智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)探討

引言

將計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)融入傳統(tǒng)的家用電器之中產(chǎn)生了新一代家電—信息家電，它是具有信息訪問(wèn)、獲取、存儲(chǔ)、處理、聯(lián)網(wǎng)的消費(fèi)類電子產(chǎn)品，信息家電的出現(xiàn)打破了只有通過(guò)上網(wǎng)獲取信息的局面，預(yù)示著后PC時(shí)代的來(lái)臨。在智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)中有幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)一直是業(yè)界研究和討論的熱點(diǎn)重點(diǎn)，下面筆者將這幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)列出，提出自己的看法，供大家參考。

家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的組建

家庭內(nèi)部組網(wǎng)，主要是解決各種信息家電之間的數(shù)據(jù)傳輸，能把外部連接傳入的數(shù)據(jù)傳輸?shù)较鄳?yīng)的家電上去，同時(shí)可以把內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠烤W(wǎng)絡(luò)。目前關(guān)于家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)有許多種解決方案，主要是有線和無(wú)線方式。

有線方式：

·電子載波的X-10和CEBUS;

·電話線的HomePNA;

·以太網(wǎng)的IEEE802.3和802.3u;

·串行總線的USB1.1、USB2.0和IEEE1394。

無(wú)線方式：

·無(wú)線局域網(wǎng)的IEEE802.11a和IEEE802.11b;

·家庭射頻技術(shù)的HomeRF;

·藍(lán)牙的IEEE802.15;

·紅外的IrDA。

家庭內(nèi)部組網(wǎng)技術(shù)的參考因素：

·連接對(duì)象的復(fù)雜性。在家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部存在著音響、可視電話等高速率數(shù)據(jù)設(shè)備，冰箱、洗衣機(jī)、PDA等中速率數(shù)據(jù)設(shè)備，同時(shí)還存在三表抄送、防火防盜報(bào)警等低速率數(shù)據(jù)設(shè)備。

·基于開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)。包括技術(shù)文檔和體系結(jié)構(gòu)的開(kāi)放性。

·兼容廣泛的連接技術(shù)。

·用戶的需求。低價(jià)、易用、高可靠、靈活且可擴(kuò)展，良好的兼容性，支持多種應(yīng)用。

根據(jù)上述技術(shù)的特點(diǎn)分析，可得出以下結(jié)論：多種聯(lián)網(wǎng)技術(shù)必將在市場(chǎng)上共存，各種內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)技術(shù)都將找到各自的適應(yīng)點(diǎn)。對(duì)于娛樂(lè)應(yīng)用，如音視頻，要求網(wǎng)絡(luò)能夠提供高帶寬、實(shí)時(shí)性、同步傳輸，速率達(dá)到50Mbps以{HotTag}上的USB2.0和IEEE1394是最佳選擇。

對(duì)于計(jì)算和數(shù)據(jù)通信應(yīng)用，如微機(jī)、白色家電、語(yǔ)音服務(wù)等，傳輸率要求在幾十kbps到幾十Mbps，多種技術(shù)都可以滿足數(shù)據(jù)傳輸，但是無(wú)線技術(shù)可以避免重新布線的煩擾，因此是最佳的選擇。對(duì)于家居自動(dòng)化中的低速控制應(yīng)用，如三表抄送、防盜防火報(bào)警器等，帶寬的要求在幾十kbps內(nèi)，且產(chǎn)品位置分散，不利于重新布線，因此電力線和無(wú)線編碼技術(shù)是最佳的選擇。

利用Jini技術(shù)和OSGI標(biāo)準(zhǔn)

家庭網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)動(dòng)態(tài)環(huán)境，當(dāng)有新設(shè)備加入家庭網(wǎng)絡(luò)里，應(yīng)該能被網(wǎng)絡(luò)中其它的設(shè)備識(shí)別，同時(shí)它也能發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中其它設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的即插即用和互聯(lián)，SUN公司引入了JiNi技術(shù)。JiNi的目的是將成組的設(shè)備和軟件構(gòu)件聯(lián)合成一個(gè)單一、動(dòng)態(tài)的分布式系統(tǒng)，Jini基于Java語(yǔ)言，是一種面向服務(wù)(包括硬件資源和軟件資源)的中間件技術(shù)，運(yùn)行于TCP/IP協(xié)議之上，跨平臺(tái)運(yùn)行，獨(dú)立于底層操作系統(tǒng)和通信技術(shù)，設(shè)備間可相互查詢、理解所具備的功能，家庭網(wǎng)絡(luò)無(wú)需人工參與，網(wǎng)絡(luò)設(shè)置可自動(dòng)完成。由于Jini非常適用于家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，目前SONY、Philips、Inprise等很多廠商都申請(qǐng)了Jini的許可證， Jini的應(yīng)用呈現(xiàn)一片欣欣向榮的景象。

開(kāi)放服務(wù)網(wǎng)關(guān)(Open Service Gateway Initiative, OSGI)由IBM、HP、Philips、SUN等電信、計(jì)算機(jī)、電器巨人發(fā)起，主要功能是為連接Internet上商業(yè)服務(wù)和下一代智能電器定義一個(gè)開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)。OSGI具有平臺(tái)獨(dú)立、應(yīng)用獨(dú)立、高安全、多任務(wù)、兼容不同局域網(wǎng)協(xié)議(如藍(lán)牙、IEEE1394)，和支持多種設(shè)備連接技術(shù)(UPNP、 Jini)的優(yōu)點(diǎn)。OSGI體系主要組成部分包括：服務(wù)網(wǎng)關(guān)、服務(wù)提供商、服務(wù)集成商、網(wǎng)關(guān)操作員，廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)絡(luò)及連接設(shè)備。

家庭網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)問(wèn)題

智能家居系統(tǒng)的核心是家庭網(wǎng)關(guān)(Residential Gateway)，在家庭內(nèi)部提供不同類型、不同結(jié)構(gòu)子網(wǎng)的橋接能力，使這些子網(wǎng)內(nèi)的信息家電之間可以相互通信;在家庭外部通過(guò)Internet將各種服務(wù)商連接起來(lái)以提供實(shí)時(shí)、雙向的寬帶接入，同時(shí)還提供防火墻的能力，阻止外界對(duì)家庭內(nèi)部設(shè)備的非法訪問(wèn)和攻擊。

·家庭網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn)：可以通過(guò)信息家電(網(wǎng)絡(luò)冰箱、機(jī)頂盒)實(shí)現(xiàn)，或構(gòu)建專用家庭網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)，其中專用家庭網(wǎng)關(guān)更具發(fā)展前景。

· 家庭網(wǎng)關(guān)完成的功能：家庭網(wǎng)關(guān)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)內(nèi)部網(wǎng)的互連、信息存儲(chǔ)、設(shè)備監(jiān)控、數(shù)據(jù)計(jì)算和外部網(wǎng)的3W服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)安全功能。·家庭網(wǎng)關(guān)的協(xié)議分層結(jié)構(gòu)：其中第一、二層的標(biāo)準(zhǔn)已頒布，并在實(shí)際應(yīng)用中，第三層是業(yè)界研究的熱點(diǎn)，第四層為應(yīng)用程序?qū)?，可根?jù)功能的強(qiáng)弱進(jìn)行定制，第五層是UI層，包括手動(dòng)開(kāi)關(guān)、遙控接口、通用軟件接口等，它的簡(jiǎn)單易用直接影響到智能家居系統(tǒng)的性能，目前還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

家庭網(wǎng)關(guān)的軟件設(shè)計(jì)

其中實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是整個(gè)軟件系統(tǒng)的核心，它負(fù)責(zé)進(jìn)程調(diào)度、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控，并提供藍(lán)牙、IEEE1394 ADSL等硬件設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序。在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)層之上可以包括TCP/IP模塊、嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)、中文環(huán)境模塊、圖形界面等。 API接口設(shè)計(jì)包括各種中間件(HAVI、Jini、UPNP，OSGI等)軟件的設(shè)計(jì)。為滿足用戶需要，可設(shè)計(jì)出各種應(yīng)用程序，如DVD播放器、瀏覽器、家庭安防、三表抄送等，以實(shí)現(xiàn)家庭安防和娛樂(lè)的目的。

家庭網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用代理體技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)家電的低成本、高質(zhì)量和高可靠性是智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功的重要條件，代理體技術(shù)是這一方面的成功應(yīng)用。

可以在家居服務(wù)器中運(yùn)行代理體，以不同的私有互聯(lián)協(xié)議連接到采用不同技術(shù)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。并將整個(gè)控制算法分解成針對(duì)不同情況的控制代理，每個(gè)代理的任務(wù)簡(jiǎn)單明確，當(dāng)需要一個(gè)代理時(shí)，才把它傳到被控制的設(shè)備上，故所需內(nèi)存空間非常小。

結(jié)語(yǔ)

目前關(guān)于智能家居系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)方案提出很多，仍有許多問(wèn)題尚待解決，如沒(méi)有統(tǒng)一的互操作規(guī)范，網(wǎng)絡(luò)的集成比較復(fù)雜，對(duì)家庭用戶接口的規(guī)范缺少研究，但隨著相關(guān)技術(shù)不斷進(jìn)步，它必將向著調(diào)度智能化、靈活性和互操作性方向發(fā)展，從而進(jìn)入尋常百姓家。