一种新的数字家庭系统的研究与实现

摘要

随着家庭系统的数字化、网络化的发展和家庭数字产品的日益多样化，一个能对其进行统一、系统管理的系统就显得很迫切。本文在这样需求下，研究了一个基于Widget、UPnP和P2P技术的，能够统一管理家庭电子产品的网络化系统(MediaWidget)。
　　 论文首先对Widget、UPnP和P2P技术相关技术进行分析，发现当今世界对Widget、P2P和UPnP三种技术的融合应用很少涉及，并且三者在数字家庭系统的融合应用中，存在的UPnP设备在P2P网络中不可见的问题。在UPnP和P2P网络技术的基础上组建了系统承载网络，由家庭终端设备（如手机、PSP、PC等）来组建UPnP网络.由每个UPnP网络的对外网关来组建P2P Overlay，并通过UPnP设备对NAT的穿越技术，解决了发现的UPnP设备在P2P网络中不可见的问题，实现了两种网络的无缝融合。在UPnP的协议栈中加入RTP协议，使系统提供了对流媒体传输的支持；在UPnP组网过程中加入了P2POverlay的资源平衡过程，使系统中的每个Peer节点都能看到网络中的所有资源。
　　 设计了MediaWidget系统的架构，根据角色将系统分为Client和Peer两个模块。Peer主要负责会话的建立和数据的转发，通过Setup、SetupACK和SessionOK完成三次握手，建立传输通道。由其Session层建立会话表，并在会话表的建立过程中由Forward完善转发表。当数据包到来时，便可以根据会话表查找出会话号SesssionID，再由SessionID在转发表中查找出目的端的IP和端口号Port，来完成对数据的转发。Client主要负责资源的发布和数据的显示，由其子模块P2PBuffer负责接收、存储网络中的媒体数据.论文给出了数据存储方法，并在方法中引入滑动窗口机制，使数据传输更加高效、完整。对于资源的发布，给出了具体的发布方法，在方法中引入了分片的思想，将媒体分成大小约为2M的若干分片，加快了对用户的操作的响应速度。
　　 提出了多源、通道复用和源切换三种网络数据传输机制。多源可以实现同时有两个源（或以上）对一个Client提供两个不同的分片数据，或者同一分片的不同数据段，其可以达到快速缓冲的效果，在带宽有限的家庭用户而言，效率尤其明显。通道复用可以实现当一个分片的传输通道建立以后，传输完成后不是立即将其拆除，而是留给后续分片重复利用，这样提高了网络资源的利用，尤其是在用户量很大的情况下，频繁的会话建立、拆除消息也会耗用大量的网络资源。源切换可以实现数据传输过程中，如果Peer监测到传输速率小于了预先设定限制条件，则将该链路断开，并在资源列表中查找出另一个质量最高的源重新建立链路。最后实现了原型系统，针对本文研究的理论、设计的系统架构和数据处理机制进行了验证。