綜述

1.1 問題陳述

由中研院主持的SISARL¹計畫－「老年人居家照護」是交通大學遍佈式嵌入系統實驗室 (Pervasive Embedded System, PES Lab)近幾年的重點研究計畫之一，其旨在藉由逐步增 添智能家電的過程促使老年人所居住的環境有所進化，協助老年人能在自己熟悉的居住 環境安享其老年生活。在這樣的過程中，智能家電開發商扮演著很重要的角色。在尚未 發展健全的智能環境領域內，由於沒有一套通用的開發智能產品技術，使得家電開發商 要設計開發新的智能家電產品及整合各項智能家電所提供的服務具有一定的困難度。為 了方便家電開發商設計能與環境內裝置立即作溝通反應的系統，此研究訂立一套要求具 有下列特性的整合性軟體開發架購：

1. 可整合化開發架構(Composable Development Framework)－在一個智能環境內，會具 有許許多多的即時性反應系統與自動化裝置服務，這些裝置系統彼此之間會互相影 響。此開發架構具有可整合多個相同架構的系統與服務的特性，讓開發者在設計開 發一個智能環境中的即時性反應系統時，能整合多個系統讓它們彼此可以互相地溝 通協調，進而形成一個更大規模、服務功能更多的系統。

2. 可重複使用之功能函式庫(Reusable Functional Libraries)－當任何開發者完成一項即 時性反應系統後，若能根據個別的功能將其封裝成一個函式庫，使得原系統內的即 時反應裝置及服務輕易地在具有相同架構的新系統上被重複使用，對於未來開發智 能環境整合型系統會有相當大的益處。

3. 人性化的程式設計介面與工具(User-friendly Programming Interfaces & Tools)－隨著 現今科技日新月異的進步，程式設計開發不再完全是傳統一行一行的編寫程式碼，

而是將會變得更加簡單，甚至是僅僅以拖曳的方式就能完成一個複雜的程式設計。

這樣簡易快速且人性化的開發方式，在智能環境發展的領域裡，對於智能家電開發        

1  SISARL  為「健康銀髮族用的感測資訊系統及服務( Sensor Information Systems (Services) for Active Retirees  and Assisted Living )」之簡稱。 

商會是一項利多。此架構具有一個能以拖曳方式進行程式開發的設計使用介面，且 能以圖形化的方式呈現，讓開發者更輕易且快速的設計一個智能家電系統，建立即 時反應的自動化機能。

4. 可簡易配置的架構 (Simply Configuration Framework) －智能家電開發商在開發家電 的過程中，並不著重於如何設定裝置溝通的協定及建立智能環境的橋樑。因此本軟 體開發架構提供簡易的開發方式，使得此架構可以快速的與智能環境溝通，自動偵 測找尋環境中的裝置進行配置並加以控制。

1.2 研究方法

為了在開發系統時能具備上述的特性，我們以微軟(Microsoft)的工作流程技術(Windows Workflow Foundation)整合封裝通用隨插即用(Universal Plug and Play，UPnP)抽象分層的 架構。在智慧家庭中的自動化裝置與服務，是屬於一種如同Ptolemy Project[1] 中的即時 性反應系統(Real-Time Reactive Systems)，而本研究即是為了方便開發者設計開發此系統，

以下列三種軟體開發方式完成的開發架構：

™ 軟體開發過程中，我們將構成此架構的兩大基礎元素—運作流程(Operation)及裝置 (Device)以適當地抽象化方式來表達，分為運作抽象化(Operation Abstraction)與裝置 抽象化(Device Abstraction)。前者將架構內的運作流程抽象化以循序(Sequential)及狀 態機(State Machine)這兩種流程方式來表達；後者則是將架構內的裝置抽象化，用 物件模組(Object Model)技術表達在 UPnP 網路上的裝置以及軟體開發架構內各種功 能的元件模組。

™ 軟體開發方法除了上述的抽象分類外，在 Workflow 技術中我們也依功能性的不同 將其內部的模組階層化封裝(Hierarchical Encapsulation)，可分為低層直接控制實體 裝置的模組，高層具有邏輯及自動化功能的模組，及系統與系統之間的互動模組。

清楚且完整的階層化封裝，不但在開發過程中可以任意地整合且置換運作模組或演 算法模組，而且封裝後的邏輯設計還可透過圖形化介面重複運用，與其他的邏輯設 計整合。這樣階層式模組化的設計對於整體智能家庭系統的開發、整合及維護都顯

得更有效率。

™ 在架構中的運作流程及裝置之間的互動，裝置會以事件(Event)的方式通知讓運作流 程接收，進行下一步的運作步驟；運作流程則會以透過控制動作(Control Action)的 方式讓裝置進行動作，事件及動作的機制是此軟體開發架構內運作流程與裝置之間 最重要的溝通方法。

此軟體開發架構最後將實現在具有工作流程(Workflow)與通用隨插即用(UPnP)技術的平 台上，以工作流程技術實現運作流程的抽象化，在工作流程技術的圖形化介面平台上進 行整合性運作流程的設計與開發，並利用封裝功能，快速的拖曳設計且重複運用；通用 隨插即用技術則會實現裝置的抽象化部份，能讓架構內的裝置快速地與環境中實體裝置 進行配置。

1.3 論文大綱

本論文接下來的部份，將在第二章介紹一些背景知識以及相關論文的研究。第三章則是 本研究的重點部份，歸納出此軟體開發架構在開發設計一個即時反應系統時的運作流程 抽象化的選擇法則，以及裝置抽象化的將架構分為五個功能性元件模組並分別描述其設 計時的思考理念，此章節也會詳細介紹在運作流程與裝置之間的傳遞機制，及階層式封 裝過程中的選擇及分類。第四章介紹 UPnP 裝置與 Workflow 模組彼此之間的互動關係，

以及如何透過 UPnP 的發現機制動態的在工作流程技術中配置運作機制的工作流程。第 五章以室內光控系統以及簡單的智慧型置物櫃作為實例來證明此軟體開發架構的可行 性。第六章總結本研究的成果，並提出未來仍可研究的課題。