智能家居中的网络通信.docx

智能家居,是一个基于网络智能控制系统.它通过家庭网络连接使各种设备(如音频和视频设备、照明、窗帘控制、空调控制、平安系统、数字影院系统、网络家电以及三表复制,等等)。与普通家居相比,智能家居不仅能提供一个平安、舒适、高品位家庭生活和愉快空间;还能提供用户与家居全方位信息交互功能与外部沟通,便捷人们生活方式,帮助人们有效安排时间,增强家庭生活平安性,甚至降低能源本钱。

随着信息技术进步，各种家电设备能通过网络互联已经成为现实。强大网络通信功能是智能家居系统中不可或缺局部。目前，智能家庭网络已逐渐向分布式开展。

分布式网络构造能够实现各个节点之间信息共享，并且节点之间地位平等，可以任意通信。某一个节点出现了问题，不会影响整个系统运行。智能家庭网络不能只局限于将家中各种电气设备联系起来，还应该能和Internet互联、通信。具有通过Internet进展远程访问、控制和监控功能家庭网络才能使人们真正享受到“无处不在网络〞所带来惊喜和魅力。
智能家居网络通信系统使用现状
国际上对于智能家居网络通信系统主要分为有线和无线两类。有线传输方式优点在与其可靠性好、协议设计方便、低功耗，又因为带宽想对较大，压缩比可以降低，它包括电力线载波X210 和CEBUS , 线方式HomePNA ,以太网方式IEEE 802. 3 以及专用总线方式LonWorks ,RS 485 , IEEE 1394 等;无线传输机制相对于有线传输机制更易于部署与拓展，包括红外方式IrDA ,无线局域网方式IEEE 802.11系列,蓝牙,ZigBee 等[5 ] 。这里主要介绍X-10，onWorks，BIuetooth和ZigBee。

X-10:
X-10是智能家居通信系统中，历史最长且使用最简单一种。它于1978年诞生于美国，至今仍是美国家庭自动化主导系统。X-lO协议是一种国际通用智能家居电力载波协议，它以电力线为转输介质实现对用电设备进展智能远程控制。X-lO智能家居系统是指基于x-lO协议，由发射器发出x-10控制信号，通过现有电力线网转输X一10信号到接收器，然后由接收器再对各灯具、用电器等用电设备进展控制系统。

X-lO系统以电力线为传输介质。系统由三局部组成，即发射器，接收器，系统保障设备三局部。发射器通过电力线发射控制信号给接收器，由接收器对被控器件进展远程控制。系统保障设备主要是由于电力线干扰问题，故而用来检测和解决电子线噪音问题一些设备，主要目是保障x一10信号在电力线上转输稳定与有效强度，从而保障X-IO系统运作正常。

到目前为止美国X-10用户已经到达1000万以上，X-10控制规格已成为当今美国家庭自动化控制规格主要领导者。其产品已超过5000多种，不管是根本灯光控制、保全系统、家庭剧院、温度或动作感测与电脑相关界面与控制等等产品皆已具备。目前应用XIO技术产品在我国还不多，国内x—lO技术剐刚起步。

作为最老资格家居通信网络系统，X-IO优缺点明显，它优点是：物理线路和协议实现简单，。安装方便，不必再穿墙打孔，更有利于改交构造空问。用户可自己动手安装，价格也比拟低廉。

而作为与Internet互联家庭网络，X-IO缺点也非常明显：反响速度慢；抗干扰能力较差；控制方向单一，电器问缺少互操作性，x_10具有单一方向控制性，即只能由发射器发送控制数据到接收器，这也是它一大缺陷；X一10局限性还在于，X-IO系统在兴起时是以家庭内网作为考虑中心，并未想到与Internet之间互联，故而在目前与外部网络连接时，X-10系统必须通过昂贵复杂协议转换器接入外网。

在目前网络化大潮形势下，使用X一10作为与互联网相连智能家居网络系统，对它配置安装
及维护将会非常繁琐。

onWorks
LonWorks协议是美国Echelon公司开发并与Motorola和东芝公司共同倡导现场总线技术嘲。LonWorks性质上是点对点双向通信单层分布式控制网络。它追求网络全面控制，包含了传感器总线、设备总线和现场总线三层意义。

LonWorks网络根本单元是节点，网络节点也是监控模块，利用一根总线可将系统所有监控模块连接起来，每个监控模块是由神经元芯片、电源、一个通过媒介通信收发器和被监控设备接口I／o电路组成。LonWorks支持多种物理介质，适用于双绞线、电力线、光缆、射频、红外线等，并可在同一网络中混合使用。LonWorks协议支持多种拓扑构造，可以选用任意形式网络拓扑构造，组网方式灵活。

目前国内外对LonWorks智能家居通信系统研究较多，各种基于LonWorks产品也已经推出。世界上有2万多家0EM厂商生产LonWorks相关产品，其中种类已达6000多种。自1996年以来，LonWorks也开场在国内获得大量应用。在建立部支持下，国内一些研究所和企业开场陆续开发出基于LonWorks楼宇自动化控制系统，并在一些新建智能大厦和建立部智能化小区试点工程中得到应用。

LonWorks作为一种开放式交互网络，其优点有：协议标准化。由于LonTalk协议绝大局部是固化在芯片内部，所以用户不必担忧它一致性。良好实时性。在LonTalk协议中网络流量预测和防止拥塞方法，使得在最坏情况下响应时间得到了控制。设计模式化。LonTalk协议高层—应用层协议数据称为网络变量。它可以是任何单个数据项，也可以是构造数据。应用程序设计者只需使用关键字“NETWORK〞来定义这些变量，那么在网络中任何节点都可与之相联系。节点独立性。LonWorks技术为对等式通讯网络，各节点地位均等，无主节点。

作为与Internet互联家庭网络，LonWorks也有其自身缺点：单一芯片限制。LonWorks使用Neuron芯片，Neuron容量以及由Neuron芯片限制存储构造和LonWorks设计所带来性能缺陷限制了LonWorks应用逻辑段规模和范围，也限制了逻辑段之间互动操作甚至数据传输速度。另外，LonWorks在与Internet互联时需要进展协议转换，必然要参加专门针对于LonWorks设计协议转换设备，这样势必会增加复杂性和安装费用。

LonWorks作为一种先进智能家居通信系统在目前得到了广泛应用，突出优点使得它成为目前各种智能家居网络系统中一种较好选择。但是，如果说要将智能家庭网络接入整个Internet，使得智能家居网络系统与Internet做到无缝连接，那么LonWorks通信系统不确定开放性、传输速率缺乏以及LonWorks网络与Internet互联时必须要增加协议转换设备，成为它进入网络互联时代智能家居系统主要障碍。

无线：
BIuetooth：
蓝牙技术(Bluetooth)是由蓝牙特别标准组SIG(Special Interest Group)联合制定近距离无线通信技术标准，其目是实现最高数据传输速率1Mb／s(有效数据传输速率是721kb／s)、最大传输距离为10米(增加功率后可传输100米)无线通信。

蓝牙系统由天线单元、链路控制(固件)单元、链路管理(软件)单元和蓝牙软件(协议栈)单元四个功能单元组成。蓝牙系统工作于2．4GHz频段，无需申请频率许可证。系统采用1600help／s快速跳频技术 (FEc)技术。蓝牙系统使用FM调制方式，支持点到点点到多点通信。

目前，蓝牙实际应用在世界范围内稳定增长，近两年支持蓝牙设备已过亿件，开展前途广阔。中国各企业和研究机构对蓝牙测试协同开发以及多种蓝牙应用系统开发也正在进展之中。然而蓝牙由于技术和本钱原因，近期在世界范围内应用和开展阻力重重。

蓝牙系统作为智能家居网络通信系统一种可选方式，它优点和缺点都十清楚显，优点在于：蓝牙系统支持移动互联。用户可以像使用移动 一样灵活移动蓝牙设备位置而不必担忧网络断开。同时，因为其不需要使用物理线路，安装简便，故在改动网络构造布局时，不需要对网络重新设置。蓝牙系统设备体积小，功率小，便于携带或移动。蓝牙系统采用跳频通信机制使得通信比拟隐蔽也难以被截获。只要对方不清楚载频跳变规律，就很难截获我方通信内容。蓝牙采用扩频技术能有效减少干扰和衰落影响，数据稳定性有保障。蓝牙系统采取了FEC和包重发纠错机制，使得数据冲突造成数据不稳定状况大大改善。

然而就目前而言，蓝牙系统应用还存在种种缺陷：首先，蓝牙产品互操作性是目前蓝牙开展一大问题，虽然当前各厂商蓝牙产品一致性测试都已经没有问题，但是仍然无法互通。其次，由于目前主流软件和硬件平台均不提供对蓝牙支持，这使得蓝牙应用本钱升高，普及难度较大。再者，蓝牙技术虽然可以进展网络之间切换，但每次切换都必须断开与当前PAN连接。最后，蓝牙系统在与有线Internet连接时，必须考虑使用适宜协议转换设备。

Zigbee：
Zigbee是一种近程〔10米--100米〕、低速率〔250Kbps标称速率〕、低功耗无线网络技术，主要用于近距离无线连接。具有低复杂度、低功耗、低速率、低本钱、自组网、高可靠、超视距特点。主要适合应用于自动控制和远程控制等领域，可以嵌入各种设备。

Zigbee是基于通信协议，处理低级MAC层和物理层协议，而Zigbee协议对网络层和API进展了标准化。Zigbee完全协议用于一次可直接连接到一个设备根本节点4K字节或者作为Hub或路由器协调器32K字节。每个协调器可连接多达255个节点，而几个协调器那么可形成一个网络，对路由传输数目那么没有限制。

国外对ZigBee技术研究起步较早，研究也比拟成熟，zigbee联盟成立于2002年8月，为了推动Zigbee技术开展，Chaddron,Ember,FreeScale,Sansumg等公司成立了Zigbee联盟，如今已吸引了上百家芯片公司、无线节点公司和开发商参加【Zigbee无线组网技术研究】。国内Zigbee起步较晚，国内Zigbee模块生产厂家一般都受芯片厂家数量等限制价格，国内市场主要有国外仪器占领，国内未见成熟自助研制ZigBee产品。不过随着无线科技大趋势开展，很多高校和研究机构都已着手无线组网、无线技术应用等方面研究。

Zigbee技术在智能家居中应用，具有以下优点：
抗干扰力强：Zigbee收发模块使用是直序扩频技术，比起一般FSK，ASK和跳频数传电台来，具有更好抗干扰能力。保密性好：ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用通用AES-128，长达128位密码给ZIGBEE信号传输保密性提供了保障。传输速度快：ZIGBEE传输数据多采用短帧传送，因此，传输速度快，实时性强。可扩展性强：ZIGBEE组网容易，自恢复能力强，因此，便于在智能家居中进展扩展，增加新设备。

但是，我们必须认识到，在智能家居应用中，Zigbee也存在一些缺点：
本钱较高，目前ZIGBEE芯片出货量比拟大TI公司CC2430，CC2530以及FreescaleMC1319X,MC1322X系列，其本钱均在2~3美金左右，再考虑到其他外围器件和相关2.4G射频器件，BOM本钱难以低于10美金，针对智能家居这种本钱敏感而有需要大量节点家用设备，其本钱较高。通信不稳定，目前国内Zigbee技术主要采用ISM频段中2.5G频率，其衍射能力弱，穿墙能力弱。如果对2.5G信号进展放大，会造成额外辐射污染，同时也和ZIGBEE低功耗，节能初衷背道而驰。另外，ZIGBEE虽然支持多达65000个节点，但是在家居场合，一个别墅，所有开关插座窗帘控制加起来，也不会超过100个，如果数量更多，也将超出用户能够使用极限。因此，庞大网络容量未必对智能家居应用带来价值。

综上所述，ZIGBEE技术在智能家居中，固然有着加密高，平安性好优点。然而，本钱高，传输距离近，巨大网络容量成了摆设，也制约着ZIGBEE技术在智能家居产品中应用和推广。灵活运用ZIGBEE技术优点，并且克制其缺点，才能够更好提供高性价比，高可靠性智能家居产品。

比拟：
通过上述几种技术论述，可以看出有线方式中一些技术开展已经相比照拟成熟,在行业中已经具有一定标准型和通用性,但 线、以太网、电力线等有线组网技术普遍存在布线麻烦,增减设备需要重新布线,影响美观,系统可扩展性差,安装和维护本钱高,移动性能差缺陷。而无线传输最大优点就是省去了大量电缆连线,移动性很好,可以随时增加链路,安装、扩容很方便。但是,无线通信质量远低于有线通信,其信号衰减要比同距离有线通信大很多,而且传输信道容易受到干扰,可靠性没有有线方式好。随着人们安康意识提高,对电磁辐射重视也越来越大,无线传输方式也受到一定程度限制。

家庭网络构建原那么是使用方便、安装简单,不需要额外布线、扩展性好。所以只有那些无线,或利用电力线和 线技术才比拟符合家庭要求。但目前利用现有电力线技术存在着接入设备昂贵、技术成熟度不够难题;利用 线技术也存在家庭 插头少,接入产品不能芯片化,支持厂商少等问题,推广起来有一定难度。目前我国大局部住宅建立尚未考虑家庭联网需要,根底设施严重缺乏,重新布线费时费力,影响推广。采用无线传输方式相对而言比拟灵活,更适合家庭,可以防止上述问题。如今智能家居产业界所表达三大技术趋势是领先无线移动; 网络化开展;不依靠PC 独立形态。而推进这个开展趋势正是无线通信技术、网络技术以及嵌入式系统广泛应用[ 10 ] ,因此嵌入式无线智能家居网络控制系统是未来智能家居开展方向,它能够提供标准化接口和无线网络互连功能,而且可以通过嵌入式通信协议实现,使得系统能够脱离传统PC ,从而使智能家居行业也跨入后“PC〞时代。