基于固网通信的家庭智能网络

摘要:基于固定电话网络的ADSL等技术具有部署方便的先天优势,在家庭智能网络当前的发展环境中,可以作为主要的通信传输方式。家庭智能网络,可以满足现代家庭对于远程安全监控,家电智能控制,电力等能源节能,以及多种家电智能互动的需求;同时,家庭智能网络的相关技术,也可以作为物联网的部分解决方案进行推广引用。

关键词:ADSL;家庭智能网络;物联网;UPNP

中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)16-4406-02

Fixed Telephone Communications-based Intelligent Home Network

WU Wei

(China University of Petroleum (East China),Internet and Education Technology Center, Qingdao 266555, China)

Abstract: Based on the fixed telephone network to facilitate the deployment of ADSL and other technologies have inherent advantages in the Home Network's current development environment, you can transfer as the primary way of communication.Home Network, to meet the modern home for remote security monitoring, intelligent control of household appliances, power and other energy saving, as well as the needs of a variety of interactive smart appliances; the same time, the family intelligence network related technology can also be networked as part of property solutionspromotion of reference.

Key words: ADSL; intelligent home network; the internet of things; UPNP

基于固定电话线路的ADSL接入技术是当前电信网络接入的主要方法,而当下流行的家庭智能网络,远程控制和监测是其关键基础功能,必须依赖一种便于部署的主流接入技术。基于固网的ADSL接入方式来部署家庭智能网络,可以很好满足现代家庭对家庭安防,智能控制等的要求,结合RFID技术,还可以实现家庭物联网的简单应用。

1 ADSL宽带接入技术概述

ADSL技术能利用现有的电话线路进行信号传输,其最高速率:下行最大带宽为8Mbps,上行最大带宽为1Mbps。由于现有固话铜线网的用户数目十分庞大,而ADSL能对现有的市话铜线进行充分的利用。因此具有部署方便的特点。

ADSL接入方案在网络拓扑结构上较为先进,每个用户都有单独的一条线路与ADSL局端相连,它的结构可以看作是星型结构,其数据传输带宽是由每一用户独享的。其网络拓扑也决定其安全性,可管理性的优势较为突出。

由于ADSL网络的特点,所以可以基于此作为家庭智能网络到互联网络的接入方法。

2 家庭智能网络概述

家庭智能网络又成为智能家居系统,一般指利用微处理电子技术,来集成或控制家中的电子电器产品或系统,例如:照明灯、咖啡炉、电脑设备、保安系统、暖气及冷气系统、视讯及音响系统等。家庭智能系统主要是以智能网关接收来自相关电子电器产品的讯息后,再以既定的程序发送适当的信息给其它电子电器产品,或根据决策发送提示给用户。随着网络技术有智能家居的普遍应用,网络家电/信息家电的成熟,家庭智能系统逐渐由单纯的家庭自动化产品向智能化网络化发展,用以实现包括家庭安防,远程控制,智能交互在内的高级功能。

3 家庭智能网络组成

家庭智能网络一般来说由三大部分组成:智能网关,通信部分,终端控制器。其组成见图1所示。

智能网关是家庭智能网络核心,其主要功能包括远程控制信令的接收和转发,家庭内各种设备的互联协议转换,各终端状态的收集及智能决策。一般来说,手机或远程PC等设备通过互联网访问家庭中的设备,其实是由智能网关提供的设备映射。也就是说,智能网关是作为唯一的被访问设备,通过此设备,提供了访问其它控制终端的桥梁。

智能网关可以根据家庭面积大小进行级联,由此从在主网关和分网关的说法,在使用UPNP作为互联协议的时候,分网关一般为UPNP Bridge,主要负责非TCP/IP设备的管理,信息收集和转换。

通信部分是智能网络的骨干。一般来说,通信网络包括:网络接入的出入口即ADSL网关,此设备可以包含在智能网关内部实现,也可单独实现;内部网络互联设备,如协议转换器,802.11b/g/n无线AP设备,有线网络线路,蓝牙设备,ZigBee适配器。通信部分作为联通内部网络的神经系统,作为终端设备和智能网关之间沟通的途径。

终端控制器是终端设备的统称,有的设备如PC,智能手机,CE家电设备已经具备网络连接能力和运算能力,其控制器一般是基于UPNP的软件程序;而很多设备,如空调,电饭煲,智能吸尘器等不具备先天的通信能力,则需要一个硬件适配器完成和智能网关之间的通信,并完成对设备的控制功能。

4 智能网关的体系

一个智能家庭网关是一个信息处理系统,连接在网络各节点的设备是组成系统的各单元。控制平台一方面辅助不具备信息化条件的设备实现信息化,即提供信息处理的能力;另一方面又提供统一的信息交换接口及控制规则,从而实现从内部家庭网络到Internet信息的互通。一般来说,通过浏览器+WEB Server+CGI为辅助技术设计并实现家庭网关。

家庭网关类似于一个庞大的计算机系统,所有的家庭设备都连接在上面,受它的集中控制。总体而言,网关要起到三个功能:

1) Internet接入功能,包括路由、NAT(地址转换)等等;

2) 家庭网络中各种通信协议之间的转换,以及家庭网络系统与通用协议之间的转换;

3) 运行家电管理软件,将使用不同通信协议的家用电器都接入到家庭网络中,并统一管理起来;

由此可见,智能网关是家庭网络中物理上和逻辑上的核心。

5 家庭远程安全监控

家庭安防一般有两类要求,一种是将家中的报警信息发送到指定位置,一般是手机或某个网站;另一种是可以远程巡视家庭环境。

此种业务应用中,终端设备为摄像头和各种门窗报警传感器,通过中间协议转换和互联后,统一接到家庭智能网关受其控制。如示意图3所示。

当家人外出,使用遥控器开启安全警戒。此时,如有人通过门窗进入,则相应的门磁,窗磁终端将信号发送到智能网关,智能网关将信号进行“语言―信号”翻译后,发送位于互联网上的实时网关服务器,由其发送到用户手机。

如果家庭成员外出过程中想查看家中的环境,可以通过手机WAP网或专用手机J2ME软件访问家庭媒体网关,此时可以选择性地查看位于不同位置的摄像头画面,从而对家中进行全方位监控。

如果需要查看历史画面,一般需要在智能网关下挂接视频存储设备,智能网关可以根据设置的时段,清晰度对摄像画面进行保存。

6 智能家电控制

家电控制是智能家庭网络的基本功能,手机或远程PC通过对智能网关web页面的访问,可以控制开启,关闭,调节家电的运行状态,比如在下班前提前开启空调对室内进行加温,查看电灯的开关状态或关闭离家时忘记关闭的灯泡等。

将智能网关进行除固网通信外的扩展,比如加装GPRS通信模块或3G通信模块,用户就可以直接通过手机短信方式控制家庭中的终端设备;即使不安装无线通信模块,也可以利用位于Internet上的手机业务网关进行控制。这样就可以通过多种方式实现对家电的控制。

7 家电智能交互

家电智能交互式是家庭智能网络中的最新应用方向。

在此系统中,通过RFID终端适配设备,可以接收各种贴有RFID标签的物体状态。比如,利用RFID技术,家庭智能网关可以动态获取冰箱中食品的保质期状况或保有量,到达一定的设计时限后,可以在用户观看电视,使用家庭PC过程中发送提示信息,也可在用户外出时发送短信进行提醒;通过连接体重计的传感器,可以记录体重变化趋势,从而在用户访问智能网关时给出相应的健康警示。

8 结论

基于固网通信的家庭智能网络,可以以低廉的价格实现智能家居系统,完成对家电设备的控制并实现家庭安防,利用RFID技术,还可以实现家电智能交互。结合实际情况,通过对智能网关扩展不同的通信单元,也可以将系统通过GPRS,3G网络完成连接控制,从而提供了系统的普适性。

参考文献:

[1] 刘伟.宽带综合接入技术[M].北京:科学出版社,2007.

[2] 邹生,何新华.物流信息化与物联网建设[M].北京:电子工业出版社,2010.

[3] 韩江洪.智能家居系统与技术[M].安徽:合肥工业大学出版社,2005.

[4] 宁焕生,张彦.RFID与物联网射频、中间件、解析与服务[M].北京:电子工业出版社,2008.