智能家居的標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議分析

古人云：“沒(méi)有規(guī)矩，無(wú)以成方圓”，在智能家居領(lǐng)域也是如此。在技術(shù)上，智能家居建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)不是設(shè)備或?qū)嵤﹩?wèn)題，而是標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議問(wèn)題。智能家居是一個(gè)多行業(yè)交叉覆蓋的系統(tǒng)工程，各設(shè)備廠商按照不同的接口標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議生產(chǎn)設(shè)備，其結(jié)果是:不同設(shè)備之間的互連、互通變得非常困難。因此，建立共同遵循的標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議是發(fā)展智能家居必須首先解決的問(wèn)題。目前，智能家居領(lǐng)域的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)尚未成熟，各大廠商和相關(guān)組織機(jī)構(gòu)正在著手建立和制定智能家居系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)接口標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。抓住機(jī)會(huì)，參與標(biāo)準(zhǔn)的制定，將給國(guó)內(nèi)廠商帶來(lái)無(wú)窮的機(jī)會(huì)。

　　家庭總線系統(tǒng)

　　家庭總線是智能家居實(shí)現(xiàn)的重要基礎(chǔ)，是住宅內(nèi)部的神經(jīng)系統(tǒng)，其主要作用是連接家中的各種電子、電氣設(shè)備，負(fù)責(zé)將家庭內(nèi)的各種通信設(shè)備(包括安保、電話、家電、視聽(tīng)設(shè)備等)連接在一起，形成一個(gè)完整的家庭網(wǎng)絡(luò)。

　　日本是較早推動(dòng)智能家居發(fā)展的國(guó)家之一，它較早地提出了家庭總線系統(tǒng)（ Home Bus System， 簡(jiǎn)稱HBS ）的概念，成立了家庭總線(HBS)研究會(huì)，并在郵政省和通產(chǎn)省的指導(dǎo)下組成了HBS標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)，制定了日本的HBS標(biāo)準(zhǔn)。按照該標(biāo)準(zhǔn)，H
BS系統(tǒng)由一條同軸電纜和4對(duì)雙絞線構(gòu)成，前者用于傳輸圖像信息，后者用于傳輸語(yǔ)音、數(shù)據(jù)及控制信號(hào)。各類家用設(shè)備與電氣設(shè)備均按一定方式與HBS相連，這些電氣設(shè)備既可以在室內(nèi)進(jìn)行控制，也可在異地通過(guò)電話進(jìn)行遙控。為適應(yīng)大型居住社區(qū)的需要，1988年年初，日本住宅信息化推進(jìn)協(xié)會(huì)又推出了超級(jí)家庭總線（Super Home Bus System，簡(jiǎn)稱S-HBS），它適用于更大的范圍，因?yàn)橐粋€(gè)S-HBS系統(tǒng)可掛接數(shù)千個(gè)家庭內(nèi)部網(wǎng)。

　　家庭智能化要求諸多家電和網(wǎng)絡(luò)能夠彼此相容，總線協(xié)議是其精髓所在，只有接口暢通，家電才能“聽(tīng)懂”人發(fā)出的指令，因此總線標(biāo)準(zhǔn)的物理層接口形式是智能家居亟待解決的重要問(wèn)題之一。目前比較成型的總線標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議主要是美國(guó)公司提出的，包括Echelon 公司的LonWorks LonWorks協(xié)議、電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)的CE總線協(xié)議(CEBuS )、Smart House LP的智能屋協(xié)議和X-10公司的X-10協(xié)議等。

　　這些協(xié)議各有優(yōu)劣。LonWorks協(xié)議是美國(guó)Echelon公司開(kāi)發(fā)并與Motorola和東芝公司共同倡導(dǎo)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，它支持多種物理介質(zhì)，適用于雙絞線、電力線、光纜、射頻、紅外線等，并可在同一網(wǎng)絡(luò)中混合使用。LonWorks協(xié)議支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以選用任意形式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，組網(wǎng)方式靈活。LonWorks應(yīng)用范圍主要包括樓宇自動(dòng)化、工業(yè)控制等，在組建分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)方面有較好的性能，目前全球已建立的LonWorks節(jié)點(diǎn)已經(jīng)超過(guò)50萬(wàn)個(gè)。在四種協(xié)議中，X-10是歷史最長(zhǎng)且使用最簡(jiǎn)單的一種，它于1978年誕生于美國(guó)，至今仍是美國(guó)家庭自動(dòng)化的主導(dǎo)系統(tǒng)。之所以說(shuō)X-10協(xié)議簡(jiǎn)單是因?yàn)樗苯永米≌娏€作為控制總線，通過(guò)電力線將各控制器與各功能接口器相連并實(shí)現(xiàn)程序控制，不必再穿墻打孔，更有利于改變結(jié)構(gòu)空間，用戶可自己動(dòng)手安裝，價(jià)格也比較低廉。而CEBuS 作為電子工業(yè)推廣協(xié)議，與歐洲的EHS標(biāo)準(zhǔn)同為歐美家庭自動(dòng)化電子產(chǎn)品的行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn)。

　　內(nèi)部傳輸接口

　　智能家居系統(tǒng)內(nèi)部傳輸接口可以通過(guò)兩種傳輸途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)：其一是無(wú)線傳輸方式；其二是有線傳輸方式。目前國(guó)際上流行的物理層系列接口主要包含無(wú)線射頻（RF）、電力載波（PL）、雙絞線（RS485等）、專用線IEEE 1394 、IEEE1394b、利用IEEE 1394 的HAVI HAVI 、藍(lán)牙技術(shù)（BlueTooth）、無(wú)線通信以太網(wǎng)（IEEE802.11）、X11、無(wú)線通信HomeRF(Home Radio Frequency)、紅外線技術(shù)等，這些接口涵蓋了從以智能設(shè)備監(jiān)控為代表的低速數(shù)據(jù)鏈路接口和以家庭多媒體娛樂(lè)和視頻監(jiān)控為代表的高速數(shù)據(jù)鏈路接口。

　　無(wú)線傳輸方式最適合于家庭。目前用于家庭內(nèi)部的無(wú)線傳輸技術(shù)主要是無(wú)線通信HomeRF、藍(lán)牙技術(shù)、WAP WAP、無(wú)線以太網(wǎng)等，而人們比較看好的是Home RF和藍(lán)牙技術(shù)。HomeRF主要為家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，是IEEE 802.11與DECT DECT結(jié)合的產(chǎn)物。1999年1月5日，HomeRF工作組公布了“共享無(wú)線訪問(wèn)協(xié)議”SWAP 1.0版本規(guī)范，有13家公司（包括IBM、Intel等）承諾將生產(chǎn)基于SWAP的產(chǎn)品。

　　藍(lán)牙（IEEE 802.15）是一項(xiàng)最新標(biāo)準(zhǔn)，它比無(wú)線以太網(wǎng)（IEEE 802.11）更具移動(dòng)性，它能把一個(gè)設(shè)備連接到LAN和WAN，甚至支持全球漫游。此外，藍(lán)牙成本低、體積小，可用于更多的設(shè)備。

　　其他的技術(shù)或多或少地有些問(wèn)題。例如，IEEE 802.11技術(shù)在家用市場(chǎng)的前景不太好；射頻（RF）技術(shù)成熟度高、成本低廉，穿透性也非常好，但缺點(diǎn)是沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各公司的通信協(xié)議都不一樣；紅外技術(shù)非常成熟、具有很好的靈活性和可移動(dòng)性，成本也非常低廉，但受到障礙物的限制，沒(méi)有穿透性，方向性較差，也沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議。目前，由于無(wú)線射頻無(wú)需增加附加的布線資源，數(shù)據(jù)傳輸性能可靠且成本低廉，因而成為目前最現(xiàn)實(shí)和最受歡迎的物理層接口形式之一。可以預(yù)見(jiàn)，隨著無(wú)線方式的逐漸成熟，它將在未來(lái)取代有線通信，成為家庭網(wǎng)絡(luò)的最佳連接方式。不過(guò)在目前，家庭布線仍然大量采用有線方式，主要包括以下三種：

　　第一種是家庭網(wǎng)絡(luò)布線。這是目前應(yīng)用最廣泛，但也是最麻煩的技術(shù)，這種方式亟待解決的問(wèn)題是布線的方便性和如何實(shí)現(xiàn)即插即用。

　　第二種是利用家庭中的電話線進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，采用的技術(shù)為HomePNA（Home Phoneline Networking Alliance）。HomePNA旨在盡快向家庭用戶推出易于使用、成本低廉，用于解決沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)連接的家庭的上網(wǎng)問(wèn)題，其缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)速度較低。它支持Internet訪問(wèn)，支持的接口協(xié)議包括V.90、ADSL和Cable Modem。目前，Home
PNA的方案尚在制訂之中，帶寬的限制是制約該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展的不利因素，但由于其網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)的簡(jiǎn)易和實(shí)用，仍然極具吸引力。

　　第三種是利用家庭中已有的電源線傳輸數(shù)據(jù)，采用的是電源線載波技術(shù)（Powerline Carrier Technology）。該系統(tǒng)在家庭或設(shè)備內(nèi)通過(guò)120V/60Hz的電功率分配系統(tǒng)傳送信息，目前這種方式采用的通信協(xié)議主要是X-10。采用電源線聯(lián)網(wǎng)方案的好處是不需要在家里重新布線，可利用現(xiàn)有的電源插座，因此也是家庭網(wǎng)絡(luò)研究開(kāi)發(fā)的方向之一。

　　特別值得一提的是IEEE1394，它是IEEE制定的計(jì)算機(jī)及外圍設(shè)備連接的高速通用串行數(shù)字接口標(biāo)準(zhǔn)，它側(cè)重于線纜的連接應(yīng)用。該標(biāo)準(zhǔn)定義了介質(zhì)拓?fù)浜蛡鬏攨f(xié)議，是一個(gè)硬件、軟件集成標(biāo)準(zhǔn)。 IEEE1394很可能成為未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)通用接口標(biāo)準(zhǔn)，它將是下一代電腦外圍設(shè)備與消費(fèi)電子產(chǎn)品的最新接口標(biāo)準(zhǔn)，目前該標(biāo)準(zhǔn)還在進(jìn)一步發(fā)展之中。隨著數(shù)字設(shè)備的廣泛使用，各種數(shù)字家電、數(shù)字AV系統(tǒng)、數(shù)字機(jī)頂盒與電腦之間的多媒體數(shù)據(jù)交換都紛紛采用IEEE1394接口標(biāo)準(zhǔn)，使得該標(biāo)準(zhǔn)成為消費(fèi)電子產(chǎn)品與電腦相連的共同界面，可實(shí)現(xiàn)電視、電影、錄放像機(jī)、音響等系統(tǒng)的全自動(dòng)控制，并可與外部ATM公共網(wǎng)絡(luò)相連，實(shí)現(xiàn)家庭與外界信息高速公路的互連。