基于IAIDL 的家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)計與實現(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，實現(xiàn)對家電設(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)開發(fā)平臺及軟件

              在本文的家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)計中, 以ARM 7 作為家庭網(wǎng)關(guān)硬件平臺。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IAIDL （信息家電接口定義語言）向家庭網(wǎng)關(guān)注冊，嵌入式數(shù)據(jù)庫MySQLite 存放每個家電的注冊信息、參數(shù)值以及狀態(tài)信息等。IAIDL 編譯器和專家協(xié)作系統(tǒng),用于實現(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)用程序來執(zhí)行遠(yuǎn)程監(jiān)控操作。下面就來介紹一下在ARM 7 開發(fā)平臺下進(jìn)行的基于IAIDL 的信息家電家庭網(wǎng)關(guān)的設(shè)計與實現(xiàn)過程。

2.       3.IAIDL 編譯器設(shè)計與實現(xiàn)

 位于家庭網(wǎng)關(guān)上的IAIDL 編譯器主要用于實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)中各類信息家電的注冊管理、控制管理及狀態(tài)管理等基本服務(wù)。按照IAIDL 規(guī)范書寫的設(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遠(yuǎn)程操作不同種類信息家電提供。我們將從IAIDL 中提取出來的信息（以一種易記錄、存儲和使用的方式表示，稱為中間信息）存儲在網(wǎng)關(guān)上的數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)用戶對某設(shè)備發(fā)出操作請求時，我們先根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)信息在客戶端生成一個相應(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)庫中相關(guān)數(shù)據(jù)表和客戶機(jī)的操作界面將同步體現(xiàn)出來。而這種完成提取中間信息的工作和界面自動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 實現(xiàn)的。它們是特意為編寫編譯程序和解釋程序的人設(shè)計的工具，適用于在輸入中查找模式或者擁有輸入或命令語言的任何應(yīng)用程序。下列程序段是IAIDL 使用語法分析器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)備類型
device_name = $1; type_name=$3;
//檢測該類型是否已經(jīng)存在于設(shè)備類型表中
flag=check_type(type_name)； ……；
//向設(shè)備類型表中添加新的類型信息

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，它被用來連接整個家庭信息網(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，實現(xiàn)對家電設(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[!--empirenews.page--]

 4.1 BOA 結(jié)構(gòu)設(shè)計及實現(xiàn)

            用戶在遠(yuǎn)程監(jiān)控端 (如手機(jī)、萬能遙控器)上打開瀏覽器，輸入家庭網(wǎng)關(guān)的外部IP 號，經(jīng)權(quán)限確認(rèn)后瀏覽器上將出現(xiàn)網(wǎng)關(guān)主頁面，選擇要控制或查詢的家電設(shè)備，或注冊新家電，然后填寫HTML 表單信息并提交進(jìn)而控制家電、查詢MySQLite 中家電狀態(tài)信息及注冊新用戶。目前，uCLinux 中已包含了BOA 的源代碼，通過在boa.conf 和mime.types 文件中修改網(wǎng)頁存放的路徑以及CGI 程序存放的目錄,實現(xiàn)在uCLinux 中BOA 的WEB 服務(wù)。

2.      4.2 IAIDL 編譯器設(shè)計及實現(xiàn)

 IAIDL 編譯器模塊將逐條解讀事先由廠家按IAIDL 語法規(guī)則描述的信息家電的IAIDL 文件，編譯器將IAIDL 文件的關(guān)鍵信息提取出來并做一定的處理后，結(jié)果存儲到MySQLite 的表格里，以后遠(yuǎn)程用戶端和設(shè)備之間將根據(jù)設(shè)備號通過網(wǎng)絡(luò)經(jīng)由數(shù)據(jù)庫完成交互。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，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: ‘ 開關(guān)’]void OnOff(in switch oo)provided;

}

4.3 專家協(xié)作系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)

專家協(xié)作系統(tǒng)將信息家電的協(xié)作信息作為它的知識庫存儲在嵌入式數(shù)據(jù)庫中，并通過自帶的推理機(jī)對這些協(xié)作規(guī)則進(jìn)行推理，用戶如果需要選擇信息家電間智能協(xié)作方式，可以在遠(yuǎn)程終端或客戶端通過瀏覽器界面使用該系統(tǒng)，由推理機(jī)對協(xié)作規(guī)則匹配、比較得到判斷結(jié)果，將結(jié)果以HTML 頁面形式反饋到用戶端，專家協(xié)作系統(tǒng)推理正確后會調(diào)用與協(xié)作相關(guān)的信息家電API 接口來實現(xiàn)信息家電間的智能協(xié)作。下列語句是幾個信息家電協(xié)作的規(guī)則。

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

4.4 嵌入式數(shù)據(jù)庫MySQLite 設(shè)計及實現(xiàn)

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

#include <sqlite.h>  // 其它頭文件略過2 sqlite *db=sqlite_open(“/home/liwenbo/jx44b0/uClinux_dist/user/mySQLite/IA_db”,0777,&errmsg);  //打開數(shù)據(jù)庫語句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信息，將其插入MySQLite 中

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

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

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: %sn”,errmsg);
}
 sqlite_close(db);
}

5.結(jié)束語

           本實驗通過以上代碼，已經(jīng)基本實現(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 平臺上得到模擬實驗結(jié)果，PC 機(jī)能通過瀏覽器發(fā)出家電監(jiān)控請求，網(wǎng)關(guān)通過訪問數(shù)據(jù)庫來獲得家電最新狀態(tài)和屬性信息；新的家電加入網(wǎng)絡(luò)時能通過B/S 方式實現(xiàn)其在數(shù)據(jù)庫中的注冊；專家協(xié)作系統(tǒng)的推理機(jī)和數(shù)據(jù)庫中知識庫的使用結(jié)合，用于實現(xiàn)多個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)，相信會獲得很好的市場前景。

2.       6．本文作者創(chuàng)新點

     本文在傳統(tǒng)網(wǎng)關(guān)的設(shè)計基礎(chǔ)上,加入了適合嵌入式系統(tǒng)的嵌入式數(shù)據(jù)庫(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)時的異構(gòu)問題;此外,還首次將專家協(xié)作系統(tǒng)作為智能家庭網(wǎng)關(guān)的一個模塊添加進(jìn)來,實現(xiàn)智能家居中的智能家電協(xié)作功能。