专利名称：web控制界面的统一生成方法和IP家庭网络的集中控制方法
技术领域：
本发明属于计算机网络、数据通信技术领域和家用电器技术领域，具体涉及IP家庭网络中，不同厂商、不同类型家用电器控制界面的统一生成和多种家用电器的集中和统一控制。该方法可以用于远程控制采用IP技术组织的家庭网络，包括IPv4家庭网络和IPv6家庭网络。也可应用于集多种家电的遥控器为一体，实现集中遥控终端。
背景技术：
科技的发展正在提高人们家居的舒适度，改善人们的生活品质。在办公室中用电脑开启家中的监视器，查看家中状况已经成为可能；回家途中用手机开启家里的热水器并调节到适宜的温度不再是梦想。相应地，信息家电和家庭网络相关研究日新月异，它们采用多种技术、围绕家庭和家居生活的方方面面，目标是提高人们的生活品质。
IP技术是现今家庭网络的组网技术之一。它采用家庭网络中间件软件架构把各种各样的家用电器连接到家庭网络之上，实现家电的智能使用和综合使用。IP家庭网络的典型应用之一是web方式的家庭外部远程家电控制和集多种家电遥控器为一体的集中遥控终端。家庭外部远程家电控制是指在家庭之外任何可以上网的地点，包括办公室、会议室、甚至具有上网功能的手机，通过web界面，对家庭中的某个或某些家电进行启动、关闭、调整等操作，就如同一个人在家里操作家电一样。家庭内部集中遥控终端是对当今一个家庭中需要多个遥控器这一现象的一种变革。把不同类型、不同厂商家电的多种遥控器整合成一个遥控器。通过它，统一完成家电控制。然而，无论是远程家电控制还是集中遥控终端，IP家庭网络促使它们的实现成为可能，IP家庭网关在其中的作用不可忽视。
IP家庭网络由IP家庭网关、IP信息家电、IP家庭网络中间件、IP集中控制终端组成，网络拓扑结构如图1所示。
IP家庭网关是一个集中的管理装置，也是IP家庭网络的核心。在家庭网络的整体结构中，它完成收集并存储在线家电(连接在家庭网络上的家电)的当前情况、接收来自于家庭外部(远程)的或者来自于集中遥控终端的控制命令，定位并转发对某个家用电器的控制指令、协调多个家电完成复杂任务等多种功能。在支持web方式远程家电控制和终端集中控制方面，它通过内嵌的web服务器支持各种控制命令的接收和分发，是IP家庭网络统一的web访问接口。
IP信息家电是经过改造、添加了智能的各种家用电器。它除了具备家电的传统功能之外，还可以接入IP家庭网络，支持家庭网络中间件。也正是通过家庭网络中间件，家用电器才可以连网、增加智能、支持远程控制和集中遥控。
家庭网络中间件是IP家庭网络的组织核心，也是家庭网络的各个成员(包括家庭网关和各种信息化家电)接入家庭网络必须遵守的准则。家庭网络中间件的技术基础是UPnP，家庭网关实现UPnP Control Point的功能，信息家电实现UPnP Device的功能。在支持远程控制和集中遥控方面，信息家电内嵌了UPnPDevice web页面，实现了信息家电对外来控制的支持。
在UPnP框架之下，家电远程控制和集中遥控的工作流程都可以划分为以下几个步骤，如图2所示1.访问家电列表界面。无论是希望进行远程控制和集中遥控，控制发起者需要首先访问部署在家庭网关上的在线家电列表，并从中选出希望控制的家电。
2.访问家电功能页面。在选中某个家电后，访问部署在这个家电上的功能页面，了解该家电都支持哪些控制命令。家电功能页面一般为图形化的遥控器面板。
3.发布家电控制命令。家电web服务器接收到用户选择的控制命令，在家电上执行该命令。
在这种工作模式下，访问者操作的页面分别存放在不同的地方。在线家电列表页面存放在家庭网关上，不同家电的控制页面存放在具体的信息家电上。这种工作方式存在如下缺点1.家庭网络界面风格不一致。由于家电控制页面是由生产厂商提供的，一个家庭网络中又常常是由不同厂家的多种家电组成，各种各样的家电控制页面出现在一个家庭网络访问界面中是一种必然现象，产生的一个后果是从访问界面上看，家庭网络更像多种家电的拼凑，而不是一个整体。
2.家庭网络存在安全隐患。家庭网络发展过程中需要考虑的一个重要问题是如何保证家庭网络的安全性。这需要从多个方面去保证。提供单一的家庭网络访问接口是其中的一种策略。然而，现在的实现模式是家电控制是由访问者直接操作家庭网关和家电来完成，实际上访问者可以访问家庭中的多个点，安全控制很难实施。
3.信息化对家电的要求高。在这种工作模式下，为了实现访问和控制，每个家电都需要支持web界面，提供web服务器功能。对于家电来讲，这项要求太高，信息化成本太大。
为此，在家庭网络中设置一个集中的访问点非常有必要。
发明内容
本发明就上述问题提出了技术方案，并在北京大学家庭网络研究中实现了该方案，具体包括两个方面一、实现了一种为各种家电统一生成控制界面的方法。该方法不受家电出厂所支持控制界面的限制，风格一致，自动生成，为各类家电的集中管理和控制提供了基础。二、实现了一种通过IP家庭网关统一控制家庭网络中各种在线家电的方法。构建于此发明之上的家庭网络控制命令都是先发送给家庭网关，再由它转发给信息家电。
本发明的Web控制界面统一生成方法，根据信息家电的基本特性和所支持的控制功能，套用事先定义好的界面风格模板，生成控制页面。界面生成过程自动完成。各种家电的控制界面统一存放在家庭网关之中。
本发明Web控制界面统一生成方法，具体包括以下步骤和内容1.采用信息家电描述数组存储信息家电的描述信息，采用模板文件定义控制界面的风格家电基本信息以“信息家电描述数组”来描述。模板文件为XML格式，定义了控制界面的风格。自动生成过程以“界面生成模板文件”为参考而进行。
1.1信息家电描述数组家庭网关中的UPnP ControlPoint依据UPnP协议定期收集网络中在线家电(UPnP Device)的基本功能和信息。在原UPnP框架下，这些基本信息作为UPnPControlPoint功能的一部分，被放置在内存中。在本发明中，这些基本信息以“信息家电描述数组”的形式被存储下来，为控制界面的自动生成提供了基本数据。也就是说，家庭网关存放关于每个在线家电的信息家电描述数组。该数组由设备描述子数组、服务描述子数组、操作描述子数组三种子数组组成，包括家电名、地址、端口号，所能提供的服务、每项服务所包含的操作等信息。
1.2模板文件模板文件定义了IP家庭网关能够为各种信息家电生成的控制界面的风格，为XML格式，由家庭网络管理人员在家庭网关中事先存放。一般，一种模板文件对应着控制界面的一种风格。家庭网关中会同时存放几种模板，供信息家电界面生成程序选择。信息家电界面生成程序根据某个家电的信息家电描述数组，套用某个模板，生成对应该家电的HTML控制界面。一个模板文件由几个子段组成，每个子段定义一部分家电控制界面的内容生成方式。一般情况下，模板文件的第一个和最后一个子段与家电基本功能无关，直接用于生成HTML界面的开头和结尾部分，如<head>、</head>、<title>、</title>、<body>、</body>等等。中间几个子段根据依赖于家电描述中的不同部分，划分为依赖于“设备”、依赖于“服务”、依赖于“操作”几种属性。按照这种方式，采用分块生成HTML界面文件不同部分的方法，一个信息家电的控制界面就生成了。
2.自动生成Web控制界面以信息家电描述数组和模板文件为基础，IP家庭网关可以自动为在线家电设备生成web控制界面。自动生成的具体过程为IP家庭网关中的界面生成程序从模板文件的文件头开始，顺序处理不同的抽象子段。依据子段依赖性定义的不同，采用信息家电描述数组中相应的子数组元素值替换抽象子段，形成具体子段内容(部分HTML文档)，然后将每个具体子段组合起来，存放为指定家电的控制界面。
本发明的另一个方面是在前述界面统一和自动生成的基础上，实现了家庭网络控制全过程的单一接口访问，提供一种IP家庭网络的集中控制方法。无论是家电的远程控制还是集中遥控终端，实施一个家电控制步骤都可以划分为访问在线家电列表、访问某个家电的功能列表和向某个家电发布控制命令三个步骤。
根据本发明的IP家庭网络的集中控制方法，具体包括以下步骤1)家庭网络集中控制的工作基础是家电控制界面的统一生成；2)在如前所述的web界面统一生成机制下，家电列表和家庭网络各个在线家电的功能界面都是存放在家庭网关之上，相应地发布给各个家电的控制命令也是先发送给家庭网关；3)通过家庭网关再采用SOAP RPC方式把控制命令发送给家电，实现了家电集中控制和家庭网络单一控制接口。
图1是IP家庭网络拓扑结构图；图2是家电远程控制和终端集中控制的工作流程图；图3是家庭网关的集中控制示意图；图4是实验平台示意图；图5是模板文件1风格的控制界面图；图6是模板文件2风格的控制界面图。
具体实施例方式
下面参照本发明的附图，更详细的描述出本发明的具体实施方式
。
在此部分，定义了描述信息家电的信息家电描述数组、XML格式的模板文件，并详细解释了模板文件的制作过程、信息家电控制界面的自动生成过程和集中控制实施过程。最后，展示了本发明的试验平台和试验结果。
1.信息家电描述数组与模板文件信息家电描述数组为一个字符串数组，存储着信息家电的描述信息。模板文件为XML格式，定义了控制界面的风格。
1.1信息家电描述数组UPnP ControlPoint依据UPnP协议收集IP家庭网络中各种在线家电的描述信息，从中析取出地址、端口号、设备种类、服务种类、操作名、操作参数等，并将这些信息存储在信息家电描述数组中，为每台家电生成一个信息家电描述数组。信息家电描述数组由设备描述子数组、服务描述子数组、操作描述子数组三种子数组组成。
其中设备描述子数组(device)，用来描述信息家电名、信息家电的IP地址、端口号、提供的服务种类数等，其结构如下
JSPNameJSP控制页面的文件名，为最后生成的JSP控制页面命名，可以定义某种命名策略，唯一标识自动生成的JSP控制页面，在本部分的实现中取名为信息家电设备种类名。
DeviceName信息家电的名字IP信息家电的IP地址Port信息家电的端口号Service_num信息家电所能提供的服务种类数，决定着该设备描述子数组后的服务描述子数组的个数服务描述子数组(service)用来描述服务的种类、控制URL，及该服务所包含的操作数，数组的结构如下
Service_Type信息家电提供的服务种类ControlURL在该URL上对此种服务的所有操作进行控制Ope_num此种服务所提供的操作数，决定着该服务描述子数组后的操作描述子数组的数目操作描述子数组(operate)用来描述操作的名字及输入、输出参数情况，数组的结构如下
Ope操作的名字Param1，Param2操作所涉及的输入参数1和输出参数2，如无输入参数，Param1为null，本部分的实现中只考虑了输入参数、输出参数各自最多为一个的情况，此种情况可满足绝大多数需要，也可以对本部分进行扩展，支持有多个输入参数、多个输出参数的情况。
以监视器为例，其信息家电描述数组为″UPnPMonitor.jsp″，″Monitor″，″2001:250:f002:1130:20f:1fff:fee6:d28d″，″4004″，″1″，″urn:schemas-upnp-org:service:orientation:1″，″/service/orientation/control″，″8″，″SetPower″，null，″Result″，″TurnUp″，null，″Result″，″TurnLeft″，null，″Result″，
″Resume″，null，″Result″，″TurnRight″，null，″Result″，″TurnDown″，null，″Result″，″ZoomIn″，null，″Result″，″ZoomOut″，null，″Result″此信息家电描述数组表示监视器工作在IPv6地址为“2001:250:f002:1130:20f:1fff:fee6:d28d”的端口“4004”上，提供“urn:schemas-upnp-org:service:orientation:1”服务，控制URL为“/service/orientation/control”，该服务提供8种操作“SetPower”、“TurnUp”、“TurnLeft”、“Resume”、“TurnRight”、“TurnDown”、“ZoomIn”、“ZoomOut”，并详细表示了各操作的输入、输出参数。将要生成的JSP控制页面名字为“UPnPMonitor.jsp”。
以空调为例，其信息家电描述数组为″UPnPAircon.jsp″，″Aircon″，″2001:250:f002:1130:20f:1fff:fee6:d28d″，″4005″，″2″，″urn:schemas-upnp-org:service:power:1″，″/service/power/control″，″2″，″GetPower″，null，″Power″，″SetPower″，″Power″，″Result″，″urn:schemas-upnp-org:service:temp:1″，″/service/temp/control″，″2″，″GetTemp″，null，″Temp″，″SetTemp″，″Temp″，″Result″此信息家电描述数组表示空调工作在IPv6地址为“2001:250:f002:1130:20f:1fff:fee6:d28d”的端口“4005”上，提供了2种服务，一种服务是“urn:schemas-upnp-org:service:orientation:1”，控制URL为“/service/power/control”，该服务提供2种操作“GetPower”，“SetPower”，另一种服务是“um:schemas-upnp-org:service:temp:1”，控制URL为“/service/temp/control”，该服务提供2种操作“GetTemp”，“SetTemp”。并详细表示了各操作的输入、输出参数。将要生成的JSP控制页面名字为“UPnPAircon.jsp”。
1.2模板文件模板文件为XML格式，定义了IP家庭网关能够为各种信息家电生成的控制界面的风格，根据不同的模板文件可以生成不同风格的控制界面。
模板文件一般由几个子段组成，每个子段对应一类控制界面的不同部分。根据对家电基本描述信息依赖性的不同，可以把子段划分为四类no_dep(不依赖)、device_dep(依赖于设备描述子数组)、service_dep(依赖于服务描述子数组)、operate_dep(依赖于操作描述子数组)，每个子段对应一个具体的界面生成规则。比如，某模板文件的内容如下……<segmentList>
……<segment>
<relativity>no_dep</relativity>
<content>part1.txt</content>
</segment>
<segment>
<relativity>operate_dep</relativity>
<content>part2.txt</content>
</segment>
……</segmentList>
……其中，<segmentList>标识一个模板文件的抽象子段列表，<segment>标识一个抽象子段，<content>标识抽象子段文件名，<relativity>标识对应的依赖性。上面的模板样例中，第一个子段不依赖于家电信息，适合于存放web页面的开头和结尾信息，如<head><body>等等字段。第二个子段依赖于家电基本描述中操作部分的内容。
2.控制界面的自动生成家庭网关自动生成控制界面的过程为家庭网关先收集IP家庭网络中每个在线信息家电的信息，生成信息家电描述数组，然后再根据事先写好的模板文件生成指定风格的控制界面。
1)家电信息收集。IP家庭网关处的UPnP ControlPoint，依据SSDP协议收集IP家庭网络中所有可用家电的信息，为每台家电生成一个信息家电描述数组。
2)控制界面的自动生成。IP家庭网关扫描模板文件，从模板文件的文件头开始，顺序扫描，扫描不同的抽象子段，依据依赖性的不同，进行不同的处理a)如果扫描到依赖性为no_dep的抽象子段，则取相应的抽象子段文件，作为一个子段。
b)如果扫描到依赖性为device_dep抽象子段，则取相应的抽象子段文件，使用设备描述子数组的元素值对该抽象子段进行相应的替换，替换完成后，作为一个子段。
c)如扫描到依赖性为service_dep的抽象子段，由于service_type也是device_dep依赖的，先进行与device_dep抽象子段相同的操作，再取服务描述子数组的元素值进行循环替换，生成形式相同的字符串，循环完成后，组合起来，作为一个子段。
d)如扫描到依赖性为operate_dep的抽象子段，由于operate_dep也是service_dep依赖的，先进行与service_dep抽象子段相同的操作，再取操作描述子数组的元素值进行循环替换，生成形式相同的字符串，循环完成后，组合起来，作为一个子段。
然后将得到的各个子段，依据相应抽象子段在模板文件中的相对位置，组合起来，在IP家庭网关端存为指定文件名(由信息家电描述数组的第一个元素指定)的文件，这样便为信息家电生成了与该模板文件对应风格的控制界面。
3.IP家庭网络的集中控制方法图3是家庭网关的集中控制示意图。由家庭网关统一接收对各种在线家电的控制命令，在确定是对哪台家电设备的哪种控制命令之后，通过SOAP RPC方式把控制命令直接发送给家电设备。具体工作流程如下1.IP家庭网关根据家电信息描述数组和模板文件统一生成所有在线家电的控制界面，以web形式对外公布；2.用户通过家庭网关选择某个家电的某项控制功能，该控制功能以HTTP请求的方式发送给家庭网关；3.IP家庭网关接收该HTTP请求，分析该HTTP请求，然后向指定的信息家电发送SOAP RPC请求；4.信息家电接收SOAP RPC请求，本地执行控制命令，并向家庭网关发送SOAP应答；
5.IP家庭网关根据SOAP应答内容，把控制命令执行结果转换成HTTP应答，发送回给提交命令的用户。
4.实验平台与实验结果目前，家庭网络的发展现状是以传统家电(即无联网功能的、普遍使用的家电)为主体，本发明采用“家电代理+传统家电”的形式将传统家电接入家庭网络。由外置的家电代理代替传统家电实现联网功能，并支持家庭网络的统一标准。传统家电不需要任何改动。
4.1实验平台如图4所示是实验平台示意图，实验平台的配置1个家庭网关，2个家电代理，1个摄像头，1台空调，家庭内部的一个控制终端，外部网络2个控制终端，路由器1台。
4.2实验结果IP家庭网关可根据模板文件1和2，分别为空调代理和摄像头代理生成如图5和图6所示风格的控制界面。外网用户使用这两种风格的控制界面，可对UPnP家庭网络中的空调和摄像头进行远程控制。
尽管为说明目的公开了本发明的具体实施例和附图，其目的在于帮助理解本发明的内容并据以实施，但是本领域的技术人员可以理解在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于最佳实施例和附图所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。
权利要求
1.IP家庭网络中，一种web控制界面的统一生成方法，具体包括以下步骤1)采用信息家电描述数组存储信息家电的描述信息，采用模板文件定义控制界面的风格；2)自动生成web控制界面，自动生成一个信息家电web界面的具体过程为IP家庭网关从模板文件的文件头开始，顺序处理不同的抽象子段；根据子段依赖性定义的不同，采用信息家电描述数组中相应的子数组元素值替换抽象子段，形成具体子段内容；然后将每个具体子段组合起来，存放为指定家电的控制界面。
2.根据权利要求1所述的web控制界面的统一生成方法，其特征在于所述的信息家电描述数组由设备描述子数组、服务描述子数组、操作描述子数组三种子数组组成。
3.根据权利要求1所述的web控制界面的统一生成方法，其特征在于，IP家庭网关扫描模板文件，从模板文件的文件头开始，顺序扫描，扫描不同的抽象子段，依据依赖性的不同，进行不同的处理1)如果扫描到依赖性为no_dep的抽象子段，则取相应的抽象子段文件，作为一个子段；2)如果扫描到依赖性为device_dep抽象子段，则取相应的抽象子段文件，使用设备描述子数组的元素值对该抽象子段进行相应的替换，替换完成后，作为一个子段；3)如果扫描到依赖性为service_dep的抽象子段，由于service_type也是device_dep依赖的，先进行与device_dep抽象子段相同的操作，再取服务描述子数组的元素值进行循环替换，生成形式相同的字符串，循环完成后，组合起来，作为一个子段；4)如果扫描到依赖性为operate_dep的抽象子段，由于operate_dep也是service_dep依赖的，先进行与service_dep抽象子段相同的操作，再取操作描述子数组的元素值进行循环替换，生成形式相同的字符串，循环完成后，组合起来，作为一个子段。
4.一种IP家庭网络的集中控制方法，具体包括以下步骤1)IP家庭网关根据家电信息描述数组和模板文件统一生成所有在线家电的控制界面，以web形式对外公布；2)用户通过家庭网关选择家电和要控制的功能，该控制功能以HTTP请求的方式发送给家庭网关；3)IP家庭网关接收并分析该HTTP请求，然后向指定的信息家电发送SOAPRPC请求；4)信息家电接收SOAP RPC请求，本地执行控制命令，并向家庭网关发送SOAP应答；5)IP家庭网关根据SOAP应答内容，把控制命令执行结果转换成HTTP应答，发送回给提交命令的用户。
全文摘要
本发明的一个方面提供一种Web控制界面统一生成方法，该方法根据信息家电的基本特性和所支持的控制功能，套用事先定义好的界面风格模板，动态生成控制页面。界面生成过程自动完成。各种家电的控制界面统一存放在家庭网关之中。本发明的另一个方面是在前述界面统一和自动生成的基础上，实现了家庭网络控制全过程的单一接口访问，提供一种IP家庭网络的集中控制方法。该方法具体包括家电控制界面的统一生成；家电列表和家庭网络各个在线家电的功能界面都是存放在家庭网关之上，相应地发布给各个家电的控制命令也是先发送给家庭网关；通过家庭网关采用SOAP RPC方式把控制命令发送给家电，实现了家电集中控制和家庭网络单一控制接口。
文档编号H04L12/54GK1776681SQ20051012646
公开日2006年5月24日 申请日期2005年12月13日 优先权日2005年12月13日
发明者张蓓, 陈萍, 田红成, 宋维佳, 刘贺湘, 崔建, 张杨, 尚群, 王竹威, 李笑难 申请人:北京大学