基于移動計算的智能家庭研究

韓麗娟

(曲阜師范大學 計算機科學學院，山東 日照 276826)

0 引言

移動計算是各種無線電射頻(RF)技術和蜂窩通信技術，使計算機或其他智能終端設備在無線環境下自由漫游，最終實現數據傳輸及資源共享[1]。移動計算的架構有很高的擴展性和移動性，深受企業的青睞[2]。

智能家庭是指具備計算能力、感知能力、執行能力的各類智能家電安裝在家居空間內的多個位置，使得普通的家庭物理控件變成一個基于知識表達和規則推理能夠為家居環境中的各類實體提供必要的環境信息和技術支持的智能空間，利用普適計算的特性提供人性化服務，在智能家庭中形成了一個能夠互相交流的網絡，主要的家電和服務必須能夠遠程監視、控制和訪問[3]。

現階段，移動計算和智能家庭這兩個領域發展迅速，但是到目前為止還沒有相關的研究把二者結合起來，現在正在研究把移動計算應用到智能家庭中，使人們隨時、隨地、隨身的遠程控制智能家庭中的各個智能家電以及多個智能家庭之間的信息共享，更好的為人們提供便利，使更多的人從移動計算中受益。

1 智能家庭的網絡結構

家庭網絡是智能家庭的網絡基礎，是一個安置在家庭內部統一的、操作性強、兼容性好、功能完善的家庭網絡體系，使各種信息家電設備連接到統一的家庭網絡平臺中，保證整個家庭的網絡通訊安全暢通。

為使智能家庭充分利用移動計算帶來的便利，需要對起橋接作用的家庭網關進行有效的改進，使之不但能夠完成將智能家庭中提供的服務及時、準確的推送到移動終端，而且能夠將移動終端發出的命令實時傳送到智能家庭的智能家電控制中心。同時，家庭網關還需將智能家庭提供的服務存儲成特定格式，以便智能家電做出準確的響應。這種方式的改進，實現了遠程控制的移動性，提高了用戶體驗。圖1為智能家庭的網絡結構。

（1）智能家庭內部結構

為了能夠將移動計算應用到智能家庭中，智能家庭必須滿足以下需求：

①互連通性：是指對智能家庭中的三個世界（PC互聯網世界、移動世界、消費電子播放世界）進行有效連通[4]；

②遠程控制：智能家庭必須能夠實現遠程控制，即不僅局限于智能家庭內部也可以在智能家庭外部任何地點對其遠程操作；

③統一接口：Web Service技術能為智能家庭中的設備提供統一接口，作為設備之間信息傳遞的橋梁。

（2）家庭網關

家庭網關成為家庭內部網絡和外部網絡的鏈接橋梁和門戶；還可以從智能家庭外部搜索適合用戶設備的服務，以滿足和擴大用戶的需求和資源共享度。

為實現智能家庭和移動計算的融合，需要在家庭網關進行相關的配置、安裝，以實現將整個智能家庭作為一個整體資源并向外界提供接口和服務，通過移動計算的方式使智能家庭內部的資源可通過無線方式被外界訪問和控制。

這里提出一個模塊化家庭網關的架構，其中主包括設備管理器、服務管理器、接口管理器、移動通信管理器、智能家電控制中心5個部分：

①設備管理器：設備管理器將整個智能家庭的設備作為一個整體資源進行合理利用、管理和控制；[5]

②服務管理器：服務與設備并非一一映射的關系。服務管理器向上層提供服務，對服務與設備的對應關系進行了有效屏蔽，做到了服務提供的透明性；

③接口管理器：由于智能家電使用的協議和接口存在著很大的差異，接口管理器為所有設備提供了統一的接口，成為了設備之間及內外界信息傳遞的橋梁；

④移動通信管理器：移動設備的廣泛普及為用戶和智能家庭指出了一條更為便捷的交互渠道，移動管理器為外界移動設備和智能家庭之間建立起通訊橋梁；

⑤智能家庭控制中心。智能家庭控制中心是管理智能家庭中所有的智能設備、通用接口、服務和移動通信。

目前，要解決的問題就是將現有的開源移動計算系統進行改進，使之適應智能家庭中的網關需求，可以參見現有智能家庭網關架構并對其進行改進。

2 適應于智能家庭的移動拓撲結構

基于智能家庭的移動拓撲結構與普通移動拓撲結構沒有本質的不同，它通過將智能家庭作為一個基礎設施加入以及將中間件整合到移動平臺來擴展普通意義上的移動架構，其拓撲結構如圖2所示。

從智能家庭的網關層上看，每一個智能家庭被看做是一個結點，很多個智能家庭結點構成了智能家庭集群，通過移動計算管理智能家庭集群，達到了資源的高度共享。[6]

3 基于智能家庭的移動計算架構

融入智能家庭的移動計算架構可以分為五部分：控制層、接口層、中間層、網絡層、終端層。其架構如圖3所示。

控制層：控制層是移動計算體系和智能家庭體系之間的橋梁，用于控制外界移動設備與智能家電進行交互，通過控制層傳輸指令給指定的智能家電，完成指定任務。

接口層：接口層的出現屏蔽了智能家電之間的差異性，使用Web Service技術的統一接口化特性使得外接移動設備與智能設備之間交互信息成為可能。

服務層：服務層提供了移動增值服務平臺和無線中間件。

網絡層。移動計算的網絡層為移動終端用戶提供了與外界聯系的橋梁，使手機等移動設備能夠隨時隨地的與移動服務中心保持連接。

終端層。終端層為用戶提供了便捷的交互性，用戶通過移動手持設備即可隨時與智能家庭保持聯系。終端層為移動計算提供了硬件支持。

4 結語

通過將原來的移動計算架構以及智能家庭中的智能網關進行改造，使智能家庭內部的數字設備能夠利用移動計算的各種優質服務來滿足用戶的需求，實現智能家庭與移動計算的相互融合。

[1] CHEN G L, KOTZ D. A Survey of Context-aware Mobile Computing Research[R]. Dartmouth: Dartmouth Computer Science Technical Report TR2000-381, 2000.

[2] WU K L, CHEN M S, YU P S. Optimizing Index Allocation for Sequential Data Broadcasting in Wireless Mobile Computing[J].IEEE Transaction on Knowledge and Data Engineering,2003,15(01):161–173.

[3] MARKUS K. Vision Based Remote Control in Intelligent Home Environments[R]. Germany: University of Erlangen-Nuremberg,1996.

[4] CHRISTENSEN H I. Intelligent Home Appliances[M].Heidelberg:Springer-Verlag,2003:319-327.

[5] 王海波.新一代移動通信系統中的同步技術研究[J].通信技術,2007,40(10):49-50;58.

[6] 付仕明,黃俊偉.基于Bluetooth和TD-SCDMA手機的無線局域網應用方案[J].通信技術,2007,40(11):186-188.