智能家居系統設計中幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的探討

　　引言

　　將計算機技術(shù)、現代通信技術(shù)融入傳統的家用電器之中產(chǎn)生了新一代家電—信息家電，它是具有信息訪(fǎng)問(wèn)、獲取、存儲、處理、聯(lián)網(wǎng)的消費類(lèi)電子產(chǎn)品，信息家電的出現打破了只有通過(guò)上網(wǎng)獲取信息的局面，預示著(zhù)后PC時(shí)代的來(lái)臨。在智能家居系統設計中有幾個(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。

　　家庭內部網(wǎng)絡(luò )的組建

　　家庭內部組網(wǎng)，主要是解決各種信息家電之間的數據傳輸，能把外部連接傳入的數據傳輸到相應的家電上去，同時(shí)可以把內部數據傳輸到外部網(wǎng)絡(luò )。目前關(guān)于家庭內部網(wǎng)絡(luò )有許多種解決方案，主要是有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)方式。

　　有線(xiàn)方式：

·電子載波的X-10和CEBUS；
·電話(huà)線(xiàn)的HomePNA；
·以太網(wǎng)的IEEE802.3和802.3u；
·串行總線(xiàn)的USB1.1、USB2.0和IEEE1394。

　　無(wú)線(xiàn)方式：

·無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的IEEE802.11a和IEEE802.11b；
·家庭射頻技術(shù)的HomeRF；
·藍牙的IEEE802.15；
·紅外的IrDA。

　　家庭內部組網(wǎng)技術(shù)的參考因素：

　　·連接對象的復雜性。在家庭網(wǎng)絡(luò )內部存在著(zhù)音響、可視電話(huà)等高速率數據設備，冰箱、洗衣機、PDA等中速率數據設備，同時(shí)還存在三表抄送、防火防盜報警等低速率數據設備。

　　·基于開(kāi)放的標準。包括技術(shù)文檔和體系結構的開(kāi)放性。

　　·兼容廣泛的連接技術(shù)。

　　·用戶(hù)的需求。低價(jià)、易用、高可靠、靈活且可擴展，良好的兼容性，支持多種應用。

　　根據上述技術(shù)的特點(diǎn)分析，可得出以下結論：多種聯(lián)網(wǎng)技術(shù)必將在市場(chǎng)上共存，各種內部聯(lián)網(wǎng)技術(shù)都將找到各自的適應點(diǎn)。對于娛樂(lè )應用，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，速率達到50Mbps以{HotTag}上的USB2.0和IEEE1394是最佳選擇。

　　對于計算和數據通信應用，如微機、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(mǎn)足數據傳輸，但是無(wú)線(xiàn)技術(shù)可以避免重新布線(xiàn)的煩擾，因此是最佳的選擇。對于家居自動(dòng)化中的低速控制應用，如三表抄送、防盜防火報警器等，帶寬的要求在幾十kbps內，且產(chǎn)品位置分散，不利于重新布線(xiàn)，因此電力線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)編碼技術(shù)是最佳的選擇。

　　利用Jini技術(shù)和OSGI標準

　　家庭網(wǎng)絡(luò )是一個(gè)動(dòng)態(tài)環(huán)境，當有新設備加入家庭網(wǎng)絡(luò )里，應該能被網(wǎng)絡(luò )中其它的設備識別，同時(shí)它也能發(fā)現網(wǎng)絡(luò )中其它設備。為了實(shí)現設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備和軟件構件聯(lián)合成一個(gè)單一、動(dòng)態(tài)的分布式系統，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)，運行于TCP/IP協(xié)議之上，跨平臺運行，獨立于底層操作系統和通信技術(shù)，設備間可相互查詢(xún)、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(chǎng)商都申請了Jini的許可證， Jini的應用呈現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、計算機、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)放的標準。OSGI具有平臺獨立、應用獨立、高安全、多任務(wù)、兼容不同局域網(wǎng)協(xié)議(如藍牙、IEEE1394)，和支持多種設備連接技術(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 )及連接設備。

　　家庭網(wǎng)關(guān)的設計問(wèn)題

　　智能家居系統的核心是家庭網(wǎng)關(guān)(Residential Gateway)，在家庭內部提供不同類(lèi)型、不同結構子網(wǎng)的橋接能力，使這些子網(wǎng)內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，阻止外界對家庭內部設備的非法訪(fǎng)問(wèn)和攻擊。

　　·家庭網(wǎng)關(guān)的實(shí)現：可以通過(guò)信息家電(網(wǎng)絡(luò )冰箱、機頂盒)實(shí)現，或構建專(zhuān)用家庭網(wǎng)關(guān)實(shí)現，其中專(zhuān)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)應能實(shí)現內部網(wǎng)的互連、信息存儲、設備監控、數據計算和外部網(wǎng)的3W服務(wù)、網(wǎng)絡(luò )安全功能?！ぜ彝ゾW(wǎng)關(guān)的協(xié)議分層結構：其中第一、二層的標準已頒布，并在實(shí)際應用中，第三層是業(yè)界研究的熱點(diǎn)，第四層為應用程序層，可根據功能的強弱進(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的性能，目前還沒(méi)有統一的標準。

　　家庭網(wǎng)關(guān)的軟件設計

　　其中實(shí)時(shí)操作系統是整個(gè)軟件系統的核心，它負責進(jìn)程調度、存儲管理、設備管理、實(shí)時(shí)監控，并提供藍牙、IEEE1394 ADSL等硬件設備的驅動(dòng)程序。在實(shí)時(shí)操作系統層之上可以包括TCP/IP模塊、嵌入式數據庫、中文環(huán)境模塊、圖形界面等。 API接口設計包括各種中間件(HAVI、Jini、UPNP，OSGI等)軟件的設計。為滿(mǎn)足用戶(hù)需要，可設計出各種應用程序，如DVD播放器、瀏覽器、家庭安防、三表抄送等，以實(shí)現家庭安防和娛樂(lè )的目的。

　　家庭網(wǎng)絡(luò )中應用代理體技術(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設計成功的重要條件，代理體技術(shù)是這一方面的成功應用。

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

　　結語(yǔ)

　　目前關(guān)于智能家居系統的研究和設計方案提出很多，仍有許多問(wèn)題尚待解決，如沒(méi)有統一的互操作規范，網(wǎng)絡(luò )的集成比較復雜，對家庭用戶(hù)接口的規范缺少研究，但隨著(zhù)相關(guān)技術(shù)不斷進(jìn)步，它必將向著(zhù)調度智能化、靈活性和互操作性方向發(fā)展，從而進(jìn)入尋常百姓家。