智能家居的標準與協(xié)議分析

古人云：“沒(méi)有規矩，無(wú)以成方圓”，在智能家居領(lǐng)域也是如此。在技術(shù)上，智能家居建設面臨的挑戰不是設備或實(shí)施問(wèn)題，而是標準與協(xié)議問(wèn)題。智能家居是一個(gè)多行業(yè)交叉覆蓋的系統工程，各設備廠(chǎng)商按照不同的接口標準與協(xié)議生產(chǎn)設備，其結果是:不同設備之間的互連、互通變得非常困難。因此，建立共同遵循的標準與協(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)域的國際標準尚未成熟，各大廠(chǎng)商和相關(guān)組織機構正在著(zhù)手建立和制定智能家居系統內部設備之間的網(wǎng)絡(luò )接口標準和數據傳輸協(xié)議。抓住機會(huì )，參與標準的制定，將給國內廠(chǎng)商帶來(lái)無(wú)窮的機會(huì )。

　　家庭總線(xiàn)系統

　　家庭總線(xiàn)是智能家居實(shí)現的重要基礎，是住宅內部的神經(jīng)系統，其主要作用是連接家中的各種電子、電氣設備，負責將家庭內的各種通信設備(包括安保、電話(huà)、家電、視聽(tīng)設備等)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)展的國家之一，它較早地提出了家庭總線(xiàn)系統（ Home Bus System， 簡(jiǎn)稱(chēng)HBS ）的概念，成立了家庭總線(xiàn)(HBS)研究會(huì )，并在郵政省和通產(chǎn)省的指導下組成了HBS標準委員會(huì )，制定了日本的HBS標準。按照該標準，H
BS系統由一條同軸電纜和4對雙絞線(xiàn)構成，前者用于傳輸圖像信息，后者用于傳輸語(yǔ)音、數據及控制信號。各類(lèi)家用設備與電氣設備均按一定方式與HBS相連，這些電氣設備既可以在室內進(jìn)行控制，也可在異地通過(guò)電話(huà)進(jìn)行遙控。為適應大型居住社區的需要，1988年年初，日本住宅信息化推進(jìn)協(xié)會(huì )又推出了超級家庭總線(xiàn)（Super Home Bus System，簡(jiǎn)稱(chēng)S-HBS），它適用于更大的范圍，因為一個(gè)S-HBS系統可掛接數千個(gè)家庭內部網(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(xiàn)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(xiàn)標準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(xiàn)標準協(xié)議主要是美國公司提出的，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(xiàn)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Echelon公司開(kāi)發(fā)并與Motorola和東芝公司共同倡導的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，它支持多種物理介質(zhì)，適用于雙絞線(xiàn)、電力線(xiàn)、光纜、射頻、紅外線(xiàn)等，并可在同一網(wǎng)絡(luò )中混合使用。LonWorks協(xié)議支持多種拓撲結構，可以選用任意形式的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，組網(wǎng)方式靈活。LonWorks應用范圍主要包括樓宇自動(dòng)化、工業(yè)控制等，在組建分布式監控網(wǎng)絡(luò )方面有較好的性能，目前全球已建立的LonWorks節點(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(cháng)且使用最簡(jiǎn)單的一種，它于1978年誕生于美國，至今仍是美國家庭自動(dòng)化的主導系統。之所以說(shuō)X-10協(xié)議簡(jiǎn)單是因為它直接利用住宅電力線(xiàn)作為控制總線(xiàn)，通過(guò)電力線(xiàn)將各控制器與各功能接口器相連并實(shí)現程序控制，不必再穿墻打孔，更有利于改變結構空間，用戶(hù)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標準同為歐美家庭自動(dòng)化電子產(chǎn)品的行業(yè)推薦標準。

　　內部傳輸接口

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

　　無(wú)線(xiàn)傳輸方式最適合于家庭。目前用于家庭內部的無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)主要是無(wú)線(xiàn)通信HomeRF、藍牙技術(shù)、WAP WAP、無(wú)線(xiàn)以太網(wǎng)等，而人們比較看好的是Home RF和藍牙技術(shù)。HomeRF主要為家庭網(wǎng)絡(luò )設計，是IEEE 802.11與DECT DECT結合的產(chǎn)物。1999年1月5日，HomeRF工作組公布了“共享無(wú)線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議”SWAP 1.0版本規范，有13家公司（包括IBM、Intel等）承諾將生產(chǎn)基于SWAP的產(chǎn)品。

　　藍牙（IEEE 802.15）是一項最新標準，它比無(wú)線(xiàn)以太網(wǎng)（IEEE 802.11）更具移動(dòng)性，它能把一個(gè)設備連接到LAN和WAN，甚至支持全球漫游。此外，藍牙成本低、體積小，可用于更多的設備。

　　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)有統一的標準，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)有標準的通信協(xié)議。目前，由于無(wú)線(xiàn)射頻無(wú)需增加附加的布線(xiàn)資源，數據傳輸性能可靠且成本低廉，因而成為目前最現實(shí)和最受歡迎的物理層接口形式之一?？梢灶A見(jiàn)，隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)方式的逐漸成熟，它將在未來(lái)取代有線(xiàn)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(xiàn)仍然大量采用有線(xiàn)方式，主要包括以下三種：

　　第一種是家庭網(wǎng)絡(luò )布線(xiàn)。這是目前應用最廣泛，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(xiàn)的方便性和如何實(shí)現即插即用。

　　第二種是利用家庭中的電話(huà)線(xiàn)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(hù)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(fǎng)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(xiàn)傳輸數據，采用的是電源線(xiàn)載波技術(shù)（Powerline Carrier Technology）。該系統在家庭或設備內通過(guò)120V/60Hz的電功率分配系統傳送信息，目前這種方式采用的通信協(xié)議主要是X-10。采用電源線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)方案的好處是不需要在家里重新布線(xiàn)，可利用現有的電源插座，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制定的計算機及外圍設備連接的高速通用串行數字接口標準，它側重于線(xiàn)纜的連接應用。該標準定義了介質(zhì)拓撲和傳輸協(xié)議，是一個(gè)硬件、軟件集成標準。 IEEE1394很可能成為未來(lái)的網(wǎng)絡(luò )通用接口標準，它將是下一代電腦外圍設備與消費電子產(chǎn)品的最新接口標準，目前該標準還在進(jìn)一步發(fā)展之中。隨著(zhù)數字設備的廣泛使用，各種數字家電、數字AV系統、數字機頂盒與電腦之間的多媒體數據交換都紛紛采用IEEE1394接口標準，使得該標準成為消費電子產(chǎn)品與電腦相連的共同界面，可實(shí)現電視、電影、錄放像機、音響等系統的全自動(dòng)控制，并可與外部ATM公共網(wǎng)絡(luò )相連，實(shí)現家庭與外界信息高速公路的互連。