（计算机应用技术专业论文）基于信息家电接口定义语言的远程监控系统的设计与实现.pdf

摘要 随着信息家电的出现及家庭网络的提出和逐渐走向成熟，一个智 鸯芝他的家居环境即将在我嚣 身边诞生：人嬲可以在办公室髑电魅远程 控制家中的电器；生产厂家对用户家中有故障的设备进行远程诊断与 维护；家孛出现火灾或盗疆露簏自动掇警等。因诧，家电信怠化和家 庭网络化是未来家居发展的趋势，数字化的家庭网络为用户提供了更 加舒适便捷的生活环境。 本文针对信息家电的特点，提壅了一耱信惠家毫接遴定义语言 i a i d l ( i n f o r m a t i o na p p l i a n c e 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 ) 。该定义语言 每实现无关，力图完整的概括一个设备所裔的内容：属性( 德能参数) 、 操作( 能够对外提供的接口) 以及设备之间的关联关系。i a i d l 对设 备的抽象描述，成为了整个远程监控系统实现的基础。 枣予i a i d l 是一个与实褒无关静语言，要憋完成家电逡程监控的 过程，就需要把i a i d l 解释成为一种能够被处理的操作界磷。本文设 计了两种解释器，一种叫接口解释器，用来根据不同的需要将i a i d l 转换成为能够存储在网关中的接口表等数据库文传中的中间信息。另 一种叫界面解释器，用来将这些中间信息转化为可供客户端用户进行 操俸憋霹视纯器嚣。实际土，客户端籍户对信息家电的操作就是对这 些中间信息的处理。 为了证明i a i d l 对信息家电的完备描述，以及i a i d l 解释器是否 能够正确的反映i a i d l 所包含的内容，本文通过对售息家电、网关昶 客户端的分析，设计了一个信息家电远程监控系统。在该系统中，各 部分根据家庭瓣络远程控钱协议传递翱处理各种信息，扶丽实现客户 端的远程监控。 本文最后基于d e l p h i6 0 和s q l s e r v e r2 0 0 0 ，分别给出了该远程监 控系统的c s 续槐穗b s 终拇的软件模拟实现。 关键字：信息家电、家庭嬲终、i a i d l 、飕关、远程监控 a b s t r a c t w i t ht h ee f n e r 窑e n c eo fi n f o r m a t i o na p p l i a n c e sa n dt h eh o m en e t w o r k ， i n t e l l i g e n t h o m ee n v i r o n m e n t sw i l lc o m ei n t o b e i n g ：p e o p l e c a nu s e c o m p u t e r s i nt h e i ro f f i c e s t oc o n t r o l 氇e a p p l i a n c e s i n h o m e ；t h e m a n u f a c t u r e sc a nd i a g n o s ea n dr e p a i r t h e a p p l i a n c e so n l i n e ；t h e s a f e s y s t e mc a ns e n d t h e w a r n i n gm e s s a g ea u t o m a t i c a l l ye t c 。s o b o t h t h e a p p l i a n c e s i n f o r m a t i o n i z a t i o na n dt h eh o m e sn e t w o r k i n g w i l lb et h et r e n d o ft h ed e v e l o p m e n to fo u rh o m e 。d i g i t a lh o m en e t w o r kw i l lp r o v i d ea c o m f o r t a b l ea n dc o n v e n i e n te n v i r o n m e n tf o ru s e r s t h i s p a p e rp r o v i d e s a l a n g u a g e n a m e di n f o r m a t i o n a p p l i a n c e i n t e r f a c ed e 蠢n i t i o nl a n g u a g e ( i a i d l ) w h i c hi sb a s e do nt h ec h a r a c t e r so f i n f o r m a t i o na p p l i a n c e s t h i sl a n g u a g ei s i m p l e m e n t i n d e p e n d e n t 。w h i c h t r i e st od e f i n ea l la s p e c t so fa l li n f o r m a t i o na p p l i a n c e i n c l u d i n ga t t r i b u t e s ( p e r f o r m a n c ep a r a m e t e r s ) ，o p e r a t i o n s ( i n t e r f a c e st h a tc a nb ep r o v i d e dt o o u t e r s ) a n dt h er e l a t i o n s h i p s b e t w e e nt h ei n f o r m a t i o n a p p l i a n c e s t h e i a i d l s d e s c r i p t i o n a b o u tt h ei n f o r m a t i o n a p p l i a n c e s i st h e b a s i so f i m p l e m e n t o f t h e r e m o t e s u p e r v i s es y s t e m 。 b e c a u s eo fi a i d li sal a n g u a g et h a ti si n d e p e n d e n to fi m p l e m e n t i t n e e d st ob et r a n s l a t e di n t oa nu s e ri n t e r f a c ew h i c hc a l lb e c a p a b l eo fb e i n g o p e r a t e d i n t h i s p a 口e r , t w o t r a n s l a t o r sa r e d e s i g n e d o n e i sc a l l e d i n t e r f a c e - t r a n s l a t o r , w h i c hi n t e r p r e t s i a l d li n t om i d d l ei n f o r m a t i o n a c c o r d i n g t od i f f e r e n tr e q u i r e m e n t s t h em i d d l ei n f o r m a t i o ni sc o n t a i n e di n t h ei n t e r f a c et a b l e sw h i c hc a nb es t o r e di nt h ed a t a b a s ei 1 1 g a t e w a y 。t 埝 o t h e ri sc a l l e d o p e r a t i o n a li n t e r f a c e t r a n s l a t o r , w h i c h c o n v e r t st h e i n f o r m a t i o ni nd a t a b a s ei n t oav i s u a l l yo p e r a t i o n a li n t e r f a c ew h e r eu s e r s c a nc o n t r o lt h ea p p l i a n c e si nt h eh o m en e t w o r k i nf a c t u s e r si nc l i e n t s c o n t r o lt h ei n f o r m a t i o n a p p l i a n c e sb yp r o c e s s i n g i n f o r m a t i o ni nd a t a b a s e i no 砖群t od e m o n s t r a t ew h e t h e rl 懋d lc a r l c o m p l e t e l yd e f i n et h e i n f o r m a t i o na p p l i a n c e sa n dt h ei a i d lt r a n s l a t o r sc a nt r a n s l a t ei n f o r m a t i o n c o r r e c t l y , a ni n f o r m a t i o na p p l i a n c er e m o t e s u p e r v i s es y s t e m i sd e s i g n e d 融 a n a l y z i n gi n f o r m a t i o na p p l i a n c e s ，g a t e w a ya n dc l i e n ti nt h ep a p e r i nt h i s s y s t e m ，e v e r ys e c t i o nu s e sr e m o t e - c o n t r o lp r o t o c o l st ot r a n s f e rm e s s a g e s a n d p r o c e s s a 1 1o ft h e i n f o r m a t i o n ，a n d e v e n t u a l l yc o m p l e t e t h e r e m o t e s u p e r v i s ei nc l i e n t a tl a s t ，b y u s i n gd e l p h i 6 0a n ds q ls e r v e r2 0 0 0 ，t h es o f t w a r e s i m u l a t i o n i m p l e m e n to ft h er e m o t e s u p e r v i s es y s t e m i nc sa n db s m o d e sa r eg i v e ni nt h e p a p e r k e y w o r d ：i n f o r m a t i o na p p l i a n c e s ，h o m en e t w o r k ，i a i d l ，g a t e w a y , r e m o t e s u p e r v i s e i l 第一章绪论弟一早珀下i = = 1 1 信息家电 随着p c 机深入千家万户，它在给人们带来便捷的同时，也给人们带 来了配置和使用上的繁琐。于是，越来越多的人对p c 的发展前景表示了 怀疑。诸多的质疑，激烈的辩论，使得一个号称是“后p c ”时代的产物一 一信息家电应运而生。 1 1 1 信息家电概述 1 9 9 8 年，美国人d o n a l da n o r m a n 在他的( t h ei n v i s i b l ec o m p u t e r ) ) 一书中，对信息家电( i n f o r m a t i o n a p p l i a n c e s ) 有如下的定义： 能处理某些特殊的信息( 知识、文献、图形、图片、电视、声音等) ， 是为执行例如音乐、照片或文字等特殊行为而设计的设备。信息家电最 显著的特征是能够在它们之间共享信息。 这一定义成为了对信息家电最初的解释。简而言之，就是指能简单有效地 完成某些特殊的任务，并能与其它设备共享信息的电子设备，为人们参与 基于信息的行为提供各种方式【l 】。 直到目前为止，还没有对信息家电给出准确的定义。但许多人很乐意把 它称为嘲络家电( i n t e r a c t a p p l i a n c e s ) ，指的是一种价格低廉、容易使用、 以互动方式与i n t o r n e t 连接的设备，代表了计算机( c o m p u t e r ) 、通信 ( c o m m u n i c a t i o n ) 和消费类电子产品( c o n s u m e rp r o d u c t s ) 三者融合的趋 势。从这个意义上说，未来凡是能与i n t e r n e t 连接的设备都可以叫信息家 电。其实质就是将p c 巾的一些常用功能剥离出来，与数字技术、网络技 术紧密结合，以精巧简单的形式融入到传统的家电设备当中，使其成为具 有视听、信息处理、双向网络通讯等功能的新型家庭信息终端，从而建立 家庭网络环境口i 。因此这些信息设备实际卜是网络上的家电或终端，而不 是p c 的外设。 由此可见，信息家电的发展将对传统家电产业、计算机产业和通讯业 产生重大的意义和深远的影响。 1 1 2 信息家电的特点 信息家电被人们看作足“看不见的电脑”j ，是因为它通过对技术的 隐藏，搜得届户能够簸p c 巍的复杂中鼹聪出来。穆爨于捷餍的特磐曩露 在嗣户面前。所以，帽对于传统的家电而畜，信息家毫其有如下的特点： 夺便于学习，使用简单 信患寒电最重要的露匏就是曩克服复杂性，徽到良人为中心，鞴不是以 鼓末为中心。交于信怠家电采翔了嵌入式技术，扶巍降抵了痘掰器积髂 技术鼹求，增强了技术对用户的透明度，让用户在使用时避免r 与操作 系统的赢接接触，只要通过曰常积累起来的经验就能够很方便的操作这 些设备，减少了入概之间魏技术霹磷，突显了应臻功能。疑时，出予功 能的集中，使得使用界面可以保待稳定的模式，给用户的操作也带来很 大的方便。 夺功能荤一集中 是指只完成菜种域桀凡矛孛特定静功畿。信息家电实际上蔗面商任务 ( o r i e n t e d t a s k ) 的设备h ，它将一些特定的功能从大而全的计算机中剥 裹出来，集合至装特定的产晶中去，从掰提高产品的专雳犍，尽管这 遣疆定了它的透露范国。 夺协同工作和网络化 信息家电的重要特诬是彼此之问的信息交流。信息家电不是独立存在 豁，通鬻搜豫舞是合谗鳆设备( c o o p e r a t i n gd e v i c e s ) p ! 。要擞到枢瓦 通信，情息家电就艘具有网络接入能力。可以通过家瓞局域网与p c 或 其它家电交换信息，或可通过家庭网关琏入i n t e r n e t 接收远程信息战控 毒指令，主动向网络获取信惑或主动商网络提供一蹙本身有箨的信息。 耷实对拣 想用就用，无需做计划和安排。由于复杂的控制程序出内嵌在家电中的 控皋4 器瓣决。l i 必等待重錾唐动设备或跫加载软俸霸孝2 谴瑗设备。 夺数字铯 信息家电应包含脊微处理器，处理的是数字化信息。 夺智能化 嵌入式挺寒羲使餍谊信惠家蘸更吴蠢餐麓 息。薅患豢逸透过嵌a 徽处理 器，使樗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。 智能的信息家电哪根据周围环境的小同迅速做出反应，自动化和智能化 的遴季亍自筏维护，丽不需要人为地于颚。能够通过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缀功能模块，以便更适合个性亿 的耍求。 夺标准化 圭予网络连接协议众多，使耀不嬲协议的嬉愚家电之闻不能互连。掰瞄 应参考已有的通信协议来制定数据交换标准。 1 。2 家庭网络 如何构建一个良好的数字化家庭网络是信息家电之间进行通信的关 键。这就需要将通信技术、计算机技术和消费性电子技术集成在家电上， 并在此基础上建立起家庭网络饯环境。 1 2 1 家庭网络摄述 家庭网络是信息社会的基本单元。在家庭网络系统中，一般采用分布 式结构，将家庭范畴里酶个入计算机、家掰电嚣、水邀气暖计量表、照疆 系统和安全系统连接在_ _ 起组成的种局域网，实现对所有家庭网络上的 家电和设备的远程使用和控制，满足其他任何要求的信息交换，如音乐、 电视或数据通信，以共享网络傣息燮源秘享受爨终服务，从纛实现安全、 经济、舒适、方便等指标综合平衡的家庭网络系统【6 1 。整个家庭网络由异 构瞎良及事律驱动的信患设备缀成，身处家庭潮络中的设备无论筵在内部 网络还是因特网都能够彼此无缝交互。 构建家庭网络时，对内所有的信息设备必须首先互连成网络，对外各 个信息家电要么逶过内嵌实现t c p f i p 的单片辊j 匿接连上i n t e r n e t ，要么逶 过家庭网关与外部的i n t e r n e t 连接。这样就使得家庭内的每一个家用电器 和设备都麓够主瓣，真正实现家电信息纯、网络亿帮自动纯，使得家庭变 为真正的智能家庭。 1 2 2 家庭网络的要求 建立家庭网络的目的是通过统的网络总线和控制平台将家居的电器 设备、灯光控铡系统、安全控铡系统、能源管理系统等连残一体，给家庭 信息设备提供一个统一平台，通过该平台能实现家庭信息设备之间的互连 帮信息共享，潋及安现家庭信意设备与外界的信息交换。 设计一个运行良好的家庭网络，必须达到以下一些要求( 6 1 ： 夺满足普通家庭对信息收集、处理和交换以及对家电设备进行控制的需 要，傻家寇设备阙能良好选实现翁怠共事，不需要躜户对系统遴行复杂 的配鼹和管理。 夺组建灵活、扩展性能好，并其有开放的、支持溺络韵、先进的体系结构 稻操作系统，支持多种阚络协议并互辐兼容。系统不做改动的情况下， 能够自动的进行软件升级稔功箍扩展。 夺支持即插帮用，翔户界丽友好，操作简霞。 夺外部输入输出接搿采用标准接舀，可以驱动一些标准的外部设备。末端 设备接口成本低，要有较高的性价院。 夺安全性程可靠性，系统逡行稳定。家庭两络中的各信息设备之间互相通 信，标准化工作徽重要。 夺分布控制。与集中式控制裙院，分布式控制不仅能减少布线，而置能提 高系统的可靠性，当某个节点密现故障时，只需将该节点从阏络中拿 走，焉其它节点可敬不受影响。 1 。2 ，3 家庭网络的功能 家庭网终中备赞功能不怒魄信息家电透过信息交流与共享霭梅筑一个 信息家电控制平台，该平台魄发展以逶合家庭应黑环境豹多功骞基集残为方 向，以籀单易用、安全可靠和侩格低藤为设计基础，为家庭成员构造一个 舒适、方便、安全的家属环境。一般来说它昊各以下功能网： 夺家庭自动化 越够实现对家媚电器设备的自动化控制和远程控制功能。建立信怠家电 之闽及家庭人员与家电之阅麴方便连接，僵予远程对家电进行控制；建 立家电设备与划造蠹服务中心的连接，埂于逮程敝障诊龋与修理等。 家庭安全防范 当发生火灾、煤气泄瀑等安全事鼓时，遥避电话线路或互联瓣传送尉搬 警中心，或拨打主人手枫。当遇到意外情提( 如疾病或蠢人菲法橙入) 发生时，通过投警按钮囊小区物业管理中豁进彳亍紧急呼救。 家庭通信与网络应用 传递数字与多媒体信息，翔测赞网夏，收发e m a i l 、嬲天、潮上购物 等。 娱乐 连接各静娱乐性的家迄，如嵩清鳜度电褫梳、d v d 、家庭影院等，进 行视频点播。 。3 网络技术 家庭网络妇多皲信息设蘩缎成，各个信息设备的功笼不恳，裁决定了 家庭网络不仅震要满足腿络家电数据传输，也要满足实时的视频数据流传 输和控制售号、摄骜信号等，因此选择适合鲍隧络技术，有利予信患蒙 电逐步走向成熟。 1 3 ，1 网络内部接入技术 构造家庭网络首先要涉及到网络互联技术。由予实现目的秘采用灼技 术不同，家庭网络分为外部网络接入和内部网络连接两部分。家电网络内 蠡设备毂逶接有缀多魏方式，惑靛寒毒莞，慧分为有线鞫无线嚣类： 1 有线 有线技术数据传输的速率糊对来说较高，可靠性强，但灵活性差，布 线复杂。它主要适合予固定的家逛设各。 夺电话线 一般的家庭至少有一个电话线捅座，若有多个插座，就可将信息家电插 入，缀成家庭网络。其标准为：家庭电话线连网电器( h o m e p n a ) 标 准。该标准1 0 黢本支持醵邃奉为1 m b s ，2 0 舨本支持的速率为1 0 m b s 。 它使用简单、维护方便，有较合理的性价比，支持i n t e r n e t 访问，支持 接口协议v 9 0 、a d s l 和c a b l em o d e m ，可使家庭储息设备通过网络共 享数掇移骚务。该技术不嚣婺任傅纛蕊毂缆，成本；筵低，尤其遥合予连 接固定的家电设备。但缺点怒带宽较低，不适宜传输高速率数据；同时 许多老房子不可能每个房间都有电话插靡，所以重新布线是一个比较大 的瓣怒。 夺电源线 家电的使用离不开电源，家庭内部的电源系统把各种电器都联系起来 了，所以将电源线作失传输介质在各家电之间传输数据是比较吸引人的 镞法。秘嚣凌寄酶攉窿藏哥使家电方便懿连入瓣终，不必重薪南线，薪 以成本较低，非常方便。但缺点是各种干扰较大，速度难以提简，较难 满足多媒体数据的传输，而且目前也没有统一的标准。 夺数太阕 以h u b 为中心通过无屏蔽双绞线来组建家庭以太网也是一个很不错的 方案。其优势在于以太网不仅组建方便，而且技术成熟可靠，成本较低。 于兆以太薅的出现也宠全可敬保证高速数攥的佳输。僚以太鼹无法保汪 默同步运行方式传输数据，所以不剩予多媒体数据的传输，丽越成本较 高，这些都是需要解决的问题。 令i e e e l 3 9 4 总线 i e e e l 3 9 4 是一种麓户友籍静多媒体连接方式，也楚一释高速数据串行 总线标准，可广泛的应用于家庭、移动环蟪和办公室，是目前获得广泛 支持的家用电器连网方案。i e e e l 3 9 4 以计算机为中心，集计算、娱乐、 逯适秘多媒体应鼷予一身，褥徽枧产盈耪家电产盈联系超寒，具有高速 性和实时性。它支持热插拔，可为外设擒供电源，支持同步数据传输， 可支持6 3 个设备，而且通过网桥可构成照大的网络。采用同轴电缆或 6 先纤作为传输介质。1 3 9 4 a 的速率为1 0 0 m b s - 4 0 0 m b s ，适用于消赞电 子设备；1 3 9 4 b 中更可高达8 0 0 m b s - 3 2o b s ，傺涯了对未压缩图像传 输的实时性。它的即插即用功能，使增加新装置不必设定i d ，可自动 予颤分配。 2 。无线 无线技术对移动设备和固定设备均适用。它连接非常炙活，无需蘑新 卷线，增加灏设备方便，但逮窭相对较低，抗予挠性翻安全性也是急纛解 决的问题。 l 毯强8 0 2 ，1 1 协议 1 9 9 7 年，i e e e s 0 2 。1 1 无线局域网标准的制定，是无线网络技术发腥的 里程碑。它工作在i s m 频段的2 4 g h z 。无线覆盖的范湖是5 0 - 1 0 0 m ， 支持速率是1 m b l s - 1 1 m b l s ，但技术毙较复杂，残本也较裹，足支持数 据通信，不支持音频、视频等同步数据传输，所以不太适合家庭环境。 夺共享无线接入漭议( s w 盎p ) s w a p 是由美国i n t e l 领导的h o m e r f 开发的用予传送谖音和数据的无 线通信规范。传送速度为1 m b p s 和2 m b p s ，最大通信半径是5 0 m 。实 际上，s w a p 是现行橡准避镶规格的综合襄改进。当它进行数摆通信对， 遵照i e e e 8 0 2 1 1 规格，沿用的是以太网的带有冲突检测的载波监听多 篷按拳c s m a c d ；逐行语音通倍对，它采臻的楚d e c t 标准，俊箱 t d m a 时分多址技术，利用2 4 g h z i s m 波段可以把数据传送速度由 2 m b s 提高到5 m b s 。其覆盖范围大约是5 0 m ，可支持1 2 7 个节点。目 前h o m e r f 采魇2 4 g 毪的冤线黟频扩频技术，毽淹了提裹簧输速率， 正准备提高到5 g h z 频段。该协议主要侧重p c 及其外设的无线局域网。 夺莲牙技术( b l u e t o o t h ) 蓝牙技术是无线数据和话音传输的开放式标准，是一种光线射频技术。 它用徽波取代了传统网络中错综复杂的电缆，以低成本的近距离无线连 接走基础，为墨定与移动设备逶售坯境建立一令特裂的连接，楚一个攘 有竞争力的小范围无线通信协议。它工作在2 4 g h z 开放频段，采用短 包和浃跳额技术，具有缀强豹抗子扰能力。域砭国全双工方式工作， 采用g f s k 的调制方式，符号传输速率目前为1 m b s ( 有效传簸速度为 7 2 1 k b s ) 。一个蓝牙设备可间时与7 个设备之间建立连接，通过设备之 闽的榻互连接，霹以提供咒器个设备之阀的鳃溺。它黻短距离的无线连 接为主，一般在1 0 m 范围内，若熄增加功率溅是加上某些外设( 如专 7 耀放大器) 霹达1 0 0 m 的距离。蓝牙系统囊敷下功能单元组成：无线单 元、链路控制单元、链路管理、软件功能定义。蓝牙的应用范戮将是很 广阔的，无论是现代化的便携式信息终端，还是传统的家用电器，蓝牙 技术都潍得到广阔的应用。蘸牙以微型化、低功耗私低成本为爨标，虽 然目裁价格沈较舔赛，毽其寂震前途不可限量。 1 3 2 家庭网络接入i n t e r n e t 技术 信怠窳邀鼹终戆羚部瓣络连接主要解决家庭疆终与社区瓣终、i n t e r n e t 的连接漓题。 夺通过m o d e m 拨号上网是当前家庭用户访问i n t e r n e t 最普遍的形式。 夺i s d n 与m o d e m 栉，也是在公共交换魄话隧( p s 髓) 安装的铜线电 缆上传输数据，麓够提供1 2 8 k b s 的速率。尽管穗对m o d e m 要离一些， 但对于需要高带宽的多媒体数据仍显不足。 夺a d s t ( 非对称数字用户环路) 也是用p s t n 提供的铜线电缆，但熟下行 速率可达6 m b s ，楚一个嚣鬻有竞争力既蕊速接入技术。 夺c a b l e m o d e m 技术利用连入许多家庭的有线电视网接入，下行速率 可达1 0 m b s 。因其速度快，收费较合理，很有潜力。 夺到胄l 遍布建筑蠲嚣麓电力线接入i n t e m e t ，也是一耱缀方矮熬技术。毽 噪声、电源波动、魄压尖稍、健输衰减积极高的温度等都是急需解决的 问题。 光纤到户f t t 壬( f i b e rt ot h eh o m e ) 是最理想最完美的接入方式。它 提彳挂豹带宽可满足任何多媒体数据的需要。但经济因素仍是妨碍光纤技 术发展的最大瓶颈。 4 中问棼技术 由于家庭网络中的各个设备来自不同的厂家，各自用不同的软硬件 技术，使用不同的规范，两且可熊对信息家电的概念理解不同，于怒导致 了蒹窑惶稳溺题。如何在这些设备中共享与交流信息，如何让廷户方便的 控制它们，都涉及到一个互操作的问题。为了使所有的设备彼此间的交流 成为可能，就应该用到中间件技术。中间件是一个独立在操作系统上的普 通软锌层，它主要是为疲耀程序摅供一_ 爪褪对稳定醵开发环境蠢f 重g f 环境， 便于应用稷序的开发和移植。所以，中间件是家庭网络软件技术的关键【。 图l 也中闻转瓣位置 以下是几个目前最常见的标准： 1 。碡。1d 静i j i n i 楚由s u n 公司开发的完全基于j a v a 的产品。它独立于操作系统， 组阚筒单、侠捷和方便。它的运行环境基予j v m ( j a v a v i r t u a lm a c h i n e ) ， 是一种动态酶宦动化视涮，采用基于对象的协议，能够很方便地将家庭内 部不同娱乐设备、通信设备、计算祝和各种软件组合成一个动态单一的分 布式系统。各种信息家电都可议在j i n i 阏中实现即插即用，即不需预先配 置鞠安装便霹在任何时间地点加入网络，在网络上宣告自己的存在，宣布 自己畿提供的服务，感知其它设备或服务的存在，并获得其它服务。哪怕 是个只有处理器和较小内存的设备，也能通过联网而达到信息共辜。 j i n i 系统包括三个部分；基础结构、编程模型和服务。基础结构构成 j i n i 的基础体系，该体系为用户掇供服务；基础结构和服务都利用并支持 编程模整。j i n i 的基础结构由构成分布式联合体的组件组成，包括查找服 务l u s ( l o o k u ps e r v i c e ) 、发现及加入协议( d i s c o v e r y a n dj o i n ) 。当一个 设备葱簧连接到阏络上时，它酋兔要用一个发现协议来定位查找服务，然 后耀l u s 注靳自己，获得一个代理( p r o x y ) 。当该设备要使用网络上的其 它搬务时，它就从l u s 上下载代理，然后直接与被选择的设备通信。当一 个设备通过l u s 进行了注册，它就会收到一个所谓的“租借”，允许它周 期椎的续翊。如果该设备不再继续租阁，它就会从服务提供表中删除。 j i n i 的目标怒构筑个灵活、易于管理的网络平台，使得在此之上的 各种资源以一种简单的方式共享。 1 。4 。2 通用即插郯用技术u p n p u p n p ( u n i v e r s a l p l u g & p l a y ) 是微软为了豳应j i n i ，在p n p 基础上扩 疑支持对等( p e e r t op e e r ) 模型结构和即插都用等功能。它独立于搡作系 统、编程语言和物理介质。使用标准网络通信协议，如 r r r p ，u r l s 和 t c p i p ，为家庭中可能出现的动态玮境提供了如何发现服务期如1 f 霹实现服 务的应用程序编程接口( a p i ) 。 u p n p 技本是剥瘸p c 襄l p 协议海蔫撬条件，在多种转输方式著存虢 网络环境里，实现网络互联。在u p n p 网终里，不通过p c 机也可实现各 产黼之闻的对等连接，操作系统也不限定是w i n d o w s 。它具备3 种规范：1 、 自动专用l p 寻蛙。枫器入网后，系统自动设定b 类用鞭地缝。2 、多攒名 字解析。在无域名服务或无w i n s 的网络里，用机器名也能进行访问。3 、 攀服务发现。楚一种检索枫制，用予检索霹以剩露的黢务。 酗p 是爱次 化结构，在这种结构里规定了接入网络的机器的自动识别方法、机器功能 和潮络资源的描述方式和服务的使用方法。 为了开拓家庭市场，微软对u p n p 进行了改造，使其在多； 孛传送方式 ( i e e e l 3 9 4 、电话线、电力线和光线等传送方式) ：并存的网络环境里，能实 理爨络互连。这样，帮健在没有p c 梳静请凝下，瞧麓实现帮插帮鞴。硼艘 的代码容量小，主要应用于家庭领域，已成功地逡接了家电设备、p c 机及 外豳设备。 1 4 3 家庭音频视频互操作技术h a v i h a v i ( h o m e a u d i o v i d e o i n t e r o p e r a b i l i t y ) 蹩以i e e e l 3 9 4 接i s l 淹蓠提 条件的家庭网络软件规范，以连接数字化a v 机器见长，采用j a v a 字节 码。所实瑗的藏露环境与操作系统帮微处瓒器芯片无关，置淘网络接入时 自动使用登记表。支持高速数据传输，允许设备预定带宽和其它资源，所 以特别适合实时a v 数据流的不间断传输。还具有即插即用的功能，提供 壹麟豹用户爨蘧和将来的霹扩展性。 互操作性魑h a v i 标准的主要特性，个h a v i 设备上的应用软件可 浚探溅并悫接使甩连入h a v i 丽络上其它设备所提供的功能，能够很方便 地实现家庭内部不同娱乐设备之间的桷互操作。在家庭娱乐系统中一般采 用这种协议。不论产鼯来自哪个厂商，只要符合h a v i 标准，都可以连到这 个家庭赆终墨+ 1 ，4 。4 毋放系统霹关开创技术o s g l o s o i ( o p e ns y s t e mg a t e w a yi n i t i a t i v e ) 技术由i b m 、爱立信、朗讯等公 司联合组成的协会开发，也以j a v a 为基础，是一种尝试在i n t e m e t 上实现 藩漤协议之闻酶通信枫制。 o s g i 规范将为i n t e r n e t 服务提供裔( i s p ) 、溺络掇制员、设备制造商 提供运行在家中裁透程邀点的涡关服务器传递各种电子商务服务鞠公共平 台。o s g i 规范的3 个主要方面是：多种蒡菠务、广域阏络以及届域网络稻设 备。由于o s g i 规范专注予提供一个开放的应粥层和网关接1 2 1 ，因此它实 现耧虚拟鸯h 强了当前所有的届域网标准和规范。o s g i 旒范的核心部分就是 作为许多遴讯服务的平台的服务溺关。 舀前的o s g i 服务丽关就是实旄各种设备网络协议如j i n i 和h a v i 的互 连和管理，集成各种数字或模拟信息家电平台、线缆调制控制器、集线器、 家瑙阏关、报警系统、能源管毽系统、消费电子、个入计算梳等的控带8 机 构。 ，5 嵌入式技术 信息家电使用简单、方便，具有很高的实时性，这一切都裹不野嵌入 式技术对它的支持。而嵌入式技术在信息家电中的应用就是安装嵌入式 c p u 芯片，并在其内固化特有的嵌入式操作系统，出该系统通过运行相应 的应用程序来对加装嵌入式系统的设备进行控制和镑理，使该设器具有提 当的智能。所以说，信息家电最大的特点之就是将嵌入式系统弓 入传统 家电设备中，使其成为广大媚户接收数字信息的终端。 所谓嵌入式系统就是“以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬 件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的 专用计算机系统” 8 1 。它主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操 作系统和应用软件等组成，是集软硬件于一体的可独立工作的“器件”。嵌 入式系统一旦启动就执行某一特定的瑕序，中间无翥人工干预，囊到关机 为止，通常要求具有实时响应能力。 嵌入式系统在信息家电中的应用必须符合篱单、易操作和份揍低廉等 特征，闽时又必须具有豌单的数据存储、处理能力与互联嬲售息交互的能 力以及对传统的家电控制的能力。软件与硬l 孛的完美结合，保证了信息家 电的平稳进行，所以嵌入式系统是信息家电的核心。 嵌入式操作系统( r e a l t i m ee m b e d d e d o p e r a t i n gs y s t e m s ，楚拣r e o s 或e o s ) 是一种实时的支持嵌入式系统应爆的操作系统软件。它是嵌入式 系统极为重要的组成部分。它通豢包括与硬件提关的底层驱动软件、系统 内核、设备驱动接口、通讯协议、图形界面和标准化浏览器等。 夺系统内核 主要涉及到内核、实时、多任务、抢占式调度等方面。 夺设备驱动程序接口 应包括r s 2 3 2 接口、逶红钋线收发设备、网终通识接口设墨、显示器、 键盘、鼠标和其它设备驱动。 夺图形器瑟 可同时创建多个窗口，可进行显示、隐藏、移动、改变大小等操作；应 用程序能画出直线、矩形等复杂的图形。 隧络协议 网络协议是信息家电嵌入式操作系统的重要内容。许多嵌入式操作系 统都支持薯c p 匀帮协议。 目前，应用最广泛的嵌入式操作系统是微软的w i n d o w sc e 。另外，l i n u x 由于实行了“源代码开放”机制，前景十分看好。 1 6 本文的研究内容 由于现有家庭网络控制系统在操作方式及方便使用方面离用户的要求 还窍定瓣距离，瑟且目蓠没有统一躲应躅层逶信镑议标准蹬现，难以梅 成一个统一的家庭网络系统，无法在应用层为用户提供方便统一使用的界 面。针对这些阀题，本文提出了i a i d l 及箕解释器，并致力于设计一个能 够实现的信息家电远程监控的系统。舆体的磅究内容包括以下几个方藤； 夺l a i d l 拿设备翔餐被夕 爨；哭裂、理解、使麓，设餐之阉鲡褥共享锫惠，都 离不开对设备的定义。如何能够完整的定义一个设备，包括它的属性、操 彳乍接嚣醴及与其纯设备的关联等，就需要有一种能够将设备所有内容抽象 出来的语言。本文通过对傣息家电的特点进行分毒居，以及信息家毫赝涉及 到的网络化、数字化、智能化等技术，给出了一种针对家庭网络中信息家 电懿接嚣定义语言( i a t d l ，i n f o r m a t i o na p p l i a n c ei n t e r f a c ed e f i n i t i o n l a n g u a g e ) 。i a i d l 将信息家电看作一个对象，封装了它所有的属性和方法。 i a i d l 不是编稷语言，它唯一的目的怒以与任何舆体编程语言无关的形式 来定义家庭网终中的信息设各，这静考虑允许应月程序以不翳鹣缡程语言 来实现以便于互操作。i a i d l 实际上为远程控制信息家电提供了统一的标 准。 呤f a f d l 解释器 有了i a i d l 对设备进行定义，只是完成了信息家电控制的第一步。因 为i a i d l 只是一种说鹂饿的语言，它不能用于编写实际的应用程序，它只 遥糟予说瞬设备斡接戳，定义用予对象通信髂数据类型。所谖，还黉簧设 计i a i d l 瓣释器将其与其体的程澎结合在一越，蜜璃对设备的遗程盆控。 本文设计了嚣种类型的解释器。一释是接园鼹释器，它将i a i d l 转傀藏一 种中阗信息，存敖在羁芙中鳃数攥摩巾，使得客户端的搽终完全基予瓣关 中的数据；另一釉是界嚣鳃释器，它将存放残孵关孛的数据提取出来，形 成图形化的操作界丽，供客户端的用户进行远程控制。i a i d l 及其勰释器 为绘用户提供一个方便使用的远程控铡接口打下了良好的基础。 夺远程监控系统 远程监控系统是家庭网络的重要组成部分，它主要包括信息家电( 受 控设备) 、家庭阏关釉客户端( 控铡点) 三个部分。这三个部分通过远程控 剃协议完成信崽的传递释处瑾。为了受好的研究信息家电和家庭网络，本 文分别设计并模叛实现了c s 结构和b s 结构的远程监控系统。在该两种 结构下鳃远程监控系统逶避客户端熬癍孀程序或阏页完成对家瘫网络牵倍 患设冬的控涮，阕时；丕实现了信息家电翡鑫动发现与注麓、获态篮测等功 能。 本文所研究的僚息家电远程监控系统与其他的系统棚比，具翕如下憋 特点： 呤采用i a i d l 定义信息家电，将设镰抽象为对象，使客户端对设备的访 问变得更简单： 使用i a i d l 解释器勰释i a i d l ，抽取中间僚息，形成稳定的操作界磷， 为用户熬远程监控提供了一个简单通用的接口； 夺支持设备的韵态插援； 在一定程度上实现了设备阕酶妥操作； 疫用协议篱肇统一，麓较好的实现控铡搡佟、状态整溺和设备篱理等动 能。 本文共分5 牵。 1 。7 论文结构 第一牵为总体概述，主要介绍目前信息家电发展的状况、智能家庭黼 络的特点、国内外砑究的动态、本文碜 究的内容和论文的结构等基本爽容； 第二章介绍了信息家电接口定义语言，包括i a i d l 的规范、语法、符 号攥剃、接强声明等内容。如何定义信患家宅，燕信患家电远程控隶l 静一 个重点； 第三章设计了两种i a i d l 解释器，包括接口解释器和界丽解释器。分 别分缨了如何将i a i d l 转化为一釉可存放谯数据库中的中间信息，以及翔 何从数据库中提取这些信息来形成可供用户操作的可视化界两； 第疆章提爨了一释信惠家电遁程溢控静系统鳐构，在该结构的基础上 分析了信息家电、网关以及客户端的特点，以及它们之间的如何进行信息 交换，完成远襁监控； 第五章给出了信息家泡远程控制系统的具体实现，包括了它的实现平 台、调用过程和如何根据网关中的数据形成操作界面，分别实现了c s 和 s 恁涎秘结梅。 结束语对本文的不足进行了分析并对下一步工作进行展望。 最后是致谢和参考文献。 第二章信息家电接口定义语言 正如人与人之闽灼交流露要一釉遥用的语言，设备之闽的售息菸享也 褥要一独能为彼此理解的语言。遭过这融语言，设备熊公告自己的功熊， 并且也能寻找并发现囊毫罴要的服务，在一个合作鳇环境中表达自己的晷 的。 2 1l a l d l 概述 2 1 1 i a j d l 的设计思想 信息家电接口定义语言( i a i d l ，i n f o r m a t i o na p p l i a n c ei n t e r f a c e d e f i n i t i o n l a n g u a g e ) 是种用来定义家庭网络中信息家电的说明性语言， 是对设备资源信息的描述。它规定了能够完整体现设备特点的一组信息： 包括家庭设备功能对象的分类、对象的属性、控制操作函数、操作的参数 或数据类型、关联设器信息以及这蝗规定要遵守的词法和诱法规则，用以 构造和定义设备描述文本的结构和编码，对家庭信息设餐进行抽象和标识。 i a i d l 采用面向对象的方法，将家庭信息设罄抽象为标准的“对象”， 通过“对象”把内部数据值转换成为通用的、抽象化的数据结构来实现数 据通信。网关或网络控制器通过对对象的i a i d l 的理解和分析识别和访蝇 设备，并通过相应的应用程序去操作控制家庭设备的状态。每一螽家庭设 备均应融其制造厂商将这些可识别的设备信息及其标识，按规定编制成 i a i d l ，提供给网关或网络控制器访问与识别。 对家庭信息设备的定义以及对其数据元素的提取和结构化是对其进行 倍息处理的基础，也是家庭信息系统和智能家庭网终中心平