智能家居系統(tǒng)是指采用計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信和傳感器等技術(shù)，將家居生活有關(guān)電器設(shè)備與提供服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)主站有機(jī)地結(jié)合到一起，既可以在家庭內(nèi)部實(shí)現(xiàn)資源共享、信息交互和操作控制，又可以與家庭外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交互，實(shí)現(xiàn)對(duì)家居設(shè)備的遠(yuǎn)程控制與管理。
智能家居系統(tǒng)應(yīng)包括兩部分：家庭局域網(wǎng)部分和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)主站兩大部分。其中家庭局域網(wǎng)是必需部分，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)部分為可選部分。也就是說(shuō)，如果一個(gè)家庭不需要服務(wù)主站提供的用電分析、網(wǎng)絡(luò)控制、網(wǎng)上監(jiān)控等增值服務(wù)，可選擇家庭局域網(wǎng)不通過(guò)其網(wǎng)關(guān)與互聯(lián)網(wǎng)相聯(lián)，在其家庭局域網(wǎng)范圍內(nèi)也同樣具備智能控制、告警監(jiān)測(cè)等功能。本文就對(duì)智能家居的局域網(wǎng)部分通信這一重要部分做簡(jiǎn)單的闡述和分析。
1 智能家居局域網(wǎng)的組成
家庭局域網(wǎng)內(nèi)部家庭局域網(wǎng)是由智能家居系統(tǒng)家庭網(wǎng)關(guān)、智能家居設(shè)備管理模塊、控制器、智能家電控制模塊以及智能家電遵循統(tǒng)一的通信協(xié)議組建而成的網(wǎng)絡(luò)。智能家居局域網(wǎng)的組成框圖如圖1所示。
圖 1 智能家居系統(tǒng)局域網(wǎng)組成框圖
其中，對(duì)于有需要的家庭，比如別墅或多層住宅，家庭主網(wǎng)關(guān)下也可設(shè)多個(gè)子網(wǎng)關(guān)，各個(gè)子網(wǎng)關(guān)間的通信可通過(guò)地址映射的方式。
1.1智能家居系統(tǒng)家庭網(wǎng)關(guān)
對(duì)于智能家庭網(wǎng)來(lái)說(shuō)，家庭網(wǎng)關(guān)是最重要的部分之一，它是連接家庭局域網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能家庭局域網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備進(jìn)行智能控制、信息交互的設(shè)備。如果不考慮智能家庭網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的信息交互，智能家庭局域網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)就相當(dāng)于一個(gè)總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，將各個(gè)節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)組成網(wǎng)絡(luò)。
1.2智能家居設(shè)備管理模塊
智能家居設(shè)備管理模塊是智能家居設(shè)備系統(tǒng)的大管家，它負(fù)責(zé)給每一個(gè)智能家電設(shè)備或控制器一個(gè)ID標(biāo)識(shí)，并可生成家電設(shè)備列表，記錄各家電設(shè)備的描述文件，描述文件包括家電類(lèi)型、名稱(chēng)、型號(hào)、出廠(chǎng)日期、出廠(chǎng)序列號(hào)、狀態(tài)參數(shù)、控制參數(shù)及告警參數(shù)等一系列內(nèi)容，以便于對(duì)智能家居設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。
設(shè)備管理模塊一般情況下可與智能家庭網(wǎng)關(guān)、智能家電控制模塊以集成在一個(gè)硬件產(chǎn)品中，共同組成一個(gè)中心控制器，這個(gè)中心控制器就相當(dāng)于智能家居系統(tǒng)的大腦，是整個(gè)智能家居局域網(wǎng)的核心。
1.3智能家電
到底什么樣的家電算是智能家電呢？所謂智能家電就是可利用嵌入式處理器，通過(guò)傳感器或數(shù)據(jù)接口采集當(dāng)前的環(huán)境參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)并進(jìn)行自動(dòng)分析檢測(cè)，并自動(dòng)控制該設(shè)備進(jìn)行工作的家電設(shè)備。相對(duì)于我們常見(jiàn)的傳統(tǒng)家電而言，智能家電最大的特點(diǎn)就是我們可以通過(guò)一個(gè)數(shù)字通信接口來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的全監(jiān)控和全操作。智能家電出廠(chǎng)時(shí)在內(nèi)部軟件中都會(huì)存有設(shè)備的描述文件，有了這些描述文件，其它控制器就可以通過(guò)數(shù)據(jù)輸入口向其發(fā)送指令進(jìn)行控制操作。當(dāng)前市場(chǎng)上各種品牌智能家電的描述文件和通信接口協(xié)議沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)對(duì)其進(jìn)行規(guī)范，在組成智能家居網(wǎng)絡(luò)時(shí)會(huì)有一定的兼容上的困難，這就需要相關(guān)組織盡快推出統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
1.4智能家電控制模塊
對(duì)于我們大部分中國(guó)家庭來(lái)說(shuō)，智能家居系統(tǒng)仍是一個(gè)較新的名詞，智能家電雖然在近幾年發(fā)展迅速，但市場(chǎng)上的家居電器設(shè)備也多以傳統(tǒng)家電為主，智能家電因?yàn)槠鋬r(jià)格和推廣力度不足，仍沒(méi)有取代傳統(tǒng)家電的地位。
對(duì)傳統(tǒng)家電來(lái)說(shuō)，我們?nèi)绻雽⑵浣尤胫悄芗揖酉到y(tǒng)，就需要通過(guò)一個(gè)智能家電控制模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。智能家電控制模塊通常以智能插座的形式制成產(chǎn)品，它能實(shí)現(xiàn)對(duì)普通家電進(jìn)行通斷電來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)普通家電的簡(jiǎn)單控制，并能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)普通家電的用電參數(shù)，如電壓、電流、頻率、有功功率、累計(jì)電量等。用戶(hù)通過(guò)向智能家電控制模塊發(fā)送指令來(lái)間接監(jiān)測(cè)傳統(tǒng)家電的工作狀態(tài)并加以控制。智能家電控制模塊在智能家電取代傳統(tǒng)家電過(guò)程中的起一個(gè)過(guò)渡作用，所謂的智能家電也可以理解為傳統(tǒng)家電和一個(gè)控制模塊的集成。
1.5人機(jī)交互控制器
人機(jī)交互控制器是一個(gè)用戶(hù)與智能家居系統(tǒng)進(jìn)行信息交互的終端設(shè)備，該終端設(shè)備向用戶(hù)反映當(dāng)前智能家庭網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備運(yùn)行情況、狀態(tài)參數(shù)、告警信息，并能將用戶(hù)輸入的控制信息以指令的形式傳遞給受控設(shè)備。實(shí)際上，人機(jī)交互控制器可以理解為是一個(gè)狀態(tài)監(jiān)控設(shè)備與智能家電控制模塊的物理集成。
在智能家居局域網(wǎng)中，人機(jī)交互控制器不是唯一的，每個(gè)人機(jī)交互控制器也會(huì)由設(shè)備管理模塊分配給一個(gè)設(shè)備ID。每個(gè)控制器加入局域網(wǎng)時(shí)，都會(huì)從設(shè)備管理模塊處獲得一份家電設(shè)備列表以及各家電設(shè)備的描述文件，以掌握每個(gè)家電的ID及狀態(tài)參數(shù)和控制參數(shù)；當(dāng)有新智能家電加入網(wǎng)絡(luò)或有舊的智能家電退出網(wǎng)絡(luò)時(shí)，設(shè)備管理模塊應(yīng)通知局域網(wǎng)內(nèi)所有控制器更新其掌握的設(shè)備列表及設(shè)備描述文件。
2 智能家居系統(tǒng)的工作機(jī)制
2.1智能家居系統(tǒng)各層通信協(xié)議
應(yīng)用層的通信協(xié)議，目前世界上已經(jīng)有很多成熟的協(xié)議，如FTP、Telnet、SMTP、HTTP、RIP、NFS、DNS等，國(guó)內(nèi)的應(yīng)用層協(xié)議起步較晚，最近，國(guó)內(nèi)閃聯(lián)公司的GCCP標(biāo)準(zhǔn)剛獲準(zhǔn)通過(guò)成為中國(guó)智能家居的推薦標(biāo)準(zhǔn)。
應(yīng)用數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸活動(dòng)，數(shù)據(jù)點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)的傳輸，由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層完成。承載智能家居系統(tǒng)局域網(wǎng)范圍內(nèi)的的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層可采用任何已發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，如：ZigBee、wifi等等。
2.2組網(wǎng)過(guò)程
新設(shè)備進(jìn)入智能家庭局域網(wǎng)的組網(wǎng)過(guò)程：
1）一般設(shè)備、控制模塊進(jìn)入下行通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，首先通過(guò)配置模塊進(jìn)行設(shè)備配置，獲得網(wǎng)絡(luò)ID和設(shè)備ID；
2）一般設(shè)備進(jìn)入正常工作狀態(tài)，發(fā)送設(shè)備宣告消息，宣告自己處于正常工作狀態(tài)；
3）控制模塊監(jiān)聽(tīng)到一般設(shè)備的設(shè)備宣告消息，發(fā)現(xiàn)該設(shè)備；
4）控制模塊請(qǐng)求一般設(shè)備傳輸它的設(shè)備描述文件，識(shí)別該設(shè)備；
5）控制模塊依據(jù)一般設(shè)備的設(shè)備描述文件，控制該設(shè)備。
3 結(jié)論
智能家居系統(tǒng)近幾年飛速的發(fā)展，將自動(dòng)化、現(xiàn)代通信技術(shù)與我們的日常生活融合在一起，使我們的生活更加舒適、更加方便、更加綠色。未來(lái)幾年內(nèi)，智能家居必然會(huì)走入我們每一個(gè)家庭，那時(shí)我們只需在屏幕輕觸幾下，就自動(dòng)可實(shí)現(xiàn)各種紛繁復(fù)雜的功能。
智能家居系統(tǒng)應(yīng)包括兩部分：家庭局域網(wǎng)部分和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)主站兩大部分。其中家庭局域網(wǎng)是必需部分，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)部分為可選部分。也就是說(shuō)，如果一個(gè)家庭不需要服務(wù)主站提供的用電分析、網(wǎng)絡(luò)控制、網(wǎng)上監(jiān)控等增值服務(wù)，可選擇家庭局域網(wǎng)不通過(guò)其網(wǎng)關(guān)與互聯(lián)網(wǎng)相聯(lián)，在其家庭局域網(wǎng)范圍內(nèi)也同樣具備智能控制、告警監(jiān)測(cè)等功能。本文就對(duì)智能家居的局域網(wǎng)部分通信這一重要部分做簡(jiǎn)單的闡述和分析。
1 智能家居局域網(wǎng)的組成
家庭局域網(wǎng)內(nèi)部家庭局域網(wǎng)是由智能家居系統(tǒng)家庭網(wǎng)關(guān)、智能家居設(shè)備管理模塊、控制器、智能家電控制模塊以及智能家電遵循統(tǒng)一的通信協(xié)議組建而成的網(wǎng)絡(luò)。智能家居局域網(wǎng)的組成框圖如圖1所示。
圖 1 智能家居系統(tǒng)局域網(wǎng)組成框圖
其中，對(duì)于有需要的家庭，比如別墅或多層住宅，家庭主網(wǎng)關(guān)下也可設(shè)多個(gè)子網(wǎng)關(guān)，各個(gè)子網(wǎng)關(guān)間的通信可通過(guò)地址映射的方式。
1.1智能家居系統(tǒng)家庭網(wǎng)關(guān)
對(duì)于智能家庭網(wǎng)來(lái)說(shuō)，家庭網(wǎng)關(guān)是最重要的部分之一，它是連接家庭局域網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能家庭局域網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備進(jìn)行智能控制、信息交互的設(shè)備。如果不考慮智能家庭網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的信息交互，智能家庭局域網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)就相當(dāng)于一個(gè)總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，將各個(gè)節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)組成網(wǎng)絡(luò)。
1.2智能家居設(shè)備管理模塊
智能家居設(shè)備管理模塊是智能家居設(shè)備系統(tǒng)的大管家，它負(fù)責(zé)給每一個(gè)智能家電設(shè)備或控制器一個(gè)ID標(biāo)識(shí)，并可生成家電設(shè)備列表，記錄各家電設(shè)備的描述文件，描述文件包括家電類(lèi)型、名稱(chēng)、型號(hào)、出廠(chǎng)日期、出廠(chǎng)序列號(hào)、狀態(tài)參數(shù)、控制參數(shù)及告警參數(shù)等一系列內(nèi)容，以便于對(duì)智能家居設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。
設(shè)備管理模塊一般情況下可與智能家庭網(wǎng)關(guān)、智能家電控制模塊以集成在一個(gè)硬件產(chǎn)品中，共同組成一個(gè)中心控制器，這個(gè)中心控制器就相當(dāng)于智能家居系統(tǒng)的大腦，是整個(gè)智能家居局域網(wǎng)的核心。
1.3智能家電
到底什么樣的家電算是智能家電呢？所謂智能家電就是可利用嵌入式處理器，通過(guò)傳感器或數(shù)據(jù)接口采集當(dāng)前的環(huán)境參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)并進(jìn)行自動(dòng)分析檢測(cè)，并自動(dòng)控制該設(shè)備進(jìn)行工作的家電設(shè)備。相對(duì)于我們常見(jiàn)的傳統(tǒng)家電而言，智能家電最大的特點(diǎn)就是我們可以通過(guò)一個(gè)數(shù)字通信接口來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的全監(jiān)控和全操作。智能家電出廠(chǎng)時(shí)在內(nèi)部軟件中都會(huì)存有設(shè)備的描述文件，有了這些描述文件，其它控制器就可以通過(guò)數(shù)據(jù)輸入口向其發(fā)送指令進(jìn)行控制操作。當(dāng)前市場(chǎng)上各種品牌智能家電的描述文件和通信接口協(xié)議沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)對(duì)其進(jìn)行規(guī)范，在組成智能家居網(wǎng)絡(luò)時(shí)會(huì)有一定的兼容上的困難，這就需要相關(guān)組織盡快推出統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
1.4智能家電控制模塊
對(duì)于我們大部分中國(guó)家庭來(lái)說(shuō)，智能家居系統(tǒng)仍是一個(gè)較新的名詞，智能家電雖然在近幾年發(fā)展迅速，但市場(chǎng)上的家居電器設(shè)備也多以傳統(tǒng)家電為主，智能家電因?yàn)槠鋬r(jià)格和推廣力度不足，仍沒(méi)有取代傳統(tǒng)家電的地位。
對(duì)傳統(tǒng)家電來(lái)說(shuō)，我們?nèi)绻雽⑵浣尤胫悄芗揖酉到y(tǒng)，就需要通過(guò)一個(gè)智能家電控制模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。智能家電控制模塊通常以智能插座的形式制成產(chǎn)品，它能實(shí)現(xiàn)對(duì)普通家電進(jìn)行通斷電來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)普通家電的簡(jiǎn)單控制，并能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)普通家電的用電參數(shù)，如電壓、電流、頻率、有功功率、累計(jì)電量等。用戶(hù)通過(guò)向智能家電控制模塊發(fā)送指令來(lái)間接監(jiān)測(cè)傳統(tǒng)家電的工作狀態(tài)并加以控制。智能家電控制模塊在智能家電取代傳統(tǒng)家電過(guò)程中的起一個(gè)過(guò)渡作用，所謂的智能家電也可以理解為傳統(tǒng)家電和一個(gè)控制模塊的集成。
1.5人機(jī)交互控制器
人機(jī)交互控制器是一個(gè)用戶(hù)與智能家居系統(tǒng)進(jìn)行信息交互的終端設(shè)備，該終端設(shè)備向用戶(hù)反映當(dāng)前智能家庭網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備運(yùn)行情況、狀態(tài)參數(shù)、告警信息，并能將用戶(hù)輸入的控制信息以指令的形式傳遞給受控設(shè)備。實(shí)際上，人機(jī)交互控制器可以理解為是一個(gè)狀態(tài)監(jiān)控設(shè)備與智能家電控制模塊的物理集成。
在智能家居局域網(wǎng)中，人機(jī)交互控制器不是唯一的，每個(gè)人機(jī)交互控制器也會(huì)由設(shè)備管理模塊分配給一個(gè)設(shè)備ID。每個(gè)控制器加入局域網(wǎng)時(shí)，都會(huì)從設(shè)備管理模塊處獲得一份家電設(shè)備列表以及各家電設(shè)備的描述文件，以掌握每個(gè)家電的ID及狀態(tài)參數(shù)和控制參數(shù)；當(dāng)有新智能家電加入網(wǎng)絡(luò)或有舊的智能家電退出網(wǎng)絡(luò)時(shí)，設(shè)備管理模塊應(yīng)通知局域網(wǎng)內(nèi)所有控制器更新其掌握的設(shè)備列表及設(shè)備描述文件。
2 智能家居系統(tǒng)的工作機(jī)制
2.1智能家居系統(tǒng)各層通信協(xié)議
應(yīng)用層的通信協(xié)議，目前世界上已經(jīng)有很多成熟的協(xié)議，如FTP、Telnet、SMTP、HTTP、RIP、NFS、DNS等，國(guó)內(nèi)的應(yīng)用層協(xié)議起步較晚，最近，國(guó)內(nèi)閃聯(lián)公司的GCCP標(biāo)準(zhǔn)剛獲準(zhǔn)通過(guò)成為中國(guó)智能家居的推薦標(biāo)準(zhǔn)。
應(yīng)用數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸活動(dòng)，數(shù)據(jù)點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)的傳輸，由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層完成。承載智能家居系統(tǒng)局域網(wǎng)范圍內(nèi)的的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層可采用任何已發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，如：ZigBee、wifi等等。
2.2組網(wǎng)過(guò)程
新設(shè)備進(jìn)入智能家庭局域網(wǎng)的組網(wǎng)過(guò)程：
1）一般設(shè)備、控制模塊進(jìn)入下行通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，首先通過(guò)配置模塊進(jìn)行設(shè)備配置，獲得網(wǎng)絡(luò)ID和設(shè)備ID；
2）一般設(shè)備進(jìn)入正常工作狀態(tài)，發(fā)送設(shè)備宣告消息，宣告自己處于正常工作狀態(tài)；
3）控制模塊監(jiān)聽(tīng)到一般設(shè)備的設(shè)備宣告消息，發(fā)現(xiàn)該設(shè)備；
4）控制模塊請(qǐng)求一般設(shè)備傳輸它的設(shè)備描述文件，識(shí)別該設(shè)備；
5）控制模塊依據(jù)一般設(shè)備的設(shè)備描述文件，控制該設(shè)備。
3 結(jié)論
智能家居系統(tǒng)近幾年飛速的發(fā)展，將自動(dòng)化、現(xiàn)代通信技術(shù)與我們的日常生活融合在一起，使我們的生活更加舒適、更加方便、更加綠色。未來(lái)幾年內(nèi)，智能家居必然會(huì)走入我們每一個(gè)家庭，那時(shí)我們只需在屏幕輕觸幾下，就自動(dòng)可實(shí)現(xiàn)各種紛繁復(fù)雜的功能。
