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【中心議題】

• 介紹了智能家居中信息家電的控制方式
• 從信息家電生命周期的角度討論了推拉技術在其各階段的應用

【解決方案】

• 將CORBA中的推拉機制引入智能家居中的信息家電控制系統
• 提出了信息家電的設備生命周期的概念,并將推拉技術應用在信息家電生命周期的各個階段

1引言

信息家電是未來家用電器的主要發展方向。它是通信技術、計算機技術和消費電子技術三個領域的融合,這種融合使得信息家電在傳統家電的基礎上實現了數字化、智能化并具有網絡功能,使信息家電成為適應現代家庭信息化、小區智能化的必備商品。

2信息家電的控制方式

在未來的智能家居中,將由信息家電、家庭網關、萬能遙控器三部分組成信息家電的控制系統(如圖2.1)。

2.1信息家電

每種信息家電設備(簡稱為設備)都具有某些特性,提供某些服務。為了讓外界識別、理解和使用設備,需要一種能夠將設備所有內容抽象出來的語言來描述它。IAIDL(Information Appliance Interface Define Language信息家電接口定義語言)就是這樣一種語言,其唯一的目的是以與任何具體編程語言無關的形式來定義家庭網絡中的信息家電設備。這樣,每種信息家電設備都有對應的用IAIDL來編寫的設備描述文件,在該文件中包含著對應設備的屬性、操作、事件等的描述。當網關在獲得某設備描述文件并注冊對應設備后,該設備即可使用。

設備自身的狀態可分為喚醒狀態、睡眠狀態和脫網狀態。

設備的喚醒狀態相當于邏輯開狀態(在接收到開機命令后設備所處的狀態),設備將以正常的功率運行著;睡眠狀態相當于邏輯關狀態(在接收到關機命令后設備所處的狀態),并不是真正的關閉,仍然保持電源和設備上的控制程序的運行,只不過設備是以較低的功率運行著而已;而脫網狀態則是真正的關閉,只有在摘除設備時設備才會到達此狀態。

2.2家庭網關

家庭網關是整個家庭網絡的中樞,其上運行著IAIDL解釋器、嵌入式數據庫和網關應用程序,管理著家庭中所有的信息家電。IAIDL解釋器負責將獲得的設備描述文件進行加工和處理,生成中間格式的設備資源文件(該文件包含著對應設備的注冊信息);嵌入式數據庫用于存儲所有信息家電的設備資源文件;而網關應用程序則具有協議轉換、通信管理、命令轉發、數據庫存取等功能。

2.3萬能遙控器

與傳統遙控器只能遙控一個傳統家電不同,在家庭網絡中,只需一個萬能遙控器就足以操縱所有的信息家電,并使他們有效地協同工作。

萬能遙控器作為與用戶交互的前端設備,主要作用是提供一個GUI界面。一般來說,在萬能遙控器上至少需要三種界面:

家庭網絡中信息家電的類別界面,同類信息家電設備的列表界面及具體信息家電設備的詳細信息界面。由于每個家庭中的信息家電的數目和類型都不盡相同,因此必須根據網關中嵌入式數據庫里存儲的信息家電的注冊信息來動態生成界面。在生成界面之后,用戶就可以同該界面進行交互操作了。當用戶在界面上操作對應某具體信息家電的一個控件后,萬能遙控器會解釋該操作的具體含義并發出控制命令,通過家庭網關將命令送達至對應的設備上,然后由其上運行的控制程序完成設備的某個物理動作,并將操作的結果反饋給萬能遙控器,周而復始。

3推送和拉取

“推送”是指由信息家電設備有目的的把自身的一些信息或數據主動上報給萬能遙控器及網關的過程。而“拉取”是指萬能遙控器或網關有目的的向信息家電設備發出請求,由設備搜集相關信息或數據并反饋給萬能遙控器或網關的過程。

設備生命周期可分為設備產生、設備使用、設備故障和設備摘除四個階段(如圖3.1)。在設備生命周期的各個階段如果使用適當的推拉技術將會優化整個控制系統。

3.1設備產生

設備在接通電源并連入家庭網絡后,必須向網關注冊。因此,首先需要讓網關獲得新設備的設備描述文件,以便其上的IAIDL解釋器能繼續工作完成注冊。在設備與網關之間存在著不同的網絡連接方式,若采用的是串口連接方式(在該方式下,設備無須獲取網關的ip地址就可與網關通信),應使用“推送”模型,由設備主動的將自己的設備描述文件寫入串口并通過網絡提交給網關;而若采用網線連接方式(在該方式下,設備只有在獲取網關的ip地址后才能與網關進行通信),則應使用“拉取”模型,由網關應用程序通過“廣播”通訊模式發送“獲取未注冊設備的設備描述文件”命令給所有設備,由運行在設備上的控制程序自行判斷該設備是否注冊過,如果是未注冊的設備則響應該命令----回送其設備描述文件至網關,而注冊過的設備則在收到命令后不作任何響應。

3.2設備使用

3.2.1可變屬性

設備的屬性可以分為不變屬性和可變屬性。例如:一臺空調,它的型號、生產廠家等屬性就是不變屬性;它的當前室溫就是一個可變屬性。

在設備完成注冊后,應由網關獲取設備的不變屬性值和可變屬性的當前值,然后將不變屬性值存儲至數據庫中(或網關應用程序的數據結構中),將可變屬性的當前值存儲在網關應用程序的某個數據結構中(因為可變屬性值會不斷變化,若是將其寫進數據庫中,將會造成數據庫長期處于寫狀態,以至于系統性能下降)。

由于設備的可變屬性值可能每時每刻都在變化,因此必須要解決的一個技術問題是:萬能遙控器需要不斷地獲得可變屬性的最新數據以保證界面上顯示的數據和設備的真實物理狀態保持一致或盡可能保持一致(在無法保持一致的情況下)。此時,可采用“推送”和“拉取”兩種模型來解決該問題。

在“推送”模型中,無論萬能遙控器當前界面是哪種界面,家庭網絡中任何一個信息家電設備的可變屬性值一旦變化,就“推送”可變屬性的最新值給網關,由網關將其存儲在網關應用程序的對應的數據結構中。一旦萬能遙控器需要為某具體的信息家電生成詳細界面時,則從網關處取得所需要的數據(包括存儲在數據庫中的屬性名、操作名、不變屬性值以及存儲在網關應用程序中的可變屬性值、操作參數的當前值)。生成該界面后且離開該界面前,由網關應用程序檢測該設備可變屬性對應數據結構中的值是否發生更新,若是,則將最新數據傳遞給萬能遙控器,由萬能遙控器更新界面。

在“拉取”模型中,當萬能遙控器處在同類設備的列表界面時,從邏輯上來說,用戶很有可能會從同類設備列表中選擇某一個具體設備,從而下一步將生成具體信息家電設備的詳細信息界面。因此,萬能遙控器可進行“預先拉取”----通過發送命令給列表上的所有設備,“拉取”它們的可變屬性值的最新數據并存儲在網關的對應的數據結構中,一旦在該界面上進一步地選擇了某個具體的信息家電設備,則將快速地生成具體信息家電的詳細界面。此時萬能遙控器還需發送命令給列表中其他未被選中的設備,要求它們停止上送可變屬性值的最新數據。這樣,只有被選中的一個設備會不斷地按其變化的頻率(若變化速度太快,則規定某個合適的頻率)上送其可變屬性的最新數據至網關;而萬能遙控器僅需要從網關上取得最新數據來更新界面即可。在離開該界面后,還必須向當前設備發送命令要求其停止上送可變屬性值的最新數據。

這兩種模型各有優缺點。在“推送”模型中,隨時可以獲取任何一個設備的可變屬性的最新值,且實現上算法設計簡單;但當系統中設備的可變屬性數目較多且所有可變屬性的變化頻率較快時,整個系統會因為網關處理數據時間增加及網絡通訊異常繁忙而導致系統性能嚴重下降。在“拉取”模型中,若當前界面為同類設備列表界面,只有一部分設備按某種頻率上送其可變屬性的最新值;若當前界面為具體信息家電的詳細界面,則僅有一個設備在不停地上送其可變屬性的最新值,因此即使這些設備的可變屬性的變化頻率較快,也不會造成系統性能有太大的影響;但缺點是無法隨時取得所有設備的可變屬性值的最新值,而且需要不斷地動態生成并下發命令包,在實現上算法設計復雜。

因此,“推送”模型適用在系統中設備的可變屬性較少或可變屬性的變化頻率較慢的情況下,而“拉取”模型適用在系統中設備的可變屬性較多且可變屬性的變化頻率較快的情況下,需要根據實際情況進行選擇。

3.2.2事件

每個信息家電在注冊時均會描述其能夠提供的事件,例如:

電視機打開、空調檢測到的當前室溫過高等等。在設備使用時,既可以由運行在設備上的控制程序不斷地去檢測其硬件的物理狀態的變化,一旦發生了某事件,則設備主動“推送”事件給萬能遙控器;也可以由萬能遙控器或家庭網關通過下發命令要求設備查詢自身硬件的物理狀態,“拉取”所期望的事件;最后由萬能遙控器去處理或顯示。一般來說,采用“拉取”模型會更合理一些,在網關或萬能遙控器需要獲取某設備的某事件時或在它們空閑時,通過下發命令來進行“拉取”(通常是在設備操作的命令執行之后)。而如果讓家庭網絡中所有設備不斷地去檢測硬件的物理狀態,則可能會影響設備的響應速度,從而造成系統性能下降。

3.3設備故障

設備故障主要指設備的硬件故障。若設備存在某種故障,但仍能保持電源和設備控制程序正常運行,只是不能完成操作。可以采用“推送”技術,由運行在設備上的控制程序不斷地自檢,搜集故障信息主動上報給網關和萬能遙控器。也可以在適當的時候,由網關下發命令要求設備自檢,“拉取”設備的自檢結果。

一般來說,此時采用“拉取”模型更合理一些。可以在網關空閑的時候下發命令要求所有設備自檢或在萬能遙控器發現下發給某設備的操作命令執行后未有“有效信息”返回的時候下發命令要求指定的設備自檢,“拉取”設備的自檢結果,并將自檢結果為設備故障的設備信息傳遞給萬能遙控器,通過界面顯示詳細的設備故障信息告知用戶。若由設備“推送”的話,設備上的控制程序的負擔比較重;當所有設備都在不斷地運行自檢程序時,會使設備的響應速度變慢以致影響系統性能。

若設備發生了嚴重的故障以致不能保持電源或設備控制程序正常運行,顯然無法由設備本身“推送”故障信息,只能由網關通過下發設備自檢命令包來“拉取”故障信息;當網關檢測到命令包無法到達設備端或重發若干次命令包均無“有效信息”返回,則判定設備故障,寫入日志,并通過萬能遙控器的界面顯示未知的設備故障信息告知用戶。

3.4設備摘除

設備摘除是設備生命周期的最后一個階段,它首先需要網關在收到“設備即將摘除”的消息后完成一系列的工作,再由用戶手動從家庭網絡中拆除設備。

網關可以通過“推送”和“拉取”兩種模型獲得某“設備即將摘除”的消息。在“推送”模型中,當用戶需要摘除設備時,由用戶手動地關閉設備(例如:按下設備的“power”鍵),此時將會引起運行在設備上的控制程序調用其注銷模塊,主動將“設備即將摘除”的消息“推送”給網關。而在“拉取”模型中,當用戶需要摘除設備時,由用戶通過萬能遙控器(例如:按下界面上的“注銷當前設備”的button控件)發送命令給設備,要求設備進行注銷,引起運行在設備上的控制程序調用注銷模塊,從而將“設備即將摘除”的消息“拉取”至網關。在設備摘除階段這兩種模型的同時存在是有意義的,它給用戶帶來了兩種不同的進行設備注銷的操作方式。

在網關收到某“設備即將摘除”的消息后就在網關處完成設備注銷、將設備摘除事件寫入日志、更新數據庫及其相關數據結構等一系列清理工作。

4結束語

信息家電具有方便、高效、智能化的獨特魅力,它對于改善現代人類的生活質量,創造舒適、便利的生活空間有著非常重要的意義。本文為家庭網絡中信息家電的控制方式提供了基于推拉技術的解決方案,具有一定的實際意義。

本文作者創新點:本文的創新點在于:第一,將CORBA中的推拉機制引入智能家居中的信息家電控制系統;第二,提出了信息家電的設備生命周期的概念,并將推拉技術應用在信息家電生命周期的各個階段.