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摘 要 智能家庭网络是在信息技术的发展和人类对居住环境的要求不断提高基础上产生的。文章从整体上全面阐述了智能家庭网络的发展和功能，以及当前相关技术在其中的应用，并展望了其未来的发展。文章重点在于强调智能家庭网络系统的功能设计和实施，以引起广大业内人士的关注。
关键词 智能家庭网络 信息技术 居住环境 功能
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智能家庭网络的发展
住宅是人类栖息、生活和工作的主要场所。随着智能技术在建筑中的应用，作为家庭载体的住宅对智能化的要求也呈现出多样性，包括高度安全性的要求（防火、防盗、防爆、防泄漏等），舒适的物质环境与物理环境，先进的通讯设备与完备的信息处理终端设备，家用电器与设备的自动化、遥控化、综合及智能化控制，资源使用及支付方式的网络化、智能化，家庭化工作模式的需求等等。
目前国际上对家庭网络技术方面的研究形成了多个集团，这些集团的基本目标大致相同，即建立家庭数字网络技术体系。每个集团中按主导企业技术背景差异基本上可划分为两大类，一类以计算机通信企业为主导，另一类以家用电器企业为主导。
第一类的代表性集团是开放业务网关（Open
Service Gateway,OSG),其基本目标是以PC为基础建立包括其它非PC（后PC）类黑色家电、白色家电通信，甚至于电表水表等的全家庭网络体制。基本思想是以业务为主线建立体系。第二类集团很多，其中影响力较大的是家庭视音频交互协会（Home
Audio Video Interractive, HAVI)，由主要的数字视音频产品制造商和部分通信计算机制造商组成，基本目标是建立非PC的家庭多媒体网络体系。工作的主线是设备间的互联性。其它主要的集团有JINI，CEBus，HomveAPI，
HomePNA，HomePnP，HomeRF等。各个集团的侧重点不同，目前谁是主流体制尚不明朗。
网络家电和家庭网络技术在我国是一个全新的领域。随着我国经济建设步伐的加快，如何向国外输出高附加值的产品是国内各家电企业面临的主要问题。将信息产业的核心技术与家用电器的制造技术有机的结合，大幅度提升家电产品的档次，对于各家电制造企业而言既是一个机遇，同时也是一个很大的挑战。因此对网络家电和家庭网络技术的全面应用研究，涉及到联网协议标准的制订、具有自主知识产权的ASIC芯片的开发、针对不同家电产品的个性化功能设计以及嵌入式操作系统软件的开发等诸多方面。
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智能家庭网络的功能
由Home Automation Association (HAA)
所定义的智能家庭网络是：一个使用不同的方法或设备的过程（或系统），以它来提高人们生活的能力，使家庭能够变得更舒适、安全和有效。这样的家庭网络系统可以在没有或很少有人干预的情况下，对家内或家外可能发生的事情按预先设定的响应作出反应。
智能家庭网络随着集成技术、通讯技术、互操作能力和布线标准的实现而不断改进，它涉及到对家庭网络内所有的智能器具、设备和系统的操作和管理，以及集成技术的应用。
一个家庭网络往往包含计算机之间的连接和通讯，亦即所有器具、设备和系统之间的连接和通讯。控制和状态信息可以通过电力线或其它结构布线（包括音频/视频和红外）以及无线方式传输，因此进一步扩展了家庭网络的内涵。这意味着家庭内部的布线和通讯基础框架也是家庭网络中的一部分，甚至室内所有部件的供电网络也将被用于为能量管理提供相应的信息。
家庭内大多数的子系统和设备可以通过智能家庭网络连网实现自动化。相信在不久的将来，甚至日常器具也可以通过增加其内在智能，而在网络上发送其状态信息。统一的网络结构和控制平台，灵活的接入方式，高可靠性和兼容性，低成本，以提供舒适、安全和高效的家庭环境，将是智能家庭网络研究的目标。
3 智能家庭网络中的应用技术
一个安全、舒适与便利的生活环境要求达到住宅智能化的多元化。智能家庭网络的基本目标就是：将家庭中各种与信息相关的通讯设备，家用电器和家庭保安装置通过家庭总线技术（HBS）连接到一个家庭智能化系统上进行集中的或者异地的监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调。
如何将家庭内所有设备连接成网，目前基本有四类方案可实施。对于新的住宅可以采用标准五类电缆重新布线，可以达到1Mbps的通讯速率。相对于娱乐设备，如高清晰电视等，可采用IEEE1394连接（通讯速率可达400Mbps），但它要求使用特殊电缆，且适用于短距离传输，如电视与VCD之间的传输。
另外一种方案是使用原有布线。Home Phoneline
Networking Alliance (HomePNA)标准目前允许通过电话线，在家庭计算机之间实现文件、打印机和Internet接入的共享，其通讯速率可达10Mbps。
另一个非重新布线方案是已经使用很久的X10，利用家庭内的电力线来传输数据，用于控制灯光等家庭设备。许多供应商，包括Enikia公司和Inari公司（即以前的Intelogis公司）已宣布计划改进现有速度较慢的通讯模式，设计和研制新的、速率可达10Mbps的通讯模式。
无线网络技术当前也已进入家庭网络。市场上所有这类系统正在转移支持类似HomeRF的标准，虽然它现在通讯速率为1.6Mbps，但其已就10Mbps通讯速率向FCC提出申请并等待批准。Apple公司已采用众所周知的IEEE
802.11通用标准，在其小型机场网络实现了11Mbps的通讯速率。该类系统宣称的通讯范围为150英尺，但应用前景依然是乐观的。特别是对于大约30英尺的短距离通讯，蓝牙（Bluetooth）个人区域网络（PAN）标准使得移动电话、计算机和外部设备之间以无线方式实现1Mbps的交互通讯。蓝牙技术的支持者超过1000多家公司，如Ericsson公司已生产出的移动电话＋无线耳机产品等。但是蓝牙技术的成功不仅依赖于芯片通用化的速度，而且依赖于相关的软件性能。笔记本电脑中虽普遍存在红外接口，但大量闲置的原因就是其软件性能不好，这也是值得注意的一个前车之鉴。另外其设计功能也应像掌上设备红外接口那样尽可能简单和灵活。
家庭设备本身的智能（连网以及与其他设备协作的能力）存在两种从根本上矛盾和未确定的规范：基于Java并由Sun公司提倡的JINI规范以及Microsoft公司的通用即插即用规范。Home
Plug＆Play是一个独立的技术规范，用于控制灯和家庭设备；Havi则代表了家庭音频/视频互操作，其目的在于为数字娱乐单元，包括高清晰电视、MP3播放机等，完成相同的任务。
家庭网络平台的建立仅仅是智能化家庭的一个基础，但不是最终的目标。真正的智能化家庭网络还应具有智能化的综合协调管理和控制功能。因此一些智能控制的思想和方法在家庭网络中得以应用，如在Mozer博士的家庭控制网络系统中应用了几种不同的神经网络方法，分别负责家庭经济控制的一个方面。比如，每个房间有一个灯光控制神经网络，由它决定当一个人进入房间时是否打开灯以及灯的亮度。该神经网络需要考虑时间、室外阳光亮度等几种不同因素来作出判断，当然也应包括一些诸如在以前相同环境下的判断，邻近房间照明模式等微小因素。因为神经网络本身具有的并行、容错等特性，它可以在任何情况下作出智能的判断。
综合布线作为一个模块化、灵活性极高的建筑物内或建筑群之间的信息传输通道，是智能住宅和建筑的“信息高速公路”。
目前在其各个子系统中的主流技术方案是：(1)工作区子系统采用8芯信息插座，可支持RJ45、RJ11和ISDN等设备接入。(2)配线子系统采用非屏蔽双绞线（UTP），屏蔽双绞线（STP）正逐步开始使用。(3)干线子系统中，语音干线使用三类大对数电缆，数据主干线使用6芯多模光缆，主要考虑单模光缆价格较多模光缆贵的原因。(4)管理子系统中，数据与主干连接采用机架式光纤配线架，语音也采用机架式配线架，整洁且美观。(5)设备间子系统中，语音采用机架式配线架，并与电信局进线和程控交换机端接，数据则通过光纤主配线架与光纤主干和主交换机连接。(6)建筑群子系统中，主要采用室外单模光纤，少数场合使用微波、RF等无线通讯手段。
当前计算机连网的成本已非常低，这为智能家庭网络的发展提供了有利契机。但是在它的设计和应用中仍存在许多的竞争、矛盾和结合的标准，而且还有更多的标准在开发中，因此智能家庭网络的选型和最终发展有待于进一步研究。
4 未来的智能家庭网络
结合当前信息技术的发展和人类对居住环境的要求，可以预见未来的数字家居应能提供以下功能：(1）收发和保存信息；(2)管理个人或家庭的经济情况；(3）管理家庭的通讯需求；(4)管理电源和设备的使用；(5)提供安全和可靠的环境；(6)无需维护的运行；(7)简单的操作；(8)可根据个人或家庭生活方式定制。
具体实现上述功能的系统接入方式可以有：电视；远程PC或膝上电脑；Internet浏览器；电话、数字电话、移动电话；按钮传输器；远程控制器；语音控制；触摸屏等。同时在对系统功能介入时应该进行有效的控制，可以通过使用一个读卡器、无线射频设备、或生物测定机，使用口令，生物测定识别技术、IC卡、或授权的特殊权限技术等方式介入。
很明显，可以预见未来的家庭自动化网络系统也需要具有大量的自适应功能，如以下几点：(1)无障碍性，支持大量已有室内连线方案，如电话线、结构化布线、同轴电缆等。(2)灵活性，能够接受不同类型的连线方案和标准。(3)廉价，因为网络只是用于连接各种设备，而其本身不是末端设备。(4)易于实现，无论用户还是供应商都可以方便地设计和实现网络方案。
总之，网络家电和家庭网络技术在家电上的应用研究是一个摆在我们面前的崭新课题，如何在网络家电和家庭网络技术领域制订出相应的联网协议，以及针对不同的产品进行个性化设计等各个方面的应用研究还有很多的工作要做。
参考文献
1 Amitava Dutta－Roy.“Networks for homes" , IEEE
SPECTRUM ，DEC. 1999； 26～33.
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