基于IAIDL 的家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.引言

信息家電就是利用電腦、電信和電子技術(shù)與傳統(tǒng)家電相結(jié)合的創(chuàng)新產(chǎn)品，是為了使數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更廣泛地深人家庭生活而設(shè)計(jì)的新型家用電器。嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)是信息家電所處的家庭信息網(wǎng)絡(luò)的核心部分，也是智能家居的心臟，它被用來(lái)連接信息家電網(wǎng)絡(luò)和Internet 外部網(wǎng)絡(luò)，完成內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)間不同通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換及家庭內(nèi)各信息家電之間的智能協(xié)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)家電設(shè)備的智能管理和遠(yuǎn)程控制。圖1 為該家庭網(wǎng)關(guān)的概要功能示意圖。

圖1 家庭網(wǎng)關(guān)功能結(jié)構(gòu)圖

              2.信息家電網(wǎng)關(guān)開(kāi)發(fā)平臺(tái)及軟件

              在本文的家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)中, 以ARM 7 作為家庭網(wǎng)關(guān)硬件平臺(tái)。裁減并移植嵌入式操作系統(tǒng)uCLinux 提供底層軟件支撐。信息家電通過(guò)IAIDL （信息家電接口定義語(yǔ)言）向家庭網(wǎng)關(guān)注冊(cè)，嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)MySQLite 存放每個(gè)家電的注冊(cè)信息、參數(shù)值以及狀態(tài)信息等。IAIDL 編譯器和專(zhuān)家協(xié)作系統(tǒng),用于實(shí)現(xiàn)異構(gòu)信息家電之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換,以及信息家電之間的智能協(xié)作。嵌入式WEB 服務(wù)器BOA 調(diào)用相應(yīng)的CGI 應(yīng)用程序來(lái)執(zhí)行遠(yuǎn)程監(jiān)控操作。下面就來(lái)介紹一下在ARM 7 開(kāi)發(fā)平臺(tái)下進(jìn)行的基于IAIDL 的信息家電家庭網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

2.       3.IAIDL 編譯器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

 位于家庭網(wǎng)關(guān)上的IAIDL 編譯器主要用于實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)中各類(lèi)信息家電的注冊(cè)管理、控制管理及狀態(tài)管理等基本服務(wù)。按照IAIDL 規(guī)范書(shū)寫(xiě)的設(shè)備描述文件即IAIDL 文件由各家電廠商提供，IAIDL 的原料信息則由用戶(hù)遠(yuǎn)程操作不同種類(lèi)信息家電提供。我們將從IAIDL 中提取出來(lái)的信息（以一種易記錄、存儲(chǔ)和使用的方式表示，稱(chēng)為中間信息）存儲(chǔ)在網(wǎng)關(guān)上的數(shù)據(jù)庫(kù)中，當(dāng)用戶(hù)對(duì)某設(shè)備發(fā)出操作請(qǐng)求時(shí)，我們先根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的相關(guān)信息在客戶(hù)端生成一個(gè)相應(yīng)的操作界面，用于反映該設(shè)備的狀態(tài)和屬性信息，用戶(hù)選擇執(zhí)行完某一具體操作后，若設(shè)備的狀態(tài)和屬性發(fā)生了變化，數(shù)據(jù)庫(kù)中相關(guān)數(shù)據(jù)表和客戶(hù)機(jī)的操作界面將同步體現(xiàn)出來(lái)。而這種完成提取中間信息的工作和界面自動(dòng)生成工作的軟件就是本文中要加入家庭網(wǎng)關(guān)的IAIDL 編譯器的接口解釋器和界面解釋器部分。圖2 為IAIDL 編譯器在家庭網(wǎng)關(guān)中的功能結(jié)構(gòu)圖。

圖2 IAIDL 編譯器功能結(jié)構(gòu)圖

IAIDL 編譯器是采用lex 和yacc 實(shí)現(xiàn)的。它們是特意為編寫(xiě)編譯程序和解釋程序的人設(shè)計(jì)的工具，適用于在輸入中查找模式或者擁有輸入或命令語(yǔ)言的任何應(yīng)用程序。下列程序段是IAIDL 使用語(yǔ)法分析器yacc 在定義段的部分內(nèi)容（接口解釋器）：

A：P IS ＇＜ ＇P ＇＞＇{//提取設(shè)備名和設(shè)備類(lèi)型
device_name = $1; type_name=$3;
//檢測(cè)該類(lèi)型是否已經(jīng)存在于設(shè)備類(lèi)型表中
flag=check_type(type_name)； ……；
//向設(shè)備類(lèi)型表中添加新的類(lèi)型信息

insert_device_type("device_type","type_name",type_name);
……；}；

4.智能家庭網(wǎng)關(guān)體系結(jié)構(gòu)

智能家居網(wǎng)關(guān)是家庭信息網(wǎng)絡(luò)的核心部分，它被用來(lái)連接整個(gè)家庭信息網(wǎng)絡(luò)的中心控制服務(wù)器和內(nèi)外網(wǎng)，完成內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)間不同通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換及家庭內(nèi)各信息家電之間的智能協(xié)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)家電設(shè)備的智能管理和遠(yuǎn)程控制。圖3 為該家庭網(wǎng)關(guān)的體系結(jié)構(gòu)。

圖3 智能家庭網(wǎng)關(guān)體系

 4.1 BOA 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

            用戶(hù)在遠(yuǎn)程監(jiān)控端 (如手機(jī)、萬(wàn)能遙控器)上打開(kāi)瀏覽器，輸入家庭網(wǎng)關(guān)的外部IP 號(hào)，經(jīng)權(quán)限確認(rèn)后瀏覽器上將出現(xiàn)網(wǎng)關(guān)主頁(yè)面，選擇要控制或查詢(xún)的家電設(shè)備，或注冊(cè)新家電，然后填寫(xiě)HTML 表單信息并提交進(jìn)而控制家電、查詢(xún)MySQLite 中家電狀態(tài)信息及注冊(cè)新用戶(hù)。目前，uCLinux 中已包含了BOA 的源代碼，通過(guò)在boa.conf 和mime.types 文件中修改網(wǎng)頁(yè)存放的路徑以及CGI 程序存放的目錄,實(shí)現(xiàn)在uCLinux 中BOA 的WEB 服務(wù)。

2.      4.2 IAIDL 編譯器設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

 IAIDL 編譯器模塊將逐條解讀事先由廠家按IAIDL 語(yǔ)法規(guī)則描述的信息家電的IAIDL 文件，編譯器將IAIDL 文件的關(guān)鍵信息提取出來(lái)并做一定的處理后，結(jié)果存儲(chǔ)到MySQLite 的表格里，以后遠(yuǎn)程用戶(hù)端和設(shè)備之間將根據(jù)設(shè)備號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)由數(shù)據(jù)庫(kù)完成交互。以甲公司生產(chǎn)的某品牌空調(diào)A 為例，其IAIDL 文件描述如下：

A 空調(diào) is < 空調(diào)>

{
 enum switch=( 開(kāi)，關(guān))；
 enum state=( 左右掃風(fēng),上下掃風(fēng));
 [attribute: ‘ 廠家’]string 甲公司；
[attribute: ‘ 功率’]string 200W;
 [function: ‘ 調(diào)溫度’]void SetTemperature(in int temperature[[0,40]]);
 [function: ‘ 轉(zhuǎn)換狀態(tài)’]void SetState(in state oo)provided;
 [function: ‘ 開(kāi)關(guān)’]void OnOff(in switch oo)provided;

}

4.3 專(zhuān)家協(xié)作系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

專(zhuān)家協(xié)作系統(tǒng)將信息家電的協(xié)作信息作為它的知識(shí)庫(kù)存儲(chǔ)在嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)中，并通過(guò)自帶的推理機(jī)對(duì)這些協(xié)作規(guī)則進(jìn)行推理，用戶(hù)如果需要選擇信息家電間智能協(xié)作方式，可以在遠(yuǎn)程終端或客戶(hù)端通過(guò)瀏覽器界面使用該系統(tǒng)，由推理機(jī)對(duì)協(xié)作規(guī)則匹配、比較得到判斷結(jié)果，將結(jié)果以HTML 頁(yè)面形式反饋到用戶(hù)端，專(zhuān)家協(xié)作系統(tǒng)推理正確后會(huì)調(diào)用與協(xié)作相關(guān)的信息家電API 接口來(lái)實(shí)現(xiàn)信息家電間的智能協(xié)作。下列語(yǔ)句是幾個(gè)信息家電協(xié)作的規(guī)則。

If (電視機(jī) on) then DVD on;
If (門(mén)打開(kāi)) & (time=17:30), then 燈打開(kāi);

4.4 嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)MySQLite 設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

家庭網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)MySQLite 中包含有三種類(lèi)型的數(shù)據(jù)表：用戶(hù)信息表、協(xié)作規(guī)則庫(kù)表和家電信息表。用戶(hù)信息表用于存儲(chǔ)用戶(hù)名稱(chēng)和密碼，以保證家庭網(wǎng)關(guān)的使用安全。協(xié)作規(guī)則庫(kù)表用于存儲(chǔ)可以智能協(xié)作的信息家電組信息，以及家電之間協(xié)作的動(dòng)作及規(guī)則。家電信息表主要存儲(chǔ)家電的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，主要與家電控制程序controller 、查詢(xún)程序query 進(jìn)行交互。下面的代碼主要說(shuō)明在家庭網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序中是如何將客戶(hù)的注冊(cè)信息，通過(guò)CGI 程序?qū)懭霐?shù)據(jù)庫(kù)文件IA_db 中表users 中的。

#include <sqlite.h>  // 其它頭文件略過(guò)2 sqlite *db=sqlite_open(“/home/liwenbo/jx44b0/uClinux_dist/user/mySQLite/IA_db”,0777,&errmsg);  //打開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)句void insert_device_list(char *table_name, int type_id, char *device_name, int device_ip) //用于處理新的信息家電注冊(cè)信息，將其插入MySQLite 中

基金資助項(xiàng)目名稱(chēng)：傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰預(yù)分配方案的組合論研究（編號(hào)：10571052） 頒發(fā)部門(mén)：國(guó)家自然科學(xué)基金委

 { //int i; //i 為最新注冊(cè)的信息家電id 號(hào) //i=sqlite_last_insert_rowid(db)+1; printf(“/n table_name: %s  type_id: %d device_name: %s  ip: %d\n”,.

table_name, type_id, device-name, device_ip); qry=sqlite_mprintf(“INSERT INTO users (type_id, device_name, device_ip)”   “VALUES(‘%d’,upper(‘%q’),’%q’)”,

type_name, type_id, device_name, device_ip); ret=sqlite_exec(db,qry, NULL, NULL, &errmsg); if(ret!=SQLITE_OK)

{
printf(stderr, ”SQL error: %s\n”,errmsg);
}
 sqlite_close(db);
}

5.結(jié)束語(yǔ)

           本實(shí)驗(yàn)通過(guò)以上代碼，已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了智能家庭網(wǎng)關(guān)中幾大主要模塊的功能，并已經(jīng)在ARM7 平臺(tái)上得到模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，PC 機(jī)能通過(guò)瀏覽器發(fā)出家電監(jiān)控請(qǐng)求，網(wǎng)關(guān)通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)獲得家電最新?tīng)顟B(tài)和屬性信息；新的家電加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)能通過(guò)B/S 方式實(shí)現(xiàn)其在數(shù)據(jù)庫(kù)中的注冊(cè)；專(zhuān)家協(xié)作系統(tǒng)的推理機(jī)和數(shù)據(jù)庫(kù)中知識(shí)庫(kù)的使用結(jié)合，用于實(shí)現(xiàn)多個(gè)信息家電之間的智能協(xié)作。完善之后的系統(tǒng)將是集多種智能管理于一身的智能家庭網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，相信會(huì)獲得很好的市場(chǎng)前景。

2.       6．本文作者創(chuàng)新點(diǎn)

     本文在傳統(tǒng)網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上,加入了適合嵌入式系統(tǒng)的嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)(MySQLite); 并創(chuàng)造性地將IAIDL 編譯器移植到家庭網(wǎng)關(guān)上,解決了不同品牌家電加入智能家居網(wǎng)絡(luò)時(shí)的異構(gòu)問(wèn)題;此外,還首次將專(zhuān)家協(xié)作系統(tǒng)作為智能家庭網(wǎng)關(guān)的一個(gè)模塊添加進(jìn)來(lái),實(shí)現(xiàn)智能家居中的智能家電協(xié)作功能。