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智能家居数字网络迎接无线时代

    数字化生活的概念正在变为现实。越来越多的生产商开始介入到家庭数字化的网络、设备、服务应用的研发之中。但由于网络技术标准、信息产品的接口标准、网络带宽及成本,都成为家庭数字化的瓶颈,同时也影响着数字化家电产业的发展。
    
    数字家庭:网络为基
    
    智能化数字家庭是一个完整的体系。它的实现不仅需要数字化设备,而且要依赖于宽带网络环境和智能小区建设。在自动化、智能化、通信、网络、多媒体等技术的驱动下,只有数字家电、建筑、社区等家居环境的不断融合,才能使时尚、简便、舒适的数字家庭生活变成现实。
    
    家庭生活数字化所带来的一场数字化革命,已经深刻地影响着国民生活信息化,并改变着国民经济发展的进程。数字家庭理念不仅渗透到IT业、家电业、家居业、房地产业等领域,并已对人们的生活方式产生重大影响。
    
    2003年6月,英特尔、IBM、联想、微软等17家业界领先的消费电子、计算机和移动设备公司发起的“数字家庭工作组”宣布成立。该工作组旨在建立一个基于开放的工业标准的互操作性平台,并将确立技术设计规则,供企业用来开发与数字家庭有关的产品,使消费者可以通过家中的有线或无线网络,共享各种设备的数字内容。在国内,由联想、TCL、康佳、海信、长城等5家企业发起“信息设备资源共享协同服务标准化工作组”,打造数字家庭的中国标准。
    
    数字家庭将改变人们的生活方式,为人们提供方便、安全、智能化、舒适的数字化生活。智能化数字居家是一个完整的体系,它的实现不仅需要数字化设备,而且要依赖于宽带网络环境和智能小区建设。
    
    随着宽带的有线和无线接入技术的发展,新一代网络技术的应用使得服务内容与形式产生重大变革,各种新型的数字服务,涵盖教育、医疗保健、网上购物、文化娱乐等各个层面,为数字化家庭的实现推波助澜。智能化数字居家网络是一种新型的数据传送网络,它是构成家庭数字化网络系统的基础,已经发展经历四个阶段:单一模拟设备的连接网络、模拟视音频网络的形成、电脑网络的连接、家庭数字网络的形成。
    
    由于电脑的价格下降及实用软件的大量推出,越来越多的家用级电脑附件进入普通百姓家庭,于是形成了一个以家庭电脑为中心的家庭电脑网络。将打印机、电视机、音响等家用设备通过路由器与电脑连接,形成初级的家庭数字网络。在这个阶段,电脑生产商也开始介入家电应用领域,出现了类似于HTPC的概念产品,使得电脑变成了多媒体的平台。
    
    与此同时,一些家电生产商也开始介入家庭网络电器领域,开发出一系列网络型电器,如网络冰箱、网络微波炉、网络电视机等。有部分网络内容服务商也介入数字服务网络,开发出类似于机顶盒等技术。这一切似乎意味着家庭数字化的市场前景一片光明,将会有越来越多的企业与研发机构会介入这个领域,并在这个领域中大显身手。
    
    数字生活离不开数字网络技术支持,这个概念仍处于初级阶段。目前正于处于大量的模拟技术向数字技术转移的过渡时期,许多电器产品仍未完成数字化。同时数字化电器产品的价格还未到大众普及阶段的水平,许多家庭只有到搬新家时才会对所有电器设备进行更新。用户关心的是实用性与先进性的统一,表现为既能实现最新的功能,又能与家庭中原有的模拟设备之间兼容。需求的力量往往大于技术创新的力量,生产商不断追求利润最大化,而不得不去迎合用户的口味,也使得数字化产品的研发与推广面临着更大风险。
    
    智能化数字居家的组成包括:家庭网关、各种信息终端设备和智能家电设备。智能化数字居家联网环境的构筑,能使各类终端互联,并通过家庭内部有线或无线方式的互联技术,实现家庭网络各信息终端设备和智能家电设备的自组织联网。
    
    目前,从事智能化数字居家网络标准化的组织非常多,国外有DLNA、ITU-T、UPnP、UOPF、ECHoNET等,每个标准化组织所涉及的情况不尽相同,而数字家庭涉及的各种业务和技术也非常繁杂,它们均不能包涵整个家庭数字化行业。
    
    无线:摆脱线缆束缚
    
    无线传送技术是一种比较理想的网络技术。无线传输的最大优点在于摆脱了线缆的束缚,可满足按需添加、更换和升级电器的要求。
    
    当前的智能化数字居家网络连接领域,各种底层技术层出不穷,无论是无线的IEEE 802.11系列、UWB、MIMO、wireless 1394,还是固网的Ethernet、HomePNA、HomePlug、Coax等等网络技术标准,虽然它们各有特点,每种技术标准的可靠性或可用性上都还存在一定不足。虽然Ethernet目前市场占有率最高,但是由于其布线要求高、灵活性差,其市场份额已逐渐被Wireless技术取代。
    
    目前还没有形成一种可以完全适用于家庭数字网络的网络标准。智能化数字居家网络技术标准不同于工业网络标准,它更讲究的是成熟性、可靠性、通用性、实用性、低成本,只有当这种网络连接技术的出现,才能使得智能化数字居家从概念转化为现实。
    
    对于智能化数字居家网络来说,线缆和接口是很关键的部件,大部分电器可能是线缆的阻抗不匹配而造成电器性能下降。目前的电器连接局限在有限的几台设备之间,而且数据传输速率较低,如果升级到高清的数字电视,线缆的影响可能会更大,如果使用不合格的线缆,轻者使图像质量下降,重者可能无法接受。 接口也有同样的问题,随着半导体工艺的提高,芯片抗击静电的能力有所下降,对于具有热插拔功能的接口技术要求很好的防静电设计,电器本身也需要有很好的接地,如果这两者不理想,很有可能在热插拔时将芯片击坏,严重的可能伤害整个系统。
    
    目前比较流行的无线传输方式有蓝牙(Bluetooth)和无线局域网(WLAN),无线超宽带(UWB)是一个比较新的标准。WLAN适合应用在高速的数据网络,而UWB适合应用在高分辨率的音视频信号传输和短距离的高速数据同步。蓝牙受限于其传输速率过低的缺点,使用范围受到一定的限制。
    
    WLAN已是很成熟的技术了,除了应用在数据网络,应用在家用电器也有尝试。但WLAN的传输速率还是比较低,无法满足高清电视节目的传输需求,而且发送需要的功率较大,带来的结果是成本比较高。
    
    UWB是新兴的标准,从技术上来讲很适合应用在家庭网络,具有传输速率高、发送所需的功率小、成本低等优点。
    
    对于智能化数字居家网络方案中将会有多种技术并存,同时也要使用兼容各种接口标准,根据不同的设备对数据通讯的要求与能力,选择最合适的通讯接口与标准。无论是无线标准还是有线标准,都需要满足大容量、高速度的数据传送的要求,还需要与选用的电器设备相匹配,并还需要考虑通讯方式之间的干扰问题、设备安装调试便利性问题、设备与软件升级问题、室内装璜的兼容性问题。
    
    光纤:实现大容量传输
    
    采用光纤与无线网络技术,可以满足今后数年内智能化居家控制与高容量的数字化服务内容。
    
    目前绝大部分营运商都在研究如何将光纤网络技术接入用户端,光纤技术能否迅速解决大部分数据服务商与用户之间的接入瓶颈问题,将直接影响到营运商的得益。
    
    随着数字化生活的需求不断增长,越来越多的家庭在数字化的过程中需要增加新的系统设备,构建家庭数字化生活的硬件平台。就目前家庭数字化系统的硬件支持技术而言,仍处于一个初级阶段,更多的用户考虑的只是流媒体系统的硬件系统,还没有涉及到整个智能化数字家庭的系统。作为整个智能化数字家庭系统而言,基本组成部分有以下几方面:互联网接入系统、家庭局域网、数字网络家电、智能化控制与管理系统、多通道数字通信系统、传感器网络系统、流媒体系统等。这些系统互相联接、互相传送数据,以实现居家智能化的管理与控制所构成的智能化数字网络系统称之谓数字化家庭。
    
    智能化数字居家是一个多功能的管理系统,众多的功能子系统间还要具有协同配合的能力。这些系统包括:照明控制、电器控制、环境监测、视频监控、设施监控、家庭娱乐、背景音乐、通讯设施、门禁管理、健康监测、居家采购、花园自控、宠物监护、信息安全等等。智能化数字居家应该是建立在自动控制、计算机和通讯技术的基础之上,为人们提供现代数字生活服务。把人们生活中的各种需求系统,通过居家智能产品与设备整合在一起,并与社会互联集中控制、监测、管理与交流于一体的居家智能化、信息化平台。
    
    从目前现有的网络技术来说,还很难实现多种数据从单一的网络上传输。从未来发展趋势来分析,未来的现代智能化的居家中的数字网络将有二种形式:有线光缆网络与无线网络。
    
    虽然,目前使用光纤网络技术的成本还很高,施工的工艺要求较高,但随着光纤生产技术的成熟和普及,光缆的市场价格将会不断降低;对于室内局域网而言,光纤网络可以实现宽带上网、有线电视(CATV)接入分配网、传统固定电话接入分配网、视频监视网、流媒体共享网、数字娱乐网、智能家电控制网、家庭智能化控制管理网并网。
    
    作为光纤网络中的最理想的方案是采用全光网技术,这也是近些年来光纤网络技术发展后形成的最新技术。所谓的全光网(ASON)技术是指光信息流在网络中的传输及交换时始终以光的形式存在,而不需要经过光/电、电/光变换。也就是说,信息从源节点到目的节点的传输过程中始终在光域内,波长成为全光网络的最基本积木单元。由于全光网络中的信号传输全部在光域内进行,因此,全光网络具有对信号的透明性,它通过波长选择器件实现路由选择。全光网络以其良好的透明性、波长路由特性、兼容性和可扩展性,成为下一代高速(超高速)宽带网络的首选。
    
    在理想的全光网中,信号的交换、选路、传输和恢复等所有功能都以光的形式进行。智能化数字居家网络还可采用新型塑料光纤,这种光纤材料的传输速度每秒可达10Gbps,是现有玻璃光纤的10倍。新型高速塑料光纤的问世,不仅将对基础干线网,同时也将对家用电脑、智能化电器等终端机的光纤化产生巨大推动作用。
    控制系统:分布式智能网关最合适
    
    分布式智能网关控制系统是最符合智能化数字居家概念,在这个方案中,网络技术将成为实现智能的基础。由于大量数据信息的采集、智能化设备的控制接点都需要稳定、可靠与宽带网络技术。
    
    未来智能化居家中的数字网络将会是有线光缆网络与无线网络。主要的应用方式为:有线光缆网络主要用于大容量的流媒体数据内部交换与宽带网络接入;智能化控制系统将会采用无线智能网络。
    
    各系统需要通过一种共享的网络系统来进行数据的传送及控制,其中将会有视频数据、音频数据、通讯数据、外网数据、采集信号、控制信号、反馈数据等不同类型的数据在各自网络上通行。由于各种数据对网络布线要求各不相同,因此在实现智能化数字家庭需要按不同类的数据要求,布各种结构的网络,使得布线要求更高、干扰大、信号衰减大、容易损坏、维护因难等问题;同时,由于大量模拟信号的传送,因此在传统的布线中也大量使用各种不同规格的模拟信号线,这些线都是用于传送模拟视频信号,这也使得智能化数字居家的布线数量大、施工强度大、相互干扰、耐用性差、信号衰减大等问题。目前,智能化数字家居的控制系统具有以下5种类型:
    
    1.分体式控制系统。这种控制系统是一种早期的智能化楼宇的设计方案,在这种类型中,各个功能子系统都是独立设计、自主工作。
    
    2.中央集中控制与分级集中控制系统。这是种智能化数字家居的早期设计方案,在楼宇内安装一台电脑、嵌入式或者单片机系统,称为智能控制中心。
    
    3.分布式现场总线控制系统(DFCS)。这种类型是采用分布式智能设备,控制功能下放到各个现场节点,不需要一个中央控制单元来集中控制和操作,智能设备各自完成控制和通信任务。
    
    4.分布式网络控制系统(DNCS)。采用分布式智能设备,控制功能下放到现场节点,不需要一个中央控制单元来集中控制和操作,通过智能节点来完成控制和通信任务。混合的网络介质,可以使用双绞线、电力线、光纤、无线电射频、红外线和同轴电缆等等。

    5.分布式智能网关控制系统。现场设备均为分布式智能化型,控制与测量功能在现场节点中,不需要一个中央控制单元来集中管理和操作,智能节点完成控制和管理,采用混合的网络介质,可以使用双绞线、电力线、光纤、无线电射频、红外线和同轴电缆等等。具有多总线接入、系统融合与协议互译能力。是采用星形、总线形和环形结构的综合拓扑形式。采用智能网关可实现居家局域网与外网的连接能力,全面实现智能化管理。
    
    第五种方式是最符合智能化数字居家概念,在这个方案中,网络技术将成为实现智能的基础。由于大量数据信息的采集、智能化设备的控制接点都需要稳定、可靠与宽带网络技术。在智能化控制系统之中将嵌入数字家电的控制、流媒体的高容量数据联接,使得居家局域网的网络技术要求大大提高,因此采用光纤网络作为居家局域网是最为理想的选择。

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