1 智能家電網絡

智能家電
，即“有感覺

、能思考、善交流
、會學習”的家電。智能家電是微處理器和計算機技術引入家電設備後形成的家電產品
，具有自動監測自身故障、自動測量
、自動控製、自動調節與遠方控製中心通信功能的家電設備。例如，炎熱的夏天下班前發個短信命令，家中的空調便開始工作；睡覺時空調能感知主人溫度而自動調節氣溫
，從而免去因吹空調而感冒的後顧之憂
；洗衣機能實現精確洗滌時間、精確用水量
、精確烘幹時間，高效而節能，因而節能和環保也成為智能家電發展的一個趨勢。

智能家電網絡包括智能家電網關
、外(wai)部(bu)網(wang)和(he)局(ju)部(bu)網(wang)，家(jia)電(dian)
，安(an)防(fang)設(she)備(bei)等(deng)
，實(shi)現(xian)智(zhi)能(neng)家(jia)電(dian)互(hu)聯(lian)的(de)關(guan)鍵(jian)在(zai)於(yu)家(jia)庭(ting)網(wang)關(guan)的(de)開(kai)發(fa)與(yu)應(ying)用(yong)。在(zai)家(jia)庭(ting)信(xin)息(xi)化(hua)網(wang)絡(luo)技(ji)術(shu)體(ti)係(xi)中(zhong)，家(jia)庭(ting)與(yu)互(hu)聯(lian)網(wang)的(de)連(lian)接(jie)需(xu)要(yao)一(yi)個(ge)家(jia)庭(ting)網(wang)絡(luo)中(zhong)央(yang)控(kong)製(zhi)器(qi)（家庭網關）。家庭網關對外與Internet網絡連結，對內通過家庭內部局域網將家電互聯互通進行集中控製與管理
，如圖1所示。家庭網關作為智能家電網絡化的核心設備，管理或控製家中家電的網絡訪問。

未來的智能家電主要將向三個方向發展：智能化、自適應化和網絡化。智能化是家電設備盡最大可能的模擬很多種人的思維或者活動的功能；自(zi)適(shi)應(ying)是(shi)家(jia)電(dian)設(she)備(bei)根(gen)據(ju)自(zi)己(ji)狀(zhuang)態(tai)和(he)外(wai)界(jie)環(huan)境(jing)自(zi)動(dong)適(shi)應(ying)工(gong)作(zuo)方(fang)式(shi)和(he)過(guo)程(cheng)的(de)能(neng)力(li)
，因(yin)此(ci)，這(zhe)種(zhong)能(neng)力(li)使(shi)得(de)家(jia)電(dian)設(she)備(bei)在(zai)其(qi)使(shi)用(yong)過(guo)程(cheng)中(zhong)都(dou)處(chu)於(yu)最(zui)有(you)效(xiao)率(lv)、最省能源狀態
；網絡化是建立家電設備社會的一種形式，網絡化的家電設備可以由用戶實現遠程管理控製，在家電設備之間也可以實現互聯互通。

2 嵌入式家庭網關

2．1 嵌入式家庭網關簡介

嵌入式係統是以應用為中心
，以計算機技術為基礎，並且軟硬件可裁剪，適用於應用係統對功能
、可靠性、成本、體積
、功耗有嚴格要求的專用計算機係統
，一般用於實現對其他設備的控製、監視或管理等功能。網關實質上是一個網絡通向其它網絡的IP地址。典型的家庭網關融合了ADSL接入功能和LAN側無線接入功能，並具有路由器、集ji線xian器qi和he調tiao製zhi解jie調tiao器qi的de功gong能neng。為wei實shi現xian每mei種zhong家jia電dian設she備bei都dou能neng與yu外wai界jie信xin息xi進jin行xing交jiao換huan
，就jiu有you必bi要yao將jiang嵌qian入ru式shi係xi統tong與yu家jia庭ting網wang關guan結jie合he起qi來lai，設she計ji一yi個ge嵌qian入ru式shi家jia庭ting網wang關guan來lai實shi現xian它ta。它ta可ke使shi電dian視shi機ji，冰bing箱xiang等deng嵌qian入ru式shi家jia電dian設she備bei通tong過guo家jia庭ting網wang關guan與yuInternet連接，轉變為一個家電網絡。

嵌入式家庭網關是位於現代家庭內部的一個網絡設備，它的作用是使家庭用戶連接到Internet
，使位於家庭中的多種智能設備相互之間實現通信，或者使這些智能設備都能夠連接到Internet的服務。從技術角度說，嵌入式家庭網關在家庭內部以及內部到外部實現橋接／路由
、協議轉換、地址管理和轉換，承擔防火牆的職責等。

2．2 嵌入式家庭網關功能

由you於yu嵌qian入ru式shi家jia庭ting網wang關guan是shi家jia庭ting內nei網wang絡luo與yu外wai部bu互hu聯lian網wang連lian接jie的de橋qiao梁liang
，具ju有you很hen重zhong要yao的de地di位wei。嵌qian入ru式shi家jia庭ting網wang關guan所suo能neng提ti供gong的de功gong能neng將jiang直zhi接jie影ying響xiang智zhi能neng家jia電dian的de使shi用yong
、控製及管理。一個好的嵌入式家庭網關應該使家庭內外信息能夠安全高效地交換，應具備以下的基本功能特點：

（1）共享信息：通過家庭網關
，能使住宅用戶獲得各種家庭服務。例如接收電子郵件
、瀏覽各種網上信息和訂閱各種報紙與期刊等
；

（2）智能管理：它將管理家庭內的通訊家電設備的運行，使家庭內部的多個PC及其它信息設備有效地共享寬帶接入
，以保證家庭網絡係統的運行正常
；

（3）自動運行：nenggoubajiatingneibudesuoyoujiadianshebeidoulianjiedaowangluoshang，tongguoxiangguanguanlikongzhiruanjian，keyishixianduijiadianshebeideguanlijianceheguzhangzhenduandeng。ruguoyouguzhangfasheng
，jiatingguanlikongzhixitonghuiyouxiangyingdetishi，xiangjiatingzhurenfachuxinhao
；

（4）節能安全：通過網絡管理係統
，可以遠程管理控製家庭內家電設備的運行
，提高家電的使用效率
；同tong時shi能neng夠gou在zai家jia庭ting裏li安an裝zhuang各ge類lei檢jian測ce報bao警jing裝zhuang置zhi來lai管guan理li控kong製zhi家jia庭ting的de安an全quan，消xiao防fang等deng。如ru家jia中zhong安an裝zhuang煤mei氣qi檢jian測ce報bao警jing器qi，如ru果guo有you煤mei氣qi泄xie露lu時shi，當dang氣qi體ti報bao警jing器qi檢jian測ce到dao氣qi體ti濃nong度du達da到dao爆bao炸zha或huo中zhong毒du報bao警jing器qi設she置zhi的de臨lin界jie點dian時shi，煤mei氣qi檢jian測ce報bao警jing器qi就jiu會hui發fa出chu報bao警jing信xin號hao，有you效xiao防fang止zhi發fa生sheng爆bao炸zha、火災、中毒事故；

（5）操作簡單：因為該網絡係統是在大部分用戶中使用的，考慮到用戶各方麵的差異，因此該係統的操作要簡單、方便、可靠，大部分人都會使用；

（6）防火牆：網絡安全一直是需要重點考慮的問題。嵌入式家庭網關應具備一定的防網絡攻擊能力，為家庭內部網絡提供一個相對安全的網絡環境。

2．3 嵌入式家庭網關的優點

嵌qian入ru式shi家jia庭ting網wang關guan是shi通tong過guo嵌qian入ru式shi操cao作zuo係xi統tong來lai實shi現xian的de
，所suo以yi它ta同tong樣yang具ju有you嵌qian入ru式shi係xi統tong應ying有you的de特te點dian，因yin此ci我wo們men可ke以yi根gen據ju網wang絡luo的de不bu同tong來lai配pei置zhi不bu同tong的de嵌qian入ru式shi家jia庭ting網wang關guan。嵌qian入ru式shi家jia庭ting網wang關guan不bu僅jin僅jin具ju有you普pu通tong家jia庭ting網wang關guan的de功gong能neng，還hai具ju有you防fang火huo牆qiang和he通tong信xin中zhong信xin息xi加jia密mi功gong能neng。防fang火huo牆qiang可ke避bi免mian外wai接jie網wang絡luo對dui家jia庭ting內nei部bu設she備bei的de非fei法fa訪fang問wen和he攻gong擊ji
；加密這種較強有力的手段
，能為數據提供保密性、真實性
、完整性和限製性訪問。
[page]
3 基於嵌入式家庭網關家電互聯係統

本文介紹的基於嵌入式網關的家電互聯技術係統的結構框架如圖2所示，嵌入式家庭網關硬件平台是以ARM9微處理器為中心的，外部通過LAN接入互聯網，家庭內的家電設備通過家庭內部無線局域網連接起來，實現家電設備管理控製。這樣用戶通過PC機就可以對家電設備進行運行狀態的查詢和控製，在本地也可以通過家庭內的手持控製終端進行家電設備的管理控製。

智能家電，即“有感覺、能思考、善交流、會學習”的家電。智能家電是微處理器和計算機技術引入家電設備後形成的家電產品，具有自動監測自身故障
、自動測量、自動控製、自動調節與遠方控製中心通信功能的家電設備。例如

，炎熱的夏天下班前發個短信命令
，家中的空調便開始工作；睡覺時空調能感知主人溫度而自動調節氣溫，從而免去因吹空調而感冒的後顧之憂；洗衣機能實現精確洗滌時間、精確用水量

、精確烘幹時間，高效而節能，因而節能和環保也成為智能家電發展的一個趨勢。

智能家電網絡包括智能家電網關、外(wai)部(bu)網(wang)和(he)局(ju)部(bu)網(wang)
，家(jia)電(dian)
，安(an)防(fang)設(she)備(bei)等(deng)
，實(shi)現(xian)智(zhi)能(neng)家(jia)電(dian)互(hu)聯(lian)的(de)關(guan)鍵(jian)在(zai)於(yu)家(jia)庭(ting)網(wang)關(guan)的(de)開(kai)發(fa)與(yu)應(ying)用(yong)。在(zai)家(jia)庭(ting)信(xin)息(xi)化(hua)網(wang)絡(luo)技(ji)術(shu)體(ti)係(xi)中(zhong)，家(jia)庭(ting)與(yu)互(hu)聯(lian)網(wang)的(de)連(lian)接(jie)需(xu)要(yao)一(yi)個(ge)家(jia)庭(ting)網(wang)絡(luo)中(zhong)央(yang)控(kong)製(zhi)器(qi)（家庭網關）。家庭網關對外與Internet網wang絡luo連lian結jie
，對dui內nei通tong過guo家jia庭ting內nei部bu局ju域yu網wang將jiang家jia電dian互hu聯lian互hu通tong進jin行xing集ji中zhong控kong製zhi與yu管guan理li。家jia庭ting網wang關guan作zuo為wei智zhi能neng家jia電dian網wang絡luo化hua的de核he心xin設she備bei，管guan理li或huo控kong製zhi家jia中zhong家jia電dian的de網wang絡luo訪fang問wen。

係(xi)統(tong)主(zhu)要(yao)采(cai)用(yong)直(zhi)接(jie)接(jie)入(ru)的(de)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)形(xing)式(shi)，從(cong)器(qi)件(jian)的(de)家(jia)庭(ting)設(she)備(bei)組(zu)成(cheng)多(duo)個(ge)星(xing)形(xing)網(wang)，實(shi)現(xian)對(dui)家(jia)庭(ting)內(nei)設(she)備(bei)的(de)本(ben)地(di)和(he)遠(yuan)程(cheng)的(de)實(shi)時(shi)控(kong)製(zhi)。硬(ying)件(jian)平(ping)台(tai)由(you)嵌(qian)入(ru)式(shi)主(zhu)機(ji)網(wang)關(guan)、微處理器、無線通信控製模塊
、外圍設備，HUB等組成。HUB一個多端口的轉發器，當以HUB為中心設備時
，網絡中某條線路產生了故障
，並不影響其它線路的工作，它可以給用戶提供多種接入網絡方式
，如撥號、寬帶網等，無線通信模塊通過串行通信實現與多個網絡家電控製器的連接。由於嵌入式Linux操作係統是源代碼開放的、可裁減的
、內核小但很穩定的一種能處理複雜任務的軟件平台係統，所以應用網關的操作係統擬選用嵌入式Linux係統。

4 家電網絡通信控製流程

（1）注冊家庭網關：用戶通過嵌入式Web服務器網頁登錄嵌入式家庭網關後
，先進行家庭網關注冊。

（2）發送控製信息：注(zhu)冊(ce)成(cheng)功(gong)後(hou)將(jiang)家(jia)電(dian)控(kong)製(zhi)信(xin)息(xi)提(ti)交(jiao)到(dao)家(jia)庭(ting)網(wang)關(guan)，同(tong)時(shi)將(jiang)家(jia)電(dian)控(kong)製(zhi)信(xin)息(xi)轉(zhuan)化(hua)成(cheng)家(jia)電(dian)控(kong)製(zhi)指(zhi)令(ling)，然(ran)後(hou)嵌(qian)入(ru)式(shi)家(jia)庭(ting)網(wang)關(guan)應(ying)用(yong)程(cheng)序(xu)將(jiang)家(jia)電(dian)設(she)備(bei)控(kong)製(zhi)指(zhi)令(ling)按(an)照(zhao)通(tong)信(xin)協(xie)議(yi)打(da)包(bao)
，通(tong)過(guo)無(wu)線(xian)模(mo)塊(kuai)發(fa)送(song)給(gei)家(jia)電(dian)設(she)備(bei)。

（3）接收控製指令並執行：家電設備接收到控製幀後
，根據上述協議幀格式將信息幀進行解包，提取幀類型、有效控製指令和相關的有效信息
，對家電設備進行設置及相應操作。

（4）回送當前狀態信息：操作完成後按照上述格式將設置後的家電設備的當前狀態按上述狀態幀的格式打包，發送給嵌入式家庭網關。

（5）接收新指令並執行，通信結束：嵌(qian)入(ru)式(shi)家(jia)庭(ting)網(wang)關(guan)收(shou)到(dao)家(jia)電(dian)設(she)備(bei)發(fa)送(song)的(de)狀(zhuang)態(tai)幀(zhen)後(hou)
，發(fa)送(song)確(que)認(ren)幀(zhen)給(gei)家(jia)電(dian)設(she)備(bei)，然(ran)後(hou)根(gen)據(ju)不(bu)同(tong)的(de)狀(zhuang)態(tai)幀(zhen)
，再(zai)調(tiao)用(yong)相(xiang)應(ying)的(de)家(jia)庭(ting)網(wang)關(guan)應(ying)用(yong)程(cheng)序(xu)進(jin)行(xing)處(chu)理(li)。如(ru)果(guo)嵌(qian)入(ru)式(shi)家(jia)庭(ting)網(wang)關(guan)在(zai)規(gui)定(ding)的(de)時(shi)間(jian)裏(li)（300 ms）沒有收到狀態幀，則會重新發送三次此控製幀給家電設備。當家電設備收到嵌入式家庭網關發出的確認幀後結束此次通信。
如(ru)果(guo)家(jia)電(dian)設(she)備(bei)沒(mei)有(you)收(shou)到(dao)確(que)認(ren)幀(zhen)，會(hui)繼(ji)續(xu)發(fa)送(song)三(san)次(ci)此(ci)狀(zhuang)態(tai)幀(zhen)後(hou)結(jie)束(shu)。如(ru)果(guo)嵌(qian)入(ru)式(shi)家(jia)庭(ting)網(wang)關(guan)收(shou)不(bu)到(dao)家(jia)電(dian)設(she)備(bei)發(fa)來(lai)的(de)狀(zhuang)態(tai)幀(zhen)
，嵌(qian)入(ru)式(shi)家(jia)庭(ting)網(wang)關(guan)會(hui)向(xiang)用(yong)戶(hu)報(bao)告(gao)設(she)置(zhi)失(shi)敗(bai)，結(jie)束(shu)通(tong)信(xin)。

相關閱讀：

智能家電的無線數據傳輸電路設計
超可靠的智能家電過壓保護電路設計
家電維修中的“十先十後”，早看早知道