潘 甦，顏秉偉

(南京郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院，南京 210003)

0 引言

未來(lái)傳感網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，將極大地改變?nèi)藗兊纳?，貼近生活的家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)是最利于體現(xiàn)傳感網(wǎng)價(jià)值和愿景的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用之一。家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)中的各種電子終端，如，移動(dòng)筆記本、數(shù)字電視、攝像機(jī)、智能手機(jī)等能夠?qū)崿F(xiàn)資源感知、智能控制與資源共享，電視機(jī)能感知到有手機(jī)終端或筆記本終端接入到網(wǎng)絡(luò)，能感知并且播放其中的圖片或視頻資源;手機(jī)能感知和獲取電腦中的圖片并通過(guò)彩信發(fā)送。這樣的場(chǎng)景便利了人們的生活，體現(xiàn)了傳感網(wǎng)的價(jià)值。

目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有一些關(guān)于構(gòu)建家庭網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)組織，如，由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備商組成的組織OSGi;由IT類廠商為主的組織“數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟”(DLNA)。其中比較具有代表性的是DLNA聯(lián)盟，DLNA制訂了一個(gè)技術(shù)框架，從而實(shí)現(xiàn)所有家庭移動(dòng)信息終端的互連互通，達(dá)到資源共享和拓展服務(wù)的目的。

一般來(lái)說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)上述場(chǎng)景，每個(gè)終端應(yīng)具有網(wǎng)絡(luò)接入、資源廣播和共享和服務(wù)應(yīng)用等能力。在DLNA的基本框架內(nèi)，提出了Android平臺(tái)智能移動(dòng)終端(含Android平板電腦和手機(jī))的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)互聯(lián)、資源廣播和共享的軟件實(shí)現(xiàn)方法，配合適當(dāng)應(yīng)用軟件(如播放器軟件)，能完成數(shù)字家庭智能網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)愿景。

1 移動(dòng)終端的智能入網(wǎng)機(jī)制

DLAN支持不同的底層網(wǎng)絡(luò)連接，如 Zigbee、Wifi等，Wifi應(yīng)用最廣，本文給出Android平臺(tái)的移動(dòng)智能終端以Wifi為底層的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)方法。

1.1 Android系統(tǒng)下的Wifi適配程序開發(fā)

Android系統(tǒng)下的Wifi模塊大致要經(jīng)過(guò)初始化、啟動(dòng)、接入點(diǎn)掃描和IP地址配置四個(gè)階段才能接入一個(gè)無(wú)線Wifi網(wǎng)絡(luò)。

在Android系統(tǒng)中，主要有以下幾個(gè)管理單元，如圖 1 所示[1]。

Wifimanager提供API接口，可管理Wifi的連接及使用情況，如:Wifi的啟動(dòng)或者禁止、請(qǐng)求掃描接入點(diǎn)(AP)和返回網(wǎng)絡(luò)配置參數(shù)列表等。

Wifiservice(Wifi網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)或者禁止時(shí))通過(guò)廣播方式發(fā)出事件消息告知上層應(yīng)用程序，Wifiservice主要負(fù)責(zé)對(duì)WifiMonitor和wpa-supplicant的進(jìn)程進(jìn)

圖1 Wifi模塊的主要管理單元

在進(jìn)行AP掃描以及AP參數(shù)配置時(shí)，主要完成以下工作:

Wifi模塊執(zhí)行AP掃描函數(shù)startScan()(實(shí)質(zhì)是給wpa-supplicant發(fā)送SCAN命令);

wpa-supplicant接收處理SCAN命令，并向控制通道發(fā)送事件通知掃描結(jié)束，Wifiwaitforevent函數(shù)接收到該事件后，WifiMonitor中的相應(yīng)函數(shù)被調(diào)用來(lái)處理該事件;行初始化及禁止，并且向wpa-supplicant發(fā)出命令。

WifiMonitor負(fù)責(zé)接收wpa-supplicant發(fā)出的各種事件通知，然后WifiStateTracker廣播各種行為。

Wifi模塊啟動(dòng)時(shí)，主要完成以下工作:

用戶按下Wifi按鈕后，WirelessSettings應(yīng)用程序會(huì)調(diào)用WifiEnabler的onPreferenceChange;

WifiEnabler函數(shù)調(diào)用WifiManager的setWifiEnabled接口函數(shù);

WifiService向自身發(fā)送一條MESSAGE-ENABLE-Wifi消息完成真正的使能工作(裝載Wifi內(nèi)核模塊，啟動(dòng) wpa-supplicant，WifiStateTracker啟動(dòng)WifiMonitor中的監(jiān)視線程);

使能成功后，廣播發(fā)送Wifi-STATE-CHANGEDACTION消息通知外界Wi-Fi已經(jīng)成功啟動(dòng)。Wifi模塊的啟動(dòng)過(guò)程，如圖2所示。

圖2 Wifi模塊的啟動(dòng)過(guò)程

WifiStateTracker發(fā)送廣播消息，在WifiLayer注冊(cè)接收SCAN-RESULTS-AVAILABLE-ACTION，相關(guān)處理函數(shù)handleScanResultsAvailable被調(diào)用，在該函數(shù)中，得到AP掃描的結(jié)果[2];

每一個(gè)掃描返回的AP，WifiLayer會(huì)調(diào)用Wifi-Settings的onAccessPointSetChanged函數(shù)，從而最終把該AP加到GUI顯示列表中。AP掃描及AP參數(shù)配置過(guò)程，如圖3所示。

圖3 AP掃描以及AP參數(shù)配置過(guò)程

在進(jìn)行Wifi連接及配置IP地址時(shí)，主要完成以下工作:

WifiLayer向wap-supplicant發(fā)送LIST-NETWORK命令(檢測(cè)AP之前是否已被配置)。若wpa-supplicant沒有AP的配置信息，則向wpa-supplicant發(fā)送命令添加該AP，WifiLayer得到返回的networkId，并向wpa-supplicant發(fā)送連接該AP的命令，并保存該AP配置信息為以后使用，若wpa-supplicant成功連接上AP，wpa-supplicant向控制通道發(fā)送事件通知，然后執(zhí)行WifiMonitor中的MonitorThread處理該事件;

WifiMonitor調(diào)用 WifiStateTracker的 notifyState-Change函數(shù)，WifiStateTracker向自身發(fā)送消息啟動(dòng)DHCP去獲取IP地址，DHCP獲取IP地址后，會(huì)發(fā)送確認(rèn)消息，當(dāng)WifiLayer收到確認(rèn)消息后，廣播發(fā)送確認(rèn)消息并且附帶獲取IP地址的完整信息，WifiLayer中注冊(cè)此Intent的接受者，并調(diào)用handle-NetworkStateChanged函數(shù)處理消息。調(diào)用函數(shù)成功后Android系統(tǒng)的IP地址配置結(jié)束，Android系統(tǒng)開始具有Wifi上網(wǎng)功能。IP地址配置示意圖，如圖4所示。

圖4 IP地址配置

1.2 移動(dòng)終端的智能入網(wǎng)機(jī)制

DLNA技術(shù)作為智能家庭網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)日漸成熟，但是目前商業(yè)領(lǐng)域還沒有大范圍應(yīng)用的DLNA商業(yè)網(wǎng)絡(luò)，DLNA網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)還是主要集中于家庭環(huán)境中。這里人工配置一個(gè)Wifi網(wǎng)絡(luò)(命名為DLNA共享網(wǎng)絡(luò))，這是運(yùn)用DLNA技術(shù)實(shí)現(xiàn)Android智能終端資源共享的前提。本軟件在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要利用了AP掃描時(shí)的函數(shù)反饋參數(shù)SSID和IP地址，并在最后選擇連接網(wǎng)絡(luò)時(shí)，后臺(tái)選擇接入配置好的DLNA共享網(wǎng)絡(luò)。

Android手機(jī)啟動(dòng)本軟件后，根據(jù)下面的匹配原則自動(dòng)接入DLNA共享網(wǎng)絡(luò)。匹配參數(shù)是通過(guò)Android已有的基類函數(shù)獲得:由ScanResult()函數(shù)得到反饋的網(wǎng)絡(luò)名稱(SSID)，由getDhcpInfo()函數(shù)的反饋結(jié)果得到網(wǎng)絡(luò)的IP地址。因此有下面兩種方法進(jìn)行后臺(tái)選擇，如圖5所示。

圖5 資源共享軟件的自動(dòng)入網(wǎng)方式

方式一:網(wǎng)絡(luò)名稱(SSID)自動(dòng)接入方式。本軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中人工設(shè)置的DLNA網(wǎng)絡(luò)名稱為“DLNA共享網(wǎng)絡(luò)”，根據(jù)Wifi在AP掃描過(guò)程中得到的SSID號(hào)，就可以利用網(wǎng)絡(luò)名稱匹配來(lái)設(shè)置自動(dòng)接入DLNA共享網(wǎng)絡(luò);

方法二:IP地址自動(dòng)接入方式。在IP地址配置時(shí)設(shè)置自動(dòng)接入DLNA共享網(wǎng)絡(luò)。

軟件在啟動(dòng)之后，利用系統(tǒng)函數(shù)的反饋結(jié)果，后臺(tái)自動(dòng)接入DLNA共享網(wǎng)絡(luò)。Android智能終端接入該網(wǎng)絡(luò)之后，利用DLNA技術(shù)(一些現(xiàn)有協(xié)議的集合體)，相互之間可以互相識(shí)別并且共享資源。

2 資源共享軟件設(shè)計(jì)

2.1 平臺(tái)搭建以及軟件主要功能規(guī)劃

本軟件在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，利用現(xiàn)有設(shè)備(支持DLNA的無(wú)線路由器、Android手機(jī)和 DHCP服務(wù)器等)搭建了試驗(yàn)平臺(tái)，主要想法有兩個(gè):其一，利用DHCP服務(wù)器和無(wú)線路由搭建簡(jiǎn)易的DLNA共享網(wǎng)絡(luò);其二，開發(fā)的軟件在Android手機(jī)上不斷測(cè)試以達(dá)到預(yù)期效果。

本款資源共享軟件的核心功能有兩個(gè):把某一終端的多媒體資料復(fù)制到其他終端或者把其他終端的多媒體資料復(fù)制到某一終端、播放多媒體文件。

本軟件支持的多媒體資料格式有限，主要是DLNA標(biāo)準(zhǔn)支持的音頻、視頻及圖片格式。圖片格式主要有JPEG、GIF和TIFF;音頻格式主要有LPCM、AAC、MP3和 WMA9;視頻格式主要有 MPEG2、MPEG-1、MPEG-4和 AVC。

2.2 軟件框架設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn)

本款資源共享軟件有幾個(gè)主要的邏輯功能要實(shí)現(xiàn):一是接入DLNA共享網(wǎng)絡(luò)的終端能夠互相識(shí)別;二是終端自身的資源劃分與定位;三是各終端的連接建立與資源共享。因此，本款資源共享軟件的大致設(shè)計(jì)框架，如圖6所示。

圖6 資源共享軟件的邏輯功能模塊

(1)基于SSDP協(xié)議的Android智能終端的互相發(fā)現(xiàn)

軟件在初始化完成后，Android智能終端自動(dòng)接入DLNA共享網(wǎng)絡(luò)[3]，然后打開一個(gè)固定端口(根據(jù)DLNA標(biāo)準(zhǔn)是1900端口)，并在此端口上監(jiān)聽有無(wú)消息。此消息有兩種:一種是宣告消息，一種是退出消息(兩種消息格式均由SSDP規(guī)定)。在固定端口收到消息后，本軟件對(duì)消息進(jìn)行解包(解包方法根據(jù)SSDP協(xié)議的規(guī)定字段設(shè)計(jì))，解包過(guò)程中可以獲得另一終端的IP地址，若收到的是宣告消息，則說(shuō)明除了本終端外，在DLNA共享網(wǎng)絡(luò)上還有另一智能終端，軟件立即對(duì)終端中的設(shè)備列表進(jìn)行更新(將該終端加入設(shè)備列表)。如果對(duì)消息進(jìn)行解包后，發(fā)現(xiàn)是退出消息，即表明有終端關(guān)閉了本軟件，這時(shí)只需要更新設(shè)備列表(在設(shè)備列表中刪除該終端)即可。

(2)終端中的資源劃分與定位

本軟件主要針對(duì)多媒體資源進(jìn)行劃分定位。劃分原則分為圖片(A)、音頻(B)、視頻(C)三大類，每一大類下根據(jù)格式的不同再分為不同的小類，在每一小類中根據(jù)其大小進(jìn)行排序并標(biāo)號(hào)，大的資源位置靠前，具體劃分見表1。

表1 終端中的資源劃分

舉例來(lái)說(shuō)，如果終端上有JPEG格式的圖片兩張，大小分別為3.8 M和5.2 M，根據(jù)上述分類原則，這兩張圖片的標(biāo)號(hào)分別為A010002和A010001。如有其他資源、不同格式，可根據(jù)上面的分類方式進(jìn)行分類。

在排序、分類完成后，軟件還需要為每個(gè)資源進(jìn)行定位，最終的效果是每個(gè)資源都擁有一個(gè)URL進(jìn)行定位，這些分類及定位消息存儲(chǔ)在終端的Configuration.xml的XML文檔中，從而為請(qǐng)求服務(wù)的終端提供某終端的所有資源信息[4]。

(3)連接建立

在鏈接建立之前，終端可以被配置成Server模式或者Client模式，終端在Server模式下可以為其他終端提供多媒體資源，而終端在Client模式下可以請(qǐng)求其它終端的服務(wù)。

Server模式[5]的配置思路，如圖7所示。

圖7 Server模式配置過(guò)程

終端(資源共享方)被配置成Server模式，需要在固定端口上監(jiān)聽有無(wú)鏈接請(qǐng)求，如果有鏈接請(qǐng)求，根據(jù)請(qǐng)求的消息內(nèi)容，該終端為發(fā)出請(qǐng)求的終端提供資源服務(wù)。

如果本終端收到了其他終端的鏈接請(qǐng)求，會(huì)在鏈接-響應(yīng)消息中給出答復(fù):同意或者拒絕鏈接。如果同意對(duì)方的鏈接請(qǐng)求，終端還需要將自己資源定位的情況回復(fù)給發(fā)出請(qǐng)求的終端，供其參考選擇哪些資源。這里本軟件特地設(shè)計(jì)了一條資源聲明參數(shù)消息，將資源序號(hào)及對(duì)應(yīng)的資源名稱發(fā)送給已同意其鏈接請(qǐng)求的終端。這樣，某終端就可以直接對(duì)某些資源提出共享請(qǐng)求。

同樣的，終端還可以配置成Client模式(該終端可以請(qǐng)求其他終端的資源，因此是資源請(qǐng)求方)，配置的總體思路，如圖8所示。

圖8 Client模式配置過(guò)程

終端有三種配置方式，配置成Client模式可以請(qǐng)求其他 Android智能設(shè)備的資源服務(wù)，配置成Server模式則可以為其他終端提供資源;配置成Client-Server模式則兼有兩者作用。這里的設(shè)計(jì)方法是提供一個(gè)列表供用戶選擇，有三個(gè)選項(xiàng):Client模式、Server模式及Client-Server模式。用戶在打開該軟件之后，可以選擇將Android終端配置成哪種方式，并且可以在這幾種模式之間來(lái)回切換。

(4)基于SOAP方式的智能終端之間的數(shù)據(jù)傳輸

在某終端發(fā)出連接請(qǐng)求并建立鏈接之后，資源請(qǐng)求方與資源共享方通過(guò)遠(yuǎn)程調(diào)用的SOAP方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。其基本方式是Client端通過(guò)XML方式給予Server端一個(gè)Action，然后Server端將結(jié)果反饋給Client端。

如果某一Android終端被配制成了Client模式，可向某Server模式的Android終端發(fā)出資源請(qǐng)求，在資源請(qǐng)求消息中含有資源的URL信息，Client端在收到遠(yuǎn)程調(diào)用請(qǐng)求之后，將該資源通過(guò)HTTP方式出送給Client端。在本軟件的設(shè)計(jì)中，這部分資源傳輸是通過(guò)經(jīng)典的Client-Server方式的Socket編程實(shí)現(xiàn)的。

2.3 資源共享軟件現(xiàn)階段成果介紹

目前本軟件的核心功能已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，Client模式下終端已經(jīng)能監(jiān)聽端口并發(fā)現(xiàn)Server模式終端的多媒體資源，并可調(diào)用自身的多媒體播放器進(jìn)行播放。

在后期的資源共享軟件的測(cè)試過(guò)程中，本款資源共享軟件完成了預(yù)期的大部分功能，并專門設(shè)計(jì)了控制臺(tái)進(jìn)行調(diào)試，如圖9～11所示。

在調(diào)試過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)有些地方還需要優(yōu)化，比如:針對(duì)鏈接建立后數(shù)據(jù)傳輸速度不穩(wěn)定的情況還需要繼續(xù)優(yōu)化，界面美化列表還沒有完成。本項(xiàng)目后期會(huì)通過(guò)前文所述的資源劃分對(duì)Client模式下終端發(fā)現(xiàn)的不同資源作出界面歸類，為用戶呈現(xiàn)一個(gè)更為友好的界面。

圖11 Client模式下終端多媒體資源文件的發(fā)現(xiàn)(視頻、音頻和圖片)

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于Android智能終端來(lái)說(shuō)，開發(fā)資源共享軟件可以實(shí)現(xiàn)很多的便利，兩Android終端之間可以共享圖片、音頻和視頻等多媒體資源，并可以調(diào)用多媒體播放器。這不僅是一款基于Android系統(tǒng)的資源共享軟件，對(duì)于DLNA技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也是一次拓展。

[1]Google.Android Developers[EB/OL].[2008-12].http://developer.android.com/.

[2]Code Home.Android-An Open Handset Alliance Project[EB/OL].http://code.google.com/android/what is android.html，2008.

[3]HESSELMAN CRISTIAN，CESAR P，VAISHNAVI I，et al.Delivering Interactive Multimedia Services in Dynamic Pervasive Computing Environments:Proceedings of the 1st International Conference on Ambient Media and Systems，Quebec，Canada，2008[C].

[4]UPnP Device Architecture Ver l.O[S].Microsoft Corp.，Jun 13，2000.

[5]STEINKE BERND.High Definition Multimedia Display Architecture for Tiny Mobile Smartphones[C].In Mobi-Media’07:Proceedings of the 3rd International Conference on Mobile Multimedia Communications，Brussels，Belgium，Belgium，2007.