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基于 UPnP 的 IPTV 平台多屏互动实现
李腾1，王晓平2**
作者简介：李腾（1988-），男，山东人，硕士，主要研究方向为宽带移动互联网
通信联系人：王晓平（1963-），女，教授级高工，中国电信北京研究院资深经理兼副总工，北京邮电大学
兼职教授，主要研究方向：宽带与移动通信网
（1. 北京邮电大学信息与通信工程学院，北京 100876；
2. 中国电信北京研究院） 5
摘要：本文在 UPnP 远程访问架构基础上提出了一种适用于 IPTV 平台的远程访问架构，通过
UPnP 远程网关服务器代理转发 UPnP消息，可以实现手机/平板等设备对 IPTV 机顶盒的访问
和控制，从而实现手机屏、平板和电视屏之间的业务导航、跨屏播控，极大丰富了 IPTV 的
业务应用。 10
关键词：计算机应用技术；UPnP；多屏互动；IPTV；远程访问
中图分类号：
UPnP Based Multi-Screen Interaction Implement of IPTV
Platform 15
LI Teng
1
, WANG Xiaoping
2
(1. School of Information and Communictaion Engineering, Beijing University of Posts and
Telecommucations, Beijing 100876;
2. China Telecom Corporation Beijing Reseach Institue)
Abstract: This paper present an UPnP remote access architecture on the IPTV platform based on 20
the standard UPnP Remote Architecure. The remote UPnP messages were sent via UPnP Remote
Gateway. This can realize mobile phone or tablet devices access and control the Set-top Box of
IPTV, so as to realize the business between mobile phone, tablet, and television screen navigation,
multi-screen interactioin play control, which greatly enriched the IPTV business applications.
Key words: computer application technology; UPnp; Multi-Screen Interaction;IPTV;Remote 25
Access
0 引言
IPTV 是运营商基于宽带网络向家庭用户推出的视音频娱乐业务，主要面向 TV 终端，
通过 IPTV 机顶盒或智能电视接入。近年来，随着三网融合的推进和信息技术的发展，IPTV30
逐步向多屏互动方向发展。多屏互动所指的是，基于 UPnP 协议或闪联协议等，通过 WIFI
网络连接，在不同多媒体终端上，进行多媒体（音频，视频，图片）内容的传输、解析、展
示、控制等一系列操作，在不同平台设备上同时共享展示内容，丰富用户的多媒体生活。
UPnP 是由通用即插即用论坛（UpnP Forum）提出的一套网络协议，该协议的目标是使
家庭网络和公司网络中的各种设备能够智能互连互通。 35
本文基于 UPnP 协议，在 IPTV 平台上提出了一种多屏互动实现方案，可以实现手机、
平板和 IPTV 机顶盒之间的业务导航、跨屏播控等业务，丰富了 IPTV 的业务应用。
1 UpnP 简介
UPnP 网络架构
UPnP 标准是基于现有网络 TCP/IP 协议，让支持 TCP/IP 的设备可以相互沟通，而不需40
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要另外做其他的设定动作[1]。一个 UPnP 网络通常由设备（device）、服务（service）和控制
点（control point）三部分构成。设备是服务的提供者，分为根设备和嵌入式设备，一个设
备可以包含零个或多个嵌入式设备、零个或多个服务，控制点是 UPnP 网络中对设备和服务
进行操作的载体。
用户通过控制点来查找设备，要求设备提供控制点所需要的服务，服务是通过控制点对45
设备进行操作之后，执行相应的指令来完成的。
UPnP 工作流程
UPnP 定义了设备之间、设备和控制点、控制点之间通讯的协议。完整的工作过程需要
处理六个方面的内容，即寻址、发现、描述、控制、事件以及展示[2]。
（1）寻址：寻址是整个 UPnp 过程的基础，UPnP 设备加入网络后首先向 DHCP 服务器50
发送 DHCPDISCOVER 消息，如果在指定时间内没有收到有效的 DHCPOFFERS 响应，设备
必须使用 Auto-IP 自动配置 IP。
（2）发现：UPnP 设备通过 SSDP 协议多播端口向网络中发送 NOTIFY 消息公布自身
的设备和所能提供的服务。当控制点加入网络后，可以向 SSDP 协议的多播端口发送
M-SEARCH 消息搜寻网络中感兴趣的设备。 55
（3）描述：设备发现中公布的只是设备和服务的少量信息，如类型、标识符和设备描
述文件 URL 等。如果网络中存在对这些设备和服务感兴趣的控制点则需要发送描述请求，
以获取设备描述文件和服务描述文件等。设备描述文件（）包括制造商信息、
服务列表等，根据设备描述文件，控制点可以进一步取得设备服务描述文件，主要有音视频
传输服务 、渲染控制服务 、和连接管理服务 等。 60
（4）控制：控制点获取设备的描述信息后，它就可以对此设备进行控制。控制点向服
务的 URL 发送一个动作请求，对设备的某些状态进行修改，使用的 SOAP 协议，成功返回
预期控制结果，不成功则返回错误信息。
（5）事件：控制点接入网络后开始监听设备的状态变化，当设备中服务的状态发生改
变时，服务会发布实践消息。这些消息以 XML 的形式进行租住，控制点可以订阅器感兴趣65
的消息。
（6）展示：如果设备提供了用于展示自己的 URL，那么控制点可以从此 URL 中获取
设备的页面，使得用户可以根据页面提供的功能控制或者浏览设备的状态。
2 数字家庭网络
数字家庭网络 70
家庭多媒体网络[3]基于 IP，通过有线或无线网络连接家庭内部各个终端以及与外部公网
互联的系统，能够提供多媒体、数据、话音、控制管理等功能，通过家庭多媒体网络可以与
Internet 互联、实现 VOD 点播、提供海量存储和个性化的信息服务，能够实现影音娱乐、电
信以及广播业务、控制和监视功能，数字家庭网络结构如图 1 所示。
家庭网络主要是由家庭网关、各类家电设备和智能终端设备组成。家庭网关是家庭网络75
的核心，其主要功能是完成内部信息共享。家庭网络中存在的设备比较多样化，设备各自使
用不同的协议，所能提供的服务也不一样，网关通过协调这些设备及服务以给用户使用。家
庭网关的另一功能是作为家庭内网和公网连接的控制点，保护内部网络中的信息不被破坏的
同时给内网和外网提供一个信息交流的接口。家电设备和智能设备是家庭网络的组成部分，
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提供各种家庭内部网络服务。 80
电话
家庭综合接入服务网关STB
电话以太网无线接入电力线接入
打印机
数据存
放硬盘
信息服
务器
摄像机 家庭电脑
手机、平板
液晶控
制器 窗帘
环境控
制器
洗衣机、空调 冰箱、电视机
家庭防火墙
Internet数据互联
网接入设备
Internet服务
ICP
ISP家庭服务器
远程控制
图 1 数字家庭网络的组成
家庭网络的访问控制
UPnP 论坛制定了因特网网关设备的架构体系，主要包括广域网侧设备和局域网侧设备。
UPnP 家庭网络中，设备在局域网内发送 SSDP-NOTIFY 消息来多播自身及自身所能提供的85
服务，而控制点所处的位置可以分为以下两种情况[4]。
1）控制点位于家庭网络内，如图 2（a），可以直接发送 M-SEARCH 消息来请求服务
和感兴趣的设备，设备接收到消息后会首先查找自身所能提供的服务，如果能提供服务就回
复 HTTP 200 OK；如果没有能提供所需服务的设备，则不进行任何操作。
2）控制点位于家庭网络之外，如图 2（b），则需要通过 Internet 来访问家庭网络的成90
员。
CP控制点
家庭网关
家庭网络内部
设备 CP控制点
家庭网关
家庭网络内部
设备
Internet
（a） 控制点在局域网内部 （b） 控制点在Internet
图 2 控制点所处位置
针对这种场景，UPnP 论坛提出了 UPnP 远程访问（UPnP Remote Access, URA）。
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安全传输通道
发现代理 发现代理
UPnP设备
/控制点
UPnP设备
/控制点
UDA发现 UDA发现
发现消
息同步
描述、控制、事
件、展示
95
图 3 UPnP RA 远程访问架构
URA 使得远程 UPnP 设备或 UPnP 控制点可连接到家庭网络，并与家庭网络中的 UPnP
设备进行交互[5]。URA 中的发现消息由发现代理服务器实现，家庭网络中的 UPnP 设备需要
将设备描述信息发送给发现代理服务器，并由发现代理服务器实现设备的发现这一过程。其
他过程与家庭网络内的 UPnP 设备一致。 100
3 IPTV 平台远程访问架构
IPTV 是利用宽带网的基础设施，在用户端安装 IPTV 机顶盒，以家用电视机作为终端
显示设备，集互联网、多媒体、通信等多种技术于一体，通过 IP 协议向家庭用户提供包括
数字电视在内的交互式数字媒体服务的技术。IPTV 业务主要包括视频点播、时移电视、视
频直播、游戏、信息服务、通信服务、远程教育、互动广告、机顶盒上网那个浏览等[6]。 105
IPTV 机顶盒对手机/平板等通过 3G 接入互联网的设备而言处于局域网中，手机、平板
没法对家庭网络内的 IPTV 机顶盒进行直接访问，该场景类似图 2（b），需要采用 UPnP 远
程访问架构。与标准 UPnP 远程访问架构不同的是，IPTV 平台上的远程访问所有消息（描
述、控制、事件、展现）都需要经过代理。
Control
Point
Media
Render
UPnP远程
服务网关
（URG）
Control
Point
媒体平
台
手机、平板远程操
控方
手机、平板、
近场操控方
代理UPnP消息
近场UPnP消息
媒体访问（非UPnP）
110
图 4 IPTV 平台上的远程访问架构
图 4 所示为 IPTV 平台上的远程访问架构，包括以下实体[7]：
手机/平板：主要功能为操控设备，在 UPnP 架构中是一个控制点，它们发现 UPnP 设备
（如机顶盒）、解析设备中提供的服务、提供设备媒体内容导航、并控制其他设备进行媒体
展示。 115
IPTV 机顶盒：主要功能为“媒体展示”。在 UPnP 架构中，是一个媒体渲染器（Media
Render）角色。它提供设备发现、服务列表、播放控制接口供控制点调用，并且将机顶盒自
有的媒体播放功能与相应的 UPnP API 挂接，使得手机、平板可以通过跨屏操控实现媒体播
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放。
UPnP 远程服务网关（UPnP Remote Gateway, URG）：URG 的功能是控制位于互联网中120
的 UPnP 设备的绑定、代理转发 UPnP 交互消息；要求 URG 可以接入 IPTV 专网。URG 为
逻辑实体，可嵌入其他设备中。
媒体平台：泛指各种存放媒体库的平台，包括 IPTV 平台、视频内容聚合平台等。媒体
平台非 UPnP 实体，终端可以通过平台提供的接口访问媒体。
4 UPnP 实现甩屏业务的流程 125
利用 UPnP 实现 IPTV 平台的多屏互动有以下几个步骤：绑定、发现、描述、控制。
绑定：绑定关系由 URG 维护，手机、Pad 等通过扫描二维码、输入验证码等方式实现
和 IPTV 机顶盒之间的绑定，URG 将手机、Pad 发送的 UPnP 消息转发给具有绑定的关系的
机顶盒。
发现：手机、Pad 向 URG 发送单播 M-SEARCH，请求机顶盒的设备描述文件130
的 URL，若机顶盒关机则返回错误；
描述：根据 的 URL 获取描述文件，并根据 取得服务描述
文件 、、；
控制：依据获取到的服务描述文件对机顶盒进行控制，如 AVT::Play、AVT::Seek 等，
实现跨屏播控。 135
具体流程如下：
URG
手机平
板 STB
开机注册 开机注册
进入绑定功能
请求认证码
设备认证码输入或识别认证码，请求
绑定
匹配认证码，完成绑定
M-SEARCH(单播)
应答
(RootDevice,RCS,CM,AVT)
节目导航、播
放，开始甩屏
CM::PrepareForConnection
IPTV平台
接入IPTV平台
GET SCPD
SCPD(RCS,CM,AVT)
AVT::SetTransportURI
AVT::Play
CM::PrepareForConnection
AVT::SetTransportURI
AVT::Play/Pause/Stop
与IPTV进行交互，开始播放/暂停/停止AVT::Seek
AVT::Seek
与IPTV进行交互，跳转RCS::GetAllowedTranforms
RCS::SetVolume
调节音量
CM::ConnectionComplete
CM::ConnectionComplete
与IPTV进行交互，断开连接
图 5 甩屏业务流程
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流程说明： 140
1. 机顶盒开机向 URG 注册，包含 STBID、IP 地址和机顶盒 UPnP 设备描述文件地址
等信息；客户端打开后，也同时向 URG 平台注册，注册信息包含设备型号+MAC
地址信息，用户 URG 对设备的唯一标识。
2. 用户操控机顶盒进入设备绑定功能页，机顶盒向 URG 请求绑定注册码，URG 平台
生成绑定认证码，返回给机顶盒；机顶盒显示该认证码，提供给用户完成绑定操作。145
认证码的形式可为文本、包含码字的图片、条码、二维码等。
3. 用户在客户端上进入相应绑定功能页面，输入（或通过扫面条形码、二维码等方式）
在机顶盒显示的认证码，提交确认。
4. URG 平台处理客户端提交的认证码，在注册的机顶盒唯一认证码中进行匹配，找
出带绑定的机顶盒，若查找成功，URG 进行两设备的绑定，并向客户端返回相应150
的信息；若查找失败（如用户输入错误），则向机顶盒返回错误页面，流程中止；
5. 对于已有绑定关系的设备，手机、平板向 URG 发起 M-SEARCH 请求与之绑定的
机顶盒的设备、服务描述信息；与标准 UPnP 不同的是此处的 M-SEARCH 为单播
消息，而非组播。
6. 手机、平板进行正常业务导航，播放预览，而后进行甩屏操作； 155
7. 手机、平板发起 UPnP 请求 CM::PrepareForConnection、AVT::SetTransportURI、
AVT::Play、AVT:Stop 等，由 URG 转发给 IPTV 机顶盒，并将响应转发给手机、
平板。
8. IPTV 机顶盒在 UPnP 消息控制下，与 IPTV 平台进行交互，执行指定的操作如 Play、
Stop、Seek 等。 160
9. 手机、平板调用 CM::ConnnectionComplete 关闭连接。
5 结论
本文提出了一种基于 UPnP 的 IPTV 多屏互动实现方案，该方案可以解决家庭网络与公
网之间设备互通的问题，从而实现内容共享。通过该方案可以实现 IPTV 的跨屏业务导航、
节目预览、跨屏播放等业务，同时也可以实现其他业务，例如可以将手机中的视频、照片等165
多媒体内容通过 URG 分享到电视屏[8]。在进行多屏互动时，手机、平板与机顶盒之间只有
UPnP 消息的交互，播放所需的媒体流均来自 IPTV，保证了用户的观看体验。不会因为用户
所处网络带宽不足或点播内容码率限制而造成用户体验下降的情况。在此方案中 URG 不仅
可以代理转发 UPnP 消息，而且可以转发私有协议，完成 IPTV 平台付费点播、影片购买等
功能。 170
虽然该方案可以保证用户体验，但同时也存在一些不足。由于该方案加入了 URG 模块，
在甩屏之前需要对手机、平板和机顶盒设置绑定关系，也需要对不同平台的内容进行聚合整
理，业务实现上比较复杂。如何在保证用户体验的基础上建立一套简单灵活的业务实现是我
们下一步将考虑的问题，同时如何将来势汹汹的 OTT 纳入我们的多屏互动实现也是一个值
得思考的问题。 175
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