智能家居系統(tǒng)核心技術(shù)之通訊網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)

導(dǎo)語：眾所周知(當(dāng)然小白除外)，智能家居最重要的也就是實(shí)現(xiàn)智能產(chǎn)品之間的互聯(lián)互通，如何實(shí)現(xiàn)智能家居產(chǎn)品之間的聯(lián)通，如何在喊出命令時(shí)，保證產(chǎn)品的執(zhí)行力?這一切必須要涉及到通訊架構(gòu)。

自上個(gè)世紀(jì)八十年代，歐美日等國家推出智能家庭這一概念以來，智能家居行業(yè)得到了初步的推廣及發(fā)展。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、安防技術(shù)的發(fā)展，智能家居也獲得了推動(dòng)。尤其是隨著移動(dòng)智能時(shí)代的到來，人們對(duì)智能家居的期翼更加明顯。有媒體調(diào)查顯示，幾乎百分之百的受眾對(duì)智能家居產(chǎn)品擁有極大興趣。而谷歌、蘋果、微軟以及360、騰訊、小米的介入，2014年智能家居陷入熱潮。

　　小編通過搜索整理一些資料，讓各位看官更加了解智能家居，識(shí)別智能家居技術(shù)組成。給從事智能家居領(lǐng)域的企業(yè)、個(gè)人提供一些知識(shí)性的內(nèi)容。

　　眾所周知(當(dāng)然小白除外)，智能家居最重要的也就是實(shí)現(xiàn)智能產(chǎn)品之間的互聯(lián)互通，如何實(shí)現(xiàn)智能家居產(chǎn)品之間的聯(lián)通，如何在喊出命令時(shí)，保證產(chǎn)品的執(zhí)行力?這一切必須要涉及到通訊架構(gòu)。而當(dāng)前智能家居的通訊網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括三大類。

　　智能家居通訊網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)三大類技術(shù)

　　智能家居如何實(shí)現(xiàn)控制，如何順利傳輸信息指令，如何實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通?這就涉及到通訊網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)，而在實(shí)現(xiàn)智能家居控制的就屬于信息網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。主要有三類，總線技術(shù)、無線技術(shù)、電力載波技術(shù)。

　　總線技術(shù)就是將各部件連接到計(jì)算機(jī)處理器的一個(gè)元件，通過總線能使整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)各部件之間的信息進(jìn)行傳輸、交換、共享和邏輯控制等功能。被分為外部和內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線和非系統(tǒng)總線等等。

　　無線技術(shù)也分不同種類，通常以產(chǎn)生無線信號(hào)的方式來區(qū)分，目前主要的方式有調(diào)頻無線技術(shù)、紅外無線技術(shù)和藍(lán)牙無線技術(shù)三種，其成本和特點(diǎn)也不盡相同。

　　電力載波通訊即PLC( Power line Communication)，是電力系統(tǒng)特有的通信方式，電力載波通訊是指利用現(xiàn)有電力線，通過載波方式將模擬或數(shù)字信號(hào)進(jìn)行高速傳輸?shù)募夹g(shù)。最大特點(diǎn)是不需要重新架設(shè)網(wǎng)絡(luò)，只要有電線，就能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。

　　一、總線技術(shù)在智能家居中應(yīng)用

　　總線技術(shù)應(yīng)用在智能家居方面在于，家庭總線系統(tǒng)。家庭總線是智能家居實(shí)現(xiàn)的重要基礎(chǔ)，是住宅內(nèi)部的神經(jīng)系統(tǒng)，其主要作用是連接家中的各種電子、電氣設(shè)備，負(fù)責(zé)將家庭內(nèi)的各種通信設(shè)備(包括安保、電話、家電、視聽設(shè)備等)連接在一起，形成一個(gè)完整的家庭網(wǎng)絡(luò)。

　　日本是較早提出家庭總線系統(tǒng)(home bus system，簡(jiǎn)稱HBS)概念，成立HBS研究會(huì)，制定了日本的HBS標(biāo)準(zhǔn)，后面又發(fā)展成為S-HBS系統(tǒng)，也即超級(jí)家庭總線。

　　二、無線技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用

　　就目前而言，無線智能家居根據(jù)所使用的技術(shù)不同，主要分為藍(lán)牙、Wi-Fi、Zwave和ZigBee四種，無線技術(shù)讓人們得以實(shí)現(xiàn)對(duì)家居的遠(yuǎn)程控制。下面我們不妨先從日常接觸最為頻繁的WiFi說起。

　　基于WiFi技術(shù)的智能家居產(chǎn)品最為常見，其優(yōu)勢(shì)在于傳輸速率快，且產(chǎn)品成本低，生活中也最為普及，對(duì)用戶來說，基于WiFi的智能家居組合最為省事，購買設(shè)備直接組網(wǎng)即可。

　　凡事都存在兩面性，WiFi雖然傳輸快、普及廣，但也存在著自身的技術(shù)劣勢(shì)：其最大的問題要屬安全性非常低，無線穩(wěn)定性弱;功耗大也是其弱點(diǎn)之一，將導(dǎo)致其在家居領(lǐng)域的應(yīng)用受限，例如智能門鎖、紅外轉(zhuǎn)發(fā)控制器、各種傳感器等不適宜使用;此外，WiFi的組網(wǎng)能力也相對(duì)較低，目前WiFi網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際規(guī)模一般不超過16個(gè)設(shè)備，而實(shí)際家居環(huán)境中，僅開關(guān)、照明、家電的數(shù)量就已遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于16個(gè)，顯然發(fā)展空間受到了一定的限制。>>>點(diǎn)擊閱讀更多<<<

　　三、電力載波在智能家居領(lǐng)域的應(yīng)用

　　電力載波在國外智能家居領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)有幾十年，在智能家居進(jìn)入我國時(shí)，電力載波也是最先被引入的技術(shù)，然而傳統(tǒng)的電力線載波也存在許多弱點(diǎn)，如通道干擾大、信息量小、頻率擁擠等，同時(shí)傳統(tǒng)窄帶調(diào)制技術(shù)傳輸速率較低(傳輸一個(gè)指令需要0.883s)。這使得在過去較長(zhǎng)的一段時(shí)間限制了電力載波技術(shù)在智能家居行業(yè)的應(yīng)用。隨著電力載波技術(shù)的不斷發(fā)展，國內(nèi)載波芯片廠家已開發(fā)出使用OFDM調(diào)制技術(shù)的載波通信系統(tǒng)，峰值通信速率可以達(dá)到400kbps，穩(wěn)定運(yùn)行通信速率也已經(jīng)達(dá)到100kbps，足以滿足現(xiàn)有智能家居應(yīng)用對(duì)速率的需求，也讓我們看到電力載波在智能家居領(lǐng)域應(yīng)用的廣闊前景。

　　例如某智能家居公司開發(fā)的采用BPSK調(diào)制方式的電力載波智能產(chǎn)品，完全能滿足智能家庭控制的需求，同時(shí)能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)設(shè)備用電，為用戶了解用電情況，提高用電效率提供了有效的工具。另外，該產(chǎn)品也能夠與該品牌的其他系列產(chǎn)品無縫銜接，實(shí)現(xiàn)豐富的智能功能應(yīng)用。再通過對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議加密，可以確保通信的可靠性和安全性。
產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)：多通信技術(shù)并存

　　智能家居的發(fā)展呈現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化、人性化、信息化、集成化方向發(fā)展。總線型、無線通訊和電力線載波通信作為智能家居主要的技術(shù)路線，獲得了大多數(shù)認(rèn)可;同時(shí)，三者之間無法相互替代，有線、無線、電力線多種通信技術(shù)并存是未來的產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)。

　　不過，智能家居行業(yè)的發(fā)展一日千里，技術(shù)更新步伐也較快，前幾年還是綜合布線技術(shù)盛行一時(shí)，現(xiàn)在無線技術(shù)漸漸占據(jù)市場(chǎng)主流，發(fā)展更為迅猛。究其原因，還是有線技術(shù)需要穿墻布線，工期長(zhǎng)，不能升級(jí)換代，已經(jīng)不能滿足消費(fèi)者的個(gè)性化需求。無線技術(shù)則憑借免布線、移動(dòng)性強(qiáng)、低成本等優(yōu)勢(shì)成為市場(chǎng)新寵。此外，自動(dòng)組網(wǎng)、設(shè)備拓展能力強(qiáng)也是其優(yōu)勢(shì)之一，而功耗較低、健康節(jié)能更是符合低碳生活的綠色家居概念的理念。并且，無線方式維護(hù)簡(jiǎn)單，可快速檢測(cè)出問題所在，并及時(shí)修復(fù)。

　　在無線方式上，又分為藍(lán)牙、Wi-Fi和ZigBee等主要幾種技術(shù)，前兩者組網(wǎng)性能差，穩(wěn)定性薄弱，而ZigBee正憑借成本低、組網(wǎng)快、低復(fù)雜度等特點(diǎn)迅速成為新時(shí)代的主流無線通訊技術(shù)，主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。據(jù)悉，目前ZigBee聯(lián)盟正積極介入中國智能家居行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，將進(jìn)一步促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的推廣和發(fā)展。

　　智能家居是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，有低速高可靠應(yīng)用、高數(shù)據(jù)帶寬但低QOS等級(jí)應(yīng)用、高速高QOS高安全等級(jí)服務(wù)的分類，不同的通信方式各司其職，寸有所長(zhǎng)，尺有所短，一個(gè)系統(tǒng)必將是有幾種通信方式并存，譬如低速高可靠便可以使用總線方式或者ZigBee方式。

　　總線型、無線通信和電力線載波通信三種技術(shù)線路無法相互替代，有線、無線、電力線多種通信技術(shù)并存是未來的產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)。就智能家庭領(lǐng)域而言，無線通信技術(shù)有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，近年來智能家庭的發(fā)展趨勢(shì)也驗(yàn)證了這點(diǎn)，無線通信在智能家庭中已成為最主要的通信方式。

　　智能家居領(lǐng)域的那些協(xié)議們

　　日本是較早推動(dòng)智能家居發(fā)展的國家之一，它較早地提出了家庭總線系統(tǒng)(HomeBusSystem，簡(jiǎn)稱HBS)的概念，成立了家庭總線(HBS)研究會(huì)，并在郵政省和通產(chǎn)省的指導(dǎo)下組成了HBS標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)，制定了日本的HBS標(biāo)準(zhǔn)。為適應(yīng)大型居住社區(qū)的需要，1988年年初，日本住宅信息化推進(jìn)協(xié)會(huì)又推出了超級(jí)家庭總線(SuperHomeBusSystem，簡(jiǎn)稱S-HBS)，它適用于更大的范圍，因?yàn)橐粋€(gè)S-HBS系統(tǒng)可掛接數(shù)千個(gè)家庭內(nèi)部網(wǎng)。

　　LonWorks協(xié)議是美國Echelon公司開發(fā)并與Motorola和東芝公司共同倡導(dǎo)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，它支持多種物理介質(zhì)，適用于雙絞線、電力線、光纜、射頻、紅外線等，并可在同一網(wǎng)絡(luò)中混合使用。LonWorks協(xié)議支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以選用任意形式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，組網(wǎng)方式靈活。LonWorks應(yīng)用范圍主要包括樓宇自動(dòng)化、工業(yè)控制等，在組建分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)方面有較好的性能，目前全球已建立的LonWorks節(jié)點(diǎn)已經(jīng)超過50萬個(gè)。在四種協(xié)議中，X-10是歷史最長(zhǎng)且使用最簡(jiǎn)單的一種，它于1978年誕生于美國，至今仍是美國家庭自動(dòng)化的主導(dǎo)系統(tǒng)。之所以說X-10協(xié)議簡(jiǎn)單是因?yàn)樗苯永米≌娏€作為控制總線，通過電力線將各控制器與各功能接口器相連并實(shí)現(xiàn)程序控制，不必再穿墻打孔，更有利于改變結(jié)構(gòu)空間，用戶可自己動(dòng)手安裝，價(jià)格也比較低廉。而CEBuS作為電子工業(yè)推廣協(xié)議，與歐洲的EHS標(biāo)準(zhǔn)同為歐美家庭自動(dòng)化電子產(chǎn)品的行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn)。

　　Zigbee和Z-Wave新的無線技術(shù)，使用網(wǎng)格式技術(shù)--每個(gè)端口都同時(shí)配備一個(gè)接收器和一個(gè)傳導(dǎo)器，以最有效的方式從一個(gè)端口到另一個(gè)端口貫穿整個(gè)設(shè)備來傳播信號(hào)。在您的家里有越多的端口，這項(xiàng)技術(shù)工作起來就越見成效。Zigbee是從一批用于商業(yè)/工業(yè)控制的技術(shù)提供商那里顯現(xiàn)出來的，他們有，Invensys，Motorola，MitsubishiandPhilips。這項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)在是一項(xiàng)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，IEEE802.15.4。

　　除了zigebee和z-wave技術(shù)外，目前用于家庭內(nèi)部的無線傳輸技術(shù)還包括無線通信HomeRF、藍(lán)牙技術(shù)、WAP、無線以太網(wǎng)等，而Home RF和藍(lán)牙技術(shù)相對(duì)來說比較受歡迎。

　　Insteon，在家居控制領(lǐng)域最新的協(xié)議，提出了一項(xiàng)RF/PLC交互的協(xié)議，家里的無線或有線電力裝置可以互相交流，而無需各種線路和插頭。

　　智能家居統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)一旦確立 將給廠商帶來巨大商機(jī)

　　在技術(shù)上，智能家居建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)不是設(shè)備或?qū)嵤﹩栴}，而是標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議問題。智能家居是一個(gè)多行業(yè)交叉覆蓋的系統(tǒng)工程，各設(shè)備廠商按照不同的接口標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議生產(chǎn)設(shè)備，其結(jié)果是:不同設(shè)備之間的互連、互通變得非常困難。因此，建立共同遵循的標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議是發(fā)展智能家居必須首先解決的問題。目前，智能家居領(lǐng)域的國際標(biāo)準(zhǔn)尚未成熟，各大廠商和相關(guān)組織機(jī)構(gòu)正在著手建立和制定智能家居系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)接口標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。抓住機(jī)會(huì)，參與標(biāo)準(zhǔn)的制定，將給國內(nèi)廠商帶來無窮的機(jī)會(huì)。

　　結(jié)語：智能家居要獲得巨大發(fā)展，其互聯(lián)互通異常重要，而通訊網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)就是促使智能產(chǎn)品之間更好地互聯(lián)互通。當(dāng)前，總線技術(shù)熱度褪去，無線技術(shù)逐漸興起，尤其是ZigBee技術(shù)，在智能家居領(lǐng)域掀起熱潮。然而其是否能夠統(tǒng)領(lǐng)通訊網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)，答案是否定的，至少當(dāng)前是三類技術(shù)交融互補(bǔ)時(shí)期。三類技術(shù)成鼎立之勢(shì)，哪種技術(shù)獲得市場(chǎng)認(rèn)可，統(tǒng)領(lǐng)智能家居，我們拭目以待。