CN1700696A - 面向3c融合的数字家居中间件引擎 - Google Patents

Abstract

本发明公开了面向3C融合的数字家居中间件引擎，其由虚拟信息库、资源对象管理模块、图形与多媒体模块、核心系统模块、通讯协议模块、Web引擎模块组成。本发明所述的面向3C的数字家居中间件引擎技术的特点有以下几方面：1)它具有一个统一完整的架构，可以将数字家居的整个网络环境统一起来；2)可以将数字家居应用开发变得简捷，使产品的开放性和可移植性更强；3)可以融合多种数字家电设备和电子产品；4)数字家居各个应用之间可以进行无缝互操作。

Description

面向3C融合的数字家居中间件引擎

技术领域

本发明涉及数字信息的传输，具体地说是涉及面向3C融合的数字家居中间件引擎技术。

背景技术

1.3C融合的数字家居

随着家庭视听设备和家用电器数字化，产生了通过网络连接实现内容共享、传输和控制的需求，家庭网络应运而生，进一步发展就形成了3C融合数字家居的概念。3C融合，是指计算机(Computer)、通信(Communication)、消费类电子产品(Consumer Electrics)，彼此之间相互渗透和融合，实现信息共享。利用3C融合的数字家居技术，人们可以在任何地点、任何时间通过任何信息关联应用来控制自己的生活。

2.中间件

中间件是一种独立的系统软件或服务程序，分布式应用软件借助这种软件在不同的技术之间共享资源。中间件在操作系统、网络和数据库之上，应用软件的下层，总的作用是为处于自己上层的应用软件提供运行与开发的环境，帮助用户灵活、高效地开发和集成复杂的应用软件。

由于标准接口对于可移植性和标准协议对于互操作性的重要性，中间件已成为许多标准化工作的主要部分。对于应用软件开发，中间件远比操作系统和网络服务更为重要，中间件提供的程序接口定义了一个相对稳定的高层应用环境，不管底层的计算机硬件和系统软件怎样更新换代，只要将中间件升级更新，并保持中间件对外的接口定义不变，应用软件几乎不需任何修改，从而保护了企业在应用软件开发和维护中的重大投资。

3.相关产品和专利

面向3C的数字家居正成为全球的发展趋势，消费者期望能够更简单、廉价地在电脑、电视、立体声系统和其他设备上共享音乐、照片、视频，希望更便捷地控制家居设备和享受智能生活。目前市场上已经有了一些面向3C的硬件产品，如数字电视，数字媒体适配器等。但是这些产品功能相对单一和独立，由不同的厂家制造，兼容性差，而且最重要的是缺少可以融合整个数字家庭中不同设备、不同应用的中间件引擎，缺少为家庭数字多媒体终端应用提供运行环境和软件接口的中间件引擎。

面向3C的数字家居中间件引擎和传统面向PC的中间件引擎有所不同，它是面向计算机、通信和消费类电子产品的，是家庭数字多媒体终端系统的软件平台，家庭数字多媒体终端应用提供运行环境和软件接口，会涉及到更多的终端和更为复杂的标准和协议，而且如何对众多的终端进行控制和信息交互也是一个难点。家庭网络环境中的资源构成非常复杂，不仅有采用不同操作系统和硬件体系的设备，还有存在网络中的可以被使用的软件成员，甚至人也可以成为网络的资源一部分，这样就对设计信息家电以及家庭网络成员的开发人员造成了很大的困难，如何使开发人员可以忽略各种不同设备的底层信息，如何在设计数字家居分布式应用使用通用接口，这就必须在家庭网络应用的开发中引入中间件技术。但目前国内在这一领域的研究很少，在专利检索中对该技术的阐述并不多，本发明的提出可以很好的补充了专利空白。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以融合整个数字家庭中不同设备、不同应用的中间件引擎，为家庭数字多媒体终端应用提供运行环境和软件接口的中间件引擎。

本发明采用的技术方案是：所述的面向3C融合的数字家居中间件引擎，由虚拟信息库、资源对象管理模块、图形与多媒体模块、核心系统模块、通讯协议模块、Web引擎模块组成，其中：

——虚拟信息库

用于存储和管理各设备的信息和整个系统的资源及服务，提供用户访问列表以及安全机制；

——资源对象管理模块

对不同的设备及其要提供或请求的服务进行分配管理，包括DHCP、服务查找、服务注册、请求和应答事件处理；

DHCP给新设备分配唯一标志的ID；

服务查找功能告诉这个设备目前可以请求的功能；

服务注册功能接受新设备的注册，告诉整个系统该新设备可以提供的服务；

请求和应答事件处理功能在该设备要请求或应答其他设备的请求时，分析虚拟信息库的信息进行操作；

——图形与多媒体模块

此模块与下层平台接口，提供高级的函数用于绘图、多视窗管理以及音/视频控制，可以处理远程实况数据，处理远程动态和静态数据，处理多媒体之间的同步和时间约束，同时处理多种类型的媒体数据，允许定义新的媒体类型、新的设备和处理方法；

——核心系统模块

由一系列小模块组成，包括内存管理、线程调控、事件管理、安全性控制、数据下载管理及网络协议管理。

——通讯协议模块

使得各个不同操作系统和硬件体系的设备之间实现信息的无缝交互，它包括信息登记协议，设备控制协议，文件传输协议；

设备信息登记协议让不同的设备会主动与中间件引擎联系，登记自己的信息，把自己加入到家庭网络中；

设备控制协议用来定义数字家居的控制系统，它提供一个控制指令转发中心，家庭内部的应用程序通过TCP/IP协议将控制指令发送到中间件，经中间件处理后，转发到家庭内部网络的，该设备控制协议既可以支持家庭本地控制，又可以通过TCP/IP协议支持远程控制和移动控制，使得即使在外地也可以了解和控制家庭环境；

文件传输协议用来实现家电中的各种信息文件在设备和虚拟信息库之间的传输；

——Web引擎

将家庭内部各个设备连同其运行状态以网页的形式表达；

——监控服务模块

让使用者可以通过使用远程监控软件，通过Internet远程地操作和控制家用电器；

——控制管理模块

通过通讯协议模块解释控制内容，并从虚拟信息库中获取所要的信息，而且进行可行性分析，控制权限，以实现对各个设备之间的控制。

本发明所述的面向3C的数字家居中间件引擎技术的特点有以下几方面：

1)它具有一个统一完整的架构，可以将数字家居的整个网络环境统一起来不同于其他情况，数字家居里的设备及基于设备的应用非常繁杂，目前市面上的产品只是提供简单的解决方案，例如机顶盒，它只能将PC和电视连接起来，实现PC和电视上的应用程序的简单融合，而对于不同厂家制造的机顶盒，应用开发商还得开发不同的应用。不仅如此，对于其他设备(冰箱，空调等)上的应用，根本无法共享各自的信息和服务。我们设计的面向3C融合的数字家居中间件引擎采用了一种统一的架构(图1所示)，可以融合整个数字家居的设备上的应用程序。

2)可以将数字家居应用开发变得简捷，使产品的开放性和可移植性更强面向3C的数字家居的设备和应用程序非常复杂，它们采用不同的操作系统和开发平台，这样就给开发人员造成了很大的困难。我们设计的中间件引擎，采用Java技术，可以真正实现应用的平台无关性，独立于底层操作系统和通信技术。使得应用程序的开发者，可以从这些问题的困扰中脱离出来，缩短开发周期，节约应用程序开发成本，降低应用程序开发的失败率，降低维护费用，提高应用的开发质量，保证应用的可升级性，增强应用的生命力。

3)可以融合多种数字家电设备和电子产品

我们设计的中间件引擎可以通过资源对象管理模块和虚拟信息库，使信息家电和电子产品具有在家庭网络中宣布自身存在的能力，信息家电可以自动发现网络中存在的设备，也可以自动注册，成为整个数字家居的一员。这样，家庭网络中的任何一员，都可以共享其他成员的服务，而并不用考虑操作系统和硬件体系的不同。

4)数字家居各个应用之间可以进行无缝互操作

家庭网络环境中的应用构成非常复杂，设备的操作系统和硬件结构各异，而且不同的应用基于不同的设备，目前很少有人研究如何设计一个中间件，使得数字家居中的各个应用可以真正独立于具体的硬件，应用之间可以共享之间的服务。我们设计的中间件引擎的监控服务模块、控制管理模块、图形与多媒体模块和通讯协议模块之间互相配合，使得家庭网络无需人工参与，便可以自动完成网络设置；数字家居各个应用可以相互描述自身所独具的功能，并且可以相互之间查询、理解所具有的功能；不同形式、内容的应用可以在中间件引擎的控制下，访问和控制其他设备的应用，从而真正实现无缝互操作。

附图说明

图1面向3C融合的数字家居中间件引擎基本结构；

图2监控模块示意图；

图3新应用程序加入数字家居网络的过程示意图；

图4系统通讯机制。

具体实施方式

图1显示了面向3C融合的数字家居中间件引擎基本结构，其包括虚拟信息库、资源对象管理模块、图形与多媒体模块、核心系统模块、通讯协议模块、Web引擎模块。

以下对各模块进行详细地叙述；

1.虚拟信息库

整个数字家居网络和设备具有大量的信息，这些信息的管理保存需要数据库进行管理，中间件引擎的虚拟信息库模块可以存储不同设备的信息和整个系统的资源及服务，提供用户访问列表以及安全机制等，用户和应用程序可以通过该模块获取一些必要的信息。

2.资源对象管理模块

这是该中间件引擎非常重要的一部分。家庭网络环境中的资源构成非常复杂，有采用不同操作系统和硬件体系的设备，资源对象管理模块就对这些不同的设备及其要提供或请求的服务进行分配管理。它主要的功能有DHCP、服务查找功能、服务注册功能、请求和应答事件处理功能。

当有新设备加入数字家居的网络时，DHCP功能就会给该设备分配唯一标志的ID，并会利用服务查找功能告诉这个设备目前可以请求的功能，同时该设备会利用服务注册功能告诉整个系统它可以提供的服务。当该设备要请求或应答其他设备的请求时，请求和应答事件处理功能会分析虚拟信息库的信息进行操作。

3.图形与多媒体模块

此模块与下层平台接口，提供高级的函数用于绘图、多视窗管理以及音/视频控制。可以处理远程实况数据，处理远程动态和静态数据，处理多媒体之间的同步和时间约束，同时处理多种类型的媒体数据，允许定义新的媒体类型、新的设备和处理方法。

4.核心系统模块

它由一系列模块组成，包括内存管理、线程调控、事件管理、安全性控制、数据下载管理及网络协议管理(TCP/IP，PPP，HTTP等)。

5.通讯协议模块

中间件引擎的这个模块可以使得各个不同操作系统和硬件体系的设备之间实现信息的无缝交互，它主要包括信息登记协议，设备控制协议，文件传输协议。利用设备信息登记协议，不同的设备会主动与中间件引擎联系，登记自己的信息，把自己加入到家庭网络中；设备控制协议用来定义数字家居的控制系统，它提供一个控制指令转发中心，家庭内部的应用程序通过TCP/IP协议将控制指令发送到中间件，经中间件处理后，转发到家庭内部网络的。该设备控制协议既可以支持家庭本地控制，又可以通过TCP/IP协议支持远程控制和移动控制，使得即使在外地也可以了解和控制家庭环境。文件传输协议用来实现家电中的各种信息文件在设备和虚拟信息库之间的传输。

6.Web引擎

用户需要通过获取并控制家庭网络内部的各个信息设备的运行状态，访问有可能从家庭内部也可能来自Internet，该引擎可以将家庭内部各个设备连同其运行状态以网页的形式表达，用户可以通过普通浏览器进行浏览，并与家庭网络中的其它信息家电设备相连。

7.监控服务模块

如图2所示，人们可以通过使用远程监控软件，在离家很远的地方通Internet远程地操作和控制家用电器。通过中间件的监控服务模块，水、电、煤气表可以进行自动抄表和自动结算，而省去烦琐的人工抄表。还可以进行很多其他的操作。

8.控制管理模块

数字家居的各个设备之间，设备和人之间，都要经常地处理一些控制信息，比如：房间里的窗帘会根据光照自动地控制自己；当想在电视里播放最新的MTV时，你可以直接在电视上控制从Internet下载。

该模块通过通讯协议模块解释控制内容，并从虚拟信息库中获取所要地信息，而且进行可行性分析，控制权限等，来实现各个设备之间的控制。

下面结合该中间件引擎的结构，举例说明本发明的技术内容。

用户购买了信息冰箱，插入电源，接上网络连线(如果是无线网络，则省略这部分工作)，此时如果家庭中没有一个家居服务器设备，那么信息冰箱可以如同传统冰箱一般工作，进行制冷设置等，但是无存储物品管理等信息服务。如果家庭中有一个家居服务器，将会自动发现有一台符合规范的信息冰箱进入家庭网络，这部分工作的实现可以是家居服务器自己发现了新设备，也可以是由信息冰箱主动发送给家居服务器通知自身的存在，根据具体情况而定。

一旦家居服务器发现了新设备信息冰箱，如图3所示，安装在它上面的中间件引擎的资源对象管理模块它就根据标准的请求格式(这里会调用通讯协议模块)向信息冰箱发送要求新设备注册的的请求，信息冰箱接受到请求以后，对请求进行分析，从信息冰箱的ROM中提取相应的存储数据传输给家居服务器。发送的数据应该有关这台信息冰箱的基本信息，包括生产厂商名称，生产厂商的网址，该台信息冰箱的产品代号和生产序列号，可以唯一的标识该产品，此外还需要可以验证的可信性的密钥。之后，该信息冰箱上的应用服务便通过资源对象管理模块和虚拟信息库来注册它的服务，并知道了在整个家居系统中它可以应用的服务和资源。

主人可以通过冰箱上的应用程序来设定他的个人喜好，如果他喜欢喝啤酒，在应用程序里设置了冰箱里至少要有2瓶啤酒。如图4所示，当冰箱应用程序通过对象管理器查看本地数据库时，如果发现里面只有2瓶啤酒，它会马上调用过程接口。此时，过程接口会根据对象管理器来判断这时属于远程调用还是本地调用，当它发现是远程调用后，数据封装及接口模块会根据冰箱的设置(本地数据库里)来封装数据。假如此时冰箱的应用程序想通过家居PC发送email告诉正在办公室工作的主人，数据封装模块会把这个命令按照中间件提供的接口封装起来，通过会话层及下层协议发给家居中的服务器。家居服务器会通过中间件引擎的控制管理模块和消息机制来使服务器上的资源对象管理模块响应，此时资源对象管理模块通过调用虚拟信息库和通讯协议模块来解析请求命令，发现需要向家居PC发送命令时，它会马上查看PC的资源信息，经过分析后，它会把命令PC发email的消息封装，传递给过程接口，过程接口判断是远程调用后，马上利用远程调用模块接口来将消息交给控制管理模块，控制管理模块经过验证和分析后，再次封装数据，通过会话层及其下层协议将命令转发给PC，PC通过中间件提供的协议来解释命令，最后把冰箱里只有两瓶啤酒，建议马上再买一些的email发给主人.操作成功后，家居PC会确认服务成功到中间件，中间件马上告诉冰箱应用程序，从而完成一次操作。

Claims (1)

1.面向3C融合的数字家居中间件引擎，由虚拟信息库、资源对象管理模块、图形与多媒体模块、核心系统模块、通讯协议模块、Web引擎模块组成，其中：

——虚拟信息库

用于存储和管理各设备的信息和整个系统的资源及服务，提供用户访问列表以及安全机制；

——资源对象管理模块

对不同的设备及其要提供或请求的服务进行分配管理，包括DHCP、服务查找、服务注册、请求和应答事件处理；

DHCP给新设备分配唯一标志的ID；

服务查找功能告诉这个设备目前可以请求的功能；

服务注册功能接受新设备的注册，告诉整个系统该新设备可以提供的服务；

请求和应答事件处理功能在该设备要请求或应答其他设备的请求时，分析虚拟信息库的信息进行操作；

——图形与多媒体模块

此模块与下层平台接口，提供高级的函数用于绘图、多视窗管理以及音/视频控制，可以处理远程实况数据，处理远程动态和静态数据，处理多媒体之间的同步和时间约束，同时处理多种类型的媒体数据，允许定义新的媒体类型、新的设备和处理方法；

——核心系统模块

由一系列小模块组成，包括内存管理、线程调控、事件管理、安全性控制、数据下载管理及网络协议管理。

——通讯协议模块

使得各个不同操作系统和硬件体系的设备之间实现信息的无缝交互，它包括信息登记协议，设备控制协议，文件传输协议；

设备信息登记协议让不同的设备会主动与中间件引擎联系，登记自己的信息，把自己加入到家庭网络中；

设备控制协议用来定义数字家居的控制系统，它提供一个控制指令转发中心，家庭内部的应用程序通过TCP/IP协议将控制指令发送到中间件，经中间件处理后，转发到家庭内部网络的，该设备控制协议既可以支持家庭本地控制，又可以通过TCP/IP协议支持远程控制和移动控制，使得即使在外地也可以了解和控制家庭环境；

文件传输协议用来实现家电中的各种信息文件在设备和虚拟信息库之间的传输；

——Web引擎

将家庭内部各个设备连同其运行状态以网页的形式表达；

——监控服务模块

让使用者可以通过使用远程监控软件，通过Internet远程地操作和控制家用电器；

——控制管理模块

通过通讯协议模块解释控制内容，并从虚拟信息库中获取所要的信息，而且进行可行性分析，控制权限，以实现对各个设备之间的控制。

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