觸屏手機實(shí)現家居設備監控

1.引言

在傳統的家居環(huán)境中，家居設備的監控界面多是分離的，用戶(hù)只能通過(guò)各個(gè)設備獨立提供的監視（如電視顯示屏）與控制界面（如紅外遙控器）來(lái)實(shí)現對單一設備的監控，且監控距離受限（設備周邊）；家居設備間的協(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(xiàn)連接的DVD 或電腦），用戶(hù)無(wú)法動(dòng)態(tài)的建立多個(gè)家居設備間的協(xié)作關(guān)系。

近年來(lái)，隨著(zhù)便捷舒適的智能數字家居概念的普及與發(fā)展，工業(yè)界與學(xué)術(shù)界涌現出了眾多網(wǎng)絡(luò )化的家居設備，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 )基礎設施（如家庭無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)等）也逐步成為普通家庭的必備設施之一。網(wǎng)絡(luò )化家居設備的出現與家庭網(wǎng)絡(luò )基礎設施的成功部署，使得用戶(hù)在智能家居中通過(guò)集成的同一界面隨時(shí)隨地了解家居設備的狀態(tài)、遠程控制家居設備成為可能。在現有的方法中，工業(yè)界多從家居設備的網(wǎng)絡(luò )化標準協(xié)議入手，促成家居設備的互聯(lián)互通，較為著(zhù)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(kāi)始著(zhù)眼于如何將互聯(lián)互通的各個(gè)設備上分散的監控接口集成起來(lái)，為用戶(hù)提供一個(gè)家居設備通用監控器?，F有的家居設備通用監控器雖各具特色，但在舒適性、便捷性以及直觀(guān)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。

家居設備通用監控器需要一個(gè)合適的載體為用戶(hù)所用。調研工作[5]表明，用戶(hù)在家居生活中更愿意使用手機而非傳統計算機，因為手機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(zhù)手機的發(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，逐漸成為主流的交互方式，如iPhone, gPhone, WindowsPhone 7 等。鑒于上述特點(diǎn)，本文認為，用戶(hù)隨身攜帶的觸屏手機，是智能家居中監控各種網(wǎng)絡(luò )化設備界面的理想載體。

因此，本文提出了一種基于觸屏手機的家居設備監控器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(hù)可以便捷全面的掌握家居設備的實(shí)時(shí)狀態(tài)（如開(kāi)啟、關(guān)閉），也便于用戶(hù)快速自然定位所需控制的家居設備圖標并與之交互。2）直接操作體驗的家居設備控制：在傳統的智能家居中，每個(gè)設備都具有自己獨立的控制器。當用戶(hù)希望交替控制多種家居設備時(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(hù)通過(guò)“指點(diǎn)”即可調用家居設備的控制功能接口，并在界面上及時(shí)了解設備狀態(tài)的反饋；提供的“拖拽”模式也較好的滿(mǎn)足了用戶(hù)對兩臺設備間的協(xié)作需求，如屏幕共享、文件播放等。3）隨時(shí)隨地的監控體驗：HouseGenie 選擇手機作為其交互界面的載體，使得用戶(hù)可以在家居中、路途中、辦公時(shí)隨時(shí)隨地的了解家居設備的狀態(tài)，并依照需求遠程控制各種網(wǎng)絡(luò )化家居設備。

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

2.現有相關(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備通用控制器，它可以集成控制具有紅外遙控的家居設備，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，難以監視設備狀態(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(guò)融合屋頂攝像頭拍攝的實(shí)時(shí)家居俯視圖與家居設備的虛擬操控界面，為用戶(hù)提供了良好的客廳多媒體設備的協(xié)作體驗。然而，CRISTAL 對多觸點(diǎn)桌面的依賴(lài)，使得它并不能隨時(shí)隨地的完成家居設備控制的任務(wù)，其屋頂的攝像頭也有暴露家居隱私等問(wèn)題。

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

允許用戶(hù)建立環(huán)境中多個(gè)網(wǎng)絡(luò )化設備間的協(xié)作關(guān)系。其中，使用了基于線(xiàn)的隱喻，利用在設備圖標間“畫(huà)線(xiàn)”建立設備間的協(xié)作關(guān)系；允許用戶(hù)通過(guò)簡(jiǎn)單的界面配置，為常用的復合任務(wù)創(chuàng )建可重用的任務(wù)。的主要問(wèn)題在于缺乏界面上的設備圖標與設備所在的實(shí)際物理空間中位置的對應，導致當設備較多時(shí)用戶(hù)可能會(huì )難以快速準確找到所希望控制的設備。通過(guò)引入相對位置模式解決了上述問(wèn)題，它將設備資源的圖標依照相對于當前設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(hù)快速的發(fā)現并使用臨近的設備資源，但缺點(diǎn)在于其界面是時(shí)刻動(dòng)態(tài)變化的（家居場(chǎng)景中多數設備的位置是固定的），增加了用戶(hù)額外的認知負擔。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備的攝像頭捕捉用戶(hù)臨近的設備，并實(shí)時(shí)在界面上生成出該設備的控制菜單。

3.HouseGenie 與智能家居中央服務(wù)器系統架構

如圖2 所示，HouseGenie 通過(guò)輪詢(xún)的方式從智能家居中央服務(wù)器獲取當前的設備信息（包含設備狀態(tài)、設備接口及設備間關(guān)系），并顯示在交互式UI 界面上為用戶(hù)所用。特別的，HouseGenie 的本地擴展服務(wù)模塊為調用特殊的設備服務(wù)（如PC 屏幕共享提供的VNC服務(wù)）預留了擴展服務(wù)接口；而多模態(tài)識別擴展引擎則預留為后續識別用戶(hù)的多模態(tài)輸入。

智能家居中央服務(wù)器統一維護并管理智能家居中的所有網(wǎng)絡(luò )化家居設備，其內部采用OSGi 框架集成各個(gè)功能模塊（Bundle）。如圖2 所示，用戶(hù)的控制命令經(jīng)“通用設備接口”。

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

設備管理器通過(guò)調用不同類(lèi)型的“設備適配器”，將最終的命令傳遞至網(wǎng)絡(luò )化家居設備。 “設備識別器”實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的獲取設備的當前狀態(tài)，發(fā)送給“數據管理”，供“情境管理”等使用。