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一、 家庭自動化網(wǎng)絡(luò)
家居最早的功能是為人類提供遮風(fēng)避雨和安全防護(hù)的功能。隨著人類改造自然能力的不斷提高，相應(yīng)對家居的要求也不斷提高。人們期望所生活的家居能夠不斷滿足其對舒適、安全、高效、便捷等方面的要求，而這些要求的實(shí)現(xiàn)直接需要新的技術(shù)――網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來支持。
伴隨信息時代的到來，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不再是工業(yè)、電信等領(lǐng)域的專利技術(shù)，它已經(jīng)開始逐步進(jìn)入普通百姓的家庭。家庭保安系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)、家電控制系統(tǒng)、DVD以及MP3等家庭娛樂系統(tǒng)和家庭遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)等，都是在信息時代人們對家居提出的新的功能要求，圖1是一個家庭自動化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的示例
所有這些功能都需要借助飛速發(fā)展的計算機(jī)技術(shù)、自動化控制技術(shù)和現(xiàn)代通訊技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，而其中信息的傳遞形式為數(shù)字代碼，所以一般把具有上述功能的家居環(huán)境也稱為數(shù)字家居。利用上述的家庭自動化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，人們可以方便地通過計算機(jī)或其它網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備，遠(yuǎn)程獲取家庭內(nèi)各種信息，包括各種計量表讀數(shù)和費(fèi)用、家庭各種家電設(shè)備和監(jiān)測設(shè)備的狀況，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控各種家電設(shè)備和裝置，實(shí)現(xiàn)家居的能量管理等。所有這些都極大地提高了人類的生活質(zhì)量，同時它也是人類所追求的生活目標(biāo)。
二、 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展
最早的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是通過專門的通訊線路實(shí)現(xiàn)其通訊功能的，這些專用的通訊線路包括電話線、雙絞線等，需要事先鋪設(shè)和安裝施工。在很多場合都廣泛地采用這種通訊媒介，主要是因?yàn)樗膶?shí)現(xiàn)方便。而在那些難于布線、危險、或需要美觀的地方進(jìn)行連網(wǎng)，如遠(yuǎn)程辦公場所，歷史性建筑、無吊頂?shù)霓k公場所、不安全的生產(chǎn)空間等[2]，它卻是難以實(shí)現(xiàn)的，如通訊設(shè)備需要移動或無法鋪設(shè)通訊線以及美觀要求等，此時就不得不考慮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
人們對無線系統(tǒng)的需求不斷增加，主要是因?yàn)樗O(shè)計方便，相比有線技術(shù)安裝和運(yùn)行費(fèi)用低，可以很快裝好并運(yùn)行。同時無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)服務(wù)的最大優(yōu)勢還在于它可以為移動用戶提供接入服務(wù)，而在某些情況下對于靜止用戶同樣具有吸引力。
無線技術(shù)的媒介包括紅外和射頻等[3]。一般而言其實(shí)現(xiàn)成本要比有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)稍高一些，這主要是用于通訊信號的轉(zhuǎn)換處理方面的開支。但隨著通訊技術(shù)和大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，其實(shí)現(xiàn)成本目前已逐漸具有與有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)競爭的實(shí)力，而且應(yīng)用的規(guī)模也在不斷地擴(kuò)大，圖2為對美國目前家庭自動化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中三種主要通訊媒介應(yīng)用規(guī)模的統(tǒng)計和預(yù)測[2]。由圖2可以十分明顯地看出，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用和需求比例正在不斷地上升，而相應(yīng)地有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)總量所占比例在不斷下降，這是一個總的技術(shù)發(fā)展趨勢。
三、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在家庭自動化網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用
隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（主要是與電話線產(chǎn)品）價格差的縮小，以及對室內(nèi)移動操作設(shè)備需求的增加，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用不斷增加。在家庭中主要有三大類無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，包括家電控制、語音/數(shù)據(jù)設(shè)備、多媒體應(yīng)用。其中家電控制，數(shù)據(jù)通訊速率一般不大于10Kbps；語音/數(shù)據(jù)通訊，通訊速率一般為1~2Mbps（有些場合仍可以通過模擬撥號連接Internet）；多媒體應(yīng)用中，視頻需要較高的通訊速率，一般DVD需要大約3~8Mbps，HDTV系統(tǒng)需要大約19Mbps。近期無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品應(yīng)能滿足8Mbps，以便應(yīng)用于多媒體應(yīng)用。而且應(yīng)注意目前所給出的WLAN（Wireless Local Area Network）速率都只是理論速率，并非真正速率，只有借助于壓縮技術(shù)才能真正適用于HDTV類型的視頻流。
無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)目前尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，只有一些公司團(tuán)體制定的自身產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，而這其中某些規(guī)范如HomeRF（Home Radio Frequency）則在一直努力成為事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。圖3為當(dāng)前主要幾種的無線家庭自動化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[4]。
注：FH―Frequency hopping；DS―Direct sequence；DMT―Discrete multitone；OFDM―Orthogonal frequency division multiplexing；GPSK―Gaussian phase shift keying；GFSK―Gaussian frequency shift keying；SWAP―Shared wireless access protocol；
DECT―Digital enhanced cordless telecommunications；BRAN―Broadband radio access networks；
除上述無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以外，還有許多其他的技術(shù)，如NEC公司已研制出可用于家庭自動化網(wǎng)絡(luò)的400Mbps無線傳輸技術(shù)，其新產(chǎn)品可穿透7米的內(nèi)墻，或在可見范圍內(nèi)12米傳輸數(shù)據(jù)，可控制任何符合IEEE1394標(biāo)準(zhǔn)的家用設(shè)備。
與上述技術(shù)的發(fā)展相適應(yīng)，目前已有許多對應(yīng)的集成芯片正在被研制或生產(chǎn)中，如Micrel公司生產(chǎn)的芯片MICRF001等，日本村田公司生產(chǎn)的UHF收發(fā)器IC和無線收發(fā)模塊T630/T631，T996/T998（開闊地穩(wěn)定遙控距離大于60米，在有非金屬建筑體阻礙等實(shí)用環(huán)境下遙控距離，僅比開闊空地縮短20%~40%），以及MEC001/002/003，MC13111A等等。
總體而言，無線網(wǎng)絡(luò)，從長遠(yuǎn)的觀點(diǎn)來看，將主要運(yùn)行在2.4GHz頻段，會成為電話線網(wǎng)產(chǎn)品的主要競爭對手，而且隨著時間推移，二者產(chǎn)品價格差將逐步縮小，消費(fèi)者將更加愿意去尋求一種更靈活和廣泛使用的家庭方案。
四、未來的數(shù)字家居
結(jié)合當(dāng)前信息技術(shù)的發(fā)展和人類對居住環(huán)境的要求，可以預(yù)見未來的數(shù)字家居應(yīng)能提供以下功能：
1） 收發(fā)和保存信息：通過家庭網(wǎng)絡(luò)，主人可以方便的收發(fā)電子郵件、瀏覽各種網(wǎng)上信息，訂閱各種電子期刊或雜志等；
2） 管理個人或家庭的經(jīng)濟(jì)情況：通過家庭網(wǎng)絡(luò)配套管理系統(tǒng)，主人可以方便地查閱自己的各種帳目和收支情況，管理系統(tǒng)軟件還可以根據(jù)個人經(jīng)濟(jì)情況，作出最優(yōu)的收支規(guī)劃，提供相應(yīng)的合理建議和提示；
3） 管理家庭的通訊需求：對家庭內(nèi)各種通訊設(shè)備的通訊進(jìn)行管理，包括網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議的執(zhí)行和網(wǎng)絡(luò)資源的分配，使信息在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸暢通無阻，整個家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行正常；
4） 管理電源和設(shè)備的使用：這一方面也是數(shù)字家居所應(yīng)具有的主要功能之一。同樣是通過網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)軟件，監(jiān)控家庭內(nèi)各種設(shè)備，如家庭內(nèi)燈光的控制、電器設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、室內(nèi)環(huán)境的優(yōu)化調(diào)節(jié)等。同時還能夠提供一些經(jīng)濟(jì)方面的優(yōu)化決策控制，如能夠根據(jù)不同用電時段和峰谷電費(fèi)差價，合理控制家電的運(yùn)行。
5） 提供安全和可靠的環(huán)境：通過在家庭內(nèi)安裝各種檢測報警裝置來實(shí)現(xiàn)家庭的保安、消防以及其它需求。如通過加裝攝像頭，可以監(jiān)視房間周邊環(huán)境和諸如嬰兒房等特殊場所；通過煙氣傳感器、溫度傳感器、特殊氣體傳感器，預(yù)防房間失火和有害氣體過量；通過加裝紅外傳感器、門磁、薄膜窗花、無線微波等報警裝置，可防止竊賊入侵等等；
6） 無需維護(hù)的運(yùn)行：整個家庭內(nèi)各種設(shè)備都連接到其網(wǎng)絡(luò)上，通過網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行的管理軟件，可實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的監(jiān)測和故障診斷功能。一旦出現(xiàn)故障，家庭管理系統(tǒng)會給出故障提示，并自動通過家庭內(nèi)的網(wǎng)間接口設(shè)備向設(shè)定的相應(yīng)維修單位保修，無需主人親自動手；
7） 簡單的操作：因?yàn)樵摼W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是在千家萬戶中使用的，考慮到使用者的年齡、職業(yè)、經(jīng)歷以及受教育程度等的差異，所以該類系統(tǒng)的操作必須簡單，方便，而且可靠，以適應(yīng)不同使用人群的需要。
8） 可根據(jù)個人或家庭生活方式定制：隨著信息時代的到來，個性化的要求在不斷提高。未來數(shù)字家居應(yīng)能夠根據(jù)不同使用者的家庭環(huán)境、設(shè)備數(shù)量和類型、以及生活方式等可做相應(yīng)的配置和調(diào)整，如可根據(jù)消費(fèi)者的需求和可接受費(fèi)用，定制相應(yīng)的系統(tǒng)解決方案；又如可根據(jù)使用者的生活習(xí)慣，調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境參數(shù)，定時啟停家電設(shè)備等等。
由上述功能的描述，可以反映出了一個基本事實(shí)：數(shù)字家居中家庭自動化網(wǎng)絡(luò)的建立僅僅為完成上述功能提供了一個硬件平臺，而要真正完成這些功能還需要有強(qiáng)大的系統(tǒng)管理運(yùn)行軟件支撐。同時也可以看出數(shù)字家居是一個多學(xué)科技術(shù)綜合應(yīng)用的系統(tǒng)。
就目前的技術(shù)發(fā)展來看，具體實(shí)現(xiàn)上述功能的系統(tǒng)接入方式可以有：
(1)電視；
(2)遠(yuǎn)程PC或膝上電腦；
(3)Internet瀏覽器；
(4)電話、數(shù)字電話、移動電話；
(5)按鈕傳輸器；
(6)遠(yuǎn)程控制器；
(7)語音控制；
(8)觸摸屏等。
在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能介入時，也需要進(jìn)行有效的控制，如通過讀卡器、無線射頻設(shè)備、或生物測定機(jī)，使用口令，生物測定識別技術(shù)、IC卡、或授權(quán)的特殊權(quán)限技術(shù)等方式介入，保障正常用戶的權(quán)益不受侵害。
未來的家庭自動化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也需要具有大量的自適應(yīng)功能，如以下幾點(diǎn)：
(1)無障礙性：支持大量已有室內(nèi)連線方案，如電話線、結(jié)構(gòu)化布線、同軸電纜等。
(2)靈活性：能夠接受不同類型的連線方案和標(biāo)準(zhǔn)，以便系統(tǒng)方案的升級和擴(kuò)展。
(3)廉價：因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)只是用于連接各種設(shè)備，而其本身不是末端設(shè)備。價格的優(yōu)勢將加快其應(yīng)用的腳步。
(4)易于實(shí)現(xiàn)：無論用戶還是供應(yīng)商都可以方便地設(shè)計和實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)方案，這無疑會帶來更多的用戶。
