智能家居的標準與協議分析

古人云：“沒有規矩，無以成方圓”，在智能家居領域也是如此。在技術上，智能家居建設面臨的挑戰不是設備或實施問題，而是標準與協議問題。智能家居是一個多行業交叉覆蓋的系統工程，各設備廠商按照不同的接口標準與協議生產設備，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議是發展智能家居必須首先解決的問題。目前，智能家居領域的國際標準尚未成熟，各大廠商和相關組織機構正在著手建立和制定智能家居系統內部設備之間的網絡接口標準和數據傳輸協議。抓住機會，參與標準的制定，將給國內廠商帶來無窮的機會。

　　家庭總線系統

　　家庭總線是智能家居實現的重要基礎，是住宅內部的神經系統，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、家電、視聽設備等)連接在一起，形成一個完整的家庭網絡。

　　日本是較早推動智能家居發展的國家之一，它較早地提出了家庭總線系統（ Home Bus System， 簡稱HBS ）的概念，成立了家庭總線(HBS)研究會，并在郵政省和通產省的指導下組成了HBS標準委員會，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對雙絞線構成，前者用于傳輸圖像信息，后者用于傳輸語音、數據及控制信號。各類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行控制，也可在異地通過電話進行遙控。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協會又推出了超級家庭總線（Super Home Bus System，簡稱S-HBS），它適用于更大的范圍，因為一個S-HBS系統可掛接數千個家庭內部網。

　　家庭智能化要求諸多家電和網絡能夠彼此相容，總線協議是其精髓所在，只有接口暢通，家電才能“聽懂”人發出的指令，因此總線標準的物理層接口形式是智能家居亟待解決的重要問題之一。目前比較成型的總線標準協議主要是美國公司提出的，包括Echelon 公司的LonWorks LonWorks協議、電子工業協會(EIA)的CE總線協議(CEBuS )、Smart House LP的智能屋協議和X-10公司的X-10協議等。

　　這些協議各有優劣。LonWorks協議是美國Echelon公司開發并與Motorola和東芝公司共同倡導的現場總線技術，它支持多種物理介質，適用于雙絞線、電力線、光纜、射頻、紅外線等，并可在同一網絡中混合使用。LonWorks協議支持多種拓撲結構，可以選用任意形式的網絡拓撲結構，組網方式靈活。LonWorks應用范圍主要包括樓宇自動化、工業控制等，在組建分布式監控網絡方面有較好的性能，目前全球已建立的LonWorks節點已經超過50萬個。在四種協議中，X-10是歷史最長且使用最簡單的一種，它于1978年誕生于美國，至今仍是美國家庭自動化的主導系統。之所以說X-10協議簡單是因為它直接利用住宅電力線作為控制總線，通過電力線將各控制器與各功能接口器相連并實現程序控制，不必再穿墻打孔，更有利于改變結構空間，用戶可自己動手安裝，價格也比較低廉。而CEBuS 作為電子工業推廣協議，與歐洲的EHS標準同為歐美家庭自動化電子產品的行業推薦標準。

　　內部傳輸接口

　　智能家居系統內部傳輸接口可以通過兩種傳輸途徑來實現：其一是無線傳輸方式；其二是有線傳輸方式。目前國際上流行的物理層系列接口主要包含無線射頻（RF）、電力載波（PL）、雙絞線（RS485等）、專用線IEEE 1394 、IEEE1394b、利用IEEE 1394 的HAVI HAVI 、藍牙技術（BlueTooth）、無線通信以太網（IEEE802.11）、X11、無線通信HomeRF(Home Radio Frequency)、紅外線技術等，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和視頻監控為代表的高速數據鏈路接口。

　　無線傳輸方式最適合于家庭。目前用于家庭內部的無線傳輸技術主要是無線通信HomeRF、藍牙技術、WAP WAP、無線以太網等，而人們比較看好的是Home RF和藍牙技術。HomeRF主要為家庭網絡設計，是IEEE 802.11與DECT DECT結合的產物。1999年1月5日，HomeRF工作組公布了“共享無線訪問協議”SWAP 1.0版本規范，有13家公司（包括IBM、Intel等）承諾將生產基于SWAP的產品。

　　藍牙（IEEE 802.15）是一項最新標準，它比無線以太網（IEEE 802.11）更具移動性，它能把一個設備連接到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。

　　其他的技術或多或少地有些問題。例如，IEEE 802.11技術在家用市場的前景不太好；射頻（RF）技術成熟度高、成本低廉，穿透性也非常好，但缺點是沒有統一的標準，各公司的通信協議都不一樣；紅外技術非常成熟、具有很好的靈活性和可移動性，成本也非常低廉，但受到障礙物的限制，沒有穿透性，方向性較差，也沒有標準的通信協議。目前，由于無線射頻無需增加附加的布線資源，數據傳輸性能可靠且成本低廉，因而成為目前最現實和最受歡迎的物理層接口形式之一。可以預見，隨著無線方式的逐漸成熟，它將在未來取代有線通信，成為家庭網絡的最佳連接方式。不過在目前，家庭布線仍然大量采用有線方式，主要包括以下三種：

　　第一種是家庭網絡布線。這是目前應用最廣泛，但也是最麻煩的技術，這種方式亟待解決的問題是布線的方便性和如何實現即插即用。

　　第二種是利用家庭中的電話線進行網絡連接，采用的技術為HomePNA（Home Phoneline Networking Alliance）。HomePNA旨在盡快向家庭用戶推出易于使用、成本低廉，用于解決沒有網絡連接的家庭的上網問題，其缺點是網絡速度較低。它支持Internet訪問，支持的接口協議包括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發展的不利因素，但由于其網絡介質的簡易和實用，仍然極具吸引力。

　　第三種是利用家庭中已有的電源線傳輸數據，采用的是電源線載波技術（Powerline Carrier Technology）。該系統在家庭或設備內通過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議主要是X-10。采用電源線聯網方案的好處是不需要在家里重新布線，可利用現有的電源插座，因此也是家庭網絡研究開發的方向之一。

　　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，它側重于線纜的連接應用。該標準定義了介質拓撲和傳輸協議，是一個硬件、軟件集成標準。 IEEE1394很可能成為未來的網絡通用接口標準，它將是下一代電腦外圍設備與消費電子產品的最新接口標準，目前該標準還在進一步發展之中。隨著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品與電腦相連的共同界面，可實現電視、電影、錄放像機、音響等系統的全自動控制，并可與外部ATM公共網絡相連，實現家庭與外界信息高速公路的互連。