智能家居示范工程中的家庭組網(wǎng)問(wèn)題分析

引言

智能家居，或稱智能住宅，在英文中常被稱為Smart Home。與智能家居的含義近似的還有家庭自動(dòng)化(Home Automation)、電子家居(Electronic Home)、數(shù)字家園(Digital Family)、家庭網(wǎng)絡(luò)(Home Networking)、網(wǎng)絡(luò)家居(Network Home)及智能家庭 / 建筑(Intelligent home/building、，在香 港和臺(tái)灣等地區(qū)還有數(shù)碼家庭和數(shù)碼家居等稱法。

物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的智能家居表現(xiàn)為利用信息傳感設(shè)備(同居住 環(huán)境中的各種物品設(shè)備松耦合或緊耦合)將與家居生活有關(guān)的 各種子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起，并與傳輸網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，進(jìn) 行監(jiān)控、管理信息交換和通訊，實(shí)現(xiàn)家居智能化。智能家居 系統(tǒng)一般包括智能家居控制管理系統(tǒng)、終端(家居傳感器終端、 智能控制器)、家庭網(wǎng)絡(luò)、信息中心等。

與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能， 能提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間，還應(yīng)由原 來(lái)的被動(dòng)靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇?dòng)智慧的工具，提供全方位 的信息交換功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優(yōu)化 人們的生活方式，幫助人們有效安排時(shí)間，增強(qiáng)家居生活的安 全性，甚至能夠節(jié)約各類能源等。

物聯(lián)網(wǎng)大潮下的智能家居行業(yè)在中國(guó)乃至全世界都有廣 闊的前景，是一個(gè)朝陽(yáng)行業(yè)。就目前的發(fā)展趨勢(shì)分析，預(yù)計(jì)在 今后的幾年內(nèi)，全世界將有近億的家庭構(gòu)建智能、舒適、高效 的家居生活。

1推動(dòng)智能家居示范工程建設(shè)

隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展和國(guó)家政策的不斷導(dǎo)向，面對(duì) 智能家居的巨大市場(chǎng)，各行業(yè)中的領(lǐng)軍企業(yè)均推出了具有各自 特色的智能家居產(chǎn)品。例如，霍尼韋爾、海爾、三大移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商、 有線運(yùn)營(yíng)商、國(guó)家電網(wǎng)等叫均在大大小小的物聯(lián)網(wǎng)展會(huì)上出 現(xiàn)智能家居應(yīng)用展示的身影，全方位地宣傳及真實(shí)場(chǎng)景的演示,

使普通民眾對(duì)智能家居有了非常直觀的了解。但是，如果智能 家居僅僅停留在應(yīng)用演示上，而沒(méi)有真正深入到普通群眾生活 中，不能真正為普通群眾提供便利服務(wù)，就必然會(huì)喪失智能家 居所產(chǎn)生的初衷，也就更談不上推動(dòng)社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步。

步入2012年以來(lái)，國(guó)家及各省、市級(jí)政府都著力推動(dòng)物 聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范工程的建設(shè)。工信部制定的《物聯(lián)網(wǎng)“十二五” 發(fā)展規(guī)劃》中明確提出開(kāi)展面向社會(huì)管理和民生服務(wù)領(lǐng)域的 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范，重點(diǎn)支持公共安全、醫(yī)療衛(wèi)生、智能家居 等領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范工程。發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提升人 民生活質(zhì)量和社會(huì)公共管理水平，推動(dòng)面向民生服務(wù)領(lǐng)域的 應(yīng)用創(chuàng)新”叫智能家居應(yīng)用示范不僅是目的，更是手段，通 過(guò)應(yīng)用需求牽引，推動(dòng)智能家居各項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新、標(biāo)準(zhǔn)研制和產(chǎn) 業(yè)培育。在智能家居應(yīng)用示范過(guò)程中，通過(guò)創(chuàng)新應(yīng)用模式來(lái)構(gòu) 建與各類智能家居應(yīng)用相適應(yīng)的運(yùn)營(yíng)模式和市場(chǎng)化運(yùn)作機(jī)制， 形成一批模式新穎、機(jī)制靈活的成功案例和應(yīng)用模板，并逐步 向更大范圍內(nèi)規(guī)?；茝V。

2家庭組網(wǎng)技術(shù)的選擇

智能家居示范工程建設(shè)與智能家居應(yīng)用演示有著本質(zhì)的區(qū)別。應(yīng)用演示主要用于展現(xiàn)各項(xiàng)奪人眼球的新應(yīng)用、新產(chǎn)品， 展現(xiàn)智能家居的創(chuàng)新發(fā)展思路。但是，智能家居示范工程建 設(shè)卻必須要求能夠?yàn)槠胀癖娞峁?shí)實(shí)在在的生活服務(wù)。家 庭組網(wǎng)作為智能家居中的一項(xiàng)核心關(guān)鍵技術(shù)，必然要根據(jù)應(yīng) 用演示和示范工程的目標(biāo)不同而產(chǎn)生相應(yīng)的變化，進(jìn)而從不同 的角度對(duì)技術(shù)進(jìn)行研究和驗(yàn)證。

在各類展會(huì)上的智能家居應(yīng)用演示中，具體組網(wǎng)技術(shù)的 選擇只需要能確保相應(yīng)的演示效果即可。而在智能家居示范 工程中，家庭組網(wǎng)技術(shù)需要針對(duì)如下幾個(gè)方面進(jìn)行研究驗(yàn)證 后再進(jìn)行選擇使用。

2.1家庭安防

智能家居要能夠真正為普通民眾提供生活服務(wù)，就要從 普通民眾的具體需求出發(fā)，以民眾的基本生活需求和感興趣 的業(yè)務(wù)應(yīng)用作為選擇技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段的驅(qū)動(dòng)力。在智能家居的發(fā) 展過(guò)程中，運(yùn)營(yíng)商、家電廠商、IT企業(yè)等紛紛推出了豐富多樣 的智能家居體驗(yàn)應(yīng)用，不斷拓展智能家居所涵蓋的內(nèi)容。

家庭安防一般由兩方面內(nèi)容組成：家庭安防傳感節(jié)點(diǎn)監(jiān) 控以及視頻監(jiān)控。其中，家庭安防傳感節(jié)點(diǎn)包括門窗磁傳感器、 水漫傳感器、煙霧傳感器、燃?xì)鈧鞲衅鞯?。家庭安防傳感?jié)點(diǎn) 與家庭內(nèi)部核心控制節(jié)點(diǎn)之間需要有信息的交互，由于交互信 息數(shù)據(jù)量較小，提供窄帶傳輸即能滿足要求。而視頻監(jiān)控則 要求傳輸視頻流，對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸速率要求較高，因而需要能 夠提供寬帶傳輸。便利生活服務(wù)則是將后端服務(wù)平臺(tái)提供的 信息在家庭內(nèi)部顯示終端上進(jìn)行展現(xiàn)，該項(xiàng)功能僅僅要求家 庭內(nèi)部能夠接入到外部互聯(lián)網(wǎng)即可。

可見(jiàn)，從普通民眾對(duì)智能家居的需求出發(fā)，要求家庭組 網(wǎng)能夠同時(shí)滿足寬帶加窄帶的網(wǎng)絡(luò)傳輸能力。在組網(wǎng)技術(shù)中, 有線組網(wǎng)技術(shù)均能提供較高的數(shù)據(jù)傳輸速率；而無(wú)線組網(wǎng)技 術(shù)中，特別是一般設(shè)計(jì)用于設(shè)備控制、節(jié)點(diǎn)間通信的組網(wǎng)技術(shù) （如ZigBee, Z-Wave等），通常只具備較低的數(shù)據(jù)傳輸速率［6］； Wi-Fi、Bluetooth4.0、UWB等技術(shù)所提供的數(shù)據(jù)傳輸速率一 般較高［7-8］。因此，要同時(shí)滿足智能家居各項(xiàng)應(yīng)用需求，往往 需要結(jié)合多種組網(wǎng)技術(shù)，單純依靠一種組網(wǎng)技術(shù)是無(wú)法達(dá)到 全部目標(biāo)的。

2.2家庭內(nèi)部建筑結(jié)構(gòu)

在智能家居應(yīng)用演示中，展示廳通常都是設(shè)在同一平面 的一塊相對(duì)較小的敞開(kāi)區(qū)域內(nèi)的，因此，對(duì)于家庭組網(wǎng)技術(shù)的 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錈o(wú)需做太多要求。但是，智能家居示范工程是要在 實(shí)際的居民家庭中進(jìn)行建設(shè)，家庭內(nèi)部的建筑結(jié)構(gòu)必然需要 納入到網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的考慮范圍之內(nèi)。

家庭內(nèi)部建筑結(jié)構(gòu)根據(jù)房產(chǎn)開(kāi)發(fā)商的設(shè)計(jì)可以有多種戶 型樣式，而且住戶也可能根據(jù)自身需求，在家居裝修時(shí)對(duì)房屋 戶型結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定范圍內(nèi)的更改。家庭內(nèi)部不同房間內(nèi)的節(jié)點(diǎn) 設(shè)備之間需要進(jìn)行通信，且各個(gè)房間之間都有墻體阻隔，因此 隔墻通信對(duì)家庭組網(wǎng)技術(shù)也提出了一定的特別要求。

對(duì)于有線組網(wǎng)技術(shù)來(lái)說(shuō)，若房屋尚處建造階段或是內(nèi)部 裝修階段，貝何以在墻體內(nèi)布放相應(yīng)線纜（電力線、同軸電纜、 以太網(wǎng)線等）來(lái)實(shí)現(xiàn)隔墻通信。而當(dāng)房屋已經(jīng)建造并裝修完畢 后，有線組網(wǎng)就會(huì)存在兩種方式的問(wèn)題：其一，如果不考慮在 墻體內(nèi)重新布放線纜，則需要通過(guò)已布放的線纜來(lái)進(jìn)行信息 傳輸。通常在家庭內(nèi)部裝修時(shí)，只有電力線布放的范圍最為廣 泛，能夠覆蓋到整個(gè)家庭的各個(gè)房間角落，但是電力線組網(wǎng) 傳輸較容易受到外界環(huán)境及電器設(shè)備的影響（比如劣質(zhì)電源適 配器的影響）其二，如果考慮在墻體內(nèi)重新進(jìn)行線纜排布, 則需要破壞已有的建造裝修成果，成本較大。

可見(jiàn)，針對(duì)已建造裝修完成的房屋，采用無(wú)線技術(shù)進(jìn) 行組網(wǎng)較為合適。但是，無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)在家庭內(nèi)部會(huì)受到墻 體影響，傳輸信號(hào)會(huì)逐步衰減。因此，需要設(shè)計(jì)采用合理的 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)保證無(wú)線信號(hào)的傳輸質(zhì)量。在眾多無(wú)線組網(wǎng) 技術(shù)中，ZigBee技術(shù)所設(shè)計(jì)使用的樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)路由器節(jié)點(diǎn)図、 Bluetooth技術(shù)所設(shè)計(jì)使用的散列網(wǎng)橋節(jié)點(diǎn)等，均能夠用來(lái)解 決家庭中隔墻傳輸信號(hào)的中繼問(wèn)題。

2.3技術(shù)發(fā)展成熟度及產(chǎn)業(yè)化規(guī)模

智能家居示范工程的建設(shè)就是為了能夠打造智能家居產(chǎn) 業(yè)鏈，建立商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式，并在以后能夠進(jìn)行智能家居的大 規(guī)模推廣。受此建設(shè)目標(biāo)的驅(qū)使，在不同于智能家居應(yīng)用演示

中，可以采用最前沿的家庭組網(wǎng)技術(shù)，在智能家居示范工程 建設(shè)中，必須要針對(duì)家庭組網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展成熟度、產(chǎn)業(yè)化規(guī) ?；蔚冗M(jìn)行評(píng)估。

以無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)為例，Z-Wave從設(shè)計(jì)之初就專用于家庭 自動(dòng)化領(lǐng)域，包括照明控制、讀取儀表(水、電、氣)、家用電 器控制、身份識(shí)別、門禁窗禁防盜、預(yù)警火災(zāi)等。與ZigBee相比, Z-Wave的工作頻段干擾少、功耗低、設(shè)備激活時(shí)間短[6]，但是, Z-Wave最為明顯的劣勢(shì)就是無(wú)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)作為技術(shù)根基，不利于 發(fā)展推廣，且芯片供應(yīng)商短缺。據(jù)了解，在國(guó)內(nèi)進(jìn)行Z-Wave模 塊開(kāi)發(fā)的技術(shù)提供商屈指可數(shù)?？梢?jiàn)，智能家居示范工程建設(shè) 并不適宜采用Z-Wave技術(shù)進(jìn)行家庭內(nèi)部組網(wǎng)。

以有線組網(wǎng)技術(shù)為例，G.hn家庭聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)于2010 年6月正式獲得ITU批準(zhǔn)通過(guò)。G.hn的設(shè)計(jì)初衷是要解決既 有有線組網(wǎng)技術(shù)的問(wèn)題，透過(guò)家庭內(nèi)部既有的同軸電纜、電 力線和電話線，以1 Gb/s的速率傳輸數(shù)據(jù)，并促進(jìn)周邊媒體 的共存，更強(qiáng)調(diào)以低功耗的電源管理，來(lái)促進(jìn)家庭網(wǎng)絡(luò)中智 能型裝置的應(yīng)用[11]。ITU已于2011年12月發(fā)布了更完善的G.hn 標(biāo)準(zhǔn)，據(jù)業(yè)內(nèi)人士預(yù)計(jì)，搭載G.hn方案的機(jī)頂盒、家用網(wǎng)關(guān) 等產(chǎn)品將于2012年上半年登場(chǎng)?？梢?jiàn)，雖然G.hn家庭聯(lián)網(wǎng)標(biāo) 準(zhǔn)能夠兼容家庭內(nèi)部既有的電力線、同軸電纜及電話線，可使 家中各類設(shè)備無(wú)縫互連，同時(shí)支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸、高清視頻、語(yǔ) 音服務(wù)、共享服務(wù)等所有家庭多媒體業(yè)務(wù)，但是，G.hn芯片 問(wèn)世時(shí)間尚短，很多針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的研究還僅僅停留在技術(shù)理論 層面，市場(chǎng)化成本因素等還無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確估計(jì)。鑒于搭載G.hn 方案的產(chǎn)品距離規(guī)?；瘧?yīng)用尚有一段時(shí)日G.hn組網(wǎng)技術(shù)同 樣并不適用于當(dāng)前的智能家居示范工程建設(shè)。

2.4系統(tǒng)的擴(kuò)展性

在各類展會(huì)的智能家居應(yīng)用演示中，一旦布設(shè)好一套智 能家居系統(tǒng)，那么，在整個(gè)展會(huì)期間，基本不會(huì)再對(duì)該系統(tǒng) 進(jìn)行任何升級(jí)和更新操作，而只需確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行即可。

但是，在智能家居示范工程建設(shè)過(guò)程中，家庭住戶的需 求通常是會(huì)發(fā)生改變的，例如家中增添了一些全新的設(shè)備或是 對(duì)原有設(shè)備提出了新的功能控制要求等。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速 發(fā)展，我們無(wú)法預(yù)計(jì)到，在半年之后、一年之后會(huì)出現(xiàn)具備 何種功能的日常家居設(shè)備。若要在已建設(shè)好的智能家居系統(tǒng)中 能夠便捷地納入這些全新的家居設(shè)備，則要求智能家居系統(tǒng), 特別是家庭網(wǎng)絡(luò)要具備良好的可擴(kuò)展性。對(duì)于家庭網(wǎng)絡(luò)的核心 控制節(jié)點(diǎn)而言，具備可擴(kuò)展性尤為關(guān)鍵。原因是一旦家庭內(nèi)部 新增了一類全新的家居設(shè)備，并且要求該類設(shè)備節(jié)點(diǎn)能夠與核 心控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，那么就必然會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)方面的要求：一 是核心控制節(jié)點(diǎn)要進(jìn)行升級(jí)更新，增加控制新設(shè)備的相應(yīng)功 能；二是設(shè)備節(jié)點(diǎn)在經(jīng)過(guò)配置后加入到已有的家庭網(wǎng)絡(luò)中。在 上述兩個(gè)方面要求中，核心控制節(jié)點(diǎn)升級(jí)更新的效率將會(huì)直接 對(duì)建設(shè)單位的運(yùn)維成本以及家庭住戶的感知體驗(yàn)產(chǎn)生影響。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有ZigBee組網(wǎng)產(chǎn)品學(xué)習(xí)研究的結(jié)果顯示，新 入網(wǎng)設(shè)備節(jié)點(diǎn)所需要的配置工作量相對(duì)較小，工程實(shí)施人員 在10 min左右即可完成相應(yīng)的配置工作；但是，對(duì)于核心控 制節(jié)點(diǎn)的升級(jí)更新，目前尚無(wú)比較好的方案，而仍需要通過(guò)主 程序升級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)，工作量相對(duì)較大。如何保證智能家居系統(tǒng) 能夠具備優(yōu)良的可擴(kuò)展性，如何使家庭住戶新購(gòu)置的家居設(shè) 備能夠方便地加入到家庭網(wǎng)絡(luò)中并接受控制，這些都是需要 進(jìn)一步研究探討的問(wèn)題，也是智能家居應(yīng)用示范工程建設(shè)過(guò) 程中所必須要考慮并解決的問(wèn)題。

3結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在智能家居示范工程建設(shè)中，針對(duì)家庭組網(wǎng) 的問(wèn)題，不僅要從家庭組網(wǎng)技術(shù)本身來(lái)進(jìn)行理論分析，更要 從示范工程的實(shí)際需求與后續(xù)運(yùn)營(yíng)維護(hù)升級(jí)的角度來(lái)考慮。 通過(guò)選擇合適的家庭組網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行組合，打造滿足各類通信 要求的家庭網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部區(qū)域的全覆蓋，從而為智能家 居各項(xiàng)業(yè)務(wù)應(yīng)用的開(kāi)展提供堅(jiān)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)。

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