基於OSGi平台提供无缝隙内容转移服务

基於OSGi平台提供無縫隙內容轉移服務廖明沂α賴俊維α楊竹星α,*羅孟彥βα國立成功大學電機系暨電腦與通信工程研究所β國立高雄應用科技大學資訊工程系*[e-mail]摘要隨著電腦與網際網路的發展，電腦科技帶給人們便利的生活，而為了使電腦科技廣泛的融入生活，人們構思將電腦科技與網路結合家庭設備與提供更便利的生活。OSGi(OpenServiceGatewayinitiative)標準提供一個開放性的平台，用以整合與管理家庭的設備、資源、網路與提供多樣化的服務。而透過UPnP(UniversalPlugandPlay)協定，管理系統能夠輕易的知道設備的存在並管理設備所提供的資源，因此，本研究之目的為基於OSGi平台與UPnP協定，提出無縫隙內容轉移服務的系統，當家庭成員正在欣賞影片或聆聽音樂時，需要移動位置到家庭的其他房間，系統能夠在其他房間提供接續的內容服務。關鍵詞：服務轉移、OSGi、UPnPAV、內容分享。AbstractWiththegrowingofcomputerandInternet,computertechnologybringsconvenientlifeforhuman.Inordertoblendthecomputersciencewithlife,peoplethinkhowtocombinethecomputertechnologyandnetworkwiththeappliancestoprovidebetterlife.TheproposedOpenServiceGatewayinitiative(OSGi)standardprovidesopenplatform,peopleintegratethefamilyequipments,resourceandhomenetworkswithOSGiplatformtosupplyvariousservices.WithUniversalPlugandPlay(UPnP)protocol,themanagementsystemgetstheresponsesfromequipments,andknowstheexistenceofequipments.ThemanagementsystemcouldmanagetheresourcebasedonUPnPprotocol.Therefore,thepurposeofthisworkistoproposeaseamlessmultimediamigrationservicesystembasedonOSGiandUPnPprotocol.Ifthefamilymemberhastogotoanotherroominthehousewhilethevideoisongoing,theproposedsystemisabletodoseamlessservicemigrationtoprovidethecontinuouscontentserviceinotherroom.Keywords:Servicemigration,OSGi,UPnPAV,Contentsharing.1.Introduction隨著資訊與網路科技的快速發展，廣為佈署的網路建設帶來更便利的生活，藉由家庭設備與網路的結合，透過網路增加家庭設備與人的互動，並且賦予家電智慧，能夠自我偵測錯誤與自動通報維修公司，避免以往因電器損毀或短路而造成火災，提供人們舒適與便利的居家生活。透過OSGi(OpenServiceGatewayinitiative)平台能夠整合家庭網路的環境、提供服務之間資訊的分享、管理家庭設備與資源。而遵守UPnP(UniversalPlugandPlay)協定規範的裝置則是能主動加入網路、取得網路位址，簡化了人們設定裝置的過程，使得裝置更容易操作。本論文的架構與內容如下所述：第一章介紹OSGi平台與UPnP通訊協定等相關背景，第二章是服務轉移的應用概念，在第三章描述我們所設計的系統架構與流程，第四章說明系統實作，最後的部份是此研究的總論與未來研究工作。1.1OSGiplatformOSGi[1][7][8][9]標準是1999年由OpenServiceGatewayInitiative協會制定的標準，圖1為OSGi架構圖，ExecutionEnvironment為JVM虛擬平台，OSGi規格是依據Java平台所制定的，而Bundle由一個Java的JAR檔案所組成，JAR主要是由Javaclass檔所構成，Bundle與Bundle之間可以透過Import使用其他Bundle的Export資源，而透過Export可釋出資源與其他Bundle分享。因此，只要是基於Bundle所設計的服務就能夠達到服務的資源分享。Security是基於Java2security所制定，Module在Bundle與Bundle間使用彼此制定的JavaPackages規則。而Lifecycle定義了Bundle的生命週期，包括已安裝、等待啟動、啟動、執行、停止、取消安裝。Service是定義動態的合作模式，Bundle可以將本身的Service註冊於ServiceRegistry，因此，其他的Bundle就能夠經由ServiceRegistry獲知所需要的服務。Security圖1OSGi架構圖圖2為Bundle狀態轉換示意圖，INSTALL狀態表示已經成功載入Bundle，RESOLVED狀態表示Bundle所需要的class皆能夠使用，代表已經載入的Bundle準備好能夠進入STARTING狀態或是剛從STOPPING狀態轉換到RESOLVED狀態。在STARTING狀態中，Bundle已經是啟動的，並且會呼叫BundleActivator.startmethod。在ACTIVE狀態的Bundle處於正在運作中的情況，並且已呼叫過BundleActivator.startmethod。STOPING狀態表示Bundle正在停止，並且已經呼叫過BundleActivator.stopmethod。最後UNINSTALLED狀態代表Bundle已經卸載，於是Bundle的狀態也已經無法繼續轉移。uninstallresolverefreshupdatestart圖2Bundle狀態轉換圖1.2UPnPUPnP[11][12]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ZeroConfiguration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(controlpoint)、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DHCPclient發出DHCPDiscovery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AutoIP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。1.3UPnPAVUPnPAV[13]基於UPnP架構對於影音傳輸所規範的標準，UPnPAV定義了CP(ControlPoint)與裝置(Device)之間的互動模式。UPnPAV架構如圖3所示，UPnPAV的定義中包含三項元件，分別是(a)CP(b)MS(MediaServer)(c)MR(MediaRenderer)，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(ContentDirectoryService)、CMS(ConnectionManagerService)與AVT(AVTransportService)。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(InstanceID)，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ConnectionComplete()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(RenderingControlService)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。圖3UPnPAV架構圖如圖3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。2.MultimediaServiceMigration本研究之系統提供使用者多媒體服務之無縫隙轉移(Seamlessmigration)，假設使用者原本於甲空間使用影音服務，當使用者移動到乙空間時，系統能夠跟隨使用者，將服務轉移(Servicemigration)到乙空間，透過無縫隙的服務轉移達成提供的多媒體內容不中斷目的。我們將研究情境(scenario)定義為單人與多人模式兩種，圖4是一個單人使用服務的情境，著色背景的空間為目前提供使用者服務的地點，小華下班後在客廳收看棒球影片，但是因為節目的播放時間長度超過用餐時間，於是要移動到廚房用餐，因此系統需要協助將服務由客廳轉移至廚房，小華由客廳到廚房所花費的間隔時間為△T，若小華離開客廳時，已經播放的影片長度為T1，那麼小華到了廚房時，影片長度就已經播放到