件、通信接口、通信協(xié)議等，最新的標準是e c h o n e t v e r s i o n 3 0 。 o s g i ( o p e n s e r v i c eg a t e w a yi n i t i a t i v e ，開放式服務(wù)網(wǎng)關(guān)組織) 成立于1 9 9 9 年3 月 h ，由i b m 發(fā)起，現(xiàn)有成員8 0 多個，包括電信服務(wù)商、設(shè)備商、電腦、家電、控制系 統(tǒng)供應(yīng)商，旨在建立一個開放的服務(wù)規(guī)范【5 1 ，制定家庭外部網(wǎng)絡(luò)向家用電子設(shè)備提供業(yè) 務(wù)所需的接口和服務(wù)標準，目前已推出了3 0 版本。 i h a ( i n t e m e th o m ea l l i a n c e ，互聯(lián)網(wǎng)家庭聯(lián)盟) 也是成立較早的家庭網(wǎng)絡(luò)組織1 6 j ， 于2 0 0 0 年成立，主要成員包括思科、g m 、惠普、i b m 、松下、s u n 、惠而普及微軟等 公司，成員有3 0 多家，還包括一些通訊設(shè)備、自動化軟件丌發(fā)商【7 j 及廚具制造商和零售 商等。該聯(lián)盟主要解決白色家電在家庭網(wǎng)絡(luò)中的互連、互聯(lián)網(wǎng)接入及相關(guān)服務(wù)，如在出 現(xiàn)故障時能夠與廠商自動接通以確定故障部位。 u o p f ( u b i q u i t o u so p e np l a t f o r mf o r u m ) 是一個剛成立不久的數(shù)字家庭標準化組織 口j ，于2 0 0 4 年2 月1 11 e l 成立，主要成員包括松下、索尼、n e c 、東芝、三菱、三洋、 先鋒、曰立等1 0 家日本電子廠商和n t t 等4 家互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)商，以制訂通過家庭內(nèi)部網(wǎng) 一7 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章引言 絡(luò)及互聯(lián)網(wǎng)等實現(xiàn)數(shù)字家電互連的標準，讓任何用戶都能簡易操作連接到寬帶網(wǎng)絡(luò)的數(shù) 字家電。u o p f 的具體目標包括：簡單設(shè)定，不需復(fù)雜的設(shè)定程序即可連接寬帶網(wǎng)絡(luò)； 網(wǎng)絡(luò)付款機制，可簡易、安全地通過網(wǎng)絡(luò)支付內(nèi)容和服務(wù)等的費用；即時連接，可隨時 在網(wǎng)絡(luò)上安全、簡易地連接不同規(guī)范的數(shù)字家電產(chǎn)品。u o p f 計劃在2 年內(nèi)制定相關(guān)技 術(shù)規(guī)范，進行兼容性測試，積極在海內(nèi)外推廣發(fā)展。 國內(nèi)也成立了數(shù)字家庭標準化組織閃聯(lián)【8 】，閃聯(lián)全稱是“信息設(shè)備資源共享協(xié) 同服務(wù)標準工作組”( i n t e l l i g e n t g r o u p i n g a n d r e s o u r c es h a r i n g ，簡稱i g r s ) ，于2 0 0 3 年 7 月由聯(lián)想、t c l 、康佳、海信、長城5 家企業(yè)發(fā)起、7 家單位共同參與正式成立，其目 標是在多種信息設(shè)備、家用電器、通訊設(shè)備之間的設(shè)各自動發(fā)現(xiàn)、動態(tài)組網(wǎng)、共享資源 和相互操作方面進行標準化工作1 9 j 。閃聯(lián)適用的范圍是：企業(yè)、公共場所、個人以及家 庭所涉及的信息設(shè)備互聯(lián)時遵循共同資源及功能服務(wù)接口標準，使設(shè)備能夠有效實現(xiàn)資 源開放及服務(wù)協(xié)同，提高設(shè)備功能互操作性，并增強不同設(shè)備間組合服務(wù)的功能。 從以上分析可以看出，各自依托自身的技術(shù)實力和自身利益整合而成的標準化組織 所推出的標準在本行業(yè)有較高的適用性和成熟度，都試圖在其所在領(lǐng)域占領(lǐng)技術(shù)和市場 的制高點。然而家庭網(wǎng)絡(luò)從外部網(wǎng)絡(luò)接入到家電網(wǎng)絡(luò)終端，乃至各類家用設(shè)備涉及行業(yè) 眾多，各種技術(shù)的適用范圍也不盡相同，從技術(shù)上看很難有一種標準或規(guī)范適用于家庭 網(wǎng)絡(luò)所有領(lǐng)域，各個標準化組織所提倡的“丌放性標準體系”目標也就難于實現(xiàn)。 正是由于上述原因，各行業(yè)在不斷競爭中正逐漸強化合作，很多企業(yè)都加入了多個 標準化組織并提交技術(shù)方案，以保證自身利益在各行業(yè)的體現(xiàn)。數(shù)字家庭正朝著一種多 技術(shù)融合的方向發(fā)展。 1 3 課題主要工作與內(nèi)容安排 本課題以由i n t e l 主導(dǎo)的、在家庭設(shè)備互連和媒體內(nèi)容管理方面有顯著優(yōu)勢的d l n a 技術(shù)為研究對象，深入分析了d l n a 技術(shù)進行設(shè)備互連和媒體管理的原理、過程和方法， 重點研究并實現(xiàn)了u p n p 設(shè)備架構(gòu)和u p n p 音頻，視頻架構(gòu)，實現(xiàn)了d l n a 協(xié)議。在實現(xiàn) u p l l p 設(shè)備架構(gòu)的過程中，提出了一種基于阻塞喚醒的單線程輪詢機制，降低了對系統(tǒng) 資源的依賴，增強了系統(tǒng)可移植性，提高了系統(tǒng)運行效率。并以此為基礎(chǔ)，設(shè)計實現(xiàn)了 一個d l n a 控制點系統(tǒng)。課題的具體工作涉及以下幾方面內(nèi)容： 第一章：引言，包括課題的研究背景、數(shù)字家庭標準化發(fā)展現(xiàn)狀等內(nèi)容。 第二章：d l n a 技術(shù)分析，主要從基本概念、核心內(nèi)容和體系結(jié)構(gòu)方面對d l n a 技 術(shù)的工作原理和運行機制進行分析，重點研究d l n a 技術(shù)中的u p n p 設(shè)備架構(gòu)和u p n p a u d i o v i d e o 架構(gòu)，掌握了d 刪l 技術(shù)實現(xiàn)設(shè)備互連和媒體管理的原理和方法。 第三章：d l n a 控制點系統(tǒng)的設(shè)計，包括控制點系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計等內(nèi)容。 通過分析系統(tǒng)初步結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的缺點和不足，對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)做了改進設(shè)計，提出了一 種基于阻塞喚醒的單線程輪詢機制。 1 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章引言 第四章：d l n a 控制點系統(tǒng)的實現(xiàn)，主要在設(shè)計實現(xiàn)基于阻塞喚醒的單線程輪詢機 制的基礎(chǔ)上，分別實現(xiàn)控制點系統(tǒng)的u p n p 設(shè)備架構(gòu)、u p n pa u d i o v i d e o 架構(gòu)和用戶界 面三部分，其中對u p n p 設(shè)備架構(gòu)和u p n p a u d i o v i d e o 架構(gòu)的實現(xiàn)，就是對d l n a 協(xié)議 的實現(xiàn)。 第五章：d l n a 控制點系統(tǒng)的互連性測試，通過對控制點系統(tǒng)進行測試，驗證對 d l n a 協(xié)議的實現(xiàn)程度和實現(xiàn)效果。 第六章：結(jié)束語，主要包括設(shè)計心得，工作成果以及不足之處等內(nèi)容。 一4 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第= 章d i , n a 技術(shù)分析 第二章d l n a 技術(shù)分析 2 1d u q a 概述 數(shù)字生活網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟( d i g k a l l i v i n g n e t w o r k a l l i a n c e ，簡稱d l n a ) 是一個從事數(shù)字 家庭標準化的組織，它提山了一個遠景目標，即在數(shù)字家庭媒體中心中建立一個集中管 理個人電腦、家電和移動電子設(shè)備的互操作網(wǎng)絡(luò)，創(chuàng)造一個能夠共享和發(fā)展全新數(shù)字媒 體和內(nèi)容服務(wù)的無縫環(huán)境。 在d l n a 遠景目標中，數(shù)寧家庭包含j ，大量不司類型的設(shè)備，它們可以存儲、訪問 和播放不同格式的數(shù)字媒體，并且具有對整個家庭網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備進行控制的智能。高端設(shè) 備負責協(xié)調(diào)其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運行，例如，諸如個人電腦、高級機項盒、數(shù)字電視或網(wǎng)絡(luò) 控制板等智能甲臺可以管理和發(fā)布來自各種設(shè)備的豐富的數(shù)字內(nèi)容，如數(shù)字錄像機 ( d v r ) 、網(wǎng)絡(luò)d v d 播放器、多媒體手機、電視機、立體聲音晌或無線揚聲器及顯示器 等。 當數(shù)字家庭里的設(shè)備能夠在為用戶提供的某項服務(wù)上進行透明協(xié)作時，它們之間就 實現(xiàn)了互操作，這包括設(shè)備之間可相互通信和交換有效信息的能力。要實現(xiàn)互操作所需 要解決的問題主要有以下兒方面： ( 1 ) 媒體中心內(nèi)部設(shè)各之間的透明連接。這包括在鏈路層實現(xiàn)設(shè)備直接相連所需的 網(wǎng)絡(luò)兼容性。當采用不同的鏈路層技術(shù)的設(shè)備需要通信時，這些設(shè)備之間必須配置適當 的鏈路層橋接和網(wǎng)絡(luò)層路由。總目標是實現(xiàn)所有設(shè)備之間端到端的連接，能夠通過家庭 網(wǎng)絡(luò)交換信息。 ( 2 ) 設(shè)備發(fā)現(xiàn)、配置和控制方面的統(tǒng)一的框架。家庭網(wǎng)絡(luò)上的任何設(shè)備都必須能夠 發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上其它設(shè)備和服務(wù)的存在，能夠識別它們的功能和相關(guān)能力，并且能配置這些 設(shè)備和服務(wù)，簡單控制其運行。 ( 3 ) 可互操作的媒體管理和控制框架。需要有一個覆蓋整個家庭蒯絡(luò)的媒體管理和 控制框架，能夠使不同廠商提供的設(shè)備之間實現(xiàn)媒體信息的交換和控制，還必須具備對 要處理的媒體內(nèi)容進行組織、瀏覽、搜索和選擇的能力。 ( 4 ) 可互操作的媒體格式和流協(xié)議。設(shè)備之問如果要實現(xiàn)相互通信，就需要達成一 個通用流協(xié)議，以建立媒體數(shù)據(jù)流的傳輸。這些設(shè)備還需要就支持的媒體格式達成一致， 以確?？梢怨蚕砗褪褂妹襟w。 針對以l 幾個實現(xiàn)設(shè)備互操作所需解決的主要問題，d l n a 提出了一個家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè) 備的互操作架構(gòu)”j ，它能夠?qū)崿F(xiàn)家電設(shè)備、移動設(shè)備和電腦設(shè)各之問的簡單無縫地互操 作，增強和豐富用戶的體驗；它提供了在數(shù)字家庭中搭建町互操作網(wǎng)絡(luò)平臺和設(shè)各所需 的必要信息。d l n a 互操作架構(gòu)充分利用了已有的開發(fā)標準和技術(shù)，并在操作上加以限 的必要信息。d l n a 瓦操作架構(gòu)充分利用了已有的開發(fā)標準和技術(shù)，并在操作上加以限 5 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章d l n a 技術(shù)分析 第二章d l n a 技術(shù)分析 2 1d l n a 概述 數(shù)字生活網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟( d i g i t a ll i v i n gn e t w o r ka l l i a n c e ，簡稱d l n a ) 是一個從事數(shù)字 家庭標準化的組織，它提出了一個遠景目標，即在數(shù)字家庭媒體中心中建立一個集中管 理個人電腦、家電和移動電子設(shè)備的互操作網(wǎng)絡(luò)，創(chuàng)造一個能夠共享和發(fā)展全新數(shù)字媒 體和內(nèi)容服務(wù)的無縫環(huán)境。 在d l n a 遠景目標中，數(shù)字家庭包含了大量不同類型的設(shè)備，它們可以存儲、訪問 和播放不同格式的數(shù)字媒體，并且具有對整個家庭網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備進行控制的智能。高端設(shè) 備負責協(xié)調(diào)其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運行，例如，諸如個人電腦、高級機頂盒、數(shù)字電視或網(wǎng)絡(luò) 控制板等智能平臺可以管理和發(fā)布來自各種設(shè)備的豐富的數(shù)字內(nèi)容，如數(shù)字錄像機 ( d v r ) 、網(wǎng)絡(luò)d v d 播放器、多媒體手機、電視機、立體聲音響或無線揚聲器及顯示器 等。 當數(shù)字家庭里的設(shè)備能夠在為用戶提供的某項服務(wù)上進行透明協(xié)作時，它們之間就 實現(xiàn)了互操作，這包括設(shè)備之間可相互通信和交換有效信息的能力。要實現(xiàn)互操作所需 要解決的問題主要有以下幾方面： ( 1 ) 媒體中心內(nèi)部設(shè)備之問的透明連接。這包括在鏈路層實現(xiàn)設(shè)備直接相連所需的 網(wǎng)絡(luò)兼容性。當采用不同的鏈路層技術(shù)的設(shè)備需要通信時，這些設(shè)備之間必須配置適當 的鏈路層橋接和網(wǎng)絡(luò)層路由?？偰繕耸菍崿F(xiàn)所有設(shè)備之間端到端的連接，能夠通過家庭 網(wǎng)絡(luò)交換信息。 ( 2 ) 設(shè)備發(fā)現(xiàn)、配置和控制方面的統(tǒng)一的框架。家庭網(wǎng)絡(luò)上的任何設(shè)備都必須能夠 發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上其它設(shè)備和服務(wù)的存在，能夠識別它們的功能和相關(guān)能力，并且能配置這些 設(shè)備和服務(wù)，簡單控制其運行。 ( 3 ) 可互操作的媒體管理和控制框架。需要有一個覆蓋整個家庭網(wǎng)絡(luò)的媒體管理和 控制框架，能夠使不同廠商提供的設(shè)備之間實現(xiàn)媒體信息的交換和控制，還必須具備對 要處理的媒體內(nèi)容進行組織、瀏覽、搜索和選擇的能力。 ( 4 ) 可互操作的媒體格式和流協(xié)議。設(shè)備之間如果要實現(xiàn)相互通信，就需要達成一 個通用流協(xié)議，以建立媒體數(shù)據(jù)流的傳輸。這些設(shè)備還需要就支持的媒體格式達成一致， 以確保可以共享和使用媒體。 針對以上幾個實現(xiàn)設(shè)備互操作所需解決的主要問題，d l n a 提出了一個家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè) 備的互操作架構(gòu)f j 】，它能夠?qū)崿F(xiàn)家電設(shè)備、移動設(shè)備和電腦設(shè)備之間的簡單無縫地互操 作，增強和豐富用戶的體驗；它提供了在數(shù)字家庭中搭建可互操作網(wǎng)絡(luò)平臺和設(shè)備所需 的必要信息。d l n a 互操作架構(gòu)充分利用了已有的開發(fā)標準和技術(shù)，并在操作上加以限 一5 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章d l n a 技術(shù)分析 制，來實現(xiàn)數(shù)字家庭設(shè)備之間互操作。 d l n a 互操作架構(gòu)主要包括物理連接、網(wǎng)絡(luò)傳輸、設(shè)備發(fā)現(xiàn)與控制、媒體管理、媒 體格式和媒體傳輸六個組成部分。表2 1 列出了d l n a 互操作架構(gòu)中的關(guān)鍵功能組件以 及每個組件對應(yīng)的技術(shù)要素。 表2 1d l n a 關(guān)鍵技術(shù)要素 t a b l e2 1d l n ak e yt e c h n o l o g yi n g r e d i e n t s 功能組件技術(shù)要素 物理連接以太網(wǎng)，8 0 2 1 1 ，藍牙 網(wǎng)絡(luò)傳輸1 1 4 協(xié)議簇 設(shè)備發(fā)現(xiàn)與控制u p n p 設(shè)備架構(gòu)v e r l 0 媒體管理u p n p a u d i o v i d e o 架構(gòu)v e r l 0 媒體格式必需和可選的格式( j p e g ，m p e g 等) 媒體傳輸h t t p ( 必需) 和r t p ( 可選) d l n a 技術(shù)中的關(guān)鍵功能組件，均基于開放標準，例如互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議( i p ) 、h t t p 、 u e r w l | “和w i f i 圓協(xié)議，以促進其在家電、個人電腦和移動產(chǎn)品制造行業(yè)的應(yīng)用。 下面詳細分析d l n a 互操作架構(gòu)及其功能組件。 2 2d l n a 互操作架構(gòu) 為了實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的相互操作、相互控制，d l n a 制定了家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的 互操作架構(gòu) 1 ，如圖2 1 所示。 、 媒體格式( 圖片，聲音r 視頻等 ) 、，。- 媒體傳輸r ；鬲i 五而i i 品i i ：、 ，- 、。，。， 媒體管理( 二二三三三三三至e 設(shè)備發(fā)現(xiàn)與控制r 1 石孟鬲磊；再i i ：i i 網(wǎng)絡(luò)傳輸( 二二二二三三至三一 物理連接f 葦豢：畿翌嘉霧) 、- 、，一 圖2 1d l n a 互操作架構(gòu)圖 f i g 2 1d l n ai n t e r o p e r a b i l i t ya r c h i t e c t u r e d l n a 互操作架構(gòu)定義了這些功能組件的運行機制，來保證家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的互 操作。下面分析d l n a 互操作架構(gòu)中的每一個功能組件以及各個組件對應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)要 素，重點分析實現(xiàn)設(shè)備發(fā)現(xiàn)與控制的u p n p 設(shè)備架構(gòu)和實現(xiàn)媒體管理的u p n p a u d i o v i d e o 架構(gòu)。 一6 一 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章d l n a 技術(shù)分析 2 。2 1 網(wǎng)絡(luò)連接與傳輸 i p 協(xié)議是實現(xiàn)數(shù)字家庭中d l n a 設(shè)備聯(lián)網(wǎng)和連接的基礎(chǔ)。i p 協(xié)議為互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng) 用提供了網(wǎng)絡(luò)通信支持。協(xié)議基于行業(yè)標準規(guī)范之上，得到了眾多設(shè)備的采用與支持。 在數(shù)字家庭中使用口協(xié)議優(yōu)勢有很多： ( 1 ) i p 協(xié)議支持應(yīng)用程序透明地運行在不同媒體之上，以實現(xiàn)無縫通信。例如，在 媒體中心中，一個服務(wù)器設(shè)備可以通過以太網(wǎng)向其它房間中的電視傳送媒體內(nèi)容；借助 i p 協(xié)議，服務(wù)器設(shè)備和電視不會了解到媒體內(nèi)容在兩個獨立的物理媒體中進行傳送。i p 協(xié)議為d l n a 設(shè)備之間的對等層通信提供了一個統(tǒng)一的框架，確保應(yīng)用程序能夠獨立于 實際傳輸技術(shù)之上。 ( 2 ) i p 協(xié)議可以將家中的任意設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)。i p 協(xié)議是一種互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，因此 數(shù)字家庭中的任何設(shè)備都可以與其它連接到互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備實現(xiàn)互聯(lián)。 ( 3 ) i p 協(xié)議使用廣泛且成本非常經(jīng)濟?？趨f(xié)議無處不在，規(guī)模經(jīng)濟和激烈競爭使得 i p 協(xié)議物理媒體的實施成本要遠遠低于其它技術(shù)。在家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，設(shè)備最常用的是 以太網(wǎng)( 8 0 2 3 i 和8 0 2 3 u ) 和無線技術(shù)( 8 0 2 1 l a ，8 0 2 1 i b 和8 0 2 1 l g ) 。在移動設(shè)備領(lǐng)域， 比較通用的無線技術(shù)是藍牙技術(shù)。 運行于i p 網(wǎng)絡(luò)上的多媒體應(yīng)用受益于服務(wù)質(zhì)量機制。如果沒有服務(wù)質(zhì)量機制，運行 于不同設(shè)備上的所有應(yīng)用程序具有相等的媒體傳輸機會，而多媒體應(yīng)用( 比如視頻流和 音頻流) 對聲音或圖像的延遲以及系統(tǒng)吞吐量要求比較嚴格。使用具有優(yōu)先級的服務(wù)質(zhì) 量，應(yīng)用程序就可以按照優(yōu)先級來獲得網(wǎng)絡(luò)資源。d l n a 服務(wù)質(zhì)量模型通過使用優(yōu)先級， 促進了媒體傳輸?shù)倪B貫性和一致性，提高了整個d l n a 網(wǎng)絡(luò)的性能，增強了設(shè)備之間的 互操作性。 2 2 2 設(shè)備發(fā)現(xiàn)與控制 通用即插即用【lo ( u n i v e r s a l p l u g a n d p l a y ，簡稱u p n p ) 是由u p n p 論壇提出并維護 的一個充分利用t c p 1 p 和w e b 技術(shù)的分布式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。u p n p 能夠在家庭、辦公室 和公共場所的不同類型的設(shè)備之間建立無縫的連接網(wǎng)絡(luò)，并且進行簡單設(shè)備控制和數(shù)據(jù) 傳輸。 i 腳p 設(shè)備架構(gòu)不僅僅是即插即用外設(shè)模式地簡單擴展，它簡化了家庭和企業(yè)中智 能設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)過程。u p n p 設(shè)備架構(gòu)設(shè)計用于支持零配置、不可見的聯(lián)網(wǎng)，以及對各種 不同類型的設(shè)備進行自動地發(fā)現(xiàn)。這就意味著，一臺設(shè)備能夠動態(tài)加入一個網(wǎng)絡(luò)，通報 其功能，自動發(fā)現(xiàn)并了解其它設(shè)備的存在和功能。最后，設(shè)備能夠順利地自動離線，而 不會造成任何其它的影響。 u p n p 不使用設(shè)備驅(qū)動程序，取而代之的是使用通用協(xié)議。u p n p 充分利用了包括i p 、 t c p 、u d p 、h t t p 和x m l 在內(nèi)的互聯(lián)網(wǎng)組件。u p n p 數(shù)據(jù)包規(guī)范基于i p 協(xié)議，以x m l 7 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章d l n a 技術(shù)分析 來表達，通過h r 丌p 進行傳輸。此外，當成本、技術(shù)或傳統(tǒng)因素等阻止與u p n p 連接的 媒體或設(shè)備運行i p 協(xié)議時，u p n p 還可通過橋接方式支持運行非p 協(xié)議的媒體。 圖2 2 列出了u p n p 設(shè)備架構(gòu)中定義的控制點和設(shè)備之間的通信協(xié)議?！? 1 】。在設(shè)備 發(fā)現(xiàn)與控制的不同階段，采用不同的協(xié)議。 圖2 2 u p n p 協(xié)議棧 f i g 2 2u p n pp r o t o c o ls l a c k 要發(fā)送的u p n p 數(shù)據(jù)消息經(jīng)過處理后，通過采用簡單服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議( s i m p l es e r v i c e d i s c o v e r yp r o t o c o l ，簡稱s s d p ) 、通用事件通知架構(gòu)( g e n e r a le v e n tn o t i f i c a t i o n a r c h i t e c t u r e ，簡稱g e n a ) 和簡單對象訪問協(xié)議( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c o l ，簡稱 s o a p ) 來進行格式化，然后消息通過運行于u d p 協(xié)議上的h r r p 多播或單播，或者運 行于t c p 協(xié)議上的標準h r r p 進行傳輸，最終所有消息均通過p 協(xié)議進行傳輸。 u p n p 網(wǎng)絡(luò)不依賴于任合媒體。u p n p 設(shè)備可以在任何操作系統(tǒng)上采用任何編程語言 來實現(xiàn)。u p n p 設(shè)備架構(gòu)是與操作系統(tǒng)和編程語言無關(guān)的。u p n p 并未針對運行于u p n p 設(shè)備上的應(yīng)用而指明或限制a p i 的設(shè)計。u p n p 通過使用瀏覽器和傳統(tǒng)應(yīng)用程序控制來 使廠商能夠控制設(shè)備的用戶界面并實現(xiàn)交互。 u p n p 設(shè)備架構(gòu)定義了媒體中心中的兩種通用的設(shè)備：控制點( c o n l r o lp o i n t ) 和被 控制設(shè)備( 以下簡稱設(shè)備) 。設(shè)備的職能類似于一個服務(wù)器，它根據(jù)自己的功能向媒體中 心提供一系列服務(wù)，每個服務(wù)定義了一些動作和狀態(tài)變量?？刂泣c通過調(diào)用設(shè)備提供的 服務(wù)來獲得設(shè)備的狀態(tài)和控制設(shè)備的運行。 u p n p 設(shè)備和控制點都可以在各種不同的平臺上實現(xiàn)，包括p c 機或嵌入式系統(tǒng)。設(shè) 備和控制點也可以在同一個設(shè)備上，并且多個設(shè)各或控制點可以相互嵌套。 設(shè)備發(fā)現(xiàn)與控制的過程中，一個u p n p 設(shè)備( 設(shè)備或控制點) 的運行和交互過程如 下： n ) 尋址：設(shè)備通過尋址來獲得一個網(wǎng)絡(luò)地址。 q ) 發(fā)現(xiàn)：設(shè)備向控制點宣告自己加入網(wǎng)絡(luò)；控制點發(fā)現(xiàn)自己感興趣的設(shè)備。 f 3 1 描述：控制點獲得設(shè)備的功能、屬性等信息的詳細描述。 ( 4 ) 控制：控制點向設(shè)備發(fā)送控制消息；設(shè)備向控制點返回控制的響應(yīng)消息。 8 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章d l n a 技術(shù)分析 ( 5 ) 事件：控制點監(jiān)聽設(shè)備狀態(tài)變化；設(shè)備狀態(tài)發(fā)生變化時通知控制點。 ( 6 ) 展示：控制點顯示設(shè)備的一個用戶界面。 其中控制、事件和展示過程相互獨立，相互補充。u p n p 設(shè)備發(fā)現(xiàn)與控制的主要過 程如圖2 3 所示。 圖2 3u p n p 設(shè)備發(fā)現(xiàn)與控制過程 f i g ，2 3u p n p d e v i c ed i s c o v e r ya n dc o n t r o lp r o c e s s 下面詳細敘述設(shè)備發(fā)現(xiàn)與控制中每個步驟中的詳細機制。 2 2 2 1 尋址 尋址是u p n p 設(shè)備架構(gòu)的基礎(chǔ)。每一個設(shè)備( 無論是控制點還是被控設(shè)備) 第一次 加入家庭網(wǎng)絡(luò)時，都必須首先獲得一個口地址。 每一個設(shè)備都必須配有動態(tài)主機配置協(xié)議( d h c p ) 客戶端，并在設(shè)備首次與網(wǎng)絡(luò) 連接時搜索d h c p 服務(wù)器。如果有d h c p 服務(wù)器可以使用，即網(wǎng)絡(luò)處于管理狀態(tài)，則設(shè) 備必須采用d h c p 服務(wù)器分配給它的i p 地址。如果沒有d h c p 服務(wù)器可用，即網(wǎng)絡(luò)處 于未管理狀態(tài)，則設(shè)備必須利用a u t o i p 協(xié)議來獲取一個地址。 a u t o i p 協(xié)議負責管理一臺設(shè)備如何從一組保留地址中智能地選出一個未使用的i p 地址，以及如何能夠在處于管理和未管理狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)問輕松切換。 使用a u t o i p 協(xié)議自動配置i p 地址的設(shè)備必須進行定期檢查，以確定是否有d h c p 服務(wù)器存在。一旦發(fā)現(xiàn)有d h c p 服務(wù)器存