1.引言

在傳統(tǒng)的家居環(huán)境中，家居設備的監(jiān)控界面多是分離的，用戶只能通過各個設備獨立提供的監(jiān)視（如電視顯示屏）與控制界面（如紅外遙控器）來實現(xiàn)對單一設備的監(jiān)控，且監(jiān)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連接的DVD 或電腦），用戶無法動態(tài)的建立多個家居設備間的協(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)界與學術(shù)界涌現(xiàn)出了眾多網(wǎng)絡化的家居設備，如互聯(lián)網(wǎng)電視、互聯(lián)網(wǎng)冰箱等等。與此同時，家居網(wǎng)絡基礎設施（如家庭無線網(wǎng)關(guān)等）也逐步成為普通家庭的必備設施之一。網(wǎng)絡化家居設備的出現(xiàn)與家庭網(wǎng)絡基礎設施的成功部署，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(xiàn)有的方法中，工業(yè)界多從家居設備的網(wǎng)絡化標準協(xié)議入手，促成家居設備的互聯(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)互通的各個設備上分散的監(jiān)控接口集成起來，為用戶提供一個家居設備通用監(jiān)控器。現(xiàn)有的家居設備通用監(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。

家居設備通用監(jiān)控器需要一個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而非傳統(tǒng)計算機，因為手機在家居中更加便捷易得，可以方便他們隨時隨地的完成任務。隨著手機的發(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，本文認為，用戶隨身攜帶的觸屏手機，是智能家居中監(jiān)控各種網(wǎng)絡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(jiān)控器HouseGenie，如圖1 所示。歸納而言，HouseGenie 具有如下三點特性：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時狀態(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備的實時狀態(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(tǒng)的智能家居中，每個設備都具有自己獨立的控制器。當用戶希望交替控制多種家居設備時，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”即可調(diào)用家居設備的控制功能接口，并在界面上及時了解設備狀態(tài)的反饋；提供的“拖拽”模式也較好的滿足了用戶對兩臺設備間的協(xié)作需求，如屏幕共享、文件播放等。3）隨時隨地的監(jiān)控體驗：HouseGenie 選擇手機作為其交互界面的載體，使得用戶可以在家居中、路途中、辦公時隨時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(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(jiān)視設備狀態(tài)。CRISTAL創(chuàng)新性的使用多觸點桌面作為家居控制界面，通過融合屋頂攝像頭拍攝的實時家居俯視圖與家居設備的虛擬操控界面，為用戶提供了良好的客廳多媒體設備的協(xié)作體驗。然而，CRISTAL 對多觸點桌面的依賴，使得它并不能隨時隨地的完成家居設備控制的任務，其屋頂?shù)臄z像頭也有暴露家居隱私等問題。

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.

允許用戶建立環(huán)境中多個網(wǎng)絡化設備間的協(xié)作關(guān)系。其中，使用了基于線的隱喻，利用在設備圖標間“畫線”建立設備間的協(xié)作關(guān)系；允許用戶通過簡單的界面配置，為常用的復合任務創(chuàng)建可重用的任務。的主要問題在于缺乏界面上的設備圖標與設備所在的實際物理空間中位置的對應，導致當設備較多時用戶可能會難以快速準確找到所希望控制的設備。通過引入相對位置模式解決了上述問題，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)并使用臨近的設備資源，但缺點在于其界面是時刻動態(tài)變化的（家居場景中多數(shù)設備的位置是固定的），增加了用戶額外的認知負擔。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臨近的設備，并實時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 界面上為用戶所用。特別的，HouseGenie 的本地擴展服務模塊為調(diào)用特殊的設備服務（如PC 屏幕共享提供的VNC服務）預留了擴展服務接口；而多模態(tài)識別擴展引擎則預留為后續(xù)識別用戶的多模態(tài)輸入。

智能家居中央服務器統(tǒng)一維護并管理智能家居中的所有網(wǎng)絡化家居設備，其內(nèi)部采用OSGi 框架集成各個功能模塊（Bundle）。如圖2 所示，用戶的控制命令經(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(zhuǎn)義為設備控制請求，并轉(zhuǎn)發(fā)至“設備管理器”。

設備管理器通過調(diào)用不同類型的“設備適配器”，將最終的命令傳遞至網(wǎng)絡化家居設備。 “設備識別器”實時動態(tài)的獲取設備的當前狀態(tài)，發(fā)送給“數(shù)據(jù)管理”，供“情境管理”等使用。