IPv6家庭網(wǎng)關(guān)的集中控制技術(shù)
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引言
外網(wǎng)用戶對IPv6家庭網(wǎng)絡(luò)中信息家電進(jìn)行遠(yuǎn)程控制是IPv6家庭網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用之一.人們可以在辦公室用電腦開啟家中的監(jiān)視器,查看家中狀況;回家途中用手機(jī)開啟家里的熱水器并調(diào)節(jié)到適宜的溫度等,這些都屬于家庭網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制.IPv6家庭網(wǎng)絡(luò)主要成員包括IPv6家庭網(wǎng)關(guān)、IPv6信息家電等,IPv6家庭網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示.
IPv6家庭網(wǎng)關(guān)是IPv6家庭網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)發(fā)生聯(lián)系的橋梁,也是各種數(shù)據(jù)進(jìn)出IPv6家庭網(wǎng)絡(luò)的接口.外網(wǎng)用戶對IPv6家庭網(wǎng)絡(luò)中的信息家電進(jìn)行遠(yuǎn)程控制時(shí),IPv6家庭網(wǎng)關(guān)發(fā)揮了重要作用.
在UPnP設(shè)備架構(gòu)中,信息家電內(nèi)嵌了presen2tation頁面[1、2],此頁面是信息家電的控制界面.在家庭外用戶遠(yuǎn)程控制信息家電的過程中,首先通過家庭網(wǎng)關(guān)得到信息家電的presentationURL,然后直接訪問信息家電的控制頁面.這種工作方式在控制實(shí)施的過程中,繞開了家庭網(wǎng)關(guān),得以工作的前提條件是可供遠(yuǎn)程控制的家電需要支持外網(wǎng)的直接訪問.對于家庭網(wǎng)絡(luò)來講,要求每臺信息家電都支持外網(wǎng)訪問存在安全隱患.因此,在基于IPv6的UP2nP家庭網(wǎng)絡(luò)中研究家庭網(wǎng)關(guān)的集中訪問和控制機(jī)制意義重大.
針對這一問題,本文提出了控制界面的自動生成機(jī)制和控制命令的集中轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制.這兩種機(jī)制強(qiáng)化了家庭網(wǎng)關(guān)的集中控制功能,完善了UPnP家庭網(wǎng)關(guān)標(biāo)準(zhǔn)InternetGatewayDevice(IGD)V1.0[3],為外網(wǎng)用戶對基于IPv6的UPnP家庭網(wǎng)絡(luò)中的信息家電進(jìn)行遠(yuǎn)程控制提供了全面的解決方案.
控制界面的自動生成與集中控制
IPv6信息家電的控制界面可由IPv6家庭網(wǎng)關(guān)根據(jù)信息家電描述數(shù)組(由IPv6家庭網(wǎng)關(guān)生成)和模板文件自動生成,存于IPv6家庭網(wǎng)關(guān)端;IPv6家庭網(wǎng)關(guān)得到外網(wǎng)用戶通過控制界面提交的控制命令后,采用SOAPRPC方式對基于IPv6的UPnP家庭網(wǎng)絡(luò)中的信息家電進(jìn)行集中控制.
信息家電描述數(shù)組與模板文件
信息家電描述數(shù)組存儲著IPv6信息家電的描述信息.模板文件為XML格式,定義了控制界面的風(fēng)格.
信息家電描述數(shù)組
IPv6家庭網(wǎng)關(guān)依據(jù)SSDP協(xié)議收集家庭網(wǎng)絡(luò)中可用家電的信息,為每臺家電生成一個(gè)信息家電描述數(shù)組.該數(shù)組由設(shè)備描述子數(shù)組、服務(wù)描述子數(shù)組、操作描述子數(shù)組3種子數(shù)組組成,用于存儲IPv6信息家電的描述信息,包括家電名、IPv6地址、端口號、所能提供的服務(wù)、每項(xiàng)服務(wù)所包含的操作等信息.
模板文件
模板文件定義了IPv6家庭網(wǎng)關(guān)能夠?yàn)楦鞣NIPv6信息家電生成的控制界面的風(fēng)格,為XML格式,一種模板文件對應(yīng)著控制界面的一種風(fēng)格.模板文件由若干抽象子段組成,一個(gè)抽象子段包括一個(gè)抽象子段文件和相應(yīng)的依賴性,抽象子段文件為一個(gè)文本文件.根據(jù)與信息家電描述數(shù)組的3種子數(shù)組的關(guān)系,抽象子段文件的依賴性分為4類:無依賴(no_dep),設(shè)備依賴(device_dep)、服務(wù)依賴(service_dep)、操作依賴(operate_dep).模板文件部分如下所示:
〈segmentList〉
..
〈segment〉
〈relativity〉operate_dep〈/relativity〉
〈content〉part1.txt〈/content〉
〈/segment〉
……
〈/segmentList〉
其中,〈segmentList〉標(biāo)識一個(gè)模板文件的抽象子段列表,〈segment〉標(biāo)識一個(gè)抽象子段,〈content〉標(biāo)識抽象子段文件名,〈relativity〉標(biāo)識此抽象子段文件的依賴性.
控制界面的自動生成
IPv6家庭網(wǎng)關(guān)根據(jù)信息家電描述數(shù)組和模板文件自動生成控制界面的過程為:IPv6家庭網(wǎng)關(guān)首先收集家庭網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)在線信息家電的信息,生成信息家電描述數(shù)組;然后根據(jù)模板文件生成某種風(fēng)格的控制界面.
(1)家電信息的收集.IPv6家庭網(wǎng)關(guān)依據(jù)SSDP協(xié)議收集家庭網(wǎng)絡(luò)中所有可用家電的信息,將每臺家電的相關(guān)信息放在一個(gè)信息家電描述數(shù)組中.
(2)控制界面的自動生成.IPv6家庭網(wǎng)關(guān)從模板文件的文件頭開始,順序掃描;掃描不同的抽象子段,依據(jù)依賴性的不同,用相應(yīng)子數(shù)組的元素值替換抽象子段,形成子段;然后將每個(gè)子段組合起來,在IPv6家庭網(wǎng)關(guān)端存為指定文件名(在設(shè)備描述子數(shù)組中指定)的信息家電控制界面.
集中控制機(jī)制
在此種方式中,IPv6家庭網(wǎng)關(guān)接收到外網(wǎng)用戶提交的家電控制命令后,采用SOAPRPC方式集中控制相應(yīng)的IPv6信息家電.IPv6家庭網(wǎng)關(guān)將生成的控制界面的URL地址以網(wǎng)頁的形式向外網(wǎng)用戶公布,外網(wǎng)用戶選定了一個(gè)家電后,用戶端瀏覽器以HTTP方式從IPv6家庭網(wǎng)關(guān)處得到該家電的控制界面,后續(xù)的過程如圖2所示,IPv6家庭網(wǎng)關(guān)接收到外網(wǎng)用戶通過控制界面提交的控制命令后,以SOAPRPC方式對相應(yīng)IPv6信息家電進(jìn)行集中控制,IPv6信息家電執(zhí)行相應(yīng)操作后,IPv6家庭網(wǎng)關(guān)將從IPv6信息家電得到的操作結(jié)果返回給外網(wǎng)用戶.
IPv6家庭網(wǎng)關(guān)的集中轉(zhuǎn)發(fā)
IPv6家庭網(wǎng)關(guān)在外網(wǎng)用戶和IPv6家庭網(wǎng)絡(luò)之間可以發(fā)揮集中轉(zhuǎn)發(fā)功能.IPv6家庭網(wǎng)關(guān)接收到外網(wǎng)用戶發(fā)送的家電控制命令后,轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的IPv6信息家電;IPv6家庭網(wǎng)關(guān)接收到IPv6信息家電的相應(yīng)反饋后,轉(zhuǎn)發(fā)給外網(wǎng)用戶.此種方式中涉及的控制界面為IPv6信息家電內(nèi)嵌的presentation頁面
IPv6家庭網(wǎng)關(guān)根據(jù)SSDP協(xié)議收集家庭網(wǎng)絡(luò)中在線家電的信息,包括制造商、服務(wù)、操作、presentationURL等,并以網(wǎng)頁形式向外網(wǎng)用戶公布家電的presentationURL.用戶選擇一種家電后,用戶端瀏覽器向IPv6家庭網(wǎng)關(guān)請求該IPv6信息家電的presentation頁面;IPv6家庭網(wǎng)關(guān)從相應(yīng)IPv6信息家電處取來presentation頁面,轉(zhuǎn)發(fā)給外網(wǎng)用戶.外網(wǎng)用戶通過presentation頁面向家電發(fā)送的控制命令由IPv6家庭網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)給IPv6信息家電;IPv6信息家電進(jìn)行相應(yīng)操作后,操作的結(jié)果由IPv6家庭網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)給外網(wǎng)用戶,在用戶端瀏覽器中顯示.相應(yīng)的交互機(jī)制如圖3所示.
實(shí)驗(yàn)平臺與實(shí)驗(yàn)結(jié)果
現(xiàn)在的家電是以無聯(lián)網(wǎng)功能的傳統(tǒng)家電為主;在本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)中,以“IPv6家電代理+傳統(tǒng)家電”實(shí)現(xiàn)了IPv6信息家電功能,聯(lián)入基于IPv6的UPnP家庭網(wǎng)絡(luò).關(guān)于IPv6家電代理的詳細(xì)內(nèi)容見相關(guān)文獻(xiàn).
實(shí)驗(yàn)平臺的配置:1個(gè)家庭網(wǎng)關(guān),2個(gè)家電代理,1個(gè)攝像頭,1臺空調(diào),外部網(wǎng)絡(luò)的1個(gè)控制終端.下面分別對兩種方式———“控制界面的自動生成與集中控制”和“集中轉(zhuǎn)發(fā)”進(jìn)行了實(shí)驗(yàn).
控制界面的自動生成和集中控制
圖4和5分別為家庭網(wǎng)關(guān)根據(jù)兩個(gè)模板文件為空調(diào)和攝像頭生成的控制界面((a)為空調(diào),(b)為攝像頭).外網(wǎng)用戶使用這兩種界面,可以遠(yuǎn)程控制空調(diào)和攝像頭.
集中轉(zhuǎn)發(fā)
首先為空調(diào)代理和攝像頭代理分別集成presentation頁面,如圖6所示((a)為空調(diào),(b)為攝像頭),外網(wǎng)用戶可通過圖6所示的presentation頁面,IPv6家庭網(wǎng)關(guān)的集中控制技術(shù)使用IPv6家庭網(wǎng)關(guān)的集中轉(zhuǎn)發(fā)功能,對基于IPv6的UPnP家庭網(wǎng)絡(luò)中的空調(diào)和攝像頭進(jìn)行遠(yuǎn)程控制.
結(jié)語
本文研究了外網(wǎng)用戶遠(yuǎn)程訪問基于IPv6的UPnP家庭網(wǎng)絡(luò)時(shí),IPv6家庭網(wǎng)關(guān)的集中控制功能.設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了控制界面的自動生成機(jī)制和控制命令的集中轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制.為外網(wǎng)用戶對基于IPv6的UPnP家庭網(wǎng)絡(luò)中的信息家電進(jìn)行遠(yuǎn)程控制提供了全面的解決方案.
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