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(bào)》，《通信學(xué)報(bào)》(月刊)是由中國(guó)通信學(xué)會(huì)主辦的一級(jí)學(xué)術(shù)性刊物，創(chuàng)刊于1980年，面向國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)行。其辦刊宗旨是及時(shí)反映中國(guó)通信科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平，交流國(guó)內(nèi)外通信科技新成果，促進(jìn)學(xué)術(shù)進(jìn)步和人才成長(zhǎng)，探索新理論、新技術(shù)。主要讀者對(duì)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(fèi)電子總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以是總線型、星型、樹(shù)型或混合型�？偩�中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的地位是平等的，不需要一個(gè)主控設(shè)備。對(duì)于多節(jié)點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)資源的解決方法是采用沖突檢測(cè)和沖突解決，網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的控制關(guān)系通過(guò)綁定來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而使整個(gè)家庭中的電器系統(tǒng)能成為一個(gè)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(tái)，兼?zhèn)浣ㄖ�、自�?dòng)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(guó)，最具代表性的是X-10技術(shù)，通過(guò)X-10通信協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的各個(gè)設(shè)備便可實(shí)現(xiàn)資源的共享。因其布線簡(jiǎn)單、功能靈活，擴(kuò)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(guò)兩億個(gè)，僅在美國(guó)一個(gè)國(guó)家，便有超過(guò)600萬(wàn)個(gè)家庭在使用。自動(dòng)化的智能家居不再是一幢被動(dòng)的建筑，相反，成了幫助主人盡量利用時(shí)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(wú)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(bào)警、電話遠(yuǎn)程控制、可編程定時(shí)控制及計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)家居的智能化，就必須實(shí)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(guò)一定的方式連入網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)這些設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)控制。家居電器的上網(wǎng)實(shí)質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)最后接入的1公里之內(nèi)的問(wèn)題，此類問(wèn)題要求網(wǎng)絡(luò)可靠性高、信心量少，多個(gè)設(shè)備之間的互操作性強(qiáng)。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(shí)主要考慮的問(wèn)題，所以說(shuō)，智能家居的關(guān)鍵技術(shù)其實(shí)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(diǎn)是具有可擴(kuò)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(jià)格也不是很高，目前市場(chǎng)的銷售情況也很不錯(cuò)。

　　智能家居中的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)通過(guò)系統(tǒng)總線來(lái)實(shí)現(xiàn)家居燈光、電器及報(bào)警系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)以及信號(hào)傳輸，采用分散型現(xiàn)場(chǎng)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(lái)說(shuō)，現(xiàn)場(chǎng)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(qiáng)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(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)，走線復(fù)雜而且布線成本高。若通過(guò)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(diǎn)可以從總線上獲得供電(24V/DC)，亦通過(guò)同一總線實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間無(wú)極性、無(wú)拓?fù)溥壿嬒拗频幕ミB和通信，最高的信號(hào)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(guó)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(guó)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(fèi)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(jiǎn)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(guò)程中，X-10技術(shù)得到了極大的應(yīng)用。它在美國(guó)的發(fā)展已經(jīng)25年的歷史了，到目前為止美國(guó)的X-10用戶已經(jīng)達(dá)到1000萬(wàn)以上，X-10控制規(guī)格已成為當(dāng)今美國(guó)家庭自動(dòng)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(kāi)始進(jìn)入亞洲�？梢哉f(shuō)，X-10是二十世紀(jì)最具代表性的家庭智能自動(dòng)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(gè)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(hào)，通過(guò)現(xiàn)有電力線網(wǎng)轉(zhuǎn)輸X-10信號(hào)到接收器，然后由接收器再對(duì)各燈具、用電器等用電設(shè)備進(jìn)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(duì)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(shì)。

　　3.2 LonWorks

　　LonWorks是美國(guó)Echelon公司于1991年推出的，LonWorks技術(shù)為設(shè)計(jì)、創(chuàng)建、安裝和維護(hù)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)方面的許多問(wèn)題提供解決方案：網(wǎng)絡(luò)的大小可以是兩個(gè)到32385個(gè)設(shè)備，并且可以適用于任何場(chǎng)合。LonWorks提供從收發(fā)器到協(xié)議到軟件API的一個(gè)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L(zhǎng)onTalk的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言實(shí)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?qǐng)?bào)文而無(wú)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(bào)文確認(rèn)、報(bào)文證實(shí)和優(yōu)先級(jí)發(fā)送，以提供規(guī)定受限制的事務(wù)處理次數(shù)。對(duì)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(guò)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(bào)告網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題和啟動(dòng)/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(wú)線(RF)，紅外(IR)，同軸電纜和光纖。

　　LonWorks也有其弱點(diǎn)，主要是價(jià)格太高，光電開(kāi)關(guān)的體積太大，對(duì)此，Echelon公司開(kāi)發(fā)了一個(gè)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(shí)體層和8位的Neuron芯片核心，這使得LonWorks被越來(lái)越多的高級(jí)建筑所采用。

　　3.3 CEBus

　　消費(fèi)總線(CEBus)起源于1984年美國(guó)電氣工業(yè)協(xié)會(huì)的消費(fèi)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(fèi)總線出現(xiàn)后，迅速得到IBM、HONEYWELL、MICROSOFT、INTEL-LON、DEMOSYS、LUCENT、PHILIPS、SIEMEMTS等國(guó)際著名公司的支持，在智能住宅和住宅自動(dòng)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(shū)，消費(fèi)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蟮摹��?yán)格的設(shè)備描述語(yǔ)言CAL(Common Application Language)，簡(jiǎn)稱公共應(yīng)用語(yǔ)言，其內(nèi)容涵蓋了家庭中可能擁有的家電。公共應(yīng)用語(yǔ)言采用了面向?qū)ο蟮姆椒�，把任意一個(gè)家電設(shè)備按照功能分解成幾個(gè)預(yù)定義的對(duì)象模型。在面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言中，一個(gè)對(duì)象由數(shù)據(jù)和操作這些數(shù)據(jù)的函數(shù)組成。在消費(fèi)總線中，這些對(duì)象也由數(shù)據(jù)(稱為實(shí)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(duì)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(jiǎn)便的協(xié)議、日臻完善的技術(shù)正日益成為消費(fèi)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(shí)現(xiàn)了芯片化，所以接入設(shè)備比較便宜。目前，市場(chǎng)上此類芯片有LM1893、ST7536、SSC-P485、CEWay-Ⅲ等。隨著載波通訊技術(shù)的進(jìn)一步成熟，CEBus將在儀器儀表、家庭自動(dòng)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(jià)錢非常昂貴，因此CEBus在中國(guó)的應(yīng)用也不多見(jiàn)。