（计算机应用技术专业论文）基于xml描述的信息家电内部结构研究与实现.pdf

摘要 随着生活水平的提高，人们越来越注重生活品质提升，传统的 家用电器已经无法满足现代家庭的需要，因此集信息化、网络化和 智能化为一体的信息家电以其特有的优势进入未来家庭将是一个必 然的趋势。 目前国内对信息家电内部结构的研究很少，本文正是在这样的 背景下，研究一种信息家电内部结构并予以论证和实现。 本文分析了信息家电的主要功能，提出了一种基于 儿( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 描述的信息家电内部结构，并对家 电内部结构的主要几个模块进行研究与实现。 首先，结合x ，的优点，研究了一套基于儿信息家电服务 描述规范，并用c 实现了服务描述文档的解析器，成功提取信息家 电服务描述文档中信息存储到家庭网关中；其次对信息家电内部结 构的即插即控模块进行了研究，说明了其工作原理，提出了信息家 电获取地址、服务注册、家电控制和服务描述更新等流程解决方案； 然后结合信息家电应用，选择l 刀) p 作为家电和网关的传输协议，设 计了网关和家电通信的消息包格式，基于s o c k e t 编程，实现家庭网 关和信息家电通信。 本文最后，选用3 2 位嵌入式微处理器s 3 c 2 4 1o x 做为硬件核心， 构建b s 结构家电远程控制平台，成功实现了用户远程控制信息家 电。实验结果表明，本文提出的信息家电内部结构是可行的。 关键字：信息家电内部结构舭家电服务描述解析器即插即控 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fo u rli v i n gs t a n d a r d ，p e o p l ep a ym o r e a t t e n t i o nt ot h ep r o m o t i o no ft h e q u a l i t yo f1 i f e t h e t r a d i t i o n a ld o m e s t i ca p p l i a n c eh a sb e e nu n a b l et om e e tt h e n e e d so fam o d e r nf a m i l y s ot h ei n f o r m a t i o na p p l i a n c e ，w h i c h c o 瑚b i n e st h ei n f o r m a t i o n i z a t i o n ，n e t w o r k i n g a n d i n t e l l e c t u a l i z a t i o na si t ss p e c i a la d v a n t a g e s ， i sac e r t a i n t r e n dt oe n t e rt h ef a m i1ie si nt h ef u t u r e a tp r e s e n t ， li t t1 er e s e a r c hh a sb e e nd o n eo nt h ei n t e r n a l a r c h it e c t u r eo fi n f o r m a tio na p p li a n c e u n d e rt h eb a c k g r o u n d ， t h ea u t h o ro ft h i st h e s i st r i e st or e s e a r c ho nt h ei n t e r n a l a r c h i t e c t u r eo fak i n do fi n f o r m a t i o na p p l i a n c e ，d e m o n s t r a t i n g a n di m p l e m e n ti n git i nt h i st h e s i s ，t h ea u t h o ra n a l y z e st h em a i nf u n c t i o n so f i n f o r m a t i o na p p l i a n c e ，p r o p o s e st h ei n t e r n a la r c h i t e c t u r eo f a ni n f o r m a t i o na p p l i a n c ed e s c r i b e db yx m l ( e x t e n s i b l em a r k u p l a n g u a g e ) ，t h e nr e s e a r c h e sa n di m p l e m e n t st h em a i nm o d u l e so f t h ea r c h i t e c t u r e 。 c o m b i n e dw i t ht h ea d v a n t a g e s o fx m l ，as t a n d a r d o f i n f o r m a t i o na p p l i a n c es e r v i c ed e s c r i p t i o nb a s e do nx m li s n l d e v e l o p e di nt h i st h e s i s t h i st h e s i sa l s op r o p o s e sap l a nt 9 i m p l e m e n tap a r s e ra n dp r o v i d e st h es o u r c ec o d ew i t h c1 a n g u a g e t h ep a r s e rc a ne x t r a c tt h ei n f o r m a ti o nf r o mt h ei n f o r m a t i o n a p p l i a n c e s e r v i c ed e s c r i p t i o nd o c u m e n t a n ds t o r et h e i n f o r m a t i o ni n t oh o m eg a t e w a y c o n s i d e r i n gt h e i n f o r 功【a t i o n a p p l i a n c em u s ts h o ws o m ei n t e l l i g e n c e ，t h i st h e s i sr e s e a r c h e s o nt h ep l u ga n dc o n t r 0 1m o d u l ei nd e p t h ， i 1 1 u s t r a t e si t s p r i n c i p l e sa n dp u t sf o r w a r dt h es 0 1 u t i o no fg e t t i n ga d d r e s s ， s e r v i c er e g i s t r a t i o n ，a p p l i a n c ec o n t r 0 1 1 i n ga n dt h eu p d a t i n g o ft h es e r v i c ed e s c r i p t i o n 0 nt h eb a s iso ft a k i n ga c c o u n to f p r o sa n dc o n so fa 1 1k i n d so fp r o t o c o l s ， t h ea u t h o rs e l e c t s u d pa st h em e s s a g ep a c k e tt r a n s p o r tp r o t o c 0 1 ，d e s i g n sam e s s a g e p a c k e t f o r m a ta n di m p l e m e n t sc o i 衄u n i c a t i o nb e t w e e nh o m e g a t e w a ya n da p p l i a n c eb a s e do ns o c k e tp r o g r a i i 】m i n g a t1 a s t ，t h ea u t h o rs e l e c t s3 2 一b i te m b e d d e dm i c r o p r o c e s s o r s 3 c 2 4 1 0 xa sh a r d w a r ec o r ea n db u i1 d sb s s t r u c t u r er e m o t e c o n t r 0 1p l a t f o r mo fi n f o r m a t i o na p p l i a n c ew h i c hi l p l e m e n t st h e a p p li a n c ec o n t r 0 1 1i n gs u c c e s s f u l l y t h ee x p e r i m e n tr e s u l t s h o w st h a tt h ei n t e r n a la r c h i t e c t u r eo fi n f o r m a t i o na p p li a n c e p r o p o s e di n t h i st h e s i si sf e a s i b l e k e yw o r d s ： i n t e r n a la r c h i t e c t u r eo fi n f o r m a t i o na p p li a n c e ， x m l ，a p p li a n c es e r v ic ed e s c r i p ti o n ， p a r s e r ，p 1 u ga n dc o n t r 0 1 i v 湖南师范大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人 完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名二一垂1 年月 日 一，一e 湖南师范大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版矿 允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南师范大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 作者签名菇沁 导师签名： 日期：形璋西月f2 日 、 日期：罗年嘞肿 基于l 描述的信息家电内部结构研究与实现 1 绪论 2 1 世纪以来，数字化、网络化和智能化技术取得了更加迅猛的发 展并日益渗透到各个领域。借助这些现代科学技术，人们已经可以足 不出户纵览全球。电子商务、电子政务、网上银行、网上购物、网上 投资、远程医疗、远程教育、社区智能管理等等，以超乎想象的速度 改变了人类的生产、生活方式，更深刻地影响到人类的思维模式和生 存状态。 随着i n t e m e t 网络向普通家庭生活不断扩展，3 c ( c o m p u t e r ， c o n u l l u n i c a t i o na n dc o n s u m e r ) 融合的趋势日益明显，人类家庭正逐步 进入以信息家电和智能家居为标志的“后p c 时代。 1 1 信息家电 信息家电( i n f o m l a t i o na p p l i a n c e ，简称为认) 是一种操作简 便、实用性强、具有网络信息终端功能的智能化家电产品，是利用计 算机、数字通信和电子技术与传统家电相结合的创新产品，是为满足 现代家庭需要而设计的新型家用电器 从技术角度来看，信息家电是以利用网络主动或被动交互信息来 完成产品功能为主要特征，它将数字化技术引入家用电器、移动通信 等设备，使其成为网络终端，进而成为信息装置，用以发布、获取和 处理信息。 ， 信息家电被人们看作是“看不见的电脑”，因为它通过对技术的 隐藏，使得用户能够从p c 机的复杂中解脱出来，将易于使用的特性 展露在用户面前。所以相对于传统的家电而言，信息家电具有如下的 特点： 令易用性 信息家电最重要的目的就是要克服复杂性，做到以人为中心，而 不是以技术为中心。由于信息家电采用了嵌入式技术，从而降低 了应用界面的技术要求，增强了技术对用户的透明度，让用户在 硕士学位论文 使用时避免了与操作系统的直接接触，只要通过日常积累起来的 经验就能够很方便的操作这些设备，减少了人机之间的技术障碍， 突显了应用功能。同时由于功能的集中，可以使得使用界面保持 稳定的模式，给用户的操作也带来很大的方便。 夺功能单一集中 是指只完成某种或某几种特定的功能。信息家电实际上是面向任 务( o r i e n t e d t a s k ) 的设备，它将一些特定的功能从大而全的计算 机中剥离出来，集合到某一特定的产品中去，从而提高产品的专 用性，尽管这也限定了它的适用范围。 协同工作和网络化 信息家电的重要特征是彼此之间的信息交流。信息家电不是独立 存在的，通常被称为是合作的设备( c o o p e r a t i n gd e v i c e s ) 。要做 到相互通信，信息家电就应具有网络接入能力。可以通过家庭局 域网与p c 或其它家电交换信息，或可通过家庭网关连入i n t e m e t 接收远程信息或控制指令，并可以主动向网络获取信息或主动向 网络提供一些本身有用的信息。 ， 夺节能化 ， 信息家电可根据周围环境自动调整工作状态，从而实现节能。 夺实时性 想用就用，无需做计划和安排。由于复杂的控制程序由内嵌在家 电中的控制器解决，不必等待重新启动设备或是加载软件后才能 使用设备。 令数字化 信息家电包含有微处理器，处理的是数字化信息。 令智能化 嵌入式技术的使用让信息家电具有智能化。信息家电通过嵌入微 处理器，使得用户能够通过网络获取直接的、简单的和安全的信 息和服务。智能的信息家电可根据周围环境的不同迅速做出反应， 自动化和智能化的进行自我维护，而不需要人为地干预。能够通 基于瑚l 描述的信息家电内部结构研究与实现 过c p u 或d s p 执行复杂的指令或程序，并可由用户编辑或重组 功能模块，以便更适应个性化的要求。 令标准化 由于网络连接协议众多，使用不同协议的信息家电之间不能互连。 所以应参考已有的通信协议来制定数据交换标准。 1 2 智能家居 智能家居是以家为平台，兼备自动化、高效化的高效、舒适、安 全、便利的家居环境。智能家居是一个典型的集计算机、通讯和消费 于一体的3 c 系统，是整个世界形成的一个巨型网络的末端，俗称是 该网络的“最后1 0 0 米”瞳3 。 智能家居利用家庭网络连接各种信息家电和控制设备，通过家庭 网关统一管理，并保持这些设备与住宅的协调以及设备间的协同工 作，从而构筑成舒适、安全、便利的信息化居住空间，以便于实现在 信息化社会中享受高品质的家居生活。 总的来说，智能家居的基本目标是为人们提供一个舒适、安全、 方便和高效率的生活环境，它所要实现的主要功能3 有： 冷对信息家电和其他设备的控制、调节和监测，如微波炉、洗衣机、 灯光、电动窗帘、防盗报警器、火警检测器、温度和湿度控制器、 各种手动开关和遥控器等。 沟通计算机和其他视频设备之间以及外部世界之间的信息通道， 其中包括：台式手持计算机、电视、录摄像机、v c d d v d 和数 码照相机等，同时还可以实现对它们的控制和监测。 令通过对外的接口，实现远程控制和信息交换，如：电话线、有线 电视电缆、照明线、双绞线和无线通信方式等。 提供丰富的系统关联功能，使设备间能进行协同工作，如：当您 晚上回家，一打开大门，客厅的灯自动打开，音乐自动响起，等 等。 硕士学位论文 、 1 3 信息家电现状 1 3 1 国外信息家电研究现状 世界各大家电企业与i t 企业纷纷采取联合的方式形成开发联合 体，并制定相关行业技术标准嗍。由于受各自利益的驱使，各自为阵， 企图用自己开发出来的标准一统江湖，形成了“百花齐放、百家争鸣 的局面，尤其表现在分别以家电、p c 、网络设备和自动化控制类厂 商为主的标准化组织上： 以网络设备商为主的标准化组织 此类组织主要是定义家庭网络与外部互联网的接口、提供认证和 服务规范。 1 ) 0 s g i ( o p e ns e r v i c e sg a t e w a yi n i t i a t i v e ) 由i b m 、h p 、p h i l i p s 、s u n 等公司共同发起，为连接i n t e m e t 商 业服务和下一代智能电器定义的一种开放标准。o s g i 体系由服务网 关、服务提供商、服务集成商、网关操作员、广域网和局域网络以及 连接设备组成，具有平台独立、应用独立、高安全、多任务、兼容不 同通信标准( b 1 u e t o o t h ，正e e l 3 9 4 ) 和支持多种设备连接技术( 如 u p n p ，j i n i ) 的优点。 2 ) i h a ( 1 1 1 t e m e th o m e a l l i a n c e ) 于2 0 0 0 年成立，是成立较早的家庭网络组织，主要成员包括思 科、g m 、惠普、i b m 、松下，s u n 、惠而普及微软等公司，全部成 员有3 0 多家，包括了一些通讯设备、自动化软件开发商及厨具制造 商和零售商等。该联盟主要解决白色家电在家庭网络中的互连、互联 网接入及相关服务，比如在出现故障时能够与厂商自动接通以确定故 障部位。 以i t 厂商为主的标准化组织 此类标准化组织的基本思路是以p c 为家庭网络业务核心，制定 家庭内部电子设备间的互操作规范，其目标是实现基于p c 系统软、 基于珊l 描述的信息家电内部结构研究与实现 硬件结构的功能和业务在家庭范围内的扩展。 1 ) d l n a ( d i g i t a ll i v i n gn e 觚o r ka 1 l i a n c e ) 原名d h w g ( 数字 家庭工作组) ，成立于2 0 0 3 年6 月。它是一个主要由消费电子、计 算机工业和移动设备公司组成的跨工业的组织。该工作组旨在建立一 个基于开放的工业标准的互操作性平台，并将确立技术设计规则，供 企业用来开发数字家庭有关的产品，使得消费者可以通过家中的有线 或无线网络共享各种设备的数字内容。 2 ) u p n p 【列( u m v e r s a lp 1 u ga n dp l a y ) 是m i c r o s o r 开发的一种基于 i p 网络的即插即用技术，为家庭中可能出现的动态环境提供了如何发 现服务、如何实现服务的应用程序编程接口( a p i ) 。它通过简单的服 务发现协议和轻量级的目录。 3 ) u o p f ( u 旧i q u i t o u so p e np l a t f o mf o r u m ) 日本“泛在开放平 台论坛( u o p f ) 是一家由日本国内电子与互联网服务供应商共同 于2 0 0 4 年2 月成立的业界团体。2 0 0 5 年4 月1 日成员已达5 3 家。 该团体的目的是实现数字家电互联的统一技术标准与指南。 4 ) j i n i 【4 】是由s 吼公司推出的基于j a v a 的、具备即插即用 ( p 1 u g a n d p l a y ) 功能的分布式计算环境，目标是将一组设备和软件联 合起来形成一个单一的、动态的分布式系统，使网络上的成员能够方 便地共享彼此的信息资源。联合后的联邦系统向用户提供如下能力：。 ( a ) 简单的网络访问；( b ) 网络的易于管理和维护；( c ) 在保持单机或工 作站的灵活性、统一响应和控制的情况下，支持由联邦系统提供的共 享能力。 5 ) 家庭a p i 技术【习( h o m ea p i ) 由m i c r o s o r 、i n t e l 、p h i l i p s 等公司 发起的h o m ea p i 工作组为加速家庭网络应用软件的开发，正在研发 一套适宜于家庭网络的通用a p i 的工业规范以及相应的 s d k ( s o 胁a r ed e v e l o p m e n tk i t ) 。h o m ea p i 与其他方案的不同之处是 它定义了独立于协议的a p i 和通用的编程模型，可以在很大程序上补 充其他方案。 以家电厂商为主的标准化组织 硕士学位论文 家电厂商成立的标准化组织主要是实现家电设备的控制和远程 数据传输。 e c h o n e t 【6 】( e n e r g yc o n s e r v a t i o na n dh o m e c a r en e 铆o r k ) 协会 于1 9 9 7 年1 2 月成立，由日立联合日本国内15 2 家企业组建而成，期 间得到了日本政府的支持。该组织的主要目标是制定家庭网络标准体 系，并应用至家庭能源管理、居家医疗保健等服务上，最新的标准是 e c h o n e tv e r 3 o 。为了提高兼容性，s a n y o 、s h 叩、t o s h i b a 和 m j t s u b i s h ie 1 e c n j c 四公司于2 0 0 3 年1 2 月建立一个计划，拟联合开发 遵循v e r 3 o 技术规格的网络家电核心技术i r e a d y ，确保不同品牌 间的网络家电互联。 以自动化控制类厂商为主的标准化组织 自动化控制类厂商是利用已有的工业总线和传感器、变送器等技术， 从家庭电器控制、三表、安防等应用领域出发，提出了针对性设计， 并逐渐衍生出了一些新的总线技术。其中，最具代表性的是l o 州a r k 协会，它基于美国e c h o l e n 公司的l o n w 6 l ( s 技术。在1 9 9 4 年，由 e c h e l o n 和l o n w 6 r k s 用户集团成立了l o 洲a r k 协会对互操作进行认 证检测。l o n w 6 r k s 技术的核心标准l o n t a l k 协议己被 e i 刖c e m a 、a n s i 和i e e e 等批准组织确定为正式标准。目前，e c h e l o n 公司已经将该技术和产品发展到了第三代，l o n w b r k s 技术已经应用 于世界范围内数千家设备和系统制造商的产品中，并在中国市场得到 了一些应用。 1 3 2 国内信息家电研究状况 i g r s 【7 1 ( i n t e l l i g e n tg 帕u p i n ga n dr e s o u r c es h 撕n g ) ，2 0 0 3 年7 月，由信息产业部科技司批准，以联想、t c l 、康佳、海信、长城5 家企业发起、7 家单位共同参与的“信息设备资源共享协同服务”标准 工作组正式成立( 简称i g r s 标准工作组) ，这1 2 家单位将共同制 定相应的协议规范。目前，主要成员有2 1 家，包括中国电信、中兴、 华为等通信企业。 基于l 描述的信息家电内部结构研究与实现 i g r s 标准的设计目标：在有限范围网络域( 有线、无线) 内支 持多种信息设备、家用电器、通讯设备之间的设备自动发现、动态组 网、资源共享和协同服务，从而提高这些设备间的互操作性和易用性， 充分发挥不同设备的功能特点，为用户创造新的应用模式和丰富应 用。 目前已经制定闪联标准。 i t o p h o m e 【8 1 ，2 0 0 4 年7 月2 5 日，由海尔集团领衔，中国网通、 清华同方、上海广电、春兰集团、长城、上海贝岭参与，7 家厂商共 同推广家庭网络系统标准和平台产业化的家庭网络标准产业联盟一e 家佳( i t o p h o m e ) 成立。 目前已经制定家庭信息设备互联和家庭多媒体网关规范 标准。 由于各方案设计的应用场景相似，所选底层通信协议相似，因而 定义的协议框架具有一定的相似性。但由于各方所处的行业不同，因 而各方案的技术侧重点也不同，有些侧重在外部网络接口、设备描述 格式上，有些则选择服务定义及安全、认证等方面的规范，另外一些 方案则注重于底层协议的物理实现。 各标准平台都号称开放性平台标准，但开放主要在物理层的开 放，对于上层构架却少于开放，都希望在各自产业占领制高点。u p n p “ 和d l n a 关注和解决的范围大致相同，它们是建立在诸多现有技术 之上的一个协议规范体系，这些技术已经成熟并能满足家庭网络内的 应用，推广阻力较小，在高速数据网方面占有一定优势。但基于i p 的d l n a 和u p n p ，要求较高的处理器性能和较大的存储器，要实现 对于家电控制网络低成本，低功耗的要求有一定难度。e c h o n e t 主要 由日系厂商组成，是以家庭电器设备控制、管理为主的技术标准，在 底层技术并不包括8 0 2 11 系列等传输媒介。使用的是电源线，蓝牙， 红外及早期日本自己的控制传输标准耶s 等。l o n w o 施底层的传输 媒介也多以中低速介质为主，它们很难满足数据网的高速度和其他诸 如安全认证一系列的要求。但它们的成本和应用环境却更适应家电控 硕士学位论文 制网。o s g i 则致力于通过网关为家庭内部设备提供服务，底层部分 限定较小。但各大组织都毫无例外的采取了当前流行的_ 些无线和有 线技术，并在不断地加大对各种底层技术的支持。试图用多样化获得 对自身技术的支持。c o r b a 过于复杂，实时性差；c o m d c o m 要 依赖w i n d o w s 平台；j a v 删i 要依赖j a v a 语言。实际上它们都没 有从体系结构的角度出发，从信息家电的特殊性出发，从根本上去解 决信息家电的互操作作与即插即用性问题。 1 4 本文研究内容 国内对信息家电内部结构的研究很少，本文提出了一种基于 x m l 描述的信息家电内部结构，并对主要信息家电内部结构各个模 块进行了分析和研究。 本文主要工作： ( 1 ) 家电服务描述规范研究及文档解析器实现：对信息家电服务描 述规范进行研究并提出了使用x m ，描述信息家电的规范形式，用c 编写解析器实现对描述文档的解析。 ( 2 ) 信息家电即插即控模块研究：分析和研究了家电获取地址、上 线宣告、服务注册、控制、查询以及服务更新机制 ，( 3 ) 信息家电网络通信模块研究：选择合适通信协议、设计了网关 和信息家电通信消息包格式，阐述了网关和家电通信的机制，基于 s o c k e t 进行实现家电和网关通信 ( 4 ) 选用s 3 c 2 4 1 0 x 作为硬件核心，以武汉创维特a r m 9 为开 发平台，建立b s 远程控制家电系统，模拟用户控制信息家电，实验 结果表明本文提出信息家电内部结构是可行的。 1 5 论文结构 第一章主要介绍了信息家电概念以及国内外对信息家电研究的 状况，接下来主要介绍了本论文的主要研究内容以及论文结构。 第二章提出了一种信息家电内部结构，分析了信息家电内部结构 基于x m l 描述的信息家电内部结构研究与实现 主要组成模块，并对各个模块功能进行介绍。 第三章结合帆的优点，选择用儿描述信息家电服务，研 究了一套家电服务描述文档规范，最后用c 语言实现服务描述文档解 析器，成功将信息家电服务描述文档解析成服务注册中间信息。 第四章主要对家电内部结构的即插即控模块进行研究，说明了即 插即控模块工作原理，对获取地址、上线宣告、服务注册、家电控制、 查询以及服务更新等机制进行研究。 第五章选择切) p 作为通信传输协议，设计了信息家电和家庭网 关的消息包格式，基于s o c k e t 编程实现信息家电和网关的通信。 第六章在前五章的基础上，选用s 3 c 2 4 1 0 x 芯片作为硬件核心， 利用武汉创维特公司删9 开发平台，建立b s 结构信息家电远程 控制系统，进行简单模拟用户访问和控制信息家电。 最后是结语。 基于潮l 描述的信息家电内部结构研究与实现 2 信息家电内部结构 2 1 概述 用户要使用信息家电，首先需要清楚该家电所能提供的服务，生 产厂商根据家电提供服务按照信息家电服务描述规范，对信息家电设 备服务功能接口加以定义和描述，产生服务描述文档；按照设备服务 注册请求调用服务描述文档解析器，根据通讯协议组成服务注册包发 送给家庭网关，完成家电设备服务注册；网络通信模块根据设备本身 的通信方式，按照通信协议建立与网关的通信连接，家电和网关之间 的交互信息以一定消息包的格式进行传输；信息家电在接收端来自网 关的消息时，根据不同的控制消息类型，将调用相应的硬件驱动程序 进行完成用户对家电的控制操作，并返将操作结果以消息包格式返回 给网关，网关中的程序格式化返回消息，通过用户控制端呈现给用户。 根据信息家电跟网关的交互过程，设计一种如图2 1 的信息家电 内部结构采用模块化的设计思想，可将信息家电内部结构分为家电 服务描述模块、即插即控模块、网络通信模块、硬件驱动模块，下面 将对信息家电内部各个模块进行详细介绍。 - 4 2 2 家电服务描述模块 家电服务描述模块主要包括家电服务描述文档以及描述文档解 析器两部分：家电服务描述文档主要解决信息家电接口的定义问题， 即描述家电向用户所能提供的操作，包括家电操作接口名称、操作参 数、界面类型等参数描述。在家电上线获得i p 地址后宣告上线，将 启动解析器对服务描述文档编译，将文档解析为服务注册中间信息， 并且通过网络将服务注册中间信息存储到网关的数据库中。 硕士学位论文 2 2 1 接口定义语言( i d l ) i d l 接口定义语言也叫“接口描述语言 ( i n t e r f a c ed e s c r i p t i o n l a n g u a g e ) ，是一个描述软件组件接口的语言规范。【9 】d l 用中立语 言的方式进行描述，能使软件组件( 不同语言编写的) 间相互通信。 i d l 通常用于r p c ( r e m o t ep r o c e d u r ec a l l ，远程过程调用) 软件。i d l 提供了一个“桥”来连接不同的系统。 现实生活中人与人的交流需要一种通用的语言，设备之间的信息 共享也需要一种能为彼此理解的语言进行交流。通过这种语言，设备 能够宣告自己的功能，让其他在线的设备了解自己的属性和功能，同 时也能搜索并发现自己感兴趣的其他设备的功能，在一个合作的环境 中表达自己的目的。 基于埘l 描述的信息家电内部结构研究与实现 接口定义语言提供了将对象的接口与其实现分离的能力。i d l 提 供了抽象，它提供了将事务与其具体实现分离的概念。儿的另一个 好处是它剥离了编程语言和硬件的依赖性。常见的接口描述语言有： 1 ) o m g 接口定义语言( i d l ) 对象管理集团0 m g ( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ) 是一个工业联 盟，它的设计目标是最大化互操作能力。c o i 温a 是由o m g 开发它 是针对异构环境下对象互操作而设计的分布式对象体系结构，其中的 对象可以由不同的语言实现，并或部署在不同的平台上。【“】 o m gi d l 接口定义语言不是作为程序设计语言体现在c o i 氇a 体系结构中的，而是用来描述产生对象调用请求的客户对象和服务对 象之间的接口的语言。0 m gi d l 文件描述数据类型和方法框架，而 服务对象则为一个指定的对象实现提供上述数据和方法。【1 2 】 0 m gi d l 文件描述了服务器提供的服务功能，客户机可以根据 该接口文件描述的方法向服务器提出业务请求。 2 、j a v ai d l j a v ai d l ( 接口定义语言) 为j a v a 刑平台添加了c o i 氇a ( c o m m o no b i e c tr e q u e s tb r o k e r 心c h i t e c t u r e ，公用对象请求代理体 系结构) 功能，从而可提供基于标准的互操作性和连接性。j a v ai d l 使分布式、：支持w e b 的j a v a 应用程序可利用0 b j e c tm a n a g e m e n t q o u p 定义的行业标准o m gi d l ( o b j e c tm a n a g e m e n t 研o u p i n t e r f a c ed e f i n i t i o nl a n g u a g e ，对象管理组接口定义语言) 及1 1 0 p ( i n t e m e ti n t e r o r bp r o t o c o l ，h t e m e t 对象请求代理间协议) 来透明 地调用远程网络服务。运行时组件包括一个全兼容的j a v ao i 也，用 于通过1 1 0 p 通讯进行分布式计算。要使用j a v ai d l ，用户必须具有 i d l t o i a v a 编译器 2 2 2 家电接口定义语言特点 信息家电接口定义语言( i n f o m a t i o na p p l i a n c ei n t e r f a c e d e ：c i n i t i o nl a n g u a g e ，i a i d l ) 是一种用来定义信息家电的描述语言， 硕士学位论文 它采用面向对象的方法，将信息家电抽象为一个“对象 ，将家电所 提供的服务使用i a i d l 进行描述，通过认i d l 文档表明家电提供的 操作。【1 3 】 所有能够通过网络系统访问的家电都可以称之为信息家电。家庭 中的信息家电连接到家庭网关之后，网关能够自动检测到信息家电的 上线，家电宣告上线启动解析器解析i a i d l 文档成中间信息，并将 中间信息信息存储到网关上数据库。远程用户通过读取数据库中信息 家电的信息生成控制操作界面进行访问和控制信息家电，并及时更新 信息家电的当前状态。 i a i d l 文档用于描述各个信息家电所具有的属性和功能，每个家 电的m i d l 文档都具有唯一性，每个家电在家电加电上线之后将嵌 入设备中的队d l 文档解析，并且提取该设备的相关信息存储到网 关的嵌入式数据库，上线同时也是对在网的家电进行宣告自己所具有 的功能和属性，让其他家电“记住 和“认识 自己，以便家电之间 的协作更加智能化。 通过i 甜d l 对家电设备进行定义，使之成为家庭网络系统能够 识别、管理、监测和控制的信息化设备，从而成为享有网络信息服务 功能的系统单元。 i a i d l 具有如下特点： 1 、) 与编程语言无关，只是使用说明性的文字来定义一个设备的特 征； 2 ) 基于面向对象的分析方法：设备被看成是一个对象，隶属于一 个标准的“类”，对象具有若干方法，可用操作去控制和管理它们； 3 ) 设备描述语言是一种结构化语言：每个字段及其排列顺序都要 有规定，定义一个对象( 设备) 的数据类型，规定相关属性和操作的 取值，这样便于解释器对其进行扫描分析，传递控制信息； 4 ) 简单灵活，i a i d l 没有很多复杂的数据类型，主要是以信息家 电数字化和功能单一的特点为主。 基于煳l 描述的信息家电内部结构研究与实现 2 2 3 选择x m l 描述信息家电 如何描述信息家电的服务在信息家电内部体系结构中很重要，因 为服务的描述需要对其所提供功能全面、准确。目前对家电服务的描 述主要有如下两种方式： 1 ) 用类自然语言描述信息家电【1 4 】 下面是一个基于类自然语言空调服务描述文档： 美的空调i s 群 e n u m 够p e = ( s l o w ， n o m a l ， q u i c k ) ； e n u ms w i t c h = ( o n ， o 国； 撕i b u t e ：厂家美的电器公司； 撕i b u t e ：功率1 5 p ； s t a t e ：温度状态 t e n l pm ( 2 0 ，2 0 ， ， ) ； s t a t e ：风速状态胁v e l o c 时帅e ( n o m a l ，n o m a l ) ； c t i o n ：设置温度v o i ds e t _ s t a t e e m p ( i ni n ts t ( 1 6 ，3 0 ) ) ； 如n c t i o n ：风速v i o ds e l s t a t e - f 抽v e l o c 毋( i nt y p ef 1 ) ； 如n c t i o n ：开关v o i do n o f f ( i ns w i t c ho o ) ； 拌 通过l u d l 对信息家电进行定义，使之成为家庭网络中能够识 别、管理、监测和控制的信息化设备，从而成为享有网络信息服务功 能的系统单元。i a d l 与信息家电设备类型及它的功能实现无关，是 实现信息家电基础平台的基础。 2 、) 用x m 描述信息家电设备 w 3 c ( w o r l dw i d ew e bc o n s o n i u m ) 所属的x 缸，工作组于1 9 9 6 年提出了可扩展标记语言v 几( e x t e n s i b l em a 岫pl a n g u a g e ) 。 舭是标准通用标记语言s g m 卜徂的一个子集。w 3 c 为解决h t m 难以扩展、交互性差和语义性不强等缺陷而制定的这种标记语言，正 逐步成为继h t 池后在w w w 上对信息进行描述和交换的新标准。 硕士学位论文 l 1 ) j 舭是一种元标记语言，可用来设计与特定专业领域有关的标 记语言。现已存在的在许多特定领域中应用舭比较多，如化学上 用的化学标记语言( c h e m i c a lm a r k u pl a n g u a g e ，简写为c 池) 或是 家谱上用的g e 心他等。每种舭应用程序有它自己的句法和词汇 表。这种句法和词汇表遵守x ，的基本规则。【1 6 】 x 池语言具有优良的数据存储格式、可扩展性、高度结构化以 及方便的网络传输等几大特点，可以作为描述描述信息家电接口的一 个统一标准和有效工具。 ，也是独立于应用平台，与具体的编程语言无关，只是以文 本数据为基础的切合实际的并清楚地描述了的易于读写的格式用来 组织、存储和发送信息的，这与接口定义语言( i d l ) 的要求完全符 厶 口o 显然，用类自然语言描述信息家电，语法规则多、专业性强，不 容易掌握，而且解析器设计复杂；为了克服这些缺点，本文选择用 儿对信息家电功能进行描述。提出一个用儿描述信息家电功 能的描述规范形式，设计者能够迅速掌握如何描述家电服务，方便、 快捷，解析器设计也相对简单，能很好实现对家电服务描述文档的解 析及提取信息。 2 2 4 服务描述文档解析器 服务描述文档定义的设备接口都是以文件的形式存在的，所以对 于接口信息的使用很不方便，这就需要将服务描述文档中的信息提取 出来，以一种容易记录、存储和使用的方式表示，这种容易记录、存 储和使用的信息我们称之为中间信息。我们将中间信息存储在网关上 的各种数据库中，当客户端对某设备提出请求时，我们先根据相关数 据库中的信息在客户端生成一个操作界面，并将该设备的一些信息， 如状态信息和属性值等在界面上反映出来，当操作执行完后，若设备 的属性和状态发生了变化，这些也将同步地在数据库中和客户机的操 ，作界面上体现出来。 基于l 描述的信息家电内部结构研究与实现 2 。3 即插即控模块 用户买回家电，最理想状态便是直接只要将家电进行物理连接上 家庭网关便可以直接通过万能遥控器或者通过远程的控制界面对家 电进行控制，不需要任何的配置或者是极少的配置工作，从真正对家 电达到即插即控的效果。 即插即控功能也是信息家电普及的一个前提，信息家电面向的用 户广，知识水平参差不齐，所以信息家电需要安装容易、方便、快捷、 专业知识性弱，只有这样的信息家电才会被广泛接受。 即插即用模块主要解决用户只要将信息家电往家庭网关一连接， 便可以对家电进行控制和访问。家电上线获取地址、宣告服务、用户 控制家电、家电完成控制操作并返回操作结果，这些过程一气呵成。 当家电的服务描述改变时，将以服务描述更新消息通知家庭网关进行 更新数据库中家电服务信息，及时更新数据库中的家电信息。即插即 控模块主要解决以下问题： 家电地址获取：家电只有在获取i p 地址之后才能跟网关进行交 互。 家电上线宣告：添加到家庭网络中的家电，在获取地址之后要能 够被网关发现，家电必须进行宣告自身的上线。 家电服务注册：在家电获取地址、并且家电上线宣告成功，即网 关发现信息家电上线之后，家电需将自身提供的服务，注册到网关数 据库中。 家电控制：在家电完成服务注册之后，家电等待接收来自用户的 控制命令。信息家电和家庭网关以及用户之间交互过程中，主要是依 靠传递消息包来进行，家电接收到网关消息之后，需要能够根据不同 类型消息包调用相应硬件驱动完成操作，并且返回操作结果 解包：即插即控模块需解决从接收消息队列取得消息包，并对其 进行解包，根据消息包类型，调用硬件驱动函数完成操作； 组包：家电完成控制操作之后，需将结果以消息包形式返回，因 硕士学位论文 、 此在家电即插即控模块中还需解决如何将家电操作结果组包问题。 2 4 网络通信模块 信息家电需要跟用户和家庭网关进行交互，在信息家电的注册、 用户控制和查询家电状态、家电设备描述更新等各个流程都需要跟家 庭网关进行传输消息包。该模块主要完成如下功能： 传输功能：提供网络通信接口，负责信息家电和家庭网关之间的 信息传输，包括信息家电往家庭网关发送的消息，如：家电上线时候 发送的注册消息，家电完成操作之后返回家庭网关的消息；家庭网关 对信息家电发送的用户控制信息以