家庭自动化(ha)在我国正在悄悄兴起,一些欧美著名的家庭自动化标准,例如lonworks、cebus和x-10等都先后被业界的先驱们介绍引进,对我国在该领域的技杧发展起有了积极的推动作用,有些亦事实上成为我国在ha方面的标准。
1.家庭自动化的历史和现状
家庭自动化技术早在七十年代便开始流行于美国,当时最有代表性的产品是x-10,其后美国的echelon和eia又相继推出lonworks和cebus,并最后都成为美国电子工业协会(eia)的家庭自动化网络标准。这些标准所采用的传输媒介虽然不尽相同,但无一例外都采用了控制网络的技杧,并制订一个统一的通信协议(communication protocol),通过该通信协议,网络系统中的各个设备便可实现资源的共享。控制网络因其布线简单、功能灵活,扩展容易而被人们广泛接受和应用。至今,x-10产品的已销售已超过一亿个,光在美国一个国家,便有超过400万个家庭在使用。lonworks亦被广泛应用于家庭自动化、建筑自动化(ba)及工业自动化(ia)方面,至98年中,全球安装lonworks的节点(node)数目已超过500万个。
1.1 x-10
然而x-10产品在我国的应用例子并不多见,究其原因可能是产品不太适合国内使用。x-10产品在美国主要是用在旧房子的改造上,而国内则一般是在买新房子或在旧房子装修时才会考虑这个问题。如果房子是入墙式装修,要外加x-10功能模块在开关插头之上,多少会觉得不太协调。另外人们采用新技术时,往往又对新技术期望过高,x-10的一些技术限制成为人们批评的借口。例如反应速度慢(在60赫芝供电系统中,传送一个指令需时0.883秒),抗干扰性能差(这是由于信号载波在电力线中传送造成的,在我国这个问题比较严重)等,这都给x-10在我国的推广应用带来实质性的困难。
1.2 cebus
这些问题在美国同样亦存在。为了解决x-10技术上的不足,美国电子工业协会(eia)于1984年4月开始组织开发新的家居网络标准,于1992年正式推出,命名为cebus (consumer electronic bus),并定为is-60/eia-600标准。参与研究开发cebus的公司多达几百家,像microsoft、ibm、compaq computer corp、at&t、bell labs、honeywell、panasonic、sony、thomson consumer electronics、leviton、pacific gas & electric等都是它的会员。cebus是一个较完整的开放系统,它定义了在几乎所有传送媒体(medium)中信号的传输标准,并要求控制信号在所有的媒体中都要以相同的传送速度(10kbps)传送,从而有效地避免信号传输中可能出现的"瓶颈"问题,任何符合cebus标准的电器产品都可以直接互连及通信,其寻址能力超过40亿,足可以与互联网相比美。cebus的抗干扰能力比x-10强,控制功能亦十分丰富,成为x-10的"最大挑战者"。但由于cebus接口技术比较复杂,价钱亦非常之贵,因此使用cebus产品的用户相对较少,cebus在中国的应用亦不多见。
1.3 lonworks
相反地,lonworks在国内的某些领域则具有较高的知名度,不少专家学者和研究机构对lonworks都很有兴趣,成为一个热门的研究课题。在应用上,lonworks也取得比较好的成绩,特别在信息采集和控制方面已成为事实上的行业标准。lonworks是由美国echelon公司耗巨资,于1990年12月开发成功的全分布式智能控制网络技术,参与研究开发的人员多达700人。echelon的创办人为mike markkula,他亦是苹果计算机的主要创办人之一。 lonworks最基本的部件是同时具有通信与控制功能的neuron芯片,该芯片内置三个微处理器、并将操作系统、运作时间数据库以及通信协议等都固化在芯片之内。1997年7日echelon允许在牌照管制的条件下将lonworks通信协议用于其它cpu上,并委托adept systems, inc.在motorola的32位微处理器68360上开发相关软件。同年8月lonworks被eia的集成家庭系统技术委员会(integrated home systems technical committee)定为家庭网络(home networking)的标准,编号为eia/is-709。
尽管lonworks是eia定义的家庭网络标准,而在中国则主要用于ba方面,在ha领域的应用则要逊色一些。主要原因恐怕是价钱还未能为普通家庭所接受。lonworks最大的优点是开放性、分散性和互换性,一个具有lonmark标志的节点(node)可以互操作(interoperability)亦可以互替换,但这是有条件的,要达到这个目的,必须尽量把产品细分,增加控制器变量的种类,简化及固定操作流程等,这又不可避免地增加控制节点的数量从而增加了系统的成本。在家庭自动化中最基本的操作应该是电器的开关控制,而最方便可行的方法是使用可控插座,例如美国的leviton便生产一款有lonmark标志的插座,但其价钱相当贵,一个包含有三个8位微处理器(neuron芯片)或一个32位微处理器(motorola 68360)的插座,试想会有多少个家庭负担得起?
于是国内的一些lonworks产品开发厂家便反其道而行之,来一个功能上的大集成,例如将neuron芯片在外围上尽量扩展,或者用一般的微处理器作控制部件,用neuron芯片作通信部件,设计成类似多功能控制盒之类的产品。这个方法确实可以起到降低成本,增加功能的作用,其做法无可非议。但这类产品多数没有互操性和互换性,更加谈不上申请lonmark标志,使lonworks的开放性光彩尽失。这样的系统亦失去了分布式系统灵活多变的优点,成了一个中央式或半中央式控制系统了。
纵观上述几类家庭自动化网络技术都是各有其特点,但没有哪一个能完全适合中国普通家庭使用,市面上可供选择的产品亦非常有限,这些因素或多或少地影响了这些技杧在国内ha方面的进一步普及和应用。
1.4 其他协议
基于无线互联的协议:bluetooth (802.15)蓝牙技术、802.11b无线局域网技术、homerf技术;
基于电话线互联的协议:homepna;
基于专用电缆的协议:ieee1394(火线)、ethernet(以太网);
网络家电高层互联规范:微软的upnp(universal plug and play)、sun的jini分布式网络规范、以索尼为首的日本和欧洲的8家企业共同提出的havi(home audio/video interoperate)规范。
2. 易居科技的策略
易居公司从1999年开始,对智能住宅与网络家电的一系列协议进行了深入研究,最后选择了cebus及其应用层协议homepnp作为主要参考,在低成本的8位微处理器上实现了全部协议栈。易居科技同时还推出相关的网络家电开发平台,使得产品设计者可以非常方便快捷地完成一个“网络化家电”的开发过程。
在易居科技的智能网络平台的基础上,不仅可以接入诸如灯光控制、安全防范等简单设备,更可以连接复杂的网络家电。这些设备在智能平台之上互联与协同工作,提供更丰富的功能与特性。