有趣的

在一个项目工作中偶然接触到 UPnP -- 一个基于本地网络的即插即用设备互联协议标准，后来经了解发现 UPnP 是个很有趣的东西。这个协议有一些特性（详细信息可参考官方资料 http://upnp.org/specs/arch/UPnP-arch-DeviceArchitecture-v2.0.pdf）

⦁ 对等，没有主次

所有 UPnP 网络中的设备及可以提供服务，也可以主动发起数据传输，设备的角色取决于软件（不像 USB 协议那样的主从模式）。如果一个设备实现了 AVTransport 那么它可以提供媒体渲染服务，例如一台智能电视；如果设备实现了 ContentDirectory 那么它可以提供流媒体服务，例如开启媒体流的功能的 PC；如果设备是使用 ControlPoint 那么它就像是个智能遥控器，例如安装一些 DLNA 控制软件的手机；一台设备可以同时支持多个服务，例如Windows Media Player它即可以接受渲染推送来的媒体，也可以吧媒体推送到其他设备上播放（Play To）。UPnP网络中的设备没有一个Master，所有设备都是对等。

⦁ 即插即用，零配置

这个即插即用不是硬件层面的（不像USB那样的串行总线设备拓展），而是通过本地网络实现。设备可以动态加入网络（通过SSDP发现设备），传达其功能（使用XML描述），并了解其他设备的存在和功能。 设备可以顺利自动地离开网络，而不会留下任何不必要的状态，比如正在推送一部电影到智能电视上播放，电视突然掉电了软件也不会出现异常。UPnP不需要硬件支持（带Wi-Fi/Ethernet就行），不需要设备驱动程序，设备处于同一个网络下就可以通过UPnP直接互动。

⦁ 安全性与路由器的UPnP功能

首先，路由器的NAT穿透用到的是UPnP的Internet Gateway Device（简称IGD），IGD是UPnP定义的设备服务之一，提供端口映射功能，让本地网络的设备端口映射到外网。这样软件（自动设置不需要用户参与）就能使用IGD绕过NAT进行一些数据传输，但是这样也有安全隐患，比如来自外部网络的主动的恶意访问。下图是路由器开启UPnP IGD功能后被网络中的Android设备及Windows PC所发现，和UPnP网络的其他设备一样，软件能够直接发现它并使用它的（端口映射）功能。

Windows 10 发现IGD设备

Android 发现IGD设备

另外一方面，UPnP/DLNA设备互动一般没有身份验证，比如家用智能电视机任何设备都可以控制，但是说这样不安全就有点夸张，因为是本地网络的操作，虽然一个ControlPoint能够推送外网上的视频（发一个URL地址）给电视机，但是就和打开电脑浏览器看电影差不多和IGD没关系。

媒体分享与无线显示

UPnP本身包含了一些网络协议如TCP、UDP、HTTP、XML，DLNA又是包含了更多协议的标准，如下图的一份DLNA的技术架构，里面就包含了对UPnP的使用（详细信息可参考官方资料https://spirespark.com/dlna/guidelines/）。标题里写UPnP/DLNA是因为在Android上做的设备互联应用走的是主要是UPnP标准，用了部分DLNA功能。

DLNA的内容很多是媒体分享娱乐方面，和现在的无线显示技术标准Mirocast（开放标准，Android 4.2以上、Windows 8.1以上）、Airplay（Apple家的，不了解）有着本质的区别

⦁ 硬件支持

UPnP/DLNA是基于网络的设备互联，不需要硬件、操作系统支持，软件就可以实现。无线显示要取得屏幕数据，需要操作系统提供支持，也需要Wi-Fi硬件模块支持。

⦁ 媒体传输

DLNA是Play To，当用户推送一个电影到电视机（DLNA渲染设备简称MR）上时候是向MR发送了一个的URL，MR收到这个URL时就可以播放这个电影，数据传输是在媒体服务器（简称MS）和MR之间。这个传输是媒体源直接传输到MR，由MR解码播放，过程：媒体源—>传输—>MR解码，MR需要支持全格式解码。DLNA没有涉及到屏幕传输，但是可以通过MediaProjection（Android 5.0以上支持）取得屏幕数据，编码，Play To到MR，这样也可以以软件的方式实现屏幕传输，但是其效率没有无线显示效率高，另外像Mirocast的远程屏幕点击的功能也难以实现。

Mirocast无线显示是Cast（屏幕投射，相当于一块拓展屏幕），它是将屏幕内容编码为一种媒体格式，再通过媒体流传输到接收端，接收端再解码，过程：屏幕—>编码—>传输—>接收端解码，接收端只需支持固定几种格式解码。当然也可以手机播放电影再Cast到大屏幕电视，然而此时的过程就会变成：媒体源—>解码—>编码屏幕—>传输—>接收端解码，其效率没有DLNA高，另外由于Cast的格式限制像1080p、4K、这样的高质量媒体源也很难保持原始质量，再如单纯的音乐Play To到智能音响的场景Mirocast就不合适。

⦁ 连接对象

DLNA是基于逻辑上的服务和控制点，而逻辑上的服务和控制是运行于那个设备上却是任意的，一个服务允许多个设备访问，一个控制点也可以处理多个服务，设备连接没有绑定。再说这个用户推送的一个电影到MR，他发的电影有可能在手机上、电脑上、电视机上（电视机支持MR、MS即可），还可以是一个外网视频，而这些MS同时还能支持其他设备的内容访问。同样的一个MR可以同时支持多个ControlPoint控制。

无线显示则是点对点，Peer to Peer，连接建立并绑定于2个设备之间，相当于外接一块无线显示屏，如果需要连接其他设备则先要解除之前的连接。

Android UPnP/DLNA应用

在发布UPnP协议规范的https://openconnectivity.org网站上也列出了一些开源的UPnP SDK，cling（https://github.com/4thline/cling）就是java实现的Android上用的多的一款。cling主要分2部分：cling core，由java实现的UPnP Device Architecture 1.0；cling support，Media Server、Media Renderer的一些拓展还有路由器NAT映射的支持，使用cling可以实现大部分的UPnP/DLNA功能应用。

使用cling库的一些关键点

⦁ 导入库

cling相互依赖的库不少，该项目源码是通过maven在线构建的方式编译，也可以将依赖库下载到本地通过Android Studio（gradle）直接构建。这个是cling 2.1.1的完整依赖库（供参考）

cling-core-2.1.1.jar，cling-support-2.1.1.jar，seamless-http-1.1.1.jar，seamless-util-1.1.1.jar，seamless-xml-1.1.1.jar

jetty-client-8.1.21.v20160908.jar，jetty-continuation-8.1.21.v20160908.jar，jetty-http-8.1.21.v20160908.jar，jetty-io-8.1.21.v20160908.jar，jetty-security-8.1.21.v20160908.jar，jetty-server-8.1.21.v20160908.jar，jetty-servlet-8.1.21.v20160908.jar，jetty-util-8.1.21.v20160908.jar，servlet-api-3.0.jar

javax.enterprise-cdi-api-1.2.jar，javax.mail-mail-1.4.7.jar

net.sf.kxml-kxml2-2.3.0.jar

org.dbunit-dbunit-2.2.3.jar

org.hibernate-hibernate-core-3.6.10.Final.jar

org.slf4j-slf4j-api-1.6.6.jar，org.slf4j-slf4j-jdk14-1.6.6.jar

⦁ 创建设备，实现服务

如果一个UPnP设备提供功能服务则需要创建一个LocalDevice：

new LocalDevice(     new DeviceIdentity(new UDN("1111")),     new UDADeviceType("MediaRenderer"),     new DeviceDetails("My MediaRenderer"),     new LocalService[] {         createAVTransportService(),         createRenderingControlService()      }) 

DeviceIdentity：设备的UDN，即UPnP网络中唯一的设备标识符需要唯一，程序可以读取机器的一些特征ID来生成UDN

UDADeviceType：设备类型，比如媒体渲染器是 “MediaRenderer” ，媒体服务器是 “MediaServer”

DeviceDetails：设备的名称，制造商，型号等信息。这些信息一般是对用户可见的，默认读取机器的一些信息，然后用户可以设置

LocalService：设备提供的服务，这里就是UPnP设备服务功能的入口，要根据上面的UDADeviceType实现不同的服务。这里的Object类型是cling库封装好的各种设备服务的抽象类，继承服务抽象类，实现功能即可。MR要实现的AVTransport（简称AVT）里要Override有十多个方法，对接播放器核心也是在AVT里处理，比如AVT里一个来自远程Seek的操作，此时调用VLC的Seek或是Android自带MediaPlayer的Seek取决于选用的播放核心。

⦁ 注册表，事件侦听，控制点

UPnP的控制能操控网络中的各种服务，cling的API功能主要封装在那个AndroidUpnpService里。

Registry（这个注册表不是操作系统的注册表）是通过AndroidUpnpService. getRegistry（）得到UPnP服务的Registry，这里有UPnP网络中的本地及远程设备列表，也是在这里添加删除本地服务，另外在这里设置UPnP事件侦听。

RegistryListener事件侦听器里有设备上线、下线、更新等消息，通过Registry.addListener（）、Registry.removeListener（）来设置。

ControlPoint通过AndroidUpnpService.getControlPoint（）得到，通过ControlPoint就可以搜索设备，可以执行各种使用服务的操作。

媒体分享及推送

如果一个DLNA应用需要能够分享本地媒体，让UPnP网络上的其他设备能看到，或是能够主动推送本地媒体到一个远程MR播放。那么这个应用需要实现HTTP/RTP媒体流传输，本地媒体服务需要创建一个MS设备，MS加入到UPnP后会被其他设备看到会收到服务请求，请求的处理将是与媒体服务对接。推送本地媒体的操作是发送一个URL，这个URL是源自本地媒体器生成的链接，后面的数据传输都是本地媒体服务器的任务。媒体流服务一般用HTTP，因为HTTP媒体流传输是DLNA规范要求支持，而其他媒体流传输可以是Optional。下图是Android推送一个短视频到Windows 10，Media Player播放中，显示的媒体来源来自于192.168.1.101：9000（即手机，URL地址资源路径经过编码）

Android 设备推送

Windows 10 MR设备播放

一些HTTP库的信息

⦁ Apache HttpComponents

https://hc.apache.org，Apache开发的，很专业，需求匹配基本上就可以选用了。早期版本的Android集成了该库后面Android没有集成了（官方解释https://hc.apache.org/httpcomponents-client-4.3.x/android-port.html），如果现在使用该库可能会遇到兼容性问题，如Android Studio提示过期的API（deprecated），编译会提示缺少class之类的信息。

⦁ NanoHTTPD

https://github.com/NanoHttpd/nanohttpd，引用官方的说法：Java实现的一个小型的Web Server。确实很小，把几个java文件引入项目总即可，该库也有实现了Seekable Content服务的代码。目前他是以源码的形式发布。不过在开发后期的代码检查和分析里（Inspection）会有不少警告，该库提升空间比较大，例如下面源码里的一行代码（NanoHTTPD.java 第651行）：

 this.remoteIp = inetAddress.isLoopbackAddress() || inetAddress.isAnyLocalAddress() ? "127.0.0.1" : inetAddress.getHostAddress().toString();  

该行是要得到一个地址字符串给remoteIp（String类型），下划线部分inetAddress.getHostAddress()返回的其实已经是String类型，但是他这里是调用了String.toString来返回一个String。

⦁ Jetty

https://www.eclipse.org/jetty/，Android上也可以使用Jetty，cling的依赖之一就是Jetty，正是因为cling依赖它所以直接使用这款可以省个库。详细信息可参考官方网站。

Idea

感觉没说多少，写到这里却发现已经敲了三千多字。。。

正在处于研究发展阶段的IoTivity（https://openconnectivity.org/、https://www.iotivity.org/）设备互联的目标和UPnP有点像，IoT是一张更广扩的设备互联网，UPnP/DLNA则更加针对于媒体应用的设备互联，也有IoT的一些实现库会直接桥接UPnP（https://www.iotivity.org/downloads/iotivity-1.3.0）

以前做过一版UPnP/DLNA应用软件，用了信号量（Semaphore）对UPnP操作进行锁定和排队，其实这个没必要，当然近期做的新版本（UI很丑）也就取消了这方面处理还引入了全能播放核心VLC。新拍了一个技术演示视频放到了优酷（http://v.youku.com/v_show/id_XMjgzNzk5NzEyNA==.html?spm=a2h0k.8191407.0.0&from=s1.8-1-1.2）。视频长度2分钟，演示的是Android软件通过UPnP/DLNA将一部1080p 18G的电影推送到电脑上播放，期间Android软件有调整播放进度、控制音量、的操作，位于PC的播放器同步了这些操作。这是技术演示视频，实际的应用可能是推送到智能电视或是机顶盒。

最后附上一些功能截图

上图，浏览媒体服务器的内容，这里是一台Windows PC，MediaPlayer 提供的流媒体服务

上图，设备播放媒体服务器上的歌曲，透明信息框里显示了媒体地址，另外Windows MediaPlayer流媒体服务还提供了不同码率的多种资源，歌曲的封面也来自媒体服务器

上图，直接对接媒体渲染器，控制音量、播放等。

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