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一种服务于智能家居的移动应用遥控系统
摘要
在21世纪的第二个十年中，智能家居已经成为这个时代最为频繁的应用。很多学者在不同方向对智能家居进行了研究，但是在应用当今技术产生一种应用系统上仍有较大差距。本文我们论述了使用移动应用程序高效安全地空置房屋的智能家居系统。介绍了连接到服务器应用程序的移动应用程序的顺序图以及可能的用例。讨论了设计移动应用程序所面临的挑战，并说明了该应用程序中更新的房屋顶视图，并对其进行了调整。最后，实现了设计的手机应用程序，并描述了其重要部分，例如使用预定义图标指示设备状态的交互式房屋俯视图。在Windows Mobile平台上开发的移动应用程序中还实现了管理计划任务和定义规则的功能。 该应用具有使用GPRS移动互联网和短信连接到主服务器的能力。 这个系统有望成为统一的系统结构的重要一步，可以在近期的普通房屋中有效利用。
关键词：智能家居，移动应用，遥控系统，全自动房屋，windows手机
1背景介绍
我们现在进入21世纪的第二个十年，现在我们正在逐渐在日常生活中逐渐形成越来越多的数字设备。 他们确实在影响我们的日常生活，甚至连一天都不能离开它们。 手机，电脑，电视，音频/视频播放器，空调，冰箱，烤箱等都是我们将其视为我们生活中一部分，是理所当然的数十种数字设备的样本。 在十年末的时候，会有更多数字设备会进入我们家吗？
易于访问和使用，是我们现在为我们的设备使用的许多遥控器的主要目的。 他们的数量越来越大，每一个新的设备变得远程可控。扬声器，空调，灯光，窗帘，车库门，电视机和播放器已经被远程控制。 现在，我们家园的每一个部分都可以远程控制，为什么我们不能在一个地方远程控制我们的家园？
智能家居不是科学社会的新词，而是远离人们的视觉和试镜。 这是因为尽管最近在设计用于控制设备的可能的远程访问方法的总体概况，或者在模拟智能家居本身以及设计主服务器的情况下，最近已经做了各种各样的工作，但是设计和实现一个离线的设计，智能房屋遥控应用程序一直局限于电脑应用程序，只是在手机和Web网应用程序开发的情况下。 如今，人们花费了大量的时间在交通工具中，没有访问他们的电脑或者难以访问他们的笔记本电脑; 相反，他们不断使用他们的手机/ PDA。 因此，我们设计并实施了可以连接到其他访问路由（如Web应用程序和本地Windows应用程序）的服务器的移动应用程序。
关于这个的一个重要问题是，由于通过GPRS和WiMax无线网络可以利用网站，开发Web应用程序是否可以取代手机应用程序？ 这个问题的答案是，即使我们可以通过移动无线互联网访问我们的家庭控制系统，并且使用目前的移动浏览器，这些浏览器现在与PC浏览器相比并不逊色，他们无法访问GSM消息系统，如短信，彩信等 上。 另一方面，同时访问移动互联网服务以查看完整的网页（如GPRS）仍然是昂贵的，所以不需要在线设计家庭控制时间表和规则。 相反，临时连接将在离线使用移动应用程序时进行信息更新。
在本文中，我们介绍了智能房屋控制系统访问和控制的移动应用设计。 我们还使用Windows Mobile平台和C＃语言显示实现概述，并提出了系统的一般概述。
2环境概述
A 系统行为
智能家居系统通常由分散在房屋周围的几个设备组成，这些设备使用有线或无线网络连接在一起。 计算机系统充当通过网络控制所有信息交换的节点中的服务器。 服务器系统必须具有通过单个接口连接所有不同设备控制器或可能的最少接口来帮助主要应用的设备管理器（中间件）。 房屋的各种类型的设备可以分为三类：
1.执行器装置，例如报警器，灯，门和门
2.传感器装置，例如热，气，运动和保健
3.致动器/传感器装置，例如机器人，空调
所有设备（无论传感器还是执行器）都可以使用其控制器来表示其状态，例如是否打开或关闭它们当前涉及的工作（例如关闭门）。
如前所述，作为服务器计算机一部分的设备管理器控制所有设备控制器，并提供检索其状态并向其发送命令的方法。更复杂的设备也可能需要设备驱动程序，因为每个设备可能是从灯到家庭机器人的任何东西。服务器应用程序能够添加新安装的设备并提供适当的控制方法。所有这些设备的控制信号和状态控制模式通过通用接口可以使用。我们将任何这些设备称为对象。因此，应用程序必须与对象无关，而设备管理器通过其设备驱动程序和适当的连接（例如有线或无线以太网）与所有这些对象紧密联系。使用与对象无关的界面，我们可以将控制方法扩展到任何其他可能的方式，如Web应用程序，移动应用程序和电话线路;轻松而不需要更改应用程序代码。 Smart House控制环境中的子系统如图1所示。
图1 智能家居控制系统的子系统概述
系统的数据库正在发挥重要作用。 Web应用程序和移动应用程序与家庭控制系统的连接将通过数据库中的信息。
系统的几个部分必须设计和链接在一起。 从图1中所示的子系统，我们将设计和实施移动应用程序; 因为，如“导言”部分所述，其他系统之前已经设计过。
在设计应用程序本身之前，我们必须设计系统的服务器连接模式，其中不同部分的连接被建模。
B 服务器设计
服务器实际上是智能房屋中包含Windows应用程序和设备管理器的计算机系统。 服务器定期检索传感器信息，并更新数据库。 对于重要和非重要的设备，此间隔是不同的。 例如，老年人和残疾人的健康监测传感器数据必须至少每秒更新一次。 盗窃检测系统可以每隔几秒更新一次，但是温度和光线传感器可能会在数分钟内进行检查。 这个类别有助于节能模式的应用。
该数据库还包含有关设备，计划任务，规则，用户访问和其他策略的信息。 其他远程控制应用程序（如Web和移动应用程序）从该数据库中检索传感器和设备信息，相应地更新计划的任务和规则，以便每次服务器更新数据库传感器信息时，还会检查应用于规则和计划的更改并执行必要的行动。
Web应用程序可以直接连接到数据库，但是由于功能限制，移动设备无法直接连接到服务器数据库，并像常规数据连接一样更新信息。 所以这里我们面临两个重要的问题。 第一个问题是在哪里保存数据库，所以远程应用程序可以连续访问它？ 这个问题的答案与Web应用程序和安全性完全相关。Web应用程序可以托管在Smart House服务器或主机和域名转销商服务器中。 由于安全措施，我们决定将Web服务器和数据库全部放在家庭服务器的相同位置。 这需要一个静态IP的房子，这不是一个问题，因为安全第一。 因此，Web应用程序的位置在智能家居服务器中，数据库在Web和Windows应用程序之间共享。 第二个问题是移动应用程序与数据库的连接，用于检索和更新信息。如前所述，目前的移动应用程序可能没有建立与服务器的直接连接所需的内存和库，所以我们可以交换信息的唯一方法是通过使用GPRS的http Web服务器（小数据包可以通过短信发送到 GSM调制解调器连接到服务器）。 执行此任务的一种可能方法是使用Web请求。 Web请求是在网页名称后使用“？”运算符发送到网站的参数（例如，www.test.test / login.aspx？user = admin amp;amp; pass = 123456）。在处理网页请求之后，可以确定已经使用移动应用（使用适当的web请求）设置了请求，并且该页面响应将根据请求而改变。
Web响应页面是网站的html内容，但使用ASP.Net应用程序，在页面可以加载之前，根据Web请求，我们可以发送有限的信息行，而不是整个html页面。 因此，我们可以使用此功能在移动应用程序和我们已经在Web服务器中开发的简单aspx页面之间交换信息。
现在我们描述整体服务器的行为。 从这里开始，我们专注于移动应用的设计与实现。
3设计移动应用程序
A应用举例
位于智能房屋区域的主服务器计算机加载了Windows应用程序，为管理员用户提供了一系列选项和功能。 用户可以在应用程序中添加和管理设备（当然，如果以前已经进行了硬件过程），则使用图形工具和图标设计家庭顶视图平面，管理用户访问控制（例如，定义儿童的访问限制），定义策略 远程访问（例如，授权电话号码），定义规则（要检查的条件，如果满足预定义的条件，采取的措施）定义计划任务（特定时间（例如现在要完成的任务））并检查 设备的当前状态（图2）。
图2 管理员和移动用户应用举例
另一方面，移动应用用户可以做最常见和最重要的任务，但并不是所有的功能，如图2所示。 这个限制主要是因为移动应用程序的实施和安全因素的限制。 例如，移动应用程序用户不能设计以图形方式显示房屋的当前状态的家庭俯视图，而是可以从他/她的手机中简单地查看。
B服务器连接
如前所述，我们必须使用Web服务器连接到数据库。 Web应用程序可以具有服务器的Windows应用程序的大部分功能和访问级别，并受到一些限制。 我们可以分配一些Web应用程序的页面，用于允许从移动应用程序访问响应从移动http连接发送的web请求。
因为这种发送/接收信息的方法没有被加密，所以我们使用了已知的针对web和移动应用的加密算法。 为了额外的安全性，我们使用一个用于散列信息的魔术数字即将到期，需要由Web服务器重新配置。
使用特殊代码连接到Web服务器的第一次尝试将为移动应用程序提供加密的魔术数字。 然后，使用散列算法将用户名和密码作为网络请求参数以魔术数字作为盐发送。 然后，服务器将认证确认返回给移动应用程序。 现在，来自服务器的每个请求（如更新和检查设备状态的请求）都必须附有散列用户名和密码。 经过一些预设时间（例如5分钟）后，魔术号码将过期，服务器数据包必须使用新的魔术数字包含新的散列用户名和密码。
上述顺序如图3所示。其中aslo显示主服务器应用程序的顺序，从设备和数据库中检索信息，同时进行必要的更改。 一旦移动应用程序或Web应用程序更新数据库，服务器将检查更新的信息，时间和条件，以便它将向执行器发送neccassary命令以使应用更改。
数据库包含一个表格，其中将存储设备的图标及其各自的位置。 在更新信息的情况下，该信息也被传送到设备。 该映射表信息是相关的，但不依赖于主设备表（其中存储有详细的设备控制信息）。 另一方面，家庭顶视图中的记录和项目也可以在设备记录列表中，但不一定所有地图项必须在设备记录表中具有完整的识别记录。 这使得整个房子的地图项目容易设计，但不限于选择到可控设备。 现在，我们必须找到一种适当的方式将该地图传输到移动设备。 问题是地图的文件大小太多，无法通过GPRS移动互联网轻松传输。 因此，我们设计了一种在设备中创建地图的方法，使用预定义的图标。
图3 使用移动应用程序定义日程表的顺序图。 这个UML顺序图显示了从登录到移动应用程序中的neccassary步骤，定义一个任务并在应用程序服务器意识到之后采取适当的操作。
4实施移动应用程序
A手机地图
要在移动设备中传输数据并创建地图，首先我们必须分离地图平面和其中的对象。 为了完成任务，当设备要求更新设备和地图的信息时，我们将房屋墙信息作为连接线的数组发送。 为了使这个事情发生，我们实际上需要一个List lt;List lt;Points gt;gt;（列表的列表）。 内部列表包含使当前列表中的连续行的点，使得开放多边形设计成为可能。 每个内部列表的前两个点将用于确定线的宽度和颜色。 因为每个点都有两个整数元素（x，y），所以两个点使4个整数数据集成成为可能，所以一个用于线宽，另外三个表示一个RGB颜色值。
为了传输图标数据，我们使用了图3所示的字段的记录。 OID字段（如果不为零）可以表示数据库中的相应设备表中可以使设备可选择的设备（例如，进一步的详细信息查看和调度/规则分配）。 地图中的其他设备的OID为零。 设备地图记录的名称和位置字段用于显示目的。 IconID字段，无论设备在相应设备记录中的状态如何，都表示使用移动应用程序图标数据库中的图标的设备/家具的当前状态。 网页地图控制器负责表示最适合定义设备类型和当前状态的适当的IconID。 例如，两个图标可以表示被关闭或打开的两种不同状态的门。
图4 记录中的字段用于将家庭顶视图平面图标传输到移动应用程序
对于新的设备，他们的图标在移动应用程序中不可用，一些额外的图标被认为是使其他未知设备成为4个类别，可以通过其状态轻松识别：
1.开/关设备（例如，灯）
2.调平装置（例如气体传感器）
3.出现/消失的设备（例如汽车或自行车）
4.打开/关闭的装置（例如，门）
然后，设备使用服务器接收到的信息以及其数据库中的图标重新绘制地图。 首先，使用由点定义的行信息绘制房子的区域，并且图标在其后面绘制。 地图中可控制的设备（其OID不为零）可以被指向和选择（例如Gator Tech Smart House [8]的应用程序）来检查状态并为其定义时间表。
B更新服务器
为了实现更新过程，我们将更新数据分为两类。 第一部分是设备数据表，其中包括有关设备的信息，以及每个设备的功能和可控部分。 因为这些信息可能会相当大，传输和设备及其可控/可感知的特征是依赖于设备的，而不是依赖于状态; 它们可以在比状态信息更长的时间更新。 这种类型的更新在移动应用程序的主菜单中标记为更新设备数据。
信息的第二部分是设备状态和地图信息。 因为这些信息更有可能被更新，并且包含比第一部分更少的数据，所以每次检查状态时都可以下载这些信息。 此常规信息更新可通过移动应用程序主菜单形式的“更新信息”按钮以及“检查状态”和“主页面”视图窗体访问。
C在Windows移动平台上测试
有几个平台可以实现设计的应用程序，如Java
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