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信息家电与数字家庭网络体系 |
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作者：春兰研究院 嵇云峰 |
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信息家电、智能家居、网络家电等概念逐渐进入普通百姓的生活当中。国内外家电厂商都在研究各式各样的信息家电。日本经济产业省已将信息家电列为新产业创造战略的重点发展对象，大有信息家电将逐步取代传统家电的趋势。虽然信息家电产品百花齐放，而相关实用技术和技术标准的发展还不足以支撑整个产品大量进入家庭。 
图1 数字家庭网络结构示意图
从概念上看，由于信息家电横跨信息技术领域和家电领域，逐渐模糊了电脑、通信产品、家电的市场界限，包含并拓展出许多新的功能。信息家电的产品线不仅包括空调、电箱、洗衣机、微波炉等传统家电产品，还包括机顶盒、Web游戏机、Web电视、Web电话，还有掌上电脑、手持PC、可穿戴PC等所有能通过网络系统交互信息的消费类电子产品。
从功能上看，信息家电是一类新兴的低成本、易于使用、即开即用、与其他信息家电产品互联互通的数字消费类电子设备。信息的远程服务和信息娱乐成为新的应用热点。它们提供的功能包括：在移动的交通工具上访问电子邮件、在汽车上查询电子地图、在回家前监控家电设备、以及随时掌握重要的安全信息等。
信息家电减少了人机之间的技术障碍，突出了应用功能，既具备普通家电的优势 — 操作简单、性能稳定、价格低廉、维护简便，又能创造出某些新的实用功能，如通过因特网监控家电、安防、经济信息（如股票）等。
数字家庭网络体系
既然信息家电具有这么多的优点和功能，为何不能广泛进入家庭呢？原因是多方面的，但最主要的一点是相关技术的成熟度和技术标准的兼容程度，严重阻碍了信息家电的应用和发展。
信息家电技术经过多年的发展，形成了多个技术标准和品类繁多的数字化产品、数字化概念，产品包括：数字录像机、网络摄像机、网络化的家电、家居智能化系列等。数字音视频标准包括：MPEG1、MPEG2、MPEG4、H.264、H.723、AC-3、AAC等，有线/无线网络标准包括：TCP/IP、UDP、ARP、GSM、SMS、MMS、802.11B等，嵌入式操作系统包括：Linux、psos、ucos等。这些产品在概念上、指标上各有侧重，确实反映了信息家电产品百花齐放的状态。
如何解决这一问题？这就需要有一个安置在家庭内部统一的、操作性强、兼容性好、功能完善的数字家庭网络体系，与信息家电设备一起共同实现相应的服务功能。数字家庭网络体系的任务主要有对内和对外两大任务：
● 对外
（1) 实现基于因特网的业务：网上购物、远程医疗、浏览、收发E-mail、家电软件功能的网上升级；
（2) 实现家庭智能管理：远程控制（计算机控制和电话控制）、远程查询、集中控制、管理与监控、家庭安全防卫、故障的自诊断、自反馈、远程维护、家庭能源管理、远程集中抄表。
● 对内
（1) 协调家庭网络内部设备的注册、登陆、管理；
（2) 协同完成家庭网络内部的通讯、信息共享与音视频服务。
数字家庭网络的核心是家庭网关，根据不同的功能需求，家庭网关可以实现家庭的控制中心、娱乐中心和通讯中心。数字家庭网络结构示意图请参见图1。
数字家庭网络结构主要有集中式和分布式两大类。
集中式网络是由一个主机和若干子机组成。任何一个子机只能和主机交换信息，对外的通讯也是通过主机进行的。这样的联系是“单线联系”。这种结构是许多工业控制总线普遍采用的，其优点是结构简单、运行速度快、价格低、通讯协议简单。缺点是可靠性要求和系统维护要求高、对使用人员的素质要求也比较高。推广应用有一定的技术风险。
分布式网络是由平等的多个独立控制器组成，系统内的各个控制器具有一定的功能，如果其中一个控制器发生故障，其他控制器仍然可以工作。而且对于功能简单和复杂的系统可以配置不同级别的控制软件、硬件，这也可以看作分布式系统的一个缺点吧。其实，网络家电的功能、复杂程度是有一定差别的，正是由于这一特点，分布式更适用于网络家电。
信息家电体系
信息家电体系的竞争主要体现在如下三个层次：
一是标准的竞争。目前，国际上主要的标准研究组织有：UPNP、HAVI、JINI、CE-BUS、OSGi、ECHONET等，国内组织有“家庭网络技术体系研究及产品开发项目总体组”、“数字电视接收设备与家庭网络平台标准工作组”和“闪联”等。目前这些协议都处在验证和完善阶段，离实用化还有一段距离。
二是相关通讯接口技术实用化的研究。家庭网络内部通讯有着距离短，成本要求高，可靠性高等特点，短距离无线通讯技术，如：蓝牙、802.11等，电力线载波通信等技术逐渐成为家庭网络技术应用的主流。
三是与相关的产业配套服务技术的实用化研究。
网络家电要实用化，并且真正普及到家庭应具备如下特点：
● 应该是家庭生活中的必需品，而不仅仅是一种装饰性的产品；
● 家电控制器自身应具有标准化和通用化的接口并连接至社区公众网络；
● 家庭应用网络家电产品应在专卖店或商场可以轻易购买到；
● 家庭网络的连接、安装和使用，可以在没有供应商或专业人员在场的情况下由用户按照说明书自行解决；
● 未来的服务是社会化的，网络家电也应该能够与商业、服务业、医疗、金融保险业有密切联系；
● 家庭网络与内部与外部的数据交换是安全可靠的，应用了加密、数字水印等多种安全技术。
● 数字家庭网络系统的软件具有标准化和开放性的特点，可由专业的第三方企业提供。
信息家电实验系统
目前，我国还没有出台相对完善的标准，实现数字家庭网络的技术很多，在这种情况下，我们按照成熟的应用模式和支持广泛兼容的组网技术，开发了一套信息家电实验系统，简介如下。
● 系统原理
该实验系统的结构如图2所示，家庭网关是家庭网络的服务器。外部和内部的客户计算机通过用户识别的安全措施登录到家庭网关。登录到家庭网关后，查看家庭网络中在线的家电设备及其状态。用户点击鼠标选择相关的设备，进入到设备的控制页面。设备控制界面实时反映设备的当前状态和可控制的选项。用户在当前控制页面的交互中实现希望的功能。
图2 网络通讯示意图
网关端采用CGI、Java或PHP实现相关服务。后台程序之间采用SOCKET通讯。由于实验系统包含了有线以太网和无线通讯，SOCKET包主要传递控制指令、状态回码、设备端ID、网络视频监控的图像帧等。
● 系统组成
春兰家庭网络包括：网络冰箱（含触摸屏）、网络柜机（含触摸屏）、网络监控、网络柜机、网络挂机、网络洗衣机、网络安防。连接方式如图3所示。
图3 家庭网络连接方式示意图
其中，家庭网关建在网络柜机上，客户计算机为一台笔记本计算机，模拟真实应用访问第一代和第二代网络家电。
● 网络环境
第一代网络家电基于嵌入式以太网技术，有独立的IP地址，可直接访问；第二代网络家电通过家庭网关实现控制页面访问。家庭网关采用APACHE + PHP + SQLserver服务器架构，网站地址与春兰网站相同。家庭网关上可以同时提供春兰网站和春兰家庭网络的服务，春兰网站是基于ASP技术，为减少冲突或兼容性的问题，春兰网站的服务端口使用缺省端口号80，数字家庭网络服务的端口号为82。
● 界面
以网络柜机为例，界面如图4所示。
图4 网络柜式空调控制页面
● 接口环境
串口：无线通讯占用一个串口，波特率19200bps，8位数据位，1位停止位，无校验位。数据格式与2002年网络家电设备通讯端口相同。
SOCKET端口：SOCKET服务占用端口2004，服务程序常驻运行。
HTTP服务：HTTP服务地址：www.chunlan.com/homenet.php(end)
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(1/24/2005) |
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