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UPnP (Universal Plug and Play)

Universal Plug and Play (UPnP) ist die Ausdehnung der "Plug and Play" Idee, die in Windows umfangreich umgesetzt ist, auf ein Netzwerk zwischen PCs in den unterschiedlichsten Ausprägungen und intelligenten und mobilen Geräten. UPnP besitzt eine verteilte und offene Netzwerk-Architektur, die Internetstandards wie z.B. TCP/IP verwendet. UPnP ermöglicht zusätzlich zur Steuerung und zum Datentransfer zwischen vernetzten Geräten zu Hause, im Büro und in vielen anderen Bereichen, eine durchgängige Netzwerkumgebung.

UPnP Protokoll Stack

UPnP Protokoll Stack

Was ist universal an UPnP?

  • Keine Geräte-Treiber nötig - gemeinsame einheitliche Protokolle.emeinsame einheitliche Protokolle.
  • Vom Transportmedium und von tieferen Netzwerkschichten unabhängig (Transportschicht und darunter).
  • Die Implementierung der UPnP Geräte kann in jeder beliebigen Progammiersprache und für jedes beliebige Betriebssystem erfolgen.
  • UPnP unterstützt HTTP und die gesamte Familie der Browser-Technologien.
  • UPnP ermöglicht dem Hersteller die Steuerung seiner Geräte mit dem Internet-Browser.
  • UPnP ermöglicht auch eine Steuerung mit herkömmlichen Applikationsprogrammen.
  • Die Hersteller berücksichtigen Grundfestlegungen eines Gerätetyps (Geräteschema) und können diese einseitig je nach Bedarf erweitern.

Nach fast 10 Jahren seit der ersten Veröffentlichung der UPnP Technologie konnte eine Menge erreicht werden, wie die folgende Zusammenfassung zeigt:

  • UPnP Forum zählt 848 Mitglieder und verabschie(Stand: Februar 2008) .
  • Die UPnP Implementers Corporation hat bereits mehr als 290 Geräte zertifiziert.
    Die meisten Geräte sind Media Server für Audio- und Videodaten.
    (Stand: September 2007).
  • Im September 2007 wurde von der ISO eine wesentliche Freigabe erteilt, die den Prozess der ISO/IEC Standardisierung von UPnP in die letzte Phase bringt. Der UPnP Architektur und den Gerätebeschreibungen wurde die Dokumentennummer 29341 zugeteilt.
  • Der UPnP Standard wird inzwischen von vielen anderen Organisationen referenziert wie z.B. der DLNA (Digital Living Network Alliance).z.B. der DLNA (Digital Living Network Alliance).

UPnP Architektur

Das Ziel der UPnP Architektur ist die Beschreibung der Kommunikationsprotokolle zwischen einem Control Point (Anwendung, die steuert, UPnP Client) und einem Gerät (stellt Dienste zur Verfügung, UPnP Server). Ein Gerät kann aber auch beides gleichzeitig verkörpern.

Die Schritte zu einem UPnP Netzwerk sind in der folgenden Grafik dargestellt:

UPnP Adressing

Es beginnt mit der Zuteilung einer Adresse sobald ein Gerät oder ein Control Point an ein physikalisches Netzwerk (LAN) angeschlossen wird. UPnP schreibt die Verwendung eines DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) Servers oder Auto-IP vor. Auto-IP benutzt reservierte Adressen im 169.254/16 Bereich. Die lästige und manuelle Zuteilung einer IP-Adresse entfällt damit.

UPnP Adressing

Der nächste Schritt heißt Discovery, bei dem sich Control Points und Geräte gegenseitig finden. Die Geräte werben in regelmäßigen Abständen durch Aussenden von SSDP-Nachrichten (Simple Service Discovery Protocol) für ihre Dienste. Diese zeitbegrenzten Werbenachrichten kann jeder Control Point empfangen und bei Interesse mit dem Gerät Kontakt aufnehmen. Umgekehrt kann ein Control Point gezielt nach einem speziellen Gerät oder Dienst im Netzwerk suchen, und bei Erfolg einen Kontakt herstellen. SSDP unterstützt auch ein explizites Abmelden eines Gerätes.

UPnP Description

Sobald der Kontakt zwischen Gerät und Control Point hergestellt ist, lernen sich die beiden mit Hilfe der Gerätebeschreibung näher kennen. Die UPnP Beschreibung eines Gerätes teilt sich in zwei logische Bereiche auf:

  • Einer “Device Description”, und
  • einer oder mehreren “Service Descriptions”.

Device/Service Description

In der Grafik ist die Gerätebeschreibung mit ihren Elementen vereinfacht dargestellt. Die Beschreibung wird im XML-Format vom Gerät gespeichert. XML ist ein weltweit anerkannter W3C-Standard zur universellen und strukturierten Formatierung von Daten.

Die Wurzel der Gerätebeschreibung bildet die “Root Device”-Beschreibung. Sie enthält neben anderen Informationen immer mindestens einen Verweis auf eine “Service”-Beschreibung. Sie enthält Informationen über bereitgestellte Aktionen und Variablen. Diese Informationen ermöglichen es einem Control Point ein Gerät zu steuern, Statusinformationen abzufragen und im Gerät eine Benachrichtigung zu aktivieren, falls eine Variable seinen Wert ändert.

In der “Root Device”-Beschreibung können weitere logische Subgeräte verschachtelt sein. Diese Subgeräte enthalten wiederum Dienste (”Services”).

Die Gerätebeschreibungen für bestimmte Gerätearten werden vom UPnP Forum festgelegt. Hersteller können diese vorgegebenen Gerätebeschreibungen (Device Templates) nach eigenen Vorstellungen erweitern.

UPnP Description

Zur Steuerung eines Gerätes benutzt UPnP das SOAP-Protokoll (Simple Object Access Protocol). Diese Protokoll benutzt HTTP und in XML formatierte Nachrichten, um beim Gerät Aktionen auszulösen und die Werte von Variablen abzufragen. SOAP spielt eine zentrale Rolle für die Kommunikation von Webdiensten der Microsoft .NET Technologie.

UPnP Description

UPnP sieht einen Mechanismus vor, der einem Gerät erlaubt an einen Control Point Nachrichten über die Änderungen von Variablen zu senden. Bevor dies geschehen kann, muss ein Control Point diese Nachrichten beim Gerät abonnieren. Dieses Abonnement ist zeitbegrenzt und muss vor Ablauf vom Control Point erneuert werden. Zusätzlich kann dieses Abonnement vom Control Point jederzeit gekündigt werden. UPnP verwendet das GENA-Protokoll (General Event Notification Architecture) für diesen Mechanismus.

UPnP Description

Unter “Presentation” verbirgt sich nichts anderes als eine Webseite des Gerätes. Diese Seite kann mit jedem Web-Browser dargestellt werden. Das UPnP Forum schreibt keine speziellen Eigenschaften für diese Seite vor. Es ist dem Gerätehersteller überlassen, eine ansprechende, eventuell mehrsprachige, Webseite für das Gerät zu hinterlegen.

Details zur UPnP Architektur können auf der Webseite des UPnP Forums abgerufen werden: http://www.upnp.org.

Als erstes Betriebssystem verfügte Microsoft Windows Me über eine integrierte Unterstützung für Universal Plug and Play. Sobald ein UPnP-Gerät an das Netzwerk angeschlossen wird, erscheint ein Icon in der Statusleiste. In der Netzwerkumgebung werden alle verfügbaren UPnP-Geräten aufgelistet. Über einen Doppelklick kann die Präsentationsseite des Gerätes in den Web-Browser geladen werden.

Das Universal Plug and Play Forum

Das Universal Plug and Play Forum setzt sich aus einer Gruppe von Firmen und Einzelpersonen aus den verschiedensten Industriebereichen zusammen, die bei der Erstellung der Spezifikationen für die Universal Plug and Play Geräte und Dienste mitwirken wollen. Gegründet im Juni 1999, ist das Forum eine Verbindung von inzwischen über 800 Firmen, Hersteller von Konsumelektronik, Computer, Einrichtungen zur Heimautomatisierung und Sicherung, Hausgeräten, Computernetzwerken, und weitere führende Firmen, die völlig offen zusammenarbeiten, um Standards für die UPnP-Protokolle und Geräteschemen zu erstellen.

Die UPnP Implementers Corporation

Die UPnP Implementers Corporation (UIC) wurde im Februar 2001 ins Leben gerufen, um folgende Aufgaben zu erfüllen:

  • Entwicklung und Verwaltung des UPnP Test- und Zertifizieurngsprozess
  • Verwaltung der UPnP Logo Lizenzierung
  • Bereitstellung von Informationen zur UPnP-Geräte-Zertifizierung
  • Vermarktung der UPnP Technologien
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