Software ubiquitärer Systeme

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1 Software ubiquitärer Systeme Universal Plug and Play Olaf Spinczyk Arbeitsgruppe Eingebettete Systemsoftware Lehrstuhl für Informatik 12 TU Dortmund 1

2 Inhalt Komplexe UbiComp Middleware Universal Plug and Play (UPnP) Anwendungsszenarien Struktur Grundlegende Protokolle Demo Ausblick zu UPnP Zusammenfassung Anwendung/Programmierung Datenhaltung Middleware Betriebssystem Hardware 2

3 Inhalt Komplexe UbiComp Middleware Universal Plug and Play (UPnP) Anwendungsszenarien Struktur Grundlegende Protokolle Demo Ausblick zu UPnP Zusammenfassung 3

4 Komplexe UbiComp Middleware Einfache Middleware (letzte VL OSEK/COM+NM) Leichtgewichtig, asynchrone Kommunikation, kontextgewahr Knoten erscheinen und verschwinden im laufenden Betrieb Voraussetzung: In sich geschlossenes und homogenes Netz - z.b. statische Nummerierung der Knoten für OSEK/NM Komplexe Middleware (diese VL UPnP) Unterstützung offener Netze (potentiell auch ad-hoc Netze) Interoperabilität zwischen Geräten beliebiger Hersteller Interoperabilität mit PCs und Einbindung ubiquitärer Systeme in das Internet Unabhängigkeit von Programmiersprache, Betriebssystem und Netzwerktyp Nicht ganz so leichtgewichtig 4

5 Inhalt Komplexe UbiComp Middleware Universal Plug and Play (UPnP) Anwendungsszenarien Struktur Grundlegende Protokolle Demo Ausblick zu UPnP Zusammenfassung 5

6 UPnP Forum: Gegründet 1999 Etwa 1100 Mitglieder (2013) Firmen und Personen aus diversen Ländern Definiert und publiziert die für UPnP nötigen Spezifikationen Ziel: Enable the emergence of easily connected devices and to simplify the implementation of networks in the home and corporate environments. UPnP ist die Technologie hinter DLNA Digital Living Network Alliance Unterstützt von diversen Geräten im Unterhaltungsbereich 6

7 UPnP: Szenarien [1] The new printer Out of storage space again Mobile Speichermedien (USBPlatte, Digitale Videokamera) werden automatisch eingebunden und gesteuert. The master switch Drucker im Heimnetz werden automatisch erkannt und können umgehend benutzt werden. Diverse Geräte werden auf einmal an oder aus geschaltet, wenn man z.b. von der Arbeit kommt. It's always freezing when I wake up Wecker und Heizung über Skripte steuerbar Ereignisse können verknüpft werden... 7

8 UPnP: Strategie (1) Auschließlich Austausch von Daten (kein Code) Minimiert Kompatibiltätsprobleme Reduziert Sicherheitsprobleme Vereinbarungen bzgl. Bedeutung und Format von Daten Basis bilden bewährte und verbreitete Protokolle Gerätespezifische bzw. dienstspezifische Protokolle werden vom UPnP Forum definiert Die Implementierung der Geräte selbst ist privat UPnP ist unabhängig von Programmiersprache und Betriebssystem Ermöglicht Aktualisierung der Implementierung ohne Kommunikationspartner ebenfalls aktualisieren zu müssen 8

9 UPnP: Strategie (2) Taktisches Vorgehen Start simple ähnelt dem familienbasierten Systementwurf - Integration universeller Eigenschaften, die jeder benötigt - Erweiterungen, wenn Bedarf besteht Minimize requirements - Grundlegende Fähigkeiten von IP-Netzwerken - Ausnutzung des verbreiteten HTTP-Protokollstapels Leverage existing standard - HTTP, XML, SOAP 9

10 UPnP: Inhalt [2] Beschreibung der Kommunikationsprotokolle zwischen... Control Point - Geräte, die Dienste (Services) anderer Geräte nutzen können Device - Geräte, die Dienste bereitstellen Tatsächliche Geräte können beide logischen Funktionen beinhalten Control ControlPoint Point Device Device Service Service Control ControlPoint Point Device Device Service Service 10

11 UPnP: Devices Container für Services und Nested Devices Ein Videorekorder könnte z.b. einen Tape-Transport-Service, einen Tuner-Service und einen Clock-Service anbieten. Selbstbeschreibend Ein XML-Dokument im Device Description Format beschreibt Services und Nested Devices und kann im laufenden Betrieb ausgelesen werden. - zudem weitere Infos wie Name und Icon Zwecks Interoperabilität definiert das UPnP Forum Device-Klassen. - Internet Gateway Device, Printer Enhanced, MediaServer and MediaRenderer, Quality of Service, Printer Device and Print Basic Service, Basic Device, WLAN Access Point Device, Digital Security Camera, Device Security and Security Console, HVAC, Lighting Controls, Remote UI Client and Server, Scanner (External Activity, Feeder, Scan, Scanner) 11

12 UPnP: Services Kleinste Einheit eines UPnP-Netzes Verfügt über einen Zustand (state variables) und Zugriffoperationen (actions) Beim Clock-Service unseres Videorekorders: - current_time: aktuelle Uhrzeit (state variable) - set_time, get_time: Zugriffsoperationen (actions) Kann Interessenten bei Zustandsänderungen (events) informieren Ist selbstbeschreibend XML-Dokument im Service Description Format. Ein Zeiger (URL) zu den Service Descriptions befindet sich in der Device Description. 12

13 UPnP: Control Points Haben die Fähigkeit Geräte aufzuspüren und zu steuern. Nach dem Aufspüren: Abfrage der Gerätebeschreibung inkl. der Liste der URLs der Dienstbeschreibungen. Einlesen interessanter Dienstbeschreibungen. Verwendung der Actions eines Dienstes, um dessen Zustand zu verändern. Eintragen als Abonnent von Ereignissen des Dienstes. Den Vorgang des Suchens nach Diensten nennt man auch Service Discovery. 13

14 UPnP: Struktur UPnP Enabled Device Device Service 1 Service 2 UPnP Enabled Device Control Point Device Control Point Service UPnP Enabled Device Root Device Embedded Device Service Service 1 Service Control Server State Table Event Server Service 2 14

15 Schritte beim UPnP-Networking 3 Control 4 Eventing 5 Presentation 2 Description 1 Discovery 0 Addressing 0. Control Point und Gerät erhalten eine Adresse 1. Control Point spürt interessantes Gerät auf 2. Control Point erfährt die Gerätefähigkeiten 3. Control Point benutzt die Actions des Geräts 4. Control Point wartet auf Zustandsänderungen 5. Control Point benutzt die URL einer Konfigurationsseite und stellt diese dem Benutzer zur Verfügung 15

16 UPnP: Protokollstapel UPnP UPnPvendor vendor UPnP UPnPForum Forum UPnP UPnPDevice DeviceArchitecture Architecture HTTPU/MU HTTPU/MU GENA GENA SSDP SSDP SOAP SOAP HTTP HTTP GENA GENA HTTP HTTP UDP UDP TCP TCP IP IP 16

17 Schritte beim UPnP-Networking 3 Control 4 Eventing 5 Presentation 2 Description 1 Discovery 0* Addressing 0. Control Point und Gerät erhalten eine Adresse 1. Control Point spürt interessantes Gerät auf 2. Control Point erfährt die Gerätefähigkeiten 3. Control Point benutzt die Actions des Geräts 4. Control Point wartet auf Zustandsänderungen 5. Control Point benutzt die URL einer Konfigurationsseite und stellt diese dem Benutzer zur Verfügung 17

18 0 Addressing Control Point und Gerät erhalten eine Adresse Entweder mit Hilfe von DHCP oder durch Auto-IP Was ist Auto-IP? IETF Draft Automatically Choosing an IP Address in an Ad-Hoc IPv4 Network Microsoft: Automatic Private IP Addressing (APIPA) Schritte von Auto-IP Auswahl einer beliebigen IP-Adresse im /16 Bereich Prüfung, ob diese Adresse bereits in Benutzung ist (ARP) Ggf. wiederholen Trotzdem periodische DHCP-Anfragen 18

19 Schritte beim UPnP-Networking 3 Control 4 Eventing 5 Presentation 2 Description 1* Discovery 0 Addressing 0. Control Point und Gerät erhalten eine Adresse 1. Control Point spürt interessantes Gerät auf 2. Control Point erfährt die Gerätefähigkeiten 3. Control Point benutzt die Actions des Geräts 4. Control Point wartet auf Zustandsänderungen 5. Control Point benutzt die URL einer Konfigurationsseite und stellt diese dem Benutzer zur Verfügung 19

20 1 Discovery Control Point findet interessantes Gerät 0 Adresse ermitteln 1 Gerät erforschen Sehr einfaches Protokoll - Machen sich selbst beim Einschalten/Anschließen bekannt. - Erneuern die Bekanntmachung regelmäßig - Melden sich ab, wenn sie entfernt werden. Möglichkeit nach Geräte-/Servicetypen zu suchen Garantierte Minimalfähigkeiten Geräte Control Points - Suchen bei Bedarf - Geräte antworten - Control Points filtern passende Geräte heraus 20

21 1 Discovery: Protokollstapel UPnP UPnPvendor vendor UPnP UPnPForum Forum UPnP UPnPDevice DeviceArchitecture Architecture HTTPMU HTTPMU GENA GENA (multicast) (multicast) SSDP SSDP HTTPU HTTPU (unicast) (unicast) SSDP SSDP UDP UDP IP IP 21

22 1 Discovery: SSDP IETF Draft Simple Service Discovery Protocol Entwurfsprinzipien UDP Nutzung von Multicasts für Suche und Bekanntmachung Nutzung von Unicasts für Antworten Sehr einfaches Verfahren 22

23 1 Discovery: Bekanntmachung Wer? Gerät sendet HTTP-Multicast per UDP Wann? Geräteaktivierung oder -erneuerung Was? NOTIFY NOTIFY**HTTP/1.1 HTTP/1.1 HOST: HOST: : :1900 CACHE-CONTROL: max-age = seconds until advertisement expires LOCATION: URL for UPnP description for root device NT: search target NTS: ssdp:alive USN: advertisement UUID 1 mal pro Diensttyp mit NT == Diensttyp 1 mal pro Gerätetyp mit NT == Gerätetyp 1 mal pro Gerät mit NT == Geräte-UUID 1 mal mit NT == upnp:rootdevice 23

24 1 Discovery: Suche Wer? Control Point sendet Multicast Wann? Suche nach einem Gerät oder Dienst Was? M-SEARCH M-SEARCH**HTTP/1.1 HTTP/1.1 HOST: HOST: : :1900 MAN: "ssdp:discover" MX: seconds to delay response ST: search target ST kann Folgendes sein... - Diensttyp Gerätetyp Geräte-UUID upnp:rootdevice ssdp:all 24

25 1 Discovery: Antwort Wer? Gerät antwortet per Unicast Wann? Wenn ST zum gesuchten NT passt. Was? HTTP/1.1 HTTP/ OK OK CACHE-CONTROL: CACHE-CONTROL:max-age max-age==seconds secondsuntil untiladvertisement advertisementexpires expires LOCATION: URL for UPnP description for root device ST: search target USN: advertisement UUID einmal pro passendem NT 25

26 Schritte beim UPnP-Networking 3 Control 4 Eventing 5 Presentation 2* Description 1 Discovery 0 Addressing 0. Control Point und Gerät erhalten eine Adresse 1. Control Point spürt interessantes Gerät auf 2. Control Point erfährt die Gerätefähigkeiten 3. Control Point benutzt die Actions des Geräts 4. Control Point wartet auf Zustandsänderungen 5. Control Point benutzt die URL einer Konfigurationsseite und stellt diese dem Benutzer zur Verfügung 26

27 2 Description Control Point erfährt die Gerätefähigkeiten 0 Adresse ermitteln 1 Gerät erforschen - hole URL der Beschreibung Protokollstapel UPnP UPnPvendor vendor UPnP UPnPForum Forum 2 Hole Gerätebeschreibung UPnP UPnPDevice DeviceArchitecture Architecture - hole URL der Dienstbeschreibung HTTP HTTP Gerätefähigkeiten werden zuvor von den Geräten deklariert. TCP TCP IP IP 27

28 2 Description Geräte (Funktionseinheiten innerhalb der Geräte) Typ Physikalische Beschreibung Aktionen Zustandvariablen - Hersteller, Modell,... Logische Beschreibung - Für jeden Dienst Alle Beschreibungen in XML Herstellern ist freigestellt, beliebige Erweiterungen zu implementieren - Typ - URL der Beschreibung - URL für Steuerung - URL für Ereignisse Dienste Benutzerschnittstelle - Icons - URL für Browser-basierte interaktive Konfigurierung 28

29 2 Description: XML Was ist XML? W3C Recommendation Extensible Markup Language "Universal format for structured documents and data on the Web." - Feldnamen in <Spitzen Klammern> - Feldwerte zwischen den Namen Definiert 24 Datentypen - ui1, ui2, ui4, i1, i2, i4, int r4, r8, number, fixed.14.4, float char, string date, datetime, datetime.tz, time, time.tz boolean bin.base64, bin.hex uri uuid 29

30 2 Description: Geräte (phys.) <?xml <?xml version="1.0"?> version="1.0"?> <root <root xmlns="urn:schemas-upnp-org:device-1-0"> xmlns="urn:schemas-upnp-org:device-1-0"> <device> <device> <friendlyname>short <friendlyname>short user-friendly user-friendly title</friendlyname> title</friendlyname> <manufacturer>manufacturer <manufacturer>manufacturer name</manufacturer> name</manufacturer> <manufacturerurl>url to manufacturer <manufacturerurl>url to manufacturer site</manufacturerurl> site</manufacturerurl> <modeldescription>long <modeldescription>long user-friendly user-friendly title</modeldescription> title</modeldescription> <modelname>model name</modelname> <modelname>model name</modelname> <modelnumber>model <modelnumber>model number</modelnumber> number</modelnumber> <modelurl>url <modelurl>url to to model model site</modelurl> site</modelurl> <serialnumber>manufacturer's <serialnumber>manufacturer's serial serial number</serialnumber> number</serialnumber> <UDN>uuid:UUID</UDN> <UDN>uuid:UUID</UDN> <UPC>Universal <UPC>Universal Product Product Code</UPC> Code</UPC> <URLBase>base URL for all relative URLs</URLBase> <URLBase>base URL for all relative URLs</URLBase> <devicetype>urn:schemas-upnp-org:device:devicetype</devicetype> <devicetype>urn:schemas-upnp-org:device:devicetype</devicetype> <servicelist> <servicelist> <service> <service> <servicetype>urn:schemas-upnp-org:service:servicetype:v</servicetype> <servicetype>urn:schemas-upnp-org:service:servicetype:v</servicetype> <serviceid>urn:upnp-org:serviceid:serviceid</serviceid> <serviceid>urn:upnp-org:serviceid:serviceid</serviceid> <SCPDURL>URL to service description</scpdurl> <SCPDURL>URLfor to control</controlurl> service description</scpdurl> <controlurl>url <controlurl>url for <eventsuburl>url for control</controlurl> eventing</eventsuburl> <eventsuburl>url for eventing</eventsuburl> </service> </service>for other services (if any) go here Declarations Declarations for other services (if any) go here </servicelist> </servicelist> <devicelist>description of embedded devices (if any) go here</devicelist> <devicelist>description of embedded devices (if any) go here</devicelist> <iconlist> <iconlist> <icon> <icon> <mimetype>image/format</mimetype> <mimetype>image/format</mimetype> <width>horizontal pixels</width> <width>horizontal pixels</width> <height>vertical pixels</height> <height>vertical pixels</height> <depth>color depth</depth> <depth>color depth</depth> <url>url to icon</url> <url>url to icon</url> </icon> </icon> XML to declare other icons, if any, go here XML to declare other icons, if any, go here </iconlist> </iconlist> <presentationurl>url for presentation</presentationurl> <presentationurl>url for presentation</presentationurl> </device> </device> <specversion> <specversion> <minor>0</minor> <major>1</major> <major>1</major> <minor>0</minor> </specversion> </specversion> </root> </root> 30

31 2 Description: Geräte (log. Beschr.) <?xml version="1.0"?> <?xml version="1.0"?> <root <root xmlns="urn:schemas-upnp-org:device-1-0"> xmlns="urn:schemas-upnp-org:device-1-0"> <URLBase>base <URLBase>base URL URL for for all all relative relative URLs</URLBase> URLs</URLBase> <device> <device> <friendlyname>short user-friendly title</friendlyname> <friendlyname>short user-friendly title</friendlyname> <manufacturer>manufacturer name</manufacturer> <manufacturer>manufacturer name</manufacturer> <manufacturerurl>url to manufacturer site</manufacturerurl> <manufacturerurl>url to manufacturer site</manufacturerurl> <modeldescription>long user-friendly title</modeldescription> <modeldescription>long user-friendly title</modeldescription> <modelname>model name</modelname> <modelname>model name</modelname> <modelnumber>model number</modelnumber> <modelnumber>model <modelurl>url to modelnumber</modelnumber> site</modelurl> <modelurl>url to model site</modelurl> <serialnumber>manufacturer's serial number</serialnumber> <serialnumber>manufacturer's serial number</serialnumber> <UDN>uuid:UUID</UDN> <UDN>uuid:UUID</UDN> <UPC>Universal Product Code</UPC> <UPC>Universal Product Code</UPC> <devicetype>urn:schemas-upnp-org:device:devicetype <devicetype>urn:schemas-upnp-org:device:devicetype :v</devicetype> :v</devicetype> <servicelist> <servicelist> <service> <service> <servicetype>urn:schemas-upnp-org:service:servicetype:v</servicetype> <servicetype>urn:schemas-upnp-org:service:servicetype:v</servicetype> <serviceid>urn:upnp-org:serviceid:serviceid</serviceid> <serviceid>urn:upnp-org:serviceid:serviceid</serviceid> <SCPDURL>URL <SCPDURL>URL to to service service description</scpdurl> description</scpdurl> <controlurl>url <controlurl>url for for control</controlurl> control</controlurl> <eventsuburl>url for <eventsuburl>url for eventing</eventsuburl> eventing</eventsuburl> </service> </service> Declarations Declarations for for other other services services (if (if any) any) go go here here </servicelist> </servicelist> <devicelist>description <devicelist>description of of embedded embedded devices devices (if (if any) any) go go here</devicelist> here</devicelist> <iconlist> <iconlist> <icon> <icon> <mimetype>image/format</mimetype> <mimetype>image/format</mimetype> <width>horizontal pixels</width> <width>horizontal pixels</width> <height>vertical pixels</height> <height>vertical pixels</height> <depth>color depth</depth> <depth>color depth</depth> <url>url to icon</url> <url>url to icon</url> </icon> </icon> XML to declare other icons, if any, go here XML to declare other icons, if any, go here </iconlist> </iconlist> <presentationurl>url for presentation</presentationurl> <presentationurl>url for presentation</presentationurl> </device> </device> <specversion> <specversion> <minor>0</minor> <major>1</major> <major>1</major> <minor>0</minor> </specversion> </specversion> </root> </root> 31

32 2 Description: Geräte (Benutzerschn.) <?xml version="1.0"?> <?xml version="1.0"?> <root <root xmlns="urn:schemas-upnp-org:device-1-0"> xmlns="urn:schemas-upnp-org:device-1-0"> <device> <device> <URLBase>base URL for all relative URLs</URLBase> <URLBase>base URL for all relative URLs</URLBase> <friendlyname>short user-friendly title</friendlyname> <friendlyname>short user-friendly title</friendlyname> <manufacturer>manufacturer name</manufacturer> <manufacturer>manufacturer name</manufacturer> <manufacturerurl>url to manufacturer site</manufacturerurl> <manufacturerurl>url to manufacturer site</manufacturerurl> <modeldescription>long user-friendly title</modeldescription> <modeldescription>long user-friendly title</modeldescription> <modelname>model name</modelname> <modelname>model name</modelname> <modelnumber>model number</modelnumber> <modelnumber>model <modelurl>url to modelnumber</modelnumber> site</modelurl> <modelurl>url to model site</modelurl> <serialnumber>manufacturer's serial number</serialnumber> <serialnumber>manufacturer's serial number</serialnumber> <UDN>uuid:UUID</UDN> <UDN>uuid:UUID</UDN> <UPC>Universal Product Code</UPC> <UPC>Universal Product Code</UPC> <devicetype>urn:schemas-upnp-org:device:devicetype</devicetype> <devicetype>urn:schemas-upnp-org:device:devicetype</devicetype> <servicelist> <servicelist> <service> <service> <servicetype>urn:schemas-upnp-org:service:servicetype:v</servicetype> <servicetype>urn:schemas-upnp-org:service:servicetype:v</servicetype> <serviceid>urn:upnp-org:serviceid:serviceid</serviceid> <serviceid>urn:upnp-org:serviceid:serviceid</serviceid> <SCPDURL>URL to service description</scpdurl> <SCPDURL>URLfor to control</controlurl> service description</scpdurl> <controlurl>url <controlurl>url for <eventsuburl>url for control</controlurl> eventing</eventsuburl> <eventsuburl>url for eventing</eventsuburl> </service> </service>for other services (if any) go here Declarations Declarations for other services (if any) go here </servicelist> </servicelist> <devicelist>description of embedded devices (if any) go here</devicelist> <devicelist>description of embedded devices (if any) go here</devicelist> <iconlist> <iconlist> <icon> <icon> <mimetype>image/format</mimetype> <mimetype>image/format</mimetype> <width>horizontal <width>horizontal pixels</width> pixels</width> <height>vertical <height>vertical pixels</height> pixels</height> <depth>color <depth>color depth</depth> depth</depth> <url>url to icon</url> <url>url to icon</url> </icon> </icon> XML XML to to declare declare other other icons, icons, ifif any, any, go go here here </iconlist> </iconlist> <presentationurl>url <presentationurl>url for for presentation</presentationurl> presentation</presentationurl> </device> </device> <specversion> <specversion> <major>1</major> <major>1</major> <minor>0</minor> <minor>0</minor> </specversion> </specversion> </root> </root> 32

33 2 Description: Dienst (Aktionen) <?xml <?xml version="1.0"?> version="1.0"?> <scpd <scpd xmlns="urn:schemas-upnp-org:service-1-0"> xmlns="urn:schemas-upnp-org:service-1-0"> <actionlist> <actionlist> <action> <action> <name>actionname</name> <name>actionname</name> <argumentlist> <argumentlist> <argument> <argument> <name>formalparametername</name> <name>formalparametername</name> <direction>in <direction>in xor xor out</direction> out</direction> <retval <retval /> /> <relatedstatevariable>statevariablename</relatedstatevariable> <relatedstatevariable>statevariablename</relatedstatevariable> </argument> </argument> Declarations Declarations for for other other arguments arguments (if (if any) any) go go here here </argumentlist> </argumentlist> </action> </action> Declarations Declarations for for other other actions actions (if (if any) any) go go here here </actionlist> </actionlist> <servicestatetable> <servicestatetable> <statevariable sendevents= yes xor no > <statevariable sendevents= yes xor no > <name>variablename</name> <name>variablename</name> <datatype>variable datatype</datatype> <datatype>variable datatype</datatype> <defaultvalue>default value</defaultvalue> <defaultvalue>default value</defaultvalue> <allowedvaluerange> <allowedvaluerange> <minimum>minimum value</minimum> <minimum>minimumvalue</maximum> value</minimum> <maximum>maximum <maximum>maximum value</maximum> <step>increment value</step> <step>increment value</step> </allowedvaluerange> </allowedvaluerange> </statevariable> </statevariable> <statevariable sendevents= yes xor no > <statevariable sendevents= yes xor no > <name>variablename</name> <name>variablename</name> <datatype>variable data type</datatype> <datatype>variable data type</datatype> <defaultvalue>default value</defaultvalue> <defaultvalue>default value</defaultvalue> <allowedvaluelist> <allowedvaluelist> value</allowedvalue> <allowedvalue>some <allowedvalue>some value</allowedvalue> <allowedvalue>some value</allowedvalue> <allowedvalue>some value</allowedvalue> </allowedvaluelist> </allowedvaluelist> </statevariable> </statevariable> Declarations for other state variables (if any) go here Declarations for other state variables (if any) go here </servicestatetable> </servicestatetable> <specversion> <specversion> <minor>0</minor> <major>1</major> <major>1</major> <minor>0</minor> </specversion> </specversion> </scpd> </scpd> 33

34 2 Description: Dienst (Variablen) <?xml <?xml version="1.0"?> version="1.0"?> <scpd <scpd xmlns="urn:schemas-upnp-org:service-1-0"> xmlns="urn:schemas-upnp-org:service-1-0"> <actionlist> <actionlist> <action> <action> <name>actionname</name> <name>actionname</name> <argumentlist> <argumentlist> <argument> <argument> <name>formalparametername</name> <name>formalparametername</name> <direction>in xor out</direction> <direction>in xor out</direction> <retval /> <retval /> <relatedstatevariable>statevariablename</relatedstatevariable> <relatedstatevariable>statevariablename</relatedstatevariable> </argument> </argument> Declarations for other arguments (if any) go here Declarations for other arguments (if any) go here </argumentlist> </argumentlist> </action> </action> for other actions (if any) go here Declarations Declarations for other actions (if any) go here </actionlist> </actionlist> <servicestatetable> <servicestatetable> <statevariable <statevariable sendevents= yes sendevents= yes xor xor no > no > <name>variablename</name> <name>variablename</name> <datatype>variable <datatype>variable datatype</datatype> datatype</datatype> <defaultvalue>default <defaultvalue>default value</defaultvalue> value</defaultvalue> <allowedvaluerange> <allowedvaluerange> <minimum>minimum <minimum>minimum value</minimum> value</minimum> <maximum>maximum <maximum>maximum value</maximum> value</maximum> <step>increment <step>increment value</step> value</step> </allowedvaluerange> </allowedvaluerange> </statevariable> </statevariable> <statevariable sendevents= yes xor no > <statevariable sendevents= yes xor no > <name>variablename</name> <name>variablename</name> <datatype>variable data type</datatype> <datatype>variable data type</datatype> <defaultvalue>default value</defaultvalue> <defaultvalue>default value</defaultvalue> <allowedvaluelist> <allowedvaluelist> value</allowedvalue> <allowedvalue>some <allowedvalue>some value</allowedvalue> <allowedvalue>some value</allowedvalue> <allowedvalue>some value</allowedvalue> </allowedvaluelist> </allowedvaluelist> </statevariable> </statevariable> Declarations for other state variables (if any) go here Declarations for other state variables (if any) go here </servicestatetable> </servicestatetable> <specversion> <specversion> <minor>0</minor> <major>1</major> <major>1</major> <minor>0</minor> </specversion> </specversion> </scpd> </scpd> 34

35 2 Description: Dienst (Variablen) <?xml <?xml version="1.0"?> version="1.0"?> <scpd <scpd xmlns="urn:schemas-upnp-org:service-1-0"> xmlns="urn:schemas-upnp-org:service-1-0"> <actionlist> <actionlist> <action> <action> <name>actionname</name> <name>actionname</name> <argumentlist> <argumentlist> <argument> <argument> <name>formalparametername</name> <name>formalparametername</name> <direction>in xor out</direction> <direction>in xor out</direction> <retval /> <retval /> <relatedstatevariable>statevariablename</relatedstatevariable> <relatedstatevariable>statevariablename</relatedstatevariable> </argument> </argument> Declarations for other arguments (if any) go here Declarations for other arguments (if any) go here </argumentlist> </argumentlist> </action> </action> for other actions (if any) go here Declarations Declarations for other actions (if any) go here </actionlist> </actionlist> <servicestatetable> <servicestatetable> <statevariable sendevents= yes xor no > <statevariable sendevents= yes xor no > <name>variablename</name> <name>variablename</name> <datatype>variable datatype</datatype> <datatype>variable datatype</datatype> <defaultvalue>default value</defaultvalue> <defaultvalue>default value</defaultvalue> <allowedvaluerange> <allowedvaluerange> <minimum>minimum value</minimum> <minimum>minimumvalue</maximum> value</minimum> <maximum>maximum <maximum>maximum value</maximum> <step>increment value</step> <step>increment value</step> </allowedvaluerange> </allowedvaluerange> </statevariable> </statevariable> <statevariable <statevariable sendevents= yes sendevents= yes xor xor no > no > <name>variablename</name> <name>variablename</name> <datatype>variable <datatype>variable data data type</datatype> type</datatype> <defaultvalue>default <defaultvalue>default value</defaultvalue> value</defaultvalue> <allowedvaluelist> <allowedvaluelist> <allowedvalue>some <allowedvalue>some value</allowedvalue> value</allowedvalue> <allowedvalue>some value</allowedvalue> <allowedvalue>some value</allowedvalue> </allowedvaluelist> </allowedvaluelist> </statevariable> </statevariable> Declarations Declarations for for other other state state variables variables (if (if any) any) go go here here </servicestatetable> </servicestatetable> <specversion> <specversion> <minor>0</minor> <major>1</major> <major>1</major> <minor>0</minor> </specversion> </specversion> </scpd> </scpd> 35

36 Schritte beim UPnP-Networking 3* Control 4 Eventing 5 Presentation 2 Description 1 Discovery 0 Addressing 0. Control Point und Gerät erhalten eine Adresse 1. Control Point spürt interessantes Gerät auf 2. Control Point erfährt die Gerätefähigkeiten 3. Control Point benutzt die Actions des Geräts 4. Control Point wartet auf Zustandsänderungen 5. Control Point benutzt die URL einer Konfigurationsseite und stellt diese dem Benutzer zur Verfügung 36

37 3 Control Control Point benutzt die Actions des Geräts Protokollstapel UPnP UPnPvendor vendor 0 Adresse ermitteln 1 Gerät erforschen UPnP UPnPForum Forum 2 Hole Gerätebeschreibung UPnP UPnPDevice DeviceArchitecture Architecture - hole URL der Dienstbeschreibung SOAP SOAP 3 Sende Actions an das Gerät HTTP HTTP TCP TCP IP IP 37

38 3 Control: SOAP Was ist SOAP? IETF Draft Simple Object Access Protocol "Lightweight, XML-based protocol for exchange of information in a decentralized, distributed environment." - Definiert einer Rahmen für XML-Nachrichten (Envelope) - Wird insbesondere für XML-basierte RPCs benutzt. 38

39 3 Control: Action aufrufen Wer? Control Point Wann? Um eine Action eines Geräts aufzurufen Was? POST POST path path of of control control URL URL HTTP/1.1 HTTP/1.1 HOST: HOST: host host of of control control URL:port URL:port of of control control URL URL CONTENT-TYPE: CONTENT-TYPE: text/xml; text/xml; charset="utf-8" charset="utf-8" SOAPACTION: SOAPACTION: "urn:schemas-upnp-org:service:servicetype:v#actionname" "urn:schemas-upnp-org:service:servicetype:v#actionname" <s:envelope xmlns:s=" s:encodingstyle=" <s:body> <u:actionname xmlns:u="urn:schemas-upnp-org:service:servicetype:v"> <argumentname>in arg value</argumentname> other in args and their values (if any) go here </u:actionname> </s:body> </s:envelope> 39

40 3 Control: Action Resultat Wer? Gerät Wann? Action durchgeführt Was? HTTP/1.1 HTTP/ OK OK CONTENT-TYPE: CONTENT-TYPE: text/xml; text/xml; charset="utf-8" charset="utf-8" <s:envelope <s:envelope xmlns:s=" xmlns:s=" s:encodingstyle=" s:encodingstyle=" <s:body> <s:body> <u:actionnameresponse xmlns:u="urn:schemas-upnp-org:service:servicetype:v"> <argumentname>out arg value</argumentname> other out args and their values (if any) go here </u:actionnameresponse> </s:body> </s:body> </s:envelope> </s:envelope> 40

41 Schritte beim UPnP-Networking 3 Control 4* Eventing 5 Presentation 2 Description 1 Discovery 0 Addressing 0. Control Point und Gerät erhalten eine Adresse 1. Control Point spürt interessantes Gerät auf 2. Control Point erfährt die Gerätefähigkeiten 3. Control Point benutzt die Actions des Geräts 4. Control Point wartet auf Zustandsänderungen 5. Control Point benutzt die URL einer Konfigurationsseite und stellt diese dem Benutzer zur Verfügung 41

42 4 Eventing Control Point wartet auf Zustandsänderungen 0 Adresse ermitteln 1 Gerät erforschen 2 Hole Gerätebeschreibung - hole URL der Dienstbeschreibung 4 Abonniere Ereignisse des Geräts Einfaches Push Model Protokollstapel UPnP UPnPvendor vendor UPnP UPnPForum Forum UPnP UPnPDevice DeviceArchitecture Architecture HTTP HTTP GENA GENA TCP TCP IP IP 42

43 4 Eventing: GENA Was ist GENA? IETF Draft General Event Notification Architecture "Send and receive notifications using HTTP over TCP/IP and administratively-scoped multicast UDP." - SUBSCRIBE - Sich als Abonnent registrieren - UNSUBSCRIBE - Sich abmelden - NOTIFY - Signalisierung einer Geräteverfügbarkeit - Signalisierung einer Zustandsänderung Das Publisher/Subscriber-Modell ist generell für ubiquitäre Systeme vorteilhaft, da eine lose Kopplung von Sender und Empfänger erreicht wird. Das klassische Client/Server-Modell führt zu einer engen Kopplung. 43

44 4 Eventing: Abonnieren (subscribing) Wer? Control Point Wann? Voraussetzung für den Empfang von Ereignissen Was? SUBSCRIBE SUBSCRIBE publisher publisher path path HTTP/1.1 HTTP/1.1 HOST: HOST: publisher publisher host:publisher host:publisher port port CALLBACK: <delivery URL> NT: upnp:event TIMEOUT: Second-requested subscription duration 44

45 4 Eventing: Abonnement akzeptiert Wer? Gerät Wann? Abonnement wird akzeptiert Was? HTTP/1.1 HTTP/ OK OK SID: SID:uuid:subscription-UUID uuid:subscription-uuid TIMEOUT: TIMEOUT:Second-actual Second-actualsubscription subscriptionduration duration Das Gerät antwortet außerdem sofort mit einem speziellen initialen Event, das die Werte aller beobachteten Variablen enthält. 45

46 4 Eventing: Benachrichtigung (notify) Wer? Das Gerät Wann? Eine Zustandsvariable wurde geändert. Was? NOTIFY NOTIFYdelivery deliverypath pathhttp/1.1 HTTP/1.1 HOST: HOST:delivery deliveryhost:delivery host:deliveryport port CONTENT-TYPE: CONTENT-TYPE:text/xml text/xml NT: upnp:event NTS: upnp:propchange SID: uuid:subscription-uuid SEQ: event key <e:propertyset xmlns:e="urn:schemas-upnp-org:event-1-0"> <e:property> <variablename>new value</variablename> </e:property> Other variable names and values (if any) go here </e:propertyset> 46

47 Schritte beim UPnP-Networking 3 Control 4 Eventing 5* Presentation 2 Description 1 Discovery 0 Addressing 0. Control Point und Gerät erhalten eine Adresse 1. Control Point spürt interessantes Gerät auf 2. Control Point erfährt die Gerätefähigkeiten 3. Control Point benutzt die Actions des Geräts 4. Control Point wartet auf Zustandsänderungen 5. Control Point benutzt die URL einer Konfigurationsseite und stellt diese dem Benutzer zur Verfügung 47

48 5 Presentation Control Point benutzt die URL einer Konfigurationsseite und stellt diese dem Benutzer zur Verfügung 0 Adresse ermitteln 1 Gerät erforschen 2 Hole Gerätebeschreibung - hole URL der Dienstbeschreibung 5 Lade Präsentationsseite Protokollstapel UPnP UPnPvendor vendor UPnP UPnPDevice DeviceArchitecture Architecture HTTP HTTP TCP TCP IP IP Mehr ist hier nicht festgelegt, um die Hersteller nicht einzuschränken 48

49 Inhalt Komplexe UbiComp Middleware Universal Plug and Play (UPnP) Anwendungsszenarien Struktur Grundlegende Protokolle Demo Ausblick zu UPnP Zusammenfassung 49

50 Inhalt Komplexe UbiComp Middleware Universal Plug and Play (UPnP) Anwendungsszenarien Struktur Grundlegende Protokolle Demo Ausblick zu UPnP Zusammenfassung 50

51 UPnP Nachfolger: DPWS ( Device Profile for Web Services ) Verfolgt zusätzlich folgende Ziele: Nutzung von Web Service-Technologien - Services werden mittels WSDL beschrieben Integration von ubiquitären Geräten in Geschäftsprozesse Erhöhte Sicherheit DPWS wurde von Microsoft vorgeschlagen (2004) und in Windows Vista und Windows Embedded implementiert 51

52 Inhalt Komplexe UbiComp Middleware Universal Plug and Play (UPnP) Anwendungsszenarien Struktur Grundlegende Protokolle Demo Ausblick zu UPnP Zusammenfassung 52

53 Zusammenfassung: UPnP... ist eine komplexe Middleware für ubiquitäre Systeme unterstützt die Suche nach Diensten im Netz (Service Discovery) die Beschreibung von Geräten und Diensten mittels XML die Steuerung von Diensten durch Actions (mittels SOAP) das Abonnieren von Ereignissen (mittels GENA) ist programmiersprachen- und betriebssystemunabhängig hat einen vergleichsweise hohen Ressourcenverbrauch benutzt diverse Internet-Protokolle basiert auf XML als Standardaustauschformat und SOAP adressierte anfangs nicht das Thema Sicherheit 53

54 Literatur [1] [2] Microsoft Corporation, White Paper: Understanding Universal Plug and Play, 06/2000. UPnP Forum, UPnP Device Architecture 1.0,