摘要：目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)推出的智能家居產(chǎn)品大多基于公司自定義的某種標(biāo)準(zhǔn),由于未經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用驗(yàn)證和業(yè)界的普遍認(rèn)同,其技術(shù)有兩個(gè)明顯的缺陷：不同公司的產(chǎn)品無(wú)法互聯(lián)、互操;產(chǎn)品不具備即插即用功能——易用性差。本文遵循美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（ＥＩＡ６００,ＥＩＡ７２１）,參照微軟和消費(fèi)總線委員會(huì)（ＣＩＣ）的簡(jiǎn)單控制協(xié)議ＳＣＰ,以及家電即插即用技術(shù)規(guī)范（ＨｏｍｅＰｎＰ）模型,給出了基于該技術(shù)規(guī)范的構(gòu)建技術(shù)。ＨｏｍｅＰｎＰ中傳輸協(xié)議的獨(dú)立性和上下文綁定等機(jī)制,使得不同廠家的家電互聯(lián)、互操和即插即用成為可能。
關(guān)鍵詞：HomePnP SCP CEBus EIA600, EIA721
智能家居要求家用電器經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（總線）實(shí)現(xiàn)互聯(lián)、互操和即插即用。目前,國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的相關(guān)產(chǎn)品大多基于自定義的某種技術(shù)規(guī)范,尚無(wú)得到廣泛認(rèn)同的統(tǒng)一家電接口標(biāo)準(zhǔn)。從技術(shù)角度而言,更多意義上還是一種概念性產(chǎn)品。國(guó)家經(jīng)貿(mào)委和信息產(chǎn)業(yè)部第七標(biāo)準(zhǔn)化小組將在２００３年推出有關(guān)智能家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn),其中一個(gè)重要的標(biāo)準(zhǔn)就是家電的接口規(guī)范。智能家居產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展有賴于這一標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的指導(dǎo)。
國(guó)際上主流的家庭網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)有：美國(guó)的Ｘ１０、消費(fèi)總線（ＣＥＢｕｓ）、日本的家庭總線（ＨｏｍｅＢｕｓ）、歐洲的安裝總線（ＥＩＢ）。技術(shù)上并不先進(jìn)的Ｘ１０,只支持開(kāi)關(guān)量,用于面板開(kāi)關(guān)和繼電器類的簡(jiǎn)單電器,但憑借價(jià)格低廉、性能可靠,尤其是它的易用性,一般用戶均能自行安裝,商業(yè)上取得了巨大的成功：４５０萬(wàn)戶美國(guó)家庭采用Ｘ１０,累計(jì)銷售了１．２億個(gè)模塊。１９８４年,美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ＥＩＡ）認(rèn)為Ｘ１０協(xié)議已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代生活的需要,并在１９９２年發(fā)布了ＣＥＢｕｓ（Ｃｏｎｓｕｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｂｕｓ）協(xié)議,其目標(biāo)是建立一個(gè)針對(duì)消費(fèi)類電子產(chǎn)品的開(kāi)放性協(xié)議。１９９４年,ＣＥＢｕｓ工業(yè)委員會(huì)（ＣＩＣ）成立,其成員為國(guó)際知名廠商。２００２年６月,微軟和ＣＩＣ共同宣布支持基于ＣＥＢｕｓ的簡(jiǎn)單控制協(xié)議ＳＣＰ,ＳＣＰ是微軟ＵＰｎＰ協(xié)議的子集。如果說(shuō)Ｘ１０是在低技術(shù)層次上,通過(guò)簡(jiǎn)單的操作來(lái)達(dá)到產(chǎn)品易用性,則ＣＥＢｕｓ是在高技術(shù)層次上,通過(guò)家電的互聯(lián)、互操和即插即用來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的易用性。ＨｏｍｅＰｎＰ（ＨＰｎＰ）是ＣＩＣ制定的基于公共應(yīng)用語(yǔ)言（Ｃｏｍｍｏｎ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｌａｎｇｕａｇｅ,簡(jiǎn)稱ＣＡＬ）的家電系統(tǒng)相互協(xié)同進(jìn)行互操的規(guī)范。ＨＰｎＰ不是一種語(yǔ)言,它為支持ＣＡＬ的家電提供統(tǒng)一的應(yīng)用規(guī)則來(lái)實(shí)現(xiàn)家電的即插即用功能。
１ ＨＰｎＰ中傳輸協(xié)議的獨(dú)立性
傳輸協(xié)議的獨(dú)立性是ＨｏｍｅＰｎＰ規(guī)范的最主要目標(biāo)之一。 ＨｏｍｅＰｎＰ規(guī)范使生產(chǎn)廠家可以使用一個(gè)應(yīng)用協(xié)議,并選擇合適的獨(dú)立的傳輸網(wǎng)絡(luò)（ＲＦ,ＰＬ,ＩＲ）。由于ＨｏｍｅＰｎＰ計(jì)劃運(yùn)行于已有的消費(fèi)電子產(chǎn)品協(xié)議如ＣＥＢｕｓ和ＩＥＥＥ １３９４（Ｆｉｒｅ Ｗｉｒｅ）之上,所以它對(duì)下面的傳輸層只提出最少的要求,保持其獨(dú)立性。
家庭產(chǎn)品即插即用（ＨｏｍｅＰｎＰ）采用分層結(jié)構(gòu),通過(guò)三個(gè)主要的功能模塊來(lái)處理應(yīng)用層和更高層的問(wèn)題。如圖１所示。
最下層代表應(yīng)用層及其相關(guān)的公共應(yīng)用語(yǔ)言（ＣＡＬ）,它包含在ＥＩＡ－６００（ＣＥＢｕｓ）、ＥＩＡ－７２１和ＥＩＡ－７６６標(biāo)準(zhǔn)中,從而免去在不同產(chǎn)品之間設(shè)置昂貴的語(yǔ)言翻譯網(wǎng)關(guān)。
上下文數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)層代表各種各樣用ＣＡＬ句法開(kāi)發(fā)而成的產(chǎn)品模型。通過(guò)定義安防、照明、環(huán)境、能源管理、家電設(shè)備、計(jì)算機(jī)和娛樂(lè)等的上下文,構(gòu)成業(yè)界認(rèn)同的家電產(chǎn)品模型。
最上層是系統(tǒng)指南,它指出即插即用安裝的產(chǎn)品必須具有哪些行為特征。這些指導(dǎo)性的原則涉及到ＥＩＡ－６００中尚未解決的一些難題。
２ ＨＰｎＰ的結(jié)構(gòu)
ＨｏｍｅＰｎｐ通過(guò)５個(gè)不同層次的架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)家電的互操性。如表１所示。
| HomePnP的架構(gòu) | 組成要素 |
| CAL提供的構(gòu)造模塊 | 設(shè)備,上下文,上下文號(hào),對(duì)象,實(shí)例變量,CAL報(bào)告,HomPnP廣播和直接消息傳輸 |
| HomePnP采用的構(gòu)造模塊 | 子系統(tǒng),狀態(tài)對(duì)象,偵聽(tīng)對(duì)象,請(qǐng)求對(duì)象,傳感器信息共享,報(bào)警和故障診斷報(bào)告,家居模式 |
| 子系統(tǒng)間的互操性模塊 | 松耦合,動(dòng)態(tài)上下文序號(hào),狀態(tài)信息廣播,狀態(tài)向量,自動(dòng)綁定和手動(dòng)綁定 |
| 子系統(tǒng)內(nèi)的互操作模塊 | 緊耦合,安裝工具 |
| 其他的互操需求 | 設(shè)備啟用,設(shè)置,資源管理,消息處理,認(rèn)證和加密的傳輸需求 |
下面,僅對(duì)ＨｏｍｅＰｎＰ構(gòu)造模塊和子系統(tǒng)互操模塊進(jìn)行介紹。
２．１ 子系統(tǒng)ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ
子系統(tǒng)是家庭控制網(wǎng)絡(luò)中功能相似和相關(guān)的設(shè)備和設(shè)備集。例如：安防系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)、家庭娛樂(lè)系統(tǒng)。一個(gè)子系統(tǒng)包含了一系列的ＣＡＬ上下文,這些ＣＡＬ上下文分別負(fù)責(zé)一部分的控制功能。ＨｏｍｅＰｎＰ的子系統(tǒng)可以只存在一個(gè)設(shè)備當(dāng)中,也可以分布在多個(gè)設(shè)備當(dāng)中。
２．２ 狀態(tài)對(duì)象,偵聽(tīng)對(duì)象和請(qǐng)求對(duì)象
在ＣＡＬ中按照設(shè)備的功能預(yù)定義了多種對(duì)象,在ＨｏｍＰｎＰ中按照對(duì)信息的收發(fā)方式將這些對(duì)象分為３類,分別采用一種特定的符號(hào)來(lái)表示。
狀態(tài)對(duì)象（ｓｔａｔｕｓ ｏｂｊｅｃｔ）：也稱為“信息提供者”,它具有報(bào)告功能,對(duì)象的報(bào)告頭ｒｅｐｏｒｔ＿ｈｅａｄｅｒ報(bào)告地址ｒｅｐｏｒｔ＿ａｄｄｒｅｓｓ綁定到ＣＡＬ的報(bào)告功能向后面的“偵聽(tīng)對(duì)象”發(fā)送狀態(tài)或數(shù)據(jù);其中狀態(tài)對(duì)象又細(xì)分為接收和不接收“請(qǐng)求對(duì)象”命令兩類。
偵聽(tīng)對(duì)象ｌｉｓｔｅｎｅｒ ｏｂｊｅｃｔ：它接收“狀態(tài)對(duì)象”的報(bào)告,并能夠根據(jù)接收的內(nèi)容調(diào)整自己的工作。偵聽(tīng)對(duì)象沒(méi)有報(bào)告功能。
請(qǐng)求對(duì)象ｒｅｑｅｕｓｔ ｏｂｊｅｃｔ：能夠發(fā)送“請(qǐng)求”改變狀態(tài)對(duì)象的狀態(tài),它也是采用報(bào)告的機(jī)制實(shí)現(xiàn)的,請(qǐng)求對(duì)象的目的上下文就是狀態(tài)對(duì)象所屬的上下文。
在一個(gè)家庭自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)中,請(qǐng)求對(duì)象引起設(shè)備改變狀態(tài),接著狀態(tài)對(duì)象公布設(shè)備狀態(tài)的變化,所有的工作著的偵聽(tīng)對(duì)象都能收聽(tīng)到這個(gè)狀態(tài)信息。這三種對(duì)象構(gòu)成各子系統(tǒng)并通過(guò)松耦合實(shí)現(xiàn)互操作的基礎(chǔ)。
２．３ 家居模式上下文（Ｈｏｍｅ Ｍｏｄｅ Ｃｏｎｔｅｘｔ）
家居模式上下文是用來(lái)表示當(dāng)前家庭狀況的一個(gè)上下文,這是ＨｏｍｅＰｎＰ一個(gè)重要的特性。這個(gè)上下文為所有的ＨｏｍｅＰｎＰ子系統(tǒng)提供了表示當(dāng)前家庭狀況（如在家,離開(kāi),休息）的通用方法。通過(guò)接收關(guān)于這個(gè)上下文的ＨｏｍｅＰｎＰ廣播,所有子系統(tǒng)可以根據(jù)它們自己的設(shè)計(jì)來(lái)調(diào)整相應(yīng)的行為。這種方法為家庭控制系統(tǒng)提供了一個(gè)完整和協(xié)調(diào)的解決方案。
