CN1178141C - 在网络上控制一个设备的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使用通过一个通讯介质连接到一个设备的计算机控制该设备的系统。该设备包含能够产生由该设备使用的控制信号的程序代码。通过该通讯介质从该设备广播一条消息，指示在该通讯介质(56，58)上存在该设备。该计算机请求通过该通讯介质(62)传送该设备的程序代码。然后该设备将该程序代码从本地传送给该计算机(66)。该计算机执行该程序代码以产生控制该设备的控制信号。

Description

在网络上控制一个设备的方法和装置

                        发明背景

发明领域

本发明提供了一个允许由包含在廉价设备中的程序来控制该设备的系统。

背景

目前已经出现了包括嵌入式控制程序及运行这些程序的处理硬件在内的多种设备。这些设备中可以含有小计算机，后者有一处理器和内存或存储器来执行存贮在该设备中的程序，一般而言，这种计算硬件由中高价位的设备来提供。提供比设备自身的一般售价贵许多倍的嵌入式计算硬件，在商业上不具有可行性，例如，在一个价值10美元的设备中嵌入一个50美元的计算机硬件，似乎就不那么经济可行。

尽管低性能的计算机硬件可以以较低的成本嵌入到一个设备中，但这种低性能硬件可能无法运行由需要很强处理能力的编程语言写出的程序。用高级语言写出的程序，象面向对象语言，有可能无法在缺乏足够处理能力的廉价计算机硬件上运行。

通过网络或其他通讯媒介，多种设备可以和其他设备或计算机实现互连。这些设备包括低成本的物件，例如电灯开关和门锁，还有较贵的物件，如电视和录像机。通过互联不同设备，某个特定设备可以被用户手工控制，或被其他连在通信介质上的设备或计算机自动控制，为实现这种控制，在这种低成本的设备中必须包含大量的处理硬件。通过传输介质进行通信并控制设备自身的操作。但是，对于控制设备操作所必需的由高级编程语言写出的程序，这个级别的硬件可能不足以执行，基于上述讨论，增加足够执行这样程序的硬件，可能会将设备的价格提高到设备不具有竞争性的程度。

一种具体的能够控制消费设备的编程语言是由位于加利福尼亚州Mountain View的Sun Microsystem^TM公司开发的JAVA^TM编程语言环境，Sun、Sun Microsystems、Sun标识和JAVA都是SunMicrosystems公司在美国和其他国家的商标或注册商标。JAVA是一种面向对象的和结构无关的编程语言环境。这样，尽管其他的计算机语言必须针对特定的处理器类型进行编译，JAVA程序是解释的，因此在各种不同类型的处理器上可以运行同一个JAVA程序。另外，JAVA程序可以用即时(JIT-Just In Time)编译器来编译。JIT编译器在处理器需要编译的代码之前将JAVA代码转换为处理器的本机码。

JAVA程序可以运行在支持JAVA虚拟机(JAVA虚拟机执行JAVA字节码)的任何计算机平台上，但是和其他高级语言一样，能够运行JAVA程序的设备所需的计算机资源和内存的最低要求，都会使低成本设备的价格增加到超出商业可行性的范围。

因此，需要这样一种机制，用需要大量计算机硬件的应用程序来控制低廉的设备，同时保持设备相对的低成本。

                        发明概述

本发明的实施例提供了由包含在低成本设备中的程序来控制该设备的一个系统。虽然这个低成本设备包括了控制该设备的处理硬件和应用程序或小应用程序(applet)，但此设备的处理硬件没有能力执行该程序，本发明通过网络或通信介质传送存贮在该设备中的程序到一个有执行该程序能力的计算机，该计算机执行该程序并产生控制该设备的控制信号。本发明保持了设备的低成本，同时允许由设备本身没有执行能力的程序控制它。

本发明的一个实施例提供了一个设备，其中包含可以被该设备用来产生控制信号的程序代码，该设备然后将该程序代码传送到一台计算机，这些程序代码就可以在该计算机上运行产生控制该设备的控制信号。

本发明的另外一个特征是，提供与每一台设备关联的唯一标识。这个唯一的标识包括在一个广播消息中。

本发明的一个具体实施例提供了一段在JAVA编程语言环境下编写的程序代码。

                      附图的简要描述

本发明的实施例用下列附图作为例子来进行说明，其中相同的标号标识类似的部件，下面的附图仅为示例的目的揭示本发明的各种实施例，并非用于限制本发明的范围。

图1表示的是多台计算机和多个设备连接成的一个网络。

图2表示的是在图1中一个设备的实施例的一个框图。

图3表示的是在图1中的计算机的一个实施例。

图4是按照本发明的教导，初始化一个设备的过程流程图。

图5是按照本发明的教导，描述一个设备操作的流程图。

图6是按照本发明的教导，描述一个计算机操作的流程图。

图7是描述一个包括8个计算机和设备互连的网络环境示例。

                       详细描述

下面的详细描述阐明了许多具体细节来提供对本发明的彻底理解。但是，对于那些本领域普通技术人员可以不需这些具体细节就能实现本发明。另外，对于众所周知的方法、过程、组件和电路在此不作详细描述，以免模糊本发明。

本发明的实施例提供了由包含在低成本设备中的程序来控制该设备的一个系统。虽然这个低成本设备包含了处理硬件和存贮在该设备中的程序或小应用程序(applet)，但是这个设备的处理硬件没有能力去执行该程序。本发明的实施例通过网络或传输介质传送存贮在设备中的程序到一个有能力运行该程序的计算机，这台计算机执行该程序并且产生设备的控制信号，该信号被该设备内部处理硬件接收并执行，这样，在保持设备低成本的同时，允许该设备被其本身没有能力运行的程序控制。

图1表示的是连接到一个网络的多台计算机和多台设备的一个布置。具体来说，第一台计算机10和第二台计算机12连到一个网络(或通信介质)14。同样的，三个标识为16，18，20的设备也连入网络14。在本说明书中，术语“网络”和“通信介质”同描述任何类型的电缆、线缆或其他能传送数据的传输介质同义。另外，网络14可以是一个在许多设备和计算机之间传送信号和数据的射频通信系统，网络14也可以是一个设备和计算机之间的单一的点对点的通信链路。在本发明的一个具体实施例中，网络14包括建筑物中用于电源分布的配线。关于这一实施例的另外细节将参照图7进行描述。

计算机10和12可以是任何一种类型的计算机，包括个人计算机或网络计算机，它们具有执行存贮在设备16-20中的应用程序或小应用程序的能力。有关这些小应用程序的其他细节将在下面描述。

图2表示的是图1中所示的设备实施例的方框图。该设备可以是包含执行下述操作的足够硬件和软件资源的任何形式。这些设备包括电灯开关、电视、收音机、门锁、计算机等，但并不局限于此。

在图2中示出的设备包含一个处理器22，一个只读存贮器(ROM)24和一个随机存取存贮器(RAM)26。处理器22可以是一个能够通过网络执行基本控制功能和通信功能的低价处理器。同样，ROM24和RAM26可以相对少来降低设备的总成本。ROM24和RAM26必须有足够容量来存贮一个程序或小应用程序，一个进行网络通信的通信程序和一个与该设备中的其他部件进行交互作用的程序。控制逻辑29连接到处理器22，它对包含在设备中的功能部件提供控制。例如，如果设备是一个电灯开关，处理器22提供一个信号给控制逻辑29要求开关被关闭，控制逻辑29响应此信号，实现关灯所需的操作。

在图2中所示的设备可以包括一个识别设备28，例如一电子序列号芯片，它与处理器22相连。电子ID28为每一个连接到网络14的设备提供一个唯一标识。在有多个设备连到同一网络14时，这个唯一标识提供区分不同设备的机制。另外，标识设备28可以是一个用户可配置设备，例如DIP开关或类似的选择机制，进一步说，这个唯一标识可被存贮在ROM24中或包括在用于控制该设备的软件中。

输入/输出接口30连接在网络14和处理器22之间，它提供在处理器22和网络14中传输信号的机制。虽然处理器22、ROM24、RAM26、ID 28在图2中是用独立的部件表示的，但是这些部件的部分或全部也可以包含在一个单一的集成电路中。

ROM24含有用以控制和操作设备所必须的多个程序。一个I/O控制程序就存贮在ROM24中。它能够执行通过接口30与网络14通信所必须的操作。这个I/O控制程序是由处理器22执行，因此可以用该处理器的本机语言编写，同时，它也能与该设备中的传感器或控制器件进行交互作用。

ROM24还包括一个程序或小应用程序，其中包括设备特征的有关信息和为设备提供控制信号的指令，该小应用程序含有描述、控制和与设备通信的所有必要信息。由于处理器22没有足够的处理资源，所以它不能运行该小应用程序。相反，该小应用程序被连接在网络14上、有足够计算资源的计算机运行。有关计算机运行该小应用程序的其他细节将在下面描述。

在本发明的一个实施例中，包含在ROM24中的小应用程序是在JAVA编程语言环境下编写的。通过使用如JAVA这样结构独立的语言，小应用程序就可以在任何类型的计算机和处理器上运行。因此，制造一个单一设备时，就可以不考虑将要与之连接的计算机或处理器的类型。另外，这样的设备还可以被将来开发的新型处理器所支持。

图3显示的是能够执行存贮在一个设备中的小应用程序的计算机的具体实施例。该计算机可以是一个通用型计算机或是一个特定的适合于控制图2所示类型的设备的系统。图3中所示部件仅用于示例，在本发明的特定实施例中可以去掉某些部件。图3描述了一个系统总线32，系统的部件连接到该总线上。中央处理单元(CPU)34执行计算机的处理任务。一个ROM36和一个RAM38也连接到总线32上，为各种数据提供存贮机制，另外，ROM36和RAM38也可以和CPU34直接相连。

一个I/O设备40同一个显示器42与总线32连接，显示器42用于给计算机用户显示各种各样的信息和数据，计算机系统提供磁盘驱动器44用来实现信息的长期存贮。键盘46和指示设备52用于给计算机系统输入信息和命令。打印机48用于生成由计算机生成和存贮的信息的硬拷贝。网络接口50连接在总线32和网络14之间，并提供了在计算机系统和连接在网络14上其它设备和计算机之间传输信息的机制。

图4描述了初始化设备的过程的流程图。第54步，将设备连入网络或设备重新启动。第56步，设备在网络14中广播一条消息来表明它的存在及其标识。这个广播消息中包括这个设备的唯一标识(或地址)信息，以及指明该设备能从连到网络14上的计算机接收命令和信号。第58步，计算机接收来自设备的广播消息。如果多个计算机接入网络，那么每台计算机都会收到该设备的广播。

在图4中的第60步，接收到设备广播的每台计算机判断该广播设备的设备小应用程序是否已存贮在计算机上(比如高速缓存，磁盘驱动器或其他存贮机制)，如果用于该广播设备的小应用程序已存于计算机中，那么该过程不再进行任何进一步操作而终止。由于设备原先的复位和初始化，小应用程序可能已经存贮在计算机上，在这种情况下，因为计算机已经包括广播设备所必须的小应用程序和相关信息，初始化过程终止。

在第60步中，如果该小应用程序还没有存于计算机中，那么过程继续62步，计算机要求传送该设备小应用程序。如果多台计算机响应同一广播，要求传输小应用程序，设备将响应收到的第一个请求，处理完第一个请求后，设备会把小应用程序传送给其他发出请求的计算机。

第64步，设备接收来自计算机的请求，传送它的小应用程序和相关信息到计算机。如参考图2的上述谈论，该小应用程序可以存贮在设备内的ROM24中。除小应用程序本身外，附加信息可以和小应用程序一起传给计算机。该附加信息可以包括与设备相关的一个图标，其在计算机提供的图形用户接口中代表该设备。同时，其他图形信息也可以和小应用程序一起供计算机使用，这也适用于对计算机执行小应用程序和正确控制设备各部件所必须的其它任何信息。

第66步，计算机接收并存贮设备的小应用程序和相关信息。一旦计算机收到并存贮了设备小应用程序，则执行该小应用程序，由此提供了计算机用户对设备的控制。

如果一个设备在没有活动的计算机接入网络期间连入网络或重新启动，那么图4中的初始化过程将不会完成，尽管该设备已经广播了它的标识和存在，没有活动的计算机接收和响应这个广播。如果一个计算机以后成为活动状态或接入网络，那么该设备必须重新启动或广播它的标识及存在(如图4中的第56步)。以此，计算机将从设备接收广播并决定是否要求传送该设备的小应用程序。

另外，计算机可以向全网广播一个信号，要求每一设备广播其标识。根据收到的设备标识，计算机就可以要求设备传送没有被其存贮的小应用程序。

本发明的一个实施例，包括了一个给计算机直接提供设备标识的机制。如果一台新的计算机要增加到网络中或者一个已有的计算机未能维护以前存贮的关于网络中设备的信息，这一机制将起作用。用户可以直接向计算机输入设备标识，或者由磁盘或其他的存储介质提供该标识。这个标识的列表可以由一个网络上现有的计算机提供或在以前过程中保存。一旦计算机获得了设备的标识列表，就可以为每个设备产生传送其小应用程序的请求。

网络14中的设备与计算机之间的数据传送可通过使用多种数据传输协议来完成。通常，网络14中传送的数据量是较小的，因此它无需很大的带宽。当一个或多个新设备加入网络时，需要从设备向计算机传送小应用程序，通常会产生极大的数据流。诸如XModem，Ymodem和Kermit协议都可以用来在设备和计算机之间传送数据。

图5描述的是图1和图2中所示类型设备的操作流程图，第70步，设备连入网络并按照在上面图4中所描述的过程进行初始化。第72步，这个设备判断其是否已收到一个状态请求。状态请求由网络上所连的计算机生成，要求获得关于设备当前状态的信息；比如开或关，如果在第72步收到状态请求，那么第74步该所请求的设备传送它的状态信息给该请求计算机。

过程继续执行至第76步，设备判断其是否已收到一个控制请求，控制请求由连接到网络上的计算机产生，要求该设备完成一个功能或改变设备的状态。(比如改变设备状态为开或关，改变设备的声音量等等)。如果第76步设备收到了控制请求，那么在第78步，设备执行所请求的控制操作并更新其设备状态。

该过程继续到第80步，设备判断它是否已发生了一个手工操作。手工操作可以不考虑由计算机设置的设备的状态。比如，计算机可要求设备将自己关闭。在这之后，一个用户手动将设备打开，那么用户将忽略该计算机的请求。如果在第80步检测到有手动操作，那么在第81步就会响应该手动操作来改变设备状态。

图5所示的过程继续到第82步，设备判断是否接收了一个来自网络上计算机的小应用程序的请求。如果第82步收到一个请求，就在第83步将小应用程序传送给发出请求计算机。然后返回第72步测试已接收的状态请求。图5的过程反复执行第72、76、80、82步来连续确认状态请求、控制请求、手动操作和小应用程序请求。

图6是上面图1和图3中所示类型的计算机的操作流程图。在第84步，计算机被初始化，例如上电或以某种方式与网络连接。在第86步，计算机确定哪些设备小应用程序已存于计算机中。第88步，计算机请求所有已知的与网络连接的设备的状态。第90步，计算机存储从该设备收到的状态信息。到这里，计算机已经“知道”了与网络连接的所有设备的状态。但是，正象上面所讨论的，计算机没有与网络连接时，加入到网络中的设备必须重复图4中的初始化过程。这样，就使计算机要从设备接收广播信息，并且如果必要，请求设备的小应用程序。

图6中的第91步，计算机根据需要产生信号来控制设备并请求所更新的设备状态。第92步判断是否已收到了某一设备的初始化广播。如果没有则该过程返回到91步，从而重复产生控制信号(如果需要)，请求设备状态(如果需要)，检查设备的初始化广播消息。

如果在第92步中接收到了一个设备初始化广播消息，将会执行第94步，判断广播设备的小应用程序是否已存储于计算机中。如果已经存储了，则返回第91步。如果计算机中还没有存放小应用程序，则第96步计算机发送一个请求给广播设备，要求该设备传送其小应用程序给计算机。第98步，计算机接收并存储设备的小应用程序然后返回第91步。

图7描述了一个有多个计算机和多个设备的示例网络环境。具体来说，第一个计算机100和第二个计算机102连接到网络103上。本例中网络103是由建筑物(比如房间)中的电线构成。电线用于在建筑物中传导电流和在计算机与设备之间传送信号。多个设备连接在建筑物的电线103上，由此实现了计算机100和102与多个设备间的互连。举例来说，电视机104与录像机106都连在线103上，同样图7描述的两个电灯开关108也连在线103上。另外，门锁110、电话112、安全系统114和一个咖啡壶116也连在线103上。104-106的每个设备都有一个处理器，ROM和图2中所描述和示出的其它部件。当一个设备连接到线103时，该设备发出广播信息，通知计算机100和102自己的标识及存在。然后，计算机100和102如果没有收到和存储该设备的小应用程序，就要求该设备发送它的小应用程序到计算机。一旦小应用程序被计算机接收和存储，计算机就会定期地发送状态请求以监控每个连接到103的设备的状态。图7中104-116的每个设备都是被计算机100和102两者或其一用相同的方式初始化和监测的。

当设备104-106已初始化并将它们的小应用程序传给计算机100和/或102后，计算机就能控制每一个设备了。例如，计算机100会感知门锁110被手动打开(通过监视它的状态)，然后做出反应，激活电灯开关108来打开电灯照亮被打开的屋子。类似的，计算机102会使用咖啡壶的小应用程序(存贮在计算机102)在适当的时候发出命令给咖啡壶，来激活咖啡壶116。

正象图7所示，多个计算机可以连接在同一个网络。在这样一个系统中，每个计算机监视并控制连接到网络中的设备。因此，不需要将每一个设备“分配”给一个网络中特定的计算机。

在本发明的优选实施例中，小应用程序是用JAVA编程语言来编写的。所以，任何能够运行JAVA程序的计算机都能执行设备的小应用程序。这样，在一个有多个计算机的网络中，计算机可以具有基于不同微处理器的体系结构，却能执行同样的程序。

在本项发明的一种实施例中，连到网络的计算机使用提供图形用户接口(GUI)的操作系统。正如上面所述的，每个设备的小应用程序都有一个与之相联系的图标和其它图形信息用来在计算机显示器上形象地显示设备。在图7的例子中，104-106的设备会以图形的方式显示在计算机100和102的显示器上。计算机可以显示一个建筑物的布局图，显示出每一个设备在屋中的位置，另外每一个设备的状态能够由代表它的图标(例如电灯开关的开或关)，或其旁边的文本信息来确定。这种图形表示为用户提供了一个简捷的监视和控制各种各样设备的用户界面。

通过上述描述和框图，本领域普通技术人员将会理解，上述的特定实施例只用于说明目的，而不是用于限定本发明的范围。本发明可以以其它具体的形式实现，而不脱离本发明的主要特征和精髓。参考具体实施例细节并不意味着将本发明局限在所附权利要求定义的范围。

Claims (16)

1.一种使用通过通信介质连接到一个设备的计算机来提供对该设备的控制的方法，所述设备包含一个程序代码，所述方法包括下列步骤：

在所述设备的控制下从所述设备发送所述程序代码给所述计算机，其中所述设备不能执行所述程序代码，所述程序代码能够控制所述设备；和

在所述计算机上执行所述程序代码以产生控制所述设备的控制信号。

2.权利要求1的方法，进一步包括广播消息来确定与所述通信介质连接的设备的存在的步骤。

3.权利要求2的方法，其特征在于所述广播消息包含同所述设备关联的唯一标识。

4.权利要求1的方法，进一步包含请求在所述通信介质上发送所述程序代码的步骤，所述请求是由所述计算机在所述通信介质上发送的。

5.权利要求1的方法，其特征在于多个设备通过所述通信介质同所述计算机连接，其中每个设备包含能够控制该设备的程序代码。

6.权利要求1的方法，其特征在于进一步包括手工操作所述设备来代替所述计算机产生的所述控制信号的步骤。

7.权利要求1的方法，其特征在于进一步包括从所述计算机发送状态请求到所述设备的步骤，所述设备发送设备状态信号到所述计算机以应答所述状态请求。

8.权利要求1的方法，其特征在于所述设备能够根据所述计算机产生的所述控制信号改变其状态。

9.权利要求1的方法，其特征在于所述程序代码包括有关所述设备的设备特征和操作的信息。

10.权利要求1的方法，其特征在于所述程序代码是在JAVA编程语言环境下编写的，并且所述计算机能够执行JAVA程序代码。

11.权利要求1的方法，其特征在于所述程序代码是小应用程序APPLET。

12.一种使用通过通信介质连接到一个设备的计算机对所述设备进行控制的装置，所述设备包含一个程序代码，所述装置包括：

配置成从所述设备向所述计算机发送所述程序代码的一种机构，其中所述设备不能执行所述程序代码，所述程序代码能够控制所述设备；和

配置成在所述计算机上执行所述程序代码以产生能够控制所述设备的控制信号的一种机构。

13.权利要求12的装置，其特征在于所述程序代码是在JAVA编程语言环境下编写的，并且所述计算机能够执行JAVA程序代码。

14.权利要求12的装置，其特征在于所述设备包括唯一标识的机构。

15.权利要求12的装置，进一步包括配置成广播一条消息用以确定连接到所述通信介质上设备的存在的机构。

16.权利要求12的装置，进一步包括配置成通过所述通信介质请求发送所述程序代码的机构。

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