《物聯(lián)網(wǎng)控制基礎(chǔ)》課件第6章

第6章智能家居6.1智能家居概述6.2智能家居的功能與結(jié)構(gòu)6.3智能家居的關(guān)鍵技術(shù)6.4

LookeyHome智能家居平臺(tái)6.5基于網(wǎng)絡(luò)的智能家居控制

6.1智能家居概述

6.1.1智能家居的概念

1984年，美國(guó)聯(lián)合技術(shù)建筑系統(tǒng)公司（UnitedTechnologiesBuildingSystem）將建筑設(shè)備信息化、整合化概念應(yīng)用于美國(guó)康涅狄格州（Conneticut）哈特福德市（Hartford）的“都市辦公大樓（CityPlaceBuilding）”，通過對(duì)該座舊式大樓進(jìn)行一定程度的改造后，再采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)大樓的空調(diào)、電梯、照明等設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，并提供語音通信、電子郵件和情報(bào)資料等方面的信息服務(wù)。通過改造，這座大樓成為世界上首棟“智能大廈”。此后，加拿大、歐洲、澳大利亞和一些經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家先后提出了各種智能家居的方案，其中，德國(guó)弗勞恩霍研究會(huì)與11家公司聯(lián)手合作，建成世界上第一座智能家居樣板房，向人們揭示了未來住宅的前景和計(jì)算機(jī)技術(shù)新的發(fā)展趨勢(shì)。最著名的智能家居是比爾·蓋茨的豪宅。

1990年，比爾·蓋茨在他的《未來之路》一書中以很大的篇幅描繪了他正在華盛頓湖建造的私人豪宅。他描繪的住

宅是“由硅片和軟件建成的”，并且要“采納不斷變化的尖端技術(shù)”。經(jīng)過七年的建設(shè)，1997年，比爾蓋茨的豪宅終于建成。他的這個(gè)豪宅完全按照智能住宅的概念建造，不僅具備高速

上網(wǎng)的專線，所有的門窗、燈具、電器都能夠通過計(jì)算機(jī)控制，而且有一個(gè)高性能的服務(wù)器作為管理整個(gè)系統(tǒng)的后臺(tái)。智能家居也叫數(shù)字家庭，或稱智能住宅，在英文中常寫作SmartHome，在香港、臺(tái)灣等地區(qū)還有數(shù)碼家庭、數(shù)碼家居等稱法。通俗地說，智能家居利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)、嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，將家庭中的各種設(shè)備（如照明系統(tǒng)、環(huán)境控制、安防系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)家電）通過家庭網(wǎng)絡(luò)連接到一起。一方面，智能家居使用戶有更方便的手段來管理家庭設(shè)備。比如，通過無線遙控器、電話、互聯(lián)網(wǎng)或者語音識(shí)別方式控制家用設(shè)備，并可以執(zhí)行場(chǎng)景操作，使多個(gè)設(shè)備形成聯(lián)動(dòng)；另一方面，智能家居內(nèi)的各種設(shè)備相互間可以通信，不需要用戶指揮也能根據(jù)不同的狀態(tài)互動(dòng)運(yùn)行，從而給用戶帶來最大程度的高效、便利、舒適與安全。此外，智能家居還是以住宅為平臺(tái)，兼?zhèn)浣ㄖ⒕W(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、設(shè)備自動(dòng)化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。智能家居可以定義為一個(gè)過程或者一個(gè)系統(tǒng)，它利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、綜合布線技術(shù)，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，通過統(tǒng)籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，可提供舒適、安全、高品位且宜人的家庭生活空間，而且由原來的被動(dòng)靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇?dòng)智慧的工具，可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，并幫助人們有效地安排時(shí)間，增強(qiáng)家居生活的安全性，節(jié)約能源。在國(guó)家宏觀發(fā)展需求（即建設(shè)節(jié)能型社會(huì)和創(chuàng)新型社會(huì)的目標(biāo)）、信息技術(shù)應(yīng)用需求（即信息化已成為當(dāng)今人們生活的重要部分）、公共安全保障需求（即安全保證是衡量社區(qū)住宅環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)）和建筑品牌提升需求（即智能化是現(xiàn)代建筑靈魂核心的充分體現(xiàn)）以及其他主客觀因素的作用下，智能家居的產(chǎn)生和發(fā)展是必然的。6.1.2智能家居的發(fā)展現(xiàn)狀

1.智能家居的國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

隨著家居控制技術(shù)的逐漸成熟，智能家居在國(guó)外越來越普及。不同國(guó)家的國(guó)情不同，因此智能家居的風(fēng)格也不一樣。美國(guó)的智能家居偏重于豪華感，追求舒適和享受，但其能耗很大，不符合現(xiàn)階段世界范圍內(nèi)低碳、環(huán)保和開源節(jié)流的理念。德國(guó)的智能家居則繼承了其一貫思想，注重基本的功能性，追求專項(xiàng)功能的開發(fā)與應(yīng)用。

澳大利亞的智能家居的特點(diǎn)是房屋百分之百自動(dòng)化，而且不會(huì)看到任何手動(dòng)的開關(guān)。安全問題也是考驗(yàn)智能家居的標(biāo)準(zhǔn)之一，澳大利亞的智能家居保安系統(tǒng)里的傳感器數(shù)量更多，即使飛過一只小蟲，系統(tǒng)都可以探測(cè)出來。日本的智能家居以人為本，注重功能，兼顧未來發(fā)展與環(huán)境保護(hù)，比較講究充分利用空間和節(jié)省能源，大量采用新材料、新技術(shù)，充分利用信息、網(wǎng)絡(luò)、控制與人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)住宅技術(shù)現(xiàn)代化。此外，日本除了實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的家用電器自動(dòng)化聯(lián)網(wǎng)之外，還通過生物認(rèn)證實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)門識(shí)別系統(tǒng)，來訪人員站在安裝于入口處的攝像機(jī)前，用大約1秒鐘的時(shí)間，如果確認(rèn)來人為公寓居民，大門就會(huì)打開。韓國(guó)的智能家居提倡實(shí)用主義，政府對(duì)智能小區(qū)和智能家居采取多項(xiàng)政策扶持，規(guī)定在漢城等大城市的新建小區(qū)必須裝有智能家居系統(tǒng)。目前韓國(guó)全國(guó)80%以上的新建項(xiàng)目采用智能家居系統(tǒng)。比如，韓國(guó)電信用4A描述他們的數(shù)字化家庭系統(tǒng)（HDS）的特征，即AnyDevice、AnyService、AnyWhere和AnyTime，以此表示這套系統(tǒng)能讓主人在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)操作家里的任何用具、獲得任何服務(wù)。智能化的家用電器，配上監(jiān)視系統(tǒng)，人們使用手機(jī)通過通信網(wǎng)絡(luò)即可遠(yuǎn)程監(jiān)視和遙控，這就是韓國(guó)IT產(chǎn)業(yè)所描繪的未來數(shù)字化家庭生活。

目前，比較有代表性的國(guó)外智能家居系統(tǒng)有NEYWELL公司的智能家庭產(chǎn)品、HAL公司的NI智能家居系統(tǒng)、HAL公司的ALdeluxe、Vantage（旺帝）公司的Vantage家居自動(dòng)化系統(tǒng)、LG公司的LGHomNet智能家居系統(tǒng)。三星公司的homevita家電控制解決方案、MavHome智

能家居、美國(guó)杜克大學(xué)的HomeDepot智能家居、科羅拉多

大學(xué)計(jì)算機(jī)系和認(rèn)知科學(xué)學(xué)院的“NeuralNetworkHouse”數(shù)字家庭模型、美國(guó)的佛羅里達(dá)大學(xué)的移動(dòng)和普適計(jì)算實(shí)驗(yàn)室

的“GatorTechSmartHouse”數(shù)字家庭模型。圖6-1所示為MavHome系統(tǒng)的架構(gòu)圖與傳感器分布圖。圖6-2為MavHome系統(tǒng)的終端PC和交互界面。圖6-1MavHome系統(tǒng)的架構(gòu)圖和傳感器分布圖圖6-2MavHome系統(tǒng)的終端PC和交互界面

2.智能家居國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

1）海信集團(tuán)的DNethome

DNet-home是新一代數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案，它是基于IPV4／IPv6網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的。這款數(shù)字家庭產(chǎn)品是對(duì)高速電力線多媒體主干網(wǎng)絡(luò)、ZigBee低速率網(wǎng)絡(luò)和WiFi無線信息網(wǎng)絡(luò)的有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)了媒體流、信息流和控制流的完美組合。在整個(gè)研發(fā)過程中，海信還進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品創(chuàng)新，開發(fā)了媒體中心、網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒、網(wǎng)絡(luò)空調(diào)、網(wǎng)絡(luò)冰箱、智能管家和視頻監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)等一系列產(chǎn)品。DNet-home數(shù)字家庭系統(tǒng)讓家庭中所有的電器設(shè)備既能夠?qū)崿F(xiàn)它們的自身功能，而且聯(lián)入家居網(wǎng)絡(luò)之后系統(tǒng)的整體功能也有所提升。由于該款設(shè)計(jì)方案采用無線、電力線混合組合的方式，客戶不需要自己另行布線就可以入住新家。

2）海爾集團(tuán)的U-home

U-home是海爾集團(tuán)在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代推出的美好居住生活解決方案。它采用有線與無線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式，把所有設(shè)備通過信息傳感設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)連接，從而實(shí)現(xiàn)“家庭小網(wǎng)”、“社區(qū)中網(wǎng)”、“世界大網(wǎng)”的物物互聯(lián)。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以將各類3C產(chǎn)品聯(lián)通起來，進(jìn)行統(tǒng)一的智能化識(shí)別與管理，從而構(gòu)建數(shù)字媒體信息共享的智能家居系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等，如圖6-3所示。圖6-3U-home系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3）美的公司的智能家居系統(tǒng)

如圖6-4所示，美的公司的智能家居系統(tǒng)是以住宅為平臺(tái)，以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，綜合應(yīng)用通信、信息等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)家居設(shè)備的控制和管理，并構(gòu)成與外界信息交互的通道，滿足人們安全、舒適、便捷的生活需求的居住環(huán)境。該系統(tǒng)主要包括控制設(shè)備、安防門禁、家居應(yīng)用、娛樂信息和社區(qū)管理五部分?？刂圃O(shè)備將智能家電、燈光、窗簾及其他自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，使主人在家里、家外都能便捷地操作這些設(shè)備，其控制方式有集中控制、多點(diǎn)控制、預(yù)約控制、情景控制和遠(yuǎn)程控制五種；安防門禁將各種探測(cè)器聯(lián)網(wǎng)，對(duì)火災(zāi)、煤氣泄露、門窗非法進(jìn)入等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為主人提供一個(gè)安全的家；家電應(yīng)用是綜合應(yīng)用各種電器，提供新鮮的空氣、干凈的水、明亮的光線、健康的食物和流暢的音樂，給主人帶來更多的舒適感。娛樂信息是通過手機(jī)、電腦、智能電視等設(shè)備向用戶定時(shí)推送娛樂信息，使用戶及時(shí)了解最新的娛樂動(dòng)態(tài)。社區(qū)管理是指包括電子監(jiān)控、電子巡更、門禁管理、停車場(chǎng)管理

等的一系列社區(qū)服務(wù)，以此為業(yè)主提供方便安全的社區(qū)生活環(huán)境。圖6-4美的公司的智能家居系統(tǒng)

4）智能生活專家——KOTI

KOTI智能家居系統(tǒng)是一套對(duì)家居常用電器設(shè)備、各類照明燈具以及電動(dòng)窗簾進(jìn)行集中控制的完整解決方案，用戶可以利用壁掛、桌面或手持的控制器、遙控器等設(shè)備非常方便地對(duì)電器、燈具進(jìn)行操作和控制。KOTI智能家居系統(tǒng)與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)結(jié)合使用，用戶還可以在回家的路上利用手機(jī)開啟家中的空調(diào)、飲水機(jī)等，回到家中即可馬上享受高科技帶來的方便。

KOTI智能家居系統(tǒng)如圖6-5所示，包括家居控制系統(tǒng)、家居安防系統(tǒng)、可視對(duì)講系統(tǒng)、家居監(jiān)控系統(tǒng)、背景音樂系統(tǒng)、影音娛樂系統(tǒng)、數(shù)字服務(wù)系統(tǒng)和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、端到端設(shè)備管理及控制平臺(tái)（M2M）、數(shù)字家庭互動(dòng)應(yīng)用接入及管理平臺(tái)（S－HOME）和數(shù)字家庭遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)（E－HOME），為數(shù)字家庭提供了全方位的服務(wù)，其交互終端有PC、手機(jī)、PDA等。圖6-5KOTI智能家居系統(tǒng)示意圖

5）鷺島國(guó)際別墅

鷺島國(guó)際別墅智能家居是由天津市泰益通科技有限公司為鷺島國(guó)際定制的一套智能家居解決方案，其整體結(jié)構(gòu)如圖6-6所示。圖6-6鷺島國(guó)際別墅的結(jié)構(gòu)圖該方案主要有八個(gè)功能，介紹如下：

（1）遙控控制功能。用戶可以使用遙控器來控制家中燈光、熱水器、電動(dòng)窗簾、飲水機(jī)、空調(diào)等設(shè)備的開啟和關(guān)

閉，并且可以在一樓（或客廳）來查詢二樓（或臥室）燈光、電器的開啟、關(guān)閉狀態(tài)；同時(shí)遙控器還可以學(xué)習(xí)控制家中諸如電視、DVD、音響等紅外電器設(shè)備。（2）定時(shí)控制功能。用戶可以提前設(shè)定某些產(chǎn)品的自動(dòng)開啟、關(guān)閉時(shí)間，如電動(dòng)窗簾每天早晨08：30自動(dòng)開啟，

18：30自動(dòng)關(guān)閉。其他電器和燈光的自動(dòng)開啟、關(guān)閉也是

如此。（3）集中控制功能。用戶在進(jìn)入家門或是離開家門時(shí)，在玄關(guān)處就可以同時(shí)打開客廳、餐廳和廚房的燈光與

廚寶等電器，尤其是在夜晚可以在臥室控制客廳和衛(wèi)生間的燈光電器，既方便又安全，還可以查詢它們的工作狀態(tài)。（4）遠(yuǎn)程控制功能。用戶可以利用手機(jī)和固定電話

來控制家中的空調(diào)、熱水器和燈光，使之提前制冷、制

熱或進(jìn)行燈光的開啟和關(guān)閉。

（5）場(chǎng)景功能。用戶可以依據(jù)自己的喜好設(shè)置不同的場(chǎng)景模式，如會(huì)客場(chǎng)景、就餐場(chǎng)景、休息場(chǎng)景等。（6）網(wǎng)絡(luò)總控功能。不管在什么時(shí)間、什么地點(diǎn)，用戶只要上網(wǎng)就可以輕松地控制家里的燈光電器、電動(dòng)窗簾等。（7）指紋密碼功能。用戶再也不用因?yàn)闆]有帶鑰匙而進(jìn)不去家門了，只要用密碼、指紋就可以打開房門；親戚和朋友來訪也可以用電話打開房門，如果主人很忙而無法起身給親戚和朋友開門，也可以用遙控器打開房門。（8）電動(dòng)天蓬簾。用戶能夠用遙控器對(duì)天蓬簾進(jìn)行

控制。

以上介紹的幾種具有代表性的我國(guó)智能家居系統(tǒng)是不同企業(yè)和科研單位從不同的角度和立場(chǎng)理解智能家居的結(jié)果。各大企業(yè)廠商在推出概念性產(chǎn)品的同時(shí)，也在尋求更為合理的家居系統(tǒng)解決方案。一個(gè)具有良好應(yīng)用前景的家居系統(tǒng)必須具有開放性和可擴(kuò)展性，以及使用和維護(hù)的簡(jiǎn)單方便性，這是由普通家庭的實(shí)際情況所決定的。6.1.3智能家居的發(fā)展特點(diǎn)和發(fā)展方向

（1）市場(chǎng)潛力大。房地產(chǎn)業(yè)在全國(guó)的發(fā)展都很迅速，作為其下游產(chǎn)業(yè)，智能家居市場(chǎng)的前景非常樂觀。

（2）智能家居產(chǎn)業(yè)處于引導(dǎo)期，沒有統(tǒng)帥品牌和領(lǐng)軍企業(yè)，市場(chǎng)處于無序競(jìng)爭(zhēng)期。各個(gè)產(chǎn)業(yè)各自為政，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各種技術(shù)力量重復(fù)投入，致使在這個(gè)基礎(chǔ)上的家庭網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品五花八門，但多數(shù)產(chǎn)品大同小異，行業(yè)內(nèi)各企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)處于無序狀態(tài)。（3）智能家居行業(yè)市場(chǎng)遠(yuǎn)未成熟，大規(guī)模的價(jià)格戰(zhàn)、廣告戰(zhàn)和服務(wù)戰(zhàn)還沒有爆發(fā)，市場(chǎng)份額較為分散，市場(chǎng)的認(rèn)知和接受程度較低，市場(chǎng)尚處于需要逐步培育和引導(dǎo)的階段。與產(chǎn)品的服務(wù)供應(yīng)商的爭(zhēng)先恐后相比，智能家居產(chǎn)品進(jìn)入用戶終端的步伐略顯遲緩。

（4）面對(duì)巨大的智能家居市場(chǎng)的需求，市場(chǎng)區(qū)域存在不均衡的狀態(tài)，華東、華南等經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的地區(qū)為主要的市場(chǎng)需求區(qū)域，而西南、西北地區(qū)的市場(chǎng)份額相對(duì)較小?；谀壳翱萍嫉陌l(fā)展現(xiàn)狀和人們的消費(fèi)理念，智能家居系統(tǒng)有以下五個(gè)發(fā)展方向：

（1）向“一體化系統(tǒng)集成”方向發(fā)展。家居智能化需滿足自動(dòng)化管理、三表計(jì)量、安全防范監(jiān)控、火災(zāi)報(bào)警、對(duì)講呼叫、設(shè)備監(jiān)控等六項(xiàng)內(nèi)容。將這六項(xiàng)內(nèi)容的智能化功能集成，從而降低成本，是其未來發(fā)展的一個(gè)方向。（2）向節(jié)能環(huán)保方向發(fā)展。智能化的本質(zhì)之一是降低成本和提高效率，節(jié)能是降低成本的關(guān)鍵技術(shù)，環(huán)保是全球的要求，智能家居如何結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)降低功耗、減少對(duì)家庭和小區(qū)的污染、提高生活環(huán)境的質(zhì)量也是其未來發(fā)展必須考慮的因素。（3）向智能化、網(wǎng)絡(luò)化、人性化方向發(fā)展。智能化是智能控制發(fā)展的必然趨勢(shì)，它是當(dāng)代高科技技術(shù)和生物學(xué)技術(shù)的高度綜合和升華，因此家居業(yè)必然會(huì)向智能化方向發(fā)展；網(wǎng)絡(luò)化是信息技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，是智能化的一個(gè)重要條件；人性化體現(xiàn)了“以人為本”的思想，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的最終目的，因此也是智能家居未來的一個(gè)發(fā)展方向。（4）向規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。我國(guó)智能家居發(fā)展起步較晚，新技術(shù)、新產(chǎn)品層出不窮，標(biāo)注和規(guī)范還在制定之中。產(chǎn)品的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化方面仍存在著許多問題，還需與國(guó)際接軌。規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化是智能家居快速發(fā)展、走入國(guó)際市場(chǎng)的必由之路。

（5）向具有“中國(guó)特色”的家居智能化方向發(fā)展。家居智能化系統(tǒng)需要大量的適合中國(guó)國(guó)情的產(chǎn)品和運(yùn)行軟件，目前開發(fā)的軟、硬件產(chǎn)品的種類較少、水平較低。因此，這一方面的研究開發(fā)急需加強(qiáng)。6.2智能家居的功能與結(jié)構(gòu)

6.2.1智能家居的功能

（1）系統(tǒng)基于TCP/IP通信協(xié)議，以家庭智能網(wǎng)關(guān)為控制核心，將對(duì)講、家電、照明、安保、娛樂等設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)集成于一體，實(shí)現(xiàn)可視對(duì)講、實(shí)時(shí)監(jiān)視控制、燈光控制、電動(dòng)窗簾控制、智能插座控制、紅外電器控制、遠(yuǎn)程電腦控制、電話控制、門禁控制、安防報(bào)警、信息發(fā)布、背景音樂及多媒體娛樂等強(qiáng)大的功能,且綜合布線簡(jiǎn)單，有效地降低了成本。（2）系統(tǒng)采用紅外無線遙控、GPRS技術(shù)，引入人性化理念，賦予用戶更多、更智能的操控方式，外觀設(shè)計(jì)典雅、精致、大方。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控樓梯口、門口的狀況，保證房產(chǎn)周界的安全。（3）系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程監(jiān)視功能，確保時(shí)時(shí)獲悉家中的安全狀況，并可監(jiān)視小區(qū)其他活動(dòng)區(qū)域，即一鍵布防、守護(hù)全家；具有創(chuàng)新的防區(qū)智能化算法，有效地減少誤報(bào)；提供多防區(qū)的安防報(bào)警方案，允許用戶根據(jù)自身需要連接紅外、煙感、緊急按鈕、門磁、窗磁等設(shè)備。此方案有警號(hào)、短信、電話、管理中心呼叫等多種報(bào)警輸出方式，報(bào)警記錄可自動(dòng)生成，方便查看。（4）智在生活，隨心而控，系統(tǒng)帶有實(shí)際狀態(tài)反饋的家電控制技術(shù)，能通過家庭控制終端或遠(yuǎn)程控制網(wǎng)頁，真實(shí)地反饋當(dāng)前家電的工作狀態(tài)。

（5）系統(tǒng)具有人性化的GUI界面設(shè)計(jì)、獨(dú)特的圖形化報(bào)警與家電控制用戶界面設(shè)計(jì)，支持多層戶型圖，支持多種控制操作界面，所有控制狀態(tài)為閉環(huán)反饋，確?？刂浦噶畹挠行?zhí)行。（6）場(chǎng)景幻化，隨心而動(dòng)，系統(tǒng)允許設(shè)置多種場(chǎng)景模式。在每一個(gè)場(chǎng)景模式中包含連接到系統(tǒng)的各個(gè)燈光家電設(shè)備，用戶可以通過調(diào)節(jié)不同的亮度狀態(tài)并將狀態(tài)組合，形成一個(gè)場(chǎng)景模式。用戶可以通過觸摸屏、遙控器、電話遠(yuǎn)程控制等方式自由切換不同場(chǎng)景。從技術(shù)上講，智能家居所要實(shí)現(xiàn)的主要功能有：

（1）對(duì)家用電器和其他設(shè)備的控制、調(diào)節(jié)和監(jiān)測(cè)，比如微波爐、洗衣機(jī)、燈光、電動(dòng)窗簾、防盜報(bào)警器、自動(dòng)門煙霧探測(cè)器、有害氣體檢測(cè)裝置、溫度和濕度控制器、風(fēng)量調(diào)節(jié)器、各種手動(dòng)的開關(guān)和遙控器等。（2）溝通家電和其他視頻設(shè)備之間以及與外部世界之間的信息通道，其中包括臺(tái)式/手持計(jì)算機(jī)、電視、錄像機(jī)、VCD/DVD和數(shù)碼照相機(jī)等。

（3）通過對(duì)外的接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和信息交換，如電話線、有線電視電纜、市電電源線、雙絞線和無線通信方

式等。6.2.2智能家居的體系結(jié)構(gòu)

實(shí)現(xiàn)智能家居必須滿足三個(gè)條件：具有家庭網(wǎng)絡(luò)總線系統(tǒng)；能夠通過這種網(wǎng)絡(luò)（總線）系統(tǒng)提供各種服務(wù)功能；能與住宅外部相連接。通過總結(jié)各類智能家居系統(tǒng)，可以得出智能家居的體系結(jié)構(gòu)如圖6-7所示。由圖可見，整個(gè)系統(tǒng)由兩網(wǎng)連接三層，其中的三層指家庭設(shè)備層、本地服務(wù)平臺(tái)

層和遠(yuǎn)程服務(wù)層，兩網(wǎng)是指數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)。下面將重點(diǎn)介紹家庭網(wǎng)關(guān)和家庭網(wǎng)絡(luò)。圖6-7智能家居的體系結(jié)構(gòu)

1.家庭網(wǎng)關(guān)概述

目前研究家庭網(wǎng)關(guān)的公司眾多，但家庭網(wǎng)關(guān)的定義還不統(tǒng)一。

ResidentialGatewayGroup（RG）是一個(gè)在1995年建立的正式的工業(yè)論壇組織，它率先采用家庭網(wǎng)關(guān)來代表一個(gè)集中式智能接口，將家庭外部的接入網(wǎng)絡(luò)和家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來。RG將家庭網(wǎng)關(guān)定義為一種簡(jiǎn)單的、智能的、標(biāo)準(zhǔn)化的、靈活的整個(gè)家庭網(wǎng)絡(luò)接口單元，它可以從不同的外部網(wǎng)絡(luò)接收通信信號(hào)，并通過家庭網(wǎng)絡(luò)將信號(hào)傳遞給某個(gè)消費(fèi)設(shè)備。借助引入家庭網(wǎng)關(guān)的概念，希望它能夠?yàn)榧刹煌耐獠烤W(wǎng)絡(luò)和豐富新的應(yīng)用提供一個(gè)有效的途徑。

CiscoSystem公司的家庭網(wǎng)關(guān)定義是：一個(gè)在家庭內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)化信息設(shè)備與智能寬帶接入網(wǎng)之間的智能化網(wǎng)關(guān)。2Wire公司的家庭網(wǎng)關(guān)定義是：一種將家庭網(wǎng)絡(luò)無縫連接到寬帶網(wǎng)絡(luò)，使所有家庭內(nèi)連網(wǎng)設(shè)備同時(shí)享有高速連接的設(shè)備。上面這幾種定義都認(rèn)為家庭網(wǎng)關(guān)是一種將外部寬帶網(wǎng)絡(luò)與家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備。而ParksAssociates認(rèn)為家庭網(wǎng)關(guān)應(yīng)是連接一個(gè)外部網(wǎng)絡(luò)或多個(gè)接入網(wǎng)絡(luò)，通過某種類型的家庭網(wǎng)絡(luò)分配服務(wù)給一個(gè)或多個(gè)設(shè)備的設(shè)備，即一個(gè)集中式整個(gè)家庭的網(wǎng)關(guān)才能視為一個(gè)真正的網(wǎng)關(guān)。但由于現(xiàn)有一些產(chǎn)品已具備其中的某些功能，而且目前存在許多不同的觀點(diǎn)，因

此家庭網(wǎng)關(guān)應(yīng)有一個(gè)比較廣義或普遍意義上的定義。

1)家庭網(wǎng)關(guān)的功能

利用信息技術(shù)，家庭網(wǎng)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）信息網(wǎng)絡(luò)化。通過家庭網(wǎng)關(guān)，主人可以方便地

接收電子郵件、瀏覽各種網(wǎng)上信息和訂閱各種電子期刊或雜志等。

（2）管理智能化。家庭網(wǎng)關(guān)可以對(duì)家庭內(nèi)各種通信設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行管理，包括網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的執(zhí)行和網(wǎng)絡(luò)資源的分配，以保證家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。（3）節(jié)能環(huán)?；?。通過網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，監(jiān)控家庭內(nèi)各種設(shè)備的運(yùn)行，如燈光控制、家電設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、室內(nèi)環(huán)境的優(yōu)化調(diào)節(jié)等；同時(shí)還能夠提供一些經(jīng)濟(jì)方面的優(yōu)化決策控制，如能夠根據(jù)不同用電時(shí)段和峰谷電費(fèi)差價(jià)，合理控制家電的運(yùn)行，以達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。（4）居住安全化。通過安裝各種檢測(cè)報(bào)警裝置實(shí)現(xiàn)家庭的保安、消防以及其他需求，如通過煙氣傳感器、溫度傳感器、特殊氣體傳感器，預(yù)防房間失火和有害氣體過量；通過加裝紅外傳感器、門磁、振動(dòng)感應(yīng)器、無線微波等報(bào)警裝置，防止竊賊入侵等。（5）運(yùn)行自動(dòng)化。家庭內(nèi)各種設(shè)備都連接到網(wǎng)絡(luò)上，通過網(wǎng)絡(luò)上的管理軟件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的監(jiān)測(cè)和故障診斷功能。一旦出現(xiàn)故障，家庭管理系統(tǒng)會(huì)給出提示，并自動(dòng)通過家庭內(nèi)的網(wǎng)間接口設(shè)備向設(shè)定的相應(yīng)維修單位報(bào)修，無需主人親自動(dòng)手。

（6）操作簡(jiǎn)單化。該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是在千家萬戶中使用的，考慮到使用者的年齡、職業(yè)、經(jīng)歷以及受教育程度等的差異，所以該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、方便、可靠，適應(yīng)不同使用人群的需要。（7）個(gè)性化、模塊化。隨著信息時(shí)代的到來，個(gè)性化的要求在不斷提高。未來智能家居應(yīng)能夠根據(jù)不同使用者的家庭環(huán)境、設(shè)備數(shù)量和類型以及生活方式等做相應(yīng)的配置和調(diào)整，如可根據(jù)消費(fèi)者的需求和可接受費(fèi)用，定制相應(yīng)的系統(tǒng)解決方案等。

2）家庭網(wǎng)關(guān)的特點(diǎn)

（1）模塊化、可獨(dú)立式設(shè)備。系統(tǒng)分別按功能獨(dú)立地設(shè)計(jì)模塊，安裝時(shí)可以選擇部分功能模塊，也可以分步驟安裝，這種功能結(jié)構(gòu)不僅適合于小區(qū)而且同樣適合于別墅。

（2）設(shè)備兼容、分步實(shí)施。網(wǎng)關(guān)具有很好的可擴(kuò)展性、配置靈活性和易操作性。用戶可以面對(duì)現(xiàn)實(shí)，立足現(xiàn)在，先滿足當(dāng)前的基本需求，然后再根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展，隨著經(jīng)濟(jì)條件的不斷改善，購(gòu)買新的模塊產(chǎn)品并連接到該平臺(tái)，分步實(shí)現(xiàn)高級(jí)智能家居功能。（3）可兼顧大量存在的非智能家電。考慮到目前家

庭里大量存在的非智能家電，這種兼容性所帶來的好處是明顯的。

（4）方便將來需要通過電視上網(wǎng)的用戶。由于網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大，因而用戶將來可以通過電視實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)，通過電視來監(jiān)控家居狀況。（5）適合于智能家居的DIY。智能家居有一個(gè)重要的特點(diǎn)就是個(gè)性化定制。與選擇家庭裝修、家電設(shè)備、衣物和玩具一樣，家庭網(wǎng)關(guān)模塊的選配和安裝也需要用戶自己的參與，因此DIY將是未來智能家居發(fā)展的方向。

3）家庭網(wǎng)關(guān)的優(yōu)勢(shì)

以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)為基礎(chǔ)的家庭網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）提供優(yōu)秀的兼容性和可擴(kuò)展性。各種模塊接口能協(xié)調(diào)管理照明、控制、娛樂、安全、電話等多種系統(tǒng)，用戶可以按照住宅或經(jīng)濟(jì)實(shí)力來定制智能家居環(huán)境，輕松添加新的子模塊。

（2）提供高級(jí)控制特性。系統(tǒng)允許用戶通過簡(jiǎn)單的操作來定時(shí)控制設(shè)備、靈活地規(guī)劃和更改控制流程、實(shí)現(xiàn)組合控制和條件控制等。（3）操作界面友好，無需專門學(xué)習(xí)即可掌握。通過清晰明了的智能家居管理界面，用戶可以方便地對(duì)電視機(jī)、DVD、功放、空調(diào)等多種設(shè)備集中進(jìn)行單功能控制或組合控制，將多種家用電器設(shè)備的一系列動(dòng)作包含在一個(gè)組合按鈕中，完成多種家用電器的操作。

由于所有的控制均可自行定義，因此組合控制流程可以根據(jù)實(shí)際需要自由地進(jìn)行調(diào)整和改變。即使出差在外，也一樣能通過電腦實(shí)時(shí)、實(shí)景地監(jiān)控家居的安全情況，解除后顧之憂。

2.家庭網(wǎng)絡(luò)概述

1）家庭網(wǎng)絡(luò)的概念

家庭網(wǎng)絡(luò)不同于純粹的“家庭局域網(wǎng)/家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)”，常提到的“家庭局域網(wǎng)/家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)”是指連接家庭里的PC、各種外設(shè)及與因特網(wǎng)互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，只是家庭網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)組成部分。中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（CCSA）“家庭網(wǎng)絡(luò)總體研究課題組”研究報(bào)告認(rèn)為，家庭網(wǎng)絡(luò)概念是個(gè)變化的概念，它隨著用戶的需求、政策、技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展而發(fā)展。目前不同行業(yè)（包括IT/家電業(yè)、通信業(yè)、小區(qū)物業(yè)）對(duì)家庭網(wǎng)絡(luò)的不同理解都是根據(jù)不同的用戶需求而來的。家庭網(wǎng)絡(luò)包含四個(gè)要素：用戶需求、設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)與應(yīng)用，每個(gè)要素對(duì)不同用戶、不同時(shí)期是不同的。家庭網(wǎng)絡(luò)從廣義上理解是指在家庭內(nèi)部通過一定的傳輸介質(zhì)（如電力線、雙絞線、同軸電纜、無線電、紅外等）將各種電氣設(shè)備和電氣子系統(tǒng)連接起來，采用統(tǒng)一的通信協(xié)議，對(duì)內(nèi)實(shí)現(xiàn)資源共享，對(duì)外能通過網(wǎng)關(guān)與外部網(wǎng)（如Ethernet，ISDN，ATM

等）互連進(jìn)行信息交換。智能家庭網(wǎng)絡(luò)作為家庭信息基礎(chǔ)設(shè)施，將構(gòu)筑以下三種網(wǎng)絡(luò)，如圖6-8所示。圖6-8家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

(1)娛樂性家庭網(wǎng)絡(luò)：用于連接各種娛樂性家用電器，如高清晰度電視機(jī)、DVD、家庭影院等。

(2)數(shù)據(jù)通信家庭網(wǎng)絡(luò)：用于傳遞數(shù)據(jù)信息，如電話、計(jì)算機(jī)等，包括電子函件的收發(fā)、WEB瀏覽器、網(wǎng)上購(gòu)

物等。

(3)家庭低速控制網(wǎng)絡(luò)：用于實(shí)現(xiàn)家用電器的遠(yuǎn)程監(jiān)視和遠(yuǎn)程控制，及家庭安防控制等。

2）家庭網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)

家庭網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的最終目標(biāo)是：它不僅僅是一個(gè)為了完成家庭內(nèi)部各種設(shè)備資源共享、協(xié)同工作的網(wǎng)絡(luò)，還能通過與外部網(wǎng)絡(luò)（電信網(wǎng)/Internet/社區(qū)網(wǎng)）的連接，實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部設(shè)備與外部網(wǎng)絡(luò)信息交流的目的，通過豐富多彩的業(yè)務(wù)和應(yīng)用使用戶享受到舒適、便利、安全的新的生活體驗(yàn)。

3）家庭網(wǎng)絡(luò)的功能

家庭網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具備以下一些功能：

（1）信息共享功能。共享Internet訪問，共享微機(jī)外設(shè)，共享文件和應(yīng)用。

（2）家庭娛樂功能。對(duì)內(nèi)實(shí)現(xiàn)多媒體設(shè)備之間的視頻、音頻信號(hào)傳輸，對(duì)外實(shí)現(xiàn)可視電話、視頻會(huì)議和視頻點(diǎn)播等視頻音頻信息交流。（3）信息采集功能。收集住戶家庭運(yùn)行的各種參數(shù)，包括水表、電表、煤氣表的計(jì)量數(shù)據(jù)以及居室溫度、濕度等，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表，提高住宅檔次和物業(yè)管理水平。

（4）信息服務(wù)功能。住戶可以了解自己家庭運(yùn)作的各種參數(shù)，如房間溫度和濕度、各種計(jì)量表讀數(shù)以及被控家電的狀態(tài)等，同時(shí)可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行各種交通的簡(jiǎn)單查詢。（5）安全防范功能。通過住宅室內(nèi)安裝的各種報(bào)警探測(cè)器和應(yīng)急按鈕進(jìn)行防盜、防火和防災(zāi)監(jiān)控，能夠及時(shí)處理各種警情。

（6）智能化控制功能。根據(jù)周圍環(huán)境的變化對(duì)家用電器進(jìn)行智能化控制，從而建立舒適健康的生活環(huán)境。

（7）其他增值功能，如家庭電子商務(wù)、申請(qǐng)社區(qū)服

務(wù)等。

4）家庭網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)今智能家庭網(wǎng)絡(luò)向三大技術(shù)趨勢(shì)發(fā)展：網(wǎng)絡(luò)化、領(lǐng)先的無線移動(dòng)和脫離PC。而推進(jìn)這個(gè)發(fā)展趨勢(shì)的正是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線通信技術(shù)以及嵌入式系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)化的嵌入式無線智能家居控制系統(tǒng)是未來智能家居的發(fā)展方向，它能夠提供標(biāo)準(zhǔn)化接口和無線網(wǎng)絡(luò)互連功能，而且可以通過嵌入式通信協(xié)議使得系統(tǒng)能夠脫離傳統(tǒng)PC，從而智能家居行業(yè)也將跨入后“PC”時(shí)代。正如計(jì)算機(jī)擺脫了大型機(jī)進(jìn)入PC才開始大發(fā)展，脫離了PC獨(dú)立狀態(tài)的智能家居才能有更大的發(fā)展。未來家庭的數(shù)字設(shè)備將會(huì)通過無線技術(shù)連接起來，從而實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)每一個(gè)家用電器和設(shè)備都能上網(wǎng)和互操作的目標(biāo)。通過無線技術(shù)構(gòu)建獨(dú)立的家庭局域網(wǎng)，讓“無線”自在的舒適生活成為現(xiàn)實(shí)，并通過Internet或GPRS連接到外網(wǎng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)通過計(jì)算機(jī)、手機(jī)或PDA來遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制家庭中的各種設(shè)備，真正實(shí)現(xiàn)家庭設(shè)備的信息化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。6.2.3智能家居系統(tǒng)平臺(tái)的特點(diǎn)

智能家庭網(wǎng)絡(luò)隨著集成技術(shù)、通信技術(shù)、互操作能力和布線標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)而不斷改進(jìn)，它涉及對(duì)家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有的智能器具、設(shè)備和系統(tǒng)的操作、管理，以及集成技術(shù)的應(yīng)用，其技術(shù)特點(diǎn)表現(xiàn)如下。

1.通過家庭網(wǎng)關(guān)及其系統(tǒng)軟件建立智能家居平臺(tái)系統(tǒng)

家庭網(wǎng)關(guān)是智能家庭局域網(wǎng)的核心部分，主要完成家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)各種不同通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換和信息共享，以及同外部通信網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交換，同時(shí)，還負(fù)責(zé)家庭智能設(shè)備

的管理和控制。

2.統(tǒng)一的平臺(tái)

利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和通信技術(shù)，家庭智能終端將家庭智能化的所有功能集成起來，使智能家居建立在一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)之上。首先，實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交互；其次，還要保證能夠識(shí)別通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹噶钍呛戏ǖ闹噶?，而不是“黑客”的非法入侵。因此，家庭智能終端既是家庭信息的交通樞紐，又是信息化家庭的保護(hù)神。

3.通過外部擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)與家電的互聯(lián)

為實(shí)現(xiàn)家用電器的集中控制和遠(yuǎn)程控制功能，家庭智能網(wǎng)關(guān)通過有線或無線的方式，按照特定的通信協(xié)議，借助外部擴(kuò)展模塊控制家電或照明設(shè)備。

4.嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用

以往的家庭智能終端絕大多數(shù)是由單片機(jī)控制的，隨著新功能的增加和性能的提升，將處理能力大大增強(qiáng)的具有網(wǎng)絡(luò)功能的嵌入式操作系統(tǒng)和單片機(jī)的控制軟件程序作了相應(yīng)的調(diào)整，使之有機(jī)地結(jié)合成完整的嵌入式系統(tǒng)。

6.3智能家居的關(guān)鍵技術(shù)

6.3.1家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部組網(wǎng)技術(shù)

家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部組網(wǎng)主要解決各種信息家電之間的數(shù)據(jù)傳輸，能把外部連接傳入的數(shù)據(jù)傳輸?shù)较鄳?yīng)的家電上去，同時(shí)可以把內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠窟B接。當(dāng)前在家庭網(wǎng)絡(luò)中所采用的傳輸技術(shù)可以分為“有線”和“無線”兩大類。有線技術(shù)主要包括雙絞線或同軸電纜連接、電話線連接、

電力線連接等；無線技術(shù)主要包括紅外線連接、無線電連接、基于RF技術(shù)的連接和基于PC的WiFi、藍(lán)牙連接等。家庭網(wǎng)絡(luò)相比起傳統(tǒng)的辦公網(wǎng)絡(luò)來說，加入了很多家庭應(yīng)用產(chǎn)品和

系統(tǒng)，如家電設(shè)備、照明系統(tǒng)，因此相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也錯(cuò)綜復(fù)雜，家庭網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)是將智能家居中的其他系統(tǒng)融合進(jìn)去，最終一統(tǒng)天下。6.3.2家庭網(wǎng)絡(luò)中間件技術(shù)

家庭網(wǎng)絡(luò)必須是一個(gè)動(dòng)態(tài)的環(huán)境，新設(shè)備加入到家庭網(wǎng)絡(luò)里，可以被其他在同一網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備識(shí)別，同時(shí)它也可以發(fā)現(xiàn)其他設(shè)備，并能相互協(xié)調(diào)工作；同時(shí)，以后將會(huì)出現(xiàn)專門開發(fā)家庭網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的公司，它們必須保證同一應(yīng)用程序可以在采用不同的嵌入式操作系統(tǒng)的信息家電上運(yùn)行。解決這些問題并不簡(jiǎn)單，因?yàn)榧彝ゾW(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的資源構(gòu)成非常復(fù)雜，不僅有采用不同操作系統(tǒng)和硬件體系的設(shè)備，還有存在網(wǎng)絡(luò)中的可以被使用的軟件成員，甚至人也可以成

為網(wǎng)絡(luò)資源的一部分，這樣就對(duì)設(shè)計(jì)信息家電以及家庭網(wǎng)絡(luò)成員的開發(fā)人員造成了很大的困難。如何使開發(fā)人員可以忽略各種不同設(shè)備的底層信息？如何在設(shè)計(jì)家庭網(wǎng)絡(luò)分布式應(yīng)用時(shí)使用通用接口？這就必須在家庭網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的開發(fā)中引入中間件技術(shù)。根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心(InternetDataCenter，IDC)的表述：中間件是一種獨(dú)立的系統(tǒng)軟件或服務(wù)程序，分布式應(yīng)用軟件借助這種軟件在不同的技術(shù)之間共享資源，中間件位于客戶機(jī)服務(wù)器的操作系統(tǒng)之上，管理計(jì)算資源和網(wǎng)絡(luò)通信。IDC對(duì)中間件的定義表明，中間件是一類軟件，而非一種軟件；中間件不僅僅實(shí)現(xiàn)互連，還要實(shí)現(xiàn)應(yīng)用之間的互操作；中間件是基于分布式處理的軟件，最突出的特點(diǎn)是其網(wǎng)絡(luò)通信功能?？梢赃@樣來定義面向家庭網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的中間件技術(shù)，它運(yùn)行在信息家電的操作系統(tǒng)之上，使用操作系統(tǒng)提供的功能，從各種信息家電產(chǎn)品的不同的硬件體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)接入中抽象出一種邏輯上的通信能力，設(shè)計(jì)APIS接口為上層的家庭網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序提供一系列服務(wù)，用于幫助建立和配置家庭網(wǎng)絡(luò)中的分布式應(yīng)用，也是家庭網(wǎng)絡(luò)的重要組成成員之一。如果與OSI七層網(wǎng)絡(luò)模型相對(duì)應(yīng)，中間件技術(shù)一般對(duì)應(yīng)的是包括會(huì)話層及以上的表示層和應(yīng)用層。利用中間件技術(shù)，信息家電的開發(fā)人員可以自由地選擇底層通信技術(shù)和操作系統(tǒng)，信息家電產(chǎn)品可以選擇電力線、無線、IEEE1394等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)通信。

1.M2M中間件

M2M中間件包括兩部分：M2M網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)收集/集成部件。網(wǎng)關(guān)是M2M系統(tǒng)中的“翻譯員”，它獲取來自通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳送給信息處理系統(tǒng)。網(wǎng)關(guān)的主要的功能是完成不同通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換。

M2M系統(tǒng)的硬件是使機(jī)器獲得遠(yuǎn)程通信和聯(lián)網(wǎng)能力的部件。典型的M2M系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6-9所示。圖6-9M2M系統(tǒng)框架現(xiàn)在的M2M硬件產(chǎn)品可分為以下五種。

1)嵌入式硬件

將硬件嵌入到機(jī)器里面，使其具備網(wǎng)絡(luò)通信能力，常見的產(chǎn)品是支持GSM/GPRS或CDMA無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的無線嵌入數(shù)據(jù)模塊。嵌入式硬件的典型產(chǎn)品有Nokia的12GSM嵌入式無線數(shù)據(jù)模塊、SonyEricsson的GR48和GT48、Motorola的用于GSM的G18/G20和用于CDMA的C18、Siemens的用于GSM網(wǎng)絡(luò)的TC45、TC35i、MC35i嵌入模塊等。

2)可組裝硬件

在M2M的工業(yè)應(yīng)用中，廠商擁有大量不具備M2M通

和連網(wǎng)能力的設(shè)備儀器，可組裝硬件就是為滿足這些機(jī)器的網(wǎng)絡(luò)通信能力而設(shè)計(jì)的。包括從傳感器收集數(shù)據(jù)的I/O設(shè)備（I/ODevices）等。M2M硬件完成協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，將數(shù)據(jù)發(fā)送到通信網(wǎng)絡(luò)的連接終端（ConnectivityTerminals），有些M2M硬件還具備回控功能，其典型產(chǎn)品有Nokia的用于GSM連接終端的30/31等。

3)調(diào)制解調(diào)器（Modem）

上面提到嵌入式模塊將數(shù)據(jù)傳送到移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)上時(shí)，起的就是調(diào)制解調(diào)器的作用。如果要將數(shù)據(jù)通過公用電話網(wǎng)絡(luò)或者以太網(wǎng)送出，分別需要相應(yīng)的Modem，典型產(chǎn)品有

BT－SeriesCDMA、GSM無線數(shù)據(jù)Modem等。

4)傳感器

傳感器可分成普通傳感器和智能傳感器兩種。智能傳感器（SmartSensor）是指具有感知能力、計(jì)算能力和通信能力的微型傳感器。由智能傳感器組成的傳感器網(wǎng)絡(luò)（SensorNetwork）是M2M技術(shù)的重要組成部分。一組具備通信能力的智能傳感器以AdHoc方式構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)，協(xié)作感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理區(qū)域中感知對(duì)象的信息，并發(fā)布給觀察者，也可以通過GSM網(wǎng)絡(luò)或衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)將信息傳給遠(yuǎn)方的IT系統(tǒng)。智能傳感器網(wǎng)絡(luò)的典型產(chǎn)品如Intel的基于微型傳感器網(wǎng)絡(luò)的新型計(jì)算的發(fā)展規(guī)劃——智能微塵（SmartDust）等。

5)識(shí)別標(biāo)識(shí)（LocationTags）

識(shí)別標(biāo)識(shí)如同每臺(tái)機(jī)器、每個(gè)商品的“身份證”，使機(jī)器之間可以相互識(shí)別和區(qū)分。識(shí)別標(biāo)識(shí)常用的技術(shù)有條形碼技術(shù)、射頻識(shí)別卡RFID技術(shù)（Radio-FrequencyIdentification）等。標(biāo)識(shí)技術(shù)已經(jīng)被廣泛用于商業(yè)庫(kù)存和供應(yīng)鏈管理。

2.數(shù)據(jù)的采集和集成

數(shù)據(jù)采集/集成部件是為了將數(shù)據(jù)變成有價(jià)值的信息，它對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行不同的加工和處理，并將結(jié)果呈現(xiàn)給需要這些信息的觀察者和決策者。其中的中間件包括數(shù)據(jù)分析和商業(yè)智能部件、異常情況報(bào)告和工作流程部件以及數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和存儲(chǔ)部件等。采用中間件設(shè)計(jì)信息家電可以完成如下功能：首先，可以使信息家電具有在家庭網(wǎng)絡(luò)中宣布自身存在的能力，信息家電可以自動(dòng)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中存在的設(shè)備；其次，信息家電可以相互描述自身所獨(dú)具的功能，可以相互之間查詢、理解所具有的功能；再次，家庭網(wǎng)絡(luò)無需人工參與就可以自動(dòng)完成網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，信息家電之間可以進(jìn)行無縫互操作。中間件出現(xiàn)在家庭網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)中的時(shí)間并不是很長(zhǎng)，但是它的發(fā)展非常迅速，據(jù)估計(jì)，家庭網(wǎng)絡(luò)的中間件市場(chǎng)將有幾十億美元的市場(chǎng)價(jià)值。為了獲得市場(chǎng)，很多協(xié)會(huì)、團(tuán)體開始向中間件市場(chǎng)推出了自己的產(chǎn)品，目前有OSGI、UPnP、

HAVI、VESA、InteractiveTVSoftwareProvider、DVB、OPENCABLE等。6.3.3智能家居遠(yuǎn)程控制技術(shù)

智能家居控制系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上來說可以嚴(yán)格地分為兩部分：一是在家庭內(nèi)部的控制系統(tǒng)，即內(nèi)部控制系統(tǒng)；二是離家之后在異地環(huán)境下的控制系統(tǒng)，即遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。

顧名思義，內(nèi)部控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)家庭內(nèi)部的家用電器控制，它由特定的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)布線連接而成，與特定的環(huán)境

有關(guān)。內(nèi)部控制系統(tǒng)與各種相關(guān)的家用電器和安保裝置通過家庭總線技術(shù)連接起來，方便家居的集中控制和監(jiān)視，并保持這些家庭設(shè)施與住宅環(huán)境的和諧與協(xié)調(diào)，它的不足之處是它

的應(yīng)用范圍太窄，即只能在家庭內(nèi)部控制電器。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)則擴(kuò)展了智能家居控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，真正讓家居的控制走出了家門。通過各種不同的遠(yuǎn)程控制技術(shù)，人們可以隨心所欲地控制家庭里面的設(shè)備，以及監(jiān)視家里的情況。特別是隨著現(xiàn)代家庭中家用電器設(shè)備的增多和通信線路的發(fā)展，利用現(xiàn)有的通信設(shè)備和線路對(duì)家用電器和儀表進(jìn)行遠(yuǎn)程控制將成為未來家居發(fā)展的趨勢(shì)，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的出現(xiàn)使得人們可以通過手機(jī)或者互聯(lián)網(wǎng)在任何時(shí)候、任意地點(diǎn)對(duì)家中的各種電器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制；也可以在下班途中，預(yù)先將家中的空調(diào)打開、熱水器提前燒好熱水。可以客觀地說，正是因?yàn)橛辛诉h(yuǎn)程控制系統(tǒng)，才真正地讓智能家居變得方便、自由、舒適，成為真正意義上的“遙控”。因此，現(xiàn)在有很多公司都在研發(fā)智能家居系統(tǒng)，在所有這些智能家居系統(tǒng)中，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)必定占有一定的份額。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)一直是吸引消費(fèi)者眼球的一大閃光點(diǎn)，像國(guó)內(nèi)有名的智能家居產(chǎn)商科力屋公司特別提供了智能家居遠(yuǎn)程控制在線體驗(yàn)，這就是吸引消費(fèi)者的一種方式。所以，一般來說，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)是現(xiàn)代智能家居控制系統(tǒng)中必不可少的一部分。

1.智能家居有線遠(yuǎn)程控制技術(shù)

有線遠(yuǎn)程控制技術(shù)，即對(duì)目標(biāo)的控制是基于可見的各種線路傳輸。目前，有線網(wǎng)絡(luò)控制一般分為兩種：Internet網(wǎng)絡(luò)控制和有線電話網(wǎng)絡(luò)控制。

1）Internet網(wǎng)絡(luò)控制

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展以及個(gè)人計(jì)算機(jī)的普及，Internet網(wǎng)絡(luò)可謂是走入了家家戶戶，一般的居住小區(qū)或者家庭都已經(jīng)提供了Internet網(wǎng)絡(luò)接口。將Internet引入控制系統(tǒng)，突破了控制信息進(jìn)行傳遞和交換時(shí)在時(shí)間和空間上的限制，Internet傳輸速率相當(dāng)高，可達(dá)到10Mb/s或100Mb/s，能夠傳輸各種家電控制、視頻、圖像等信息。通過Internet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的模型如圖6-10所示。圖6-10Internet遠(yuǎn)程控制模型由上圖可知，基于Internet的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)涉及包括網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)等多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域相互滲透的研究技術(shù)領(lǐng)域。智能家居網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具體又分家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)

控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)兩個(gè)子領(lǐng)域。

家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)控制是相對(duì)遠(yuǎn)離家居出門在外的遠(yuǎn)程控制技術(shù)而言的，它的實(shí)現(xiàn)方式可以為以太網(wǎng)或者電力線組成的控制網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)雖然現(xiàn)在極其流行，但是組建以太網(wǎng)必須額外鋪

線，這個(gè)工程相對(duì)比較大；而使用電力線組成的控制網(wǎng)絡(luò)則免去了額外鋪線，從成本上來說占有很大的優(yōu)勢(shì)，因此現(xiàn)在很多家居的內(nèi)部控制系統(tǒng)都采用了基于電力線的內(nèi)部控制網(wǎng)絡(luò)。

不管是哪一種內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，它所涉及的控制器都必須是符合某一標(biāo)準(zhǔn)的智能控制終端，這里也涉及了硬件電路的開發(fā)知識(shí)。為了與外部Internet網(wǎng)絡(luò)連接到一起，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)還必須提供與外部Internet網(wǎng)絡(luò)的控制接口。網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)主要在于網(wǎng)絡(luò)的傳輸協(xié)議方面。現(xiàn)在Internet普及的是TCP/IP協(xié)議，TCP/IP是一組計(jì)算機(jī)通信協(xié)

議的集合，它的四層參考模型如圖6-11所示。圖6-11TCP/IP四層參考模型

TCP/IP協(xié)議能夠滿足大多數(shù)社區(qū)用戶的需要，并可以靈活地適應(yīng)不斷變化的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)既包括同構(gòu)的系統(tǒng)，也包括異構(gòu)的系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)可由同構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成，也可由異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成。TCP/IP協(xié)議針對(duì)的是異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，也就是說，它著眼于由異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。一般來說，智能家居的傳輸命令都是在應(yīng)用層傳播，很少涉及底層，這主要是由計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件決定的。計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)主要解決前臺(tái)與家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)之間的通

信控制問題，包括前臺(tái)的WEB/WAP服務(wù)器組件、動(dòng)態(tài)WEB/WAP網(wǎng)站的開發(fā)、通信協(xié)議的控制等，這些都需要

一定的計(jì)算機(jī)軟件知識(shí)。通過Internet網(wǎng)絡(luò)就可以實(shí)現(xiàn)智能家居和控制終端的物理上的分離，這也為遠(yuǎn)程控制提供了可能。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，研究人員開始考慮能否在世界范圍內(nèi)，通過網(wǎng)絡(luò)使被控對(duì)象的運(yùn)動(dòng)信息自由、正確地傳送以滿足控制要求。因?yàn)樽杂傻匮由炜刂凭嚯x一直是遠(yuǎn)程控制研究的一個(gè)理想的研究目標(biāo)，所以它的應(yīng)用將會(huì)使遠(yuǎn)程控制技術(shù)發(fā)生質(zhì)的變化。

2）有線電話網(wǎng)絡(luò)控制

基于Internet的遠(yuǎn)程控制技術(shù)的組網(wǎng)成本較高而且復(fù)雜，技術(shù)難度大，對(duì)維護(hù)者的技術(shù)水平要求也較高，因此它適用于新建的中高檔住宅。電話網(wǎng)絡(luò)是一種技術(shù)成熟并且比較普及的通信網(wǎng)絡(luò)。利用公用電話網(wǎng)對(duì)家電進(jìn)行控制，不用重新鋪設(shè)線路，就可以方便地改造舊宅。利用電話網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制技術(shù)主要通過按鍵傳送控制信息，通過語音提示返回相應(yīng)的信息或進(jìn)行操作的提示。家居控制器通過對(duì)按鍵信息的解釋形成相應(yīng)的控制信息，并傳送給家里的各控制單元，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。電話按鍵控制方式實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，控制靈活方便。利用家里墻上預(yù)留的電話插座，電話網(wǎng)絡(luò)控制可以避免重新布線的煩惱，但是家庭中不可能隨處都安裝有電話插座，購(gòu)買新家電時(shí)還是會(huì)面臨重新布線的煩惱。現(xiàn)在，隨著Internet業(yè)務(wù)在中國(guó)的高速發(fā)展，利用Internet接入家庭網(wǎng)絡(luò)越來越流行，如何將電話線和Internet結(jié)合起來，成為很多通信運(yùn)營(yíng)商關(guān)心的問題。目前，計(jì)算機(jī)廠商與消費(fèi)電子廠商成立了一個(gè)名為HomePNA的組織來解決這個(gè)問題。HomePNA（家庭電話線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟）是一個(gè)非盈利性組織，它致力于協(xié)調(diào)采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一電話線網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)

標(biāo)準(zhǔn)。

HomePNA為用戶線接入多路復(fù)用器。多路復(fù)用器位于網(wǎng)絡(luò)中寬帶接入服務(wù)器和終端用戶之間，通過現(xiàn)有的電話線為

每個(gè)用戶提供高達(dá)32Mb/s（HomePNA2.0版本）的高速數(shù)據(jù)傳遞，其優(yōu)勢(shì)是利用現(xiàn)有電話線路傳輸寬帶數(shù)字信號(hào)，省去了重新布線的麻煩，既滿足用戶寬帶上網(wǎng)的要求，又降低了上網(wǎng)費(fèi)用，使得用戶在上網(wǎng)的同時(shí)不會(huì)影響使用電話和收發(fā)傳真。

HomePNA技術(shù)能夠與普通電話業(yè)務(wù)和ADSL業(yè)務(wù)共用一條電話線，各網(wǎng)絡(luò)的波段占用情況如圖6-12所示。聲音傳送的波段在20Hz和3.4kHz之間，而XDSL利用25kHz～1.1MHz這一波段，HomeNet設(shè)備則利用5.5MHz～9.5MHz波段，因此當(dāng)用戶利用同一條電話線訪問因特網(wǎng)的同時(shí)也可以使用電

話或收發(fā)傳真，根本不會(huì)相互影響。HomePNA國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)技

術(shù)是HomeNet的解決方案之一。圖6-12各網(wǎng)絡(luò)的波段占用情況

2.智能家居無線遠(yuǎn)程控制技術(shù)

一般來說，對(duì)家居的無線遠(yuǎn)程控制有以下幾種方式。

1）GPRS控制

GPRS控制技術(shù)是通過手機(jī)GPRS無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無線遠(yuǎn)程控制的控制方式，該方式基于GPRS和Java技術(shù)，是目前控制距離最遠(yuǎn)的一種方式。只要是在有GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋的環(huán)境下，就可以為用戶提供基于GPRS手機(jī)終端的無線遠(yuǎn)程控制功能。

GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)（GeneralPacketRadioService）的英文簡(jiǎn)稱，它是現(xiàn)有GSM移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展。隨著Internet網(wǎng)絡(luò)以及移動(dòng)接入技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接入Internet網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為一種需求，但是GSM為基于電路交換系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)，它阻礙了移動(dòng)接入Internet網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，因此，必須由基于分組交換系統(tǒng)的GPRS網(wǎng)絡(luò)來擴(kuò)展它。GPRS可以簡(jiǎn)單地被描述為優(yōu)化接入Internet網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)。目前我國(guó)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了GPRS的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，為采用該技術(shù)的控制方式提供了傳輸平臺(tái)，各種基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的工程應(yīng)用層出不窮，其應(yīng)用范圍也在不斷地?cái)U(kuò)展。

Java技術(shù)是一個(gè)開放、標(biāo)準(zhǔn)、通用的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算平臺(tái)，由于具有強(qiáng)大的兼容性，它已經(jīng)成為在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域被廣泛采用的一個(gè)成熟的技術(shù)平臺(tái)。通過Java技術(shù)手機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)UI界面顯示和眾多增值功能，能夠直接從服務(wù)器上使用大量應(yīng)用程序，這些應(yīng)用程序可以包括娛樂（如游戲、屏幕保護(hù)及養(yǎng)寵物等）、股票、導(dǎo)游地圖等。目前很多手機(jī)都支持GPRS及Java技術(shù)，為這項(xiàng)遠(yuǎn)程控制技術(shù)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

2）WiFi控制

WiFi的全稱為WirelessFidelity，是在無線局域網(wǎng)市場(chǎng)上符合802.11協(xié)議產(chǎn)品的商業(yè)名稱。它工作在2.4GHz的ISM頻段，所支持的速度最高達(dá)54Mb/s，傳輸速度比藍(lán)牙快得多，并為用戶提供了無線的寬帶互聯(lián)網(wǎng)訪問，能夠在數(shù)百英尺范圍內(nèi)支持互聯(lián)網(wǎng)接入的無線電信號(hào)。WiFi主要在搭建有WiFi無線局域網(wǎng)的環(huán)境下應(yīng)用，例如機(jī)場(chǎng)、車站、咖啡店、圖書館、寫字樓、體育館、指揮所等場(chǎng)所。只要在這些人員較密集的地方設(shè)置AP（無線接入點(diǎn)），并通過高速線路將因特網(wǎng)接入上述場(chǎng)所，就可以實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)功能。由于AP所發(fā)射出的電波可以達(dá)到距接入點(diǎn)半徑數(shù)十米至100米的地方，用戶只要將具有802.11b/g無線局域網(wǎng)技術(shù)的筆記本電腦或PDA拿到該區(qū)域內(nèi)，即可高速接入因特網(wǎng)。用戶控制終端上也預(yù)先安裝控制程序，然后通過AP接入局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)，與網(wǎng)絡(luò)型主控機(jī)實(shí)現(xiàn)各種遠(yuǎn)程控制功能。

3）RF射頻控制

RF（RadioFrequency）指具有遠(yuǎn)距離傳輸能力的高頻電磁波，它的基本原理是電磁理論。射頻技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是不局限于視線，識(shí)別距離比光學(xué)系統(tǒng)遠(yuǎn)，并可穿透物體或建筑物，可自由工作在各種惡劣環(huán)境下，可進(jìn)行高度的數(shù)據(jù)集成。采用RF無線控制技術(shù)的手持無線觸摸屏可以在有效的控制范圍內(nèi)任意遙控、操作整個(gè)系統(tǒng)。觸摸屏控制指令經(jīng)由其內(nèi)置的RF射頻發(fā)射模塊發(fā)射出去后，由無線接收機(jī)接收后通過SmartNet網(wǎng)絡(luò)傳入主控機(jī)解析，然后指示相應(yīng)的接口或設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作以達(dá)到遙控控制的目的。另外，主控機(jī)的控制信號(hào)也可反向傳輸給觸摸屏，并在屏上按照預(yù)定的形式顯示出來。

RF射頻模塊可以設(shè)置不同的頻段，所以在同一環(huán)境中，可以同時(shí)存在多套觸摸屏終端，并且互不干擾。這樣，它就可以應(yīng)用于更加復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境和滿足更加靈活的控制方式。RF射頻無線控制技術(shù)是對(duì)前兩種技術(shù)方式的補(bǔ)充，主要應(yīng)用于沒有公用無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋的場(chǎng)所，例如一些較偏遠(yuǎn)的山村環(huán)境。

3.網(wǎng)絡(luò)參考模型

智能家居的遠(yuǎn)程控制方法中，最常用最方便的就是基于Internet的網(wǎng)絡(luò)化控制。為了更好地理解網(wǎng)絡(luò)控制，對(duì)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)信息交換有一個(gè)直觀的理解，我們有必要學(xué)習(xí)一下OSI

（OpenSystemInterconnection，開放系統(tǒng)互連）七層網(wǎng)絡(luò)

模型和網(wǎng)絡(luò)模型最頂層的WebService服務(wù)。

OSI七層網(wǎng)絡(luò)模型稱為開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型，是一個(gè)邏輯上的定義，一個(gè)規(guī)范，它把網(wǎng)絡(luò)從邏輯上分為了七

層。每一層都有相關(guān)、相對(duì)應(yīng)的物理設(shè)備，比如路由器、交換機(jī)等。

OSI七層模型是一種框架性的設(shè)計(jì)方法，建立七層模型的主要目的是為了解決異種網(wǎng)絡(luò)互連時(shí)所遇到的兼容性問題，其最主要的功能就是幫助不同類型的主機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。優(yōu)點(diǎn)是將服務(wù)、接口和協(xié)議這三個(gè)概念明確地區(qū)分開來，通過七個(gè)層次化的結(jié)構(gòu)模型使不同的系統(tǒng)不同的網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)可靠的通信。

各層之間具有很強(qiáng)的獨(dú)立性，互連網(wǎng)絡(luò)中各實(shí)體采用什么樣的協(xié)議是沒有限制的，只要向上提供相同的服務(wù)并且不改變相鄰層的接口就可以了。

七層網(wǎng)絡(luò)層次和數(shù)據(jù)傳輸參考圖如圖6-13所示。圖6-13網(wǎng)絡(luò)七層模型中數(shù)據(jù)的傳輸網(wǎng)絡(luò)七層的劃分也是為了使網(wǎng)絡(luò)的不同功能模塊（不同層次）分擔(dān)起不同的職責(zé)，從而帶來如下好處：減輕問題的復(fù)雜程度，一旦網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，可迅速定位故障所處層次，便于查找和糾錯(cuò)；在各層分別定義標(biāo)準(zhǔn)接口，使具備相同對(duì)等層的不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能實(shí)現(xiàn)互操作，各層之間則相對(duì)獨(dú)立，一種高層協(xié)議可放在多種低層協(xié)議上運(yùn)行；能有效刺激網(wǎng)絡(luò)技術(shù)革新，因?yàn)槊看胃露伎梢栽谛》秶鷥?nèi)進(jìn)行，不需對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)大手術(shù)，便于研究和教學(xué)。七層模型中每層的功能和職責(zé)描述如下：

（1）第七層，應(yīng)用層，是OSI中的最高層，為特定類型的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供了訪問OSI環(huán)境的手段。應(yīng)用層確定進(jìn)程之間通信的性質(zhì)，以滿足用戶的需要，不僅要提供應(yīng)用進(jìn)程所需要的信息交換和遠(yuǎn)程操作，而且還要作為應(yīng)用進(jìn)程的用戶代理，來完成一些為進(jìn)行信息交換所必需的功能。它包括文件傳送訪問和管理FTAM、虛擬終端VT、事務(wù)處理TP、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)訪問RDA、制造報(bào)文規(guī)范MMS、目錄服務(wù)DS等協(xié)議。（2）第六層，表示層，主要用于處理兩個(gè)通信系統(tǒng)中交換信息的表示方式，為上層用戶解決用戶信息的語法問題。它包括數(shù)據(jù)格式交換、數(shù)據(jù)加密與解密、數(shù)據(jù)壓縮與恢復(fù)等功能。

（3）第五層，會(huì)話層，在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間建立端連接，為端系統(tǒng)的應(yīng)用程序之間提供了對(duì)話控制機(jī)制。

（4）第四層，傳輸層，實(shí)現(xiàn)常規(guī)數(shù)據(jù)遞送，為會(huì)話層用戶提供一個(gè)端到端的可靠、透明和優(yōu)化的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)機(jī)制，包括全雙工或半雙工、流控制和錯(cuò)誤恢復(fù)服務(wù)等功能；（5）第三層，網(wǎng)絡(luò)層，通過尋址來建立兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的連接，為源端的運(yùn)輸層送來的分組選擇合適的路由和交換節(jié)點(diǎn)，正確無誤地按照地址傳送給目的端的運(yùn)輸層。它包括通過互連網(wǎng)絡(luò)來路由和中繼數(shù)據(jù)；

（6）第二層，數(shù)據(jù)鏈路層，它將數(shù)據(jù)分幀，并處理流控制，屏蔽物理層，為網(wǎng)絡(luò)層提供一個(gè)數(shù)據(jù)鏈路的連接，在一條有可能出差錯(cuò)的物理連接上進(jìn)行幾乎無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)傳輸。

本層指定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并提供硬件尋址；（7）第一層，物理層，處于OSI參考模型的最底層，它的主要功能是利用物理傳輸介質(zhì)為數(shù)據(jù)鏈路層提供物理連接，以便透明地傳送比特流。

數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，從第七層傳到第一層，接收數(shù)據(jù)則相反。上三層總稱應(yīng)用層，用來控制軟件方面。下四層總稱數(shù)據(jù)流層，用來管理硬件。

4.WebService服務(wù)與遠(yuǎn)程控制

在實(shí)際的應(yīng)用中，一般是不會(huì)直接采用七層模型中的TCP/IP層協(xié)議來遠(yuǎn)程控制數(shù)字家庭的，因?yàn)檫@其中涉及太多的細(xì)節(jié)需要處理。我們通常使用最高層的應(yīng)用層協(xié)議來進(jìn)行遠(yuǎn)程通信和控制?？紤]到客戶端終端的多樣性，即它們可能使用了不同的操作系統(tǒng)、編程語言，需要找到一種跨平臺(tái)的通信規(guī)范來實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)和程序的控制信息交換。

WebService由于具有良好的跨平臺(tái)特性和廣泛的企業(yè)支持，成為了遠(yuǎn)程訪問控制的首選。

WebServices是由企業(yè)發(fā)布的完成其特定商務(wù)需求的在線應(yīng)用服務(wù)，其他公司或應(yīng)用軟件能夠通過Internet來訪問并使用這項(xiàng)在線服務(wù)，簡(jiǎn)單來說，就是系統(tǒng)對(duì)外的接口。它是一種構(gòu)建應(yīng)用程序的普遍模型，可以在任何支持網(wǎng)絡(luò)通信的操作系統(tǒng)中實(shí)施運(yùn)行；一種新的web應(yīng)用程序分支，是自包含、自描述、模塊化的應(yīng)用，可以發(fā)布、定位、通過web調(diào)用。WebService是一個(gè)應(yīng)用組件，它邏輯性的為其他應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)與服務(wù)。各應(yīng)用程序通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和規(guī)定的一些標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式（如，HTTP、XML、Soap）來訪問WebService，通過WebService內(nèi)部執(zhí)行得到所需的結(jié)果。

WebService有很多優(yōu)勢(shì)，其典型優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）跨防火墻通信。如果應(yīng)用程序有成千上萬的用戶，而且分布在世界各地，那么客戶端和服務(wù)器之間的通

信將是一個(gè)棘手的問題。因?yàn)榭蛻舳撕头?wù)器之間通常會(huì)有防火墻或者代理服務(wù)器。傳統(tǒng)的做法是選擇用瀏覽器作為客戶端，寫下一大堆ASP頁面，把應(yīng)用程序的中間層暴露給最終用戶。這樣做的缺點(diǎn)是開發(fā)難度大，且程序很難維護(hù)。如果中間層組件換成WebService的話，就可以從用戶界面直接調(diào)用中間層組件，從而省掉建立ASP頁面的那一步。要調(diào)用WebService，可以直接使用MicrosoftSOAPToolkit或.NET這樣的SOAP客戶端，也可以使用自己開發(fā)的SOAP客戶端，然后把它和應(yīng)用程序連接起來，不僅縮短了開發(fā)周期，還減少了代碼復(fù)雜度，并能夠增強(qiáng)應(yīng)用程序的可維護(hù)性。（2）應(yīng)用程序集成。企業(yè)經(jīng)常要把用不同語言編寫的、在不同平臺(tái)上運(yùn)行的各種程序集成起來，而這種集成將花費(fèi)很大的開發(fā)力量。（3）B2B集成。用WebService集成應(yīng)用程序，可以使公司內(nèi)部的商務(wù)處理更加自動(dòng)化。但當(dāng)交易跨越供應(yīng)商和客戶、突破公司的界限時(shí)會(huì)怎么樣呢？跨公司的商務(wù)交易集成通常叫做B2B集成。用WebService來實(shí)現(xiàn)B2B集成的最大好處在于可以輕易實(shí)現(xiàn)互操作性，只要把商務(wù)邏輯“暴露”出來，成為WebService，就可以讓任何指定的合作伙伴調(diào)用這些商務(wù)邏輯，而不管他們的系統(tǒng)在什么平臺(tái)上運(yùn)行，使用什么開發(fā)語言。（4）軟件和數(shù)據(jù)重用。軟件重用是一個(gè)很大的主題，重用的形式很多，重用的程度也有大有小，其最基本的形式是源代碼模塊或者類一級(jí)的重用，另一種形式是二進(jìn)制的組件重用。

WebService在允許重用代碼的同時(shí)，可以重用代碼背后的數(shù)據(jù)。使用WebService再也不必像以前那樣，要先從第三方購(gòu)買、安裝軟件組件，再?gòu)膽?yīng)用程序中調(diào)用這些組件，而是直接調(diào)用遠(yuǎn)端的WebService就可以了。為了讓讀者有一個(gè)直觀的印象，本書以天氣預(yù)報(bào)的WebService服務(wù)為例，介紹WebService的簡(jiǎn)單用法。

天氣預(yù)報(bào)所在網(wǎng)址是

http：///WebServices/WeatherWebService.asmx

這個(gè)服務(wù)是由中國(guó)氣象局發(fā)布的。用戶直接在瀏覽器中輸入該網(wǎng)址，就能夠看到天氣服務(wù)的html界面，根據(jù)說明，點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕，即可查到全國(guó)重要城市的天氣狀況。天氣預(yù)報(bào)的服務(wù)網(wǎng)頁如圖6-14所示。圖6-14天氣預(yù)報(bào)的服務(wù)網(wǎng)頁用戶在瀏覽器中輸入

http：///WebServices/WeatherWebService.asmx?wsdl

就可以看到服務(wù)自描述wsdl文件，如下所示，這個(gè)文件是計(jì)算機(jī)能夠“看懂”的XML格式的信息，計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)識(shí)別并調(diào)用這個(gè)服務(wù)。其中描述文件的標(biāo)簽指出了能夠提供的服務(wù)的名字，而標(biāo)簽指出了服務(wù)所需的參數(shù)和返回值等。<wsdl：operationname=″getWeatherbyCityName″>

<s：elementname=″getWeatherbyCityName″>

<s：complexType>

<s：sequence>

<s：elementminOccurs=″0″maxOccurs=″1″

name=″theCityName″type=″s：string″/></s：sequence>

</s：complexType>

</s：element>我們可以通過http發(fā)出請(qǐng)求

POST/WebServices/WeatherWebService.asmxHTTP/1.1

Host：

Content-Type：text/xml;charset=utf-8

Content-Length：length

SOAPAction：″http：//WebX/getWeatherbyCityName″<?xmlversion=″1.0″e(cuò)ncoding=″utf-8″?>

<soap：Envelopexmlns：xsi=″http：///2001/XMLSchema-instance″

xmlns：xsd=″http：///2001/XMLSchema″

xmlns：soap=″http：///soap/envelope/″>

<soap：Body><getWeatherbyCityNamexmlns=″http：//WebX/″>

<theCityName>string</theCityName>

</getWeatherbyCityName>

</soap：Body>

</soap：Envelope>

斜體部分的length和string需要替換為實(shí)際的消息體長(zhǎng)度和城市名稱。網(wǎng)頁會(huì)回復(fù)一個(gè)消息，其中包含請(qǐng)求結(jié)果，片段如下：<ArrayOfString>

<string>直轄市</string>

<string>北京</string>

<string>54511</string>

<string>54511.jpg</string>

<string>2012-5-201∶01∶05</string>

<string>16℃/29℃</string>

<string>5月20日多云</string><string>無持續(xù)風(fēng)向微風(fēng)</string>

<string>1.gif</string>

<string>1.gif</string>

<string>今日天氣實(shí)況：氣溫：23℃；風(fēng)向/風(fēng)力：東風(fēng)3級(jí)；濕度：55%；空氣質(zhì)量：較

差；紫外線強(qiáng)度：弱</string>

<string>18℃/30℃</string>

<string>5月21日晴轉(zhuǎn)雷陣雨</string>

<string>無持續(xù)風(fēng)向微風(fēng)</string><string>0.gif</string>

<string>4.gif</string>

<string>15℃/28℃</string>

<string>5月22日雷陣雨轉(zhuǎn)晴</string>

<string>無持續(xù)風(fēng)向微風(fēng)</string>

<string>4.gif</string>

<string>0.gif</string>

<string>

</ArrayOfString>

6.4LookeyHome智能家居平臺(tái)

6.4.1平臺(tái)框架

LookeyHome平臺(tái)基于微軟的WCF通信框架，開發(fā)出了針對(duì)智能家居環(huán)境的Agent中間件套件，并實(shí)現(xiàn)了集中管理的Agent網(wǎng)關(guān)。本平臺(tái)從邏輯上一共分為五個(gè)層次，自下而上分別為設(shè)備層、物理層、代理層、服務(wù)層和表現(xiàn)層，如圖6-15所示。圖6-15LookeyHome平臺(tái)的通信框架LookeyHome平臺(tái)的實(shí)物圖連接如圖6-16所示。圖6-16LookeyHome平臺(tái)的實(shí)物連接圖

1.設(shè)備層

設(shè)備層由智能空間中所有有能力和系統(tǒng)進(jìn)行信息交互的設(shè)備所組成，是整個(gè)系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)的最底層，系統(tǒng)的原始信息采集以及系統(tǒng)指令的最終動(dòng)作都在這一層完成。

2.物理層

物理層由設(shè)備層的設(shè)備和其之上層次進(jìn)行通信的所有物理通信通道和附加在物理通信通道上的通信協(xié)議組成。智能空間中各種設(shè)備的多樣性決定了物理層所包含的通信介質(zhì)和協(xié)議異常豐富，基本包含了所有常見的通信介質(zhì)和協(xié)議，比如ZigBee、紅外、RS232、Bluetooth、WiFi等。也就是說，設(shè)備層和物理層構(gòu)成了一個(gè)智能空間中的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。

3.代理層

代理層其實(shí)可以看做是一個(gè)物理通信通道和通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換中間件。任何一類設(shè)備所使用的物理通信通道在這個(gè)層次中被轉(zhuǎn)換成具有承載TCP/IP協(xié)議能力的物理通道；任何一類設(shè)備所使用的通信協(xié)議在這個(gè)層次中被轉(zhuǎn)換成WebService協(xié)議。如此，一個(gè)復(fù)雜的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)就被轉(zhuǎn)換成了相對(duì)簡(jiǎn)單的同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，而對(duì)設(shè)備的功能調(diào)用也都統(tǒng)一到WebService接口上，這樣就極大地簡(jiǎn)化了邏輯上層的實(shí)現(xiàn)難度，使智能服務(wù)成為可能。代理層的轉(zhuǎn)換工作是由協(xié)議轉(zhuǎn)換Agent來完成的，整個(gè)代理層也可以看成是由針對(duì)不同類型設(shè)備的協(xié)議轉(zhuǎn)換Agent組成。

在實(shí)際的應(yīng)用中，需要依據(jù)每種類型設(shè)備分別開發(fā)一種協(xié)議轉(zhuǎn)換Agent。智能空間中所有的Agent組成了該空間的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)同構(gòu)化中間件?？傊?，代理層將異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)變成了同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，但由于每種Agent提供的服務(wù)可以是自定義的，因此其服務(wù)還是異構(gòu)的。

4.服務(wù)層

服務(wù)層將完全不相同的協(xié)議轉(zhuǎn)換成了統(tǒng)一接口的WebService，每一個(gè)設(shè)備都存在一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的WebService，因此從服務(wù)層向下看去，沒有設(shè)備的概念，只有一個(gè)一個(gè)的WebService。服務(wù)層集合了所有的單個(gè)服務(wù)，在特定的情形下服務(wù)層還可以將類似的、有關(guān)聯(lián)的單個(gè)服務(wù)組成功能更強(qiáng)的組合服務(wù)（CompositeService），便于集成調(diào)用。服務(wù)層的邏輯功能實(shí)際上由一個(gè)Agent網(wǎng)關(guān)來完成?？傊?，服務(wù)層將面向一組Agent的異構(gòu)服務(wù)調(diào)用變成了面向一個(gè)Agent網(wǎng)關(guān)的同構(gòu)服務(wù)調(diào)用。

5.表現(xiàn)層

表現(xiàn)層是智能空間狀態(tài)的呈現(xiàn)者和服務(wù)的調(diào)用者。表現(xiàn)層將抽象的服務(wù)調(diào)用過程狀態(tài)通過和諧的人機(jī)交互界面呈現(xiàn)給最終用戶，其本質(zhì)上是一個(gè)