摘  要： 信息家電的智能化促進(jìn)了家庭設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接和網(wǎng)絡(luò)控制的需求。通過(guò)Web Service將信息家電控制功能描述并發(fā)布，為遠(yuǎn)程用戶提供設(shè)備服務(wù)控制。基于對(duì)當(dāng)前家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制界面現(xiàn)狀的分析，提出一種基于Web Service的自動(dòng)界面生成技術(shù)。該方法可使遠(yuǎn)程用戶的Android智能設(shè)備根據(jù)信息家電的WSDL信息描述自動(dòng)生成控制界面并動(dòng)態(tài)更新界面。為驗(yàn)證這種方法，設(shè)計(jì)一個(gè)信息家電控制模型。結(jié)果表明，該方法能夠自動(dòng)構(gòu)建信息家電控制界面。
關(guān)鍵詞： Web Service；WSDL；信息家電；界面自動(dòng)構(gòu)建；Android

    信息家電是指帶有嵌入式處理器的家用信息設(shè)備，它的基本特征是與網(wǎng)絡(luò)相連而有一些具體功能。信息家電利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信、人工智能等技術(shù)，將與家庭生活相關(guān)的各種家電子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起，通過(guò)綜合家庭范圍內(nèi)的本地管理與控制以及來(lái)自家庭之外的遠(yuǎn)程管理與控制，使家庭生活更有效、更便捷。
    Web Service是面向服務(wù)的體系架構(gòu)，可以為服務(wù)請(qǐng)求者提供特定服務(wù)，其使用開(kāi)放協(xié)議進(jìn)行通信，建立在相關(guān)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和開(kāi)發(fā)的XML標(biāo)準(zhǔn)之上，具有獨(dú)立的語(yǔ)言且可進(jìn)行自我描述，可以實(shí)現(xiàn)不同平臺(tái)的應(yīng)用服務(wù)的互操作，且這種交互完全與平臺(tái)和語(yǔ)言無(wú)關(guān)，使用一個(gè)WSDL文檔和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（通常是HTTP）來(lái)定義接口、描述服務(wù)[1]。Web Service的這些特點(diǎn)使其與其他的私有協(xié)議相較在家電控制領(lǐng)域具有利于應(yīng)用開(kāi)發(fā)、克服通信協(xié)議異構(gòu)問(wèn)題、與Web天然交互性好等優(yōu)勢(shì)，因此采取Web服務(wù)來(lái)控制家電。WSDL是一個(gè)基于XML格式的文檔，用來(lái)描述服務(wù)端口訪問(wèn)方式和使用協(xié)議的細(xì)節(jié)，通常采用抽象語(yǔ)言描述服務(wù)支持的操作和信息。基于Web Service實(shí)現(xiàn)家電設(shè)備功能描述和交互控制是當(dāng)前家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[2]。人們可以采用手機(jī)或PDA開(kāi)啟空調(diào)到合適溫度、查看家中生病的老人或無(wú)人看護(hù)的小孩的情況、在回家途中查看冰箱物品存儲(chǔ)情況等。在這一類應(yīng)用中，如果針對(duì)每一款設(shè)備都做一個(gè)界面，比較繁瑣，因此需要?jiǎng)討B(tài)生成工具，為用戶提供動(dòng)態(tài)的、便于操作的家電控制界面。目前的研究多關(guān)注在協(xié)議層的融合，較少研究操作界面的生成和定制，而且在研究協(xié)議層融合的同時(shí)，相對(duì)應(yīng)的操作界面的生成實(shí)現(xiàn)較少。
    本文對(duì)當(dāng)前的信息家電控制界面自動(dòng)生成技術(shù)進(jìn)行研究，提出一種面向Android遠(yuǎn)程終端的信息家電控制界面自動(dòng)生成技術(shù)的方法。該方法提出了基于Web Service對(duì)信息家電的設(shè)備服務(wù)描述(其中包含了控制界面的關(guān)鍵信息)，并根據(jù)生成的服務(wù)描述文件(WSDL文檔)生成Android系統(tǒng)中可使用的界面設(shè)置文件(XML文件)，遠(yuǎn)程終端調(diào)用根據(jù)服務(wù)描述信息生成的XML文件，在Android設(shè)備中為用戶提供控制界面的呈現(xiàn)。
1 信息家電控制界面自動(dòng)生成技術(shù)
1.1 現(xiàn)有技術(shù)研究現(xiàn)狀
    家庭設(shè)備控制界面技術(shù)的研究，從最初的用戶界面管理系統(tǒng)到后來(lái)的基于模型的用戶界面技術(shù)，隨著家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展也不斷進(jìn)步。
    國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)遠(yuǎn)程控制界面進(jìn)行了研究。KIM H S[3]等通過(guò)對(duì)家庭網(wǎng)關(guān)技術(shù)的研究，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了在家庭網(wǎng)關(guān)上配置HTTP Server，用戶通過(guò)瀏覽器查看設(shè)備狀態(tài)、完成設(shè)備控制操作，但該方法得到的控制界面都是靜態(tài)頁(yè)面，不是自動(dòng)生成。CHO S Y等[4]通過(guò)對(duì)家庭網(wǎng)絡(luò)中的Web Server技術(shù)的研究，提出了通過(guò)Web Server向遠(yuǎn)程用戶提供控制界面的方法，但在研究中并沒(méi)有具體實(shí)現(xiàn)方法。國(guó)內(nèi)學(xué)者田紅成等[5]對(duì)基于IPv6的信息家電控制界面的研究中，提出一種基于UPnP的家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)模板文件，根據(jù)該模板文件自動(dòng)生成設(shè)備控制界面。但該技術(shù)中對(duì)按鍵的設(shè)計(jì)及關(guān)聯(lián)沒(méi)有明確的說(shuō)明。韓穎錚等[6]提出基于家庭網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的控制界面生成技術(shù)，在設(shè)備描述中增加“界面生成關(guān)鍵信息”，家庭網(wǎng)關(guān)根據(jù)這些信息有效地自動(dòng)生成控制界面。該方法雖然實(shí)現(xiàn)了設(shè)備界面的自動(dòng)生成，但是還是基于Web頁(yè)面的方式呈現(xiàn)，安全性和多樣性上存在不足。
1.2 現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題
    通過(guò)上述對(duì)現(xiàn)有研究技術(shù)的分析可知，當(dāng)前能夠?qū)崿F(xiàn)信息家電界面自動(dòng)生成的研究較少。信息家電設(shè)備控制界面生成技術(shù)主要有以下兩種基本情況。
    (1)信息家電設(shè)備根據(jù)預(yù)先設(shè)定的固定界面，下載到用戶客戶端或者家庭內(nèi)部網(wǎng)關(guān)上安裝，以此形成的控制界面完成信息家電設(shè)備的控制。這種方式形成的操作界面可選擇性多，但是設(shè)備更新或升級(jí)需要重新下載并安裝新的界面，且多種設(shè)備控制界面獨(dú)立存在，難以整合，給用戶帶來(lái)諸多不便。
    (2)利用信息家電在家庭網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中發(fā)布的信息實(shí)現(xiàn)界面的自動(dòng)生成。這種條件下，由于提供的信息量比較少，使得生成的界面過(guò)于簡(jiǎn)單，不便于操作；另外，在這種條件下生成的界面一般都是依托于網(wǎng)頁(yè)提供給用戶，雖然有些研究已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一些動(dòng)態(tài)效果，但是對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)還是較為單一且有些呆板。
2 面向界面自動(dòng)生成的家電控制模型及仿真
    針對(duì)前面界面生成技術(shù)中提到的問(wèn)題，借鑒當(dāng)前多種家庭網(wǎng)絡(luò)中家電設(shè)備界面生成的框架，本文系統(tǒng)地完成了一個(gè)面向界面自動(dòng)生成的信息家電控制模型，并設(shè)計(jì)完成了適用于Android系統(tǒng)的界面生成器。
2.1 家電設(shè)備控制模型
    本研究設(shè)計(jì)的信息家電控制模型的結(jié)構(gòu)如圖1所示。接入家庭網(wǎng)絡(luò)的信息家電設(shè)備采用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使得信息家電可以處于家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)或者遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)中。信息家電設(shè)備中的安全模塊可以保證家電接入家庭網(wǎng)絡(luò)的安全性，在設(shè)備控制模塊中有設(shè)備服務(wù)的參數(shù)設(shè)置、控制按鍵設(shè)置等有關(guān)設(shè)備控制操作相關(guān)的功能。通過(guò)Web Service對(duì)家庭網(wǎng)絡(luò)中的信息家電設(shè)備進(jìn)行抽象與發(fā)布，由此形成的WSDL文檔中關(guān)于信息家電詳細(xì)的設(shè)備服務(wù)描述，包含設(shè)備描述、服務(wù)狀態(tài)描述及呈現(xiàn)、服務(wù)關(guān)聯(lián)、控制按鍵等設(shè)備操作描述。通過(guò)Internet將生成的WSDL文檔的URL傳輸給安裝有本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的界面生成器的Android系統(tǒng)設(shè)備，界面生成器會(huì)自動(dòng)完成對(duì)WSDL描述文件的解析，轉(zhuǎn)換成為Android系統(tǒng)可用的XML布局文件，并添加設(shè)備控制功能的相關(guān)代碼實(shí)現(xiàn)家電控制界面的自動(dòng)構(gòu)建。

2.2 面向Android系統(tǒng)的界面生成器
    目前，Android應(yīng)用程序基本采用XML文件的形式通過(guò)對(duì)按鈕、文本、列表等控件的設(shè)置來(lái)完成界面的布局。如在相對(duì)布局方式中有一個(gè)名字為btn_1的Button控件，并且Button上顯示的文字是“OpenLayout!”，描述文件如下：
    <LinearLayout
    <Button
        android:id="@+id/ btn_1"
        android:text="OpenLayout!"
       />
    </LinearLayout>
    本文提出的界面生成器可以完成將設(shè)備服務(wù)描述文件轉(zhuǎn)換成Android系統(tǒng)界面布局所需要的XML文件，以此來(lái)完成設(shè)備控制界面的自動(dòng)生成。在界面生成器中完成了WSDL文檔解析轉(zhuǎn)換成為XML文件，實(shí)現(xiàn)界面布局與界面生成技術(shù)相結(jié)合，并結(jié)合Android編碼實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的設(shè)備控制操作，自動(dòng)完成信息家電設(shè)備的控制界面在Android系統(tǒng)中的呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)信息家電設(shè)備界面的自動(dòng)構(gòu)建。
    根據(jù)對(duì)設(shè)備服務(wù)描述文件的分析，將信息家電設(shè)備的服務(wù)描述分成3部分來(lái)完成WSDL文檔向XML文件的轉(zhuǎn)換，即設(shè)備描述模塊、服務(wù)描述模塊和操作描述模塊，設(shè)計(jì)完成的界面生成器的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

    設(shè)備描述模塊用來(lái)存儲(chǔ)家庭網(wǎng)絡(luò)中信息家電設(shè)備的描述信息，其中包含信息家電的網(wǎng)絡(luò)地址ADR、信息家電設(shè)備名稱DeviceName、信息家電在網(wǎng)絡(luò)中的端口號(hào)DevicePort等。服務(wù)描述模塊主要用來(lái)保存服務(wù)的描述信息，主要的設(shè)備服務(wù)描述信息包括設(shè)備服務(wù)的種類Device_Service_Type以及設(shè)備服務(wù)數(shù)目Device_Service_Num等。操作描述模塊是整個(gè)界面生成器中的主要模塊，用來(lái)存儲(chǔ)設(shè)備操作的描述信息，包含了設(shè)備控制操作的名稱（如輸入、輸出等）、設(shè)備操作相對(duì)應(yīng)的輸入或輸出參數(shù)的設(shè)置等。
    WSDL文檔通過(guò)界面生成器轉(zhuǎn)換成XML布局文件的過(guò)程如下：
    (1)從頭開(kāi)始對(duì)WSDL文檔進(jìn)行順序掃描，按照設(shè)備描述模塊、服務(wù)描述模塊和操作模塊將WSDL文檔分割成分別屬于上述模塊的子段，然后根據(jù)模塊內(nèi)的描述信息將分割的模塊子段抽象成為一般形式，并且根據(jù)子段間的相互依賴性將相關(guān)聯(lián)的子段組合起來(lái)，按照對(duì)應(yīng)子段在WSDL文檔中的位置，將其寫(xiě)入到XML文件中。
    (2)如果掃描到?jīng)]有相互依賴的子段，則直接進(jìn)行抽象；如果掃描到的子段具有相互依賴性，則根據(jù)模塊的依賴性(例如是否綁定、是否是復(fù)雜類型描述等)分別處理：
    ①如果掃描到的模塊依賴于設(shè)備描述模塊，則使用設(shè)備描述模塊中的元素值進(jìn)行對(duì)應(yīng)的抽象替換，形成相應(yīng)的子段。
    ②如果掃描到依賴于服務(wù)描述模塊的子段，則先進(jìn)行設(shè)備描述模塊的抽象，再取服務(wù)描述模塊中的元素進(jìn)行替換，并將替換后的字符串進(jìn)行組合，形成相應(yīng)的子段。
    ③如果掃描到依賴于操作描述模塊的子段，則先進(jìn)行服務(wù)描述模塊的抽象替換，然后再取操作描述模塊中的元素進(jìn)行相應(yīng)的替換，生成類型一致的字符串，并組合起來(lái)形成對(duì)應(yīng)的子段。
    在界面生成器中包含的部分映射關(guān)系如下：“<wsdl:service name”映射到XML布局文件的整體布局的惟一標(biāo)識(shí)“android:id”和Java代碼中的接口名稱，“<wsdl:port-Type name”可對(duì)應(yīng)于Java代碼中可被調(diào)用的函數(shù)庫(kù)，在portType元素中包含的operation元素，映射到XML布局文件中的控件屬性(如默認(rèn)文本顯示)和Java代碼中的控件包含的方法實(shí)現(xiàn)(如輸入輸出以及其他操作)，其中“<wsdl:operation name”可映射到XML布局文件中控件的惟一標(biāo)識(shí)“android:id”并對(duì)應(yīng)于Java代碼中的實(shí)現(xiàn)方法。
    (3)最終將得到的各個(gè)子段按照其在WSDL文檔中的相對(duì)位置組合，這樣便生成了信息家電設(shè)備控制界面的XML布局文件。
    在WSDL文檔的抽象解析過(guò)程中，將布爾型采用普通的Button控件來(lái)表示，將枚舉類型（enumeration）根據(jù)其基數(shù)情況采用列表或者RadioButton控件表示，將字符串類型有輸入要求的采用EditText控件表示，對(duì)于無(wú)參數(shù)輸入的采用TextView控件表示，符合Android系統(tǒng)對(duì)界面布局文件的要求且增加了自動(dòng)生成界面與用戶的交互性。
    用戶通過(guò)遠(yuǎn)程終端（Android設(shè)備）上的界面生成器訪問(wèn)家庭網(wǎng)絡(luò)中提供的設(shè)備描述文件的URL，就能夠獲取服務(wù)控制界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的操作和控制。
3 家電控制模型仿真及結(jié)果

    信息家電設(shè)備接入到家庭網(wǎng)絡(luò)中可采用有線和無(wú)線兩種方式。有線網(wǎng)絡(luò)比較穩(wěn)定、安全性比較高；無(wú)線網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單方便，并且可以滿足設(shè)備的移動(dòng)性。在本文的仿真中，設(shè)備的接入采用有線方式接入局域網(wǎng)，而用戶的控制設(shè)備則采用無(wú)線方式。
    編程仿真實(shí)現(xiàn)虛擬冰箱和虛擬空調(diào)程序，以此分別完成對(duì)冰箱和空調(diào)的模擬。將兩臺(tái)虛擬設(shè)備和一臺(tái)安裝有界面生成器的Android設(shè)備連接在同一個(gè)家庭局域網(wǎng)內(nèi)，開(kāi)啟兩臺(tái)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。根據(jù)家電控制模型，信息家電通過(guò)Web Service完成家電服務(wù)的描述以及發(fā)布，生成WSDL文檔，將WSDL文檔作為界面生成器的輸入?yún)?shù)，解析轉(zhuǎn)換成XML布局文件，形成Android系統(tǒng)的控件，區(qū)分出服務(wù)區(qū)域，得到風(fēng)格統(tǒng)一的家電控制界面，如圖3所示。用戶可以通過(guò)生成的家電控制界面對(duì)家電進(jìn)行操作控制。用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送家電設(shè)備控制請(qǐng)求，從而完成對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

    點(diǎn)擊圖3中的空調(diào)選項(xiàng)，針對(duì)空調(diào)的控制界面會(huì)自動(dòng)彈出，如圖4所示。在該頁(yè)面中，空調(diào)當(dāng)前狀態(tài)以及空調(diào)的控制按鍵自動(dòng)呈現(xiàn)。用戶可在此控制界面上進(jìn)行空調(diào)的開(kāi)關(guān)、溫度的升降、模式選擇等操作，操作完成后在設(shè)備控制界面和虛擬空調(diào)的控制界面上都可以看到操作效果。
    本文提出了面向界面自動(dòng)生成的信息家電控制模型，在界面生成器中完成了設(shè)備服務(wù)描述信息的提取及可視化，為信息家電控制界面的呈現(xiàn)提供了信息，針對(duì)當(dāng)前的Android系統(tǒng)設(shè)備，利用這些信息，可以完成便捷的、個(gè)性的、人性化的信息家電設(shè)備控制界面的自動(dòng)構(gòu)建。后續(xù)工作將研究信息家電控制界面的優(yōu)化問(wèn)題，例如對(duì)于某個(gè)控件的自動(dòng)選擇方法，使用文本輸入還是單選菜單更合理、更人性化，需要設(shè)計(jì)一定的優(yōu)化算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。
參考文獻(xiàn)
[1] 王曉東，姜浩.Web Service同傳統(tǒng)分布式技術(shù)的比較分析[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2008，18(3)：125-127.
[2] SONG K，LEE K H.An automated generation of xforms in terfaces for Web Services[C].Proceedings of the International Conference on Web Services，2007：856-863.
[3] KIM H S，HAN S S，LEE C G.The jini-based broadband power line communication(BPLC)  home control system[C]. ISITC：Information Technology Convergence，2007：86-90.
[4] CHO S Y，SEO D Y，KIM T Y.Gateway framework for home appliances’s interoperability based on heterogeneous middleware in residential network[C].2002 Digest of Technical papers，International Conference，2002：98-99.
[5] 田紅成，陳萍，張蓓，等.IPv6信息家電控制界面的自動(dòng)生成技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)工程，2007，33（3）：262-264.
[6] 韓穎錚，陸以勤.家庭網(wǎng)絡(luò)控制界面自動(dòng)生成技術(shù)及仿真[C].長(zhǎng)沙：CERNET第十七屆學(xué)術(shù)年會(huì)，2010：383-387.