1.引言

在傳統(tǒng)的家居環(huán)境中，家居設(shè)備的監(jiān)控界面多是分離的，用戶只能通過各個(gè)設(shè)備獨(dú)立提供的監(jiān)視（如電視顯示屏）與控制界面（如紅外遙控器）來實(shí)現(xiàn)對單一設(shè)備的監(jiān)控，且監(jiān)控距離受限（設(shè)備周邊）；家居設(shè)備間的協(xié)作較少，且多是靜態(tài)的協(xié)作關(guān)系（如在電視上顯示有線連接的DVD 或電腦），用戶無法動(dòng)態(tài)的建立多個(gè)家居設(shè)備間的協(xié)作關(guān)系。

近年來，隨著便捷舒適的智能數(shù)字家居概念的普及與發(fā)展，工業(yè)界與學(xué)術(shù)界涌現(xiàn)出了眾多網(wǎng)絡(luò)化的家居設(shè)備，如互聯(lián)網(wǎng)電視、互聯(lián)網(wǎng)冰箱等等。與此同時(shí)，家居網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施（如家庭無線網(wǎng)關(guān)等）也逐步成為普通家庭的必備設(shè)施之一。網(wǎng)絡(luò)化家居設(shè)備的出現(xiàn)與家庭網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的成功部署，使得用戶在智能家居中通過集成的同一界面隨時(shí)隨地了解家居設(shè)備的狀態(tài)、遠(yuǎn)程控制家居設(shè)備成為可能。在現(xiàn)有的方法中，工業(yè)界多從家居設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議入手，促成家居設(shè)備的互聯(lián)互通，較為著名的工作如諾基亞公司的Home CONtrolCenter1，OpenPeak 公司的Smart-Home-Phone2，UPnP 協(xié)議與閃聯(lián)公司的IGRS 協(xié)議等；在學(xué)術(shù)界，相關(guān)研究[1,2,3,4,6]已開始著眼于如何將互聯(lián)互通的各個(gè)設(shè)備上分散的監(jiān)控接口集成起來，為用戶提供一個(gè)家居設(shè)備通用監(jiān)控器。現(xiàn)有的家居設(shè)備通用監(jiān)控器雖各具特色，但在舒適性、便捷性以及直觀性上仍有較大的發(fā)展空間，也因此成為本文的主要研究對象。

家居設(shè)備通用監(jiān)控器需要一個(gè)合適的載體為用戶所用。調(diào)研工作[5]表明，用戶在家居生活中更愿意使用手機(jī)而非傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，因?yàn)槭謾C(jī)在家居中更加便捷易得，可以方便他們隨時(shí)隨地的完成任務(wù)。隨著手機(jī)的發(fā)展，觸摸交互技術(shù)因其具有直接操作（DirectManipulation）的自然交互體驗(yàn)，逐漸成為主流的交互方式，如iPhone, gPhone, WindowsPhone 7 等。鑒于上述特點(diǎn)，本文認(rèn)為，用戶隨身攜帶的觸屏手機(jī)，是智能家居中監(jiān)控各種網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備界面的理想載體。

因此，本文提出了一種基于觸屏手機(jī)的家居設(shè)備監(jiān)控器HouseGenie，如圖1 所示。歸納而言，HouseGenie 具有如下三點(diǎn)特性：1）二維俯視家居全景圖：在智能家居中，了解所有家居設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)是重要的需求之一。HouseGenie 提供的二維俯視家居全景圖，使用戶可以便捷全面的掌握家居設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)（如開啟、關(guān)閉），也便于用戶快速自然定位所需控制的家居設(shè)備圖標(biāo)并與之交互。2）直接操作體驗(yàn)的家居設(shè)備控制：在傳統(tǒng)的智能家居中，每個(gè)設(shè)備都具有自己獨(dú)立的控制器。當(dāng)用戶希望交替控制多種家居設(shè)備時(shí)，這種方式顯得較為笨拙與不便。HouseGenie 以手指觸摸為主要交互方式，用戶通過“指點(diǎn)”即可調(diào)用家居設(shè)備的控制功能接口，并在界面上及時(shí)了解設(shè)備狀態(tài)的反饋；提供的“拖拽”模式也較好的滿足了用戶對兩臺(tái)設(shè)備間的協(xié)作需求，如屏幕共享、文件播放等。3）隨時(shí)隨地的監(jiān)控體驗(yàn)：HouseGenie 選擇手機(jī)作為其交互界面的載體，使得用戶可以在家居中、路途中、辦公時(shí)隨時(shí)隨地的了解家居設(shè)備的狀態(tài)，并依照需求遠(yuǎn)程控制各種網(wǎng)絡(luò)化家居設(shè)備。

圖1 智能家居中使用HouseGenie 的示意圖（左為MID 手機(jī)版本，右為Android 手機(jī)版本）

2.現(xiàn)有相關(guān)通用控制器的優(yōu)勢與不足

羅技公司的Harmony3是較早較為成功的一款家居設(shè)備通用控制器，它可以集成控制具有紅外遙控的家居設(shè)備，其最新版本采用了基于觸摸的自然交互方式，但較為繁瑣，且只限于單向控制，難以監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)。CRISTAL創(chuàng)新性的使用多觸點(diǎn)桌面作為家居控制界面，通過融合屋頂攝像頭拍攝的實(shí)時(shí)家居俯視圖與家居設(shè)備的虛擬操控界面，為用戶提供了良好的客廳多媒體設(shè)備的協(xié)作體驗(yàn)。然而，CRISTAL 對多觸點(diǎn)桌面的依賴，使得它并不能隨時(shí)隨地的完成家居設(shè)備控制的任務(wù)，其屋頂?shù)臄z像頭也有暴露家居隱私等問題。

在使用手機(jī)或手持設(shè)備作為家居控制器方面，Join-the-Dots，OSCAR和RELATE.

允許用戶建立環(huán)境中多個(gè)網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備間的協(xié)作關(guān)系。其中，使用了基于線的隱喻，利用在設(shè)備圖標(biāo)間“畫線”建立設(shè)備間的協(xié)作關(guān)系；允許用戶通過簡單的界面配置，為常用的復(fù)合任務(wù)創(chuàng)建可重用的任務(wù)。的主要問題在于缺乏界面上的設(shè)備圖標(biāo)與設(shè)備所在的實(shí)際物理空間中位置的對應(yīng)，導(dǎo)致當(dāng)設(shè)備較多時(shí)用戶可能會(huì)難以快速準(zhǔn)確找到所希望控制的設(shè)備。通過引入相對位置模式解決了上述問題，它將設(shè)備資源的圖標(biāo)依照相對于當(dāng)前設(shè)備的位置顯示在屏幕的四個(gè)邊界上。這種方法可以幫助用戶快速的發(fā)現(xiàn)并使用臨近的設(shè)備資源，但缺點(diǎn)在于其界面是時(shí)刻動(dòng)態(tài)變化的（家居場景中多數(shù)設(shè)備的位置是固定的），增加了用戶額外的認(rèn)知負(fù)擔(dān)。有代表性的提出了基于選擇（Selective）和基于自然直接操作的兩種交互方式，其中基于選擇的交互方式以列表的模式顯示出所有的家居設(shè)備，為本文提供了較好的參考；而基于自然直接操作的方式則利用手持設(shè)備的攝像頭捕捉用戶臨近的設(shè)備，并實(shí)時(shí)在界面上生成出該設(shè)備的控制菜單。

3.HouseGenie 與智能家居中央服務(wù)器系統(tǒng)架構(gòu)

如圖2 所示，HouseGenie 通過輪詢的方式從智能家居中央服務(wù)器獲取當(dāng)前的設(shè)備信息（包含設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備接口及設(shè)備間關(guān)系），并顯示在交互式UI 界面上為用戶所用。特別的，HouseGenie 的本地?cái)U(kuò)展服務(wù)模塊為調(diào)用特殊的設(shè)備服務(wù)（如PC 屏幕共享提供的VNC服務(wù)）預(yù)留了擴(kuò)展服務(wù)接口；而多模態(tài)識(shí)別擴(kuò)展引擎則預(yù)留為后續(xù)識(shí)別用戶的多模態(tài)輸入。

智能家居中央服務(wù)器統(tǒng)一維護(hù)并管理智能家居中的所有網(wǎng)絡(luò)化家居設(shè)備，其內(nèi)部采用OSGi 框架集成各個(gè)功能模塊（Bundle）。如圖2 所示，用戶的控制命令經(jīng)“通用設(shè)備接口”。

發(fā)送至情境管理Bundle，后者針對情境將其轉(zhuǎn)義為設(shè)備控制請求，并轉(zhuǎn)發(fā)至“設(shè)備管理器”。

設(shè)備管理器通過調(diào)用不同類型的“設(shè)備適配器”，將最終的命令傳遞至網(wǎng)絡(luò)化家居設(shè)備。 “設(shè)備識(shí)別器”實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的獲取設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，發(fā)送給“數(shù)據(jù)管理”，供“情境管理”等使用。