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基于s d f 数字家庭中间件的数字家居控制软件设计与实现摘要 论文题目：基于s d f 数字家庭中间件的数字家居控制软件设计与实现 专业：计算机系统结构 硕士生：丁卫彬 指导教师：王建民副教授 摘要 近些年来，随着计算机技术和网络技术的发展，数字家居越来越受到行业的 重视和家庭用户的接受，同时，随着数字电视的快速普及，双向机顶盒将成为数 字家居中最常见的信息处理设备之一。基于s d f 数字家庭中间件的数字家居控 制软件，使得用户可以通过双向机顶盒控制一个家庭范围里的设备，实现家庭范 围里资源的集成整合，降低了成本的同时，又能以数字电视用户熟悉的操作方式 提供数字家居控制应用业务，提高了用户的体验，因此对基于s d f 数字家庭中 间件的数字家居控制软件进行研究是有极大意义的。 本文首先介绍了数字家居的技术标准、数字电视中间件和数字家居远程通讯 协议应用模型，接着对数字家居控制软件的网络应用环境和应用业务需求背景进 行了分析，然后阐述了对数字家居控制系统结构、数字家居控制系统工作流程的 设计，以及对数字家居控制软件的功能需求。在此基础上，本文提出了一种基于 s d f 数字家庭中间件的数字家居控制软件的设计，数字家居控制软件包括控制模 块、监听模块、数据管理模块和显示模块四个模块。其中控制模块负责向家庭网 关发送控制设备命令；监听模块负责监听和接收家庭网关的数据；数据管理模块 负责将数字家居的数据保存在机顶盒内存中，并提供增加、修改、删除的接口； 显示模块使用了s d f 数字家庭中间件技术，为数字家庭用户提供友好的使用界 面。最后，对s d f 应用业务模式进行了扩充，使s d f 中间件支持整体固化在机 顶盒中的s d f 应用业务，并将本文设计的基于s d f 数字家庭中间件的数字家居 控制软件应用在x t o n e 双向机顶盒上，实现以数字电视用户熟悉的操作方式向 家庭用户提供数字家居控制应用服务。本文提出的基于s d f 数字家庭中间件的 数字家居软件设计与实现，对开发基于s d f 数字家庭中间件的数字家居应用有 较大的指导意义。 关键词：数字家居控制软件、s d f ( s c e n ed e s c r i p t i o nf i l e ) 中间件、家庭网络、 家庭网关 i 基于s d f 数字家庭中间件的数字家居控制软件设计与实现a b s 订a c t t i t l e ： m 面o r ： n 锄e ： s u p e n r i s o r ： d e s i 印锄di i i l p l e m e n t a t i o no fd i g i t a lh o m ec o r l t r o ls y s t e mu s i n gi t v s d fm i d d l 铡忸r e c o m p u t e rs y s t e ms t m c t u r e w r e i - b i i ld i n g a s s o c i a t ep r o f e s s o rj i 锄一m i l lw r a n g a b s t r a c t r e c e n t l y ，w i t ht l l er a p i dd e v e l o p m e n to fc o m p u t e r 锄dn e t 、v o r kt e c h n o l o 鼢 麟l yp e o p l eh a v eb e e np a y i n gc l o s ea l t e n t i o nt 0d i g i t a lh o r n e a tm es a r n et i n l e ，w i 血 m er a p i dp o p u l 撕z a t i o no fd i 百t a lt e l e v i s i o 玛t w 0 一w a yd i g i t a ls e t t o pb o x e s 谢l l b e c o m et h em o s tc o m m o ne q u i p m e n ti i lh o m e h o i n ec o n t r o ls y s t e mu s i n gi t vs d f ( s c e r 伦d e s c r i p t i o nf i l ef o ri n t e m c t i v et v ) m i d d l e w a r e ，a l l o w su s e r st 0c o n t r o lt h e o p e r a t i o i l so fv a r i o 邺a p p l i a n c e s nc a l lr e d u c em ec o s to ft l l ei n t l ：g r a t i o no fd i g i t a l h o m er e s o u r c e ，锄dp r o v i d eh o m ec o n t r o l 印p l i c a t i o nt 1 1 mi sf 锄jl i a rw i t l ld i g i t a l t e l e v i s i o nu s e r s 1 k st h e s i s 丘r s t l yi n l d u c e st l l ed 硒t a lh o m e 她d a r d s ，d i g i t a lt e l e v i s i o n 面d d l e w a r e 锄dd i g i t a l h o m er e m o t ec o m r m l i c a t i o np r o t o c o ls p e c i f i c a t i o 玛d i s c u s s e s h o m en e t 、o r k j n ga r c h i t e c t u r e 锄d 印p l i c a t i o no fd i g i t a lh o m e ，锄dm e ：n 觚a l y z e sm i e l o g i c a ls t r u c t u r eo fh o m ec o i 巾r o ls y s t e m ，t l l ed a c a & p r o c e d u r ef l o wo fh o i mc o n t r o l s y s t e m 锄dt l l er e q u i r e m e n to fh o f n ec o n l i 0 ls y s t e n lb a s e do nt l l er e s e a r c ho fd i g i t a l h o n l ec o n 嘶ls y s t e m ，“sm e s i sp r o p o s e dm ed e s i 印o fh o m ec o n 们ls y s t e mu s i n g i t vs d f 面d d l e 唧e ，吐屺d i g i t a lh 0 i n cc o n 仃o ls o n 眦鹏i n c l u d e sf o u rm o d u l e s ： c o n t r o lm o d u l e ，m o l l i t o rm o d u l e ，龇a c c e s sm o d u l e ，d i s p l a ym o d u l e h e r e ，c o n t r o l m o d u l es e n d sc o n t r o lc o m m a n d st 0t l l eh o r n eg a t e w a y ， m o i l i t o r i n gm o d u l ei s r e s p o n s i b l ef o rl i s t e 血唱i 1 1h o r n cg a t e w a y ，d a t aa c c e s sm o d u l ei sr e s p o n s i b l ef o r s t o 血gd i g i t a lh o m e d a t ai i lm 锄o d i s p l a ym o d u l el l s e st l l ei t vs d fm i d d l e 唧et 0 p r o v i d ed i g i t a l h o m eu s e r 衔e n d l yi r l t e 血c e f i 僦l y ，t h i sm e s i si m p r o v e sm e 印p l i c a t i o nm o d eo fi t vs d fm i d d l e w a r e ，a n di m p l e m e n t st h ed e s i g na b o v eo n x t o n e s e t - t o pb o x n l ed e s i g no fh o m ec o n t r o ls y s t e mu s i i l gi t vs d f m i d d l e w a r e p r e s e n ti 1 1t h i st h e s i s 、析l ll l 乏em a n ym e a i 血l g st 0t 1 1 ed e v e l o p m e n to fd i g i t a lh 0 i n e n i 基于s d f 数字家庭中间件的数字家居控制软件设计与实现 a b s 订a c t a p p i i c a t i o nu s i i l gi t vs d f m i d d l e w a 眠 k 呵w b r d s ：d i g i t a l h o i n cc o i l 们ls y s t e m ，i t vs d fm i d d l e 啪聆h o m e n e t 、o 妇g ，h o m eg a t e w a y 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 文不包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 的研究作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：鱼幽 日期：2 笃二至：俎一 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆、院系资料室被查阅，有权将学位论文的内容编入 有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其他方法保存学位论文。 学位论文作名：佃瓜妁 日期。叩年岁月工，f 日 导师签名： 日期：中p 、l 日 基于s d f 数字家庭中间件的数字家居控制软件设计与实现 第l 章 第1 章综述 本章主要介绍了本文的研究背景，相关的国内外研究现状，研究的内容和意 义，以及论文的章节安排。 1 1 研究背景 随着人们生活水平的提高，计算机技术和互联网技术的高速发展，人们对居 住环境的舒适性、安全性、环保性和方便性有了更高的要求。为了满足对居住环 境的更高要求，人们提出了家庭自动化【1 、智能家居【3 t4 1 、网络家居【5 1 、数字家 居【丘7 1 等改善居住环境的技术概念。这些概念既相似又各有不同，其中家庭自 动化和智能家居一般是指实现家用电气设备的自动控制和调节，而网络家居和数 字家居则偏重于家庭内部通过网络对外界信息的获取【刀。 数字家居的家庭网络系统是以家庭为单元，运用多种网络介质和网络协议【9 l ， 将家庭控制网络和多媒体信息网络融于一体，形成统一开放的家庭信息化平台， 对内实现设备的互联互通，对外实现家庭内部网络与i n t e m e t 等公共网络的互联 互通。 目前，随着数字电视的普及，数字电视机顶盒的使用越来越广。据统计，近 3 年来，国内数字电视机顶盒的销售量为2 0 0 6 年1 0 0 8 4 万台，2 0 0 7 年1 3 1 9 4 万台，2 0 0 8 年的2 2 2 4 1 万台，并预计在2 0 0 9 年达到3 0 9 5 万台。由此可知，数 字电视机项盒将成为数字家居中的最普及的信息设备，将会在数字家居中发挥越 来越大的作用。 本课题是在数字家居技术快速发展的背景下，结合广东数字家庭项目的实践 经历，提出了一种基于s d f 数字家庭中间件的数字家居控制软件设计，使双向 机顶盒具备了数字家居智能控制终端的功能，实现用户通过双向机顶盒控制数字 家居设备，既丰富了双向机顶盒的应用业务，又使得数字家居控制的方式更加多 样化。 。d v b c 数字电视中文网：b 盐；丛丛盟垡y 垒如：塑匝缒皇墅g 唑! 垒丝q q 旦笾垣鱼坠墨墅! ：b 如! ，上次访问时间： 2 0 0 9 4 1 5 l 基于s d f 数字家庭中间件的数字家居控制软件设计与实现第1 章 1 2 国内外研究现状及发展趋势 本节将介绍主流的数字家居技术标准和数字电视中间件，以及本文所采用的 数字家居远程通讯协议的应用模型。 1 2 1 主流数字家居技术标准简介 目前，很过行业都参加到数字家居的家庭网络标准的制定中，但是每个行业 的家庭网络标准工作都希望自己领域的设备和技术成为数字家居的核心部分，所 以所制定的标准侧重点各有不同，形成了众多的标准。 根据标准制定组所在行业和研究范围，可以将数字家居标准大致分成三类【i 仉 1 1 】看待。第一类是侧重家庭网关技术的标准，标准制定者是c c s a 、i t u t 、e t s i 、 o s g i 、d s l f o l l l m 、h g i 等传统电信行业的组织；第二类是侧重家庭主网的标准， 标准制定者是u p i l p 、d 【n a 、闪联等p c 互联网行业的组织；第三类是侧重控制 子网的标准，标准制定者是e 家佳、x 1 0 、c e b u s 、c i c 、e c h o n e t 等家电和 自动化行业的组织。各个数字家居标准研究范围、制定的组织和联盟见表1 1 所 示。 表1 1 各行业标准组织和联盟及其研究范围分类【1 0 】 研究范围标准组织和联盟 中国c c s a ( 电信) 北美o s g i 、d l sf o m m 侧重家庭网关的技术标准 欧洲 t s i 、h g i 、i t i - t o m a ( 无线) 中国广东一中国数字家庭互动应用标准工作委员会 中国- i g i 峪闪联 北美一脚p 侧重家庭主网的技术标准 日本一i o p e d l n a d v b h n 中国乇家佳( i t 0 p h 咄) 侧重控制子网的技术标准 北美x 1 0 、c e b u s 、c i c o 皿n p ) 、l o n w o r k s 欧洲e ch i d n e t 2 基于s d f 数字家庭中间件的数字家居控制软件设计与实现第l 章 1 侧重家庭网关的标准与组织 c c s a 、i t u t 、e t s i 、o s g i 、o m a 、d s l 、h g i ( h o m eg a t e 、v a y “t i a t i v e ) 的标准与组织关注的领域相似，都侧重家庭网关，下面简单介绍c c s a 、i t u t ， e t s i 和o s g i 等4 个标准组织。 ( 1 ) c c s r 中国通信标准化协会( c k n ac o i 姗u i l i c a t i o 船s t a n d a r d sa s s o c i a t i o n ，c c s a ) 在2 0 0 6 年颁布了两个标准，分别是y d 厂r 1 4 4 8 2 0 0 6 基于公用电信网的宽带客 户网络总体技术要求和y d 厂r 1 4 4 9 1 2 0 0 6 基于公用电信网的宽带客户网络设 备技术要求第1 部分网关，这两个标准都是侧重电信网络家庭网络的总体技术 要求和网关部分。 ( 2 ) i t u p i t u t ( i n t e m a t i o i l a lt e l e c o m m u i l i c a t i o nu 1 1 i o n t e l e c o m m u i l i c a t i o n ) 的第九研 究组，即有线综合宽带网络及电视与声音的传输研究组，简称i t u t s g 9 。2 0 0 5 年i t u t 成立了家庭网络联合协调行动组( j o i n tc 0 0 r d i n a t i o na c t i v 时h o m e n e t w o r k j n g ，j c a - h n ) ，开展对数字家居家庭网络标准化的研究。i t u t 在家庭 网络方面的主要研究领域集中在以家庭网关为核心的网络架构、家庭网络的 q o s 、安全机制以及家庭网络相关业务等。 ( 3 ) e t s i e t s i ( e w 0 p e a i lt e l e c o r 衄u l l i c a t i o l l ss t a i l d ；丽si i l s t i t u t e ) 成立了n g n h o m e 的工作组，工作组所关注领域主要有：数字家居环境中的n g n 、家庭网络设备 之间的互联互通和兼容性、n g n 在家庭范围内的特性和业务研究、家庭网关的 组成和功能、寻址、管理、协议和连通、q o s 和业务，支持不同家庭应用，确保 业务能够延伸到家庭内部。 ( 4 ) o s g i o s g i ( 0 | p e ns e n ，i c eg a t e w a y “t i a t i v e ) 于1 9 9 9 年3 月成立，由i b m 发起， 现有成员4 0 多个。最初，o s g i 的目标是家庭自动化应用和家居内部设备联网的 。中国通信标准化委员会网站：b 丛巳；出型丝熊坌：q 凹：姐 。i n t e m a t i o n a i r e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n ：b 丛巳；6 0 6 凸丝瞳些：i d 垡! 工u ：工f 。盯s iv v o r l dc i a s ss 妇n d a r d s ：b 堑巳! 6 凸筮塑厶量! 墨i ：q 四燃垒墨琏曼丑】q 匝宝巳坌g 曼：垦墨乜苎 。o s g i 中国官方网站：b 丛仑；丛6 丛咝凸童型q 喹：q 型 基于s d f 数字家庭中间件的数字家居控制软件设计与实现 第l 章 网关，现在它的研究和应用领域扩展到数字移动电话、汽车、信息通讯业务、嵌 入式家用电器、家庭网关、工业计算机台式计算机、高端服务器等。 2 侧重家庭主网的标准与组织 中国数字家庭互动应用标准工作委员会、u p i l p 、d 小队、i g r s 等标准与组 织研究的领域相似，都侧重家庭主网，下面简单介绍中国数字家庭互动应用标准 工作委员会、i g r s 、u p i l p 和d l n a 等4 个标准组织。 ( 1 ) 中国数字家庭互动应用标准工作委员会 中国数字家庭互动应用标准工作委员( d i g i t a lh o i 鹏i n t e r a c t i v ea p p l i c a t i o n s t a n d a r d i z a t i o nc o m m i t t e eo f c h i i l e e l e c 仃o i l i c ss t a n d a r d i z a t i o na s s 0 c i a t i o n ) 由中 山大学、广东省数字家庭公共服务技术支持中心组成，于2 0 0 6 年4 月开展数字 家庭相关标准制定工作。它制定的主要标准有：广东省数字家庭互联互通基础规 范，英文简称为g d h o i m i c p 。该标准主要致力于屏蔽硬件设备、操作系统平台 与通信技术的不同，使各种家庭网络信息设备更容易接入网络，操作简单，同时 结合了广东省家庭中信息家电的通信技术的现状，使得该标准更经济实用。制定 的内容主要包括设备寻址，设备和服务发现、远程过程调用、设备安全性和管理 性，用于屏蔽信息家电底层的各种硬件设备和连接技术，为上层应用开发提供统 一的资源调用接口，实现设备间互联、互通、互操作功能。 ( 2 ) i g r s 国 闪联( i n t e l l i g e m 咖u p 啦趾d r e s o u r c es h 疵喀，i g r s ) ，是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、长城五家企业发起、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 i 峪标准工作组) 。适用范围是：企业、公共场所及家庭的信息设备互联时，遵 循共同资源及接口标准，使设备能有效实现资源开放及服务协同，提高设备互操 作性，增强设备间组合服务的功能。该标准是建立在t c p 口之上的应用层协 议，以实现不同硬件和软件统一，方便信息设备和传统电器的有效互联，自动 发现和寻找可用设备和服务。i g i 塔标准的设计目标：在有限范围网络域( 有线、 d h i a ：b 丛q ：型! 咝垡b i 坌垒b l 凸坌：盟匹垡 。闪联：b 丛乜必i g 璺：q 【g 垂d 鱼皇墨巫凸鱼金基：坌璺巨 4 基于s d f 数字家庭中间件的数字家居控制软件设计与实现第l 章 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。i g r s 标准由三部分组成：核心基础协议组、智能应 用框架和特色应用。i g r s 于2 0 0 4 年3 月向信产部递交了1 o 版本。 ( 3 ) u p l l p u p l l p ( u i l i v e r s a lp l u g a n dp l a y ) 是通用即插即用的意思，u p i l p 论坛现有6 0 0 多家厂商参加。u p i l p 以i m e n e t 技术和标准为基础，为联网设备、软件和外设之 间提供兼容性的一种联网架构。显著特色是：通用、即插即用，能够自动侦测到 具有网络能力的家用电器，将复杂的网络设置变为自动设置。u p i l p 的另一优点 是设备驱动程序无关性和零配置联网，u p i l p 适用于有线网或无线网，u p i l p 规 范可以实现与d 网络的连接，也可以运行于i e e e l 3 9 4 网络之上，任何操作系 统都支持它。 ( 4 ) d l n a 圆 d l n a ( d i g i t a ll i v i n gn e 帆o r k 舢l i 锄c e ) 原名数字家庭工作组( d i g i t a lh o m e w b r k 啦咖，d h w g ) ，2 0 0 3 年由索尼、微软、英特尔等1 7 家公司发起，专 门致力于简化网络消费电子、移动设备和个人电脑等设备间的数字内容的共享。 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，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。d l n a 制定的的规范包含网络互联、网络协议、 网络传输、设备的发现控制和管理、媒体格式5 部分。目前d l n a 目前支持的 图片格式包括p n g 、j p e g 、g i f 和t i f f ；支持的音频格式包括l p c ma a c 、 a c 3 、a t r a c 3 + 、m p 3 、w m a 9 ；支持的视频格式包括m p e g 2 、m p e g 1 、 m p e g _ 4 、a v c 、r m v 9 。 侧重控制子网的标准与组织 e 家佳、x 1 0 、c e b u s ( c o n s 啪e re l e c 仃0 血c sb u s ) 、c i c ( h p n p ) 、l o n 、v o d ( s 、 e i b ( e u r o p e 趾i l l s t a l l a t i o nb 邯) 、e c h o n e t ( e n e r g yc o i l s e n r a t i o na n dh o m e c a r e n e 咖r k ) 等标准与组织关注的领域相似，都是侧重控制子网，下面简单介绍e 。u p n pf o r u m 网站：b 丛卫：塑b d 笙垡巳凸q ：q 丛吐 。e n e t 网站：b 丛巳：出6 型：金d 丝：q q 也：垒凸缱b q 虫宝趔鱼d 皿宝d 型垡! d 鱼：垒b ! 也! 基于s d f 数字家庭中间件的数字家居控制软件设计与实现 第l 章 家佳标准组织和i 舢、耵0 l 【s 、c e b u s 两个标准。 ( 1 ) e 家佳 2 0 0 4 年7 月，由海尔集团、清华同方、中国网通等7 家公司成立了家庭网络 标准产业联盟，即e 家佳( i t 0 p h o n 圮) ，该联盟以家庭网络系统为中心，包括电 子、家电、通讯、计算机、网络运营等多领域企业，共同探索家庭网络商业运作 模式，为家庭网络技术发展方向及产业的可持续发展提供产业环境。 ( 2 ) l o m 釉r k s l o n w o r l ( s 标准是由e c h o l o nc o 印公司制定的家庭自动化控制规格。e 认于 1 9 9 8 年提出了基于该技术的家庭控制网络标准( e 队7 0 9 ) 。e c h o l o n 与m o t o r o l a 和t 0 s l l i b a 合作开发了支持其协议l 0 n 嘲k 的系列神经元芯片，用于开发专用的 网络设备节点。l 0 n t a u ( 通信协议是l o r l 、o r l 【s 技术的核心，并固化于n e u r o n 芯片之中。l o 础提供了使用区、子网和结点的分层逻辑寻址方式，提高了寻 址效率。l o n w ，o r k s 的支持率可达1 2 5 m s ，网上可以连接3 2 k b 个设备节点， 支持各种媒体有电力线、双绞线、红外线、无线电、电缆线、光纤( f o ) 。l o r l w 0 r k s 网络是一种分布式的智能控制网络，其拓扑结构灵活方便，不需要集中控制器。 ( 3 ) c e b 惦 c e b u s 的全称是c o n 观】m e re l e c 仃0 i l i c sb u s 的缩写，是由a n s i e i a 发布的主 要用于控制的网络标准。c e b u s 包括两个标准，一个用于低速( 低于1 0 k b s ) 控制， 另一个用于高速数据信号，如数字视频传输。c e b u s 是点对点网络，它不需要系 统控制器。c e b 邶使用c s 燃d c r 方法来控制其节点对电力线媒介的访问，是 对以太网协议c s m a c d 的一种改进，这种协议使得几个节点争用媒体发生冲突 时，其中必有一个优先级较高的节点能够发送成功，且其数据的完整性不受本次 冲突的影响。 1 2 2 数字电视中间件简述 中间件是一种将应用程序与底层的操作系统、硬件细节隔离开来的软件环 境，它通常由各种虚拟机构成【1 2 】。采用中间件系统，可以跨越技术、标准等复 杂的内容，用简单的方法定制具有自己特色的应用软件，从而在提高开发效率、 6 基于s d f 数字家庭中间件的数字家居控制软件设计与实现 第l 章 减少开发成本的同时能够跟上技术的发展，将应用的开发变得简捷。 数字电视中间件【1 3 1 4 1 5 】在结构上的核心是两个引擎，一是运行引擎，即虚 拟机，它提供一整套软件技术作为嵌入式的跨平台和多业务支持的核心软件。二 是内容引擎，主要符合m p e g 2 音视频格式和常用图片、文字，这使得业务功 能更强大，内容更丰富多彩【1 5 1 。 数字电视中间件是指位于数字电视机项盒内部实时操作系统与应用程序之 间的软件部分，它以应用程序接口( a p i ) 的形式存在，整个a p i 集合被存储在 机顶盒的闪存( f l a s h ) 中【1 6 1 7 1 。 目前，比较成熟的商用数字电视中间件产品有o p e n t v 的e n 2 ，l i b e m t e 的 t vn a v i g a t o rf o rd t v ，e n r e a c h 的e n r e a c h t v f 0 r d t v ，c 眦a l p l u s 的m e d i a h i g h w a y 以及n d sn d sc o r e 等。在我国已经有一定市场份额的数字电视中间件生产厂商 主要有c a n a i + m i d d l e w a r e ，l i b e r a t em i d d l e w a r e ，o p e n t vm i d d l e w a r e 等【1 2 1 8 ，19 1 。 本文提出的数字家居控制软件设计所使用到的s d f 中间件，系中山大学与广 东中大讯通软件科技有限公司联合研发。s d f 中间件是专为数字家庭互动服务进 行了扩展的中间件，它以用户早已熟悉的遥控器操作方式为基础，结合了互联网 等目前流行的互动交互技术，为用户提供了即熟悉又新颖的互动体验频道，同时 为运营商、内容制作商提供了数字家庭互动业务的平台。 s d f 中间件具有如表1 2 所示的特点： 表l - 2s d f 中间件特点 ( a ) 中间件在系统层之上，支持多个操作系统； 开放性强( b ) 支持包括s i 舯a 在内的多家芯片厂商； ( c ) 支持标准的协议、接口。 成熟稳定已在香港、日本等地广泛应用，特别是酒店和医院。 技术领先支持m r o m e d i af l 雏h 、m p e g l 2 4 、h 2 6 4 、m o v 、a ( a ) 可快速移植或整合其他系统产品； 可移植性强 ( b ) 亦可方便的移植到各种硬件、系统平台上。 鸭d f 中间件介绍，广东中大讯通软件科技有限公司，2 0 0 7 7 基于s d f 教字家庭中间件的数字家g 控制软件设计与实现第1 章 1 2 3 数字家居远程通讯协议应用模型介绍 本节介绍本文中使用的数字家居远程控制协议数字家居远程通讯协议 ( d i 西t a l h o m e r 册。把c o m m l l l l i c 砒i o n p m t o c o l s p e c i 6 c 砒i o n ) 及其应用模型。数 字家居远程通讯协议是广东数字家庭的地方标准之一，目的在于解决家庭内部设 备与外部设备的互联互通，实现数字家居控制的多样性和可扩展性。本文提出的 数字家居控制软件使用数字家居远程通讯协议的应用模型如图l i 所示： 物理设备单元 家庭网关 取向机顶盎 圈1 】数字家居远程通讯协议应用模型囤。 数字家居远程通讯协议应用模型各层定义详细如下： ( i ) 物理层 家庭网关的物理层和双向机顶盒的物理层负责建立物理网络链路并进行数 据传输。物理层囡应用的具体网络形式不同而不同，一般采用以太网、砸f i 、x d s l 等技术。 ( 2 ) 服务传输协议承载层 服务传输协议承载层，可以是t c p 胛协议，也可以是基于空中传输的短信 通信协议。其中空中传输的短信通讯协议是c d m a 短信通讯模块之间或者g p r s 短信通讯模块之间通讯的协议，一般用于c d m a 网关或6 p r s 网关的激活流程。 。数字家居远程通讯协议规范 基于s d f 数字家庭中间件的数字家居控制软件设计与实现 第l 章 数字家居远程通讯协议在本文应用时，该曾使用的是t c p 口协议。 ( 3 ) 服务传输协议层 家庭网关的服务传输协议层与双向机顶盒的服务传输协议层为实现广东数 字家居远程通讯协议的服务层。数字家居网关与双向机项盒的“服务传输协议层” 也称为协议的对等实体。 ( 4 ) 服务平台应用层 数字家居控制软件位于此层，服务平台应用层面向服务平台各种应用服务， 通过软件应用实现服务平台对数家居客户的各种服务。本文设计的数字家居控制 软件位于双向机项盒的服务平台应用层。 ( 5 ) 数字家居网关设备应用层 服务平台应用层面向家庭各种应用服务，通过软件应用实现数字家庭内部用 户的各种服务。 1 3 研究内容和意义 本文在对数字家居控制系统进行分析和研究的基础上，结合广东省数字家庭 项目的实践经历，提出一个基于s d f 数字家庭中间件的数字家居控制软件的设 计，并予以实现，最后应用在x t o n e 双向机项盒上。本文主要对下面内容进行 研究： ( 1 ) 数字家居控制系统的需求分析与结构设计。对数字家居控制系统的网 络应用环境和数字家居应用需求背景进行了分析，然后对数字家居控制系统的结 构和数字家居控制系统的工作流程进行了设计，对数字家居控制软件的功能需求 进行了分析。 ( 2 ) 数字家居控制软件设计。根据数字家居控制系统的网络应用环境和数 字家居应用背景需求，对基于s d f 数字家庭中间件的数字家居控制软件进行设 计。数字家居控制软件包括控制模块、监听模块、数据管理模块和显示模块四个 模块。控制模块负责向家庭网关发出控制设备的命令；监听模块负责监听和接收 家庭网关的数据；数据管理模块负责在机顶盒内存中维护着包含着楼层、房间、 防区、设备和情景等数字家居数据；显示模块使用了s d f 中间件技术，为数字 家居用户提供图形操作界面，并接受用户的控制设备的命令。 9 基于s d f 数字家庭中间件的数字家居控制软件设计与实现 第1 章 ( 3 ) 数字家居控制软件的实现及应用。基于上面提出的设计和在广东省数 字家庭项目中的实践，给出了数字家居控制软件的具体实现过程，包括对上述模 块的分别实现，对s d f 描述语言的扩充和对s d f 中间件的改进，最后展示了控 制软件在实际环境的运行状况。 随着计算机技术和互联网技术的发展，数字家居将走进千家万户。数字家居 中最为普及的数字电视机顶盒将会成为数字家居的业务中心之一，基于s d f 数 字家庭中间件的数字家居控制软件，既能丰富机项盒的功能，又能为用户提供多 样化的数字家居控制方式，因此，研究和设计基于s d f 数字家庭中间件的数字 家居控制软件显得非常的必要。 1 4 论文章节安排 本文由五个章节组成： 第1 章介绍了数字家居控制软件的研究背景，国内外相关的研究现状，并简 要综述了论文的研究内容与意义。 第2 章分析了数字家居控制系统的网络应用环境与应用业务需求背景，对数 字家居控制系统的结构和控制系统的工作流程进行了设计，对数字家居控制软件 的功能需求进行了分析。 第3 章提出了基于s d f 数字家庭中间件的数字家居控制软件的设计。首先对 控制软件做一个总体设计，进行模块的划分，然后对每个模块进行详细设计。 第4 章介绍了对基于s d f 数字家庭中间件的数字家居控制软件的实现过程， 并应用在x 啪机项盒上的实际效果。 第5 章对全文进行总结，分析本文工作的优点与不足，并展望了研究前景和 进一步努力的方向。 1 5 本章小结 本章主要介绍了数字家居控制软件的研究背景，国内外相关的研究现状，包 括主流测数字家居技术标准介绍，数字电视中间件简述和数字家居远程通讯协议 应用模型介绍，并简要综述了本文的研究内容和研究意义。 l o 基于s d f 数字家庭中间件的数字家居控制软件设计与实现 第2 章 第2 章数字家居控制系统的需求分析与结构设计 数字家居是家居系统向数字化和网络化发展的一个必然趋势，是计算机技术 和网络技术紧密结合的产物【2 0 】。数字家居对内实现高速信息类设备、低速控制 类设备的互联互通，对外实现公共网络与家庭内部的互联互通。 本章首先对数字家居控制系统的网络应用环境及应用需求背景进行了分析， 然后对数字家居控制系统的结构和控制系统的工作流程进行了设计，最后对数字 家居控制软件的功能需求进行了分析。 2 1 数字家居的网络结构及应用业务 本节分析了了数字家居控制系统的网络应用环境，数字家居的网络环境是分 为主网、控制子网和网关三部分，然后分析了数字家居控制系统的应用需求背景。 2 1 1 数字家居控制系统的网络应用环境分析 数字家居的家庭网络分为三个主体：主网、控制子网、网关口1 2 2 2 3 1 。家庭 主网用于传输高速信息( 包括音视频信息) ，带宽要求比较宽，通讯模块的成本相 对较高；家庭控制子网用于传输低速信息( 控制信息) ，带宽要求比较窄，通讯模 块的成本相对较低；网关是家庭内部和外部网络连接的主要管理平台和通道。家 庭网络结构如图2 1 所示： 图2 1 数字家居网络结构图 基于s d f 数字家庭中间件的数字家居控制软件设计与实现 第2 章 结合图2 1 ，介绍数字家居网络结构的主要部分的详细情况如下： ( 1 ) 家庭网关 家庭网关( h o m eg a t c w a y ，h g ) 用于连接家庭主网与公共网络，将公共网 络功能和应用延伸和扩充到家庭内部【2 4 2 5 1 。家庭网关作为能够适应未来需求的 数字家居设备综合设备，它不仅需要支持现有的各种网络接单元，如：i s d n 、 5 6 km o d e m 、c a b l em o d e m 、x d s lm o d e m 等，而且还应具备更丰富的软件功能， 如：媒体转换、速率匹配、地址变换、信息过滤、室内网络复用连接以及系统管 理等功能【2 6 1 。 ( 2 ) 家庭主网 家庭主网( h o i n eb a c k b o 鹏，船) 通过家庭网关与家居外部的公共网络连接， 为家庭内部提供因特网服务；通过家庭网关与控制子网连接，实现家庭主网和控 制子网的互联互通【2 7 2 戤。家庭主网主要用来接连高速媒体信息类设备，如媒体 中心、电视、音响、机顶盒、录像机、摄像机、计算机、打印机、投影仪等【2 9 】。 家庭主网通信速度高，延迟低，适合进行大量数据的传输，特别是音视频等多媒 体数据的传输。 ( 3 ) 家庭控制子网 家庭控制子网( h o m ec o r l 仃o l ，h c ) 是一个通讯速率低，稳定可靠，误码率 低的网络【3 0 ，3 1 1 。控制子网主要用来连接低速控制类设备，如各种传感器、白色 家电系统、灯光系统、窗帘系统等。控制网络通过家庭网关与家庭主网实现互联 互通，从而能够接受连接在家庭主网的智能控制终端的控制设备命令，以及将各 类低速设备的状态信息以口数据包的形式发送到智能控制终端。 ( 4 ) 公共网络 公共网络( p u b l i cn e 艄r o 幽，p n ) 指的是位于家庭范围外的互联网络，主要 是使用t c p 口协议的i n t e m e t 、有线电视网络、无线通信网络等。数字家居的家 庭网络通过家庭网关与公共网络实现互联互通，家庭用户从而可以自由使用公共 网络上各种资源，如互联网应用、数字电视视频等。 1 2 基于s d f 数字家庭中间件的数字家居控制软件设计与实现第2 章 2 1 2 数字家居的应用需求背景分析 目前，数字家居的技术标准种类繁多，并且每个技术标准的适用范围、侧重 点各有不同，但是综合起来，数字家居的基本应用框架已经逐渐清晰明确。数字 家居的应用主要有安全防范、数字家居设备的智能控制、情景模式的智能控制、 家庭信息服务和娱乐信息共享等【3 2 】： ( 1 ) 安全防范 数字家居的安全防范表现为实时监控非法闯入、火灾、煤气泄露、紧急呼救 等紧急事件的发生，一旦发现险情出现，数字家居控制系统将会自动向小区服务 中心或主人发出报警信息，同时启动相关的电器进入应急联动状态，从而实现主 动防范； ( 2 ) 数字家居设备的智能控制 数字家居设备的智能控制使得用户可以设置数字家居设备，使得数字家居设 备能够自动完成任务。例如，设置微波炉的加热时间和加热温度，微波炉将自动 完成烹饪任务；设置智能空调的温度、湿度，智能空调将自动为用户保持适当的 适度和温度；设置数字电视机要录制的节目的时间，那么数字电视将能够令自动 搜索电视节目并自动录制保存下来； ( 3 ) 情景模式的智能控制 情景模式的智能控制，指的是信息家电通过各种传感器( 如温度、声音、动 作等) 来实现主动性动作响应，除此之外，用户还可以自己定义各种不同场景使 信息家电协同完成任务。例如，用户设定客厅窗帘在光线不足时，自动打开，那 么当客厅光线不足的时候，数字家居控制系统将自动打开窗帘；用户还可设定一 个定时执行的回家情景：晚上6 点把后门的灯打开，并把空调设定为2 8 摄氏度， 热水器开始加热，这样每天的晚上6 点，数字家居控制系统将自动执行上述的任 务； ( 4 ) 家庭信息服务 数字家居系统还可以为家庭用户提供最新的股市行情、新闻、天气预报、电 视节目预报甚至当前公路上的交通流量状况，还可以自动管理用户的三表：水表、 电表和煤气表的账单，银行和信用卡帐户等财务信息，提供个大银行的网络银行 业务等； 基于s d f 数字家庭中间件的数字家居控制软件设计与实现 第2 章 ( 5 ) 娱乐信息共享 在家庭内部实现音频视频信息共享，不论信息存储在何种设备上，以何种格 式存放，都可以在不同的播放器上播放，例如，将笔记本电脑的视音频文件在高 清数字电视上播放，或者将在d v 中录制的视频片段在高清数字电视上播放等 【3 2 1 o 2 2 数字家居控制系统的逻辑结构 本节介绍一般的数字家居控制系统的逻辑结构，然后提出本文的基于s d f 数字家庭中间件的数字家居控制系统逻辑结构。 数字家居控制系统的逻辑结构主要由以下几部分组成：智能控制终端【3 3 1 、家 庭网关、信息家吲3 4 1 、终端控制器和物理设备。数字家居控制系统，以家庭网 关为核心，通过各种智能控制终端向家庭用户提供应用业务服务，直接控制信息 家电或者通过终端控制器间接控制物理设备，数字家居控制系统的逻辑结构图 2 2 所示。其中智能控制终端使用远程控制协议与家庭网关建立连接，家庭网关 与信息家电之间使用i g r s 、u p i l p 等技术标准实现互联互通，家庭网关与终端 控制器