�。�2） 一般網(wǎng)絡(luò)中信息量大,但對實時性要求不高;家居網(wǎng)絡(luò)中家用電器信息量小,但對實時性要求較高。
�。�3） 一般網(wǎng)絡(luò)的微機系統(tǒng)往往處于辦公環(huán)境,較少有外界干擾,而家居網(wǎng)絡(luò)中的家用電器處于各種差別較大的環(huán)境,受到各種干擾較多。
（4） 一般網(wǎng)絡(luò)的物理結(jié)構(gòu)價格較貴,在家居網(wǎng)絡(luò)中需要較低位的價格,才能被廣大家庭認可和接受。
為了解決家居網(wǎng)絡(luò)的各種相關(guān)問題,人們已提出了各種相關(guān)的方案。近年來,VESA家居網(wǎng)絡(luò)委員會提出了基于IEEE P1394高速串行總線標準和IP協(xié)議的家居網(wǎng)絡(luò),而Greaves和Vncos等人提出了基于ATM的家居網(wǎng)絡(luò)技術(shù),目的在于尋找便于訪問網(wǎng)絡(luò)的集成方法。互聯(lián)網(wǎng)界也在考慮擴展IP協(xié)議以適應(yīng)基于IP的家居網(wǎng)絡(luò)。為了免除在組網(wǎng)時所用的電纜,數(shù)字電力線技術(shù)也處于標準化和運行的不同階段,這種技術(shù)會大大減少家居網(wǎng)絡(luò)入網(wǎng)的困難以及家庭用戶的心理障礙。
不過,在目前看來,能成功集成HNS的解決方法還不很清晰,源于兩個問題。第一,目的在于消費者市場的組網(wǎng)技術(shù)及器件價格仍然是一個重要問題;第二,能提供可靠的自重構(gòu)應(yīng)用集成的系統(tǒng)設(shè)備和器件仍然是一個未能很好解決的問題,這些設(shè)備應(yīng)符合互相配合/互操作性的標準化工作。
三、 嵌入式系統(tǒng)家居網(wǎng)絡(luò)的互配合及結(jié)構(gòu)
很明顯,由于在家居網(wǎng)絡(luò)中存在大量的性能和特點結(jié)構(gòu)不同的家用設(shè)備和電器,故而需要進行協(xié)調(diào)和標準化的工作,以推進HNS應(yīng)用的集成化。這一過程越公開,越有利于系統(tǒng)、設(shè)備、制造商及用戶。
家居網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)和標準化是在現(xiàn)有的經(jīng)驗基礎(chǔ)上開始的,并且分別在各種領(lǐng)域展開。人們認為,如果在系統(tǒng)中采用一個公共模型,則對在家居網(wǎng)絡(luò)中希望把家居子系統(tǒng)集成在一起的目標帶來很大的便利。這種工作的研究已在計算機界開展了。Munro等人提出的開放分布處理模型ODPM(Open Distributed Processing Model)是解決問題的一個較貼切的方法,其目的在于提出一種可用家居自動化子系統(tǒng)成功進行集成的解決辦法。
目前最為成功的應(yīng)該是Echelon公司的現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)——LonWorks網(wǎng)絡(luò)。2000年10月18日~19日在美國佛羅里達州舉行的LonWored2000會議上十分明顯地顯示了這種趨向。在該會議上,AT&T、Toshiba\,Sun Microsystem\,Honeywell\,Cypress\,Hyundai\,Samsung等都展出它們用LonWorks所構(gòu)成的家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
1. 家居網(wǎng)絡(luò)LonWorks
LonWorks網(wǎng)絡(luò)也簡稱Lon網(wǎng)。它是局部操作網(wǎng)絡(luò)（Local Operating Network）的簡寫,是由美國Echelon公司在1991年推出市場的。LonWorks網(wǎng)絡(luò)有其明顯的優(yōu)點：統(tǒng)一性、互操作性以及開放性。這也是用戶對網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的要求。
LonWorks網(wǎng)絡(luò)的特色如下：
�。�1） 通信媒介多。它可以用光纖、同軸電纜、雙絞線、電力線、無線電波、紅外線等進行信息傳輸,并且允許多種媒介混合使用。
�。�2） 開放性。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議LonTalk是開放的,并且對任何用戶都是平等的。
�。�3） 互操作性。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議完善,任何廠商的產(chǎn)品都能實現(xiàn)互操作。
這些基本特色使得LonWorks在家居網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中表現(xiàn)出比其他網(wǎng)絡(luò)有更大的優(yōu)勢,從而得到越來越廣泛的應(yīng)用。
LonWorks網(wǎng)絡(luò)最重要的技術(shù)有兩項：第一項是用Neuron Chip作為網(wǎng)絡(luò)接口部件。所謂Neuron Chip也稱神經(jīng)元芯片,實質(zhì)是一種特殊的單片機。這種單片機除了有存儲器和I/O接口之外,還有網(wǎng)絡(luò)通信用的收發(fā)器及各自用于不同目的的三個CPU：一個稱介質(zhì)訪問CPU,即MAC CPU,它用于執(zhí)行LonTalk協(xié)議的物理層和鏈路層;一個稱網(wǎng)絡(luò)CPU,它用于執(zhí)行LonTalk協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層這四層工作;一個稱應(yīng)用CPU,它用執(zhí)行LonTalk協(xié)議的應(yīng)用層工作,故而是用戶可用的。LonTalk協(xié)議固化在Neuron Chip的存儲器中,所以,一旦Neuron Chip接到LonWorks網(wǎng)絡(luò),它的介質(zhì)訪問CPU和網(wǎng)絡(luò)CPU就自動執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)通信及控制工作,無需用戶專門進行網(wǎng)絡(luò)通信方面的開發(fā)。這就大大方便了用戶連網(wǎng)的工作,只須把時間花在對象的控制上（即如何應(yīng)用好CPU）就足夠了。
LonWorks最重要的第二項技術(shù)是它的微處理器接口程序,即MIP軟件。用MIP軟件可以開發(fā)出各種低成本的網(wǎng)關(guān),從而使各種網(wǎng)絡(luò)的互連成為輕而易舉的事情。這樣,網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計者及系統(tǒng)集成者無需擔心其網(wǎng)絡(luò)過時,因為可以用LonWorks技術(shù)把它和新的網(wǎng)絡(luò)連接。
2. 家用電器上網(wǎng)的方法
家用電器上網(wǎng)已有多種不同的方法,這些方法基本上有如下幾種：
�。�1） 在家用電器內(nèi)部控制器上嵌入支持TCP/IP協(xié)議的芯片,直接上互聯(lián)網(wǎng)。
這種思想是較直接的,但是把TCP/IP協(xié)議固化需要較大容量的存儲器,同時執(zhí)行TCP/IP協(xié)議需要速度高的處理器,這樣,家電控制器就會較為復(fù)雜。應(yīng)用系統(tǒng)電路的控制軟件和執(zhí)行協(xié)議相關(guān),軟件設(shè)計量大而復(fù)雜,并且,還須對家用電器控制器給定一個IP地址,從而成本較高,一般是不為用戶所接受。
�。�2） 用EmWare公司的EMIT技術(shù),并在單片機系統(tǒng)中采用emNet協(xié)議,再通過emGateway和互聯(lián)網(wǎng)連接。
由于家電中的單片機只用較簡單的emNet協(xié)議,故對單片機要求不高,不過設(shè)計者必須對emNet協(xié)議和有關(guān)的接口熟悉,同時,還應(yīng)選擇適合于支持emNet協(xié)議的單片機,故而這種方法實現(xiàn)起來仍然有較大的困難。
�。�3） 在家電控制的單片機和網(wǎng)關(guān)之間加入所謂WebChip芯片,并通過網(wǎng)關(guān)接入互聯(lián)網(wǎng)。
這種方法在WebChip內(nèi)部固化了和emGateway及OSI協(xié)議兼容的MCUNet協(xié)議,家電中單片機系統(tǒng)通過串行口SPI和WebChip打交道。這樣,就可以實現(xiàn)家電上網(wǎng),這種方法相當于在單片機與互聯(lián)網(wǎng)之間加上一個中間部件。
�。�4） 利用LonWorks組成家電網(wǎng),再通過網(wǎng)關(guān)和互聯(lián)網(wǎng)連接。這種方法中,家電的一個集合首先組成一個局部網(wǎng)（即LonWorks網(wǎng)）,再通過網(wǎng)關(guān)與互聯(lián)網(wǎng)相接。
這種方式中,家電控制器只須用NeuronChip即可。故而對家電而言,其硬件結(jié)構(gòu)簡單,同時,軟件編制也方便。用這種方法使家電進入互聯(lián)網(wǎng)有成本低的優(yōu)點。另外,LonWorks在用電力線進行組網(wǎng)方面有著明顯的優(yōu)勢。
對于上述4種不同的方法,各有各的優(yōu)缺點。第一種方法,在家電控制器內(nèi)部嵌入支持TCP/IP協(xié)議的芯片,在存儲容量、單片機性能上所付出的代價是很高的。因此,成本必定較高,系統(tǒng)也會復(fù)雜一些。第二種方法采用EMIT技術(shù)在技術(shù)開發(fā)上仍有不少困難。第三種方法的思想有一定特色,但WebChip的功能還應(yīng)在實際應(yīng)用中加以證實。第四種方法由于LonWorks已有近10年的歷史,其各方面的技術(shù)已十分成功,并且全世界已有數(shù)千個廠商進行對應(yīng)的產(chǎn)品開發(fā)及生產(chǎn),而且可靠性已為實際所證實,故而這種方法有著明顯的實用性及經(jīng)濟性。
結(jié)束語
嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)已是一種不可分割的結(jié)合體。單片機的應(yīng)用促使了嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展,而嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合又形成一個復(fù)雜的系統(tǒng)。家用電器是一種特殊網(wǎng)絡(luò),它的每個節(jié)點所連的都是嵌入式系統(tǒng),從而可以稱為嵌入式網(wǎng)絡(luò)。
家電上網(wǎng)和實現(xiàn)遠程操作,其意義不在于這種網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)所產(chǎn)生的經(jīng)濟價值,而在于把家電從一種過去像“小農(nóng)經(jīng)濟”式的存在方式,進入一種開放、互聯(lián)的“社會化”的存在方式,也就是從個體進入網(wǎng)絡(luò)。
家電自身的進化必定要進一步智能化;家電與外界的溝通必定要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。這是家電發(fā)展的兩個重要方向。這兩個方向中,還有很多問題需要探討。例如,智能化應(yīng)達到何等程度才是合理又合適的,如何才是最優(yōu)的上網(wǎng)途徑。隨著科學技術(shù)的發(fā)展,將會產(chǎn)生各種卓有成效的方法和技術(shù),在不斷解決現(xiàn)有問題的同時,又向更深的方向發(fā)展。
