“数字化国标”家用电子系统综述(上)

概述

数字家庭是由家庭网络作为核心以连接个人计算机、信息家电、数字影音家电、数字电视及白色家电等消费性电子产品从而形成联网家庭（Connected Home）架构，并通过特定的家庭服务器（Home Server）或家庭网关设备（Home Gateway）以整合相关网络系统，来实现诸如家庭娱乐、家庭信息处理、家庭通信、家庭控制、家庭安防、居家照护、家电远端维修、及数字互动电视等未来e化智能型生活愿景（典型服务见图1）。

随着计算机、通信技术的发展与IP网络光纤通道、有线电视网络、移动通信网络的建设，使3C（计算机，消费电子和通信）融合成为信息产业发展的重要趋势，同时也为家用电子系统产生创造性的新型应用模式。对于3C融合，国际上目前尚无事实标准，但以大企业和企业联盟为主的国际标准团体正在加快相关标准的制定，加速构建新一轮的标准垄断。目前国际上跨国企业联盟在应用层面上的面向前端设备互联互通的标准制定非常活跃，多种标准在蓬勃发展，其中具有代表性的标准组织首先有ISO/IEC/JTC1/SC25（信息技术设备互连），另外还包括欧洲和北美洲的UPnP、DLNA，与亚洲的IGRS、ECHONET等。

ISO/IEC/JTC1/SC25是国际标准化组织/国际电工委员会信息技术委员会的25分委员会，主要致力于信息技术设备之间互连的标准。由来自亚洲、欧洲和北美的25个参与国和12个观察员成员组成。中国是其成员国之一。SC25分为三个工作组：WG1，WG3和WG4。其中WG1的研究内容为家用电子系统HES(The Home Electronic System)。该工作组专门致力于制定家庭电子系统领域的国际标准。HES最主要的设计目标是为产品厂商提供软件、硬件规范，使该产品能够与多种家庭自动化网络互连互通。

为了完成这个功能，该工作组的家庭电子系统结构中包含如下一些要素：通用接口；家庭网关；应用互操作性方法和模型。HES还负责研究在商用和商住两用楼中的命令、控制和通信网络中的具体应用。目前SC25/WG1正在进行下列领域相关标准的研究和制定：家庭网关、应用互操作性、宽带家庭网络、家庭网络中的保密、私密和安全性等。

UPnP（通用即插即用）是以微软、INTEL等公司为主要成员，包含国际上700多家企业的国际组织所制定的一个面向家庭的，致力于家庭设备互联互通的标准，目前其1.0版本已经，2.0版本正在制定中。为解决在家庭中UPnP协议对于控制类设备的实现相对复杂、不适合于家庭控制子网的情况，微软联合通用电器公司联合制定了简单控制协议（SCP），用于家电设备的自动控制，其与UPnP主网络通过一个控制子网关进行协议转换和信息传递。

“数字家庭工作组”Digital Home Working Group(DHWG)(现改名为“数字生活网络联盟”Digital Living Network Alliance (DLNA))于2003年6月成立，由Intel、Sony、Microsoft、HP、Nokia、Panasonic、Philips、Samsung等公司发起，目前有190多家厂家参加，包括中国的联想、TCL、华为、中兴等。该组织的目标是使消费者可以通过有线/无线网络，将家中的PC、电视、机顶盒、音响、手机、PDA、DVD播放机等多种设备共享信息。目前该协会已经制定完成了DLNA1.0，定义了具有保存、发送数字内容等功能的DMS（Digital Media Server）和负责数字内容播放的DMP（Digital Media Player）。DMS与DMP之间通过有线LAN、无线LAN、IPv4或UPnP（通用即插即用）等开放标准连接。

身为家电王国的日本很早就开展了家庭网络技术和标准的研究。早在1997年由夏普、东芝、日立、松下、三菱等日本大公司共同成立了Energy Conservation and Homecare Network（ECHONET）协会，其研究内容包括用于ECHONET的通信中间件、通信接口、通信协议等。 ECHONET是在家庭监控应用方面具有代表性的标准化组织。截止到2004年4月，该协会共有110个成员。在2002年4月，东芝已开始销售可以上网的冰箱、微波炉、洗衣机。随后，日立、松下等公司陆续推出符合ECHONET规范的产品。在3.0版本中，ECHONET在底层传输媒介中增加了蓝牙和以太网，这样ECHONET标准可使用的传输媒介由此前的5种(电线、特定小功率无线、扩展HBS用双绞线、红外线、遵照LonTalk的小功率无线)增至7种。

2003年7月，经中国信息产业部批准，由联想、TCL、康佳、海信、长城等5家企业发起的“信息设备资源共享协同服务”标准工作组(简称IGRS标准工作组)正式成立。信息设备资源共享协同服务标准(IGRS标准)，是新一代网络信息设备的交换技术和接口规范，即在通信及内容安全机制的保证下，支持各种3C设备智能互联、资源共享和协同服务，实现“3C设备＋网络运营＋内容/服务”的全新网络架构，为未来的终端设备提供商、网络运营商和网络内容/服务提供商创造出健康清晰的赢利模式，为用户提供高质量的信息服务和娱乐方式。

IGRS标准是使不同品牌的电视、计算机、家用电器、手机等设备之间安全便捷进行协同工作的统一标准，它保障了设备之间可以便捷、高效的协同工作，将数字设备的功能尽可能的发挥出来，是未来我们的数字生活将会无处不用到的标准。

IGRS标准工作组在成立及发展过程中得到了包括信息产业部、建设部、国家发改委、科技部和北京市政府在内的各级政府部门的大力支持。目前该工作组成员已达85家，包括学术机构、网络运营商、软件中间件、芯片、终端制造商、内容供应商等，基本涵盖了产业链的各个环节的国内外产业巨头；联盟成员占据中国PC市场份额的41.7%，手机市场46%，电视市场的84.3%，形成了一个非常健康的产业链。目前已有多款产品上市，2006年的产品销量已经达到200多万台，具有初步的产业规模。IGRS标准的体系架构和技术方案也具有行业领先性，其自主知识产权的发明专利数量已达到204项。该标准于2005年6月29日正式获批成为国家推荐性行业标准（SJ/T 11310－2005，SJ/T 11311－2005），成为中国第一个“3C协同产业数字家庭技术标准”。

2004年，在国家建设部，信息产业部和北京市的领导下，IGRS标准工作组参与了《建筑及居住区数子化技术应用》标准的制定工作，并负责完成了“家用电子系统”的编制工作。

2006年9月，IGRS标准提案获得了国际标准组织ISO/IEC JTC1 SC25的立项支持，并已进入委员会草案（Committee Draft）投票表决（ISO/IEC CD 14543-5-1“信息技术 家用电子系统体系结构 用于HES第二、三类的信息设备资源共享协同服务IGRS 第5-1部分：基础协议”，ISO/IEC CD 14543-5-4“信息技术 家用电子系统体系结构 用于HES第二、三类的信息设备资源共享协同服务IGRS（HES第二、三类）第5-4部分：设备验证”）。2006年10月，IGRS标准荣获由国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会设立的首届“中国标准创新贡献奖”一等奖。目前，IGRS标准工作组的核心成员正在积极参与“国家数字社区示范工程”的建设，并于2006年得到了“十一五”国家科技支撑计划重大项目――“现代服务业共性技术支撑体系与应用示范工程”这一专项的支持。这一由科技部、建设部支持的项目主要是为了推动数字社区和数字家庭产业的成熟，并计划至2008年，在青岛、济南建设5个智能小区和多个数字社区，这些小区内的家用电子系统和信息管理系统将全部采用IGRS标准进行建设。

中国IGRS标准工作组与日本ECHONET Consortium、韩国Home Network Forum等三方标准组织已于2006年3月签署协议，正式联合成立了亚洲第一个跨地区的家庭网络标准组织“亚洲家庭网络标准委员会(Asia Home Network Council)”；IGRS标准工作组还与其他国际标准组织开展了深入合作，包括CEPCA，IPv6 Forum，DLNA，UPnP等。IGRS标准的国际合作力度与国际影响力正在日益增强。

此外，在相关领域中的国内标准组织包括“家庭网络标准工作组”、“数字电视标准工作组”、“数字音视频编解码技术标准工作组（AVS）”、“中国无线个域网标准工作组（C-WPAN）”等均在数字生活领域做出了一定的贡献。

1. 《建筑及居住区数字化技术应用》标准中的家用电子系统应用

在建设部与信产部共同指导下，IGRS标准工作组配合《建筑及住宅社区数字化技术应用》国家标准编制委员会完成了GB/T 20299-2006《建筑及居住区数字化技术应用》标准中的家用电子系统部分。因此，在实现家用电子系统应用层协议时，建议开发者与建筑商遵守“SJ/T 11310-2005”标准和“SJ/T 11311-2005”标准中定义的详细规范性要求。

《建筑及居住区数字化技术应用》标准的家用电子系统服务应用场景具体可分为以下三个方面――家庭、办公和公共移动场所：

（1）在家庭环境中

把计算机（PC/NB）中存储的多媒体文件（电影、MP3、照片等）播放到电视上；

把电视内容录制到计算机上；

手机拍摄的照片直接投到电视上；

用手机遥控家用电器的开关；

通过家庭网关进行设备间的互联（包括连接互联网）。

（2）在办公环境中

笔记本和投影机智能互联，手机控制PPT播放；

笔记本之间自由方便地交换文件；

打印机驱动自动下载安装。

（3）在公共移动场所中

利用手机的摄像功能和笔记本的通讯功能，协同工作召开远程视频会议；

在机场，手机与手机智能连接，玩游戏；

用手机遥控家用电器的开关。

术语和定义

下列术语和定义适用于本部分：

1. 家用电子应用层协议设备IGRS device

符合家用电子应用层协议的设备。

2.设备标识符device identifier

用于区分不同家用电子应用层协议设备的标识。

3.设备管道device pipe

符合本部分规定的传输设备间交互消息的通道。

4.设备组device group

多个家用电子应用层协议设备遵循本部分规定的交互规则形成的设备群组，包括对等设备组和主从设备组两种类型。

5.对等设备组peer device group

组内各家用电子应用层协议设备为对等关系的设备组。

6.主从设备组centralized device group

组内存在一个家用电子应用层协议主设备的设备组。家用电子应用层协议主设备管理设备组的创建、解散和家用电子应用层协议从设备的加入。组内的家用电子应用层协议主设备与家用电子应用层协议从设备构成主从关系。

7.家用电子应用层协议服务IGRS service

家用电子应用层协议设备提供的符合本部分规定的可共享资源。家用电子应用层协议服务基于本部分规定的模板描述，基于本部分规定的机制，并且能够通过本部分规定的使用机制被家用电子应用层协议客户调用。

8.服务类型service type

家用电子应用层协议服务分为多种类型，实现同一类型的服务程序具有相同的调用接口和事件机制。

9.服务标识符service identifier

家用电子应用层协议设备上用于区别不同家用电子应用层协议服务的标识。

10.家用电子应用层协议客户IGRS client

家用电子应用层协议设备上调用家用电子应用层协议服务的应用程序。

11.客户标识符client identifier

家用电子应用层协议设备上用于区别不同家用电子应用层协议客户的标识。

12.家用电子应用层协议用户IGRS user

家用电子应用层协议设备和家用电子应用层协议客户的拥有者。

13.用户标识符user identifier

家用电子应用层协议用户的身份标识。

14.测试设备test devices

能够发出、接收、校验符合家用电子应用层协议的基础协议规定的网络消息的实体。

家用电子系统应用层协议实现要求

1.概述

参考SJ/T 11310－2005《信息设备资源共享协同服务》系列标准中的要求，家用电子系统应用层协议实现时应该参照以下描述：

家用电子应用层协议的目标是在企业、公共场所、个人以及家庭所涉及的设备互连时，通过遵循共同资源描述及功能服务接口标准，使设备能够有效实现资源开放及服务协同，提高设备间功能的互操作性。从而最大限度的利用各个设备所拥有的功能，同时创造更多的单个设备所不具备的功能。

家用电子应用层协议本身是一个应用层的协议，支持各种底层的物理连接介质，包括WiFi，蓝牙，以太网，UWB，PLC等等，因此适合于家用电子系统的应用与实施。家用电子系统通过实现家用电子应用层协议可以简化各设备之间连接配置的复杂性，同时可以在各个设备之间共享彼此的资源，为客户提供更多更新的应用体验。

多个信息设备通过家用电子应用层协议构成家用电子应用网络。家用电子应用网络的最小构成元素为设备，各个设备上具有一些可被其他设备所共享的资源。各个设备上所具有的可共享资源在家用电子应用层协议体系中划分为两类，一类为以计算为中心的共享资源，称之为服务，一类为以数据为中心的共享资源，称之为数据集合。家用电子应用层协议将会对常见的服务和数据制定相应的类型及接口标准。用户通过和相应类型的服务或数据相匹配的服务或数据客户端即可使用家用电子应用网络中各个设备上的共享资源。

家用电子应用层协议层次结构如图5。家用电子应用层协议支持各种设备通过有线局域网、无线局域网、蓝牙等网络连接，传输与网络协议基于TCP/IP协议，设备交互消息框架基于HTTP/1.1，设备发现与资源共享基于家用电子应用层协议的基础协议，设备协同服务基于家用电子应用层协议的应用框架。

设备连接、传输与网络协议以及设备交互消息框架采用现有的并被广泛应用的网络技术，家用电子应用层协议的

基础协议、家用电子应用层协议的应用框架及家用电子应用层协议的基础及扩展应用构成了家用电子应用层协议的主要内容，其中家用电子应用层协议的基础协议定义了家用电子应用层协议设备间的组网和客户与服务间的交互机制，在基础协议的基础上，家用电子应用层协议的应用框架为各种家用电子应用抽象并定义出相应的标准服务和交互逻辑，而各种家用电子应用可以基于对应的家用电子应用层协议的应用框架进行标准化实现，保证互操作。

2.家用电子应用层协议的基础协议

家用电子应用层协议的基础协议规定了家用电子应用层协议设备间相互发现及资源共享的机制，包括设备相互发现机制、设备间管道创建机制、服务发现机制、设备组管理机制、会话管理机制和服务访问机制。

设备相互发现机制定义了家用电子应用层协议设备在网络上宣告自身及发现其他设备信息的机制，设备管道创建机制定义了两个家用电子应用层协议设备间建立可靠的交互管道的机制，设备组管理机制定义了多个家用电子应用层协议设备形成特定的设备群组的机制，服务发现机制定义了家用电子应用层协议客户发现家用电子应用层协议服务的机制，会话管理机制定义家用电子应用层协议客户访问家用电子应用层协议服务时的会话创建和维护的机制，服务访问机制定义家用电子应用层协议客户调用家用电子应用层协议服务的交互机制。

3.家用电子应用层协议的应用框架

家用电子应用层协议的应用框架是基于基础协议、面向最终应用而定义的一系列应用交互规则，如面向家庭多媒体应用的音频/视频应用框架定义家庭场景中各种音频/视频相关设备为实现音频/视频应用所应具备的家用电子应用层协议服务与家用电子应用层协议客户间的配合关系。

4.家用电子应用

家用电子应用基于家用电子应用层协议的基础协议和家用电子应用层协议的应用框架，包括家用电子应用层协议的基础应用和家用电子应用层协议的扩展应用两种类型。家用电子应用层协议设备按用途可分为多种设备类型，家用电子应用层协议基础应用是家用电子应用层协议规定的与具体设备类型相关、具有家用电子应用层协议设备功能的标准应用，某种类型的家用电子应用层协议设备上存在某些标准的家用电子应用。家用电子应用层协议的扩展应用是应用程序开发者基于家用电子应用层协议的基础协议和家用电子应用层协议的应用框架开发的符合家用电子应用层协议的应用，以更好地发挥家用电子应用层协议设备功能。

一个家用电子应用层协议应用由一个或多个家用电子应用层协议服务和一个或多个使用家用电子应用层协议服务的家用电子应用层协议客户交互完成。典型情况下一个家用电子应用层协议应用交互如图6所示：

5.家用电子应用层协议与其他标准之间的关系

互操作基础：家用电子应用层协议建立在多种现有标准基础上。家用电子应用层协议采用了HTTP/1.1、SOAP/1.1协议作为家用电子应用层协议设备间交互的消息框架，由于HTTP/1.1、SOAP/1.1的广泛使用，家用电子应用层协议的体系结构支持与多种标准之间的互操作。

（未完待续）