多媒体技术及其应用本栏目责任编辑：唐一东
Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术第 5 卷第 13 期 (2009 年 5 月)
信息家电交互模型的研究
瞿绍军，刘宏
（湖南师范大学 数学与计算机科学学院，湖南 长沙 410081）
摘要：该文从信息家电之间的动态组网、自动发现、资源共享和协同服务出发，设计了信息家电从加入网络，发现其它设备和服务，
调用服务，直至退出网络的信息家电交互模型。 通过该交互模型，信息家电之间可实现透明的连接；统一的设备和服务发现机制；统
一的设备和服务访问控制机制；标准的数据资源共享机制等。
关键词：信息家电；家庭网络；交互模型
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2009)13-3547-03
Interactive Model Research of Information Appliance
QU Shao-jun, LIU Hong
(College of Mathematics and Computer Science, Hunan Normal University, Changsha 410081,China)
Abstract: This paper from Information Appliance dynamic build network, automatic discovery, sharing of resources and coordination ser-
vices. Design of Information Appliance interactive model from joining the network, find other devices and services, call services until with-
draw from the network. Through the interactive model, Information appliances can transparent connectivity; Unified of the devices and
service discovery mechanism; Unified of the devices and services access control mechanisms; Standard data sharing mechanism.
Key words: information appliance;family network;interactive model
1 引言
随着信息技术的发展和人们生活水平的提高，家电信息化与家庭网络化的发展势在必行。 信息家电之间的互操作和信息共享
越来越受到人们的重视，如何将家庭信息孤岛连接起来，在他们之间互操作和信息共享已经是一个技术热点 [1-2]。
该文从信息家电之间的动态组网、自动发现、资源共享和协同服务出发，设计了信息家电之间的交互模型。
2 信息家电交互模型
信息家电交互模型描述了信息家电从加入网络， 发现其它设备和服
务，调用服务，直至退出网络的整个过程 [3-6]。 如图 1。
设备寻址
信息家电通过寻址来获得一个网络地址。在家庭网络中信息家电获得
IP 地址有两种方式：1) 与网络相连时由 DHCP 服务器来分配。 2) 如果没有
可用的 DHCP 服务器，家庭网络是 IPv4 网络，则利用自动 IP 寻址（Auto-
IP）来获取一个地址[7]；是 IPv6 网络则支持自动地址配置（即插即用）。
信息家电一旦具有了有效的 IP 地址， 即可通过该地址在该网络中被
定位和访问。
设备上线
信息家电在取得地址后，需发送上线宣告信息。在正常工作时，应以一
定的时间间隔向所在的网络组播发送设备在线宣告信息。设备在线宣告信
息应包含设备名称、设备类型、设备安全属性需求和设备地址等信息。
信息家电在线宣告机制采用简单服务发现协议 （SSDP） 和通用架构
（GENA）并加以扩展。
当信息家电加入到网络后，它采用组播方式向网络发送发现消息，以告知相邻设备和家庭网关，其消息定义如下：
NOTIFY * HTTP/
HOST::1900
CACHE-CONTROL:max-age = 最大宣告有效时间
LOCATION:设备描述 URL
NT:宣告设备标识符
NTS:ssdp:alive
SERVER:OS/version 协议名/版本号 product/version
USN:宣告设备标识符
……
当信息家电的配置信息发生更改时，应向网络中重新发送在线宣告消息。
收稿日期：2009-02-21
基金项目：湖南省教育厅重点项目（08A039）；湖南师范大学青年基金项目（60801）
图 1 信息家电交互模型
ISSN 1009-3044
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,, May 2009, -3549，3552
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当信息家电重新启动后，也应向网络中重发在线宣告消息。
为防止其它设备无法收到信息家电的宣告，信息家电应该定期重新发送它的宣告。 如果一个设备在收到某个信息家电宣告中
指定的最大宣告有效时间到了之后没有收到该信息家电新的宣告消息，则认为该信息家电已经离开网络。
设备注册/连接
信息家电上线后根据家庭网络的连接方式有两种工作方式。 一是网络中只有很少的信息家电，没有像家庭网关这样集中对家
庭网络设备进行管理的设备，则设备间将直接建立点到点的设备连接。 其过程如图 2。
二是在智能化家庭网络环境中，通过家庭网关对所有信息家电进行
集中控制和管理，则设备先要在家庭网关进行注册，然后通过家庭网关
与其它设备建立连接。
服务发现
信息家电在网络上可以侦听其它设备服务在线宣告消息来获取自
己感兴趣的服务。信息家电也可向其它设备和网络中所有设备发送获取
设备详细描述信息和服务查找请求来获取设备的功能和所提供的服务。
会话创建
信息家电发现服务后，要使用服务须与目标设备建立会话。 会话建
立过程中，要使用服务的信息家电需向服务所在的设备提供自己的信息
和相应的身份及用户认证信息。 只有通过认证之后，信息家电才与要使
用服务的设备建立会话，会话建立成功后，信息家电才能使用其服务。
会话创建过程如图 4。
服务使用
信息家电与要使用的服务建立会话后，信息家电可获取到的服务描
述文档中的各种接口，然后根据服务使用机制实现对设备服务的使用。
会话结束
信息家电结束对服务的使用后，信息家电即可断开与服务的会话。
设备/服务上下线事件订阅
两个设备建立连接之后，其中任何一个设备都可向对方发起事件订
阅请求以订阅设备/服务上下线事件。
要订阅设备/服务上下线事件， 订阅者需向发布者发送一个包含发
布者 URL、设备/服务标识符和设备/服务上下线事件订阅的消息。 订阅
消息还应包括要求的订阅持续时间。 面向发布者的 URL 和设备/服务标
识符可在设备描述消息中找到。
如果发布者接受订阅消息，它将返回唯一的订阅标识符和订阅持续
时间。 持续时间选择应与设备从网络上退出频度的假设相匹配；如果设
备每几分钟就会从网络中退出，那么持续时间也相应较短，以便发布者
迅速终止所有期满订阅者；如果设备的存在为半永久，那么持续时间也
应较长，从而最大限度地减少与续订相关的处理和流量。
接受订阅后，发布者应尽快向订阅者发送第一个或初始化事件消息。
为了保持订阅， 订阅者必须在设备/服务上下线事件订阅过期之前
通过发送续订消息进行续订。 续订消息被发送到与订阅消息相同的
URL，对续订消息的响应与对订阅消息的响应相同。 设备/服务上下线事
件订阅过程如图 5。
设备/服务上下线事件通知
当接收订阅请求的设备（发布者）检测到有符合订阅条件的设备/服务上下线事件发生时，发布者应发给订阅设备相应的设备/
服务上下线事件通知消息。
如果发布者的事件消息发生改变时，发布者应立即向订阅者发送事件通知消息，以便订阅者及时获取到设备的准确信息。
设备/服务上下线事件取消
订阅者向设备/服务的发布者订阅设备/服务上下线事件后， 可在事件订阅的有效期内向发布者发送取消订阅请求来结束本次
事件订阅。
当订阅者不再需要来自发布者的事件通知时，订阅者应取消其订阅。 取消订阅通常可以减少设备和网络负载。
如果一个订阅者突然从网络上退出，它可能无法再发送设备/服务上下线事件取消消息。根据规定，除非续订否则订阅最终将会
期满。
如果订阅过期，发布者应停止向订阅者发送事件通知，并清除其订阅者列表。 如果订阅者试图发送订阅消息之外的任何消息，
发布者将会以该订阅标识符失效为由而拒收此消息。
订阅者也应时刻注意来自发布者的发现消息。 如果发布者取消了其宣告，订阅者应假定其订阅已被取消。 取消订阅格式如下：
断开连接
信息家电与其它设备或网关在以下几种情况会断开连接：
图 2 建立设备连接
图 3 通过家庭网关建立设备间的连接
图 4 会话创建
图 5 设备/服务上下线事件订阅过程
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一是有一方设备离线：任何一方检测到对方离线后，应断开两个设备之间的连接。
二是由于网络连接超时,需断开两个设备之间的连接。
三是两个设备之间建立连接之后，相互之间除了进行设备在线状态检测消息以外没有别的交互，为让出网络资源，设备间应断
开连接。
四是由于设备的任何一方主动提出断开连接请求，则设备双方应立即断开连接。
设备下线
在信息家电及服务将要从网络中退出时，信息家电应该发送设备离线宣告消息以通知网络中的其它设备。 但如果信息家电是由
于断电或其它原因突然从网络中退出，它可能来不及发出离线宣告，则以到最大宣告有效时间后没有重新发出宣告认为其已经离线。
3 模拟实现
设备信息和服务信息的数据结构定义如下：
#define MAX_ID_LEN 128
#define MAX_NAME_LEN 256
/* 设备信息 */
typedef struct DeviceInformation
{
struct DeviceInformation * next;/* 指向下一个设备信息 */
char deviceId[MAX_ID_LEN];/* 设备 ID*/
char deviceName[MAX_NAME_LEN];/* 设备名称 */
char descriptionUrl[MAX_NAME_LEN];/* 设备描述 URL*/
char deviceType[MAX_ID_LEN]; /* 设备类型 */
} DeviceInformation;
/* 服务信息 */
typedef struct ServiceInformation
{
struct ServiceInformation * next; /* 指向下一个服务信息的指针 */
unsigned int length; /* 结构的总长度 */
char deviceId[MAX_ID_LEN]; /* 服务所在设备的 Id*/
unsigned int serviceId; /* 服务 Id*/
char serviceName[MAX_NAME_LEN]; /* 服务名称 */
char serviceType[MAX_ID_LEN]; /* 服务类型 */
char descriptionUrl[MAX_NAME_LEN]; /* 服务详细描述信息的 URL*/
unsigned int reserved; /* 保留字段 */
} ServiceInformation;
下面是查找设备的算法描述：
定义变量及初始化变量
设置查找范围
int return = SearchDevice(设备查找范围, 超时时间, 查找到的设备列表, 符合查找条件的设备的个数);
if (return ! = 1)
查找设备失败，并返回失败信息
else
{
查找设备成功
处理查找到的设备列表
释放资源
}
以下是服务调用算法：
定义服务调用请求信息及初始化变量
定义服务调用回答信息及初始化变量
int return =onInvokeServiceReq(会话 ID, 服务调用请求信息,调用请求消息的长度, 超时时间);
if (return ! = 1)
服务调用失败
else
{
服务调用成功
处理服务调用结果
释放服务调用结果所占用的资源
}
4 结论
通过该交互模型，信息家电之间可实现透明的连接，不仅仅只是即插即用外设模式的简单扩展，它设计用于支持零配置、不可
见联网，以及对众多厂商的广泛设备类型的自动连接；统一的设备发现、配置管理和访问控制；统一的服务发现，服务访问控制；标
准的数据资源共享机制等。 （下转第 3552 页）
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（上接第 3549 页）
参考文献：
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[2] 张志伟.家庭网络和信息家电[J].计算机工程与应用,2002(9):211-212.
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[5] Silva M J,Afonso A Information Appliances using a Resource Replication Model,International Symposium on Handheld and
Ubiquitous Computing[M].Lecture Notes in Computer Science 1707,Springer,1999:150-157.
[6] 系统结构、原理与规范[M].未乐平,薛君敖,孟洛明,译.北京:电子工业出版社,2000.
[7]
瞿绍军（1979-），男（土家族），湖南永顺人，实验师，硕士，研究方向：分布计算、信息家电；
刘宏（1963-），男，湖南涟源人，教授，硕士，研究方向：体系结构、分布式计算、人工智能、信息家电。
板引入课堂教学中能方便地产生教学需要可以通过鼠标控制的动画，创
设多种情境，引发学生学习兴趣，引导学生思考讨论。
例如: [6]在教学圆的相关问题时利用刘徽割圆术创设情境。在解决圆
周长、圆面积、球体积等类问题的时候，经常要用到圆周率л。 可以利用几
何画板做一个课件，通过键盘上“+”、“- ”改变多边形的边数，如图 8，让
学生感受无限割圆的过程。 学生通过观察，可以发现随着多边形边数的
增加多边形周长、面积与圆的周长、面积之间的关系，体会到极限的基本
含义。
与传统教具相比，几何画板具有一定的优势，在数学教学中也起到
了很大的作用。但在教学中的应用还需要进一步的研究、实践。几何画板的使用、数学实验的引入不代表摒弃传统的教学方式、也不
能代替学生的独立思考，应该更好地促进学生抽象思维、逻辑推理能力的培养。
几何画板在中学数学试卷中的应用
早些年我们画几何图形时，用 Word 来画，但对于一些复杂图形却不能解决，只能把原图复印下来，再贴在试卷上，这样试卷在
排版上显得不那么美观。 而几何画板在图形绘制上比一般的绘图软件更为精准，更符合数学的严格要求。 在中文版的坐标系功能
下，可绘制各种复杂的函数图像，它真是我们出卷的好帮手。 总之，运用几何画板参与数学教学活动，不但能激发学生的学习兴趣，
而且还能扩大教学容量。 对一个优秀的教育平台来说，主要的还是在于它能为学生营造一个激励学生创新意识的问题情境，可供学
生进行研究学习的实践平台相信我们坚持运用这个教学平台，熟能生巧，在以后的教学中会有更大的作用，它将是我们教学活动的
主要平台。
4 几何画板在中学数学教学中的误区和弊端
首先，多媒体技术在教学中的应用应该是以教学的需要为基准，它是为教学服务的，在教学中起着辅助的作用，不应以多媒体
的应用为主体而忽略了知识的传授，更应注意避免多媒体在教学中所起的负面影响。 作为现代教育技术引入课堂的几何画板也应
如此，只有恰当的应用才能收到良好的效果；其次，几何画板确实为教学提供了很大的方便，但我们在应用的时候，要充分地用它来
引导学生的学习，让它帮助学生思考，而不是代替学生思考，作为教师要给予恰当的提示，通过计算机演示实验帮助学生完成思考
过程，形成对知识的理解，而不是利用计算机直接地给出结论，否则会使学生养成过分依赖的习惯，挫伤学生的创造意识和实践能
力[7]。
总之，《几何画板》在数学课堂教学中的广泛应用和推广，不仅带来了教学内容、教学方法、教学模式的深刻变革，而且使学生接
受知识的被动地位得以改变，真正实现课堂教学中学生的主体地位和教师的主导地位，对提高学生数学素质和教师的教学能力有
着重要作用，同时也对我国的素质教育起着重要的推进作用，为国家建设培养大量高素质的综合型人才 [8]。
参考文献：
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[2] 程泽斌.“几何画板”在立体几何教学中的运用[J].科学大众,2006(9):78-79.
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图 8 多边形周长面积图形
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