構(gòu)建智慧家庭網(wǎng)絡(luò)的多終端互聯(lián)技術(shù)研究與應(yīng)用探討

韓建亭，萬(wàn) 象

（中國(guó)電信股份有限公司上海研究院 上海 200122）

近年來(lái)，隨著三網(wǎng)融合、光纖寬帶覆蓋、3G/LTE、智能機(jī)頂盒與互聯(lián)網(wǎng)電視、智能手機(jī)終端等技術(shù)和產(chǎn)品的快速發(fā)展，家庭網(wǎng)絡(luò)的智能化具備了前所未有的基礎(chǔ)和契機(jī)。運(yùn)營(yíng)商和產(chǎn)業(yè)鏈日益重視智慧家庭的市場(chǎng)，智慧家庭強(qiáng)調(diào)以信息化應(yīng)用引領(lǐng)，圍繞家庭網(wǎng)絡(luò)寬帶接入和家庭組網(wǎng)、終端智能化，實(shí)現(xiàn)終端的互動(dòng)與應(yīng)用分享，提供豐富的智慧家庭應(yīng)用與服務(wù)。主要聚焦的熱點(diǎn)應(yīng)用包括影音娛樂(lè)、民生應(yīng)用、智能家居等，這些應(yīng)用的前提是家庭網(wǎng)絡(luò)的組建和多終端的互聯(lián)。構(gòu)建家庭內(nèi)部多終端的互聯(lián)，是實(shí)現(xiàn)家庭智慧化的核心技術(shù)基礎(chǔ)。

2 家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系

構(gòu)建家庭網(wǎng)絡(luò)的終端包括3個(gè)層次:

·以電腦、智能機(jī)頂盒、智能電視、移動(dòng)終端、平板電腦等為代表的IP類應(yīng)用終端；

·以家庭網(wǎng)關(guān)為核心的聯(lián)網(wǎng)終端；

·家居自動(dòng)化、安防監(jiān)控、能源管理、休閑娛樂(lè)、健康醫(yī)療等傳感控制終端。

近10年來(lái)，伴隨家庭網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，誕生了諸多的終端組網(wǎng)和應(yīng)用互聯(lián)的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，這些技術(shù)交織復(fù)雜，隸屬于不同的產(chǎn)業(yè)鏈和聯(lián)盟組織，缺乏統(tǒng)一的組織和規(guī)劃。將智慧家庭終端組網(wǎng)與互聯(lián)技術(shù)進(jìn)行了分層歸納總結(jié)，如圖1所示，技術(shù)分為3類，即應(yīng)用互聯(lián)技術(shù)、IP聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)。

（1）應(yīng)用互聯(lián)技術(shù)

應(yīng)用互聯(lián)技術(shù)是指實(shí)現(xiàn)了IP聯(lián)網(wǎng)后的終端之間進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)協(xié)議識(shí)別、媒體傳輸、設(shè)備發(fā)現(xiàn)控制管理、應(yīng)用分享等的互聯(lián)技術(shù)。應(yīng)用互聯(lián)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)智慧家庭多終端互動(dòng)與應(yīng)用分享的核心技術(shù)。國(guó)內(nèi)外諸多標(biāo)準(zhǔn)組織都提出了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和解決方案。閃聯(lián)是一個(gè)成立于 2003年的國(guó)內(nèi)聯(lián)盟，由聯(lián)想、TCL、康佳、海信、長(zhǎng)城等多家家電廠商共同發(fā)起組織，旨在實(shí)現(xiàn)信息設(shè)備、通信設(shè)備、家電設(shè)備的智能互聯(lián)，現(xiàn)已小規(guī)模應(yīng)用在影音互動(dòng)、辦公自動(dòng)化等領(lǐng)域。同年，索尼、英特爾、微軟共同發(fā)起成立了 DLNA（Digital Living Network Alliance，數(shù)字生活網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟），該組織從網(wǎng)絡(luò)互連、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、媒體傳輸、設(shè)備發(fā)現(xiàn)控制管理和媒體格式5個(gè)方面進(jìn)行了互聯(lián)互通的規(guī)定，使得數(shù)字媒體和內(nèi)容服務(wù)的無(wú)限制共享成為可能，主要應(yīng)用在影音互動(dòng)（媒體共享、多屏互動(dòng)）等領(lǐng)域。2012年，Wi-Fi聯(lián)盟推出了一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線屏幕鏡像標(biāo)準(zhǔn) Miracast，可將PC、平板電腦、智能手機(jī)、電視等設(shè)備上的音視頻實(shí)時(shí)共享到其他設(shè)備上。該標(biāo)準(zhǔn)主要應(yīng)用于影音互動(dòng)（鏡像投影）中。同年，高通創(chuàng)新中心開(kāi)發(fā)了一套開(kāi)源軟件平臺(tái)AllJoyn，用以實(shí)現(xiàn)與底層傳輸技術(shù)無(wú)關(guān)的設(shè)備發(fā)現(xiàn)、配對(duì)、消息路由、安全、定位與點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信息傳輸?shù)裙δ?，?jì)劃主要應(yīng)用在影音互動(dòng)、家居自動(dòng)化等領(lǐng)域。

（2）IP 聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

IP聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是指在IP類終端之間實(shí)現(xiàn)終端IP層次的通聯(lián)的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。依據(jù)傳輸介質(zhì)的不同可將IP聯(lián)網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分為有線組網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)、無(wú)線組網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。家庭組網(wǎng)有線方式可選用的傳輸介質(zhì)包括以太網(wǎng)線、同軸線、電力線、電話線等。以太網(wǎng)基于IEEE 802.3協(xié)議，其傳輸信道穩(wěn)定，可優(yōu)先用于高清IPTV、視頻監(jiān)控等高帶寬業(yè)務(wù)的組網(wǎng)部署；同軸線傳輸以DOCSIS和MoCA兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)為代表，被北美運(yùn)營(yíng)商廣泛選用，國(guó)內(nèi)家庭基于同軸的接入點(diǎn)數(shù)量有限，要實(shí)現(xiàn)家庭全覆蓋有一定困難；電力插座遍布于家庭各個(gè)房間，接入點(diǎn)選擇比較靈活，基于電力線的聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)逐漸成為解決家庭組網(wǎng)問(wèn)題的補(bǔ)充技術(shù)。目前較成熟的電力線聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)有HomePlug以及可以支持電力線、電話線、同軸線3種介質(zhì)傳輸?shù)腉.hn技術(shù)。HomePlug為產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)，后被IEEE采用成為IEEE P1901，G.hn為ITU系列標(biāo)準(zhǔn)，是G.9960、G.9961等的統(tǒng)稱。家庭組網(wǎng)無(wú)線方式視承載業(yè)務(wù)不同有多種可選技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802.11（Wi-Fi）適合向家庭內(nèi)部提供高帶寬無(wú)線組網(wǎng)，是各種智能移動(dòng)終端（手機(jī)、Pad等）接入家庭網(wǎng)絡(luò)的首選。目前主推的Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)有IEEE 802.11n和IEEE 802.11ac，前者主要用于無(wú)線上網(wǎng)，后者對(duì)于無(wú)線高清視頻傳輸更有優(yōu)勢(shì)。

（3）傳感聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)

圖1 家庭組網(wǎng)及互聯(lián)技術(shù)體系

傳感聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)是指在家庭網(wǎng)絡(luò)中智能控制終端與多個(gè)末梢應(yīng)用終端之間的聯(lián)網(wǎng)及控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)末梢應(yīng)用終端的數(shù)據(jù)采集、控制管理等傳感應(yīng)用。目前，主流的傳感聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)包括紅外、KNX總線、RF（射頻）、ZigBee、Z-Wave等。紅外由于方向性要求較高、穿透性差且傳輸距離較短，應(yīng)用場(chǎng)景受限，主要在家電遙控、紅外探測(cè)中普遍采用。KNX總線協(xié)議是當(dāng)前唯一的全球性住宅和樓宇控制標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于智能樓宇和家居自動(dòng)化等領(lǐng)域，但在實(shí)際應(yīng)用中需要穿墻布線，主要應(yīng)用在新樓盤的前裝市場(chǎng)。因此，RF、ZigBee、Z-Wave才是值得運(yùn)營(yíng)商關(guān)注的傳感聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)。ZigBee聯(lián)盟成立于2001年，全球有400多個(gè)成員（中國(guó)區(qū)約 40 個(gè)），多家廠商（TI、FreeScale、Ember、Marvell）提供芯片。目前ZigBee主要應(yīng)用于工業(yè)控制（如能源行業(yè)），并逐漸在智能家居領(lǐng)域中占領(lǐng)一定市場(chǎng)。Z-Wave協(xié)議聯(lián)盟成立于2005年，發(fā)展至今擁有250多個(gè)成員（國(guó)內(nèi)約20個(gè)），其芯片由Sigma Designs獨(dú)家提供。該技術(shù)設(shè)計(jì)之初是為了應(yīng)用于家庭領(lǐng)域，目前在家居自動(dòng)化、安防監(jiān)控、能源管理等均有使用。RF（433/315 MHz）由于其芯片價(jià)格低廉，成為國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的傳感聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)，主要應(yīng)用于安防監(jiān)控、家居自動(dòng)化等領(lǐng)域，被中國(guó)智能家居產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和全國(guó)安全防范報(bào)警系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)共同看好。

智慧家庭組網(wǎng)與互聯(lián)涉及的技術(shù)非常繁雜，為了有效實(shí)現(xiàn)智慧家庭應(yīng)用，需對(duì)家庭聯(lián)網(wǎng)及互聯(lián)技術(shù)進(jìn)行針對(duì)性的深入研究，分析和評(píng)測(cè)這些技術(shù)的特點(diǎn)、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上，從運(yùn)營(yíng)商的視角，提出針對(duì)相關(guān)產(chǎn)品的發(fā)展思路和建議。

3 應(yīng)用互聯(lián)技術(shù)

隨著智能終端的普及，應(yīng)用互聯(lián)技術(shù)層出不窮，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注和借鑒的應(yīng)用互聯(lián)技術(shù)包括 DLNA、Miracast和AllJoyn等。

（1）DLNA

DLNA廣泛基于現(xiàn)有成熟的標(biāo)準(zhǔn)，核心特色是實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和媒體內(nèi)容共享。DLNA定位于設(shè)備發(fā)現(xiàn)與內(nèi)容分享，為家庭內(nèi)部的共享和增加新的數(shù)字媒體和數(shù)字內(nèi)容服務(wù)提供一個(gè)無(wú)縫的環(huán)境，是一個(gè)基于開(kāi)放和已確立的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的互操作性平臺(tái)，制造商可以用這個(gè)平臺(tái)在有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中支持媒體共享。從圖2所示DLNA架構(gòu)可以看出，DLNA并不開(kāi)發(fā)具體的通信技術(shù)和協(xié)議，而是選用應(yīng)用廣泛的技術(shù)和協(xié)議，以實(shí)現(xiàn)不同領(lǐng)域設(shè)備的互聯(lián)互通和無(wú)縫協(xié)同。

圖2 DLNA體系架構(gòu)

（2）Miracast

Miracast技術(shù)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)視頻分享的標(biāo)準(zhǔn)化，其核心特色是屏幕鏡像。從圖3所示的Miracast架構(gòu)可以看出，Miracast基于Wi-Fi Direct方式實(shí)現(xiàn)終端互聯(lián)（無(wú)需 AP參與），基于WPA2確保傳輸數(shù)據(jù)安全，基于 WMM（Wi-Fi multimedia）提供音視頻數(shù)據(jù)優(yōu)先級(jí)，確保用戶體驗(yàn)，通過(guò)WMM省電模式最小化連接時(shí)間，降低能耗，延長(zhǎng)工作壽命；此外，在做屏幕鏡像時(shí)，源端需對(duì)要呈現(xiàn)的音視頻進(jìn)行編碼，顯示端需對(duì)音視頻進(jìn)行解碼。

圖3 Miracast體系架構(gòu)

（3）AllJoyn

AllJoyn是開(kāi)放式軟件框架，其核心特色是實(shí)現(xiàn)與底層傳輸技術(shù)無(wú)關(guān)的設(shè)備發(fā)現(xiàn)、配對(duì)、消息路由、操控和安全等。它是一項(xiàng)近距離P2P通信技術(shù)，是一個(gè)開(kāi)源框架，利用現(xiàn)有的無(wú)線技術(shù)來(lái)進(jìn)行設(shè)備同步。在圖4所示AllJoyn架構(gòu)中，內(nèi)核提供設(shè)備發(fā)現(xiàn)、安全、連接管理、網(wǎng)絡(luò)管理等基本功能；瘦客戶端提供簡(jiǎn)化的AllJoyn協(xié)議處理，主要運(yùn)行在硬件配置和性能比較低的傳感設(shè)備上；核心服務(wù)層提供跨平臺(tái)的控制、告警、語(yǔ)音等服務(wù)；應(yīng)用層是指基于API開(kāi)發(fā)的AllJoyn應(yīng)用，具有跨平臺(tái)、與設(shè)備無(wú)關(guān)等特點(diǎn)，支持多種操作系統(tǒng)和編程語(yǔ)言。

圖4 AllJoyn體系架構(gòu)

針對(duì)這3種技術(shù)方式，通過(guò)表1進(jìn)行了對(duì)比分析。DLNA是適合智慧家庭內(nèi)部實(shí)現(xiàn)多終端設(shè)備發(fā)現(xiàn)與媒體共享的典型技術(shù)方式。由于AllJoyn除媒體共享外，還可延伸到智能家居應(yīng)用，是未來(lái)的技術(shù)發(fā)展方向。

DLNA普及程度最高，產(chǎn)品目前已覆蓋電視、DVD/藍(lán)光播放機(jī)、機(jī)頂盒、音響、手機(jī)、PC、平板電腦、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、數(shù)碼相框、游戲機(jī)等多個(gè)領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)上有多種基于DLNA的應(yīng)用，包括基于iOS、Android和Windows等操作系統(tǒng)的多種應(yīng)用，其中較為成熟的DLNA應(yīng)用包括基于iOS的AirPlay、Air Video和 iMediashare，基于 Android的騰訊視頻、Skifta、SoftMedia Player Trial和 Twonky。智能電視逐步都將支持DLNA應(yīng)用，包括小米、樂(lè)視的智能終端，智慧家庭定制的智能機(jī)頂盒等。Miracast由Wi-Fi聯(lián)盟認(rèn)證支持，該技術(shù)與認(rèn)證項(xiàng)目由Wi-Fi聯(lián)盟中的移動(dòng)與消費(fèi)性電子設(shè)備制造商及芯片廠商共同制定。由于這一技術(shù)比較新，支持這一技術(shù)的設(shè)備并不多，很多智能終端的Miracast正在開(kāi)發(fā)中，搭載Android 4.2系統(tǒng)的Android設(shè)備也會(huì)支持這一新功能。行業(yè)分析者預(yù)計(jì)Miracast認(rèn)證設(shè)備的年產(chǎn)量在未來(lái)4年將超過(guò)10億臺(tái)。AllJoyn僅Qualcomm支持，產(chǎn)業(yè)鏈接受度有待觀察。

隨著智能終端的發(fā)展，多終端的互動(dòng)和內(nèi)容分享在家庭內(nèi)將會(huì)越來(lái)越普及，運(yùn)營(yíng)商應(yīng)該以智能機(jī)頂盒、家庭網(wǎng)關(guān)、智能手機(jī)為核心，構(gòu)建智慧家庭的多屏互動(dòng)、云應(yīng)用分享、共享資源等智能應(yīng)用。多屏互動(dòng)產(chǎn)品作為智慧家庭應(yīng)用的填充，能夠提升用戶的感知體驗(yàn)，在產(chǎn)品管理模式上應(yīng)該采用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)化的管理模式，包括下載安裝、升級(jí)、服務(wù)等。

4 IP聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

技術(shù)層面解決家庭網(wǎng)絡(luò)的多終端組網(wǎng)問(wèn)題，可從無(wú)線、有線兩方面著手，在此，重點(diǎn)分析無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)IEEE 802.11n、IEEE 802.11ac和有線組網(wǎng)的電力線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，即HomePlug和 G.hn。

（1）無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)

相比IEEE 802.11n，IEEE 802.11ac采用了更高效的數(shù)據(jù)處理、調(diào)制、頻寬、MIMO、波束成形等技術(shù)，使其物理層數(shù)據(jù)傳輸能力顯著提高。從表2可以看出，IEEE 802.11ac在技術(shù)特性上明顯優(yōu)于IEEE 802.11n，但I(xiàn)EEE 802.11ac工作在5 GHz頻段，重點(diǎn)解決的是無(wú)線高清視頻傳輸，而IEEE 801.11n可在2.4 GHz、5 GHz兩個(gè)頻段工作，更多時(shí)候是為解決無(wú)線上網(wǎng)需求。兩者應(yīng)用場(chǎng)景不同，在短期內(nèi)，它們既不是競(jìng)爭(zhēng)性技術(shù)，也不是替代性技術(shù)。

IEEE 802.11n技術(shù)已經(jīng)在家用路由器、AP以及定制的家庭網(wǎng)關(guān)中得到普及；IEEE 802.11ac尚處于草案階段，各廠商將陸續(xù)推出產(chǎn)品。

（2）電力線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

從純技術(shù)角度分析，G.hn在跨介質(zhì)傳輸、理論傳輸速率、QoS保障及抗鄰居干擾等方面都優(yōu)于HomePlug。從表3可以看出，ITU G.9960（G.hn）作為新一代家庭聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，采用了先進(jìn)的編碼、調(diào)制、鄰居網(wǎng)絡(luò)共存技術(shù)，物理層傳輸速率可達(dá)1 Gbit/s，應(yīng)用層速率可達(dá)數(shù)百兆。而HomePlug物理層速率最高只有500 Mbit/s。HomePlug與G.hn由不同標(biāo)準(zhǔn)組織主推，兩者不兼容不互通，為競(jìng)爭(zhēng)性技術(shù)。

表1 DLNA、Miracast和AllJoyn技術(shù)點(diǎn)的比較

表2 IEEE 802.11n和IEEE 802.11ac的技術(shù)點(diǎn)比較

表3 HomePlug和G.hn的技術(shù)點(diǎn)比較

（3）實(shí)驗(yàn)室測(cè)試

由于IEEE 802.11ac芯片還在不斷成熟和完善中，還未在實(shí)驗(yàn)室對(duì)其進(jìn)行測(cè)評(píng)。

對(duì)HomePlug的產(chǎn)品及G.hn的樣機(jī)分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室和用戶實(shí)際環(huán)境的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，HomePlug目前的應(yīng)用層速率可達(dá)200 Mbit/s；G.hn芯片在不斷成熟和完善中，在分組大和衰減小的情況下，物理層速率已超過(guò)700 Mbit/s，其應(yīng)用層速率在420～450 Mbit/s，均可有效承載高清ITV業(yè)務(wù)。

跨多種傳輸介質(zhì)實(shí)現(xiàn)家庭組網(wǎng)正逐步成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展新方向。目前正在起草討論的IEEE P1905代表了跨多介質(zhì)組網(wǎng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的最新進(jìn)展。P1905試圖通過(guò)定義統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口層，在支持以太網(wǎng)和電力線組網(wǎng)的基礎(chǔ)上還增加了對(duì)Wi-Fi無(wú)線組網(wǎng)的支持，使跨Wi-Fi、電力線和以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸更加順暢。

綜合考慮技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈可持續(xù)發(fā)展兩方面因素，建議在IP聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域方面，在智慧家庭業(yè)務(wù)部署中，運(yùn)營(yíng)商應(yīng)選擇有線和無(wú)線相結(jié)合的家庭組網(wǎng)方式，無(wú)線以IEEE 802.11n為基本方式，逐步拓展IEEE 802.11ac承載高清視頻，有線組網(wǎng)方面以G.hn電力線聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)充。

5 傳感聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)

（1）互操作性

ZigBee和Z-Wave設(shè)備具有良好的互操作性，RF產(chǎn)品的互操作性最差。運(yùn)營(yíng)商關(guān)注的主流傳感聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)有RF、ZigBee、Z-Wave，其協(xié)議體系如圖 5 所示。

ZigBee與Z-Wave在標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議棧方面比較接近，均包括物理層、MAC層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層及應(yīng)用層。其中，ZigBee標(biāo)準(zhǔn)在IEEE 802.15.4基礎(chǔ)上，重點(diǎn)定義了數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層及應(yīng)用層配置文件。在ZigBee早期版本標(biāo)準(zhǔn)中，ZigBee應(yīng)用層配置文件的開(kāi)放性及芯片廠商的多樣性導(dǎo)致不同芯片廠商的同類終端的互通性較差。但隨著ZigBee配置文件標(biāo)準(zhǔn)的推出，對(duì)后續(xù)應(yīng)用層配置文件中的自定義項(xiàng)進(jìn)行了規(guī)范，使自定義項(xiàng)在屬性描述及命令交互等方面更趨于標(biāo)準(zhǔn)化，提升了ZigBee互通性。而Z-Wave標(biāo)準(zhǔn)基于ITU G.9959，重點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)層及應(yīng)用層進(jìn)行規(guī)范，并在網(wǎng)絡(luò)層明確了向上API，進(jìn)而降低了應(yīng)用開(kāi)發(fā)廠商開(kāi)發(fā)復(fù)雜性。Z-Wave標(biāo)準(zhǔn)在應(yīng)用層明確規(guī)范了設(shè)備描述及命令集，保證了不同設(shè)備提供商的產(chǎn)品在應(yīng)用層能實(shí)現(xiàn)較好的互通。而RF技術(shù)除了在物理層和ZigBee/Z-Wave一樣都是采用射頻媒介傳輸外，其他層都是由廠商自定義，不同廠商的產(chǎn)品互通性極差。此外，ZigBee和Z-Wave聯(lián)盟通過(guò)認(rèn)證來(lái)確保設(shè)備互操作性，而RF沒(méi)有專門的聯(lián)盟組織推進(jìn)。

圖5 主流傳感聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)的協(xié)議體系

（2）抗干擾與覆蓋性能

RF抗干擾能力最差，穿透性和覆蓋范圍方面表現(xiàn)最優(yōu)，ZigBee抗干擾能力介于RF與Z-Wave之間，穿透性和覆蓋范圍方面表現(xiàn)最差；Z-Wave抗干擾能力最強(qiáng)，穿透性和覆蓋范圍方面表現(xiàn)介于RF和ZigBee之間。

國(guó)內(nèi)支持RF的智能家居產(chǎn)品主要使用的工作頻段是315/433 MHz。由于頻段被廣泛用于車輛監(jiān)控、遙控、遙測(cè)、小型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、身份識(shí)別、非接觸RF，加上缺少抗沖突機(jī)制，頻間及頻內(nèi)干擾嚴(yán)重，因此，RF的抗干擾能力最差。但其使用的是低頻，穿透性最強(qiáng)，無(wú)中繼傳輸距離最長(zhǎng)。

ZigBee在國(guó)內(nèi)使用的工作頻段是2.4 GHz，在家庭網(wǎng)絡(luò)中Wi-Fi、藍(lán)牙都使用此頻段，對(duì)其會(huì)產(chǎn)生一定程度的干擾。由于使用的是高頻，ZigBee的穿透性最差，無(wú)中繼傳輸距離最短。

Z-Wave在國(guó)內(nèi)使用的工作頻段是868.42 MHz，頻段附近不存在對(duì)其產(chǎn)生影響的信號(hào)，頻率介于RF和ZigBee中間，因此，Z-Wave的穿透性和無(wú)中繼傳輸距離介于RF和ZigBee之間。

（3）功耗

Z-Wave從設(shè)計(jì)之初，就是針對(duì)智能家居應(yīng)用提出的，其功耗較ZigBee更低；ZigBee數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá) 250 kbit/s，而 Z-Wave通常為 9.6 kbit/s，但足以用于傳輸智能家居的傳感控制指令。ZigBee和Z-Wave功耗雖然都是豪瓦級(jí)，但Z-Wave的發(fā)射功率比ZigBee低很多。

（4）實(shí)驗(yàn)室測(cè)試

通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室對(duì)ZigBee和Z-Wave開(kāi)發(fā)板的實(shí)際測(cè)試，也進(jìn)一步驗(yàn)證了上述理論分析結(jié)論，具體情況見(jiàn)表4。

從技術(shù)理論分析及實(shí)測(cè)效果來(lái)看，Z-Wave是智能家居業(yè)務(wù)的最優(yōu)傳感控制技術(shù)選擇。

迄今為止，將IP引入傳感通信網(wǎng)絡(luò)一直被認(rèn)為是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)镮P對(duì)內(nèi)存和帶寬要求較高。基于IEEE 802.15.4實(shí)現(xiàn) IPv6通信的 IETF 6LoWPAN（lowrate wireless personal area network）草案標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布有望改變這一局面。6LoWPAN取得的突破是設(shè)計(jì)一種非常緊湊、高效的IP機(jī)制，即將IPv6報(bào)文壓縮并適配在IEEE 802.15.4上，不僅消除了以前造成各種專門標(biāo)準(zhǔn)和專有協(xié)議的因素，提升了設(shè)備的互操作性，同時(shí)又保持了專門標(biāo)準(zhǔn)和專有協(xié)議的低功耗、自組網(wǎng)、安全性等優(yōu)點(diǎn)。ZigBee和6LoWPAN在底層都采用IEEE 802.15.4，ZigBee新一代智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中SEP2.0已經(jīng)采用6LoWPAN技術(shù)，隨著美國(guó)智能電網(wǎng)的部署，6LoWPAN將成為事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。ZigBee未來(lái)可能全面升級(jí)為6LoWPAN。

低功耗Wi-Fi、基于電力載波的G.hnem/HomePlug green PHY技術(shù)在傳感網(wǎng)控制領(lǐng)域也逐步得到應(yīng)用。這些基于IP的傳感聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)盡管MAC/PHY層標(biāo)準(zhǔn)不同，但在可統(tǒng)一的IP等協(xié)議層之上可實(shí)現(xiàn)互通。因芯片尚待開(kāi)發(fā)和完善，相關(guān)智能家居應(yīng)用還未成熟。

基于IP的傳感聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)是最前沿的技術(shù)，擁有良好的互通性，但產(chǎn)業(yè)還需要過(guò)程。

傳感聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)廣泛用于當(dāng)前智能家居產(chǎn)業(yè)，不同技術(shù)完全不互通。運(yùn)營(yíng)商在家庭網(wǎng)絡(luò)的傳感互聯(lián)技術(shù)方面，應(yīng)基于產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，依托非IP傳感聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)，近期以RF、Z-Wave、ZigBee為主。產(chǎn)品服務(wù)模式可采用開(kāi)放平臺(tái)架構(gòu)，引入第三方提供服務(wù)，構(gòu)建智能家居應(yīng)用的應(yīng)用商店，提供靈活、輕量級(jí)且可管可控的業(yè)務(wù)加載方式（用戶自選業(yè)務(wù)），營(yíng)造開(kāi)放共贏的產(chǎn)業(yè)生態(tài)環(huán)境。

6 結(jié)束語(yǔ)

構(gòu)建家庭網(wǎng)絡(luò)的3類技術(shù)和終端，在各自不同領(lǐng)域?qū)?huì)得到快速發(fā)展并在產(chǎn)品化方面得到普及。運(yùn)營(yíng)商應(yīng)適時(shí)在家庭網(wǎng)絡(luò)的終端開(kāi)發(fā)、產(chǎn)品服務(wù)方面及時(shí)跟進(jìn)和引導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展，選取適合的技術(shù)以構(gòu)建開(kāi)放的智慧家庭平臺(tái)與開(kāi)發(fā)環(huán)境、構(gòu)建家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部多IP終端的互聯(lián)方案和服務(wù)、開(kāi)發(fā)家庭網(wǎng)絡(luò)多智能終端的互聯(lián)應(yīng)用等。

可以預(yù)見(jiàn)未來(lái)兩三年內(nèi)，用戶家庭內(nèi)部對(duì)終端互聯(lián)的需求和依賴將會(huì)更加凸顯，家庭內(nèi)部的多終端互聯(lián)、多屏互動(dòng)、內(nèi)容分享、融合通信等將會(huì)得到普及；依賴基于傳感控制技術(shù)的智能家居應(yīng)用將會(huì)得到大眾的認(rèn)同，依托于不同技術(shù)的產(chǎn)品也會(huì)更加豐富。這些產(chǎn)品帶來(lái)的應(yīng)用將會(huì)體現(xiàn)智慧家庭的內(nèi)涵，是運(yùn)營(yíng)商應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注和跟進(jìn)的領(lǐng)域。

1 敖志剛.智能家庭網(wǎng)絡(luò)及其控制技術(shù).北京:人民郵電出版社，2011

2 Recommendation ITU-T G.9960.Unified High-Speed Wire-Line Based Home Networking Transceivers-System Architecture and Physical Layer Specification,2011

3 IEEE Standard P1901.IEEE Standard for Broadband over Power Line Networks:Medium Access Control and Physical Layer Specifications,2010

4 IEEE Standard 1905.1.IEEE Standard for a Convergent Digital Home Network for Heterogeneous Technologies,2013