智能家居系统设计中几个关键技术的探讨

日期:2019-10-23编辑作者:建筑建材

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是较佳选择。 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,因此是较佳的选择。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较佳的选择。 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(OpenServiceGatewayInitiative,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(ResidentialGateway),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:其中靠前、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、IEEE1394ADSL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。

随着智能家居的兴起,安防布线问题的严重性也日渐突出,那么在智能家居的安防有线及无线问题上,用户到底该如何处理呢?请看本文!

智能家居无线技术

无线解决方案为家居自动化带来了曙光,剪掉了这些繁琐的线,就减去了很多麻烦。就目前而言,无线智能家居根据所使用的技术不同,主要分为蓝牙、Wi-Fi、Zwave和ZigBee四种,无线技术让人们得以实现对家居的远程控制。下面我们不妨先从日常接触最为频繁的WiFi说起。

一、WiFi技术

基于WiFi技术的智能家居产品最为常见,其优势在于传输速率快,且产品成本低,生活中也最为普及,对用户来说,基于WiFi的智能家居组合最为省事,购买设备直接组网即可。

凡事都存在两面性,WiFi虽然传输快、普及广,但也存在着自身的技术劣势:其最大的问题要属安全性非常低,无线稳定性弱;功耗大也是其弱点之一,将导致其在家居领域的应用受限,例如智能门锁、红外转发控制器、各种传感器等不适宜使用;此外,WiFi的组网能力也相对较低,目前WiFi网络的实际规模一般不超过16个设备,而实际家居环境中,仅开关、照明、家电的数量就已远远多于16个,显然发展空间受到了一定的限制。

相较于普及较广的WiFi技术,下面要说的ZigBee技术,其研发和应用的门槛相对要高,并不是随便什么人都能驾驭,一些全球500强企业,都已加入到ZigBee的阵营当中,国内企业也在ZigBee阵营之中。

二、Zigbee技术

首先,ZigBee技术的安全性很高,至今全球尚未出现一起破解先例。其安全性源于其系统性的设计:采用AES加密,严密程度相当于银行卡加密技术的12倍;其次,Zigbee采用蜂巢结构组网,每个设备均能通过多个方向与网关通信,网络稳定性高;另外,其网络容量理论节点为65300个,足够满足家庭网络覆盖需求,即便是智能小区、智能楼宇等仍能全面覆盖;最后,Zigbee具备双向通讯的能力,不仅能发送命令到设备,同时设备也会把执行状态反馈回来,这对终端使用体验至关重要,尤其是安防设备,倘若你点击了关门,却不知道门是否真的已经锁上,将会带来多大的安全隐患;此外,Zigbee采用了极低功耗设计,可以全电池供电,理论上一节电池能使用10年以上,节能环保。

三、Zwave技术

Zwave的数据传输速率为9.6kbps,信号的有效覆盖在室内30米,适于窄带宽应用场合,且具备一定的安全性和稳定性,不过目前只应用于家庭自动化方面。究其缺点主要三:一是节点较少,理论值为256个,实际值可能只有150个左右,算是其能容纳设备数量的上限,实际上很多厂商能做到容纳20、30个设备就不错了;二是树状组网结构,一旦树枝上端断掉,下端的所有设备将无法与网关通信;三是没有加密方式,安全性差,易受到攻击。(Zwave所用频段在我国是非民用的,国内并不常见Zwave智能家居,更多的还是应用在国外。)

四、蓝牙技术

大家对蓝牙技术的熟知,恐怕要属手机上的蓝牙功能了。其功耗以及成本都介于WiFi与Zigbee两者之间,但传输距离最短,属于一种点对点、短距离的通讯方式,因在移动设备或较短距离间传输,故蓝牙产品会提供一些较为私人化的使用体验,例如蓝牙耳机、蓝牙音箱、智能秤等,由于其传输距离较短,所以并不适合组建庞大的家庭网络。

智能家居有线技术

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