新城注册官网-平台登录地址【首页】关键词：远程控制双音多频网络通讯无线世纪是信息化的世纪，各种电信和互联网新技术推动了人类文明的巨大进步。数字化家居控制系统的出现使得人们可以通过手机或者互联网在任何时候、任意地点对家中的任意电器（空调、热水器、电饭煲、灯光、音响、DVD录像机）进行远程控制；也可以在下班途中，预先将家中的空调打开、让热水器提前烧好热水、电饭煲煮好香喷喷的米饭……；而这一切的实现都仅仅是轻轻的点几下鼠标，或者打一个简单的电话。此外，该系统还可使家庭具有多途径报警、远程监听、数字留言等多种功能，如果不幸出现某种险情，您和110可以在第一时间获得通知以便进一步采取行动。舒适、时尚的家居生活是社会进步的标志，智能家居系统能够在不改变家中任何家电的情况下，对家里的电器、灯光、电源、家庭环境进行方便地控制，使人们尽享高科技带来的简便而时尚的现代生活。
智能家居系统由系统主机、系统分机、Internet服务器和网络接口等部分组成。其中系统主机通过服务器（个人计算机）连入Internet，并通过自己的PSTN公用电话交换网接口电路连入PSTN。其结构图如图1所示。主机与分机通过无线传输组成星形拓扑结构。系统主机通过本地无线传输网络同系统分机进行通讯、传输控制命令和反馈信息。
该系统正常工作时，用户可以通过Internet和PSTN两种网络进行访问，当通过Internet访问时，本系统可提供一个界面友好的终端软件，用户只需登陆到运行在家中的服务器即可对家中的设备进行远程控制；当通过PSTN访问时，本系统将为用户提供语音操作界面。其工作流程如图2所示。
本系统的硬件主要有系统主机与系统分机两大部分。系统主机由单片机AT89C52和各种接口电路组成，如图3所示。系统分机由单片机AT89C52和各种接口电路、传感器单元电路、固态继电器控制电路组成，并由固态继电器控制具体设备，具体硬件组成框图如图4所示。
通过系统主机的各种接口电路可将主机CPU从繁忙的计算中解脱出来，以便把主要精力运用在控制和信息传递上。系统主机主要依照各个功能电路的输出结果进行逻辑判断和控制命令的输出。系统分机的各种接口电路和主机相似，只是根据设备的不同（传感器单元）有着细节上的变化。下面主要介绍系统主机的各种接口电路。
无线数据传输电路由Nordic公司的单片UHF无线采用FSK调制解调技术，其工作效率可达20kbit／s，且有两个频率通道供选择，并且支持低功耗和待机模式。它不用对数据进行曼彻斯特编码，其天线接口设计为差分天线，因而很容易用PCB来实现。
看门狗电路由MAX813L及其元件组成。通常，在单片机的工作现场，可能有各种干扰源。这些干扰源可能导致程序跑飞、造成死机或者程序不能正常运行。如果不及时恢复或使系统复位，就容易造成损失。看门狗电路的作用就是在程序跑飞或者死机时，能有效地使系统复位以使系统恢复正常运转。因此，在程序中定期给P1．5送入看门狗信号，就可以保证在程序运行异常时，由MAX813L使单片机复位。
DS1307时钟芯片是美国DALLAS公司生产的I2C总线接口实时时钟芯片。DS1307可以独立于CPU工作，它不受晶振和电容等的影响，并且计时准确，月积累误差一般小于10秒。此芯片还具有掉电时钟保护功能，可自动切换到后备电源供电。同时还具有闰年自动调整功能，可以产生秒、分、时、日、月、年等数据，并将其保存在具有掉电保护功能的时间寄存器内，以便CPU根据需要对其进行读出或写入。由于单片机AT89C52没有I2C总线接口，因此，要驱动DS1307，就必须采用单主机方式下的I2C总线虚拟技术。在此方式下，以单片机为主节点（主器件），主器件永远占有总线而不出现总线竞争，且可以用两根I／O口线C总线C总线上的主器件（单片机）可在时钟线（SDL）上产生时钟脉冲，在数据线（SDA）上产生寻址信号、开始条件、停止条件以及建立数据传输的器件。任何被选中的器件都将被主器件看成是从器件。在这里，DS1307作为I2C总线C总线为同步串行数据传输总线，其内部为双向传输电路，端口输出为开漏结构，因此，需加上拉电阻。
由于单片机是通过MT8880C芯片得到PSTN网络的双音频信号解码输出，也就是说，单片机可以识别来自PSTN网络的控制信号，用户可以根据系统的语音提示进行按键选择以实现用户身份的识别与远程控制。因此，利用MT8880C的双音频编码功能，系统可以在紧急时刻将用户预置的紧急电话打到PSTN网络，从而把损失减少到最低。
ISD4004是美国ISD公司生产的一种语音录放芯片。它可录制8～16分钟的语音信号。该芯片可提供SPI标准接口和单片机进行接口，其语音的录放控制均通过单片机来实现。该芯片的一个最大特点是可以按地址编程录放，因而可由ISD4004和单片机编程控制来构成本系统与PSTN网络用户的语音平台。由于ISD4004的INT和RAC脚输出为开漏结构，因此需要加上拉电阻。
通讯电路可由串行通讯专用芯片MAX202组成，通过此电路可以方便地与PC机进行串行通讯。
当系统被呼叫时，电话交换机发出铃流信号。振铃为25±3V的正弦波，失线秒断。由于振铃信号电压比较高，所以先要通过高压稳压二极管进行降压，然后输入至光耦。再经光耦隔离转换后，从光耦输出时通时断的正弦波，最后经RC回路进行滤波以输出标准的方波。该方波信号可以直接输出至单片机的定时器1进行计数，以实现对铃流的检测。
由于程控电话交换机在电话摘机时电话线回路电流会突然变大（约30mA），因此，交换机检测到回路电流变大就认为电话机已经摘机。自动摘挂机电路可以通过单片机的P1．7来控制一个固态继电器，固态继电器的控制端应连接一个大约300Ω的电阻后再接入电话线两端，从而完成模拟摘挂机。
本系统软件主要由系统主机和系统分机的C51程序和系统与Internet网络通讯程序组成。
系统主机程序主要用于实现系统的总体功能。包括无线数据传输程序、看门狗程序、时间戳程序、双音频编解码程序、语音录放程序、串行通讯程序、铃流检测与摘挂机控制程序、系统初始化程序、意外事件处理程序等。程序编制以消息驱动为主导思想。消息由计数器中断1、外部中断0和串行中断产生，在中断服务程序中，应将相应的状态位置位，而在消息循环中则应按相应的状态位调用功能函数，然后由功能函数将相应的状态位清0并完成所需功能，并最后返回到消息循环中。其程序流程如图5所示。该系统的分机程序和主机类似，故此不再详述。
这部分通讯程序分为服务器和客户端两个程序，主要通过Internet网络完成用户的控制功能。
服务器程序主要完成客户端与系统主机通讯的中转，即将客户端发来的控制或者查询命令翻译成系统主机能识别的格式，或者将系统主机收到的报警等信息上传到客户端。服务器程序使用Socket与客户端进行Internet通讯。
客户端程序是运行在远端用户的控制界面，主要用于完成家居内状态的显示以及对家居内电器的远程控制，同时使客户端直接连接到服务器。
摘要：简要介绍了电力线通信技术，分析了对利用电力线通信技术实现智能家居网络的载波技术、网络控制技术等组网关键问题，介绍了一种基于LonWorks技术的电力线智能家居网络解决方案。
基于电力线通信技术的智能家居网络系统，利用电力线通信技术通过电源插座完成家庭联网，并为家庭网络提供互联网接入和多媒体音视频业务，通过家庭服务器对接入家庭网络的信息家电、安全系统实行监控和管理。
电力线通信技术(PLC)是把载有信息的高频加载于电流，用电力线传输，通过调制解调器将高频信号从电流中分离出来，传送到计算机或其他信息家电，以实现信息传递的一种通信方式。目前PLC技术已经形成宽带接入型与家庭网络型两种发展模式，家庭网络型是指通过电力线在用户家中组建高速LAN。这种模式的PLC只提供家庭内部联网，即通过家庭的内部的普通电力线，进行组网连接家庭内部局域网。电力线通信技术有以下优点：信息家电可以通过电力线进行通信，无需另外布线，利用电源线实现智能家居网络成本较低；电力网是覆盖范围最广的网络，PLC技术可以轻松地渗透到每个家庭，其应用范围广泛；网络的接入点是电源插座，电源插座随处可见，数目较多且接插方便；不需要拨号，接入电源插座即接入网络；电力线载波通信较容易实现自动抄表、家居监控等功能。利用电力线载波通信技术实现智能家居网络最方便。
2.1载波技术1)正交频分多路复用技术。低压电力线载波信道的传输特性的特点是具有时变性，衰减较大，而且各种干扰噪声复杂。为提高电力线网络的传输质量，电力线通信大都采用正交频分多路复用技术(OFDM)进行调制。即将串行数据转化为N个并行数据分配给N个不同的正交子载波，实现并行数据传输。这样既可得到很高的数据传送速率，又能够有效地抑制码间干扰。应用OFDM技术于电力线通信中具有明显的优越性。OFDM频带不仅利用率高，而且抗干扰性强，可以克服电力线上固有的高噪声、多径效应和频率衰减等现象，有效利用现有低压电力线)扩展频谱调制技术。这一技术的抗干扰和抗多径效应也较强。因此，也有一些厂家采用这种技术开发电力通信产品。扩展频谱调制技术在相对较宽的频带上扩展了信号频谱，降低了信号的功率谱密度，降低了电磁辐射，削弱了对其他通信系统的干扰。而且接收端通过窄带滤波技术提取有用信号，信号的信噪比很高，抗干扰性增强。另外，扩频通信可以实现码分多址。对于1Mbps左右的系统，应用扩频技术就可以完全满足传输容量的要求，且其设备简单，扩频调制方式较为经济。当传输速率要求在10Mbps及以上时，扩频技术实现起来较困难。在10Mbps及以上传输速率宜采用OFDM调制技术。
2.2网络控制技术目前，家庭自动化网络标准有许多种，较为成熟的有X210、CEBus和LonWorks等。1)X210是最早应用于家庭设备自动控制系统的。X210的控制模式为主从控制模式，信息是单向传输的，从控点只能接收主控点发来的信息，不能反馈。X210的系统信息的传输较慢(传送一个指令需时0.883s)，抗干扰性能差，可用节点数为256个，只能用于普通家庭中的简单控制和专项控制。但其价格十分低廉，而且安装使用较方便，如仅组建一个简单的家居智能网络，可以考虑X210技术。2)CEBus是一个较完整的开放系统，美国电子工业协会(EIA)于1992年正式推出，并定为IS260/EIA2600标准。它定义了在几乎所有传送媒体(Medium)中信号的传输标准，并要求控制信号在所有的媒体中都要以相同的传送速度(10Kbps)传送，从而有效地避免信号传输中可能出现的“瓶颈”问题。CEBus的抗干扰能力比X210强，控制功能亦十分丰富。但接口技术比较复杂，价钱较贵，在中国的应用不多见。3)LonWorks是由美国Echelon公司于1990年12月开发成功的全分布式智能控制网络技术。1997年8月，被EIA的集成家庭系统技术委员会定为家庭网络(HomeNetworking)的标准。Lon2Works完全支持OSI的7成协议，具有良好的开放性、互操作性，其网络系统组成以分布控制为控制模式。对于网络家电来说，只需要将已定义的的网络家电之间信息传递的语法和语义标准在应用层实现后，就能够实现不同厂商之间产品的相互兼容。LonWorks的分布式架构使其具有独立性，部分节点的故障不会造成系统瘫痪。LonWorks最基本的部件是同时具有通信与控制功能的神经元芯片，具有很强的通信能力和一定的数据处理能力。其抗干扰能力很强，其可靠度是这三种网络控制技术最高的(约99.8%)，并具有完善的开发系统和工具。LonWorks的分布式架构，每一个控制装置都可以有随插即用的功能，减免了二次拉线造成的成本，并避免了重新布线的不便。LonWorks可扩展性强，在将来对系统升级时，可充分利用原有资源，降低升级的复杂性及成本。上述三类家庭自动化网络技术都是各有其特点，组网时可根据实际情况进行选择。但如果要组建一个统一的、操作性强、功能完善、可靠性高、可扩展性强的家居智能网络，采用LonWorks技术是一个明智的选择。
本文以LonWorks技术为基础，采用电力线载波技术来构建家居智能网络。该网络以分布控制、集中管理为控制模式，其网络系统可依靠网络节点完成自治的控制功能，通信媒体采用电力线。主控节点与家用电脑相连，可控制从节点的功能配置并监控从节点的状况，并且还负责与Internet的通信。通过主控节点可查看电表、水表、煤气表的读数，实现三表的集抄。从节点可接收从电力线传来的控制信息，完成自治的控制功能，同时反馈家电的一些状态信息。从节点由电力线网关、信息家用电器组成。在这个网络系统中，电力网关是一个重要的部件，它用于对网络信息的发送与接收。电力网关由基于LonWorks网络系统的LonTalk网络协议和神经芯片、电力线载波模块和耦合电路组成。
记者：我们了解到，生物识别门禁、智能家居――智慧家庭S－Home系统和总线制楼宇对讲，这三大系列构成了整个文达通的产品线。首先请您介绍一下，这三大系列产品有哪些主要特点?针对本届安博会，文达通展示了哪些生物识别安防系统新品?
佟华：它们是在大系统框架下的三个系列，可以各成子系统，也可以组成一套系统方案，主要是根据客户群体和使用场所不同而区分。
生物识别门禁、楼宇对讲主要是采用了指纹和手掌静脉认证，主要是利用人体生物特征如指纹、手掌静脉等作为身份认证，简单、方便，可以随身携带，不易丢失，不论何种场合、何种使用人群都可以选择。
智能家居――智慧家庭S－Home系统是一个整体的解决方案，它为用户提供了家庭生活的新理念，主要目的是使用户的生活更加方便、高效、舒适。随时随地都可以享受到科技所带来的快乐。
总线制楼宇对讲主要是针对大众房地产小区，在传统的可视对讲功能外，又增加了一些附加功能，通过概念的传导，使更多的人了解智能家居，从而成为智能家居行业的准客户。
针对此次安博会，文达通推出了采用800Mhz处理器的手掌静脉门禁，它不但认证方便，且处理速度很快。手掌静脉技术目前在国内外的研究都比较高端，将其应用到住宅等民用场所，是文达通开创的先例，相信会给客户带来耳目一新的感觉。
记者：目前，文达通针对智能家居――智慧家庭S－Home系统推出了基于TCP／IP技术的数字智能终端新品，请问在未来几年针对智能家居产品的研发方面有着怎样的产品线规划?
佟华：随着房地产以及客户对住宅及生活环境标准的提高，智能家居的发展会朝着舒适、安全与家庭娱乐的方向发展，文达通致力于智能家居产品及解决方案的提供，会坚持推出既符合客户需求，又具有前瞻性的智能家居产品。例如，在现有产品基础上，增加个性化的功能，以满足不同客户群体的需求。当然，公司的技术也会持续提高，例如会基于生物识别技术，开发其他民用产品。
记者：请您谈一谈文达通围绕住宅社区智能化领域的整体市场布局，以及文达通公司涉足智能家居市场的具体优势在哪?
佟华：文达通公司成立于2001年，专业研发生产智能家居的相关技术和产品，不涉猎其他行业和技术，主攻方向是智慧家庭S－Home系统。在行业内有多年的发展历史，公司集研发、生产、销售于一体，发展前景和市场潜力比较大。
并且公司拥有一个省级企业技术中心，确保公司研发生产的产品具有强大的技术后盾，生物识别技术开发和产业化，更是文达通在业内的一个显著的特征。
生物识别技术的研发与应用，是文达通始终坚持的重点，在此基础上，文达通推出了一系列产品，包括指纹锁、指纹门禁等。目前，又推出了采用手掌静脉识别的门禁等产品。手掌静脉识别的误识率和拒识率更低，同时因为采用了高性能嵌入式平台，内置功能强大的ARM板，芯片速度可达到800Mhz，使得手掌静脉门禁和楼宇对讲产品的功能更加强大。
记者：相比较于国内智能家居厂商都会以办事处或商等形式，建立遍布全国的渠道体系，文达通针对楼宇对讲与家居智能化领域的自有产品，有着怎样的具体渠道发展规划?针对有着广泛增值服务空间的楼宇对讲与智能家居应用，您认为在商业模式上应该有怎样的创新?
佟华：智能家居行业是一个朝阳产业，更是一个高端行业，它与生产商、经销商、使用者都有密不可分的关系，且都占有重要的角色，因此，必须将三者协调统一起来。我们认为，结盟、联合，共同开拓市场，加大推广，才能促进智能家居行业的发展，合作伙伴们也才能从中获得利润。传统的智能家居厂商将从单向的产品推广转向为提供整体系统解决方案。这是智能家居行业发展的必然趋势，因为用户更趋向于全方位智能化服务的需求，而整体系统解决方案，就是给用户提供更多的选择，并且有利于智能家居相关配套产品的完善与普及。
记者：智能家居产品的后期维护和服务一直是限制行业发展的瓶颈之一，文达通在智能家居产品的技术支持、后期维护服务方面相对国内其他智能家居厂商有哪些优势?
佟华：文达通始终坚持以成为行业领航者的发展目标，公司定位是成为国内一流的智能家居产品知名品牌。在营销模式上采用4S服务模式，统一培训支持，统一售后服务，建立客户档案，及时跟踪维护。目前已经形成了以山东省为中心，辐射全国的营销网络。
记者：目前楼宇对讲以及延伸的智能家居功能应用于不少项目中，但往往止步于智能终端。您认为目前阻碍智能家居配套大规模应用的因素有哪些?
佟华：这应该与智能家居概念的推广，以及市场拓展及宣传有着很大的关系。最初的智能中控器往往独立于传统的安防和对讲系统，习惯上将智能家居当作智能小区的一个子系统来考虑，用户的家中需要安装几套彼此独立的子系统，增加了安装和使用的复杂性。这种做法在智能家居概念初始引进阶段应该说还是可行的，但随着智能家居的推广与需求的不断深入，人们开始“拷问”智能家居的真正意义与价值时，才发现“人性化”与“个性化”是智能家居的意义所在。因此，智能家居势必要从现在的“千家一面”的一统模式中独立出来，成为一个可完全由业主自行选配的个性张扬空间。行业间的技术整合促使智能家居平台成为包括安防、对讲、信息、家电控制、家庭数字影音为一体的智能化家居平台。
记者：当前的国内智能家居市场相比于几年前受关注度可谓与日俱增。与此同时，为了提升产品附加值，寻求全新的市场增长点，国内外安防、家电、消费电子等厂商也正从不同领域涉足智能家居市场。针对当前的行业形势，您如何看待当前智能家居行业的市场竞争?
智能家居是通过先进的网络通信技术、计算机技术以及综合布线技术，对日常家居生活中的各个子系统进行综合管理，提高人们家居生活的安全感和舒适度。相对于传统家居方式而言，智能家居具有智能化与远程控制两大特点，能将静止的家居结构转为自动化、能动化、实现全方位的信息交换功能，保障家庭与外界的信息通畅，帮助人们合理安排时间，合理利用家居能源。
（一）智能家居发展的积极因素。1、智能家居概念普及较为广泛。随着科学技术的不断发展，现代化计算机技术应用范围逐渐拓展到生产、生活、工作、学习的各个领域。家居生活的智能化控制也逐渐走入人们的生活，智能家居的概念由此得到广泛认可。同时，各大媒体纷纷关注智能家居的发展，网络媒体、纸质媒体、行业媒体及大众媒体的参与，直接推动了智能家居概念的普及与推广。2、房地产开发商将智能家居作为竞争优势。随着土地资源的日益紧张，房价逐年上涨，房地产商之间的竞争越来越激烈，为了增加房地产的竞争力，众多开发商纷纷为房子找新的卖点，增加楼盘的附加值，智能家居由此成为众多房地产商竞相争抢的对象。智能家居的引入，增大了楼盘的卖点，同时也使消费者能以更优惠的价格坐享智能家居的智能化、自动化、安全化、舒适化的服务。3、厂商积极参与智能家居的构建。智能家居行业的迅猛发展，为自动化电子器械的生产商提供了商机，各个商家纷纷瞄准智能家居这一潜在市场，对企业产品进行结构和技术调整，加入智能家居控制功能。如可视电话、网络家电、智能照明、布线音响等产品，均不断调整产品性能，以满足智能家居的市场需求。4、消费者对智能家居的需求逐渐扩大。消费者从多种渠道了解到智能家居的相关信息及其提供的服务，对其产生极大兴趣的人数逐渐递增。消费者已经从口头探讨的观望着，变为直接安装的使用者，多数人已选择安装方便的智能家居产品直接将家里升级至智能屋；也有人选择直接购买带有智能家居系统的房子；无论消费者通过什么方式去选择智能家居产品，这都说明了智能家居已经不再遥不可及，成为人们关注的一个亮点。
（二）智能家居发展的不利因素。1、行业内缺乏统一规范标准。发达国家智能家居的概念提出较早，已经逐步形成较为完善的行业标准，在通信技术和网络技术发展的推动下，建筑行业和IT行业之间的合作逐渐深化，推动了智能家居的发展。我国建筑行业、信息行业对建筑小区定位不同，行业之间的管辖权之争严重影响了智能家居的发展。行业内缺乏统一的规范标准，市场上的产品互不兼容，直接影响用户的使用，给厂商带来困恼的同时，也限制了智能家居的发展。2、行业之间的合作难度较大。智能家居是需要安防、家电、IT、系统集成商之间密切合作，如一台接入互联网的智能电冰箱，当内部食物存储不足时，可通过网络向商场或超市发出采购信息，以便享受足不出户带来的便捷。而我国当前现状是，各行业厂商在市场经济残酷竞争压力下和经营理念落后的情况下，仅关注企业自身的利益和发展。不同行业之间的合作难度较大，增加了智能家居的发展难度。3、智能家居成本高。智能家居需要复杂的综合布线，专业的调试和高成本的维修，无论是开发商还是用户难以接受智能家居带来的高成本，因此开发商为了解决建设成本，选用性能较低，功能不全的产品；用户也仅仅关注安防报警、灯光控制以及空调控制等基本功能需求，这就造成了智能家居功能华而不实的弊端，影响其进一步改进。
虽然智能家居当前发展形势较为缓慢，且存在一系列需要解决的问题，但其智能化、远程可控的优点决定其具有良好的发展前景。智能家居未来发展趋势应以实用为本，为用户提供安全舒适环境的同时，为用户节约各种能源。
（一）安防方面。1、防盗报警功能。家庭安防功能是居民对智能家居的首要要求，防盗报警功能可通过智能家居控制器，接入各种红外探头门磁开关，并根据需要随时布防撤防。当家庭智能终端处于布防状态时，红外探头探测到家中有人走动，就会自动报警，并通过蜂鸣器和语音实现本地报警，同时将报警信息传到物业保安中心，同时自动拨号到主人的手机或办公室电线、防火报警功能。智能家居防灾报警功能是通过接入烟雾探头、瓦斯探头和水浸探头，全天候24小时监控可能发生的火灾、煤气泄漏和溢水漏水，并在发生报警时联动关闭气阀、水阀，为家庭构建坚实的安全屏障。
3、求助报警功能。智能家居的求助报警功能通过智能家居控制器接入各种求助按钮，使得家中的特殊用户，如小孩或老人在遇到紧急情况时，通过启动求助按钮快速进行现场报警和远程报警，及时获得各种救助，避免安全事故的发生，降低用户的各种损失。
（二）智能家居的远程控制功能。1、定时控制功能。智能家居的定时控制功能是通过无线遥控器或液晶控制面板操作，预先设计家电的定时启动、停止计划。例如，利用夜间电费比白天便宜的情况，实施热水器定时开启的设备运行计划，达到节约电费的目的。2、远程控制功能。智能家居远程控制功能是利用电话或手机，在办公室或其它地点进行远程控制家庭电器开关及安防系统布撤防等；通过组建家庭的监控网络系统中的监控设备，对家庭安全进行监视和控制，甚至可以实现在办公室通过互联网看到家中的图像或与家中的人员进行对话。
（三）智能家居的便捷化。智能家居便捷化功能将为用户提供更为舒适的生活环境。如短信收发功能是通过液晶控制面板显示接收网络短消息，也可通过手机接收智能家居控制器发送的状态信息，并向其发回各种控制指令；通过与小区智能系统的联网，轻松实现三表远传、一卡通等智能化服务。
随着人们生活水平的提高及对家居功能的需求不断增加，利用智能家居平台还可以扩展更多的生活服务和健康服务，智能家居的功能将会越来越丰富化、实用化、低成本化，其未来的发展前景不可限量。
[1]康祥. 浅谈我国智能家居的现状及发展趋势[J]. 中国科技信息，2014，08：121-122.
家居智能化的概念最早出现在上世纪80年代，经过多年发展，其内涵不断丰富，应用更加广泛。基于目前的应用现状和最新的技术发展，家居智能化应重新定义为利用建筑、自动控制、数据通信、计算机网络、物联网等多种技术，实现包含从家庭数据共享（如电脑、智能电视、打印机等）到家电控制（如灯光照明、空调、暖气、电饭煲等），以及三表抄送、家居安防等方面的功能，以全面提升人们在家庭生活中的舒适度、安全度、便利度和可操控度为最终目标。
家居智能化近年来发展迅猛，其市场前景非常广阔，据Juniper Research的研究报告预计，中国智能家居市场规模在2018年有望达到1 400亿人民币。但在家居智能化的实施过程中还存在不少问题，这些问题如果不能很好解决，将直接影响家居智能化的普及和应用，主要表现在以下几个方面：
（1） 由于家居智能化涉及的领域较多，因此其国际标准很不完善，虽然在通信领域、建筑和社区化领域、家电领域各有一些相关标准，但这些标准既不完善也无法适应时代的发展[1]，无法获得广泛支持；在国内，虽然有一些实验性的地区标准，但同样没有统一的国家标准[2]；国内各厂家虽成立了一些产业联盟，以确定相互间的接口标准，但总体而言依旧是各自为政，产品大多不能互相连通，无法实现整体控制[3]。
（2） 新技术发展迅猛，各种有线、无线技术层出不穷，技术更新速度极快，而标准又跟不上技术，因此厂家像“无头苍蝇”般，用户更是“无从下手”。
（3） 家居智能化的成本太高、操作复杂且故障率过高，使不少家居智能化应用形同鸡肋，用户兴趣不大，难以进行大规模推广。
随着互联网应用的高速发展和物联网技术的不断成熟，家居智能化作为物联网的一部分，其含义、应用范围、实现方式也发生了根本性变化，家居智能化真正走向标准化和全面普及的时机已经到来。作为家居智能化技术中的核心和最重要的一环，网络通信协议体系结构直接关系家居中各设备间的互连互通和互操作性。家居智能化的网络通信协议体系结构应建立在充分利用现有新技术和设施的基础上，使家居智能化的应用更丰富、操作更简单、价格更便宜、性能更可靠。
本文将结合现有技术探讨最适合中国家居智能化的网络通信协议体系结构，希望为建立国家统一标准提供参考意见，同时，对家居智能化网络通信协议体系结构的未来发展趋势做出展望。
在家居智能化系统中，主流的实现方案是以家庭网关为中心[4]，连接并控制家庭中的各类设备，并与外界的Internet互连网相连，以达到远程监控的目的[5]。
（1）家庭网关和传感器间的信息传送，如安防报警探头探测的报警信息、水电气数据的自动抄送、温度湿度等传感器的自动上报等，以及一些由家庭网关发出的诸如打开地暖、空调、清风系统、灯光，开启窗帘、音响、电视、电饭煲等命令，这类信息的特点是数据量极小，但实时性要求较高。
（2）信息数据量相对较大，如家用电脑和电视间的节目传送，手机、电脑和打印机间的数据传送，家庭网关和视频监控设备之间的数据传送以及家庭网关与Internet互联网间的数据传输等，这类信息的传送需要较高的网络带宽才能实现。因此，针对家居智能化的信息流及其传送特点，我们要选择不同的网络通信协议，以满足其不同需求。
在选择家居智能化网络通信协议时，应根据家居智能化的信息流及其传送特点，从以下几个方面考察并选出最佳网络通信协议：
（1） 基本性能：速率能满足家居智能化发展的需要；传输距离应满足绝大多数家庭环境的需求；功耗尽可能低，使部分传感器类设备能摆脱有线电缆的桎梏；差错率、稳定性、可靠性等性能良好。
（2） 普及性和开放性：技术得到大多数厂商的普遍支持，容易实现；产品种类多，接口统一，价格便宜，易于推广。
（3） 易用性和可传承性：用户体验良好，安装简单，易于与现有设备相连；易于升级换代，简单快速地适应将来产品的更新和技术的发展。
目前，国际上用于组建智能家居网络系统的主要标准有HomePlug、PLC、HAVi、HomePNA、DLNA、ECHONET等，这些标准多由不同的企业联合推出，均得不到广泛支持，而其中基于电力线的HomePlug和PLC，基于电话线的HomePNA，早已不适合家庭组网的需要。从国内组网的标准来看，在电子、通信、建筑、家电及物联网等行业均有一定进展，但总体进展缓慢。因此成立一个统一的标准化部门，制定出统一的智能家居组网标准势在必行。而组网时首先要明确家居网络使用的网络通信协议体系结构。
家居智能化的网络通信系统可分为两大部分，其一为家居内网络通信系统的构建，其二为家居内网络系统与外部互联网的通信，主要涉及如何远程控制方面的内容。根据家居智能化信息流的特点，对照上述选择家居智能化通信协议的依据，我们以简化的OSI七层协议参考模型的四层网络协议体系结构为基础，对家居智能化网络通信的各层协议逐个论述。
TCP/IP（传输控制协议/网间协议）作为Internet的主要协议，已成为目前世界上技术最成熟、使用最广泛的网络通信协议，其应用不仅在Internet的骨干网、各类局域网，还已被全面应用于手持设备，如智能手C和平板电脑，以及部分物联网设备。
IP作为TCP/IP协议族的网络层协议，虽然其没有两通信节点间的差错控制机制，且是一种无连接的通信协议，但对于通信信道日渐优越、Internet网络流量复杂、巨大的环境显得非常实用。而TCP/IP的传输层有TCP和UDP（用户数据报协议）两类不同的协议，可供不同的应用程序调用。TCP协议可提供有连接的、具有差错控制的、可靠的端到端传输服务；而UDP则相对简单，可提供无连接的、无差错控制的、不可靠的即时信息传送。
TCP/IP作为中间层协议，很好地兼容了各种不同的协议类型，在低层，它能与IEEE 802.3（或以太网）、WiFi、PPP（点到点协议）、4G等绝大多数协议兼容，而高层又能支持多种不同的应用，从而形成了以TCP/IP为腰的两头大、中间小的沙漏型协议体系结构。
正是基于TCP/IP的上述特点，在当今互联网全球一体化的情况下，为适应当前的主流设备和环境，并使家庭网络的各类设备间以及家庭网络与Internet间能顺利地互联互通，选择TCP/IP作为家庭网络的网络层和传输层协议理所当然[6]。
目前，国内主要城市已经可以做到光纤入户，更多的地区大多也可以通过ADSL接入Internet。而家庭内部通常配以五类双绞线为主的家庭结构化布线，组成家庭的局域网系统，这种家庭局域网使用的网络协议基本上是在TCP/IP下的以太网系统。
虽然随着WiFi的迅速普及，家庭结构化布线变得可有可无，但传统的以太网由于其稳定、高速、传承性好等特性，不仅在Internet和各类局域网系统中无法被取代，在家庭组网中仍然会在相当长的时间内有其存在的价值。
传统的以双绞线为主的家庭局域网最大的问题是必须在家庭中的不同房间进行结构化布线，这需要在新房装潢或旧房二次装潢时才能完成，代价较大，给家居智能化的普及带来不小的问题。随着WiFi、蓝牙、ZigBee等无线组网技术的成熟，不用刻意布线的无线网络迅速普及，价格低廉、应用广泛。无线组网技术与有线组网技术相比，具有无可比拟的优点[7]：
（4）节省成本：无须考虑重新装潢，节省布线）主流无线技术如WiFi，ZigBee，蓝牙等功率较低，几乎对人体没有伤害。
蓝牙（Bluetooth）技术因其速率不高，尤其是传输距离有限（最大15 m），不太适用于家居智能化的环境。相反，WiFi技术经过多年的不断发展，其具有速率高、传输距离远等优点，目前在国内已得到大力普及。CNNIC（中国互联网络信息中心）的报告显示，截至2016年6月，92.7%的网民最近半年曾通过WiFi无线网络接入互联网。WiFi的特点极其适合家庭环境下的局域网构建，尤其适用于家居智能化中家庭网关、电脑、手机、打印机间的大数据量传送。因此以光纤入户为基础，WiFi无线组网为主要形式的家庭组网方式是最经济、最快速，同时也是最适合中国现状的家庭组网方式。
ZigBee技术除由IEEE 802.15.4标准规定的MAC层和物理层外，其高层到应用层均由ZigBee联盟进行完整的定义。其具有如下特点：
（1）运行功耗低，利用普通电池就可连续工作半年以上，摆脱了电源线的束缚，且运行成本低；
（3）组网方式简单，传输距离较远，能充分满足家庭环境的需要， 同时，其安全性和可靠性也能基本满足家居智能化的需求。
虽然其传输速率较低（小于250 Kb/s），但由于传送家庭网关和各类传感器间的数据量小，因此实时性要求高的应用非常适合 [8]。故将ZigBee技术作为家居智能化网络无线组网的补充，其地位不可取代。
虽然在家庭中，大部分家居智能化应用可通过电话线+ADSL（非对称数字环路）或双绞线入户等方式运行，但从发展的眼光看，通过光纤和TCP/IP协议将家居智能化网络接入Internet才是今后家居智能化发展的重点。采用这种方式可以利用云端服务器的超强运算能力，使家居智能化的运算和决策能力大大加强，而家庭中如视频、照片等大数据量的信息也可以存储在云端几近无限的存储空间内，此举大大减少了家居智能化的成本，且这些数据的保存不易丢失，更为安全、可靠。
利用云端服务器也是解决IPv4地址匮乏问题的最佳方法，据CNNIC的报告，中国所在亚太区的IPv4地址早在2011年2月已分配完毕，普通家庭根本分配不到IPv4 的全局地址，这就造成通过电脑或手机在Internet上无法直接访问家居智能化网络，只能通过云端服务器转接完成的问题。
同时，利用智能手机或远程任一电脑，均可通过电信运营商的WiFi或随处不在的4G网络接入Internet，借助云端服务器可以随时随地间接监视和控制家居网络的各类设备及相关功能部件， 充分发挥了家居智能化的功效。 图1 所示为家居智能化网络的连接示意图。
对应于简化的网络协议四层参考模型，在家庭中，存在两套组网模式并存的现象，一套是基于TCP/IP的沙漏型网络通信体系，用以传送较大数据量的应用信息，并与Internet相连，达到远程访问和控制的目的；而另一套则以ZigBee协议进行无线组网，主要用于各类传感器与家庭网关间小数据量的信息传送。这两类信息由家庭网关进行交互并处理。
家居智能化网络通信系统作为家居智能化的核心，经过多年发展，已有了长足进步和显著变化。
家居智能化已经从基于简单控制某些家居设备发展到将家庭所有设备连成一个整体网络，并将家居系统并入物联网系统[9]，成为“海量”物联网的一部分，家居智能化的应用也因此发生了巨大变化[10]。
云计算在国内虽起步较晚，但发展迅猛，以阿里巴巴为代表的中国企业的云计算水平和服务已居世界前列，阿里巴巴的云计算速度已居全球首位，而其规模也有望成为世界第一。通过将家居网络连入Internet，并充分利用云计算“巨平台”的优势，不仅使家居智能化的计算能力和存储能力大幅增加，应用和服务能力也大大加强，而且使用户家居智能化代价降低、易于控制、可靠性增强。使家居智能化成为标准化的服务有利于家居智能化的快速普及。
随着通信手段的不断丰富，如光纤入户的普及、WiFi的广泛应用及4G移动通信的快速发展，中国的普通家庭已逐渐脱离了需要依赖原有线路如电信的电话线、广播电视的同轴电缆或直接利用电力系统的电力线等现有线路改造的模式，无需进行复杂布线，利用光纤接入和无线组网手段就能很容易地组建家居智能化网络，使相关利用原有线路发展家居智能化的方案显得落后和不适时宜，其标准化组织的工作也显得如同鸡肋般，不再是家居智能化发展的主流。
除了网络通信应尽可能采用无线方式，在部分家居智能化设备的电源供应上也应有所突破。例如除传感器因功耗低可采用普通电池外，其他较大功耗的设备也可以采用诸如足够便宜的锂电池或石墨烯电池供电，并对电池进行无线]，可使家居智能化设备彻底摆脱线缆的桎梏，将大大促进家居智能化的普及和发展。
据中国宽带发展联盟的数据显示，截止2016年6月底，中国宽带的平均时速已正式到达10 MB/s，而中国家庭的宽带普及率也超过一半，这就给中国家居智能化的推广和普及创造了条件。一方面，随着以光纤为代表的高速率、高质量通信信道的逐渐普及，网络通信协议中差e控制和流量控制等机制的重要性降低，越来越简化；而另一方面，随着各类关键应用的推出和推广，网络通信协议的安全特性显得越来越突出。因此网络安全将是今后网络通信协议中需要重点加强的领域。随着我国第一颗量子通信卫星的成功发射，量子通信也逐步实用化，并有望成为下一代关键应用的安全通信方式之一。
中国是全球最大的智能手机拥有国，据App Annie预测，2020年中国智能手机用户将增至14亿。智能手机在迅速普及的同时，其功能越来越强大、应用也越来越丰富。围绕智能手机，借助互联网，完全可以将智能手机打造成适合绝大多数家居智能化应用的监控终端。利用手中的智能电话，人们就可以摆脱家中各式种类的遥控器，随时随地监控家居中的各种智能设备，大大提高了家居智能化的功效。
事实上，虽然目前有很多办法，如利用NAT（网络地址转换）等技术可以部分解决IPv4地址枯竭的问题，但最好、最彻底的解决方案是全面采用IPv6的标准，因为IPv6具有海量地址和优越性能。虽然在IPv6标准颁布多年后的今天，由于IPv6与IPv4间的兼容性较差，从IPv6过渡到IPv4的代价太大，目前不论是运营商还是设备制造商，出于成本和原有设备利用的问题，均不太愿意立即过渡到IPv6，但随着 Internet乃至物联网的蓬勃发展，IPv6的全面普及仍然是大势所趋。IPv6不仅能彻底解决地址匮乏的问题，其另一大优点就是全面使用IPSec，数据传输经过加密，安全性大增，对某些关键性应用至关重要。
随着科技的发展和人民生活水平的提高，家居智能化的应用也必将越来越丰富，家居智能化必将成为现代化家庭中必不可少的一部分。在科技飞速发展的今天，实现家居智能化所用的网络通信系统较过去已有了根本性变化。家庭中的网络系统构建实现由于主要采用无线技术而变得简单，同时利用手中的智能手机，借助互联网和云计算，即“海量终端接入巨平台”的方式，使得人们可随时随地享受家居智能化带来的高效、舒适、健康的生活。
[1]柳宏.智能化家居标准化发展现状研究[C].第十一届中国标准化论坛论文集，2014.
[2]杨光，杨琦，何志勇.中国智能家居的标准化战略与对策[C]. 第12届中国标准化论坛论文集，2015.
[3]吴巍，吴明光.国内三种智能家居网络协议综述[J].电器与能效管理技术，2007（2）：24-27.
[5]吴佳兴，李爱国.基于云计算的智能家居系统[J].计算机应用与软件，2013，30（7）：240-243，314.
[6]张秋伟.智能家居的体系结构及关键技术分析[J].数字技术与应用，2016（7）：215.
[7]汪海，王强，薛勇，等.浅析智能家居的有线技术形式和无线技术形式[J].电器应用，2016（2）：31-35.
[8]孙杰贤.智能家居无线组网之争[J].中国信息化，2015（11）：39-41.
[9]乔朝阳.智能家居的物联网世纪[J].现代经济信息， 2014（24）：397.
