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)絡中信息家電進行遠程控制是IPv6家庭網(wǎng)絡的典型應用之一.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)絡的遠程控制.IPv6家庭網(wǎng)絡主要成員包括IPv6家庭網(wǎng)關(guān)、IPv6信息家電等,IPv6家庭網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示.
IPv6家庭網(wǎng)關(guān)是IPv6家庭網(wǎng)絡與外部網(wǎng)絡發(fā)生聯(lián)系的橋梁,也是各種數(shù)據(jù)進出IPv6家庭網(wǎng)絡的接口.外網(wǎng)用戶對IPv6家庭網(wǎng)絡中的信息家電進行遠程控制時,IPv6家庭網(wǎng)關(guān)發(fā)揮了重要作用.
在UPnP設備架構(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)絡中研究家庭網(wǎng)關(guān)的集中訪問和控制機制意義重大.
針對這一問題,本文提出了控制界面的自動生成機制和控制命令的集中轉(zhuǎn)發(fā)機制.這兩種機制強化了家庭網(wǎng)關(guān)的集中控制功能,完善了UPnP家庭網(wǎng)關(guān)標準InternetGatewayDevice(IGD)V1.0[3],為外網(wǎng)用戶對基于IPv6的UPnP家庭網(wǎng)絡中的信息家電進行遠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)絡中的信息家電進行集中控制.
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)絡中可用家電的信息,為每臺家電生成一個信息家電描述數(shù)組.該數(shù)組由設備描述子數(shù)組、服務描述子數(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、每項服務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)能夠為各種IPv6信息家電生成的控制界面的風格,為XML格式,一種模板文件對應著控制界面的一種風格.模板文件由若干抽象子段組成,一個抽象子段包括一個抽象子段文件和相應的依賴性,抽象子段文件為一個文本文件.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),設備依賴(device_dep)、服務依賴(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〉標識一個模板文件的抽象子段列表,〈segment〉標識一個抽象子段,〈content〉標識抽象子段文件名,〈relativity〉標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)絡中每個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,用相應子數(shù)組的元素值替換抽象子段,形成子段;然后將每個子段組合起來,在IPv6家庭網(wǎng)關(guān)端存為指定文件名(在設備描述子數(shù)組中指定)的信息家電控制界面.
集中控制機制
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IPv6信息家電進行集中控制,IPv6信息家電執(zhí)行相應操作后,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)給相應的IPv6信息家電;IPv6家庭網(wǎng)關(guān)接收到IPv6信息家電的相應反饋后,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)絡中在線家電的信息,包括制造商、服務、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信息家電進行相應操作后,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.相應的交互機制如圖3所示.
實驗平臺與實驗結(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;在本項目實現(xiàn)中,以“IPv6家電代理+傳統(tǒng)家電”實現(xiàn)了IPv6信息家電功能,聯(lián)入基于IPv6的UPnP家庭網(wǎng)絡.關(guān)于IPv6家電代理的詳細內(nèi)容見相關(guān)文獻.
實驗平臺的配置:1個家庭網(wǎng)關(guān),2個家電代理,1個攝像頭,1臺空調(diào),外部網(wǎng)絡的1個控制終端.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)”進行了實驗.
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)絡中的空調(diào)和攝像頭進行遠程控制.
結(jié)語
本文研究了外網(wǎng)用戶遠程訪問基于IPv6的UPnP家庭網(wǎng)絡時,IPv6家庭網(wǎng)關(guān)的集中控制功能.設計并實現(xiàn)了控制界面的自動生成機制和控制命令的集中轉(zhuǎn)發(fā)機制.為外網(wǎng)用戶對基于IPv6的UPnP家庭網(wǎng)絡中的信息家電進行遠程控制提供了全面的解決方案.
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