2008年--外文翻譯--基于簡單對象訪問協(xié)議的住宅智能家居管理系統(tǒng)（譯文）

1、<p>　　中文5495字,3545單詞，20200英文字符</p><p>　　出處：Perumal T, Ramli A R, Leong C Y. Design and implementation of SOAP-based residential management for smart home systems[J]. Consumer Electronics, IEEE Transacti

2、ons on, 2008, 54(2): 453-459.</p><p>　　基于簡單對象訪問協(xié)議的住宅智能家居管理系統(tǒng)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文提出了設計和實現(xiàn)基于簡單對象訪問協(xié)議住宅的智能家居管理系統(tǒng)的實施控制?；赟OAP和Web服務的家電控制模塊的研制，解決各種家電的智能家居系統(tǒng)的互操作。1

3、5反饋基于控制通道通過Web服務實現(xiàn)小區(qū)管理系統(tǒng)。如果小區(qū)管理系統(tǒng)出現(xiàn)服務器故障，家電仍然可以使用備用機構通過SMS網(wǎng)絡渠道 控制GSM本地模塊和遠程模塊。該系統(tǒng)提供了一個完整的，雙向實時控制智能家居系統(tǒng)的監(jiān)控。</p><p>　　關鍵詞：智能家居，簡單對象訪問協(xié)議。</p><p><b>　　I介紹</b></p><p>　　智能家居，

4、在遠程監(jiān)控領域的下一個巨大的飛躍，已成為近期一個重要的新興研究領域。在過去的十年中，對智能家居的研究已逐步走向應用普適計算，解決了對設備異質性和互操作性的問題。一個智能家居根據(jù)它從居民收集的信息，計算系統(tǒng)和環(huán)境調整它的功能與適應居民的需要。智能家居系統(tǒng)和設備日益增加貢獻出了數(shù)據(jù)密集型環(huán)境，導致幾個管理和運作上的問題。第一個問題是由于存在多個設備和服務中的智能家居系統(tǒng)，網(wǎng)關的數(shù)量與協(xié)議標準和網(wǎng)絡連接</p><p>

5、;　　方面急劇增加。第二個問題是硬件，操作系統(tǒng)，編程語言和資源的差異通過智能家居系統(tǒng)接受操作特別是在家電控制中。關鍵因素是要解決外部信息網(wǎng)與智能家居系統(tǒng)界面使用共同網(wǎng)關控制滿足所有類型的家電產品。一個可能的解決方案是通過Web服務技術，它可以提供供應商獨立性機制智能家電控制。Web服務是一套收集一系列協(xié)議和標準提供了通用的方法給的編程交互在大多數(shù)應用，服務和設備上。它徹底改變了軟件如何交互，無論應用程序是如何建成或在平臺上它們運行以及降

6、低生命周期成本，為消費者或家庭居民。使用Web服務技術提供了一定程度的柔韌性和在智能家居系統(tǒng)的互操作日常管理和加入不同流派的家電產品動態(tài)可擴展性。在Web服務，說明基于簡單對象訪問協(xié)議或廣為人知的SOAP。 SOAP是基于XML的，它提供標準的網(wǎng)絡軟件實體之間的通信。它用作通用協(xié)議，用于從一個發(fā)送消息應用到另一個。使用SOAP技術，Web服務可以通過打開一個服務調用轉換成XML消息格式進行調用，交換信息，最后把XML消息格式轉換為實際服

7、務調用。</p><p>　　努涅斯和德爾加多想出了遠程監(jiān)控在家庭的互聯(lián)網(wǎng)應用程序，它采用每個子系統(tǒng)面向對象的配置的的方法。然而，他們的貢獻是使使用的應用程序提到一個系統(tǒng)的合理的概念模型，沒有真正的進行實驗。由鋁阿里和Al-Rousan開發(fā)的解決方案提出了一種控制軟件引擎基于Java的組合并為家用電器的獨立內置基板控制[5]。盡管工作表明家電可以如何被遠程控制，家庭用戶可能需要下載的Java虛擬機（JVM）轉換成

8、其外部遠程或客戶終端在服務器訪問該軟件引擎。費爾南多·莫賴斯et.al[6]提出了一種采用FPGA的另一個類似的方法。由費爾南多·莫賴斯^ h et.al[6]提出使用FPGA。在他們的作品中討論采用FPGA為家庭服務器，它提供了基于Web的智能家居自動化好的結果的潛力，但缺乏多協(xié)議支持，而他們的系統(tǒng)使用的是CAN協(xié)議專用。此外，使用FPGA進行智能家居意味著高投資消費觀點和可能造成的操作為家庭居民的復雜性。文獻[4

9、-6]提出的作品是使用Web技術在智能家電操作上一些基本的結果。然而，有需要的協(xié)議膠水可以納入一個開放的解決方案，無論獨立資源，操作系統(tǒng)和編程語言。因此，本文提出了一種基于SOAP的小區(qū)管理的設</p><p><b>　　II 系統(tǒng)架構</b></p><p>　　基于SOAP的小區(qū)管理智能家居系統(tǒng)的主要組成部分包括使用嵌入式CPU，GSM模塊，網(wǎng)絡接口配置住宅網(wǎng)關

10、的應用，交換模塊和遠程終端。所有組件都使用，連接在一起的智能家居系統(tǒng)的以太網(wǎng)配置。以太網(wǎng)是由于選擇了性能導向的實時以及考慮到的5類布線中存在的智能家居系統(tǒng)基于結構化布線。在本系統(tǒng)架構執(zhí)行情況的中心主題是，它應該是輕量級的平臺獨立。這是由于一個重要的考慮到成本的智能家居系統(tǒng)應用的適用性。雖然臺式電腦技術進入國內市場的滲透不斷增加每天，預計大多數(shù)家庭不會依賴家用PC上控制和監(jiān)測的智能家居環(huán)境。相反，低成本的嵌入式CPU機頂盒盒風格的解決方案

11、將滿足對大多數(shù)子系統(tǒng)或智能家居部件。在這項工作中，一個嵌入式CPU用作住宅應用網(wǎng)關對整個系統(tǒng)。有兩種明顯不同的方式出現(xiàn)在智能家居系統(tǒng)領域：一種方法是將TCP / IP網(wǎng)絡連成簡單的消費設備。在消費電子設備中使用的大多數(shù)可用的嵌入式處理器沒有強大到足以實現(xiàn)IP協(xié)議。第二種方法，這是更現(xiàn)實的，是集成現(xiàn)有成熟技術，如SMS和TCP / IP的基礎設施。根據(jù)這種方法，所述小區(qū)管理被設計為使得每家只需要分配一個IP號。因此，其他技術，如X10[8

12、]和Home插件[</p><p><b>　　A.住宅網(wǎng)關的應用</b></p><p>　　使用嵌入式CPU被配置住宅應用網(wǎng)關，還充當整個系統(tǒng)的存儲終端。該設備控制模塊使用SOAP技術，使用C＃語言編寫存儲在住宅網(wǎng)關的應用。對于此網(wǎng)關的設計，嵌入式CPU安裝在Windows Server 2003，并配置Internet信息服務6.0環(huán)境。此外，.NET Fram

13、ework 2.0的[10]安裝并配置。嵌入式CPU支持4個輸入和以太網(wǎng)連接和系統(tǒng)內存4個輸出最大可達512MB。在智能家居系統(tǒng)中，控制和監(jiān)測手段七分之二十四性質和家庭居民有望進入家電信息所有的時間。因此，配置為住宅應用網(wǎng)關嵌入式CPU將是一個理想的平臺，連續(xù)操作，更少的系統(tǒng)宕機，服務器整合和提高應用程序的可用性。</p><p><b>　　B.短信模塊</b></p>&l

14、t;p>　　短信模塊由GSM調制解調器和控制計劃?？刂瞥绦颍珿SM-撥號和通信協(xié)議將存儲在住宅應用網(wǎng)關和GSM調制解調器連接到通過串行接口到該切換模塊的嵌入式CPU。短信模塊作為嵌入式CPU和GSM網(wǎng)絡之間的接口，使得系統(tǒng)登錄到網(wǎng)絡上，并準備做任何數(shù)據(jù)傳輸和溝通。該模塊采用的是AT命令從遠程終端或移動設備，并將它們發(fā)送到開關通過GSM網(wǎng)絡的模塊。</p><p><b>　　C.網(wǎng)絡接口</

15、b></p><p>　　住宅應用網(wǎng)關和交換模塊之間的網(wǎng)絡接口是顯著迎合連接和充當接口，開關家電控制。在本設計中，網(wǎng)絡服務器芯片用于配置兩個實體的接口。該接口的功能協(xié)議棧上安裝完整的實時操作系統(tǒng)（RTOS），集成了所需的現(xiàn)代以太網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)應用的所有功能。C語言被選擇用于編碼TCP和RS-232數(shù)據(jù)之間的界面。然而，匯編語言也納入為協(xié)議API整個編碼處理內。網(wǎng)絡接口將接收從住宅應用網(wǎng)關的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，將其轉換和初

16、始化串行連接。網(wǎng)絡接口將數(shù)據(jù)路由到交換模塊的串聯(lián)連接來執(zhí)行的家電控制機制。整個過程也反之亦然而網(wǎng)絡接口將通過住宅應用網(wǎng)關的串行數(shù)據(jù)，路由轉換成網(wǎng)絡，并提供反饋給遠程終端。</p><p><b>　　D.交換模塊</b></p><p>　　切換模塊的擴展設備，處理輸入信號切換家電控制。切換模塊是通過網(wǎng)絡接口和以太網(wǎng)連接連接到嵌入式CPU。切換模塊的功能正在收聽的輸入

17、數(shù)據(jù)，分析該數(shù)據(jù)，并執(zhí)行觸發(fā)操作到家用電器。由微控制器控制的開關模塊，以使數(shù)據(jù)處理機構。的切換模塊的操作塊被示出在圖2中。</p><p>　　一個8位的微控制器被編程以從I / O接口進行提取機制將傳入數(shù)據(jù)連接的網(wǎng)絡接口，并生成適當?shù)妮敵銮袚Q信號。I / O接口是一個操作塊，負責向接口與微控制器的交換模塊。這是駐留交換模塊和微控制器來管理數(shù)據(jù)交換以及信號經(jīng)過RS-232連接路由之間的中型單元。開關信號將決定在切

18、換單元有源溝道于家電控制。有在交換模塊遠程激活的信號切換15通道。中繼器是交換模塊的最后一個塊表示輸入信號所需響應。家用電器被連接到它們提供足夠的電壓兼容性繼電器的數(shù)字輸出。圖3示出了中繼接口電路。達林頓晶體管對用于提供控制電流的高放大迎合了15通道的開關電路。用于開關控制代碼選擇被定義為觸發(fā)和觸發(fā)關。用于切換的代碼機制示于下表I。</p><p>　　III算法基于SOAP的住宅管理實施</p>

19、<p>　　所提出的基于SOAP的小區(qū)管理本文使用PC和移動設備，支持網(wǎng)絡瀏覽器，如遠程終端訪問遠程應用家用服務器。圖4示出使用小區(qū)管理智能家居系統(tǒng)操作的流程圖：</p><p>　　現(xiàn)有技術的連接到家用電器，住宅應用網(wǎng)關需要被激活。一旦網(wǎng)絡電纜插入的RJ-45插座的網(wǎng)絡交換機的，預定義的網(wǎng)絡配置自動啟動所述網(wǎng)絡服務在住宅應用網(wǎng)關。這些配置包括IP地址，子網(wǎng)掩碼，網(wǎng)關和DNS服務器。網(wǎng)絡訪問連接由遠程終

20、端或移動設備初始化建立與應用住宅網(wǎng)關連接。一旦連接成功，家庭居民或用戶將嘗試瀏覽托管服務器的SOAP應用程序。使用定制的登錄信息和密碼，用戶將登錄到應用程序和配置所需家電被導通或截止。一旦用戶選擇了所希望的家電，碼傳送開始和數(shù)據(jù)將被路由到網(wǎng)絡接口。這里，通過TCP連接所接收的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)將被轉換為串行數(shù)據(jù)。通過交換模塊的RS-232接口，繼電器相應的家電產品將ON或OFF觸發(fā)取決于通過XML，SOAP消息中給出的輸入。下面的圖5顯示了SOA

21、P消息攜帶控制描述的身體。連接到開關模塊家電可能不能保證設備的成功的操作，有可能是在接收信號切換噪聲，缺陷或延遲。為了解決這個問題，一個反饋診斷單元已被列入切換模塊在接收到所述控制命令（ON / OFF）后提供指示關于器具的狀態(tài)。</p><p>　　在服務器障礙時，小區(qū)管理系統(tǒng)仍然可以控制和操作家電本地和遠程使用與短信模塊備用控制機制。使用SMS模塊，用戶將在形式的短消息服務（SMS）發(fā)送命令。住宅應用網(wǎng)關和遠

22、程終端之間的通信是通過利用GSM網(wǎng)絡建立。GSM調制解調器連接于住宅應用網(wǎng)關與服務器和GSM之間的通信調制解調器進行的AT命令。發(fā)送和接收的消息是在文本模式中，對應于存儲在住宅應用網(wǎng)關短信控制程序。該命令將觸發(fā)基于用戶相應的家電ON或OFF狀態(tài)的命令。</p><p>　　IV試點工作和系統(tǒng)運行</p><p><b>　　A系統(tǒng)元素</b></p>&

23、lt;p>　　同時考慮到.NET框架，C＃語言和ASP.NET with.NET Framework 2.0中的互操作性和可擴展性功能的使用操作，管理和控制的智能家居系統(tǒng)的住宅管理的系統(tǒng)操作。存儲在住宅網(wǎng)關的應用軟件引擎是用C＃。該軟件引擎提供給控制通過住宅應用網(wǎng)關家電功能。.NET框架通過啟用提供移動性的智能家居系統(tǒng)操作使用多個遠程終端或客戶端（即移動電話，臺式PC和PDA）的通過利用存儲在住宅應用網(wǎng)關單一軟件引擎，對于家庭用戶

24、可訪問所有的時間優(yōu)勢來控制家電。智能家居系統(tǒng)的控制也需要家庭的居民，因此，用于構建智能家居系統(tǒng)中的用戶執(zhí)行環(huán)境ASP.NET技術簡單，動態(tài)用戶界面。XML的SOAP Web服務是用C＃語言在托管代碼中使用Visual Studio 2005中的XML，SOAP Web服務實現(xiàn)駐留在代碼隱藏文件制定并與相關的.asmx使用.NET的代碼隱藏屬性頁。圖6下面顯示了家庭經(jīng)營的居民智能家居系統(tǒng)之前驗證其身份的主要頁面。</p>&

25、lt;p>　　該login.asmx頁面的目的是授權居民家為有效用戶允許管理和家用電器的控制權。此頁面定義輸入用戶名和密碼的形式標記。一旦登錄成功，登錄頁會導致用戶的session.asmx頁.密碼保護是必要的，智能家居環(huán)境，以確保安全和系統(tǒng)操作的安全性。圖 7列出了session.asmx頁面.像以前的登錄嘗試，以及失敗的登錄信息將顯示用戶的關注.用戶將進入家電控制頁面點擊繼續(xù)按鈕調用它們control.asmx頁面。在失敗的情

26、況下登錄，登錄頁面將再次為用戶再次輸入用戶名和密碼顯示出來。</p><p>　　圖8顯示了control.asmx網(wǎng)頁，其中用戶可以選擇的家電被觸發(fā)ON或OFF</p><p>　　家電共有15個通道都配置了15繼電器。一旦住宅應用網(wǎng)關從客戶機接收到的代碼，翻譯過程被初始化為轉移到該切換模塊之前處理的代碼。在交換模塊，15編程繼電器將執(zhí)行相應的操作，以觸發(fā)相應的設備在智能家居系統(tǒng)。例如，

27、如果家庭用戶希望開燈1，他或她必須檢查的單選按鈕，然后啟動按鈕.一旦驗證請求，住宅網(wǎng)關應用程序將通過要求網(wǎng)絡接口和交換模塊打開燈1.這里，control.asmx執(zhí)行的控制操作，并著手feedback.asmx頁面。該feedback.asmx頁是為家庭用戶提供方便的通過網(wǎng)絡接口本身監(jiān)視家電的地位。下面圖9示出了feedback.asmx頁面。</p><p>　　在這個頁面中，家電的整個狀態(tài)將是可見的家庭用戶。

28、這種操作背后的機制是反饋信號狀態(tài)由開關模塊和XML的SOAP消息發(fā)送到遠程客戶端呈現(xiàn)。切換模塊被編程以產生反饋信號，以每次成功家電控制事件作出響應。這些信號表明家電的狀態(tài)監(jiān)測目的，在家庭用戶的結束。共有對應于切換模塊中的繼電器狀態(tài)15的反饋信號進行配置。反饋信號的格式為小端;因此結果被解釋為二進制。下面的表二顯示了在交換模塊，繼電器狀態(tài)反饋信號。</p><p>　　家電控制和監(jiān)視可以是關鍵因網(wǎng)絡連接或服務器停機

29、不可用導通或斷開，使得失效。為了克服這個問題，使用SMS備用控制機構被部署在該系統(tǒng)中。一套15配置控制命令使用AT命令與GSM通信協(xié)議駐留在住宅網(wǎng)關的應用。反饋SMS消息被發(fā)送回客戶機終端或移動裝置，以指示該設備的狀態(tài)。下面表III示出了一些與SMS模塊中使用的控制命令的。</p><p><b>　　B.績效評估</b></p><p>　　小區(qū)管理系統(tǒng)的性能是在一

30、個專用的LAN測試和測定的響應時間。為了有效控制和監(jiān)視目的智能家庭系統(tǒng)，響應時間是顯著和至關重要的實時應用。在智能家居系統(tǒng)的響應時間表示的家電控制任務的最長時間將需要通過執(zhí)行，沒有任何中斷或負載，從遠程終端設備。下面圖11顯示了住宅網(wǎng)關的應用響應時間使用XML，SOAP消息每個控件的事件機制中的比較。進行共200個樣品（檢測）。</p><p>　　從圖11中，第一響應時間峰（無負載）在46ms獲得。這是由于剛剛

31、在即時編譯器（JIT）的.NET框架的編譯時間最早推出的在住宅應用網(wǎng)關軟件引擎。平均時間消耗的家電控制單操作25.87ms。該值在智能家居系統(tǒng)的控制和監(jiān)控的響應時間要求合理。標準偏差計算在7.8ms。相比之下，與負載（312kbps）的響應時間評價表明110毫秒的第一次發(fā)射。平均響應時間與負載是33.94ms和11.08ms的一個標準偏差。</p><p><b>　　五，結論</b><

32、;/p><p>　　基于SOAP的小區(qū)管理智能家居系統(tǒng)提出了本文。該SOAP技術的Web服務是部署的互操作性和可擴展性的方法進行管理的住宅和家電控制的最佳選擇。該小區(qū)管理允許多協(xié)議和集成在一個單一平臺上基于專有的家電產品。對于未來的改進，基于SOAP的小區(qū)管理可能是有前途的技術為基礎的多媒體消費電子產品朝著無縫互操作的智能家居系統(tǒng)。</p><p>　　REFERENCES</p>

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