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UPnP 與 UPnP AV

Aaron Liao

UPnP [1][2] 為1999年Microsoft所提出的架構,目的在於使設備之間能夠透過UPnP通訊協定知道彼此的存在,以達到Zero Configuration的目標,因此只要設備具備UPnP協定,當新增該設備於網路環境中時,就能夠使用與控制。UPnP規格定義了三項主要的元件,分別是CP (control point)、裝置 (Device) 與服務 (Service),CP能夠找尋到目前UPnP網路中的可用裝置,並透過UPnP協定進行控制。而一個裝置可以提供多個服務,並且提供服務的資訊給CP。而服務為UPnP 網路中最小的單位,CP透過發出動作(action)參數給服務,可修改服務的狀態變數,而服務會將修改後的狀態變數提供給所有訂閱該服務的CPs。


UPnP 裝置間溝通的運作流程可分六個步驟,依序為:(1)Addressing (2)Discovery (3) Description (4)Control (5)Eventing (6) Presentation,分別描述如下:

(1) Addressing:
UPnP裝置在加入網路時,會要求取得一組網路位址,因此會先透過DHCP client發出DHCP Discovery訊息探測網路上是否有DHCP伺服器,並且向DHCP伺服器請求一組位址,若網路上沒有DHCP伺服器,則裝置將利用Auto IP自行產生一組IP位址。

(2) Discovery:
當裝置取得位址,會透過週期性的群播 (Multicast) discovery訊息來自我介紹,訊息內容包含了裝置本身的資訊與所包含的服務,所以CP就能夠透過discovery訊息得知有新的裝置提供服務。若加入網路的裝置是CP,則是透過單次群播搜尋網路中有興趣的裝置,並且得知該裝置所提供的服務。如果CP需要使用該裝置的服務,則會利用discovery訊息的內容向裝置取得XML格式的Description。

(3) Description:
CP透過裝置的discovery訊息內容取得描述裝置資訊與服務的XML檔案。

(4) Control:
透過description階段取得裝置與服務之描述檔。

(5) Eventing:
當有CP控制某個裝置並改變了該裝置中的服務狀態,該裝置需要通知已與它註冊的CPs。

(6) Presentation:
若裝置提供控制的網頁介面,則CP能夠透過此介面控制裝置。

UPnP AV
UPnP AV [3] 基於UPnP架構對於影音傳輸所規範的標準,UPnP AV定義了CP (Control Point) 與裝置(Device)之間的互動模式。UPnP AV架構如圖所示, UPnP AV的定義中包含三項元件,分別是(a) CP (b) MS (Media Server) (c) MR (Media Renderer),以下分別對三者進行描述:

(a) CP為協調與設定MS及MR的運作,當設定完成時,MS與MR會依照CP的設定建立連線,CP通常具備使用者介面,使用者透過此介面來設定控制MS與MR。

(b) MS主要為提供影音內容,透過家庭網路分享影音資料,使用者可以透過CP得知MS內的多媒體資料,MS可以是錄放影機、DVD撥放器、衛星/電纜接收器、CD撥放器或MP3撥放器等,MS設備上包含三種服務:CDS (Content Directory Service)、CMS (Connection Manager Service) 與AVT (AV Transport Service)。CP透過CDS服務瀏覽或搜尋MS所提供的影音目錄,其中的browse( )動作 (action)可以讓 CP得到影音內容相關的詳細資料,包含檔名、作者、檔案大小、影音的內容、影音傳輸協定與內容格式。CP 透過CMS通知MS準備一個即將開始的傳輸,若MS具有影音傳輸的服務,則透過動作回覆CP一個影音傳輸服務的識別碼(Instance ID),用以識別多個影音傳輸服務的instance,每一個影音傳輸服務的instance 代表一個由MS到MR之間連線 (connection),當CP要結束一個連線時,可以透過CMS的Connection Complete()動作釋放連線。AVT提供CP可以控制影音資料播放的動作,如停止播放、暫停播放、取得影片播放時間、設定影片播放時間等。

(c) MR為播放影音資料的設備,CP透過RCS (Rendering Control Service) 提供的動作控制MR撥放這些影音內容,包含設定畫面明亮度、對比、及調整音量等。


UPnP AV架構圖


如上圖所示,影音資料的內容由MS所提供,CP透過CDS服務的browse() 動作取得MS影音目錄,並透過AVT 服務將影音的URI通知MR,而CP也是透過AVT服務控制MR影音播放、暫停、停止等動作,至於影音資料的傳輸則是由MR透過Out-of-Band的方式與MS傳輸,影音資料的傳輸不會透過CP轉送。

參考文獻
[1] Universal Plug and Play, http://www.upnp.org/.
[2] UPnP Forum, UPnP Device Architecture 1.0, 2003.
[3] UPnP Forum, “UPnP AV Architecture v1.0”. 
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