智能家居系统设计中几个关键技术的探讨

引　言

　　将计算机技术、现代通信技术融入传统的家用电器之中产生了新一代家电 — 信息家电，它是具有信息访问、获取、存储、处理、联网的消费类电子产品，信息家电的出现打破了只有通过上网获取信息的局面，预示着后PC时代的来临。在智能家居系统设计中有几个关键技术一直是业界研究和讨论的热点重点，下面笔者将这几个关键技术列出，提出自己的看法，供大家参考。 

家庭内部网络的组建

　　家庭内部组网，主要是解决各种信息家电之间的数据传输，能把外部连接传入的数据传输到相应的家电上去，同时可以把内部数据传输到外部网络。目前关于家庭内部网络有许多种解决方案，主要是有线和无{TodayHot}线方式。 
有线方式： 

·电子载波的X-10和CEBUS； 
·电话线的HomePNA； 
·以太网的IEEE802.3和802.3u； 
·串行总线的USB1.1、USB2.0和IEEE1394。 

无线方式： 
·无线局域网的IEEE802.11a和IEEE802.11b； 
·家庭射频技术的HomeRF； 
·蓝牙的IEEE802.15； 
·红外的IrDA。

家庭内部组网技术的参考因素： 
·连接对象的复杂性。在家庭网络内部存在着音响、可视电话等高速率数据设备，冰箱、洗衣机、PDA等中速率数据设备，同时还存在三表抄送、防火防盗报警等低速率数据设备。 
·基于开放的标准。包括技术文档和体系结构的开放性。 
·兼容广泛的连接技术。 
·用户的需求。低价、易用、高可靠、灵活且可扩展，良好的兼容性，支持多种应用。

　　根据上述技术的特点分析，可得出以下结论：多种联网技术必将在市场上共存，各种内部联网技术都将找到各自的适应点。对于娱乐应用，如音视频，要求网络能够提供高带宽、实时性、同步传输，速率达到50Mbps以{HotTag}上的USB2.0和IEEE1394是最佳选择。 

??对于计算和数据通信应用，如微机、白色家电、语音服务等，传输率要求在几十kbps到几十Mbps，多种技术都可以满足数据传输，但是无线技术可以避免重新布线的烦扰，因此是最佳的选择。对于家居自动化中的低速控制应用，如三表抄送、防盗防火报警器等，带宽的要求在几十kbps内，且产品位置分散，不利于重新布线，因此电力线和无线编码技术是最佳的选择。 


利用Jini技术和OSGI标准

　　家庭网络是一个动态环境，当有新设备加入家庭网络里，应该能被网络中其它的设备识别，同时它也能发现网络中其它设备。为了实现设备间的即插即用和互联，SUN公司引入了JiNi技术。JiNi的目的是将成组的设备和软件构件联合成一个单一、动态的分布式系统，Jini基于Java语言，是一种面向服务(包括硬件资源和软件资源)的中间件技术，运行于TCP/IP协议之上，跨平台运行，独立于底层操作系统和通信技术，设备间可相互查询、理解所具备的功能，家庭网络无需人工参与，网络设置可自动完成。由于Jini非常适用于家庭网络环境，目前SONY、Philips、Inprise等很多厂商都申请了Jini的许可证， Jini的应用呈现一片欣欣向荣的景象。

　　开放服务网关(Open Service Gateway Initiative, OSGI)由IBM、HP、Philips、SUN等电信、计算机、电器巨人发起，主要功能是为连接Internet上商业服务和下一代智能电器定义一个开放的标准。OSGI具有平台独立、应用独立、高安全、多任务、兼容不同局域网协议(如蓝牙、IEEE1394)，和支持多种设备连接技术(UPNP、Jini)的优点。OSGI体系主要组成部分包括：服务网关、服务提供商、服务集成商、网关操作员，广域网和局域网络及连接设备。 

家庭网关的设计问题

　　智能家居系统的核心是家庭网关(Residential Gateway)，在家庭内部提供不同类型、不同结构子网的桥接能力，使这些子网内的信息家电之间可以相互通信；在家庭外部通过Internet将各种服务商连接起来以提供实时、双向的宽带接入，同时还提供防火墙的能力，阻止外界对家庭内部设备的非法访问和攻击。

·家庭网关的实现：可以通过信息家电(网络冰箱、机顶盒)实现，或构建专用家庭网关实现，其中专用家庭网关更具发展前景。 
·家庭网关完成的功能：家庭网关应能实现内部网的互连、信息存储、设备监控、数据计算和外部网的3W服务、网络安全功能。 
·家庭网关的协议分层结构：其中第一、二层的标准已颁布，并在实际应用中，第三层是业界研究的热点，第四层为应用程序层，可根据功能的强弱进行定制，第五层是UI层，包括手动开关、遥控接口、通用软件接口等，它的简单易用直接影响到智能家居系统的性能，目前还没有统一的标准。 
·家庭网关的设计： 
家庭网关的硬件设计结构图。 
家庭网关的软件设计。 
其中实时操作系统是整个软件系统的核心，它负责进程调度、存储管理、设备管理、实时监控，并提供蓝牙、IEEE1394 ADSL等硬件设备的驱动程序。 在实时操作系统层之上可以包括TCP/IP模块、嵌入式数据库、中文环境模块、图形界面等。 API接口设计包括各种中间件(HAVI、Jini、UPNP，OSGI等)软件的设计。 为满足用户需要，可设计出各种应用程序，如DVD播放器、浏览器、家庭安防、三表抄送等，以实现家庭安防和娱乐的目的。 

家庭网络中应用代理体技术

　　网络家电的低成本、高质量和高可靠性是智能家居系统设计成功的重要条件，代理体技术是这一方面的成功应用。 
可以在家居服务器中运行代理体，以不同的私有互联协议连接到采用不同技术构成的网络。并将整个控制算法分解成针对不同情况的控制代理，每个代理的任务简单明确，当需要一个代理时，才把它传到被控制的设备上，故所需内存空间非常小。 
结语 

　　目前关于智能家居系统的研究和设计方案提出很多，仍有许多问题尚待解决，如没有统一的互操作规范，网络的集成比较复杂，对家庭用户接口的规范缺少研究，但随着相关技术不断进步，它必将向着调度智能化、灵活性和互操作性方向发展，从而进入寻常百姓家。