智能家居系統設計關鍵技術探討

引言

將計算機技術、現代通信技術融入傳統的家用電器之中產生了新一代家電—信息家電，它是具有信息訪問、獲取、存儲、處理、聯網的消費類電子產品，信息家電的出現打破了只有通過上網獲取信息的局面，預示著后PC時代的來臨。在智能家居系統設計中有幾個關鍵技術一直是業界研究和討論的熱點重點，下面筆者將這幾個關鍵技術列出，提出自己的看法，供大家參考。

家庭內部網絡的組建

家庭內部組網，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，同時可以把內部數據傳輸到外部網絡。目前關于家庭內部網絡有許多種解決方案，主要是有線和無線方式。

有線方式：

·電子載波的X-10和CEBUS;

·電話線的HomePNA;

·以太網的IEEE802.3和802.3u;

·串行總線的USB1.1、USB2.0和IEEE1394。

無線方式：

·無線局域網的IEEE802.11a和IEEE802.11b;

·家庭射頻技術的HomeRF;

·藍牙的IEEE802.15;

·紅外的IrDA。

家庭內部組網技術的參考因素：

·連接對象的復雜性。在家庭網絡內部存在著音響、可視電話等高速率數據設備，冰箱、洗衣機、PDA等中速率數據設備，同時還存在三表抄送、防火防盜報警等低速率數據設備。

·基于開放的標準。包括技術文檔和體系結構的開放性。

·兼容廣泛的連接技術。

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

根據上述技術的特點分析，可得出以下結論：多種聯網技術必將在市場上共存，各種內部聯網技術都將找到各自的適應點。對于娛樂應用，如音視頻，要求網絡能夠提供高帶寬、實時性、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、語音服務等，傳輸率要求在幾十kbps到幾十Mbps，多種技術都可以滿足數據傳輸，但是無線技術可以避免重新布線的煩擾，因此是最佳的選擇。對于家居自動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，且產品位置分散，不利于重新布線，因此電力線和無線編碼技術是最佳的選擇。

利用Jini技術和OSGI標準

家庭網絡是一個動態環境，當有新設備加入家庭網絡里，應該能被網絡中其它的設備識別，同時它也能發現網絡中其它設備。為了實現設備間的即插即用和互聯，SUN公司引入了JiNi技術。JiNi的目的是將成組的設備和軟件構件聯合成一個單一、動態的分布式系統，Jini基于Java語言，是一種面向服務(包括硬件資源和軟件資源)的中間件技術，運行于TCP/IP協議之上，跨平臺運行，獨立于底層操作系統和通信技術，設備間可相互查詢、理解所具備的功能，家庭網絡無需人工參與，網絡設置可自動完成。由于Jini非常適用于家庭網絡環境，目前SONY、Philips、Inprise等很多廠商都申請了Jini的許可證， Jini的應用呈現一片欣欣向榮的景象。

開放服務網關(Open Service Gateway Initiative, OSGI)由IBM、HP、Philips、SUN等電信、計算機、電器巨人發起，主要功能是為連接Internet上商業服務和下一代智能電器定義一個開放的標準。OSGI具有平臺獨立、應用獨立、高安全、多任務、兼容不同局域網協議(如藍牙、IEEE1394)，和支持多種設備連接技術(UPNP、 Jini)的優點。OSGI體系主要組成部分包括：服務網關、服務提供商、服務集成商、網關操作員，廣域網和局域網絡及連接設備。

家庭網關的設計問題

智能家居系統的核心是家庭網關(Residential Gateway)，在家庭內部提供不同類型、不同結構子網的橋接能力，使這些子網內的信息家電之間可以相互通信;在家庭外部通過Internet將各種服務商連接起來以提供實時、雙向的寬帶接入，同時還提供防火墻的能力，阻止外界對家庭內部設備的非法訪問和攻擊。

·家庭網關的實現：可以通過信息家電(網絡冰箱、機頂盒)實現，或構建專用家庭網關實現，其中專用家庭網關更具發展前景。

· 家庭網關完成的功能：家庭網關應能實現內部網的互連、信息存儲、設備監控、數據計算和外部網的3W服務、網絡安全功能。·家庭網關的協議分層結構：其中第一、二層的標準已頒布，并在實際應用中，第三層是業界研究的熱點，第四層為應用程序層，可根據功能的強弱進行定制，第五層是UI層，包括手動開關、遙控接口、通用軟件接口等，它的簡單易用直接影響到智能家居系統的性能，目前還沒有統一的標準。

家庭網關的軟件設計

其中實時操作系統是整個軟件系統的核心，它負責進程調度、存儲管理、設備管理、實時監控，并提供藍牙、IEEE1394 ADSL等硬件設備的驅動程序。在實時操作系統層之上可以包括TCP/IP模塊、嵌入式數據庫、中文環境模塊、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。為滿足用戶需要，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，以實現家庭安防和娛樂的目的。

家庭網絡中應用代理體技術

網絡家電的低成本、高質量和高可靠性是智能家居系統設計成功的重要條件，代理體技術是這一方面的成功應用。

可以在家居服務器中運行代理體，以不同的私有互聯協議連接到采用不同技術構成的網絡。并將整個控制算法分解成針對不同情況的控制代理，每個代理的任務簡單明確，當需要一個代理時，才把它傳到被控制的設備上，故所需內存空間非常小。

結語

目前關于智能家居系統的研究和設計方案提出很多，仍有許多問題尚待解決，如沒有統一的互操作規范，網絡的集成比較復雜，對家庭用戶接口的規范缺少研究，但隨著相關技術不斷進步，它必將向著調度智能化、靈活性和互操作性方向發展，從而進入尋常百姓家。