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7：智能家居1家庭网络技术与总线协议2家庭控制器3信息家电4家居智能管理7.1家庭网络技术与总线协议1家庭自动化总线协议家庭自动化总线协议家庭网络技术2家庭网络技术7.1.1家庭自动化总线协议在家庭生活中，除了对家庭电器设备作操作控制外，更突出的问题是家庭中各类家用电器设备间的通信以及家庭和外界的通信和人与各类设备的通信问题，这就要求有一种适用于智能化住宅、智能化住宅小区和家庭自动化的家庭控制总线（HomeBusSystem）。(1)X-10协议X-10协议出现于1978年，是全球第一个利用电力线进行家庭自动化的产品，目前已成为美国家庭自动化控制规格的一种名称。是美国家庭自动化的主导系统。X-10协议是以电力线为控制总线进行远程控制的通信协议，已广泛应用于家庭安全监控、家用电器控制和住宅仪表数字读取等方面。X-10系统由发送控制盒和多个接收控制组件组成，各组件可设定不同的编码以示区别。使用时控制盒和接收控制组件可插入室内不同的电源插座，家用电器设备就插在这些控制组件上。(2)CEBus协议美国电子工业协会（ElectronicsIndustryAssociation，EIA）在1992年正式制定出的一套家庭自动化控制规格的初步草案，并命名为消费电子总线协议CEBus（ConsumerElectronicBus）。成为欧美家庭自动化电子产品工业界的推荐标准。CEBus是点对点网络，它不需要系统控制器，使用CSMA/CDCR方法来控制其节点对电力线媒介的访问，是对以太网协议CSMA/CD的一种改进。这种协议使得几个节点争用媒体，发生冲突时，其中必有一个优先级较高的节点能够发送成功，且其数据的完整性不受本次冲突的影响。CEBus覆盖了家庭中的一切传输媒体，包括红外线、射频、电力线、同轴电缆、双绞线及光纤等。控制信号在所有的媒体中都要以相同的传送速度（10kbit／s）传送，从而有效地避免了信号传输中可能的“瓶颈”问题。任何符合CEBus标准的电器产品都可以直接互联及通信，其寻址能力超过40亿次。CEBus的抗干扰能力比X-10强，但由于CEBus的接口技术比较复杂，价格比较贵，因此使用CEBus产品的用户相对较少。CEBus的应用层通过CAL(CommonApplicationLanguage)和应用程序连接。CAL是CEBus专为设备之间相互通信而设计的面向对象语言，其面向对象特性使它很容易在PC上应用，对于分布在家庭各个角落的微控制器来说，CAL不实用。所以，现在CIC（CEBusIndustryCouncil）已将CAL语言与CEBus协议进行了分离，提出了HomePNP规范。HPNP规范是由CIC的互操作技术委员会于1997年完成的企业联合规范。该规范与以上介绍的几个底层控制网络标准和规范不同，它独立于网络的下层技术和协议，运行于多种网络协议之上。规范使用了CEBus标准的面向对象的通用应用语言(CAL)和对象相关模型，只要在产品中嵌入了HPNP技术，来自不同厂家的产品可以在同一网络上相互通信，实现即插即用功能。HPNP规定了详细的家庭网系统及相关产品的行为特征集合，它使得系统根据家庭里的实际状态而执行相应的预定方案。规范还规定了基于Windows操作系统的家庭网络的控制应用，定义了音频/视频、计算机、能源管理、照明控制、安全控制、远程通信和用户接口相关文档。HPNP规范可以实现与IP网络的连接，也可以运行于IEEE1394网络之上。对于组建完整的家庭网络，实现家庭器具的远程控制和配置具有重要意义。(3)LonWorks技术LonWorks技术是由美国Echelon公司1990年12月开发成功的全分布式智能控制网络技术，本质上是一种测控网或工控网技术，也称为现场总线技术。它方便地实现现场的传感器、执行器、仪表等联网。最大的优点是其完全的开放性，支持各种常用通信媒质和任意自由拓扑网络结构。LonWorks是先进技术，但至今还不完善，主要问题是不配套。因此，目前的LonWorks系统产品还处于过渡阶段。LonWorks尽管在物理形式上可自由拓扑，但每个LonWorks节点需要连接到信道（CHANNEL）上，这就必须进行网络分段（SEGMENT），在系统配置上必须增加路由器（ROUTER），带来不足之处主要表现在：增加了系统管理复杂度，实际上在逻辑上增加了控制系统分级数，系统分级数越多，系统不可靠度值就高，降低系统稳定性。另外各厂商生产的元器件（如各类型传感器、控制器）只有而且必须插入固化有LONTALK协议的NEURON芯片并按照LonWorks控制网络技术规定组成任意拓扑结构真正的智能化网络。所以在工程上的实际应用并不多。(4)RS-485协议RS-485总线EIA推出的一种多发送器和多接收器的电路标准，适用于收发双方公用一对线缆进行通信，也适用于多个点之间公用一对线路进行总线方式联网。一对RS-485总线接口线路一般能支持32个发送／接收器。RS-485标准没有规定在何时控制发送器发送或在何时控制接收器接收数据，通信只能采用半双工方式工作。因为RS-485的远距离、多节点以及传输线成本低的特性，当前已成为工业应用中数据传输的首选标准。(5)BACnet协议BACnet是ADataCommunicationProtocolforBuildingAutomationandControlNetwork的简称，是一种为楼宇自控网络制定的数据通讯协议。由美国暖通和空调工程师协会（ASHRAE）制定的楼宇自动控制网络协议。它详细地阐述了系统组成单元相互分享数据实现的途径、使用的通讯媒介、可以使用的功能以及信息如何翻译的全部规则。因此，它确立了不必考虑生产厂家、各种兼容系统在不依赖任何专用芯片组的情况下，相互开放通讯的基本规则。可以说，BACnet是一个开放式的通讯协议，集先进技术和容易实现于一身。目前，BACnet已成为国际上智能建筑发展的方向和主流通讯协议，也是楼宇自控领域中唯一的ISO标准（ISO16484-5）。可实现不同厂商生产的设备与系统在互联和互操作的基础上实现无缝集成。BACnet是一种数据通讯协议，定义了一套通过计算机网络交换数据的规则，它提供了一套描述设备的模拟和数字输入／输出、流程、控制环路和报警等特征的标准方法。BACnet描述设备的公共功能，组成这些公共功能的单元被称为“对象”，对每个“对象”进行特征描述。一个对象最重要的参数是它的标识符，这个标识符能让遵循BACnet协议的其他设备认识它。一旦设备在网上有它们的对象和特征描述，它们就能用BACnet标准通讯了。（6）TCP／IP协议TCP／IP协议是一个协议集合，即TCP（TransmissionControlProtocol，传输控制协议）、IP（InternetProtocol，因特网协议）及其他一些协议，是目前最完美并广为接受的通信协议之一，它不仅广泛应用于各种类型的局域网中，而且也是Internet的协议标准，用于实现不同类型的网络以及不同类型的芯片和操作系统的主机之间的相互通信。TCP／IP协议是互联网的一个基本协议，被各厂家广泛使用。（7）以太网技术以太网（Ethernet）是局域网中使用最多的一种网络模型，它结构简单，一条无源总线将局域网的所有站点连接起来，站点之间通过总线通信。以太网是1975年由美国Xerox公司、DEC公司和Intel公司联合开发的，并于1980年正式公布Ethernet的物理层和数据层的详细技术规范，使之成为第一个局域的工业标准。IEEE802．3就是在此基础上建立的。以太网的主要特点是接入方便，可靠性较高，但是消息发送通过竞争实现，在局域网站点较多的情况下，有可能经常发生冲突，消息发送延迟较长。（8）电话线家庭网络技术HomePNA是一种家庭网络的计算机互联标准，利用现有电话线路进行网络连接。利用HomePNA，家庭中的多个计算机用户可以共享互联网连接、文件、打印机以及进行联网游戏。HomePNA的最新版本2.0支持的数据传输率为10Mbps，在普通的家庭电话线上利用以太网的CSMA/CD传输协议，可以实现这一数据传输率。（9）电源线家庭网络技术HomePlug电力线联盟是一个非赢利性组织，于2001年6月发布了“HomePlug1.0”第一版标准。HomePlug的目的是通过家庭中的电源线构筑低成本、高速的LAN。用户可通过家庭电源插座上Internet、传输多媒体信息、共享外围设备、控制家庭内的音视频和其他电气设备。与其他建网方案相比，具有成本低、安装和使用容易等优点，数据传输速度为14Mbit／s。基于电源线的网络目前技术尚未成熟，缺乏标准，但可以确定的是其成本将会很低.（10）无线技术蓝牙技术HomeRF技术IEEE802.11协议族（1）蓝牙技术蓝牙是一种低成本，短距离的无线连接技术标准，于1999年7月26日。蓝牙技术的设计初衷就是将智能移动电话与笔记本电脑，掌上电脑以及各种数字信息的外部设备用无线方式连接起来形成一种个人身边周围领域的网络-无线个域网(WPAN)，使得在其范围（30英尽）之内各种信息化的移动便携设备都能实现无缝地资源共享。蓝牙技术主要面向网络中各类数据及语音设备(如PC，拨号网络，笔记本电脑，打印机，数码相机，移动电话和高品质耳机等)，通过无线方式将它们连成一个微微网(Piconet)，多个微微网之间也可以互连形成分布式网络(Scatternet)，从而方便，快速地实现各类设备之间的通信，是实现语音和数据无线传输的开放性规范。其无线收发器是很小的一块芯片，大约有9mm×9mm，可方便地嵌入到便携式设备中，从而增加设备的通信选择性。蓝牙技术具有标准开放性等优势，但是作为家庭联网技术来说，它的速率较低，而且目前的产品虽然一致性测试已经没问题，但是无法互通，此外，蓝牙技术也不支持漫游功能。（2）HomeRF技术HomeRF是由HomeRF工作组开发的，是在家庭区域范围内的任何地方，在PC和用户电子设备之间实现无线数字通信的开放性工业标准。作为无线技术方案，它代替了需要铺设昂贵传输线的有线家庭网络，为网络中的设备，如笔记本电脑和Internet应用提供了漫游功能。HomcRF无线家庭网络有以下特点：通过拨号，DSI或电缆调制解调器上网；传输交互式话音数据采用TDMA技术，传输高速数据包分组采用CSMA/CA技术;数据压缩采用LZRW3-A算法；不受墙壁和楼层的影响;通过独特的网络ID来实现数据的安全；无线电干扰影响小；支持近似线性音质的语音和电话业务。（3）IEEE802.11协议族从广义上讲，凡是采用无线传输媒体的计算机局域网都可称为无线局域网。这里的无线媒体可以是无线电波RF，红外线或激光.IEEE802.11支持无线电波和红外线。无线局域网是有线局域网的延伸或替代网络.接入方式的WLAN可以将带有无线设备的工作站或笔记本电脑通过接入点(AP)连入有线LAN;中继方式的WLAN可以用无线链路作为连接两个或多个有线网的桥梁，完成多个有线LAN间的数据传输。各种无线技术都有其各自的优缺点，考虑到家庭网络设备的复杂性，未来的家庭网络很可能是多种技术的共存。无线局域网对于未来家庭网络中的多媒体业务传输是非常适合的，因此，WLAN将是未来家庭联网一种主要技术，尤其是高速WLAN.2家庭网络技术智能住宅是将家庭中各种与信息相关的通讯设备、家用电器和家庭保安装置，通过家庭总线技术连接到一个家庭智能化系统上进行集中的或异地的监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调。家庭网络可分为三类，一种是家庭内的计算机互连并接入Internet的高速网络，二是控制家庭内各种电气设备的低速网络，三是传输有线电视信号的网络。传统网络是由骨干网、接入网组成，家庭用户只是作为单一的网络终端对待。在新的家庭网络出现后，网络结构演变为三级结构。而且家庭网络连接各式各样的电器设备，其接口和控制远比其他数据网络复杂，因此达成统一标准的家庭网络非常复杂。从前述可知，家庭网络有无线和有线两种