《网络家电技术的发展现状和展望》由会员分享，可在线阅读，更多相关《网络家电技术的发展现状和展望（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、网络家电技术的发展现状和展望关键词关键词: : 摘摘 要：要：分析了网络家电、家庭网络和智能家居之间的关系；介绍了 X-10、CEBus、LonWorks、UPnP 协议、ECHONET、KNX、Zigbee 和国内“e 家佳”联盟推广的家庭网络标准，并比较了各标准的优缺点；阐述了典型的网络家电设备及其产品化情况。在此基础上展望了网络家电技术的发展趋势。关键词：关键词：网络家电 智能家居 家庭网络标准1 1 网络家电的起源网络家电的起源二十世纪 70 年代后，计算机技术的广泛应用促使了家电技术的提升，1978 年美国出现了灯光控制的家庭网络 X-10 技术1。进入二十世纪 90 年代以后，计算
2、机网络技术的发展催生了网络家电概念的出现，各大公司纷纷涉足该领域。1996 年美国的 NETSCAPE 公司提出了网络家电的概念。1999 年初，微软在全球范围内力推“维纳斯计划”；与此同时在德国科隆博览会上依莱克斯公司首次展出了可以上网的冰箱2。1999 年末 LG 公司、三星公司也推出了同等意义的冰箱，夏普公司已经在日本销售网络微波炉。2000 年的国际消费电子展，日本、美国的家电巨头已推出多种网络家电产品，微软、思科等公司也推出了其家庭自动化系统3。由此，在被称为“数字家电年”的 2000 年，网络家电的概念浮出了水面3,4。2 2 网络家电的概念网络家电的概念网络家电与家庭网络、智能家
3、居的关系密不可分。家庭网络是网络家电工作的基础，与网络家电一同构成智能家居的要素。智能家居是通过网络家电来实现的。目前对于这三者还没有统一的定义，但普遍认为：网络家电是一种具有信息互联，互通或互操作特征的家电终端产品；家庭网络是融合控制网络和多媒体信息网络于一体的家庭信息化平台，用以实现在家庭范围内信息设备、通信设备、娱乐设备、家用电器、自动化设备、照明设备、家庭求助报警、保安（监控）装置及水电气热表(或概称的三表三防)等设备的信息互联5；智能家居是由网络家电和家庭网络所组成的家庭设施，具有通过学习、推理等方法为用户提供服务和自主管理能力的家庭住宅。在三者之中，家庭网络是核心，所以众多行业巨头
4、和团体纷纷制定自己的家庭网络标准；智能家居的服务是关键，决定着网络家电发展的前景。3 3 家庭网络标准家庭网络标准家电网络技术经过多年的发展，先后出现了多个有影响力的家庭网络通讯规范:X-10、CEBus、LonWorks、UPnP(Universal Plug and Play)协议、ECHONET(Energy Conservation and Homecare Network）、KNX(Konnex Association)、Zigbee 和国内“e 家佳”联盟推广标准等。 3.13.1 X-10X-10X-10 电力线载波通信技术起源于二十世纪 70 年代苏格兰的 Pico 电子公司，
5、1979 年 X-10 产品上市。二十多年来 X-10 技术仍然在欧美广泛应用，这得益于 X-10 系统的突出优点:(1)安装方便(采用电力线介质通讯，无需另布线)；(2)操作简单(只需要用户在拨号盘上设置地址即可)；(3)产品价格低廉, 且能满足一般家庭的生活需求6。X-10 技术是在它特有的协议基础上发展起来的, 协议的核心部分是 X-10 Pro编码方式。X-10 信号根据电力线信号正负过零点处 120kHz 脉冲信号出现与否来进行传输。X-10 采用电力线载波方式传送数字信号，如图 1 所示。图中电源频率为 60Hz,载波频率为 120kHz，载波信号持续时间宽度为 1ms，在过零时发
6、送。为了保证在三相市电供电系统中任一相的电源供电时均可接收,要求发 3 个载波信号,时间间隔如图 1 所示(对于我国 50 Hz 的市电,则相应的时间有所不同)。每传送一位数据需要半个电源周期,有载波信号表示数据“1”, 无载波信号表示数据“0”。X-10 技术也存在致命的缺点：传送数据的速率慢, 其寻址能力弱和传输介质单一。这些缺点限制了该项技术在智能家居中进一步地应用1。家庭网络架构是由其专用的控制装置、路由器和设备(空调、冰箱、照明器具、保全传感器及家庭医疗设备)所构成。透过该网络架构，用户可遥控家中设备的电源开关或是进行电力统一管理等。相对于其他家庭网络标准，ECHONET 规范为不同
7、的家电建立了对象，每一个对象的属性和操作都有着严格的定义，以此来保证设备的互操作性；同时也提供了具有可操作性的家庭能源管理服务。目前众多日本家电厂商都在大力把 ECHONET 标准推展成为国际化家庭网络标准。3.5 KNX101999 年 5 月，欧洲三大总线协议 EIB、BatiBus 和 EHSA 合并成立了 Konnex 协会，提出了 KNX 协议。该协议以 EIB 为基础，兼顾了 BatiBus 和 EHSA 的物理层规范，并吸收了 BatiBus 和 EHSA 中配置模式等优点，欧洲地区重要的网络家电产业标准。该标准是开放性技术规范，其网络传输方式包括双绞线、电源线、无线电及以太网络
8、。在 Konnex 设备网络上，通过带有标准输入和输出点的回路模块和功能模块以及模拟量逻辑通道，实现各种设备灵活运用，并形成真正意义上分布式应用。Konnex 设备有三种层次：系统模式设备、简单模式设备和自动模式系统。系统模式设备是中央化自由绑定和参数化形式，与其连接的为简单模式设备，简单模式遵从结构化绑定原理，自动模式系统面向消费者产品，诸如白色家电（大型家用电器）和灰色家电等可即插即用的产品。三种配置模式共享实时交互的网络，创建全面的、多领域的家庭及楼宇通讯系统。除双绞线和电力线通讯介质外，Konnex 也能支持无线电通讯（频率 868MHz）。Konnex 协会已于 2002 年 5 月
9、提出了第一版的 Konnex 标准，德国西门子公司也已完成符合 EHS 1.3a 电源线通讯规范及CHAIN(Ceced Home Appliances Interoperating Network)通讯协议的名为 ServeHome 的网络家电系列产品。3.6 UPnP11UPnP 论坛成立于 1999 年 6 月，现有成员 749 个，国际上多家著名厂商包括飞利浦、微软、英特尔、松下、三星、LG、美的等均是其成员。旨在帮助明确界定 UPnP 标准以简化家庭智能设备的联网。UPnP 论坛已经针对音视频设备、照明设备、家庭保安系统、空调等家电产品制定了相应的标准。UPnP 协议具有下述特色：以
10、网络为应用环境；以 TCP/IP 和整个 Internet 为基础；可以无缝地接入传统网络；设备可以动态地进入网络中；“感知”别的设备是否存在以及它们的作用和当前的状态。完整的 UPnP 服务系统由支持 UPnP 的网络和符合 UPnP 规范的设备共同构成的。整个系统是由设备、服务、和控制三部分所构成。设备是指符合 UPnP 规范的设备。一个 UPnP 设备可以看成一个包含服务并嵌套了常规设备的“容器”。在 UPnP 网络中，用户请求设备执行的控制是通过控制指针实现的，控制指针首先是一个有能力控制别的设备的控制者，还要具有在网络中“发现”控制目标的能力。发现设备可分成两种情况，一种是在有控制请
11、求之后，在当前的网络中查找有无对应的可用设备；另一种情况是某一设备接入网络、取得 IP 地址之后，就开始向网络“广播”自己已经进入网络，即寻找控制请求。控制指针找到设备描述之后，会从描述中“提炼”出要进行的操作并获悉所有的服务；对每个 UPnP 设备来说，这些描述必须是很确切、很详细的，描述中可能包含有命令或行为列表、服务响应信息、用到的参数等等。对于服务的每个行为，也伴有描述信息：主要是整个服务进行期间的变量、变量的数据类型、可用的取值范围和事件的特征。要控制某个设备，控制指针必须先发送一个控制行为请求，要求设备开始服务，然后再按设备的 ULR 发送相应的控制消息，控制消息就是放置在 XML
12、 文件中的那些 SOAP 格式的信息。最后，服务会返回响应信息，指出服务是成功或是失败。在服务进行的整个时间内，只要变量值发生了变化或者模式的状态发生了改变，就产生了一个事件，系统将修改上述提到的事件列表的内容。随之，事件服务器把事件向整个网络进行广播。另一方面，控制指针也可以事先向事件服务器预约事件信息，保证将该控制指针感兴趣的事件及时准确地传送过来。广播或预约事件传送的都是事件消息，事件消息也放在 XML 文件中，使用的格式是 GENA。设备投入工作之前的准备初始化过程，也是一个事件，初始化需要的各种信息也是用事件消息传送的。包括的内容主要是：变量初始值，模式的初始状态等等。根据美国 In
13、-Stat/MDR 研究机构调查报告指出：在美国地区家庭智能网络中，UPnP 所占比例最大，约 37.9%，其次是 ZigBee 占 19.1%。著名的数字生活联盟也是以 UPnP 标准作为其底层标准，国内某些家电厂家与英特尔联合开发 UPnP 协议的多媒体家电。3.7 ZigbeeZigBee 联盟成立于 2002 年 8 月，主要由英国 Invensys 公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司组成。ZigBee 技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，主要适合于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备中，同时支持地理定位功能。Zi
14、gBee 技术的主要优点有：省电、可靠、成本低、时延短、网络容量大和安全。完整的 ZigBee 协议套件由高层应用规范、应用会聚层、网络层、数据链路层和物理层组成。链路层以上协议由 ZigBee 联盟制定，IEEE 负责物理层和链路层标准。IEEE802.15.4 定义了两个物理层标准，分别是 2.4GHz 物理层和868/915MHz 物理层。两个物理层都基于直接序列扩频，使用相同的物理层数据包格式，区别在于工作频率、调制技术、扩频码片长度和传输速率。2.4GHz 波段为全球统一的无需申请的 ISM 频段，有助于ZigBee 设备的推广和生产成本的降低。2.4GHz 的物理层通过采用高阶调制
15、技术能够提供 250kb/s 的传输速率，有助于获得更高的吞吐量、更小的通信时延和更短的工作周期，从而更加省电。868MHz 是欧洲的 ISM 频段，915MHz 是美国的 ISM 频段，这两个频段的引入避免了 2.4GHz 附近各种无线通信设备的相互干扰。868MHz 的传输速率为 20kb/s，916MHz 是 40kb/s。由于这两个频段上无线信号传播损耗较小，因此可以降低对接收机灵敏度的要求，获得较远的有效通信距离，从而可以用较少的设备覆盖给定的区域13。Zigbee 联盟预测的主要应用领域包括工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、农业自动化和医用设备控制等。3.8 “e 家佳”联盟推
16、广标准132004 年由海尔集团牵头，联合了网通、清华同方、上广电、春兰、长城、上海贝岭等企业联合成立“e 家佳”联盟，主要负责信息产业部“家庭网络标准工作组”家庭网络标准的推广和产业化。“e 家佳”联盟推广标准定义了控制子网由家庭控制子网网关、移动控制终端和多个含通讯模块的设备组成，目的是实现各种家电设备、三表、三防设备的互连、互通、集中控制等功能。在家庭控制子网通讯协议中，标准工作组根据应用场景的不同，定义了有线和无线物理传输介质。家庭控制子网的底层通信以无线为主，支持有线方式互连，主要考虑到人们对手持遥控器使用上的习惯和对设备可方便移动的期望。无线通讯的工作频率范围为 779787MHz 频段，在与广播电视频率发生冲突的地区，也可选用 430432MHz 频段，目前正在向 2.4GHz 频段扩展。家庭控制子网网络层协议支持不同传输介质和协议，统一设备管理协议UDCP(Universal Device Control Protocol)属应用层协议，其作用是进行整个网络中设备的添加、删除、状态查询、参
