智能家居的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議

在技術(shù)上，智能家居建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)不是設(shè)備或?qū)嵤﹩栴}，而是標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議問題。智能家居是一個(gè)多行業(yè)交叉覆蓋的系統(tǒng)工程，各設(shè)備廠商按照不同的接口標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議生產(chǎn)設(shè)備，其結(jié)果是：不同設(shè)備之間的互連、互通變得非常困難。因此，建立共同遵循的標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議是發(fā)展智能家居必須首先解決的問題。目前，智能家居領(lǐng)域的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)尚未成熟，各大廠商和相關(guān)組織機(jī)構(gòu)正在著手建立和制定智能家居系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)接口標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。抓住機(jī)會(huì)，參與標(biāo)準(zhǔn)的制定，將給國(guó)內(nèi)廠商帶來無窮的機(jī)會(huì)。

　　家庭總線系統(tǒng)，家庭總線是智能家居實(shí)現(xiàn)的重要基礎(chǔ)，是住宅內(nèi)部的神經(jīng)系統(tǒng)，其主要作用是連接家中的各種電子、電氣設(shè)備，負(fù)責(zé)將家庭內(nèi)的各種通信設(shè)備（包括安保、電話、家電、視聽設(shè)備等）連接在一起，形成一個(gè)完整的家庭網(wǎng)絡(luò)。

　　日本是較早推動(dòng)智能家居發(fā)展的國(guó)家之一，它較早地提出了家庭總線系統(tǒng)（HomeBusSystem，簡(jiǎn)稱HBS）的概念，成立了家庭總線（HBS）研究會(huì)，并在郵政省和通產(chǎn)省的指導(dǎo)下組成了HBS標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)，制定了日本的HBS標(biāo)準(zhǔn)。按照該標(biāo)準(zhǔn)，HBS系統(tǒng)由一條同軸電纜和4對(duì)雙絞線構(gòu)成，前者用于傳輸圖像信息，后者用于傳輸語(yǔ)音、數(shù)據(jù)及控制信號(hào)。各類家用設(shè)備與電氣設(shè)備均按一定方式與HBS相連，這些電氣設(shè)備既可以在室內(nèi)進(jìn)行控制，也可在異地通過電話進(jìn)行遙控。為適應(yīng)大型居住社區(qū)的需要，1988年年初，日本住宅信息化推進(jìn)協(xié)會(huì)又推出了超級(jí)家庭總線（SuperHomeBusSystem，簡(jiǎn)稱S-HBS），它適用于更大的范圍，因?yàn)橐粋�(gè)S-HBS系統(tǒng)可掛接數(shù)千個(gè)家庭內(nèi)部網(wǎng)。

　　家庭智能化要求諸多家電和網(wǎng)絡(luò)能夠彼此相容，總線協(xié)議是其精髓所在，只有接口暢通，家電才能“聽懂”人發(fā)出的指令，因此總線標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)協(xié)議主要是美國(guó)公司提出的，包括Echelon公司的LonWorks協(xié)議、電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）的CE總線協(xié)議（CEBuS）、SmartHouseLP的智能屋協(xié)議和X-10公司的X-10協(xié)議等。

　　這些協(xié)議各有優(yōu)劣。LonWorks協(xié)議是美國(guó)Echelon公司開發(fā)并與Motorola和東芝公司共同倡導(dǎo)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，它支持多種物理介質(zhì)，適用于雙絞線、電力線、光纜、射頻、紅外線等，并可在同一網(wǎng)絡(luò)中混合使用。LonWorks協(xié)議支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以選用任意形式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，組網(wǎng)方式靈活。LonWorks應(yīng)用范圍主要包括樓宇自動(dòng)化、工業(yè)控制等，在組建分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)方面有較好的性能，目前全球已建立的LonWorks節(jié)點(diǎn)已經(jīng)超過50萬個(gè)。

　　在四種協(xié)議中，X-10是歷史最長(zhǎng)且使用最簡(jiǎn)單的一種，它于1978年誕生于美國(guó)，至今仍是美國(guó)家庭自動(dòng)化的主導(dǎo)系統(tǒng)。之所以說X-10協(xié)議簡(jiǎn)單是因?yàn)樗�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(shí)現(xiàn)程序控制，不必再穿墻打孔，更有利于改變結(jié)構(gòu)空間，用戶可自己動(dòng)手安裝，價(jià)格也比較低廉。而CEBuS作為電子工業(yè)推廣協(xié)議，與歐洲的EHS標(biāo)準(zhǔn)同為歐美家庭自動(dòng)化電子產(chǎn)品的行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn)。

　　內(nèi)部傳輸接口

　　智能家居系統(tǒng)內(nèi)部傳輸接口可以通過兩種傳輸途徑來實(shí)現(xiàn)：其一是無線傳輸方式；其二是有線傳輸方式。目前國(guó)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IEEE1394、IEEE1394b、利用IEEE1394的HAVI、藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）、無線通信以太網(wǎng)（IEEE802.11）、X11、無線通信HomeRF（HomeRadioFrequency）、紅外線技術(shù)等，這些接口涵蓋了從以智能設(shè)備監(jiān)控為代表的低速數(shù)據(jù)鏈路接口和以家庭多媒體娛樂和視頻監(jiān)控為代表的高速數(shù)據(jù)鏈路接口。

　　無線傳輸方式最適合于家庭。目前用于家庭內(nèi)部的無線傳輸技術(shù)主要是無線通信HomeRF、藍(lán)牙技術(shù)、WAP、無線以太網(wǎng)等，而人們比較看好的是HomeRF和藍(lán)牙技術(shù)。HomeRF主要為家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，是IEEE802.11與DECT結(jié)合的產(chǎn)物。1999年1月5日，HomeRF工作組公布了“共享無線訪問協(xié)議”SWAP1.0版本規(guī)范，有13家公司（包括IBM、Intel等）承諾將生產(chǎn)基于SWAP的產(chǎn)品。

　　藍(lán)牙（IEEE802.15）是一項(xiàng)最新標(biāo)準(zhǔn)，它比無線以太網(wǎng)（IEEE802.11）更具移動(dòng)性，它能把一個(gè)設(shè)備連接到LAN和WAN，甚至支持全球漫游。此外，藍(lán)牙成本低、體積小，可用于更多的設(shè)備。其他的技術(shù)或多或少地有些問題。例如，IEEE802.11技術(shù)在家用市場(chǎng)的前景不太好；射頻（RF）技術(shù)成熟度高、成本低廉，穿透性也非常好，但缺點(diǎn)是沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各公司的通信協(xié)議都不一樣；紅外技術(shù)非常成熟、具有很好的靈活性和可移動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議。目前，由于無線射頻無需增加附加的布線資源，數(shù)據(jù)傳輸性能可靠且成本低廉，因而成為目前最現(xiàn)實(shí)和最受歡迎的物理層接口形式之一�？梢灶A(yù)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)布線。這是目前應(yīng)用最廣泛，但也是最麻煩的技術(shù)，這種方式亟待解決的問題是布線的方便性和如何實(shí)現(xiàn)即插即用。

　　第二種是利用家庭中的電話線進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，采用的技術(shù)為HomePNA（HomePhonelineNetworkingAlliance）。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(wǎng)絡(luò)連接的家庭的上網(wǎng)問題，其缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)速度較低。它支持Internet訪問，支持的接口協(xié)議包括V.90、ADSL和CableModem.目前，HomePNA的方案尚在制訂之中，帶寬的限制是制約該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展的不利因素，但由于其網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)的簡(jiǎn)易和實(shí)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(shù)據(jù)，采用的是電源線載波技術(shù)（PowerlineCarrierTechnology）。該系統(tǒng)在家庭或設(shè)備內(nèi)通過120V/60Hz的電功率分配系統(tǒng)傳送信息，目前這種方式采用的通信協(xié)議主要是X-10.采用電源線聯(lián)網(wǎng)方案的好處是不需要在家里重新布線，可利用現(xiàn)有的電源插座，因此也是家庭網(wǎng)絡(luò)研究開發(fā)的方向之一。

　　特別值得一提的是IEEE1394，它是IEEE制定的計(jì)算機(jī)及外圍設(shè)備連接的高速通用串行數(shù)字接口標(biāo)準(zhǔn)，它側(cè)重于線纜的連接應(yīng)用。該標(biāo)準(zhǔn)定義了介質(zhì)拓?fù)浜蛡鬏攨f(xié)議，是一個(gè)硬件、軟件集成標(biāo)準(zhǔn)。IEEE1394很可能成為未來的網(wǎng)絡(luò)通用接口標(biāo)準(zhǔn)，它將是下一代電腦外圍設(shè)備與消費(fèi)電子產(chǎn)品的最新接口標(biāo)準(zhǔn)，目前該標(biāo)準(zhǔn)還在進(jìn)一步發(fā)展之中。隨著數(shù)字設(shè)備的廣泛使用，各種數(shù)字家電、數(shù)字AV系統(tǒng)、數(shù)字機(jī)頂盒與電腦之間的多媒體數(shù)據(jù)交換都紛紛采用IEEE1394接口標(biāo)準(zhǔn)，使得該標(biāo)準(zhǔn)成為消費(fèi)電子產(chǎn)品與電腦相連的共同界面，可實(shí)現(xiàn)電視、電影、錄放像機(jī)、音響等系統(tǒng)的全自動(dòng)控制，并可與外部ATM公共網(wǎng)絡(luò)相連，實(shí)現(xiàn)家庭與外界信息高速公路的互連。

　　外連互聯(lián)網(wǎng)方式

　　家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與外部互聯(lián)網(wǎng)的連接方式也可以分為有線和無線方式，但目前主要采用有線方式，包括以太網(wǎng)專線、電視同軸線纜（CableModem）、電話線XDSL等。其中，以太網(wǎng)專線接入的造價(jià)比較高，適合于新建小區(qū)；CableModem利用已有的有線電視網(wǎng)絡(luò)，成本較低，非常適合于現(xiàn)有小區(qū)改造；XDSL與CableModem類似，也主要適合于舊小區(qū)改造。

　　目前有多種設(shè)備可以直接寬帶接入高速互聯(lián)網(wǎng)：第一種是通過PC機(jī)接入，這是最傳統(tǒng)的方式；第二種是機(jī)頂盒（Set-topBox）。從某種意義上講，這已經(jīng)不是簡(jiǎn)單的機(jī)頂盒，而是機(jī)頂計(jì)算機(jī)（Set-topComputer），它充當(dāng)整個(gè)家庭的娛樂中心和信息中心；第三種是藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)，或者叫藍(lán)牙接入點(diǎn)（AccessPoint），它把支持藍(lán)牙協(xié)議的信息家電和家庭網(wǎng)絡(luò)連接起來并接入高速互聯(lián)網(wǎng)中；第四種是家居控制器（IHC），人們也把它稱為家庭信息平臺(tái)（HomeInformationPlatform，HIP），它既是家庭的控制中心，也是家庭的娛樂和信息中心，同時(shí)還充當(dāng)家居控制網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)連接的網(wǎng)關(guān)，有了它，人們就可以通過互聯(lián)網(wǎng)自由地控制家里的各種電氣設(shè)備。

　　HIP的相關(guān)方案和標(biāo)準(zhǔn)。人們對(duì)家庭信息平臺(tái)（HIP）的基本要求是多功能集成、簡(jiǎn)便易用、安全可靠、價(jià)格低廉。一些大廠商已經(jīng)提出了有關(guān)HIP的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和方案，比較主流的有以下幾種：

　　1.HAVI體系

　　HAVI（HomeAudio/VideoInteroperability）這是有關(guān)家庭網(wǎng)絡(luò)中音頻/視頻電子產(chǎn)品的互聯(lián)和控制標(biāo)準(zhǔn)，它以IEEE1394的底層協(xié)議為基礎(chǔ)，主要實(shí)現(xiàn)HAVI設(shè)備之間數(shù)字音頻/視頻內(nèi)容的傳送以及對(duì)這些內(nèi)容的操作。

　　2.Jini技術(shù)

　　1999年1月，Sun公司發(fā)布了Jini技術(shù)，它提供這樣一種機(jī)制，即安全地利用Java語(yǔ)言將一組設(shè)備歸于一個(gè)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，使設(shè)備之間可隨時(shí)隨地建立聯(lián)系。

　　3.OSGi開放服務(wù)網(wǎng)關(guān)

　　OSGi（OpenServiceGatewayInitiative）的主要目的是為連接Internet上的商業(yè)服務(wù)和下一代智能電器定義一個(gè)開放的標(biāo)準(zhǔn)，它很可能成為智能信息家電平臺(tái)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)。OSGi兼容多種局域網(wǎng)技術(shù)，并包容各種無線和有線的數(shù)據(jù)及音頻/視頻本地傳輸標(biāo)準(zhǔn)，如BlueTooth、HAVI、HomePNA、HomeRF、IEEE1394、電源線通信系統(tǒng)、USB等。OSGi的另一特點(diǎn)是可與其他標(biāo)準(zhǔn)并存，在物理層，OSGi與BlueTooth、HAVI、HomePNA、HomeRF、USB等標(biāo)準(zhǔn)兼容；在設(shè)備訪問體系結(jié)構(gòu)上，OSGi與Jini、UPnP等邏輯設(shè)備訪問技術(shù)兼容。除此之外，OSGi還支持多種與廣域網(wǎng)的連接方式，如Modem、DSL、CableModem等。

　　關(guān)于智能家居標(biāo)準(zhǔn)、接口、協(xié)議的相關(guān)技術(shù)比較多，目前還無法簡(jiǎn)單地?cái)喽�哪一種技術(shù)或哪幾種技術(shù)是標(biāo)準(zhǔn)，也無法準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)在今后的發(fā)展中，哪些技術(shù)會(huì)成為最終的標(biāo)準(zhǔn)。但當(dāng)市場(chǎng)進(jìn)入成熟階段時(shí)，那些在市場(chǎng)上占有優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)品必將影響標(biāo)準(zhǔn)的制定。此外，由于人類生活的多樣化、個(gè)性化，未來智能家居的設(shè)計(jì)也會(huì)因地制宜、因房制宜、因家制宜，其標(biāo)準(zhǔn)化也應(yīng)當(dāng)是高度開放的。因此，未來智能家居的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、接口、協(xié)議必須考慮各種系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制功能、新系統(tǒng)與舊系統(tǒng)之間的兼容性，將系統(tǒng)設(shè)計(jì)為高效的開放型系統(tǒng)，讓每個(gè)家庭成員方便、輕松地使用，為今后進(jìn)行各項(xiàng)產(chǎn)品的改進(jìn)和功能的升級(jí)留下余地。