第一章 绪论
1. 1 本文研究背景
1.1.1 智能家居
智能家居，典型的 3C（计算机，通信，消费者）系统，集成了数字技术，多媒体技术，通信技术等，属于巨型网络终端。换句话说，智能家居系统已经达到家用电器，照明系统，智能电话，家用电脑和其他设备的互连。实现了各类智能设备的实时信息交换，实现人们对于整个家居系统的远程监控和实时运作等。
“智能家居”这个概念相对较旧，有关它最早的应用[2]是 1984 年在美国起名为“City Place Building”的实体建筑，美国联合科技公司做了第一个吃螃蟹的人，它们公司第一次将建筑设备信息化、整合化的概念实现在了现实生活中的建筑物上，这是全世界有史以来的第一栋“智能型建筑”，以“智能家居”为核心概念的建筑从此走上大家的视野，开启了人类生活环境智能化的新篇章。而后，就是全世界最著名的智能家居案例：比尔盖茨建造了首个全方面的“智能家居”，他的豪宅“未来之屋”位于美国西北部华盛顿州的依山畔湖之地，既有美丽的自然生态，又运用了最顶尖先进的资讯科技，完全按照“智能家居”的概念来设计建造，具备高速网络的专线条件，所有照明系统，安防设备，家电设备均能够使用计算机端控制，由高性能的服务器来统一管理整个系统的后台，统筹兼顾所有设备控制和信息交互。
1.1.1 智能家居
智能家居，典型的 3C（计算机，通信，消费者）系统，集成了数字技术，多媒体技术，通信技术等，属于巨型网络终端。换句话说，智能家居系统已经达到家用电器，照明系统，智能电话，家用电脑和其他设备的互连。实现了各类智能设备的实时信息交换，实现人们对于整个家居系统的远程监控和实时运作等。
“智能家居”这个概念相对较旧，有关它最早的应用[2]是 1984 年在美国起名为“City Place Building”的实体建筑，美国联合科技公司做了第一个吃螃蟹的人，它们公司第一次将建筑设备信息化、整合化的概念实现在了现实生活中的建筑物上，这是全世界有史以来的第一栋“智能型建筑”，以“智能家居”为核心概念的建筑从此走上大家的视野，开启了人类生活环境智能化的新篇章。而后，就是全世界最著名的智能家居案例：比尔盖茨建造了首个全方面的“智能家居”，他的豪宅“未来之屋”位于美国西北部华盛顿州的依山畔湖之地，既有美丽的自然生态，又运用了最顶尖先进的资讯科技，完全按照“智能家居”的概念来设计建造，具备高速网络的专线条件，所有照明系统，安防设备，家电设备均能够使用计算机端控制，由高性能的服务器来统一管理整个系统的后台，统筹兼顾所有设备控制和信息交互。
国内的智能家居行业起步并不算早，但随着“智能家居”概念的推广，整个行业的发展速度非常快，国内的各大相关企业都争相利用“智能家居”这个概念，参与到了竞争之中。2018 年 8 月底，华为公司宣布启动“方舟计划”[3]，在这个计划中包括了“HiLink”、“华为智选”和“方舟实验室”这三大板块，“HiLink”是开放性的大型智能家居的互动平台，“华为智选”则是以整合全局资源和打造终端生态为目的的智能硬件家电品牌，而“方舟实验室”这个大型的消费领域 IoT实验室承载了各个品牌之间互动、各类产品研发的全过程[4]。京东采用“轻资产”模式，基于自己的电子商务平台构建 JD +平台[5]，通过在线众筹和营销推广吸引众多智能家居制造商成为其合作伙伴。同时，它还推出了一款“超级 APP”，可以控制平台内各公司的智能硬件设备，为用户操作提供更多方便。 最近，京东以“叮咚叮咚”为入口，与科大讯飞合作推出了京东智能云语音服务开放平台。通过在 JD 旗下连接更多智能家居产品，努力使这个平台更加便捷和智能。2014年，海尔公司开始部署智能生命生态系统平台 U +，通过开放端口和协议实现智能家居产品和不同品牌服务的互联互通。2016 年，海尔推出了人工智能概念，升级了 U+平台，并发布了海尔 UHomeOS[5]，这是一个定制的智能家居操作系统。
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1.2 本文研究现状及研究意义
1.2.1 国内外信息家电研究现状
随着人们生活水平的提高，大众对生活品质的要求也水涨船高。传统家电越来越不能满足人们的需求，家电产业的转型升级是必然的，家电的信息化、智能化成为了家电产业的未来发展方向，信息家电走进了大众的视野。各大家电厂商为了适应市场需求，务必要着重研究开发自身产品的信息化和智能化，制造出更加优质的智能化产品。
国内外目前对于信息家电的研究大多是针对家庭网关的设计和研发的，关于信息家电界面的研究并不是很多。Koskela 等人做实验研究评估了三种智能家居环境的用户界面——个人电脑、媒体终端和手机，结果表明，PC 机可以作为一个中央单元，控制活动模式的功能，可以预先计划和确定；另一方面，手机非常适合即时控制，是最常用的用户界面[8]。Smirek 等人中通过研究老年人和残疾人等特殊群体的生活习惯，来设计更符合他们需求的家电界面，提出了在不同平台上用户界面的设计，但只描述了用户界面的设计原则而未对具体实现给出明确的过程详解[9]。宋等人提出了一种从 WSDL 文件生成基于 XForms 的用户界面的方法，该方法在 WSDL 文件中使用 XML 模式，其大量 WSDL 文件的实验结果生成了基于 xforms 的用户界面，但没有与界面的功能相映射[10]。
1.2 本文研究现状及研究意义
1.2.1 国内外信息家电研究现状
随着人们生活水平的提高，大众对生活品质的要求也水涨船高。传统家电越来越不能满足人们的需求，家电产业的转型升级是必然的，家电的信息化、智能化成为了家电产业的未来发展方向，信息家电走进了大众的视野。各大家电厂商为了适应市场需求，务必要着重研究开发自身产品的信息化和智能化，制造出更加优质的智能化产品。
北京小米科技有限责任公司自创办以来，一直保持了令人惊叹的增长速度，特别是在智能手机市场这个领域，小米手机一度成为了全球销量排名前五的优秀产品[6]。小米公司的小米盒子、平衡车、体重秤、小米电饭煲等等产品也在智能家居领域颠覆了传统家居市场。其中有很多的明星产品比如智米科技的小米空气净化器、加一联创的小米活塞耳机、紫米科技的小米移动电源、华米科技的小米手环等在短时间内甚至影响到了整个中国消费电子市场的风潮。2016 年 9 月 2日，海尔集团公司推出了 Ubot[7]，主题为搭载“U+智慧生活大脑”的智能机器人，它是海尔公司自主研发的新一代机器人，具备了人工智能领域国际先进水准。这一款 Ubot 机器人可以动态的感知家居环境的环境情况比如温度、湿度、照明亮度、安全设备工作状态等，然后根据主人发出的相关指令来做出相应的控制。Ubot 还可以进行自主学习和大数据分析，运用这些学习方式，了解了主人的生活喜好和特殊习惯后它还能主动的提供有用的建议和服务给主人。Ubot 机器人集成了“听、说、嗅、知、动”五大感知功能，它是围绕“海尔智慧生活大脑”开发系统的载体，是海尔集团的信息家电秘密武器。
1.2.2 国内外信息家电界面语言研究现状国内外目前对于信息家电的研究大多是针对家庭网关的设计和研发的，关于信息家电界面的研究并不是很多。Koskela 等人做实验研究评估了三种智能家居环境的用户界面——个人电脑、媒体终端和手机，结果表明，PC 机可以作为一个中央单元，控制活动模式的功能，可以预先计划和确定；另一方面，手机非常适合即时控制，是最常用的用户界面[8]。Smirek 等人中通过研究老年人和残疾人等特殊群体的生活习惯，来设计更符合他们需求的家电界面，提出了在不同平台上用户界面的设计，但只描述了用户界面的设计原则而未对具体实现给出明确的过程详解[9]。宋等人提出了一种从 WSDL 文件生成基于 XForms 的用户界面的方法，该方法在 WSDL 文件中使用 XML 模式，其大量 WSDL 文件的实验结果生成了基于 xforms 的用户界面，但没有与界面的功能相映射[10]。
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第二章 基于 IAIDL 的信息家电体系结构
2.1 信息家电接口定义语言
2.1.1 信息家电控制模型
研究信息家电接口定义语言，先要讨论信息家电控制系统，本文研究的信息家电控制系统由 Android 客户端、家庭网关、信息家电三个部分组成，从图 2-1也可以发现这三个部分中家庭网关是整个体系的中心控制枢纽、是整个系统的核心服务器，为信息家电设备与 Android 客户端之间建立连接，实现两者的交互。本文设计的信息家电控制系统是一种基于家庭网关的架构系统，其调控中心就是Android 客户界面端和信息家电设备之间的家庭网关，如图 2-1 所示。
2.1.2 信息家电接口定义语言
信息家电，能够借助网络系统来交互信息的家电产品的统称。人类进入信息时代，传统的 IT 产业与传统的家电产业必将通力合作，汇入信息家电这条大河。市面上已有的很多信息家电的标准都号称为“开放性平台标准”[16]，但其实仅仅只是为了自己的利益考虑，各大产家开发出来新的家电产品并不能兼容，并没有从根本上解决信息家电之间最重要的互操作与即插即用性问题[17]。从分布计算理论出发，在分布环境下实现分布式对象的互操作的核心就是 IDL，它是异构体系下统一标准的途径。通过 IDL 这种描方式述把差异性统一，抽象成一种标准形式。为了达成实现智能家居的目标，实现信息家电的万能遥控、自动感知和智能协作，当务之急是要形成一套信息家电接口的互联标准。综上，本文的研究利用信息家电的特殊性将家电设备抽象成一个对象，以 IAIDL 来加以描述。
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2.2 信息家电体系结构
在信息家电控制系统中，信息家电通解析自身需要的界面信息及功能状态来进行 IAIDL 文档描述，并通过 Socket 通信方式将该文档传输至家庭网关，对网关发出注册请求，网关在线确认。用户在遥控器/Android 客户端界面提出家电功能操作请求，遥控器/Android 客户端根据功能指令对网关发出服务请求，这些服务请求均通过通信模块传输给网关进行处理，再由网关传递给家电设备进行功能实现，网关随时刷新家电设备的实时状态，将结果返回给遥控器/Android 客户端。其结构如图 2-3 所示。
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第三章 信息家电设备操作界面接口描述语言的设计 ················· 15
第二章 基于 IAIDL 的信息家电体系结构
2.1 信息家电接口定义语言
2.1.1 信息家电控制模型
研究信息家电接口定义语言，先要讨论信息家电控制系统，本文研究的信息家电控制系统由 Android 客户端、家庭网关、信息家电三个部分组成，从图 2-1也可以发现这三个部分中家庭网关是整个体系的中心控制枢纽、是整个系统的核心服务器，为信息家电设备与 Android 客户端之间建立连接，实现两者的交互。本文设计的信息家电控制系统是一种基于家庭网关的架构系统，其调控中心就是Android 客户界面端和信息家电设备之间的家庭网关，如图 2-1 所示。
2.1.2 信息家电接口定义语言
信息家电，能够借助网络系统来交互信息的家电产品的统称。人类进入信息时代，传统的 IT 产业与传统的家电产业必将通力合作，汇入信息家电这条大河。市面上已有的很多信息家电的标准都号称为“开放性平台标准”[16]，但其实仅仅只是为了自己的利益考虑，各大产家开发出来新的家电产品并不能兼容，并没有从根本上解决信息家电之间最重要的互操作与即插即用性问题[17]。从分布计算理论出发，在分布环境下实现分布式对象的互操作的核心就是 IDL，它是异构体系下统一标准的途径。通过 IDL 这种描方式述把差异性统一，抽象成一种标准形式。为了达成实现智能家居的目标，实现信息家电的万能遥控、自动感知和智能协作，当务之急是要形成一套信息家电接口的互联标准。综上，本文的研究利用信息家电的特殊性将家电设备抽象成一个对象，以 IAIDL 来加以描述。
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2.2 信息家电体系结构
在信息家电控制系统中，信息家电通解析自身需要的界面信息及功能状态来进行 IAIDL 文档描述，并通过 Socket 通信方式将该文档传输至家庭网关，对网关发出注册请求，网关在线确认。用户在遥控器/Android 客户端界面提出家电功能操作请求，遥控器/Android 客户端根据功能指令对网关发出服务请求，这些服务请求均通过通信模块传输给网关进行处理，再由网关传递给家电设备进行功能实现，网关随时刷新家电设备的实时状态，将结果返回给遥控器/Android 客户端。其结构如图 2-3 所示。
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第三章 信息家电设备操作界面接口描述语言的设计 ················· 15
3.2 信息家电界面特征分析 ························· 15
3.3 IAOIDL 的构成 ······························ 17#p#分页标题#e#
第四章 信息家电控制系统的实现与分析 ································ 29
4.1 界面生成具体实现 ···················· 29
4.1.1 实验环境 ························· 29
4.1.2 软件架构 ························· 29
第五章 总结与展望 ································ 46
5.1 总结 ································ 46
5.2 展望 ·································· 46
第四章 信息家电控制系统的实现与分析
4.1 界面生成具体实现
4.1.1 实验环境
本文中的信息家电控制系统采用 Android 平台作为实验环境。Android 是google 公司开发的开源操作系统。目前 Android 系统因其开源以及良好的扩展性已成为各类移动设备的首选系统。在 Android 系统上提供了一系列用于软硬件的API[28]。Android 系统架构如图 4-1 所示，由操作系统、中间件、用户界面和应用软件四层组成，底层建立在 unix 内核之上[29]。
Android 平台开发采用 Java 语言设计，传输信息家电界面信息使用 XML 语言传输。选择 Java 是因为它是一种跨平台的高级程序设计语言，Java 虚拟机(Java Virtual Machine, JVM)是 Java 程序跨平台的关键。Java 字节码中不包含任何与平台相关的信息且不会直接与平台交互，而是通过 JVM 间接与平台交互，不需要受到平台的限制从而实现了跨平台的目标。所以在本文的研究中，家庭网关也使用 Android 平台，采用 Java 编程语言。
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第五章 总结与展望
5.1 总结
参考文献（略）
4.1 界面生成具体实现
4.1.1 实验环境
本文中的信息家电控制系统采用 Android 平台作为实验环境。Android 是google 公司开发的开源操作系统。目前 Android 系统因其开源以及良好的扩展性已成为各类移动设备的首选系统。在 Android 系统上提供了一系列用于软硬件的API[28]。Android 系统架构如图 4-1 所示，由操作系统、中间件、用户界面和应用软件四层组成，底层建立在 unix 内核之上[29]。
Android 平台开发采用 Java 语言设计，传输信息家电界面信息使用 XML 语言传输。选择 Java 是因为它是一种跨平台的高级程序设计语言，Java 虚拟机(Java Virtual Machine, JVM)是 Java 程序跨平台的关键。Java 字节码中不包含任何与平台相关的信息且不会直接与平台交互，而是通过 JVM 间接与平台交互，不需要受到平台的限制从而实现了跨平台的目标。所以在本文的研究中，家庭网关也使用 Android 平台，采用 Java 编程语言。
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第五章 总结与展望
5.1 总结
参考文献（略）
