1.       引言

云計算（cloud computing），是一種新興的商業計算模型，他將計算任務分布在大量計算機構成的資源池上，使各種應用系統能夠根據需要獲取計算能力、存儲空間和各種軟件服務^[1]。云計算服務不僅包括網絡上以應用的方式提供的服務，還包括以提供數據中心的硬件或者系統軟件為內容的服務，我們把數據中心的軟件和硬件就稱之為云^[2]。Web應用和web服務放置在大型的數據中心或者大型的服務器上，然后以服務的形式發布以供別人通過網絡進行訪問。

云是一個虛擬計算機資源池，實現了將計算效能作為互聯網服務進行傳遞^[3]。它能夠動態分配虛擬或者物理計算機以部署不同工作強度的計算任務并且監控實時使用的資源從而在需要的時候對分配的任務進行重新平衡^[2]。

云計算的架構有很高的擴展性和穩定性所以深受企業的青睞^[4]。

智能家庭是普適計算的一種概念，到現在為止還沒有一個官方的定義，在大多數人看來，智能空間是在數字家庭中利用普適計算的相關算法來提供人性化的服務，在智能家庭中為了形成一個能夠互相交流的網絡，主要的家電和服務必須能夠遠程監視、控制和訪問�，F有的智能家庭只能夠提供給用戶本智能空間內所存在的服務，所以服務的種類大大減少, 服務質量也不高。

現階段，云計算和智能家庭在其各自的領域內發展都非�？焖�，但是到目前為止還沒有相關的研究把二者結合起來，在這篇論文中我們將把云計算應用到智能家庭中，使更多的人能夠從云計算中受益。

這篇文章的結構如下：第二部分主要介紹智能家庭的內部架構以及家庭網關的作用；第三部分主要描述智能家庭所能利用的云架構的網絡結構；第四部分提出了適合智能家庭的的云架構；第五部分是結束語部分。

2.       智能家庭的結構

為了能夠在智能家庭中利用云計算提供的服務，那么需要將起橋接作用的家庭網關進行有效的改進，使之能夠完成將智能家庭中提供的服務發布到云上，還能從云中搜索適合智能家庭中用戶所需要的服務來滿足智能家庭中用戶的需求，提高他們的用戶體驗，同時智能家庭中的網關還需要將這些服務存儲成特定的格式，以便智能家庭中的智能設備能夠很容易的使用。

1)        智能家庭中的內部結構

為了能夠將云計算應用到智能家庭中，智能家庭必須滿足以下的需求：

l         互相連通。所謂互相連通是指在智能家庭中的所有設備都必須能夠互相連通。智能家庭中設備之間相互連接的協議多種多樣，例如有以太網、藍牙、Wi-Fi等等，智能家庭中的設備沒必要直接相互連接，我們可以通過設備之間的傳遞連接來實現互相連接，例如：通過藍牙電視機可以很好的與打印機相連接，同時打印機也可以通過Wi-Fi來與手機相互連接，因此電視機就與手機之間就可以通過打印機來實現相互連接，圖1所示為智能家庭的網絡結構，在此圖中的智能家庭網絡是指設備之間不是通過家庭網關來實現的直接互聯。

 圖1. 智能家庭的網絡結構

l         智能控制。智能家庭必須能夠實現遠程控制，所謂的遠程控制是指不僅能夠在智能家庭中也包括在智能家庭外部。在智能家庭中的設備和服務可以被很智能的管理和相互合作比如設備和服務的自動發現自動刪除以及不同設備間的數據自動轉換等等。

l         統一接口。在智能家庭中的并不是所有的設備都能在智能家庭外部也能被訪問，因為彼此之間的協議和設備接口存在很大的差異，所以很多設備是不能被訪問的，但是Web Service技術通過統一接口可以很容易的做到這一點。

2)        家庭網關

為了實現智能家庭和云計算的融合，需要在家庭網關上安裝軟件以實現將整個智能家庭作為一個虛擬的資源，就好像是在一臺計算機上安裝一個虛擬機一樣。

用戶可以在授予的權限之內共享智能家庭中提供的服務，智能家庭可以以收費的模式來向外界提供服務。

家庭網關的另外一個作用就是從智能家庭外部搜索服務，并查找適合用戶設備的服務以滿足用戶的需求，同時智能家庭網關也可以以一定的格式來存儲適合設備的服務，使的服務很容易被設備發現。

這里有很多方法來模塊化家庭網關的架構，我們提出以下幾種建議計劃。

l         設備管理器

在這個模塊中將智能家庭中的每一個設備進行虛擬化并且在底層進行交互。設備管理器能夠合理的利用和控制智能家庭中的所有設備，一旦接到一個來自上層的服務請求，設備管理器將會很有效的將其部署到合適的的家電上去完成。

l         服務管理器

服務和設備并不是一一對應的關系，一個設備可以提供多種服務，一個服務可以被分成很多部分發到不同的設備共同完成。

服務管理器向上層屏蔽了這種對應關系而只提供服務，服務管理器通過與設備管理器之間的交互來實現各種具體的執行過程。

l         家庭管理器

家庭管理器管理智能家庭中通用接口，它將服務管理器提供的服務發布到云端，并且當智能家庭中添加新服務以及服務被改變時及時更新到云端。

家庭管理器同時會存儲云上提供的服務，并且將這些服務用設備能夠方便訪問的方式在服務管理器中注冊。

家庭管理器可以看做是一個個的結點，很多的智能家庭組合起來將形成一個具有超強計算能能力和很多服務的集群，這個集群又叫智能家庭云，它是整個云架構的一部分。

   可以將現有的開源的云計算系統進行改進，使之適應智能家庭中的網關需求。我們可以參考現在的智能家庭中的網關架構進行改造。

3.       適應于智能家庭的云拓撲結構

基于智能家庭的云的拓撲結構與普通的云的拓撲結構沒有本質的不同，它通過將智能家庭作為一個基礎設施加入以及將中間件整合到云平臺來擴展普通意義上的云架構。圖2所示為適應于智能家庭的云的拓撲結構圖。

1)        企業范圍的公共云

對于整個云架構來說為了確保在沒有智能家庭的參與下整個云也能夠正常工作，企業云是必不可少的。通常情況下企業范圍內的公共云是由設備制造商或者供應商提供的售后增值服務，所以他們必須能夠獨立運行。

圖2. 云架構的拓撲結構

2)        第三方云

企業范圍的公共云由于設備制造商或供應商的能力有限所以其提供的服務也非常有限，通常情況下企業范圍的公共云提供的服務比如音樂、視頻、自動檢測等對設備的使用者來說都是非常必須的。

在這個需求的作用下整個云架構就需要第三方來提供一些能夠滿足不同使用設備的用戶需求的服務，為了實現這個功能，可以利用基于平臺的架構來實現，Google App Engine就是利用這種方式向外界提供服務的。

3)        智能家庭云

在智能家庭的網關層上看，每一個智能家庭被看做是一個結點，而智能家庭云是由很多個智能家庭結點構成的集群，智能家庭云就像其他由計算機組成的云一樣是整個云架構的一部分，并且智能家庭云也可以向外界提供不同的服務。

智能家庭網關在智能家庭云中發揮著重要的作用，它管理著智能家庭中所有設備提供的服務，同時提供相應的方法來允許智能家庭外部的設備合理的利用智能家庭中的服務，并且智能網關還能搜索智能家庭外部的服務并且通知家庭內部的設備如何訪問這些服務。

4.       基于智能家庭的云架構

融入智能家庭的云架構可以分為三部分：基礎設施層，平臺層和服務接口層。圖3為融入智能家庭的云架構圖。

1)        基礎設施層

這一層是整個云架構的最底層，這一層是由物理資源層和虛擬資源層組成。物理資源層用于完成用戶提交的業務操作和運算；資源虛擬層可以將底層的離散物理資源虛擬化成上層虛擬機池（計算資源池、存儲資源池、網絡資源池、數據資源池），為用戶提供計算執行環境的虛擬化。

2)        平臺層

這一層是整個云架構中最重要的一層它包括資源管理模塊和安全管理模塊。資源管理模塊主要負責資源調度和檢測系統處理狀態以及注冊和刪除虛擬的智能家庭。安全管理模塊是確保云處理的穩定性以及保護出售服務第三方的經濟利益，使用戶在收費模式的情況下共享第三方提供的服務。

圖3 云架構圖

3)        服務層

服務層是直接與用戶交互的一層，用戶可利用云平臺提供的應用程序接口方便的創建和部署他們的應用和服務。企業公共云、第三方云和智能家庭云都可以提供終端服務。

5.       結束語

本文通過將原來的云架構以及智能家庭中的智能網關進行改造使智能家庭內部的數字設備能夠利用云端的各種優質服務來滿足用戶的需求，并且智能家庭內部的各種數字設備提供的服務也可以通過智能網關技術發布到云端來供其他用戶使用，從而實現智能家庭與云計算的相互融合。本論文中提出的只是一個概念模型，后續我們將會花大量的時間來完善和實現云計算和智能家庭的融合。

參考文獻

[1]     Hayes B.Cloud computing[J].Commun ACM,2008,51(7):9-11.

[2]     Greg Boss, Padma Malladi, Dennis Quan, Linda Legregni, and Harold Hall. Cloud Computing. IBM White Paper, 2007

[3]     Rajkumar Buyya,Chee Shin Yeo, and SrikumarVenugopal. Market-Oriented Cloud Computing: Vision, Hype,and Reality for Delivering IT Services as Computing Utilities. 10th IEEE International Conference on High Performance Computing and Communications, HPCC 2008, Dalian, China, Sept. 2008

[4]     Brian Hayes. Cloud Computing. Communications of the ACM. Volume 51, Issue 7. p9-11. New York, NY, USA. July 2008

作者簡介：

魏志強(1969)男，山東青島人，博士生導師，主要研究方向為人工智能、圖形圖像處理；

賈東寧(1970),男, 山東青島人, 高級工程師, 主要研究方向為普適計算、軟件工程。

楊永全(1985),男，山東菏澤人，博士,主要研究方向為普適計算、智能家庭。

史田偉（1983）,女，山東煙臺人，碩士研究生，主要研究方向為普適計算、智能家庭。09909