触屏手机实现家居设备监控

1.引言

在传统的家居环境中，家居设备的监控界面多是分离的，用户只能通过各个设备独立提供的监视（如电视显示屏）与控制界面（如红外遥控器）来实现对单一设备的监控，且监控距离受限（设备周边）；家居设备间的协作较少，且多是静态的协作关系（如在电视上显示有线连接的DVD 或电脑），用户无法动态的建立多个家居设备间的协作关系。

近年来，随着便捷舒适的智能数字家居概念的普及与发展，工业界与学术界涌现出了众多网络化的家居设备，如互联网电视、互联网冰箱等等。与此同时，家居网络基础设施（如家庭无线网关等）也逐步成为普通家庭的必备设施之一。网络化家居设备的出现与家庭网络基础设施的成功部署，使得用户在智能家居中通过集成的同一界面随时随地了解家居设备的状态、远程控制家居设备成为可能。在现有的方法中，工业界多从家居设备的网络化标准协议入手，促成家居设备的互联互通，较为着名的工作如诺基亚公司的Home CONtrolCenter1，OpenPeak 公司的Smart-Home-Phone2，UPnP 协议与闪联公司的IGRS 协议等；在学术界，相关研究[1,2,3,4,6]已开始着眼于如何将互联互通的各个设备上分散的监控接口集成起来，为用户提供一个家居设备通用监控器。现有的家居设备通用监控器虽各具特色，但在舒适性、便捷性以及直观性上仍有较大的发展空间，也因此成为本文的主要研究对象。

家居设备通用监控器需要一个合适的载体为用户所用。调研工作[5]表明，用户在家居生活中更愿意使用手机而非传统计算机，因为手机在家居中更加便捷易得，可以方便他们随时随地的完成任务。随着手机的发展，触摸交互技术因其具有直接操作（DirectManipulation）的自然交互体验，逐渐成为主流的交互方式，如iPhone, gPhone, WindowsPhone 7 等。鉴于上述特点，本文认为，用户随身携带的触屏手机，是智能家居中监控各种网络化设备界面的理想载体。

因此，本文提出了一种基于触屏手机的家居设备监控器HouseGenie，如图1 所示。归纳而言，HouseGenie 具有如下三点特性：1）二维俯视家居全景图：在智能家居中，了解所有家居设备的实时状态是重要的需求之一。HouseGenie 提供的二维俯视家居全景图，使用户可以便捷全面的掌握家居设备的实时状态（如开启、关闭），也便于用户快速自然定位所需控制的家居设备图标并与之交互。2）直接操作体验的家居设备控制：在传统的智能家居中，每个设备都具有自己独立的控制器。当用户希望交替控制多种家居设备时，这种方式显得较为笨拙与不便。HouseGenie 以手指触摸为主要交互方式，用户通过“指点”即可调用家居设备的控制功能接口，并在界面上及时了解设备状态的反馈；提供的“拖拽”模式也较好的满足了用户对两台设备间的协作需求，如屏幕共享、文件播放等。3）随时随地的监控体验：HouseGenie 选择手机作为其交互界面的载体，使得用户可以在家居中、路途中、办公时随时随地的了解家居设备的状态，并依照需求远程控制各种网络化家居设备。

图1 智能家居中使用HouseGenie 的示意图（左为MID 手机版本，右为Android 手机版本）

2.现有相关通用控制器的优势与不足

罗技公司的Harmony3是较早较为成功的一款家居设备通用控制器，它可以集成控制具有红外遥控的家居设备，其最新版本采用了基于触摸的自然交互方式，但较为繁琐，且只限于单向控制，难以监视设备状态。CRISTAL创新性的使用多触点桌面作为家居控制界面，通过融合屋顶摄像头拍摄的实时家居俯视图与家居设备的虚拟操控界面，为用户提供了良好的客厅多媒体设备的协作体验。然而，CRISTAL 对多触点桌面的依赖，使得它并不能随时随地的完成家居设备控制的任务，其屋顶的摄像头也有暴露家居隐私等问题。

在使用手机或手持设备作为家居控制器方面，Join-the-Dots，OSCAR和RELATE.

允许用户建立环境中多个网络化设备间的协作关系。其中，使用了基于线的隐喻，利用在设备图标间“画线”建立设备间的协作关系；允许用户通过简单的界面配置，为常用的复合任务创建可重用的任务。的主要问题在于缺乏界面上的设备图标与设备所在的实际物理空间中位置的对应，导致当设备较多时用户可能会难以快速准确找到所希望控制的设备。通过引入相对位置模式解决了上述问题，它将设备资源的图标依照相对于当前设备的位置显示在屏幕的四个边界上。这种方法可以帮助用户快速的发现并使用临近的设备资源，但缺点在于其界面是时刻动态变化的（家居场景中多数设备的位置是固定的），增加了用户额外的认知负担。有代表性的提出了基于选择（Selective）和基于自然直接操作的两种交互方式，其中基于选择的交互方式以列表的模式显示出所有的家居设备，为本文提供了较好的参考；而基于自然直接操作的方式则利用手持设备的摄像头捕捉用户临近的设备，并实时在界面上生成出该设备的控制菜单。

3.HouseGenie 与智能家居中央服务器系统架构

如图2 所示，HouseGenie 通过轮询的方式从智能家居中央服务器获取当前的设备信息（包含设备状态、设备接口及设备间关系），并显示在交互式UI 界面上为用户所用。特别的，HouseGenie 的本地扩展服务模块为调用特殊的设备服务（如PC 屏幕共享提供的VNC服务）预留了扩展服务接口；而多模态识别扩展引擎则预留为后续识别用户的多模态输入。

智能家居中央服务器统一维护并管理智能家居中的所有网络化家居设备，其内部采用OSGi 框架集成各个功能模块（Bundle）。如图2 所示，用户的控制命令经“通用设备接口”。

发送至情境管理Bundle，后者针对情境将其转义为设备控制请求，并转发至“设备管理器”。

设备管理器通过调用不同类型的“设备适配器”，将最终的命令传递至网络化家居设备。 “设备识别器”实时动态的获取设备的当前状态，发送给“数据管理”，供“情境管理”等使用。