解析智能家居系统:通讯网络架构

2016-02-16 08:39:36 来源: 热度:
众所周知,智能家居最重要的也就是实现智能产品之间的互联互通,如何实现智能家居产品之间的联通,如何在喊出命令时,保证产品的执行力?
  
这一切必须要涉及到通讯架构。而当前智能家居的通讯网络架构包括三大类。
  
智能家居通讯网络架构三大类技术
  
实现智能家居控制的就属于信息网络和控制网络技术。主要有三类:总线技术、无线技术、电力载波技术。
  
总线技术就是将各部件连接到计算机处理器的一个元件,通过总线能使整个系统内各部件之间的信息进行传输、交换、共享和逻辑控制等功能。被分为外部和内部总线、系统总线和非系统总线等等。
  
无线技术也分不同种类,通常以产生无线信号的方式来区分,目前主要的方式有调频无线技术、红外无线技术和蓝牙无线技术三种,其成本和特点也不尽相同。
  
电力载波通讯即PLC(Power-line-Communication),是电力系统特有的通信方式,电力载波通讯是指利用现有电力线,通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。最大特点是不需要重新架设网络,只要有电线,就能进行数据传递。
  
 
一、总线技术在智能家居中应用
  
总线技术应用在智能家居方面在于,家庭总线系统。家庭总线是智能家居实现的重要基础,是住宅内部的神经系统,其主要作用是连接家中的各种电子、电气设备,负责将家庭内的各种通信设备(包括安保、电话、家电、视听设备等)连接在一起,形成一个完整的家庭网络。
  
日本是较早提出家庭总线系统(简称HBS)概念,成立HBS研究会,制定了日本的HBS标准,后面又发展成为S-HBS系统,也即超级家庭总线。
  
二、无线技术在智能家居中的应用
  
就目前而言,无线智能家居根据所使用的技术不同,主要分为蓝牙、Wi-Fi、Zwave和ZigBee四种,无线技术让人们得以实现对家居的远程控制。下面我们不妨先从日常接触最为频繁的WiFi说起。
  
基于WiFi技术的智能家居产品最为常见,其优势在于传输速率快,且产品成本低,生活中也最为普及,对用户来说,基于WiFi的智能家居组合最为省事,购买设备直接组网即可。
  
凡事都存在两面性,WiFi虽然传输快、普及广,但也存在着自身的技术劣势:其最大的问题要属安全性非常低,无线稳定性弱;功耗大也是其弱点之一,将导致其在家居领域的应用受限,例如智能门锁、红外转发控制器、各种传感器等不适宜使用;此外,WiFi的组网能力也相对较低,目前WiFi网络的实际规模一般不超过16个设备,而实际家居环境中,仅开关、照明、家电的数量就已远远多于16个,显然发展空间受到了一定的限制。

三、电力载波在智能家居领域的应用

电力载波在国外智能家居领域的应用已经有几十年,在智能家居进入我国时,电力载波也是最先被引入的技术,然而传统的电力线载波也存在许多弱点,如通道干扰大、信息量小、频率拥挤等,同时传统窄带调制技术传输速率较低(传输一个指令需要0.883s)。这使得在过去较长的一段时间限制了电力载波技术在智能家居行业的应用。
  
随着电力载波技术的不断发展,国内厂家已开发出使用OFDM调制技术的载波通信系统,峰值通信速率可以达到400kbps,稳定运行通信速率也已经达到100kbps,足以满足现有智能家居应用对速率的需求,也让我们看到电力载波在智能家居领域应用的广阔前景。
  
产业趋势:多通信技术并存
  
智能家居的发展呈现智能化、网络化、人性化、信息化、集成化方向发展。总线型、无线通讯和电力线载波通信作为智能家居主要的技术路线,获得了大多数认可;同时,三者之间无法相互替代,有线、无线、电力线多种通信技术并存是未来的产业趋势。
  
不过,智能家居行业的发展一日千里,技术更新步伐也较快,有线技术需要穿墙布线,工期长,不能升级换代,已经不能满足消费者的个性化需求。无线技术则凭借免布线、移动性强、低成本等优势成为市场新宠。
  
此外,自动组网、设备拓展能力强也是其优势之一,而功耗较低、健康节能更是符合低碳生活的绿色家居概念的理念。并且,无线方式维护简单,可快速检测出问题所在,并及时修复。
  
在无线方式上,又分为蓝牙、Wi-Fi和ZigBee等主要几种技术,前两者组网性能差,稳定性薄弱,而ZigBee正凭借成本低、组网快、低复杂度等特点迅速成为新时代的主流无线通讯技术,主要适合用于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备。据悉,目前ZigBee联盟正积极介入中国智能家居行业标准的制定工作,将进一步促进产业的推广和发展。
  
总线型、无线通信和电力线载波通信三种技术线路无法相互替代,有线、无线、电力线多种通信技术并存是未来的产业趋势。就智能家庭领域而言,无线通信技术有着独特的优势,近年来智能家庭的发展趋势也验证了这点,无线通信在智能家庭中已成为最主要的通信方式。
  
智能家居领域的协议们
  
日本是较早推动智能家居发展的国家之一,它较早地提出了家庭总线系统HBS的概念,制定了日本的HBS标准。为适应大型居住社区的需要,1988年年初,日本住宅信息化推进协会又推出了超级家庭总线(SuperHomeBusSystem,简称S-HBS),它适用于更大的范围,因为一个S-HBS系统可挂接数千个家庭内部网。
  
LonWorks协议是美国Echelon公司开发并与Motorola和东芝公司共同倡导的现场总线技术,它支持多种物理介质,适用于双绞线、电力线、光缆、射频、红外线等,并可在同一网络中混合使用。支持多种拓扑结构,可以选用任意形式的网络拓扑结构,组网方式灵活。应用范围主要包括楼宇自动化、工业控制等,在组建分布式监控网络方面有较好的性能。
  
X-10是历史最长且使用最简单的一种协议,1978年诞生于美国,至今仍是美国家庭自动化的主导系统。之所以说X-10协议简单是因为它直接利用住宅电力线作为控制总线,通过电力线将各控制器与各功能接口器相连并实现程序控制,不必再穿墙打孔,更有利于改变结构空间,用户可自己动手安装,价格也比较低廉。
  
而CEBuS作为电子工业推广协议,与欧洲的EHS标准同为欧美家庭自动化电子产品的行业推荐标准。
  
Zigbee和Z-Wave新的无线技术,使用网格式技术每个端口都同时配备一个接收器和一个传导器,以最有效的方式从一个端口到另一个端口贯穿整个设备来传播信号。在您的家里有越多的端口,这项技术工作起来就越见成效。
  
目前用于家庭内部的无线传输技术还包括无线通信HomeRF、蓝牙技术、WAP、无线以太网等,而HomeRF和蓝牙技术相对来说比较受欢迎。
  
Insteon,在家居控制领域最新的协议,提出了一项RF/PLC交互的协议,家里的无线或有线电力装置可以互相交流,而无需各种线路和插头。
  
智能家居统一标准一旦确立 将给厂商带来巨大商机
  
在技术上,智能家居建设面临的挑战不是设备或实施问题,而是标准与协议问题。智能家居是一个多行业交叉覆盖的系统工程,各设备厂商按照不同的接口标准与协议生产设备,其结果是:不同设备之间的互连、互通变得非常困难。因此,建立共同遵循的标准与协议是发展智能家居必须首先解决的问题。
  
目前,智能家居领域的国际标准尚未成熟,各大厂商和相关组织机构正在着手建立和制定智能家居系统内部设备之间的网络接口标准和数据传输协议。抓住机会,参与标准的制定,将给国内厂商带来无穷的机会。
  
结语:智能家居要获得巨大发展,其互联互通异常重要,而通讯网络架构技术就是促使智能产品之间更好地互联互通。当前,总线技术热度褪去,无线技术逐渐兴起,然而其是否能够统领通讯网络架构技术,答案是否定的,至少当前是三类技术交融互补时期。
  
三类技术成鼎立之势,哪种技术获得市场认可,统领智能家居,我们拭目以待。

责任编辑:高娟