智能家居總線新管理

　　文章是一篇通信論文，主要講述了智能家居總線研究和新改革管理政策措施等等。本文選自：《通信學(xué)報》，《通信學(xué)報》(月刊)是由中國通信學(xué)會主辦的一級學(xué)術(shù)性刊物，創(chuàng)刊于1980年，面向國內(nèi)外公開發(fā)行。其辦刊宗旨是及時反映中國通信科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平，交流國內(nèi)外通信科技新成果，促進學(xué)術(shù)進步和人才成長，探索新理論、新技術(shù)。主要讀者對象為信息通信領(lǐng)域的研究人員、大專院校通信及相關(guān)專業(yè)的教師和研究生。

　　摘要：消費電子總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以是總線型、星型、樹型或混合型�？偩�中的每個節(jié)點的地位是平等的，不需要一個主控設(shè)備。對于多節(jié)點競爭訪問網(wǎng)絡(luò)資源的解決方法是采用沖突檢測和沖突解決，網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點的控制關(guān)系通過綁定來實現(xiàn)，從而使整個家庭中的電器系統(tǒng)能成為一個智能的整體。

　　關(guān)鍵詞：智能家居,家居總線,網(wǎng)絡(luò)技術(shù),通信論文

　　1. 智能家居的概念

　　智能家居(Smart Home)是以家為平臺，兼?zhèn)浣ㄖ�、自動化，智能化于一體的高效、舒適、安全、便利的家居環(huán)境。家居智能化技術(shù)起源于美國，最具代表性的是X-10技術(shù)，通過X-10通信協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的各個設(shè)備便可實現(xiàn)資源的共享。因其布線簡單、功能靈活，擴展容易而被人們廣泛接受和應(yīng)用。至今，X-10技術(shù)產(chǎn)品的銷售已超過兩億個，僅在美國一個國家，便有超過600萬個家庭在使用。自動化的智能家居不再是一幢被動的建筑，相反，成了幫助主人盡量利用時間的工具，使家庭更為舒適、安全、高效和節(jié)能。

　　隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，特別是無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化智能家居系統(tǒng)可提供遙控、家電(空調(diào)，熱水器等)控制、照明控制、室內(nèi)外遙控、窗簾自控、防盜報警、電話遠(yuǎn)程控制、可編程定時控制及計算機控制等多種功能和手段，使生活更加舒適、便利和安全。

　　2. 智能家居中的總線技術(shù)

　　要實現(xiàn)家居的智能化，就必須實現(xiàn)家居的網(wǎng)絡(luò)化，使家居內(nèi)的大部分電器設(shè)備能夠通過一定的方式連入網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)這些設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和自動控制。家居電器的上網(wǎng)實質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)最后接入的1公里之內(nèi)的問題，此類問題要求網(wǎng)絡(luò)可靠性高、信心量少，多個設(shè)備之間的互操作性強。就智能家居而言，如何把結(jié)構(gòu)和性能不一的電器設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)，如何能夠?qū)崿F(xiàn)這些設(shè)備的相互通信是在構(gòu)建智能家居時主要考慮的問題，所以說，智能家居的關(guān)鍵技術(shù)其實就是網(wǎng)關(guān)技術(shù)和總線技術(shù)。文章主要討論的是其中的總線技術(shù)。

　　總線技術(shù)在智能家居行業(yè)當(dāng)中，目前可以算是應(yīng)用最為廣泛的一種技術(shù)手段。在總線技術(shù)下生成的智能家居系統(tǒng)，最大的特點是具有可擴展性，工程安裝也不是很復(fù)雜。由于科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，新生成許多總線協(xié)議下的智能家居系統(tǒng)的價格也不是很高，目前市場的銷售情況也很不錯。

　　智能家居中的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)通過系統(tǒng)總線來實現(xiàn)家居燈光、電器及報警系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)以及信號傳輸，采用分散型現(xiàn)場控制技術(shù)，控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各功能模塊只需要就近接入總線 即可，布線比較方便。一般來說，現(xiàn)場總線類產(chǎn)品都支持任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的布線方式，即支持星型與環(huán)狀結(jié)構(gòu)走線方式。燈光回路、插座回路等強電的布線與傳統(tǒng)的布線方式完全一致。"一燈多控"，在家庭應(yīng)用比較普遍，以往一般采用"雙聯(lián)"、"四聯(lián)"開關(guān)來實現(xiàn)，走線復(fù)雜而且布線成本高。若通過總線方式控制，則完全不需要增加額外布線。是一種全分布式智能控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其產(chǎn)品模塊具有雙向通信能力，以及互操作性和互換性，其控制部件都可以編程。典型的總線技術(shù)采用雙絞線總線結(jié)構(gòu)，各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可以從總線上獲得供電(24V/DC)，亦通過同一總線實現(xiàn)節(jié)點間無極性、無拓?fù)溥壿嬒拗频幕ミB和通信，最高的信號傳輸速率和系統(tǒng)容量則分別為10KBPS和4G，完全能夠滿足現(xiàn)代智能家居的需要。

　　3. 主要的總線技術(shù)比較

　　目前，國際上家庭總線的標(biāo)準(zhǔn)主要有以下幾種：前述的X-10，日本的家庭總線(Home Bus)，歐洲標(biāo)準(zhǔn)安裝總線(EIB)和BatiBus，美國Echelon公司的LonWorks，HP公司的IRDACONTRAL等。其中，最受業(yè)界關(guān)注，應(yīng)用最廣的是X-10、LonWorks和消費總線(CEBus)這三種。

　　3.1 X-10技術(shù)

　　X-10技術(shù)是世界上最早出現(xiàn)的，也是最簡單的智能家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它的出現(xiàn)標(biāo)志著家居智能化技術(shù)的成熟。在智能家居20多年發(fā)展過程中，X-10技術(shù)得到了極大的應(yīng)用。它在美國的發(fā)展已經(jīng)25年的歷史了，到目前為止美國的X-10用戶已經(jīng)達到1000萬以上，X-10控制規(guī)格已成為當(dāng)今美國家庭自動化控制規(guī)格的主要領(lǐng)導(dǎo)者。歐洲版的X-10發(fā)展也相當(dāng)迅速并得到普及，漸漸的，這一技術(shù)開始進入亞洲�？梢哉f，X-10是二十世紀(jì)最具代表性的家庭智能自動化產(chǎn)品。

　　X-10采用電力線作為其網(wǎng)絡(luò)通信介質(zhì)，系統(tǒng)中的各個設(shè)備直接掛在電力線上就可以相互通信，X-10技術(shù)基于X-10協(xié)議，由發(fā)射器發(fā)出X-10控制信號，通過現(xiàn)有電力線網(wǎng)轉(zhuǎn)輸X-10信號到接收器，然后由接收器再對各燈具、用電器等用電設(shè)備進行控制。

　　但X-10采用的是電力線通信方式，容易受到干擾，系統(tǒng)的抗干擾性能比較差，且尋址空間小，對模擬量支持不夠，只能提供非常有限的功能。如果只要求這些有限功能，使用X-10可能是很合算的，但在需求日益豐富的今天，X-10有逐漸被取代的趨勢。

　　3.2 LonWorks

　　LonWorks是美國Echelon公司于1991年推出的，LonWorks技術(shù)為設(shè)計、創(chuàng)建、安裝和維護設(shè)備網(wǎng)絡(luò)方面的許多問題提供解決方案：網(wǎng)絡(luò)的大小可以是兩個到32385個設(shè)備，并且可以適用于任何場合。LonWorks提供從收發(fā)器到協(xié)議到軟件API的一個完整的、端到端的控制網(wǎng)絡(luò)解決方案。

　　LonWorks網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的通信是采用一種稱為LonTalk的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)語言實現(xiàn)的。LonTalk協(xié)議由各種允許網(wǎng)絡(luò)上不同設(shè)備彼此間智能通信的底層協(xié)議組成。LonTalk協(xié)議提供一整套通信服務(wù)，這使得設(shè)備中的應(yīng)用程序能夠在網(wǎng)絡(luò)上同其他設(shè)備發(fā)送和接收報文而無需知道網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或者網(wǎng)絡(luò)的名稱、地址，或其他設(shè)備的功能。LonWorks協(xié)議能夠有選擇地提供端到端的報文確認(rèn)、報文證實和優(yōu)先級發(fā)送，以提供規(guī)定受限制的事務(wù)處理次數(shù)。對網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)的支持使得遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)管理工具能夠通過網(wǎng)絡(luò)和其他設(shè)備相互作用，這包括網(wǎng)絡(luò)地址和參數(shù)的重新配置、下載應(yīng)用程序、報告網(wǎng)絡(luò)問題和啟動/停止/復(fù)位設(shè)備的應(yīng)用程序。LonWorks可以在任何物理媒介上通信，這包括電力線，雙絞線，無線(RF)，紅外(IR)，同軸電纜和光纖。

　　LonWorks也有其弱點，主要是價格太高，光電開關(guān)的體積太大，對此，Echelon公司開發(fā)了一個智能型收發(fā)器--PL3120芯片組，其中整合了Echelon公司的PLT-22電力線實體層和8位的Neuron芯片核心，這使得LonWorks被越來越多的高級建筑所采用。

　　3.3 CEBus

　　消費總線(CEBus)起源于1984年美國電氣工業(yè)協(xié)會的消費電器小組制定的家電互聯(lián)的規(guī)范，1992年，它被正式發(fā)布命名為CEBus規(guī)范(EIA600)。消費總線出現(xiàn)后，迅速得到IBM、HONEYWELL、MICROSOFT、INTEL-LON、DEMOSYS、LUCENT、PHILIPS、SIEMEMTS等國際著名公司的支持，在智能住宅和住宅自動化領(lǐng)域具有舉足輕重的影響。

　　參照ISO的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議建議書，消費電子總線可劃分為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。CEBus在應(yīng)用層定義了一種面向?qū)ο蟮�、�?yán)格的設(shè)備描述語言CAL(Common Application Language)，簡稱公共應(yīng)用語言，其內(nèi)容涵蓋了家庭中可能擁有的家電。公共應(yīng)用語言采用了面向?qū)ο蟮姆椒�，把任意一個家電設(shè)備按照功能分解成幾個預(yù)定義的對象模型。在面向?qū)ο蟮木幊陶Z言中，一個對象由數(shù)據(jù)和操作這些數(shù)據(jù)的函數(shù)組成。在消費總線中，這些對象也由數(shù)據(jù)(稱為實例變量)和操作(稱為方法)組成，不同的設(shè)備可以采用相同的對象，用相同的方法操作，但是控制結(jié)果隨設(shè)備的不同而有不同的意義。

　　CEBus以其簡便的協(xié)議、日臻完善的技術(shù)正日益成為消費電子設(shè)備互操作的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，CEBus通訊的低層功能已實現(xiàn)了芯片化，所以接入設(shè)備比較便宜。目前，市場上此類芯片有LM1893、ST7536、SSC-P485、CEWay-Ⅲ等。隨著載波通訊技術(shù)的進一步成熟，CEBus將在儀器儀表、家庭自動化、智能樓宇建設(shè)、智能小區(qū)建設(shè)以及工業(yè)廠區(qū)建設(shè)中得到更為廣泛的應(yīng)用。但由于CEBus接口技術(shù)比較復(fù)雜，價錢非常昂貴，因此CEBus在中國的應(yīng)用也不多見。