一种智能家居语义网关的设计方法
【专利摘要】一种智能家居语义网关的设计方法，涉及计算机数据传输和处理领域，基于Android平台，具体步骤为：第一、构建数据汇集系统，用于保存智能家居设备数据；第二、为存储智能家居设备的应用程序建立ContentProvider接口；第三、构建智能家居设备的语义本体；第四、为每个智能家居设备开发对应的语义数据转换接口；第五、启动智能家居语义网关的语义服务器，通过浏览器来访问语义网关获取智能家居设备的有语义数据。本发明能够使得智能家居网络开发人员方便高效地构建语义网关，降低开发难度，部署灵活，输出的智能家居语义数据能够由浏览器直观显示。
【专利说明】一种智能家居语义网关的设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及计算机数据传输和处理领域，具体涉及一种智能家居语义网关的设计 方法。
【背景技术】
[0002] 智能家居（SmartHome)，是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、 智能家居-系统设计方案安全防范技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高 效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并 实现环保节能的居住环境。与普通家居相比，智能家居不但具有传统的居住功能，兼备 建筑、网络通信、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境，还提供全方位的 信息交互功能。智能家居概念的起源很早，但一直未有具体的建筑案例出现，直到1984 年美国联合科技公司将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康乃迪克州哈特佛市的 CityPlaceBuilding时，才出现了首栋的"智能型建筑"，从此揭开了全世界争相建造智能家 居的序幕。
[0003]智能家居网关是智能家居系统的"大脑"，它不仅具有数据信息采集功能，而且还 具有数据分析处理的能力，实现了对家庭网络设备的智能化统一管理。但是，由于家居设备 种类、输出数据结构、信息传输模式和通信组网方式等千变万化、各不相同，系统所表现出 的数据格式、符号以及语法就存在着巨大差异，难以做到语义融合和基于统一语义的正确 推理。大量异构数据的理解、融合和互操作成为家居数据空间凸显的技术难题，这严重制约 了智能家居行业的发展。为此，我们在智能家居网关中引入了语义网技术来保证网络各节 点语义一致性。
[0004] 传统的智能家居网关是一个基于关系数据库的简单应用，把智能家居网络中的各 设备收集的信息存到数据库中。用户在使用这些数据时需要清楚这些数据表达的语义。比 如，某温度传感器向网关报告当前温度值是25摄氏度，然而，用户在数据库中看到的只是 25这个数，并不是"当前温度值是25摄氏度"这个完整的语义。本发明要解决的就是在智 能家居网关中提供家居设备数据的完整语义描述，使用户不需要了解家居设备厂商对数据 的定义细节，在此基础上可以方便开发功能丰富的智能家居应用，实现类似于"若当前房间 温度高于27摄氏度，则启动空调制冷"这样的语义规则。这种语义网方法能够提高智能家 居网络对网内各设备采集的信息的分析和处理能力，是新一代互联网的一个发展方向。
[0005] 吉林大学硕士生李程贵于2012年发表的学位论文"一种基于语义融合的智能家 居系统的研究与实现"，南京航空航天大学硕士生李辉于2012年发表的学位论文"基于MAS 和OWL本体的智能家居系统的研究"，这两篇文章都提出基于Jena的基于语义融合智能家 居系统总体设计方案，而Jena是由惠普实验室开发的语义网应用开发框架。该方案在语义 推理上较成功，但是缺少从非语义数据到有语义数据的直观转换方法。
[0006]北京邮电大学硕士生宋劼于2011年发表的学位论文"基于语义的智能家居管理 系统关键技术研究"，该文对智能家居环境中的场景进行分析，用语义推理的方法来描述场 景规则，但缺乏实现语义推理的实现框架及步骤，同时该文也缺少从非语义数据到有语义 数据的直观转换方法。
[0007]YuweiZhang、ZhiqiangWei和YongquanYang发表于 2012International ConferenceonComputerScienceandServiceSystem(CSSS)会议上的论文"Ontology descriptionofsmarthomeappliancebasedonsemanticweb"（基于i吾义网的智會泛 家居设备的本体描述），该文提出了基于语义网对智能家居设备建立本体，分别构建了三个 本体：属性本体、状态本体及服务本体。该方法可以实现异构数据的设备间进行信息的交换 和数据的共享，但具有较大的局限性，因为实际的智能家居设备产生的数据差异性较大，难 以用少数几个本体完全描述。另外，该文也缺少从非语义数据到有语义数据的直观转换方 法。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于提供一种智能家居语义网关的设计方法，解决智能家居网络系 统中缺乏语义数据的问题。
[0009] 本发明的具体方案是：
[0010] -种智能家居语义网关的设计方法，基于Android平台，具体步骤如下：
[0011] 步骤1 :构建数据汇集系统，用于保存智能家居设备数据；
[0012] 步骤2 :为存储智能家居设备的应用程序建立ContentProvider接口；
[0013] 步骤3:构建智能家居设备的语义本体；
[0014] 步骤4:为每个智能家居设备开发对应的语义数据转换接口；
[0015] 步骤5:启动智能家居语义网关的语义服务器，通过浏览器来访问语义网关获取 智能家居设备的有语义数据。
[0016] 所述的Android平台为Android平板平台或者Android智能手机平台。
[0017] 所述步骤1具体为在Android平台上创建保存智能家居设备数据的Sqlite数据 库Hadb，根据每一种设备的上传数据建立该设备对应的数据表，用来保存设备周期性发来 的数据，同时构建一个数据采集中间件，用来接收数据、解析数据并存入到Android平台的 数据库中。
[0018] 所述步骤2还包括定义访问数据库的资源的路径，即通用资源标识URI。
[0019] 所述步骤2中建立ContentProvider接口为：先定义ContentProvider类，使该 类继承Android提供的ContentProvider基类；再注册定义的ContentProvider类，在 Manifest,xml配置文件中注册用户定义的ContentProvider，并为该ContentProvider绑 定一个唯一标识的URI。
[0020] 所述步骤3具体为描述设备类型、对象属性、数据属性，生成对应的本体描述文 件，即是owl文件。
[0021] 所述步骤4,为每个智能家居设备开发对应的语义数据转换接口是基于Android 语义服务框架进行开发的。
[0022] 所述步骤4Android语义服务框架下，为每一种智能家居设备构建一个RDF Provider，RDFProvider需要访问对应的Sqlite数据表，实现将智能家居设备数据暴露 为RDF语义数据，并自动地注册到RDFContentResolver上。
[0023]所述RDFProvider为RDFTHProvider、RDFLightSensorProvider或RDFAirC Provider。
[0024] 所述步骤5包括在智能家居语义网关上安装语义Web服务器RDFServer。
[0025] 本发明的有益效果是：能够使得智能家居网络开发人员方便高效地构建语义网 关，降低开发难度，部署灵活，输出的智能家居语义数据能够由浏览器直观显示，由RDF语 言表达的形式化语义可以使机器真正的理解智能家居设备所采集到的数据的具体含义，从 而为开发需要语义融合、语义推理的更高级应用（如智能家居场景控制）提供基础。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 图1为基于语义网关的智能家居网络部署示意图（三个设备表示智能家居，从左 到右分别为空调、温湿度传感器和光照传感器）。
[0027] 图2为本发明中智能家居语义网关的结构示意图。
[0028] 图3为网关上的数据采集和存储中间件的流程图。
【具体实施方式】
[0029] 本发明采用Android平板或Android智能手机作为实现智能家居网络语义网关的 平台。由于Android平台具有现成的Wifi，蓝牙无线能力，而智能家居设备组成的网络目前 大多采用Wifi或蓝牙，方便了智能家居网络的集成。并且，Android平台成本比专门开发的 智能家居网关成本要低得多，Android操作系统上丰富的软件资源降低了系统开发的难度。
[0030] 具体设计步骤如下：
[0031] 第一步、构建与传统无语义网关类似的数据汇集系统，即创建保存智能家居设备 数据的数据库，以及把智能家居网络中的各设备发给网关的数据进行解析并存入到数据库 中的中间件。这些数据是不含有语义的。需要通过下面的构建语义本体以及数据语义输出 等步骤才能得到有语义的智能家居设备数据。
[0032] 第二步、为存储智能家居设备数据的Sqlite数据库所在的应用程序建立相应的 ContentProvider接口，供其他应用程序访问智能家居设备的数据。
[0033] 第三步、构建智能家居设备的语义本体，描述设备类型、对象属性、数据属性，生成 对应的本体描述文件（.owl文件）AWL文件是采用Web本体语言（WebOntologyLanguage, OWL)刻画语义本体的文件。智能家居设备的本体描述文件刻画智能家居设备中涉及到的词 汇以及词汇之间的关系，是输出语义数据的基础。
[0034] 第四步、在智能家居语义网关中基于Android语义服务框架为每个智能家居设备 开发对应的语义数据转换接口。
[0035] 第五步、启动智能家居语义网关的语义服务器，通过浏览器来访问语义网关获取 智能家居设备的有语义数据。
[0036] 其中，第一步具体为在Android平台上创建保存智能家居设备数据的Sqlite数 据库Hadb，根据每一种设备的上传数据建立该设备对应的数据表，用来保存设备周期性发 来的数据，同时构建一个数据采集中间件，用来接收数据、解析数据并存入到Android平台 的数据库中。
[0037] 第二步还包括还包括定义了访问数据库的资源的路径，即通用资源标识URI。具 体为建立ContentProvider接口为：先定义ContentProvider类，使该类继承Android提供 的ContentProvider基类；再注册定义的ContentProvider类，在Manifest,xml配置文件 中注册用户定义的ContentProvider,并为该ContentProvider绑定一个唯一标识的URI。
[0038] 第三步具体为描述设备类型、对象属性、数据属性，生成对应的本体描述文件，即 是owl文件。
[0039] 第四步具体为在智能家居语义网关中基于Android语义服务框架为每个智能家 居设备开发对应的语义数据转换接口。在Android语义服务框架下，为每一种智能家居设 备构建一个RDFProvider,RDFProvider需要访问对应的Sqlite数据表，实现将智能家 居设备数据暴露为RDF语义数据，并自动地注册到RDFContentResolver上。
[0040] 第五步还包括在智能家居语义网关上安装语义Web服务器RDFServer。
[0041]图1为基于语义网关的智能家居网络部署示意图。如图1所示，某智能家居网络 部署中包含三个智能家居设备和一个网关。三个智能家居设备分别是空调、温湿度传感器、 光照传感器，其中空调和温湿度传感器采用Wifi方式接入家居网络，光照传感器通过蓝牙 方式接入网络。网关是一个Android平板，运行Android操作系统，实现语义网关功能的组 件如图2所示，包括Sqlite数据库、数据采集中间件、设备语义数据转换接口、RDF解析接 口以及语义Web服务器。
[0042] 下面就温湿度传感器、空调和光照传感器三种具体的智能家居设备设计语义网关 的具体实施例来详细说明。
[0043] 实施例1:温湿度传感器。
[0044] 步骤一：在Android平板上创建保存智能家居设备数据的Sqlite数据库Hadb。 根据每一种设备的上传数据建立该设备对应的数据表，用来保存设备周期性发来的数据。 建立Sqlite数据库表tempHum_data，其中含有7个字段，分别代表了每条数据的ID、温度 值、温度单位、湿度值、温度单位、采集数据的时间及温湿度传感器的开/关状态。
[0045] 同时构建一个数据采集中间件，用来接收数据、解析数据并存入到Android平板 的数据库中。数据采集中间件运行流程图如图3所示。数据采集中间件是一个Android上 开发的软件，该软件是一个常驻服务进程，不断监听TCP/IP端口（假设是3467)或蓝牙通 讯，获得智能家居设备发来的数据包。例如，本实施例中的温湿度传感器发来以下格式的数 据包：0x7e0702010119064914。
[0046] 包结构如下：
[0047]
【权利要求】
1. 一种智能家居语义网关的设计方法，基于Android平台，其特征在于，具体步骤如 下： 步骤1 :构建数据汇集系统，用于保存智能家居设备数据； 步骤2 :为存储智能家居设备的应用程序建立ContentProvider接口； 步骤3 :构建智能家居设备的语义本体； 步骤4 :为每个智能家居设备开发对应的语义数据转换接口； 步骤5:启动智能家居语义网关的语义服务器，通过浏览器来访问语义网关获取智能 家居设备的有语义数据。
2. 根据权利要求1所述一种智能家居语义网关的设计方法，其特征在于，Android平台 为Android平板平台或者Android智能手机平台。
3. 根据权利要求1或2所述一种智能家居语义网关的设计方法，其特征在于，所述步骤 1具体为在Android平台上创建保存智能家居设备数据的Sqlite数据库Hadb，根据每一种 设备的上传数据建立该设备对应的数据表，用来保存设备周期性发来的数据，同时构建一 个数据采集中间件，用来接收数据、解析数据并存入到Android平台的数据库中。
4. 根据权利要求3所述一种智能家居语义网关的设计方法，其特征在于，所述步骤2还 包括定义访问数据库资源的路径，即通用资源标识URI。
5. 根据权利要求4所述一种智能家居语义网关的设计方法，其特征在于，所述步骤2中 建立ContentProvider接口为：先定义ContentProvider类，使该类继承Android提供的 ContentProvider基类；再注册定义的ContentProvider类，在Manifest, xml配置文件中 注册用户定义的ContentProvider,并为该ContentProvider绑定一个唯一标识的URI。
6. 根据权利要求5所述一种智能家居语义网关的设计方法，其特征在于，所述步骤3具 体为描述设备类型、对象属性、数据属性，生成对应的本体描述文件。
7. 根据权利要求6所述一种智能家居语义网关的设计方法，其特征在于，所述步骤4为 每个智能家居设备开发对应的语义数据转换接口是基于Android语义服务框架进行开发 的。
8. 根据权利要求7所述一种智能家居语义网关的设计方法，其特征在于，所述步骤4在 Android语义服务框架下，为每一种智能家居设备构建一个RDF Provider，RDF Provider需 要访问对应的Sqlite数据表，实现将智能家居设备数据暴露为RDF语义数据，并自动地注 册到 RDF ContentResolver 上。
9. 根据权利要求8所述一种智能家居语义网关的设计方法，其特征在于，所述RDF Provider 为 RDF TH Provider、RDF LightSensor Provider 或 RDF AirC Provider。
10. 根据权利要求9所述一种智能家居语义网关的设计方法，其特征在于，所述步骤5 包括在智能家居语义网关上安装语义Web服务器RDF Server。
【文档编号】H04L12/28GK104410568SQ201410619121
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月6日 优先权日:2014年11月6日
【发明者】佘春东, 王俊峰, 胡四泉 申请人:四川大学