智能家庭网络的研究现状与发展趋势

田宅团技．·’　Ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ·　智能家庭网络的　研究现状与发展趋势　Ｉ浙江省电信公司萧山分公司维护安装部　郑娴　Ｉ杭州天元建筑设计研究院有限公司　姚铭　【摘要】本文简述了信息家电及其智能家庭网络的基本概念、体系结构及相应的功能，介绍了家庭网络系统对　软硬件的技术要求，分析了家庭网络的硬件平台方案、家庭网络内部和外部的联网方案以及家庭网络的软件体　系。同时介绍了国内外智能家居／家庭网络系统，提出信息家电开发中的问题并指出智能家庭网络的发展趋势。　【关键词】智能家庭网络家电信息以太网　１智能家庭网络的基本概念及其结构　近年来，随着技术的高速发展和生活水准的　不断提高，人们在家庭居室内的家电配置日趋　高档和完备　同时也对这些家电的智能化控制　问题表现出更多的关切和更高的期望目前信息　家电（ＩＡ—ｌｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ａｐｐｌ　ｌａｎｃｅ）这一概念在　相关业界和科研人员的大力推介下正引起人们　的高度关注。所谓信息家电（ＩＡ）是指将微型电　脑和通讯技术融入到传统的家用电器中，使之　智能化并具有网络终端的功能，可以随时随地的　获取与处理信息…。信息家电的重要特征是可以　２家庭网络系统对软硬件的技术要求　同传统家电产品相比，智能信息家电一般具　有网络化、智能化、开放性、兼容性．节能化．易　用性等特性，家庭网络通常要具备提供足够的宽　带通信服务接口的能力，以满足多媒体业务的数　据通讯（语音、图像、文本）需求；同时还应当能　够支持低带宽需求的实时（软实时或硬实时）控制　流量．以实现对家用电器有效的控制能支持ＴＣＰ／　通过互联网双向传递数字信息，因此它是网络　上的家电，而不是ＰＣ的外设。　家庭智能网络（Ｈｏｍｅｎｅｔ）正是一个具备内　连家庭内的所有信息家电，外接互联网能力的安　全、经济、舒适、方便等指标综合平衡的网络系　统，是３ｃ（即计算机Ｃｏｍｐｕｔｅｒ、通信ｃｏｍｍｕｎｌ－　ｃａｔｉｏｎ及控制ＣｏｎｔｒｏＩ）等相关技术与传统家庭系　ＩＰ作为承载家庭网络信息平台的主干网络。　统相结合的产物，它使得家庭内信息家电具备信　息的本地／远端交互功能，同时本地和远端用户　也可以通过网络对家庭内的信息家电进行控制和　状态监视。　从家庭网络的架构来看，可以分为四个部分　（见图１）　即信息家电、家庭网络、家庭网关以　及宽带接入技术。　２．１家庭网络的硬件平台结构【　】　硬件平台主要提供被控设备端和网络端两方　面的处理能力。在设备端需提供：ＡＬＵ、ＧＰＩＯ、ＡＤ／　ＤＡｔｉｍｅｒ／ｃｏｕｎｔｅｒ／ＰＷＭ、１２Ｃ、ＳＰＩ或其他通讯接　全国工商联房地产商会　●Ｔ科技中心协办　ｎｔｅｌｌＩｇｅｎｔ　ＢｕＩｌｄＩｎｇ＆Ｃｉｔｙ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　２００６　８　Ｎｏ　１１７　１　０９　维普资讯 http://www.cqvip.com

回宅囝技　Ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ口　以及ＡＶ的压缩解压等通用或专用功能；在网　络端需提供网络接口ＲＳ４８５、ＣＡＮ　１　０／２　０　ＣｅＢｕｓ　１０／１００Ｍ　Ｅｔｈｅｒ　８０２　Ｊｌ１　Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ等。对　于网络接口　可以采用专用的通讯芯片来实现协　议的转换（如２３２一Ｅｔｈｅｒ，ＣＡＮ—Ｅｔｈｅｒ等），将　不具备联网功能或采用其他通讯协议的硬件平台　连接到主干家庭网络上。　２．２家庭网络内部联网接口方案［２　］在家庭网络发展道路上，家庭内部网络接口的　物理层及链路层（Ｌ１　Ｌ２）的联网方案急需统一和　规范。它直接关系到用户的实际使用和安装，也关　系到开发商的成本及互操作性。目前已有的标准及　协议很多，包括无线、有线、电话线　电源线等联　网方案。各类协议和标准的主要区别在于其应用范　围、应用对象以及开发商提出问题的角度不同．包　括成本　易用性、带宽、实时性等。现在比较常用　的有ＩＥＥＥ１　３９４．Ｈ０ｍｅＰＮＡ，ＳＷＡＰ　Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ等。　２．３家庭网络外部联网接口方案［２］　连接在家庭网络主干网上的各类家电设备．　出于安全性和成本等的考虑．通常不具备直接访　问外部网络（主要指Ｉｎｔｅｒｎｅｔ）的能力．而是通过　个类似于网关或代理服务器的设备来达到与外　界通讯的目的。因此家庭网络外部联网接口方案　主要是指家庭网关的外部联网。由于家庭网关设　备一般采用Ｐｃ机．因此现有的无线和有线接入技　术都可以直接得到应用。将家庭内部网络与户外　现存的各种网络互联可以采用有线或无线方式．　有线方式有Ｍｏｄｅｍ．Ｃａｂｌｅ　Ｍｏｄｅｍ　ｘＤＳＬ技术．数　据广播技术等．无线方式有ＷＡＰ、ＬＤＭＳ（局域性　多点分布服务）等。Ｃａｂｌｅ　Ｍｏｄｅｍ方式是信息家电　平台外向联网最具潜力的方式。　２．４家庭网络软件体系［２］　家庭网络的软件体系结构可分为设备驱动程　序层．操作系统层　中间件运行环境层和应用层。　对应于ＯＳＩ七层协议又可划分为：链路层　网络　层．传输层．会话层．表示层以及应用层。　１　１０智能建筑与城市信息２００６年　第８期　总第１１７期　２．４．１设备驱动程序层　根据信息家电平台不同操作系统的设备驱动规　则　为应用程序提供透明的、规范的控制机制所采　用的软件接口。由于信息家电平台的ｃＰＵ厂家众多，　各种平台的结构存在差异．给编程带来较大难度。　因此有必要采用标准的操作系统（如Ｌ『ｎｕ×）或可移　植的设备驱动程序规范，来简化设备驱动的开发。　２．４．２操作系统层　基本操作系统直接为应用程序和上层软件提　供核心服务，应用程度可直接调用其功能。基本　操作系统层的调用界面遵循ＰＯＳＩＸ系列标准，以保　证应用程序有良好的可移植性。目前的嵌入操作　系统有ｗ＿ｎ　ＣＥ、ｕｃＬｉｎｕｘ／ＲｔＬｉｎｕｘ、ｐＳＯＳ、ＱＮＸ　等．嵌入式操作系统应当完成普通操作系统的大　部分功能．如进程管理、线程管理、内存管理、设　备管理，文件系统、网络系统等。对于大部分家　电的应用，通用操作系统的许多功能模块并非必　需，因此要在操作系统层次提供定制模块的能力。　２．４．３中间件／运行环境层　家庭网络中间件的一个重要功能是屏蔽底层　网络以及操作系统环境的多样性．为应用程序提　供一个相对统一的开发和运行环境．便于应用程　序的开发和移植。此外中间件还有一个重要任务．　那就是使各种家庭网络信息设备更容易接入网络．　且操作必须简单．智能．在需要的时候还能够随时　使用．即所谓的即插即用（ＰｎＰ）。按照ＯＳＩ七层协　议的定义．家庭网络中间件处理Ｌ７层（应用层）与　Ｌ１（物理层）之间所有的处理．其中Ｌ２层（链路　层）和Ｌ３层（网络层）通常由操作系统在内核中　提供。因此狭义上来说中间件解决网络层和应用　层之间的处理．包括会话的建立　数据的表示等。　２．４．４应用层　其概念比较清晰．目前的应用以基于Ｊａｖａ的应　用开发平台为主．其他￣Ｊａｖａ平台的厂商也正在进　行Ｊａｖａ应用的嵌入．以便实现众多的网络应用　３国内外智能家居，家庭网络系统简介　３．１信息产品家电化　１　９９９年３月微软总裁盖茨在深圳公布了该公　维普资讯 http://www.cqvip.com

司的Ｖｅｎｕｓ计划，联合ＡＭＤ、Ｃ－Ｃｕｂｅ、ＥＳＳ等芯　片公司　以及国内的联想、四通、海尔等企业，进　军中国信息家电市场。之后不久，中科院也提出　口，可用来与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ连接。用户可借助于ＨＡｌ公司　的软件ｗｅｂ—ＬＩｎＫ，通过网络对控制器进行设置。　（４）ＨＡＬ公司的ＡＬｄｅｌｕｘｅ智能家居系统：它　在ＰＣ机上集成了家居系统的所有控制，包括电　灯、设备、空调系统、电话、保安系统、家庭影　院和互联网系统等。由于ＨＡＬ是通过房间里现有　了　女娲计划　。从此，３ｃ产品、数字化工程、信　息高速公路、信息家电等新概念风靡全国。　信息家电的应用取决于家电的类型和内容，　其基本特点是低价位．高性能，并具有联网最优　的电源线从Ｐｃ机上传送命令，用户不需要对房间　化、便于使用和携带的特性。由于网络运行商、　网络服务商（ＩＳＰ）、电话公司、有线电视和无线　通信商，以及用户的积极支持，世界范围内信息　家电的市场份额近年来急剧增加。据统计，世界　范围信息家电发货量１　９９８年为５９０万台，２００２　年急剧增加到５５７０万台，年增长率达７６％。信　息家电的产品和技术正在改变着人们以往的工　作模式和生活观念，并将给人们的家庭生活带　来一系列新的变化，使许多原来需要外出才能　完成的工作在家里就可方便地完成，使家庭生　活更方便、更舒适、更安全。　３．２国外智能信息家电产品　近年来，在国外，Ｃｉｓｃｏ、Ｉｎｔｅｌ、Ｎｏｒｔｅｌ、Ｍｏｔｏｒｏｌａ，　Ｌｕｃｅｎｔ３ＣｏｍＩＢＭＥｒｉｃｓｓｏｎ和松下等计算机、通　信，家电行业的大企业都认识到智能信息家电的　巨大市场潜力，纷纷进入这个领域，研发智能信　息家电和智能家居系统。国外市场智能信息家电　和智能家居系统主要有【３＿　。＿。　。　（１）ＮＥＹＷＥＬＬ公司的智能家庭产品：它可以　通过设在家庭内的控制面板、电话或联网的计算　机来监控智能家居的报警系统，照明系统、智能　信息家用电器和智能调温设备。　（２）ＪＤＳ公司的ＳＴＡＲＧＡＴＥ家居自动化系统：　它可集中控制照明，报警、室温调节，家庭影院、　视频／音频，语音邮件，监控、灌溉等系统，还　允许通过网络更新控制程序，无需通过更换　ＥＰＲＯＭ就可完成软件的升级。　（３）ＨＡｌ公司的Ｎｌ智能家居系统：主要有三类　产品——ＯＭＮＩＬＴ，ＯＭＮＩ，ＯＭＮＩＰＲＯ，分别适用于普　通家庭，办公室及高级住宅　可协调控制照明，调　温．保安等系统。所有ＯＭＮＩ产品都配有内置的串　进行重新布线。　（５）Ｖａｎｔａｇｅ公司的Ｖａｎｔａｇｅ家居自动化系统：　用户可以控制照明．保安、音频／视频、制冷／　保暖、窗帘、水泵、喷泉和汽车等系统。　３．３国内智能信息家电产品　在信息家电产业方面，２０００年国家经贸委　就和信息产业部共同组织了　家庭信息化网络　技术体系结构及产品开发平台”项目，由海尔　等１　２家单位组成开发团队，到２００２年底项目　开发工作基本完成，形成了１　６项专利，其中申　诘１　３项发明专利，形成了具有自主知识产权的　标准体系，为实现不同生产厂家产品的互连、　互通，互操作奠定了基础。其间海信的网络电　视机顶盒、康佳的网易通、创维的“网络穿梭　机”，海尔的”网络冰箱”、ＴＣＬ的ＨｉＤ电视（家　庭信息显示器）等在技术上相继取得突破。在　家庭网络平台方面，以清华大学【ｇ　”　】、　北京微电子技术研究所　】，贵州以太科技有限　公司　等为代表的一批研究院所和单位，对家　庭网络的软件平台，协议标准、ＳｏＣ芯片设计　等进行了大量的研究。　目前，国内信息家电开发重点在于：机顶盒　（数／模转换机顶盒和网络电视机顶盒）．智能微　波炉（带嵌入式条型码扫描机和联网）．智能吸尘　器（可遥控操作）．智能洗衣机（自动调节水量、　温度、时间）、智能电冰箱（能判断物品存储位置　和状况，自动产生采购清单）等；以及提供信息　家电用的网络芯片或内置ＰＣ，使各种家电连接成　数字化家庭信息系统　集家政．保安、灯光．空　调．通信等于一体，并通过设备的远程控制和实　时监测，实现设备故障的在线诊断和远程维护。　ｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ＆Ｃｉｔｙ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　２００６　８　Ｎｏ．１１７　１１　１　维普资讯 http://www.cqvip.com

固宅囝技　Ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ３．４国内信息家电开发中的一些问题　借鉴国外信息家电的发展经验．国内厂家和　科研院所在研发信息家电产品及其家庭网络时．　应注意的问题：设计友好的人机交互界面　积极　培育市场；壮大信息服务；务商队伍。在未来　的信息家电产业中．服务是最重要的．消费者买　的是服务　而硬件要为这个需求服务。因此，要　真正取得信息家电业的发展．产品供应商必须和　网络运营商密切配合．才能真正使信息进入千家　万户　４家庭网络的发展趋势　微软副总裁认为家庭网络目前尚处于初级阶　段”　。中国是全球潜在的最大的信息家电市场。潜　在意味着尚未成熟　需要对研发力量．研发技术　进行培育．需要对市场进行开拓　就国内信息家　电厂商而言．目前遇到的更多的是挑战。这是因　为信息家电是计算机、通信和消费类产品相结合　的产物．也就是所谓的３ｃ产品。从另一方面看，信　息家电的核心技术是ｌＴ，而其产品销售走的是家电　市场。无论是ＩＴ厂商．还是家电厂商．当它们进入　信息家电市场时．都带着各自明显的优势和不足。　首先要搞清楚自己和自己产品的定位。目前，　国内有些１Ｔ或是家电厂商展出了自己的全套产品。　以国外家庭网络发展来看．厂商们更多的是强调　开放的标准和平台。如：微软提出的ＵＰｎＰ（通用　即插即用协议），Ｓｕｎ提出的Ｊｉｎｉ，惠普提出的Ｃｈａｉ．　蓝牙．Ｃｉｓｃｏ和Ｉｎｔｅｌ的家庭网络解决方案等。　其次要加强系统技术的研究。黑家电厂商在　电子技术上很有造诣．但对１Ｔ技术往往掌握不够．　白家电基本上可以说是机电产品而不是电子产　品。虽说信息家电的ＣＰＵ和操作系统远不如Ｐｃ平　台复杂，但信息家电对厂商提出的系统技术上的　要求远１％ＰＣ平台高得多。信息家电在迅猛发展的　同时，会不可避免地存在产品结构差异性．功能　的不完备性以及性能不确定性等问题，如果把这　些问题解决好，将进一步推动计算机技术的发　展，从而给整个信息产业发展带来新的契机。　影响家庭网络进一步发展的最主要两个因素　１　１　２　智能建筑与城市信息２００６年　第８期　总第１１７期　是网络的易用性及系统造价．而后者随着市场份　额的进～步增大将不再是具有决定性的因素．因　而简单易用性实现技术的研究将是家庭网络发展　的关键技术之～．也是决定家电业界和最终家庭　用户是否采纳和接受的重要因素。　参考文献　１陈龙．智能住宅中的信息家电．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｈｎｉｂｓ．　ｃｏｍ／ｘｑ／ｊｉｓｈｕ／ｌｕｎｗｅｎ一１　１．ｈｔｍ　２钟玉琢，袁春．信息家电控制平台技术及标准．　微电脑世界．２００１（１０）　３　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｎｔｅ１．ｃｏｍ／ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ／ＵＰｎＰ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍ　４　ｈｔｔｐ：／／ｍｓｄｎ．ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ．ｃｏｍ／ｌｉｂｒａｒｙ／ｄｅｆａｕｌｔ．ａｓｐ？ｕｒｌ＝／　ｌｉｂｒａｒｙ／ｅｎ—ｕｓ／ｗｃｅｕｐｎｐｓ／　５家里用的ＬＩＮＵＸ？ｈｔｔｐ：／／ｉｔ．ｓｏ１．ｓｏｈｕ．ｃｏｍ／ｄｏｗｎ—　ｌｏａｄ／ｌｉｎｕｘ／ｎｅｗｓ／ｈｏｍｅ．ｈｔｍｌ　６　Ｉｎｔｅｌ发布用于ＰｏｃｋｅｔＰＣ的ＵＰｎＰ联网软件－ｈｔｔｐ：／　／ｗｗｗ．ｍｅｉｊｉｎ、ｃｏｍ．ｃｎ／　７英特尔推新组件进一步实现数字家庭愿．ｈｔｔｐ：／／　ｗｅｉｇｕａｎｇｊｉｎ．ｙｅｓｋｙ．ｃｏｍ／２００３０２２５／ｌ６５３６６０．　ｓｈｔｍ１．ｈｔｔｐ：／／２３６８８．８ｕ８．ｃｏｍ／ｌｅａｒｎ／ｌａｎｕｐｎｐ０２．ｈｔｍ　８彭少熙，孙政顺，杜继宏．家庭网络中的嵌入式　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ方案．电子技术应用．２００ｌ（１０）：４７～５０　９杨士元．工程设计ＣＡＤ与智能建筑．２０００（１１）：　８０——８４　１０刘云新，张尧学等．数字化家庭网络管理模型　ＨＮＭＰ．电子学报．２００ｌ（８）：ｌ０５０～ｌ０５３　ｌ１王勇，张尧学．ＳＯＰＣＡ：数字化家庭网络通用　软件平台．电子学报．２００２（８）：ｌｌ８４～１　１８７　１２张尧学．把家电连成网一家电网络技术与标准．　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ２．ＣＣＷ．ｃｏｍ　３１．ａｓｐ　１３北京微电子技术研究所主页．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｂｍｔｉ．　ｃｏｍ．ｃｎ／　１４贵州以太科技信息产业有限责任公司．家庭网　络协议与规范．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｈｏｍｅｎｅｔ．ｃｏｍ．ｃｎ／　ｐｒｏｄｕｃｔ／ｐｒｏ００５．ｈｔｍｌ　１５微软副总裁．家庭网络目前尚处初级阶段．ｈｔｔｐ：／　／Ｃ　ｉ　Ｏ．ｅｎ　ｅｔ．Ｃ　Ｏ　ｍ．ｃ　ｎ／ａ　ｒｔｉ　Ｃｌ　ｅ／２００　２　ｌ　０　１　８／　２００２１０１８２１９５６５＿１．ｘｍｌ　皿