網絡家電技術的發(fā)展現(xiàn)狀和展望

1、網絡家電技術的發(fā)展現(xiàn)狀和展望關鍵詞關鍵詞:摘要：要：分析了網絡家電、家庭網絡和智能家居之間的關系；介紹了X10、CEBus、LonWks、UPnP協(xié)議、ECHO、KNX、Zigbee和國內“e家佳”聯(lián)盟推廣的家庭網絡標準，并比較了各標準的優(yōu)缺點；闡述了典型的網絡家電設備及其產品化情況。在此基礎上展望了網絡家電技術的發(fā)展趨勢。關鍵詞：關鍵詞：網絡家電智能家居家庭網絡標準1網絡家電的起源網絡家電的起源二十世紀70年代后，計算機技術的廣泛應用

2、促使了家電技術的提升，1978年美國出現(xiàn)了燈光控制的家庭網絡X10技術[1]。進入二十世紀90年代以后，計算機網絡技術的發(fā)展催生了網絡家電概念的出現(xiàn)，各大公司紛紛涉足該領域。1996年美國的SCAPE公司提出了網絡家電的概念。1999年初，微軟在全球范圍內力推“維納斯計劃”；與此同時在德國科隆博覽會上依萊克斯公司首次展出了可以上網的冰箱[2]。1999年末LG公司、三星公司也推出了同等意義的冰箱，夏普公司已經在日本銷售網絡微波爐。200

3、0年的國際消費電子展，日本、美國的家電巨頭已推出多種網絡家電產品，微軟、思科等公司也推出了其家庭自動化系統(tǒng)[3]。由此，在被稱為“數字家電年”的2000年，網絡家電的概念浮出了水面[34]。2網絡家電的概念網絡家電的概念網絡家電與家庭網絡、智能家居的關系密不可分。家庭網絡是網絡家電工作的基礎，與網絡家電一同構成智能家居的要素。智能家居是通過網絡家電來實現(xiàn)的。目前對于這三者還沒有統(tǒng)一的定義，但普遍認為：網絡家電是一種具有信息互聯(lián)，互通或互

4、操作特征的家電終端產品；家庭網絡是融合控制網絡和多媒體信息網絡于一體的家庭信息化平臺，用以實現(xiàn)在家庭范圍內信息設備、通信設備、娛樂設備、家用電器、自動化設備、照明設備、家庭求助報警、保安（監(jiān)控）裝置及水電氣熱表(或概稱的三表三防)等設備的信息互聯(lián)[5]；智能家居是由網絡家電和家庭網絡所組成的家庭設施，具有通過學習、推理等方法為用戶提供服務和自主管理能力的家庭住宅。在三者之中，家庭網絡是核心，所以眾多行業(yè)巨頭和團體紛紛制定自己的家庭網絡標

5、準；智能家居的服務是關鍵，決定著網絡家電發(fā)展的前景。3家庭網絡標準家庭網絡標準家電網絡技術經過多年的發(fā)展，先后出現(xiàn)了多個有影響力的家庭網絡通訊規(guī)范:X10、CEBus、LonWks、UPnP(UniversalPlugPlay)協(xié)議、ECHO(EnergyConservationHomecarewk）、KNX(KonnexAssociation)、Zigbee和國內“e家佳”聯(lián)盟推廣標準等。3.13.1X10X10X10電力線載波通信技

6、術起源于二十世紀70年代蘇格蘭的Pico電子公司，1979年X10產品上市。二十多年來X10技術仍然在歐美廣泛應用，這得益于X10系統(tǒng)的突出優(yōu)點:(1)安裝方便(采用電力線介質通訊，無需另布線)；(2)操作簡單(只需要用戶在撥號盤上設置地址即可)；(3)產品價格低廉且能滿足一般家庭的生活需求[6]。X10技術是在它特有的協(xié)議基礎上發(fā)展起來的協(xié)議的核心部分是X10Pro編碼方式。X10信號根據電力線信號正負過零點處120kHz脈沖信號出現(xiàn)

7、與否來進行傳輸。X10采用電力線載波方式傳送數字信號，如圖1所示。圖中電源頻率為60Hz載波頻率為120kHz，載波信號持續(xù)時間寬度為1ms，在過零時發(fā)送。為了保證在三相市電供電系統(tǒng)中任一相的電源供電時均可接收要求發(fā)3個載波信號時間間隔如圖1所示(對于我國50Hz的市電則相應的時間有所不同)。每傳送一位數據需要半個電源周期有載波信號表示數據“1”無載波信號表示數據“0”。X10技術也存在致命的缺點：傳送數據的速率慢其尋址能力弱和傳輸介質

8、單一。這些缺點限制了該項技術在智能家居中進一步地應用[1]。3.7ZigbeeZigBee聯(lián)盟成立于2002年8月，主要由英國Invensys公司、日本三菱電氣公司、美國摩托羅拉公司以及荷蘭飛利浦半導體公司組成。ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線通信技術，主要適合于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備中，同時支持地理定位功能。ZigBee技術的主要優(yōu)點有：省電、可靠、成本低、時延短、網絡容量

9、大和安全。完整的ZigBee協(xié)議套件由高層應用規(guī)范、應用會聚層、網絡層、數據鏈路層和物理層組成。鏈路層以上協(xié)議由ZigBee聯(lián)盟制定，IEEE負責物理層和鏈路層標準。IEEE802.15.4定義了兩個物理層標準，分別是2.4GHz物理層和868915MHz物理層。兩個物理層都基于直接序列擴頻，使用相同的物理層數據包格式，區(qū)別在于工作頻率、調制技術、擴頻碼片長度和傳輸速率。2.4GHz波段為全球統(tǒng)一的無需申請的ISM頻段，有助于ZigBe

10、e設備的推廣和生產成本的降低。2.4GHz的物理層通過采用高階調制技術能夠提供250kbs的傳輸速率，有助于獲得更高的吞吐量、更小的通信時延和更短的工作周期，從而更加省電。868MHz是歐洲的ISM頻段，915MHz是美國的ISM頻段，這兩個頻段的引入避免了2.4GHz附近各種無線通信設備的相互干擾。868MHz的傳輸速率為20kbs，916MHz是40kbs。由于這兩個頻段上無線信號傳播損耗較小，因此可以降低對接收機靈敏度的要求，獲得

11、較遠的有效通信距離，從而可以用較少的設備覆蓋給定的區(qū)域[13]。Zigbee聯(lián)盟預測的主要應用領域包括工業(yè)控制、消費性電子設備、汽車自動化、農業(yè)自動化和醫(yī)用設備控制等。3.8“e家佳”聯(lián)盟推廣標準[13]2004年由海爾集團牽頭，聯(lián)合了網通、清華同方、上廣電、春蘭、長城、上海貝嶺等企業(yè)聯(lián)合成立“e家佳”聯(lián)盟，主要負責信息產業(yè)部“家庭網絡標準工作組”家庭網絡標準的推廣和產業(yè)化?！癳家佳”聯(lián)盟推廣標準定義了控制子網由家庭控制子網網關、移動控

12、制終端和多個含通訊模塊的設備組成，目的是實現(xiàn)各種家電設備、三表、三防設備的互連、互通、集中控制等功能。在家庭控制子網通訊協(xié)議中，標準工作組根據應用場景的不同，定義了有線和無線物理傳輸介質。家庭控制子網的底層通信以無線為主，支持有線方式互連，主要考慮到人們對手持遙控器使用上的習慣和對設備可方便移動的期望。無線通訊的工作頻率范圍為779～787MHz頻段，在與廣播電視頻率發(fā)生沖突的地區(qū)，也可選用430～432MHz頻段，目前正在向2.4GH

13、z頻段擴展。家庭控制子網網絡層協(xié)議支持不同傳輸介質和協(xié)議，統(tǒng)一設備管理協(xié)議UDCP(UniversalDeviceControlProtocol)屬應用層協(xié)議，其作用是進行整個網絡中設備的添加、刪除、狀態(tài)查詢、參數配置等系統(tǒng)管理，及根據設備文件進行應用控制。UDCP采用客戶服務器結構，客戶為家庭控制子網中的子網網關，服務端為各家庭控制子網設備，包括移動控制終端。該協(xié)議的實現(xiàn)可以保證家庭控制子網的設備達到即插即用的要求。目前海爾集團已研發(fā)

14、出符合這一標準的網絡空調、網絡冰箱等白色家電，以及燈光控制、安防的網絡電器。參照ISO七層參考模型上述部分協(xié)議的模型如圖3所示，其中比較特別的是UPnP繼承了多個現(xiàn)有的計算機網絡協(xié)議，這些協(xié)議在計算機網絡中有的處于應用層，但是在家庭網絡中作為UPnP設備的會話層，而UPnP的設備的應用層則是其服務，這些服務的描述框架由UPnP論壇規(guī)定。在這些協(xié)議中CEBus、UPnP、ECHO和“e家佳”推廣協(xié)議都部分的規(guī)范了面向家庭用戶提供的具體服務

15、。例如，CEBus提供了家庭資源描述的方法，UPnP通過XML語言具體的描述到每個設備提供的功能和設備之間的功能互動等，ECHO則具體到家庭能量控制的方法，“e家佳”推廣協(xié)議用設備的描述文件規(guī)定了家電面向用戶提供的具體服務。LonWks、KNX和Zigbee協(xié)議只提供了設備的信息連通機制，沒有提供面向家庭用戶的服務，因而做為家庭網絡標準是不完備的只有和其他標準相結合才能夠發(fā)揮其作用。因此，ECHO協(xié)議的物理層和鏈路層包含了LonWks中