信息设备资源共享协同服务模式研究，本文主要内容关键词为：资源共享论文,模式论文,设备论文,信息论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
收修改稿日期：2007-12-11
【分类号】G203
随着信息技术的快速发展，人们不仅希望快速准确地获得各种电子资源，同时希望信息服务机构能将计算机、有线电视、手机等设备提供的信息和服务进行有效整合，打破互联网世界、广播世界以及移动世界间的“信息孤岛”，提供一个无缝连接、资源共享的智能化、数字化、网络化的学习、工作和生活环境。因此，信息服务设备之间资源共享的方法与技术备受关注。
1 现有协议和标准
目前，信息服务设备资源共享方面的研究以设备之间的自动发现、动态组网、资源共享和协同服务为重点。研究的领域侧重于家庭和现代化信息服务机构，企业和社会应用也涵盖其中。
1.1 通用即插即用协议(UPnP)
UPnP是一种能够自动发现、配置和设备控制的网络协议。由UPnP论坛负责定义UPnP的设备和服务描述，其设计目标在于实现对设备的简单控制，从设备的寻址、查找、控制、事件、表现5个方面定义设备间互操作机制，采用自动IP地址分配机制实现IP网络中设备的自动寻址，采用简单服务发现协议(SSDP)实现设备间的相互发现[1]。由于UPnP建立在Internet协议之上，因此不同厂商的设备可以容易地协同工作，实现任何时间、任何地点的资源共享与服务，大多数宽带共享设备，比如无线宽带网关、宽带路由器等都支持UPnP。
1.2 简单控制协议(SCP)
SCP是一种针对简单信息服务设备的轻型装置控制协议，由微软(Microsoft)与通用电器(GE)公司联合制定。该协议使制造商能够使用简单的智能装置，通过诸如电线之类的低速通信网络，安全、稳妥地相互通信。SCP具有简单的计算和记忆功能，有开关、时钟以及与其他SCP装置对等组网的部件[2]。通过“SCP-to-UPnP桥”软件负责协议转换和信息传递，可用于更为复杂的UPnP网络中。
1.3 数字生活网络联盟(DLNA)1.0
2003年6月成立的数字及家庭工作组(DHWG)由英特尔(Intel)、索尼(Sony)、微软、惠普(HP)、诺基亚(Nokia)、松下(Panasonic)、飞利浦(Philips)和三星(Sunsung)8家企业为骨干，17家企业发起，制定完成了DLNA(Digital Living Network Alliance)1.0标准，使得消费电子产品和电脑之间可以互相连接、共享应用[3]。该技术标准不仅适用于家庭，而且也适用于现代化图书馆、多媒体教室等信息服务机构。目前，该联盟已经定义了具有保存、发送数字内容等功能的数字媒体服务器(DMS)和负责数字内容播放的数字媒体播放器(DMP)，DMS与DMP之间通过有线网络、无线网络、IPv4或UPnP等开放标准连接。DLNA还将进行进一步开发，制定出可以确保与数字版权管理(DRM)兼容的标准。
1.4 欢悦(ViiV)技术
英特尔公司借助3C(Computer、Communication、Consumerelectrics)和娱乐概念的商机，制定了新一代计算机平台标准ViiV，定义电脑远程应用开发规范，实现通过电脑与电子设备和Internet后台服务的连接，减轻消费者对新技术复杂性的担忧。采用ViiV技术的个人电脑能够方便地处理数字化音像内容，并在网络上共享，还可以方便地进行控制。ViiV技术所涵盖的内容远远超过了单纯由芯片、芯片组和无线网卡等组成的硬件平台，它还包含软件平台，甚至包括经过英特尔认证的在线服务和相关软件等。从这个意义上说，ViiV也可称之为一种标准[4]。
1.5 开放服务网关倡议(OSGI)
OSGI(Open Services Gateway Initiative)于1999年3月成立，由IBM发起，现有成员40多个，最新的标准是OSGI Specification 3.0。0SGI标准的主要目的是为远程的服务提供者与本地端的设备之间提供完整的点对点服务传送解决方案。OSGI定义了一个开放性的平台，使得远程软件服务提供商所提供的应用程序及增值服务能视使用者需求随时下载至靠近用户的网关上，并且自动安装执行或删除，而不影响该设备的运行[5]。OSGI联盟为许多通用的功能开发了标准的组件接口，不同厂商所开发出的服务软件及设备都能互相联系，搭配使用。
1.6 Echonet 3.0
Echonet (Energy Conservation and Homecare Network)协会成立于1997年，是在家庭监控应用方面具有代表性的日本标准化组织。其研究内容包括用于Echonet的通信中间件、通信接口、通信协议等，并推出支持该标准的产品[6]。在2002年公布的3.0版本中，Echonet在底层传输媒介中增加了蓝牙和以太网，这样，Echonet标准可使用的传输媒介由此前的5种(电线、特定小功率无线、扩展HBS用双绞线、红外线、遵照LonTalk的小功率无线)增至7种。Echonet标准包含OSI参照模型的1至7层，并不仅限于低层传输媒介。东芝(Toshiba)、日立(Hitachi)、松下等公司已陆续推出符合Echonet规范的产品。
1.7 闪联(IGRS)v1.0
闪联全称是“信息设备资源共享协同服务”(Intelligent Grouping and Resource Sharing)标准工作组，是国内与UPnP论坛进行类似工作的标准化组织。2003年7月由联想、王牌(TCL)、康佳、海信、长城5家企业发起，7家单位共同参与正式成立。IGRS的目标是在多种信息设备、家用电器、通信设备之间的设备自动发现、动态组网、资源共享和协同服务方面进行标准化工作，以便设备能够有效实现资源开放及服务协同，提高设备功能互操作性，并增强不同设备间组合服务的功能[7]。2005年6月，信息产业部正式批准发布了两项IGRS标准，2007年2月，IGRS技术标准被建设部采纳为建筑及居住区数字化技术国家标准。
1.8 其他协议及标准
ITU-T作为电信领域的全球标准化组织，也进行了基于电信网业务与公众网络连接的应用开发。Salutation则是由计算机外设厂商(如惠普)等发起组织的联盟，旨在制订规范，实现计算机与外设间智能的互操作。欧洲的KNX协议、ZigBee联盟、CEBus标准和LonWorks也为一些公司所采用作为家用网络标准。国内方面，“e家佳”联盟2004年由海尔、网通、清华同方、上广电、春兰、长城、上海贝岭等企业联合成立，主要负责信息产业部“家庭网络标准工作组”家庭网络标准的推广和产业化。该标准定义了由家庭控制子网网关、移动控制终端和多个含通信模块的设备组成的控制子网，实现各种家电设备、三表、三防设备的互连、互通、集中控制。
2 信息服务设备资源共享所需关键技术
在信息服务设备间共享资源需要设备互联、资源共享、协同服务3项技术[8]。IGRS技术标准已经成为强制执行的国家标准，本文将以其为例进行探讨。
2.1 智能互联技术
智能互联是指配备关联协议的任何个人信息终端、企业信息应用、社会信息服务，在一定范围内自动搜索其他相关终端、应用和服务，并在关联协议基础上，动态生成新的网络，经安全认证后自动组网或入网的一种智能活动。通过该技术，在一定范围内的各种复杂的设备、应用和服务，就可以智能、高效、方便地组织起来，实现下一步资源共享和协同服务。
以下是在IGRS标准中，实现设备互联过程中，以消息的形式宣告设备在线。
设备在线宣告消息[9]：
NOTIFY*HTTP/1.1
HOST：239.255.255.250：1900
Cache-control:max-age=最大宣告有效时间
Location：指向设备描述文件的URL
NT:uuid：宣告设备标识符
NTS:ssdp:alive
SERVER:OS/version IGRS/1.0 product/version
USN:uuid：宣告设备标识符
MAN:http://www.igrs.org/spec1.0;ns=01
01-IGRSVersion:IGRS/1.0
01-IGRSMessageType:DeviceOnlineAdvertisement
01-SourceDeviceID:宣告设备标识符
01-DeviceType：设备类型
01-DeviceName：设备名称
01-ConfigId：设备配置变化指示值
01-BootId：设备重新启动指示
01-DeviceGroupIdList：从属设备组列表
01-DeviceSecurityIdList：设备采用的安全机制列表
01-SecureListenerList：用于建立安全设备管道的IP地址列表
0-ListenerList：用于建立非安全设备管道的IP地址端口列表
2.2 资源共享技术
资源共享是指互联的设备通过有线网络和无线网络主动公布自己可提供的资源，并获知他方可提供的资源。IGRS设备所用的共享资源可以分为两类：一类是设备自身所固有的可共享资源，如计算资源、存储资源等，该类资源在IGRS设备中以服务对象的形式接受共享资源管理器的管理；一类是应用程序开发者通过开发可向其他应用程序提供某种形式的服务，如媒体播放服务、文件打印服务等，该类资源在IGRS设备中以服务存根的形式接受共享资源管理器的管理。需要使用IGRS设备上的共享资源的应用程序通过客户代理的形式接受共享资源管理器的管理，同时使用资源管理器所提供的API实现对IGRS设备共享资源的使用和管理。不同的IGRS设备上的共享资源管理器可以通过设备交互协议实现设备访问与控制、服务访问与控制、服务数据分发、事件订阅与通知等功能。
以下是在IGRS标准中，为了实现资源共享，以消息的方式实现服务查找请求。
服务查找请求消息[9]：
M-SEARCH*HTTP/1.1
HOST：239.255.255.250：1900
MAN:“ssdo:discover”
MX：响应延迟的最大时间
ST:urn:schemas-IGRS-org:service:IGRS-service:1
01-IGRSMessageType:SearchServiceRequest
01-SourceDeviceId：源设备标识符
01-SequenceId：查找消息请求序列号
01-ClientId：发起查找的客户标识符
01-SearchAll:TRUE
01-SearchByDeviceName：设备名称
01-SearchByDeviceId：设备标识符
01-SearchByDeviceType：服务类型
01-SearchByDeviceGroupId：设备组标识
01-SearchByServiceName：服务名称
2.3 协同服务技术
协同服务是指在智能互联、资源共享的基础上，在一定范围内通过应用和资源的优化组合、相互协作，充分发挥并释放网络的能量，从而在个人、企业、社会3个层面上产生新的应用形式，并更好地服务于个人、企业和社会。
3 信息服务设备资源共享模式
3.1 体系结构
IGRS标准构建在传输层协议和物理层协议之上，属于应用层标准协议，如图1所示：
图1 IGRS标准协议栈结构
IGRS支持各种信息设备，通过有线局域网、无线局域网、蓝牙等网络连接，传输与网络协议基于TCP/IP协议，设备交互消息框架基于HTTP/1.1，设备发现与资源共享基于IGRS基础协议，设备协同服务基于IGRS应用框架。设备连接、传输与网络协议以及设备交互消息框架采用现有的并被广泛应用的网络技术。IGRS基础协议、IGRS应用框架及IGRS基础及扩展应用构成了IGRS标准的主要内容，其中IGRS基础协议定义了IGRS设备间的组网和客户与服务间的交互机制。在基础协议的基础上，IGRS应用框架为各种IGRS应用抽象并定义出相应的标准服务和交互逻辑，而各种IGRS应用可以基于对应的IGRS应用框架进行标准化实现，保证互操作。
3.2 基础协议
基础协议定义了信息服务设备间统一的资源发现与发布机制、设备配置管理机制、服务访问控制机制、数据获取分发机制、安全规范等[7]。
IGRS基础协议由如下部分构成：
(1)设备和服务描述规范：定义IGRS设备和服务的标准描述模板。
(2)设备管道协议：定义IGRS设备间统一的消息框架及设备间的消息转发机制。
(3)设备发现协议：定义在各种传输层协议之上的统一的设备描述和发布机制以及相关的设备状态变化检测与通知机制。
(4)设备消息路由协议：定义处于不同网络环境中(如同种网络协议不同网络链路或不同网络协议之间)的设备间的连接管理机制以及消息转发机制。与设备发现协议配合，通过网络上其他设备的标识以及与该设备实际传输层地址的映射表，各信息服务设备即可建立、维护、拆除互相的连接。
(5)设备访问控制协议：也称作设备配制管理协议，定义IGRS设备间的交互和管理机制。可以借助该协议与其他设备组成设备群组实现读取、修改、删除等集中管理和对其他设备的配置管理。
(6)服务发现协议：定义IGRS设备上的服务信息的发布和发现机制。服务信息包括服务类型、服务标识、服务描述规范定义，其中，服务描述规范支持多种业界成熟的服务描述规范，IGRS设备上的服务可以借助该协议发布自身相关信息，IGRS设备上的客户可以借助该协议发现网络中各设备上发布的感兴趣的服务信息。服务发现协议支持完全对等方式和主从结构方式两种方式的服务发布与查找，分别适用于规模较小、临时搭建的网络环境和规模较大或相对固定的网络环境。
(7)服务访问控制协议：定义IGRS设备上客户和服务之间的访问控制机制，包括客户和服务之间访问方式、安全机制等协商过程以及根据协商结果实现客户对服务的访问和服务状态变化的获取。
(8)安全规范：定义IGRS设备之间、IGRS设备之上的客户与服务间交互过程中的安全机制，包括设备间的身份认证、授权管理、数据传输加密等。
3.3 应用框架
智能应用框架建立在基础协议的基础之上，针对某种特定应用场景中的应用模式定义相应的客户、服务、数据对象以及它们之间的交互规则，如图2所示。不同的应用开发者可以根据特定的智能应用框架开发相应的客户服务或数据对象。根据智能应用框架中定义的规则，这些相关的客户服务和数据就可以动态地组合成完整的应用[7]。
智能应用框架抽象各种应用场景各自的通用需求，通过对IGRS基础协议的封装，为特定种类应用的开发提供更为专用的接口，使得该种类的应用开发更为容易。
图2 IGRS标准中定义的4种智能应用框架
3.4 IGRS应用
IGRS应用基于IGRS基础协议和应用框架，包括IGRS基础应用和扩展应用两种类型。
信息服务设备按照用途可以分为多种设备类型，基础应用是IGRS标准规定的与具体设备类型相关、具有IGRS设备功能的标准应用。例如，符合IGRS规范的笔记本电脑和电视均内置音视频流传输基础应用，当笔记本电脑和电视互相发现后，笔记本电脑即可将所拥有的多媒体数据以流的形式分发到电视上进行播放，同时，笔记本电脑也可以接收电视传来的电视节目流，从而实现电视节目的实时存储。
扩展应用是应用程序开发者基于IGRS基础协议和应用框架开发的符合IGRS标准的应用，应用程序开发者可以开发出各种各样支持“资源共享与协同服务”的IGRS应用，更好地发挥信息服务设备功能。一个IGRS应用由一个或多个IGRS服务和一个或多个使用IGRS服务的IGRS客户交互完成。典型情况下，一个IGRS应用交互如图3所示[9]。图4描述了在家庭场景下，实现IGRS标准的数字设备之间典型的IGRS应用模式。图5描述了在办公场景下，实现1GRS标准的数字设备之间典型的IGRS应用模式。
3.5 IGRS与DLNA和UPnP的关系
IGRS与DLNA有明显的不同。从目的上看，IGRS不仅实现设备间的智能互联，更重要的是为各种特定应用制定相应框架，为应用程序开发提供进一步的支持，从而实现设备的资源共享和协同服务，比DLNA更加注重应用；从工作范围上来讲，IGRS标准的范围不仅限于家庭，而且包括企业中的应用以及社会上相关资源的协同应用。同时，两个标准存在着很强的互补性，从技术角度来看，二者具有很强的互操作性。DLNA的传输与网络协议主要定义在UPnP架构基础上，而IGRS基础协议中，专门有IGRS与UPnP互操作指南。IGRS采用并扩展了SSDP作为设备相互发现的基础，而SSDP同时也是UPnP 1.0协议中设备相互发现的基础，因此，通过扩展，IGRS设备可以支持与UPnP1.0设备之间的互操作[10]。
图3 IGRS应用交互示意图
图4 IGRS家庭应用场景
图5 IGRS办公应用场景
4 结语
目前，基于IGRS技术的电脑和电视已经投入使用，实现了网络与广播间的无障碍互联互通，支持共享资源系统服务功能的芯片、中间件和其他应用软件以及各种产品也纷纷问世。相信在不久的将来，各种信息服务设备将可以便捷地互联，畅快地共享各种资源，协同为用户提供一个随时、随地、随意地获取各种信息的智能化、数字化、网络化环境，如图6所示。
图6 下一代智能数字网络全景图
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