德达智能系统研究院 刘文柱

摘 要： 对于小区的智能化，人们现在非常关注“最后一公里”的问题，实际上仅仅解决了一半，家庭网络才是宽带连接“最后一百码”需要完成的任务。本文针对“最后一百码”——家庭网络中的各种应用技术进行了详细说明，最后列举了家庭网络与社区网络连接的案例。
关键字： 家庭网络　　应用技术　　IDMS－2000

引 言
随着网络运营商“跑马圈地”，纷纷为小区宽带接入，相信几年以后智能小区进入一个完全信息服务的时代。虽然现在这个“信息高速公路”上还没有特别好的“车”跑，但随着市场的规范，软件建设的日臻完善，安全、成熟的运营模式必然会建立起来。无论是开发商、运营商、物业公司，他们要解决的核心问题都是如何为小区住户提供完善的服务，可以说无论智能化程度多么高的小区，他的智能化内容都是围绕着服务进行的。现在小区的“最后一公里”竞争异常惨烈，但是我们还是应该考虑住户的需求，我们认为“最后一公里”仅仅解决了智能化的一半问题，小区“最后一百码”的建设才是目前更应该重视的问题。“最后一百码”主要指的是家庭网络的建设，实际上家庭网络的竞争也很激烈，目前的应用技术也是非常多，下面对这些应用技术作一个说明，首先从家庭网络说起。
一.家庭网络概述
近几年，智能小区的内涵在不断地丰富和完善。智能小区的出现是房地产业与计算机网络通信技术相结合的产物。网络通信技术所带来的应用前景是不可限量的，而且普及应用的速度和网络技术本身的发展速度也是无法预言的。
这里面还有一个重要的问题需要解决，那就是小区宽带接入“最后一百码”——家庭网络与宽带之间的连接以及家庭网络内部连接的问题。目前解决连接问题的技术很多，下面对家庭网络连接技术作一个说明。
网络技术正以前所未有的速度渗入普通家庭，电话会议、电视、家用电器、CD、VCD实现信息家电，实现家用电器远程控制，远程自动抄表，现在人们关注最后一公里的问题，实际上仅仅解决了一半，家庭网络才是宽带连接最后一百码需要完成的任务。
家庭网络分为两个不同市场：一个是计算机互连和娱乐的需要较高速度的网络；另一个是控制需求，可以稍慢一些的网络应付，这里包括：控制加热、通风与空调、照明、给排水、安全等系统。
目前，国内外的很多公司都已经提出了对信息时代的智能家居系统的理解和看法，有的厂商还只是停留在概念上，有的正努力开发着相应产品，也有的已经提出了自己的产品，而且相应市场也正在逐渐形成。
在我们考虑家庭网络的集成时，我们还要考虑目前已经在家庭中广泛存在的家庭安防系统，因为这也是非常重要的一个方面。从目前中国房地产的热点来看，智能化已经成为一个必不可少的要素了。但不可否认，目前的智能化仅仅停留在小区的公共设施的自动化管理、停车收费、一卡通、安防和信息发布上，人们还无法在日常生活中切切实实感受到智能化所带来的好处，特别是在家庭内部。
另一方面，当前家庭中大量存在的还是普通的家电，而且在很长时间内是不会被信息家电所替代的。所以也有必要将它们像信息家电那样智能地通过网络来控制。由于不需要实现信息家电那样复杂的功能，因此可以通过比较简单的方法来实现自动化控制的目的。可以考虑在家电互联网络之外，建立一级速度更低，价格更低廉的家庭控制网络。建立这样一种网络的目的在于，将所有家庭内部的非智能设备和照明设备也都相连接成网络，统一管理和控制，并实现与家庭互联网络的互动，同时也能够与外部的宽带互联网连接，使得家庭中的每个设备都可以享受互联网的资源。
但在家庭网络方面，目前还存在着各种技术的相互竞争。目前，在家庭网络中应用的技术主要有：现场总线技术、宽带技术，无线技术以及电力线载波技术等。
二.家庭网络的应用技术
1.现场总线技术
1）LonWorks总线技术
LonWorks技术由美国Echelon公司推出，是目前控制领域中应用最广的通用控制总线技术之一，得到世界上许多著名工控产品生产厂家的支持。
LonWorks技术之所以得到如此广泛的应用，是基于其诸多优良特性：
▲ 开放性和互操作性
LonWorks节点中固化在Neuron芯片内部的LonTalk协议提供了OSI参考模型所定义的全部七层服务，支持多种通信媒质。LonTalk协议使各厂商的产品之间相互兼容，具有很好的互联性和互操作性，便于采用不同厂商的产品对系统进行扩容。协议安全可靠，提高了系统的安全性、准确性和可靠性。
▲ 分布式无主站控制
LonWorks网络采用无主站点对点的对等结构，每个节点都能完成控制和通讯功能，部分节点的故障不会造成系统瘫痪，提高了系统的稳定性，降低了维护难度。
▲ 系统结构灵活
LonWorks网络拓扑结构灵活多变，可根据建筑物的结构特点采用不同的网络连接方式，可以最大限度的降低布线系统的复杂性和工作量，提高系统可靠性。
▲ 面向对象的设计方法
LonWorks网络通信采用面向对象的设计方法，引进“网络变量”的概念，使网络通信的设计简化为参数设置，节省了大量的设计工作量，使用开发周期大大缩短。
▲ 费用较低
可以节省硬件数量与投资；由于分布式结构，节省布线、安装与维护费用。
2)BACnet
BACnet是A Data Communication Protocol for Building Automation and Control Network的简称，是一种为楼宇自控网络制定的数据通讯协议。
BACnet是一个标准通讯和数据交换协议。各厂家按照这一协议标准开发与楼宇自控网兼容的控制器与接口，最终达到不同厂家生产的控制器都可以相互交换数据，实现互操作性。换言之，它确立了在不必考虑生产厂家，不依赖任何专用芯片组的情况下，各种兼容系统实现开放性与互操作性的基本规则。
BACnet采用了面向对象的技术，它定义了一组具有属性的对象（Object）来表示任意的楼宇自控设备的功能，从而提供了一种标准的表示楼宇自控设备的方式。同时BACnet定义了四种服务原语来传递某些特定的服务参数。目前BACnet共定义了18个对象，123个属性和35个服务。由于一个楼宇自控系统中并不是所有的设备都要有必要支持BACnet所有的功能，BACnet协议还定义了6个性能级别和13个功能组。
3）RS485总线技术
基本原理：
利用电压之差传输信号，总线采用两线制，一根为正，一根为负，传输时“＋”比“－”电压高，则收作“1”，否则为“0”。
主要优点：
A、相对232而言线少，通讯介质可多种；B、利用压差传输距离较远，在1Km－2Km之间；C、通讯速度较快，25600Bps；D、组网容易；E、编程容易；F、开发容易，成本较低。
主要问题
A、协议不好统一，应用时需要内定；B、通过方式是半双工方式；C、七层协议仅提供2层。
2.宽带技术
1）HFC技术
基本原理：HFC技术实现“三网合一”，即电话网、数据网、有线电视网合一。从理论上讲，采用频率分割、数字压缩、调制解调等技术，在有线电视HFC网上，除了传输常规的电视信号外，还可以进行高速的数据传输，实现图像、数据和语音"三网合一"。现在有线电视网络通常采用光纤/同轴电缆混合网，带宽最大可达1GHz，成熟实用的是750MHz。
主要优点：
▲ HFC在入户的所谓“最后1公里”具有高达750甚至820MHz的带宽。
▲ 布线简单，无须重新布线，节省投资。
▲ 可借助线缆智能控制器CDT实现报警、三表远传。
2）IP技术
IP（Internet Protocol）技术的核心是计算机网络所采用的TCP/IP协议，因此可以把采用IP技术的通信网络统称为TCP/IP网络。因特网是一种最典型的TCP/IP网络，它也是IP技术的一种最成功的应用。经过多年的发展，它已经成为世界上规模最大、信息资源最丰富的计算机网络。
在计算机网络通信过程中，IP层协议起着核心的作用：一方面，为了提高数据传输的效率，它采用非连接方式传递数据，这样上层应用不用关心低层数据传输的细节；另一方面，IP层竭力使底部物理层的多样性对上层透明，上层应用程序并不知道数据是通过光纤还是通过卫星传送给对方的。正因为这样，因特网可以充分利用各种通信媒质，从而把全球范围内的计算机通过统一的IP协议连在一起。
3.无线技术
无线通信主要有微波通信、红外通信与激光通信，卫星通信可以看成是一种特效的微波通信系统。由于微波载波频率很高，可以同时传送大量信息，当用于数字通信时，数据传输率可达若干MBPS。微波属于一种视距传输，它沿着直经传播，不能绕射。红外通信与激光通信也属于方向性极强的直线传播，发送端与接受端必须可以直视，中间没有阻挡。由于微波通信信道、红外通信信道与激光通信信道都不需要铺设电缆，因此对于连接不同建筑物之间的局域网特别有用。
4.电力线载波技术
1）电力载波的基本原理
把水表、电表、气表的数据通过采集终端设备将数据调制后，通过电力线传送，在接收端解调还原成数据信号，在同一台配电变压供电范围内用户统一编址，并由采集器巡回读写。电力载波重要优点利用电力线传输，节省资源。
2）电力载波应用状况
我国的电网在传输数据过程中，经常会受无线电信号、电磁信号、脉冲信号、强电的磁场效应和尖峰效应的干扰，导致传输数据错码、丢码的情况。在家用电器启动时，瞬间会产生极大的电压产生许多脉冲信号，这些干扰信号都叠加在电网上，造成数据传输结构与原表的误差。要解决我国电网的纯净度，就需要相当大的投资，资助必须解决的许多关键性技术问题。
三.LonWorks技术在家庭网络中的应用
家庭网络应该包括宽带互联网、家庭互联网和家庭控制网络三方面。这三种网络之间的关系在于：宽带互联网是家庭对外的桥梁，与外界的沟通和互动都是通过它来实现的；家庭互联网是建立在信息家电的基础上的，是一个较低速度的，与互联网很好连接的网络；家庭控制网络则更低一级，只是简单地把智能的家电给控制起来，通讯速度更低，价格更低廉，而且从某种意义上来讲，这只是信息家电普及前的一个过渡和补充。
这样，完全可以勾勒出一个信息时代家庭网络的蓝图。首先家里通过宽带互联网基本形成一个与外界联系的高速网路，在它的下面是把信息家电连接成网的家庭互联网络，以及把非智能家电连接成网络的家庭控制网络。下面通过一个案例来说明整个家庭网络的构成：
LonWorks在国内的某些领域则具有较高的知名度，不少专家学者和研究机构对LonWorks都很有兴趣，成为一个热门的研究课题。在应用上，LonWorks也取得了比较好的成绩，特别在信息采集和控制方面已成为事实上的行业标准。1997年7月Echelon允许在牌照管制的条件下将LonWorks通信协议用于其它CPU上，并委托Adept Systems,Inc.在Motorola的32位微处理器68360上开发相关软件。同年8月LonWorks被EIA的集成家庭系统技术委员会（Integrated Home Systems Technical Committee）定为家庭网络（Home Networking）的标准，编号为EIA/IS－709。下面是北京德达公司基于LonWorks技术，独立研制的家庭智能控制系统，其结构图如下：
一般地，从结构上来讲，家庭智能控制网络由家庭智能控制器、家庭布线、传感器/执行器等构成；每一个家庭智能控制器作为智能小区控制网络中的一个智能节点，互联成网并上联至小区综合管理系统，通过小区的局域网联至广域网，配合使用现有的电话线路实现对受控设备随时、随地地监控。
从信息组成上来讲，家庭智能化控制网络包括语音信息、数据信息、视频信息以及控制信息等；多功能上来讲，家庭智能控制系统包括安防功能（可视对讲、防盗报警、火灾探测、煤气泄漏报警、玻璃破碎探测以及紧急呼叫按钮）、控制功能（灯光控制、空调控制、门锁控制及其它家用电器的启停控制）、娱乐功能（家庭影院、有线/卫星/闭路电视、交互式电子游戏）、通讯功能（电子邮件、远程购物/教育、三表远传、多功能电话、ISDN、VOD、信息高速公路的接入）等等。
IDMS－2000家庭控制网络突出的地方是把宽带互联网和家庭网络纳入到家庭控制网络中来，构成一个大的家庭控制网络，如下图：
其中，各种家用电器通过控制网络联网实现：1）实现远程开关控制；2）远程设定：包括温度、湿度设定；多级风速设定；3）可以上网，实现网上购物及菜谱下载；4）远程实时查询运行状态；5）电话遥控；6）故障自行诊断及反馈；7）本地机所有功能。
四.结束语
综上所述，由于家庭网络是一个刚刚起步的事业，相关的技术比较多，无法简单地断定哪一种技术或哪几种技术是目前的标准，也无法准确在预测在今后的发展中，哪一个会成为最终的标准。而且从市场规模或技术发展趋势中也可以看出，近几年之内难以形成相应标准化，也很难开展标准化进程。但这不是意味着对标准化的放弃。因为从其他行业的经验看，在几年之后，当市场进入成熟阶段时，早一步进入市场的，在市场上占有优势的产品将带动产业界的标准化，到那个时候，随着标准化的建立和更多的厂商的加入，无疑会将这个事业推向新的高峰。
在今天，信息通讯技术发展的多样性、多变性和飞速性对今后的技术方向和标准的建立提出了更为艰巨的课题。信息通讯的目的在于相互之间的信息交流，而标准化技术是关键。但在家庭网络方面，目前还存在着各种技术的相互竞争。而且从过去的例子可以知道，信息通讯技术与其它领域的技术有所不同，即新技术会迅速普及，旧的技术会快速退出市场。但考虑到智能家居产品将长期应用在家庭，必须慎重选择适用于家庭网络的技术和系统结构，以确保人们的长期利益。