家庭自動化網(wǎng)絡中的無線網(wǎng)絡技術解析
一、 家庭自動化網(wǎng)絡
家居zui早的功能是為人類提供遮風避雨和安全防護的功能。隨著人類改造自然能力的不斷提高，相應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、、便捷等方面的要求，而這些要求的實現(xiàn)直接需要新的技術――網(wǎng)絡技術來支持。
伴隨信息時代的到來，網(wǎng)絡技術不再是工業(yè)、電信等領域的技術，它已經(jīng)開始逐步進入普通百姓的家庭。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)絡系統(tǒng)的示例
圖1 家庭自動化網(wǎng)絡系統(tǒng)
所有這些功能都需要借助飛速發(fā)展的計算機技術、自動化控制技術和現(xiàn)代通訊技術來實現(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)絡系統(tǒng)，人們可以方便地通過計算機或其它網(wǎng)絡接入設備，遠程獲取家庭內各種信息，包括各種計量表讀數(shù)和費用、家庭各種家電設備和監(jiān)測設備的狀況，并實現(xiàn)遠程遙控各種家電設備和裝置，實現(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量，同時它也是人類所追求的生活目標。
二、 無線網(wǎng)絡技術的發(fā)展
zui早的網(wǎng)絡技術網(wǎng)絡技術是通過專門的通訊線路實現(xiàn)其通訊功能的，這些的通訊線路包括線、雙絞線等，需要事先鋪設和安裝施工。在很多場合都廣泛地采用這種通訊媒介，主要是因為它的實現(xiàn)方便。而在那些難于布線、危險、或需要美觀的地方進行連網(wǎng)，如遠程辦公場所，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]，它卻是難以實現(xiàn)的，如通訊設備需要移動或無法鋪設通訊線以及美觀要求等，此時就不得不考慮無線網(wǎng)絡技術。
人們對無線系統(tǒng)的需求不斷增加，主要是因為它設計方便，相比有線技術安裝和運行費用低，可以很快裝好并運行。同時無線網(wǎng)絡技術服務的zui大優(yōu)勢還在于它可以為移動用戶提供接入服務，而在某些情況下對于靜止用戶同樣具有吸引力。
無線技術的媒介包括紅外和射頻等[3]。一般而言其實現(xiàn)成本要比有線網(wǎng)絡技術稍高一些，這主要是用于通訊信號的轉換處理方面的開支。但隨著通訊技術和大規(guī)模集成電路技術的迅猛發(fā)展，其實現(xiàn)成本目前已逐漸具有與有線網(wǎng)絡技術競爭的實力，而且應用的規(guī)模也在不斷地擴大，圖2為對美國目前家庭自動化網(wǎng)絡系統(tǒng)中三種主要通訊媒介應用規(guī)模的統(tǒng)計和預測[2]。由圖2可以十分明顯地看出，無線網(wǎng)絡技術的應用和需求比例正在不斷地上升，而相應地有線網(wǎng)絡技術總量所占比例在不斷下降，這是一個總的技術發(fā)展趨勢。
三、無線網(wǎng)絡技術在家庭自動化網(wǎng)絡的應用
隨著無線網(wǎng)絡技術與有線網(wǎng)絡技術（主要是與線產(chǎn)品）價格差的縮小，以及對室內移動操作設備需求的增加，無線網(wǎng)絡技術的應用不斷增加。在家庭中主要有三大類無線網(wǎng)絡技術的應用，包括家電控制、語音/數(shù)據(jù)設備、多媒體應用。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)絡產(chǎn)品應能滿足8Mbps，以便應用于多媒體應用。而且應注意目前所給出的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才能真正適用于HDTV類型的視頻流。
無線網(wǎng)絡技術目前尚無統(tǒng)一的標準或規(guī)范，只有一些公司團體制定的自身產(chǎn)品標準，而這其中某些規(guī)范如HomeRF（Home Radio Frequency）則在一直努力成為事實標準。圖3為當前主要幾種的無線家庭自動化網(wǎng)絡技術[4]。
圖3 無線家庭自動化網(wǎng)絡技
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 ecommunications;BRAN―Broadband radio access networks;
除上述無線網(wǎng)絡技術以外，還有許多其他的技術，如NEC公司已研制出可用于家庭自動化網(wǎng)絡的400Mbps無線傳輸技術，其新產(chǎn)品可穿透7米的內墻，或在可見范圍內12米傳輸數(shù)據(jù)，可控制任何符合IEEE1394標準的家用設備。
與上述技術的發(fā)展相適應，目前已有許多對應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，從長遠的觀點來看，將主要運行在2.4GHz頻段，會成為線網(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，消費者將更加愿意去尋求一種更靈活和廣泛使用的家庭方案?！ ∷?、未來的數(shù)字家居
結合當前信息技術的發(fā)展和人類對居住環(huán)境的要求，可以預見未來的數(shù)字家居應能提供以下功能：
1） 收發(fā)和保存信息：通過家庭網(wǎng)絡，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)濟情況：通過家庭網(wǎng)絡配套管理系統(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)濟情況，作出*的收支規(guī)劃，提供相應的合理建議和提示;
3） 管理家庭的通訊需求：對家庭內各種通訊設備的通訊進行管理，包括網(wǎng)絡通訊協(xié)議的執(zhí)行和網(wǎng)絡資源的分配，使信息在網(wǎng)絡上的傳輸暢通無阻，整個家庭網(wǎng)絡系統(tǒng)運行正常;
4） 管理電源和設備的使用：這一方面也是數(shù)字家居所應具有的主要功能之一。同樣是通過網(wǎng)絡管理系統(tǒng)軟件，監(jiān)控家庭內各種設備，如家庭內燈光的控制、電器設備的遠程控制、室內環(huán)境的優(yōu)化調節(jié)等。同時還能夠提供一些經(jīng)濟方面的優(yōu)化決策控制，如能夠根據(jù)不同用電時段和峰谷電費差價，合理控制家電的運行。
5） 提供安全和可靠的環(huán)境：通過在家庭內安裝各種檢測報警裝置來實現(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） 無需維護的運行：整個家庭內各種設備都連接到其網(wǎng)絡上，通過網(wǎng)絡上運行的管理軟件，可實現(xiàn)對設備的監(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，并自動通過家庭內的網(wǎng)間接口設備向設定的相應維修單位保修，無需主人親自動手;
7） 簡單的操作：因為該網(wǎng)絡系統(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)字家居應能夠根據(jù)不同使用者的家庭環(huán)境、設備數(shù)量和類型、以及生活方式等可做相應的配置和調整，如可根據(jù)消費者的需求和可接受費用，定制相應的系統(tǒng)解決方案;又如可根據(jù)使用者的生活習慣，調節(jié)室內環(huán)境參數(shù)，定時啟停家電設備等等。
由上述功能的描述，可以反映出了一個基本事實：數(shù)字家居中家庭自動化網(wǎng)絡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大的系統(tǒng)管理運行軟件支撐。同時也可以看出數(shù)字家居是一個多學科技術綜合應用的系統(tǒng)。
就目前的技術發(fā)展來看，具體實現(xiàn)上述功能的系統(tǒng)接入方式可以有：
（1）電視;
（2）遠程PC或膝上電腦;
（3）Internet瀏覽器;
（4）、、;
（5）按鈕傳輸器;
（6）遠程控制器;
（7）語音控制;
（8）觸摸屏等。
在實現(xiàn)系統(tǒng)功能介入時，也需要進行有效的控制，如通過讀卡器、無線射頻設備、或生物測定機，使用口令，生物測定識別技術、IC卡、或*的特殊權限技術等方式介入，保障正常用戶的權益不受侵害。
未來的家庭自動化網(wǎng)絡系統(tǒng)也需要具有大量的自適應功能，如以下幾點：
（1）無障礙性：支持大量已有室內連線方案，如線、結構化布線、同軸電纜等。
（2）靈活性：能夠接受不同類型的連線方案和標準，以便系統(tǒng)方案的升級和擴展。
（3）廉價：因為網(wǎng)絡只是用于連接各種設備，而其本身不是末端設備。價格的優(yōu)勢將加快其應用的腳步。
（4）易于實現(xiàn)：無論用戶還是供應商都可以方便地設計和實現(xiàn)網(wǎng)絡方案，這無疑會帶來更多的用戶。
