家庭網關安裝在每個家庭中，負責收集家用設備的狀態(tài)信息、控制家用設備的狀態(tài)。家庭網關負責完成以下事情：解析通訊網關發(fā)過來的TCP報文并向家用設備發(fā)送控制命令；接受家用設備發(fā)過來的狀態(tài)信息，向通訊網關發(fā)送家用設備的狀態(tài)（包括家用設備的狀態(tài)改變即時發(fā)送和家用設備狀態(tài)的定期發(fā)送）的TCP報文。
2)通訊網關（Communication Gateway）是系統(tǒng)核心部分。它獲取來自家庭網關經由通信網絡傳送過來的數(shù)據，將數(shù)據解析后，保存到數(shù)據庫中，并把數(shù)據轉換后通過消息發(fā)布/訂閱引擎發(fā)布給用戶/小區(qū)保安。它主要的功能是完成不同通信協(xié)議之間的轉換；并把家庭設備的信息發(fā)送給用戶；接收用戶對家庭設備的控制/查詢命令，轉發(fā)到家庭網關。
3)系統(tǒng)數(shù)據庫（System Database）是通過對整個軟件功能的考慮來搭建的community數(shù)據源，在數(shù)據源中建立表格、視圖、字段來存儲用戶信息、模塊信息、費用信息、安防報警信息等。
JDBC（Java 數(shù)據庫連接，Java Database Connectivity）是一種基于X/Open的SQL命令級接口，它有一組用JAVA語言編寫的類和接口組成，使得程序開發(fā)人員可以建立一個與數(shù)據庫無關、與平臺無關的編程接口建立數(shù)據庫應用程序。通訊網關和系統(tǒng)服務平臺都是通過JDBC API訪問數(shù)據庫。
4)系統(tǒng)管理平臺（System Manage portal）基于J2EE三層B/S架構，實現(xiàn)管理通訊模塊通訊格式、家庭通訊設備、使用通訊設備的用戶，這是一個系統(tǒng)運行的支撐平臺，它提供、管理系統(tǒng)運行需要的信息和資源。
5)控制終端（Control Terminal）主要用于用戶實現(xiàn)對家庭設備的查詢和控制以及接收家庭設備信息。用戶可以通過WEB\WAP\SMS的方式連接上后臺的服務程序后，實現(xiàn)對家庭設備的查詢和控制，同時可以使用預先定制的設備信息通知通道（SMS\MMS\eMail）接收家庭設備的狀態(tài)信息。
4 結束語
在基于消息中間件的智能家居系統(tǒng)中，為了避免大多嵌入式智能家居系統(tǒng)中出現(xiàn)的信息孤島孤島和擴展性差的問題，我們設計了一個面向消息的中間件（message-Oriented middleware），完成異構隔離、消息傳遞、數(shù)據交換和模塊管理等功能，為系統(tǒng)的可擴展性提供了良好的支持。
參考文獻：
[1]李華飚,郭英奎.Java中間件開發(fā)技術[M].北京:中國水利水電出版社,2005.
[2]COMER DOUGLAS E.用TCP/IP 進行網際互連——TCP/IP 詳解，卷1：協(xié)議[M].林瑤,譯.北京:電子工業(yè)出版社,2001.
[3]李志生,李利新.基于網絡的集成型智能家居系統(tǒng)（CIHAS)發(fā)展趨勢初探[J].廣東工業(yè)大學學報,2002,19(2):73-74.
[4]蘇洋.分布式應用對象間JMS消息服務原理與消息處理過程[J].微型機與應用,2002.
[5]David Reilly,Michael Reilly.java網絡編程與分布式計算[M].沈鳳,譯.北京:機械工業(yè)出版社,2003.
收稿日期：2008-03-11
作者簡介：李志勇（1974-），男，湖南長沙人，系統(tǒng)分析師，軟件工程碩士，研究方向：大型網絡應用系統(tǒng)架構，J2EE技術。
摘要：本文先介紹了中間件技術的基本概念和目前在實現(xiàn)家庭網絡平臺中較有影響的主流中間件技術, 然后提出的一種基于中間件的智能家居系統(tǒng)原型的設計與實現(xiàn)。
關鍵詞：中間件；智能家居
中圖分類號：TP273文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)15-20ppp-0c
Based on Information Middleware Smart Home System Design and Implementation
LI Zhi-yong
(Computer Academy,National University of Defense Technology,Changsha 410073,China)
Abstract:This article first introduced the basic concept of middleware technology and the current network platform in the family the more influential mainstream middleware technology, and then a middleware based on the intelligent home system prototype design and implementation.
Key words:Middleware;Smart Home
1 引言
隨著計算機網絡通信越來越改變人們的生活方式和工作方式。智能家居技術業(yè)務一例外的受到新技術的影響而具有新的軟硬件結構和功能，其中影響最大的就是網絡技術的興起和應用。
基于網絡的智能家居系統(tǒng)除了具有一般智能家居系統(tǒng)的基本功能以外，還可以發(fā)揮每一個家庭和整個社區(qū)聯(lián)網的優(yōu)勢成為整個小區(qū)的一個智能終端。但是目前各廠商或機構提出的網絡化智能家居的解決方案科研精力放在智能家居內部電器的通信和組網上，忽略了家庭設備與外界的互聯(lián)互通，設備的遠程監(jiān)控。有的提出家用設備與外界的互聯(lián)也多為家庭網關中嵌入WEB服務模塊，是一種單一家庭的智能家居系統(tǒng)解決方案，沒有和智能小區(qū)有效結合起來，存在很多的信息孤島；這樣的智能家居系統(tǒng)擴展性也很差，
2 智能家居系統(tǒng)中間件技術
2.1 中間件技術簡介
中間件技術是伴隨網絡而發(fā)展起來的一種面向對象的技術。它的主要作用是用來屏蔽網絡硬件平臺的差異性和操作系統(tǒng)與網絡協(xié)議的異構性，使應用軟件能夠比較平滑地運行于不同平臺上。同時中間件在負載平衡、連接管理和調度方面起了很大的作用，使企業(yè)級應用的性能得到大幅提升，滿足了關鍵業(yè)務的需求。
程序員通過調用中間件（middleware）提供的大量API，實現(xiàn)異構環(huán)境的通訊，從而屏蔽異構系統(tǒng)中復雜的操作系統(tǒng)和網絡協(xié)議。
中間件（middleware）提供客戶機與服務器之間的連接服務，這些服務具有標準的程序接口和協(xié)議。針對不同的操作系統(tǒng)和硬件平臺，它們可以有符合接口和協(xié)議規(guī)范的多種實現(xiàn)。
我們智能家居系統(tǒng)就是在家庭設備終端和控制設備終端之間加入一層通信中間件層，這個通信中間件提供服務接口，隔離底層設備通信與應用層，兼具業(yè)務軟件的管理功能，可以根據控制設備終端的的指令，控制家庭設備加載、配置、運行。
2.2 智能家居系統(tǒng)中的中間件技術
現(xiàn)在有一些構建好的基于中間件的智能小區(qū)/家居系統(tǒng)，這些系統(tǒng)基本都是將中間件建立在家庭網關的部分，然后用戶利用一些控制終端控制通過家庭網關訪問家庭設備，這樣也能做到對家庭設備的控制和監(jiān)控。
為了提高不同系統(tǒng)之間的互操作能力，涌現(xiàn)出很多家庭網絡中間件規(guī)范，其中包括OSGi、UPnP、HAVi、jini、OpenCable等。在這些中間件的規(guī)范中，根據設計目的、覆蓋范圍和出發(fā)點不同，可以大致分為兩類，一類是以家庭網關為中心形成的集中式控制的家庭網絡中間件規(guī)范，如OSGi、OpenCable等；另一類式分布式控制的家庭網絡中間件規(guī)范，如UPnP、HAVi、Jini等，它們致力于設備與設備之間的自動識別與相互通信，設備之間構成的是對等連接。
在上述的兩類智能家居解決方案中，都是關注家庭內部家庭設備的的連接，第一類是家庭設備與家庭網關相連，利用家庭網關通信，第二類則是家庭設備能夠互聯(lián)互通，然后在家庭網關上集成了對外的通信模塊，將家庭網關作為對外的唯一接口，這樣所有的家庭設備數(shù)據信息將集中在家庭網關上進行處理、轉發(fā)，家庭網關成為系統(tǒng)的最關鍵部件，我們在此將這種系統(tǒng)稱為嵌入式智能家居系統(tǒng)。這兩類智能家居系統(tǒng)為了用戶能夠訪問、控制設備，設計者一般在家庭網關上嵌入web服務或者無線模塊，通過web頁面或者無線遙控設備控制家庭設備。
通過上面的分析，我們可以發(fā)現(xiàn)這種嵌入式智能家居系統(tǒng)多為單一家庭提出的解決方案，沒有和智能小區(qū)連接起來，存在的很多的信息孤島，不利于信息的管理和分析。
而且，嵌入式智能家居系統(tǒng)也不是很利于系統(tǒng)的擴展，由于所有的功能控制全部集中在家庭網關部分，每當要為系統(tǒng)增加新的功能時，我們需要修改每個家庭網關的設置，有些時候，還需要徹底更換一臺新的家庭網關設備。
基于上面對嵌入式智能家居系統(tǒng)中間件放在家庭網關的考慮，我們沒有把數(shù)據的處理全部放在家庭網關，然后利用家庭網關把數(shù)據直接傳遞給用戶，而是利用家庭網關把數(shù)據傳到一臺服務器，用戶通過訪問服務器上的用戶門戶，間接訪問家庭設備。在服務器端，我們設計了另外一個數(shù)據通訊的通信中間件——通信網關，通信網關主要的功能是完成不同通信協(xié)議之間的轉換，并把家庭設備的信息發(fā)送給用戶，接收用戶對家庭設備的控制/查詢命令，轉發(fā)到家庭網關。
3 基于消息中間件智能家居系統(tǒng)的設計
3.1 整體思想
在前面的分析中，我們提到目前大多實現(xiàn)的智能家居系統(tǒng)實際是為單一家庭設計的嵌入式智能家居系統(tǒng)解決方案，沒有和智能小區(qū)有效結合起來，存在很多的信息孤島，為了解決這個問題，我們整個智能家居系統(tǒng)由遠程控制端、帶有大型數(shù)據庫的高性能服務器、家庭網絡控制監(jiān)控設備三部分組成。該系統(tǒng)的層次說明如下：
1)客戶的查詢控制終端主要通過瀏覽器實現(xiàn)，應該也可以是手機、PDA等終端設備，控制命令通過有線\無線網絡和后臺服務器通信，后臺的服務器驗證用戶的身份和任務，轉化為數(shù)據庫中的查詢控制記錄和參數(shù)。
2)數(shù)據庫中記載了用戶和屬于該用戶的詳細信息，并且兩個用戶之間的電器設備可以互不干擾，動態(tài)添加。當用戶的任務到達數(shù)據庫中的時候，該任務就通過通信接口向下傳遞。這樣做的好處是，服務器的通信程序可以只寫一次而提供用戶和用戶家庭內部控制端兩部分使用，簡化了系統(tǒng)通信結構。
3)家庭內部網絡系統(tǒng)由于需要控制硬件，所以需要系統(tǒng)駐留程序來不斷完成控制離散設備的開關、狀態(tài)等信號的任務。
通過以上分析，我們可以得出系統(tǒng)的結構模型，圖1是系統(tǒng)架構設計圖。
3.2 各模塊的設計思路及功能介紹
1)端設備—家庭網關（Home Gatway）是網絡化智能家居的節(jié)點。在家庭中，通過485總線連接各中家庭設備，然后通過一個串口服務器設備（Serial to IP）完成RS-232/RS485格式和以太網傳輸?shù)腎P包之間的數(shù)據雙向轉換，從而給傳統(tǒng)的串行設備增加聯(lián)網功能。
2)通訊網關（Communication Gateway）是系統(tǒng)核心部分。它獲取來自家庭網關經由通信網絡傳送過來的數(shù)據，將數(shù)據解析后，保存到數(shù)據庫中，并把數(shù)據轉換后通過消息發(fā)布/訂閱引擎發(fā)布給用戶/小區(qū)保安。它主要的功能是完成不同通信協(xié)議之間的轉換；并把家庭設備的信息發(fā)送給用戶；接收用戶對家庭設備的控制/查詢命令，轉發(fā)到家庭網關。
3)系統(tǒng)數(shù)據庫（System Database）是通過對整個軟件功能的考慮來搭建的community數(shù)據源，在數(shù)據源中建立表格、視圖、字段來存儲用戶信息、模塊信息、費用信息、安防報警信息等。
JDBC（Java 數(shù)據庫連接，Java Database Connectivity）是一種基于X/Open的SQL命令級接口，它有一組用JAVA語言編寫的類和接口組成，使得程序開發(fā)人員可以建立一個與數(shù)據庫無關、與平臺無關的編程接口建立數(shù)據庫應用程序。通訊網關和系統(tǒng)服務平臺都是通過JDBC API訪問數(shù)據庫。
4)系統(tǒng)管理平臺（System Manage portal）基于J2EE三層B/S架構，實現(xiàn)管理通訊模塊通訊格式、家庭通訊設備、使用通訊設備的用戶，這是一個系統(tǒng)運行的支撐平臺，它提供、管理系統(tǒng)運行需要的信息和資源。
5)控制終端（Control Terminal）主要用于用戶實現(xiàn)對家庭設備的查詢和控制以及接收家庭設備信息。用戶可以通過WEB\WAP\SMS的方式連接上后臺的服務程序后，實現(xiàn)對家庭設備的查詢和控制，同時可以使用預先定制的設備信息通知通道（SMS\MMS\eMail）接收家庭設備的狀態(tài)信息。
4 結束語
在基于消息中間件的智能家居系統(tǒng)中，為了避免大多嵌入式智能家居系統(tǒng)中出現(xiàn)的信息孤島孤島和擴展性差的問題，我們設計了一個面向消息的中間件（message-Oriented middleware），完成異構隔離、消息傳遞、數(shù)據交換和模塊管理等功能，為系統(tǒng)的可擴展性提供了良好的支持。
參考文獻：
[1]李華飚,郭英奎.Java中間件開發(fā)技術[M].北京:中國水利水電出版社,2005.
[2]COMER DOUGLAS E.用TCP/IP 進行網際互連——TCP/IP 詳解，卷1：協(xié)議[M].林瑤,譯.北京:電子工業(yè)出版社,2001.
[3]李志生,李利新.基于網絡的集成型智能家居系統(tǒng)（CIHAS)發(fā)展趨勢初探[J].廣東工業(yè)大學學報,2002,19(2):73-74.
[4]蘇洋.分布式應用對象間JMS消息服務原理與消息處理過程[J].微型機與應用,2002.
[5]David Reilly,Michael Reilly.java網絡編程與分布式計算[M].沈鳳,譯.北京:機械工業(yè)出版社,2003.
收稿日期：2008-03-11
作者簡介：李志勇（1974-），男，湖南長沙人，系統(tǒng)分析師，軟件工程碩士，研究方向：大型網絡應用系統(tǒng)架構，J2EE技術。
摘要：本文先介紹了中間件技術的基本概念和目前在實現(xiàn)家庭網絡平臺中較有影響的主流中間件技術, 然后提出的一種基于中間件的智能家居系統(tǒng)原型的設計與實現(xiàn)。
關鍵詞：中間件；智能家居
中圖分類號：TP273文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)15-20ppp-0c
Based on Information Middleware Smart Home System Design and Implementation
LI Zhi-yong
(Computer Academy,National University of Defense Technology,Changsha 410073,China)
Abstract:This article first introduced the basic concept of middleware technology and the current network platform in the family the more influential mainstream middleware technology, and then a middleware based on the intelligent home system prototype design and implementation.
Key words:Middleware;Smart Home
1 引言
隨著計算機網絡通信越來越改變人們的生活方式和工作方式。智能家居技術業(yè)務一例外的受到新技術的影響而具有新的軟硬件結構和功能，其中影響最大的就是網絡技術的興起和應用。
基于網絡的智能家居系統(tǒng)除了具有一般智能家居系統(tǒng)的基本功能以外，還可以發(fā)揮每一個家庭和整個社區(qū)聯(lián)網的優(yōu)勢成為整個小區(qū)的一個智能終端。但是目前各廠商或機構提出的網絡化智能家居的解決方案科研精力放在智能家居內部電器的通信和組網上，忽略了家庭設備與外界的互聯(lián)互通，設備的遠程監(jiān)控。有的提出家用設備與外界的互聯(lián)也多為家庭網關中嵌入WEB服務模塊，是一種單一家庭的智能家居系統(tǒng)解決方案，沒有和智能小區(qū)有效結合起來，存在很多的信息孤島；這樣的智能家居系統(tǒng)擴展性也很差，
2 智能家居系統(tǒng)中間件技術
2.1 中間件技術簡介
中間件技術是伴隨網絡而發(fā)展起來的一種面向對象的技術。它的主要作用是用來屏蔽網絡硬件平臺的差異性和操作系統(tǒng)與網絡協(xié)議的異構性，使應用軟件能夠比較平滑地運行于不同平臺上。同時中間件在負載平衡、連接管理和調度方面起了很大的作用，使企業(yè)級應用的性能得到大幅提升，滿足了關鍵業(yè)務的需求。
程序員通過調用中間件（middleware）提供的大量API，實現(xiàn)異構環(huán)境的通訊，從而屏蔽異構系統(tǒng)中復雜的操作系統(tǒng)和網絡協(xié)議。
中間件（middleware）提供客戶機與服務器之間的連接服務，這些服務具有標準的程序接口和協(xié)議。針對不同的操作系統(tǒng)和硬件平臺，它們可以有符合接口和協(xié)議規(guī)范的多種實現(xiàn)。
我們智能家居系統(tǒng)就是在家庭設備終端和控制設備終端之間加入一層通信中間件層，這個通信中間件提供服務接口，隔離底層設備通信與應用層，兼具業(yè)務軟件的管理功能，可以根據控制設備終端的的指令，控制家庭設備加載、配置、運行。
2.2 智能家居系統(tǒng)中的中間件技術
現(xiàn)在有一些構建好的基于中間件的智能小區(qū)/家居系統(tǒng)，這些系統(tǒng)基本都是將中間件建立在家庭網關的部分，然后用戶利用一些控制終端控制通過家庭網關訪問家庭設備，這樣也能做到對家庭設備的控制和監(jiān)控。
為了提高不同系統(tǒng)之間的互操作能力，涌現(xiàn)出很多家庭網絡中間件規(guī)范，其中包括OSGi、UPnP、HAVi、jini、OpenCable等。在這些中間件的規(guī)范中，根據設計目的、覆蓋范圍和出發(fā)點不同，可以大致分為兩類，一類是以家庭網關為中心形成的集中式控制的家庭網絡中間件規(guī)范，如OSGi、OpenCable等；另一類式分布式控制的家庭網絡中間件規(guī)范，如UPnP、HAVi、Jini等，它們致力于設備與設備之間的自動識別與相互通信，設備之間構成的是對等連接。
在上述的兩類智能家居解決方案中，都是關注家庭內部家庭設備的的連接，第一類是家庭設備與家庭網關相連，利用家庭網關通信，第二類則是家庭設備能夠互聯(lián)互通，然后在家庭網關上集成了對外的通信模塊，將家庭網關作為對外的唯一接口，這樣所有的家庭設備數(shù)據信息將集中在家庭網關上進行處理、轉發(fā)，家庭網關成為系統(tǒng)的最關鍵部件，我們在此將這種系統(tǒng)稱為嵌入式智能家居系統(tǒng)。這兩類智能家居系統(tǒng)為了用戶能夠訪問、控制設備，設計者一般在家庭網關上嵌入web服務或者無線模塊，通過web頁面或者無線遙控設備控制家庭設備。
通過上面的分析，我們可以發(fā)現(xiàn)這種嵌入式智能家居系統(tǒng)多為單一家庭提出的解決方案，沒有和智能小區(qū)連接起來，存在的很多的信息孤島，不利于信息的管理和分析。
而且，嵌入式智能家居系統(tǒng)也不是很利于系統(tǒng)的擴展，由于所有的功能控制全部集中在家庭網關部分，每當要為系統(tǒng)增加新的功能時，我們需要修改每個家庭網關的設置，有些時候，還需要徹底更換一臺新的家庭網關設備。
基于上面對嵌入式智能家居系統(tǒng)中間件放在家庭網關的考慮，我們沒有把數(shù)據的處理全部放在家庭網關，然后利用家庭網關把數(shù)據直接傳遞給用戶，而是利用家庭網關把數(shù)據傳到一臺服務器，用戶通過訪問服務器上的用戶門戶，間接訪問家庭設備。在服務器端，我們設計了另外一個數(shù)據通訊的通信中間件——通信網關，通信網關主要的功能是完成不同通信協(xié)議之間的轉換，并把家庭設備的信息發(fā)送給用戶，接收用戶對家庭設備的控制/查詢命令，轉發(fā)到家庭網關。
3 基于消息中間件智能家居系統(tǒng)的設計
3.1 整體思想
在前面的分析中，我們提到目前大多實現(xiàn)的智能家居系統(tǒng)實際是為單一家庭設計的嵌入式智能家居系統(tǒng)解決方案，沒有和智能小區(qū)有效結合起來，存在很多的信息孤島，為了解決這個問題，我們整個智能家居系統(tǒng)由遠程控制端、帶有大型數(shù)據庫的高性能服務器、家庭網絡控制監(jiān)控設備三部分組成。該系統(tǒng)的層次說明如下：
1)客戶的查詢控制終端主要通過瀏覽器實現(xiàn)，應該也可以是手機、PDA等終端設備，控制命令通過有線\無線網絡和后臺服務器通信，后臺的服務器驗證用戶的身份和任務，轉化為數(shù)據庫中的查詢控制記錄和參數(shù)。
2)數(shù)據庫中記載了用戶和屬于該用戶的詳細信息，并且兩個用戶之間的電器設備可以互不干擾，動態(tài)添加。當用戶的任務到達數(shù)據庫中的時候，該任務就通過通信接口向下傳遞。這樣做的好處是，服務器的通信程序可以只寫一次而提供用戶和用戶家庭內部控制端兩部分使用，簡化了系統(tǒng)通信結構。
3)家庭內部網絡系統(tǒng)由于需要控制硬件，所以需要系統(tǒng)駐留程序來不斷完成控制離散設備的開關、狀態(tài)等信號的任務。
通過以上分析，我們可以得出系統(tǒng)的結構模型，圖1是系統(tǒng)架構設計圖。
3.2 各模塊的設計思路及功能介紹
1)端設備—家庭網關（Home Gatway）是網絡化智能家居的節(jié)點。在家庭中，通過485總線連接各中家庭設備，然后通過一個串口服務器設備（Serial to IP）完成RS-232/RS485格式和以太網傳輸?shù)腎P包之間的數(shù)據雙向轉換，從而給傳統(tǒng)的串行設備增加聯(lián)網功能。
