UPnP

結合家庭網路的智慧型手持式裝置
資策會嵌入式系統實驗室廖政順
	近一 兩年，由於投入個人數位助理器(PDA)研發的廠商增加。因此個人數位數理器的價錢持續下降，功能也不斷提昇，廠商在產品上已經逐漸跳脫單純的個人數位助 理器功能，而傾向整合其他相關功能，例如手機通話功能、無線上網功能等。在個人數位助理器逐漸往通訊領域發展時，原來在手機領域有龐大市場的 NOKIA、Motorola以及 Ericsson 等也推出了擁有PDA功能的手機。我們可以發現，以後不論是個人數位助理器或是手機，在功能上將會越來越相近，界線越來越模糊。我們可以簡單的將這一類結 合個人數位助理器與通訊功能的裝置稱為智慧型手持式裝置。
	講到這裡，讀者一定很奇怪，那麼智慧型手持式裝置與家庭的應用領域上有何關聯呢？家裡多的是電器用品，難不成手持式裝置已經聰明到可以與家電產品溝通 了？沒錯！現在，資策會正有一群人，積極的與其他公司合作，讓智慧型手持式裝置不再只是資料處理器、隨身娛樂器或者是隨身通訊設備，而是一個可以與家庭/ 家電網路結合，更貼近使用者需求的智慧型手持式裝置。
	在了解手持式裝置如何應用於家庭環境之前，就請您隨著筆者的文章先來了解手持式裝置如何應用於家庭網路以及家電用品是如何架構自己的網路。最後我們再一起了解，智慧型手持式裝置是如何與家電網路來互動的。
	手持式裝置與家庭網路
	隨著網際網路的興盛，讓大多數的家庭有了上網的裝置。接著，智慧型手持式裝置也可以透過無線網路存取的方式加入了家庭網路，並且可以透過家庭的網路設 備(例如: Access Point)連上網際網路來存取網路資源了。當手持式裝置與家庭網路相連接之後，我們也希望手持式裝置不僅僅只是透過家庭網路上網，更進一步的希望手持式 裝置就如同一般的桌上型電腦一般可以使用其他的電腦設備。那要如何可以讓手持式裝置來存取設備呢？筆者現在介紹一下在手持式裝置上可以達到此一目的的通訊 協定。
	1. UPnP
	圖 1：UPnP 的裝置架構
	UPnP 是 Universal Plug and Play 的縮寫。看到 Plug and Play 的名詞，有沒有讓讀者想到微軟？沒錯！UPnP 與PnP一樣都是由微軟所倡導的，而且都是強調隨插即用的觀念。只不過微軟把原來的 Plug and Play 的觀念擴大到任何一種裝置上，因此便加上了 Universal 的字眼。意味著，以後只要裝置有支援 UPnP 的話，那裝置間便可以透過 UPnP 來互相溝通了。換句話說，使用者的手持式裝置與其他設備如果都支援 UPnP 的話，那麼使用者就可以很方便的使用這些設備了。UPnP 是架構於一般的 HTTP/UDP/TCP/IP 之上，因此只要可以上網的裝置幾乎都可以安裝 UPnP 的通訊協定在上面。其裝置架構圖如圖 1。
	2. Jini
	圖 2: Jini 的 Discovery
	Jini 是由 Sun Microsystem 所倡導的。他是利用 Java 的技術來查詢以及傳送服務到 Client 上。當 Client 取得所需要的 Service 之後，便有權利可以使用當初要求的 Service 了。Jini 的角色分成三種，那就是 Client、Service Provide以及 Lookup Service。其架構如圖 2所示。
	由以上簡短的介紹，我們可以發現 UPnP 以及 Jini 在架構上有很大的差異，但是他們的目的都是一樣的，那就是讓裝置與裝置之間透過一定的協定來溝通，藉此減少使用者需要介入設定參數的麻煩，以達到隨插即用的目的。
	家電網路
	當大家對於家庭網路越來越熟悉之後，漸漸地大家也在想--家裡的這麼多電器用品，是不是也可以像網際網路一樣的連接在一起呢？串接在一起之後，家電用 品間是不是就能夠可以自行互動，使用者也可以更方便的控制家裡的電器了呢！？但是家電用品要利用什麼樣的傳輸媒介呢？如果額外新增一個傳輸媒介，不僅增加 成本，而且安裝上也變的比較複雜。所以最好的方式就是利用電源線來做為傳輸媒介，因為電器用品都是與電源迴路有所連接。筆者以下簡介目前在電源電路上使用 的通訊協定。
	1. Simple Control Protocol
	Simple Control Protocol (SCP) 是由微軟提出來的。微軟在提出 UPnP 之後，有鑑於在一般的電器用品上實在是不需要實作 TCP/UDP/IP 等複雜的網路通訊協定，因此便以 UPnP 的架構實作一個簡單的控制通訊協定。這個通訊協定就是 SCP。它是可以在不同媒介上來使用的，但微軟目前還是專注電源電路上的應用。
	由於它與 UPnP 擁有同樣的裝置架構(請參考圖 1)，因此這兩個通訊協定是可以透過一個閘道器來互相溝通的。也就是說，只要有一個閘道器，UPnP 與 SCP 的網路便能夠互通。
	2. ECHONET
	ECHONET 是 Energy Conservation and Homecare Network 的縮寫，當初訂定的時候就鎖定在家用裝置上。由於家裡的家電用品可能是利用電話線、電源線、紅外線或者是低功率的無線電來連接，所以ECHONET便著重於要讓這些傳輸介面要能夠互通。ECHONET 的網路架構圖如圖 3所示，我們可以了解同一種連接方式的電器用品會在同一個 Subnet 底下，而每個 Subnet 間是利用 ECHONET 的 Router 來作銜接，最後如果要將訊息丟到既有網路上的話，再透過一個 ECHONET Gateway 即可。
	圖 3: ECHONET 的網路架構圖
	3. LonWorks
	LonWorks 的通訊協定涵蓋了 ISO/OSI 的七層協定，並且已經經過數過國際組織認可成為控制網路上的標準之一。也由於 LonWorks 涵蓋了 ISO/OSI 的七層協定，因此它也可以將控制命令透過閘道器經由網際網路傳送到另一端的 LonWorks 網路上，並且再經由網際網路取得回應的狀態值。我們可以由圖 4了解 LonWorks 裝置不僅可以在內部網路傳遞訊息，也可以很方便的透過網際網路來傳遞訊息。
	圖 4: LonWorks 的網路架構
	從以上三種應用於電源網路的架構來看，可以發現它們的特點都是採開放式的架構，而且也可以將該通訊協定以及架構應用於其他的傳輸媒介上。雖然出發點以及架 構上各有不同，但是它們都考慮到使用者所需要的便利性，以及不同裝置間的互通功能。所以如果不考慮其成本，站在使用者的角度來看，以上三者都可以符合使用 者的需求並且應用於目前的生活上。
	智慧型手持裝置與家庭/家電網路
	在了解了智慧型手持裝置在家庭網路的關係以及家電網路之後，讀者會不會想要把兩種網路合併在一起呢？如果兩種網路合在一起之後，那智慧型手持式裝置不就 可以在家庭網路上來控制家電網路呢？而且家電網路如果有任何訊息產生，不也可以主動的通知使用者嗎？目前由資策會嵌入式系統實驗室與國內廠商合作來結合家 庭網路以及家電網路，為的就是讓使用者可以利用智慧型手持式裝置來與家電產品溝通。整個架構的示意圖如圖 5。我們可以看到圖形的左半邊是由家庭的電源網路所構成的，右半邊的部分就是利用既有家庭網路架構。兩個網路是以一個 Router 來連接。從圖 5來看，使用者可以利用家裡的個人電腦連上家庭網路或是智慧型手持式裝置利用 Wireless LAN連上家庭網路然後在連接到電源網路。甚至於智慧型手持式裝置也可以利用 GPRS / GSM 連上 Internet 後再連回家庭網路來取得與電源網路的連接，這樣也可以與家裡的家電產品取得互動。 我們可以想像一下，以後只要拿著手持式裝置，不論您身在何處，家電的開關就在您身邊，您在也不需要為了打開房間的冷氣而進房間了。
	圖 5: 智慧型手持式裝置與家庭/家電網路的連接
	為了讓讀者更了解智慧型手持式裝置與家庭/家電網路連接後所帶來的好處，筆者用一個簡單的使用情境來說明：
	1. 有一天小明放學回家，進門之後，他的智慧型手持裝置收到一個由冰箱送來的訊息，告訴他冰箱上有一個留言訊息。 2. 小明在往冰箱的路上，即刻用他的手持式裝置將客廳的冷氣打開。 3. 小明走到冰箱前面聽到媽媽的留言：「小明，衣服洗好要記得去晾喔！我和爸爸先出去一下，晚上一起到外面吃飯。」這時候小明的手持式裝置上彈出了一個訊息：「衣服清洗完畢通知。」因此小明便知道洗衣機已經將衣服洗好了。 4. 小明在晾衣服時，這時候手持式裝置彈出了！訊息，內容為「第二號冷氣機發生不明故障，錯誤碼為 0x1EBF，請通知專人處理。」接著小明就直接將這個訊息轉發到離家最近的冷氣維修中心。 5. 接著，爸爸打電話回來告訴小明到外面的餐館一起吃飯。所以小明就按下手持式裝置上的”離家”按鈕。這時候這個訊息便會經由 Router 來將電燈、冷氣或電視機一個個關閉，而且電冰箱也可以進入較省電的模式以節省電源。 6. 等小明關上家門的時候，門上的感應器也會知道小明已經要離開家，而進入家庭保全模式，並啟動家庭監控系統。所以小明和他的家人便能夠從外面連回家庭網路而了解家裡的相關情形，避免宵小入侵了。
	綜合上面的例子，不知讀者是不是很期待呢？我們希望新一代的家庭網路中，家電不再是是冷冰冰的設備，手持式裝置也不再只是資料處理器，而是可以與使用者互動的或是與其他裝置溝通的聰明設備。
	結語
	資策會嵌入式系統實驗室在手持式裝置上的研發，除了著眼於關鍵性技術的開發外，更注重於實際生活上的應用。筆者認為，一個好的技術如果沒有辦法為人們 帶來好處，那麼這個技術就必須再研究以及討論，直到能為人們帶來便利。因此當嵌入式系統實驗室在手持式裝置的研發已經有一定的基礎後，如何結合無線行動服 務而應用於日常生活上，為你我的生活帶來便利，這便是目前研發的重點。
	我們相信，未來我們的生活一定越來越方便，操作越來越簡單。隨著家庭網路的相關研究持續進行，相信新一代的家庭網路指日可待。
	廖政順小檔案 現任：資策會嵌入式系統實驗室經理 曾任：資策會技術研究處副工程師 專長領域：嵌入式系統開發平台 　　　　　嵌入式作業系統相關 　　　　　分散式共用記憶體系統