M2M典型应用—智能家居
M2M技术的发展和应用,推动着社会生产和生活方式新一轮的变革。而M2M技术在智能家居中的应用,将使越来越多的人亲身体会到这一点。
在信息社会,IT产业不断地向传统的建筑业、家电业渗透,越来越多的信息智能型家居产品如雨后春笋般涌现,智能家庭局域网、家庭网关、信息家电等这些与智能家居密切相关的名词已经几乎是家喻户晓。如何建立一个高效率、低成本的智能家居系统已成为当前社会一个热点问题。
智能家居不再模糊不清
从技术上讲,智能家居所要实现的的功能主要有:
(1)对白色家用电器和其他设备的控制、调节和监测,比如微波炉、洗衣机、灯光、电动窗帘、防盗报警器、自动门烟雾探测器、有害气体检测装置、温度和湿度控制器、风量调节器、各种手动的开关和遥控器等。在这部分网络上主要传输的是频率比较低的控制信号,它占用的信道的带宽是比较窄的,我们称之为控制网络。
(2)沟通黑色家电和其他视频设备之间以及与外部世界之间的信息通道,其中包括:台式/手持计算机、电视、录/摄像机、VCD/DVD和数码照相机等,同时还可以实现对它们的控制和监测。
(3)通过对外的接口,实现远程控制和信息交换,如电话线、有线电视电缆、市电电源线、双绞线、无线通信方式等。
到了2002年,我国一部分高档和中档的住宅小区和私人住宅,在控制和管理上实现一般意义上的智能化,宽带网进入一般居民的住宅和小区,为智能家庭网络功能的完善辅以一定的条件。国内一些公司的网络产品逐渐进入市场,一些国外的系统和产品也在这一年开始以较大的规模进入中国市场,开始在市场上与中国的产品接触。
在今后的2到3年里,智能家居将不断得到普及。智能家庭网络系统和产品,即将开始走进普通居民的家居中。真正智能家庭网络的大市场将在2004~2007年中形成。
用M2M完成智能家居的“集成”
将M2M技术应用到智能家居中,需要解决两个问题:
一是解决家庭内部设备组网问题。建立智能家庭网络,使得家居内部所有设备,包括灯控模块、电动窗帘、电子门窗、安防系统、音频/视频设备、数码设备、电脑、智能电器等,都具备通信和连网能力,形成统一的智能家庭网络。
二是解决智能家庭网络如何与外部通信网络连接的问题。使得智能家庭网络成为移动互联网和通信世界的一部分。其目的是使人们能够更简单地远程监视和控制自己的家居,为用户提供方便,可通过手机、互联网对家庭进行管理。
如何建立家庭局域网?
建立家庭局域网的目的是提供一套完整的家庭娱乐、信息共享、家庭管理和Internet接入及远程监控等服务功能。接入家庭局域网的设备主要包括:家用电器、家庭仪表、桌面电脑、手提设备、娱乐设备、成像设备、智能传感器、控制器等。所有设备通过一个网关接入Internet,网关供Internet访问和家庭信息发布使用,并可实现用户对家庭的远程控制功能。
家庭局域网是一种混合型网络。根据接入设备的类型及实际需要,实际家庭局域网的物理层接口可以分为四类:高速局域主干网、控制子网现场总线、视频线、电话线。高速局域网主要包含IEEE802.3以太网协议、IEEE802.11b无线局域网技术和Bluetooth技术,实现PC、便携设备、信息娱乐设备等高端设备之间的互连和信息共享;控制子网现场总线主要指以RS485、CAN、Lonworks等简单智能协议为代表的现场总线技术,实现信息和电信设备直接接入Internet;而视频电缆方式则实现有线电视、VOD服务,以及在服务供应商的支持下提供另外一种高速接入Internet的途径。
图1描述了家庭局域网的基本结构。
家庭内部具体功能部件体系结构如图2所示。
如何建立无线智能家庭网络?
无线智能家庭网络是未来的一大发展趋势,它可以满足用户对于家庭网络的灵活性、连续性等性能需求,解决安装有线系统所需的高成本和不方便等问题。
无线智能家庭网络可以分成家庭数据网络和家庭控制网络两种。家庭数据网络完成家居中的以下功能:提供家庭内部共享上网能力;提供多媒体家电互相通信能力,共享影音、文件,如电脑和电视、VCD、音响、PDA、MP3播放器等;实现机器和机器之间大批量、高速率的数据传输。
家庭控制网络完成家居中的以下功能:灯光照明控制、家居环境监测和控制、家居安防、家庭应急功能。
控制网络中有大量的节点设备,它们使用电池供电,还要具备网络和通信能力,所以成本和功耗是组建家庭控制网络中最为突出的两个要素。
一种解决方案是基于无线局域网(WLAN)标准IEEE 802.11g和最新的无线个域网(WPAN)标准IEEE 802.15.4构建新一代的无线智能家居网络。利用802.11g组成家庭数据网络,IEEE 802.15.4组成家庭控制网络。
在高速率无线局域网应用中,802.11g(54Mbps)正在逐渐取代802.11b(11Mbps)成为应用的主流。因为802.11g支持更高速率的传输。
无线控制网络需要的是低功耗、低成本、低复杂程度、长电池寿命的标准。IEEE 802.15.4是2003年5月才获通过的新的无线局域网标准,是为这种应用需求而设计的,主要适合于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备中,同时支持地理定位功能。物理层可以工作在三个免受权ISM频段:2.4GHz(全球应用)、915MHz (美国)和868MHz(欧洲);通信速率为250kbps@ 2.4GHz (16 channels)、40kbps@915MHz(10 channels),20kbps@868MHz(1 channel);传输距离可达10到75米,依赖功率输出和环境特性。
新一代的无线智能家居网络中的核心是中心控制器,它同时具备802.11和802.15.4通信功能。中心控制器会有两种:一是基于PC的数据中心控制器,一是家庭自动化控制平台和手执遥控器,充当家居控制网络的中心控制器。
平时家庭自动化控制平台监控家庭中的各种电器、灯具、安防系统等,实现家居管理、家居控制、家居监视、家居安防、家居服务信息的自动化。它可以控制和启动基于PC的数据中心控制器,当需要高速率数据传输时,由PC来完成。
组建以家庭自动化控制平台和手执遥控器为核心,由各种节点控制模块组成的家庭控制网络是实现智能家居的第一步,也是智能家居的初级阶段。新一代各种具备无线通信和网络能力的家电、消费类电子、数码产品不断增加,Intel 也计划推出集成无线通信和网络能力的主板。以PC为核心的家庭数据网络会逐渐获得市场的认可,得到越来越广泛的应用。这也是智能家居发展的高级阶段。
目前,家庭数据网络和家庭控制网络几乎是平行发展的,还没有融合,未来这两条发展线会相互交叉,构建真正的智能家居。融合的关键是M2M技术的发展,即让每台机器、每个节点都具备通信和联网能力,这正是M2M技术的核心理念——网络一切(Network Everything)。
无线智能家庭网络与移动通信网络的互连
家庭不是一个孤立的社会单位,智能家庭必须要具备和外部通信网络连接的能力,才能实现更广泛的应用。这个任务由中心控制器来实现。中心控制器充当外部网络和家庭网络之间的网关。无线智能家居网络中的家庭网关可以通过以下几种方式与移动通信网络通信。
● 基于双音多频的服务(DTMF,Double Tone Muliti-Frequency) 使用DTMF技术可以通过通常的语音信道传输有限的数字编码信息。可以用做智能家居中远程安全报警、家居状态查询、简单的远程控制。无线智能家居网络中的控制中心存储预先设置好的语音信息,提示用户用手机按键进行操作,这是最简单的M2M应用。这种方法比较简单,容易实现,但是缺乏效率,用户必须按照语音提示逐步进行操作,操作比较烦琐,等待时间长。
● 短消息服务(SMS)SMS应用到智能家居中时,相对DTMF技术,可以使用文字一次可以传送更多的家居状态信息和控制命令,传输速度快。网络运营商可以对这种M2M应用的SMS信息和普通的短信区分开来,保证信息能够及时传递,尤其对家居安防警报。
● 多媒体信息服务(MMS) MMS是基于WAP业务的,走数据通道,其传输能力在CSD方式下可以达到9.6Kbps,在GPRS方式下最大可以达到184Kbps,在3G下可以达到2Mbps,给MMS应用的开展提供了很大的便利。MMS的发送延时少,用户可以享受即时的服务。MMS业务支持发送状态报告,向用户提供有保证的发送。
● 通用分组无线业务(GPRS)无线智能家居采用GPRS技术具有以下优点:永远在线、高速传输、自如切换、按量计费等。
● 无线应用协议(WAP) 用户可以通过访问WAP页面的方式管理和监控自己家居的情况,更加的直观,操作也更方便。
● 3G移动通信技术 第三代移动通信技术给M2M技术提供了更加广阔的应用平台,而对智能家居应用而言,则意味着更加方便快捷的操作、更加直观的监控、更多更好的服务功能。