基于移动计算的智能家庭研究

韩丽娟

(曲阜师范大学 计算机科学学院，山东 日照 276826)

0 引言

移动计算是各种无线电射频(RF)技术和蜂窝通信技术，使计算机或其他智能终端设备在无线环境下自由漫游，最终实现数据传输及资源共享[1]。移动计算的架构有很高的扩展性和移动性，深受企业的青睐[2]。

智能家庭是指具备计算能力、感知能力、执行能力的各类智能家电安装在家居空间内的多个位置，使得普通的家庭物理控件变成一个基于知识表达和规则推理能够为家居环境中的各类实体提供必要的环境信息和技术支持的智能空间，利用普适计算的特性提供人性化服务，在智能家庭中形成了一个能够互相交流的网络，主要的家电和服务必须能够远程监视、控制和访问[3]。

现阶段，移动计算和智能家庭这两个领域发展迅速，但是到目前为止还没有相关的研究把二者结合起来，现在正在研究把移动计算应用到智能家庭中，使人们随时、随地、随身的远程控制智能家庭中的各个智能家电以及多个智能家庭之间的信息共享，更好的为人们提供便利，使更多的人从移动计算中受益。

1 智能家庭的网络结构

家庭网络是智能家庭的网络基础，是一个安置在家庭内部统一的、操作性强、兼容性好、功能完善的家庭网络体系，使各种信息家电设备连接到统一的家庭网络平台中，保证整个家庭的网络通讯安全畅通。

为使智能家庭充分利用移动计算带来的便利，需要对起桥接作用的家庭网关进行有效的改进，使之不但能够完成将智能家庭中提供的服务及时、准确的推送到移动终端，而且能够将移动终端发出的命令实时传送到智能家庭的智能家电控制中心。同时，家庭网关还需将智能家庭提供的服务存储成特定格式，以便智能家电做出准确的响应。这种方式的改进，实现了远程控制的移动性，提高了用户体验。图1为智能家庭的网络结构。

（1）智能家庭内部结构

为了能够将移动计算应用到智能家庭中，智能家庭必须满足以下需求：

①互连通性：是指对智能家庭中的三个世界（PC互联网世界、移动世界、消费电子播放世界）进行有效连通[4]；

②远程控制：智能家庭必须能够实现远程控制，即不仅局限于智能家庭内部也可以在智能家庭外部任何地点对其远程操作；

③统一接口：Web Service技术能为智能家庭中的设备提供统一接口，作为设备之间信息传递的桥梁。

（2）家庭网关

家庭网关成为家庭内部网络和外部网络的链接桥梁和门户；还可以从智能家庭外部搜索适合用户设备的服务，以满足和扩大用户的需求和资源共享度。

为实现智能家庭和移动计算的融合，需要在家庭网关进行相关的配置、安装，以实现将整个智能家庭作为一个整体资源并向外界提供接口和服务，通过移动计算的方式使智能家庭内部的资源可通过无线方式被外界访问和控制。

这里提出一个模块化家庭网关的架构，其中主包括设备管理器、服务管理器、接口管理器、移动通信管理器、智能家电控制中心5个部分：

①设备管理器：设备管理器将整个智能家庭的设备作为一个整体资源进行合理利用、管理和控制；[5]

②服务管理器：服务与设备并非一一映射的关系。服务管理器向上层提供服务，对服务与设备的对应关系进行了有效屏蔽，做到了服务提供的透明性；

③接口管理器：由于智能家电使用的协议和接口存在着很大的差异，接口管理器为所有设备提供了统一的接口，成为了设备之间及内外界信息传递的桥梁；

④移动通信管理器：移动设备的广泛普及为用户和智能家庭指出了一条更为便捷的交互渠道，移动管理器为外界移动设备和智能家庭之间建立起通讯桥梁；

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设备、通用接口、服务和移动通信。

目前，要解决的问题就是将现有的开源移动计算系统进行改进，使之适应智能家庭中的网关需求，可以参见现有智能家庭网关架构并对其进行改进。

2 适应于智能家庭的移动拓扑结构

基于智能家庭的移动拓扑结构与普通移动拓扑结构没有本质的不同，它通过将智能家庭作为一个基础设施加入以及将中间件整合到移动平台来扩展普通意义上的移动架构，其拓扑结构如图2所示。

从智能家庭的网关层上看，每一个智能家庭被看做是一个结点，很多个智能家庭结点构成了智能家庭集群，通过移动计算管理智能家庭集群，达到了资源的高度共享。[6]

3 基于智能家庭的移动计算架构

融入智能家庭的移动计算架构可以分为五部分：控制层、接口层、中间层、网络层、终端层。其架构如图3所示。

控制层：控制层是移动计算体系和智能家庭体系之间的桥梁，用于控制外界移动设备与智能家电进行交互，通过控制层传输指令给指定的智能家电，完成指定任务。

接口层：接口层的出现屏蔽了智能家电之间的差异性，使用Web Service技术的统一接口化特性使得外接移动设备与智能设备之间交互信息成为可能。

服务层：服务层提供了移动增值服务平台和无线中间件。

网络层。移动计算的网络层为移动终端用户提供了与外界联系的桥梁，使手机等移动设备能够随时随地的与移动服务中心保持连接。

终端层。终端层为用户提供了便捷的交互性，用户通过移动手持设备即可随时与智能家庭保持联系。终端层为移动计算提供了硬件支持。

4 结语

通过将原来的移动计算架构以及智能家庭中的智能网关进行改造，使智能家庭内部的数字设备能够利用移动计算的各种优质服务来满足用户的需求，实现智能家庭与移动计算的相互融合。

[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.新一代移动通信系统中的同步技术研究[J].通信技术,2007,40(10):49-50;58.

[6] 付仕明,黄俊伟.基于Bluetooth和TD-SCDMA手机的无线局域网应用方案[J].通信技术,2007,40(11):186-188.