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中国科学院自动化研究所智能住宅 (Smart Home) 因体现了人类生活的舒适境界而倍受瞩目,其最大的特点就是方便舒适和无处不在的信息流动,因此也被称为信息家庭iHOME。目前,智能住宅在世界各国都在竞相发展。
智能住宅是建立在以计算机(computer)、通讯(communication)、消费类电子(consumption)和内容(content)构成的4C基础上,前3个C融合的信息产品将成为网络的终端和第4个C的载体,从而使网络经济真正家喻户晓。
智能住宅的特征
构成智能住宅的基本条件有如下三点:
(1)具有相当于住宅神经的家庭内网络。家庭内网络是指具有家庭总线系统(HBS)等的信息传输设备,它能使各设备之间保持有机联系,并且任何人随时随地都可以自由地选择家庭内外的一切信息,如果把以往家里四周的电气配线和煤气配管等比作血管,那么现在的家庭总线则相当于住宅的神经系统。
(2)能够通过这种网络提供各种服务。这里是指用来支援家庭的信息活动的服务功能,并通过住宅内设备控制执行。家庭活动可分为家务、管理、文化活动和通信四类。
家务(housekeeping)——是指家电设备、住宅设备及安保设备的自动控制、能源管理与显示等;属于消费类电子产品(consumption)。
管理(management)——包括家庭购物和金融管理,交通工具预约,家庭工作及医疗健康管理等;更广泛的是以电子商务、电子教育、电子娱乐为代表的内容(content)。
文化生活(culture)——包括利用计算机辅助教学等的家中学习,个人及家庭的娱乐和创作活动等;更广泛的是以电子商务、电子教育、电子娱乐为代表的内容(content)。
通信(communication)——包括利用公共通信网和双向CATV与外界通信以及咨询服务和社区行政服务等。
(3)能与地区社会等外部世界相连接。家庭智能化系统都应包括安装在家庭内的智能传感和执行设备、家庭布线系统及家庭智能控制器这三个基本部份。家庭智能控制器是家庭智能化系统的中心,也是小区智能网络上的智能节点。
智能化住宅通过家庭内部网络(或称家庭总线)把家庭内包括电脑、电视、音响、电话、录像LD或DVD等各种信息设备和住宅设备连成一体,一起并入网络之中,并与住宅外部环境相连,特别是都可以和互联网相连接,从而提供工作、学习、娱乐等服务,创造具有多功能的信息化居住空间,构成一个完美的网络化家庭。
智能化住宅主要包括室内不同位置的多个电话信息插座,可以随时与外界沟通;有电脑插座,可连接局域网运行,从而实现在家中上班、网上浏览、网络购物、收发邮件等;有闭路电视接口,既可实现家庭的保安监控,也可通过交互式电视系统进行视频点播等娱乐活动,从而达到秀才不出门、纵览天下事的理想境界。
此外,室内温度与照明控制系统能够根据家庭环境的变化自动调节室内温度和照明亮度。高档系统还会在下雨时自动关窗、阳光暴晒时卷帘会自动下落、家里没人时暖气会自动调低、智能化特征非常明显。
智能化住宅强调人的主观能动性,重视人与居住系统的协调,从多方面方便居住者的生活环境,全面提高生活的质量。这是它与家庭自动化系统的区别所在。
智能化家居布线的需求
人们对智能化家居的功能需求是,不出户就可以进行电子购物、网上医疗诊断、参观虚拟博物馆和图书馆、点播VCD家庭影院、遥控空调设备和家用电器,当家庭中发生盗警、火警、煤气泄漏等安全报警时,出门在外的家庭成员可以在接到报警信号以后,查询和确认家居中的安全状况。因此,采用现代化信息技术、自动化技术、信息集成技术建设的智能化家居应当具有如下所列的功能:
● 完善的综合安防措施,家用多元警报(防盗、防火、防煤气泄漏、防破坏等等)以及可视对讲;
●完善的生活服务智能控制器,室内具有程序自动化温度控制;
●家居与小区和社会之间的信息交互功能,如电话、传真、电子邮件、可视电话、家庭协同作业办公、综合信息查询服务;
此外还包括交互遥控学习、医疗诊断、多媒体娱乐以及购物等等。
总而言之,随着信息科学技术的进步,以及普及程度的提高,家家有电话已成为现实,家庭安装计算机终端的用户也越来越多,呈高速发展的趋势。信息化社会的日益逼近,必将导致人们在家庭住房需求观念上的彻底变革。家居用户对信息的需求,已经不局限于打电话,集话音、数据、图像于一体的多媒体信息已为人们所向往。信息产业的高速度发展,光纤接入网逐步伸向居民楼,也就是信息高速公路越来越接近用户,智能化家居的综合布线已经在我国普遍开始实施。
智能化家居布线技术发展现状
人们的工作、生活与通信和信息的关系日益密切,信息化社会在改变我们的生活和工作习惯,为了适应这种发展和需求,有的开发商投资建成了商住楼,既可作为家居,又可用来办公;有的开发商推出了SOHO的概念,作为一种办公的新潮流。不再注意上班时间,而更注重上班的效果,可能是SOHO办公的精神所在。
智能化家居布线与智能化办公、商用楼宇布线的不同点还在于,智能化家居布线系统将设置于家庭中的各项子系统中的设备应用及功能尽量集中,以减少家庭中管线的敷设。电缆类型和应用目的也不同,商用办公楼宇布线系统强调语音和数据应用的效果,家居布线系统却经常包含了声音和视频应用。
为了强调在家居布线中布线标准的独特性,测试设备厂家推出能够同时测试UTP和同轴电缆的测试产品,能对家居布线系统的性能参数进行测试,但是不像用于商用、办公楼宇布线系统的测试设备那样具有复杂的测试能力。
智能化家居布线系统的拓扑结构主要有两种类型:一种是总线型结构,将智能化家居中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭安防装置等,通过家庭总线连接,进行集中监控及家庭事务管理,并且保持这些家庭设施与家居环境的和谐与协调,这条总线还负责提供其他各种服务功能以及与家居以外的外部连接;另一种是星型拓扑,是将智能化家居中各种与信息相关的设备、家用电器和家庭安防装置等,通过星型布线完成与总线结构相同的功能。
家庭智能化总线协议
在智能家居中,除对信息家电作实时控制外,更突出的问题是家庭中各类信息家电设备间的通信,以及家庭和外界的通信问题,这就要求有一种更适用于智能家居和智能小区的家庭控制总线(HomeBus)。在住宅智能化系统中总线协议是其精髓所在,但由于目前不同系统的协议之间相互不兼容,对家庭自动化的市场化影响很大。目前主要的总线协议有:
(1)LonWorks协议,它不受总线网络拓扑单一形式的限制,可以选用任意形式的网络拓扑结构。网络操作系统结构可以使用主从式、对等式和现在的客户机/服务器方式,它的通信介质也不受限制,可用双绞线、电力线、光缆、射频、红外线等,并可在同一网络中混合使用。
(2)X-10协议。它是美国家庭自动化的主导系统。诞生于1978年,历史最长也最简单,直接利用住宅电力线作为控制总线,通过电力线将各控制器与各功能接口器相连并实现程序控制,不必再穿墙打孔,更利于改变结构和空间,用户可自己动手安装,价格也较低廉。
(3)CEBuS——EIA的消费电子总线协议,是欧美家庭自动化电子产品工业界的推荐标准。
(4)BACnet——建筑物自动化网络通信协议。它是个完全开放性的楼宇自控网,由楼宇自控设备功能及信息数据的表示方式、5种规范局域网协议以及它们之间相互通信采用的协议等部份组成。
(5)BATIBus,实现建筑物供暖、空调、照明和门禁系统间相互通信的现场总线。
(6)Smart HouseLP的智能屋协议。
(7)电力线媒介开发和电力线调制解调器集成电路,使用户可通过电力线进入Internet网,它从简单的数据传输提高到了网络联接。
家庭网络布线系统
家庭网络布线要求解决布线方便和实现即插即用两大基本问题。当前开发家用网络的厂商分为两大阵营,一是以Microsoft、AMD、Lucent为首的Home Run网络联盟,其技术是高举xDSL这面大旗;另一是由3Com、Cisco等构成的Epigram联盟,它提供通过已有的电视网络来传输图像、声音、数据的整体解决方案。
智能住宅布线应用有如下3种类型:
第1类CCCB——Command Control and Communications for Buildings,是控制系统的布线,用以完成对住户生存环境的控制,其应用如消防报警、CCTV、出入口管理、空调自控、照明控制、水/电/煤气三表自动抄送等,这些应用提供了定时、准确、有效、方便的自动化环境的服务。 这类布线通常由双绞线及同轴电缆共同构成,拓扑结构可以采用星形、总线形或菊花链形的一种或几种形式的混合。
第2类ICT——Information and Communications Technology,是信息系统的布线,提供信息服务平台,进行信息的管理,其应用如电话、传真、电脑网络、Internet、电子邮件、视频会议、家庭办公(Home Office)、以及所有的在电话/电脑网络上附加的越来越多的服务,这要求及时方便的服务。
第3类HE——Home Entertainment and Multimedia,是家庭娱乐和多媒体的布线,其应用如有线电视、卫星电视、家庭影院、交互式视频点播,以及有线电视网络所能提供的所有的功能。此类应用的主要传输媒体一般是同轴电缆,采用总线型配置。但目前也有部分应用利用计算机网络作为传输媒体,用户通过在家中的电视机上加装机顶盒,就可以完成信号的接收和转换。
智能住宅布线系统的特性还表现在它的传输方式的多样性,不同的传输介质都可以找到其应用场合,包括有同轴电缆、双绞线、光纤等类有线方式,以及红外遥控、射频方式、电力线载波方式这三种常见的无线信号传输方式。有线方式具有安全性高、容量大、速率高等方面的优势,而无线遥控器式的控制方式则最适合于家庭。
智能住宅布线的标准
(1)智能住宅布线系统已有ANSI/TIA/EIA 570A家居电讯有线标准(Residential Telecommunications Cabling Standard),它规定的家居布线电缆包括4对3米或5类UTP、75Ω同轴电缆和室内2芯多模光纤,线路从插座到配线箱不可超出90米,信道长度不可超出100米,端接采用8位插头座。家居布线的心脏是安装箱,内装视频模板、语音模板和数据模板,由安装箱统一分配和管理到各个房间的传输介质,依次为整个家居提供视听、家居自动化、Internet访问、家庭办公等,安装箱同时可以固定各种配线架和面板,安装好的箱体将嵌入墙内。
(2)家居布线等级
等级系统的建立有助于选择适合每一家居单元不同服务的布线基础结构。主要满足家居自动化,安全性的布线要求。
等级一提供可满足电讯服务最低要求的通用布线系统,该等级可提供电话,CATV和数据服务。等级一主要采用双绞线及使用星型拓扑方法连接,等级一布线的最低要求为一根四对非屏蔽双绞线(UTP),并必须满足或超出ANSI/TIA/EIA-568A规定的三类电缆传输特性要求;以及一根75Ω同轴电缆,并必须满足或超出SCTEIPS-SP-001的要求。建议安装五类非屏蔽双绞线(UTP)方便升级至等级二。
等级二提供可满足基础,高级和多媒体电讯服务的通用布线系统,该等级可支持当前和正在发展的电讯服务。等级二布线的最低要求为一或二根的四对非屏蔽双绞线(UTP),并必须满足或超出ANSI/TIA/EIA-568-A规定的五类电缆传输特性要求,以及一或二根75Ω同轴电缆,并必须满足或超出SCTE ZPS-SP-001的要求。可选择的光缆,并必须满足或超出ANSI/ICEA S-87-640的传输特性要求。
(3)一般的家居布线要求都是由此二个等级来设定方案,并在每一家庭设定一个分界点(demarcation point)或一个辅助分离插座(Auxiliary & discount outlet)来连接到终端的设备。
每一个家庭里都必须安装一个配线箱(DD),配线箱是一个交叉连接的配线架,主要端接所有的电缆,跳线,插座及设备连线等。配线架主要提供用户增加,改动或更改服务,并提供连接端口给与外间服务供应商提供不同的系统应用。配线架必须安装于一个适合安装及维修的地方,并能提供一个保护装置将配线引进大厦。所有端接如需连接大厦,必须安装接地及引进大厦设备,并合乎有关的适当标准及规格。
智能化家居布线规范
已经建成或正在建设的住宅建筑,大多是按《城市住宅区和办公楼电话通信设施设计标准》(YD/T 2008-93)的要求实施,不适用于智能化家居。
结合我国城市住宅建筑通信设施的现状和对未来通信需求的预测,同时参考了北美地区美国国内标准委员会(ANSI)与TIA/EIA TR-41委员会内TR-41.8分委员会的TR 41.8.2工作组制定的TIA/EIA 570A——家居电信布线标准(Residential Telecommunications Cabling Standard)。TIA/EIA 570A标准包含了家居布线系统中的产品、安装指导和测试程序。
该标准为家居布线结构寻求一种新的标准化操作,使之适合于住户的需求,它比商业建筑电信系统布线TIA/EIA 568标准包含更多的内容,包含了安装语音、数据、视频、家庭自动化和安全告警等系统在内的指导。
中国工程建设标准化协会通信工程委员会已于2000年9月完成了《城市住宅建筑综合布线系统工程设计规范》的编制任务,经信息产业部、建设部等业内资深专家的审查,协会已于9月30日正式批准该规范为协会标准,编号为CECS119∶2000,于2000年12月正式施行。
法规性文件的制定,为智能化家居建设和发展给出了依据和保障,智能化家居的布线应当遵循该规范。
智能化家居布线设计要点
智能化家居布线应按照CECS119∶2000规范中的“综合配置”设计,综合配置可满足较高水平信息服务的需要,提供当前和今后发展所需要的电话、数据、多媒体和有线电视等服务。
CECS119∶2000规范规定,每一卧室、书房、起居室、餐厅等均应设置1个信息插座或光缆插座,以及1个电缆电视插座。并且指出,也可按用户需求设置,从实际国情出发,家居内实际布线时,目前先在主卧室内设置一个信息插座连接一根4对芯五类非屏蔽双绞线到配线装置,若有书房,则优先考虑在书房内设此信息插座。其余房间暂不设信息插座,但是要预埋插座盒及相应的PVC管,从室外引入箱内的信息线、电话线、电视线,在箱内不断开,留出一定长度,便于今后加装配线架等部件进行接线。每户在客厅、主卧室设电话、电视插座各一个,也可在其他卧室设电话、电视插座各一个,卫生间应设置电话插座。 每户宜设置壁龛式配线装置(也称家庭控制器箱、或称家庭信息箱等),配线装置的箱体应一次到位,满足远期的需要,箱体的尺寸按家居内各种信息插座的数量而定。
每个信息插座或光缆插座至壁龛式配线装置各敷设1条5类4对芯双绞线电缆,电缆电视插座至配线装置敷设1条75Ω同轴电缆,电话插座至配线装置应敷设1条2×0.5(或2×0.4)的导线。信息插座接口形式为RJ45,电话插座接口形式为RJ11。
宽带网络对布线的新要求
当前我国智能化家居宽带网络建设正在如火如荼地进行,网络建设,布线先行,宽带网络建设时布线系统产品的要求也与日俱增。针对宽带网络建设的特点,如何选择合适的产品和供应商?
首先,宽带网络布线是一项关系到每个智能化家居信息化工程的物理基础,因此对布线产品的性能要求绝不可轻视,对铜缆系统、光缆系统中所用产品必须严格按照国际国内相关规范的性能指标要求,选择经过国际组织认证,国内信息产业部指定的检测中心认证或第三方独立实验室认证的产品,显得尤为重要,防止以次充好等质劣“水货”进入智能化家居。而且,产品性能并不等同于系统性能,一组互不相称的五类产品可能无法构成符合标准的5类系统。即:Σcat 5 ≠ Cat 5 Σ。如果要确保整个系统具有五类性能,则系统的组合部件和安装的每一个环节都必须符合“5类”。因此,厂家提供的质量保证书(有15、20年等)不仅要对产品保证,而且必须对整个系统保证。
其次,在建设智能化家居宽带网络时,大多在资金方面基本上属于先垫资投入,运营后再收费。这种运作方式不仅要求布线系统产品要有好的性能指标,同时价格也必须合理。因此,如果供应商没有自己的制造工厂,没有大规模生产能力,又经过多个渠道环节进入市场,那么很难满足这一要求。
智能化家居宽带网络的建设,不管住户用不用,什么时候用,都要为他们留好集线器和交换机的接口,这在投资方面是很大的浪费,因为不可能所有住户都同时上网,上网的住户也并不是很多,这是中国的国情。即使是采用“先埋线,后按需要开通”的办法,也不是解决问题的根本方法。因为一个组团、一栋楼,只要有一户需要使用,就必须购买网络交换机和集线器开通并进行长期维护。那么,真正有效的解决方案是什么呢?很可能HFC(光纤同轴电缆混合)网是一种较为理想的选择。
智能化住宅市场机遇与挑战
随着我国加入WTO,国内的产业结构调整以及相当一部分农村人口将向城市转移,形成全国的“城市化”高潮,城市化率的增加将带来城市住宅建设的巨大压力。每年增加城市化率1%,将意味着每年需建设1300万人口的住宅。若以人均15平方米的建筑面积计算,则需要每年建设约2亿平方米住宅,必然对智能化住宅建筑市场带来巨大的推动。
目前,城镇居民已逐渐接受个人购房的理念,在此理念影响下,一些城镇居民已将购房作为其第一消费目标。家居市场的红火局面,将为我国的住宅建筑市场,包括智能化住宅建筑市场的发展提供新的机遇,同时也形成新的挑战。市场挑战的实质是竞争,其中主要是价格竞争、质量竞争和服务竞争。
价格竞争的本质是成本竞争,家居智能化产品较以前减少了关税和其他非关税壁垒,要争取更多的国内市场份额和对外出口,其基点必须建立在降低成本的基础上。按用户需求的最大的性价比作为设计的原则,即应坚持面向功能的经济优化设计,而防止设备“堆积”式设计。质量竞争表现在品牌竞争,品牌的核心是质量。服务竞争是市场竞争的最高层次,按用户需求作出“全过程服务”是服务竞争的最终原则。
家庭网络连接技术值得关注
随着数字化进程的日益加深,人们的家居生活越来越明显地印上了网络的烙印。其突出的表现是,家电开始数字化、网络化。网络家电是家居智能化的一个有机组成部分,计算机将与所有的家电设备连线沟通,即所谓的“家庭网络”。
家庭网络设备不外乎提供视听娱乐功能、沟通功能、设备的操作与控制功能及安全防护功能等。因为一般的家庭设备皆属于简便的运算程序,所以家庭网络最重要的是必须将设备之间彼此串联,进行相关的运用。
当前家庭网络所采用的连接技术可以分为有线和无线两大类。有线技术主要包括:双绞线或同轴连接(以太网)、电话线连接、电力线连接等;无线技术主要包括:红外线连接、无线电连接、基于RF技术的连接和基于PC的无线连接等。有线技术和无线技术各有优缺点,二者结合将可能是最佳方案。
随着家庭网络技术的产品价格逐渐下降,相应软件的逐渐成熟,高速传输能力和高度灵活性家庭网络将会受到住户的青睐,必将对智能化家居的布线技术产生较大的影响。
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智能住宅是建立在以计算机(computer)、通讯(communication)、消费类电子(consumption)和内容(content)构成的4C基础上,前3个C融合的信息产品将成为网络的终端和第4个C的载体,从而使网络经济真正家喻户晓。
智能住宅的特征
构成智能住宅的基本条件有如下三点:
(1)具有相当于住宅神经的家庭内网络。家庭内网络是指具有家庭总线系统(HBS)等的信息传输设备,它能使各设备之间保持有机联系,并且任何人随时随地都可以自由地选择家庭内外的一切信息,如果把以往家里四周的电气配线和煤气配管等比作血管,那么现在的家庭总线则相当于住宅的神经系统。
(2)能够通过这种网络提供各种服务。这里是指用来支援家庭的信息活动的服务功能,并通过住宅内设备控制执行。家庭活动可分为家务、管理、文化活动和通信四类。
家务(housekeeping)——是指家电设备、住宅设备及安保设备的自动控制、能源管理与显示等;属于消费类电子产品(consumption)。
管理(management)——包括家庭购物和金融管理,交通工具预约,家庭工作及医疗健康管理等;更广泛的是以电子商务、电子教育、电子娱乐为代表的内容(content)。
文化生活(culture)——包括利用计算机辅助教学等的家中学习,个人及家庭的娱乐和创作活动等;更广泛的是以电子商务、电子教育、电子娱乐为代表的内容(content)。
通信(communication)——包括利用公共通信网和双向CATV与外界通信以及咨询服务和社区行政服务等。
(3)能与地区社会等外部世界相连接。家庭智能化系统都应包括安装在家庭内的智能传感和执行设备、家庭布线系统及家庭智能控制器这三个基本部份。家庭智能控制器是家庭智能化系统的中心,也是小区智能网络上的智能节点。
智能化住宅通过家庭内部网络(或称家庭总线)把家庭内包括电脑、电视、音响、电话、录像LD或DVD等各种信息设备和住宅设备连成一体,一起并入网络之中,并与住宅外部环境相连,特别是都可以和互联网相连接,从而提供工作、学习、娱乐等服务,创造具有多功能的信息化居住空间,构成一个完美的网络化家庭。
智能化住宅主要包括室内不同位置的多个电话信息插座,可以随时与外界沟通;有电脑插座,可连接局域网运行,从而实现在家中上班、网上浏览、网络购物、收发邮件等;有闭路电视接口,既可实现家庭的保安监控,也可通过交互式电视系统进行视频点播等娱乐活动,从而达到秀才不出门、纵览天下事的理想境界。
此外,室内温度与照明控制系统能够根据家庭环境的变化自动调节室内温度和照明亮度。高档系统还会在下雨时自动关窗、阳光暴晒时卷帘会自动下落、家里没人时暖气会自动调低、智能化特征非常明显。
智能化住宅强调人的主观能动性,重视人与居住系统的协调,从多方面方便居住者的生活环境,全面提高生活的质量。这是它与家庭自动化系统的区别所在。
智能化家居布线的需求
人们对智能化家居的功能需求是,不出户就可以进行电子购物、网上医疗诊断、参观虚拟博物馆和图书馆、点播VCD家庭影院、遥控空调设备和家用电器,当家庭中发生盗警、火警、煤气泄漏等安全报警时,出门在外的家庭成员可以在接到报警信号以后,查询和确认家居中的安全状况。因此,采用现代化信息技术、自动化技术、信息集成技术建设的智能化家居应当具有如下所列的功能:
● 完善的综合安防措施,家用多元警报(防盗、防火、防煤气泄漏、防破坏等等)以及可视对讲;
●完善的生活服务智能控制器,室内具有程序自动化温度控制;
●家居与小区和社会之间的信息交互功能,如电话、传真、电子邮件、可视电话、家庭协同作业办公、综合信息查询服务;
此外还包括交互遥控学习、医疗诊断、多媒体娱乐以及购物等等。
总而言之,随着信息科学技术的进步,以及普及程度的提高,家家有电话已成为现实,家庭安装计算机终端的用户也越来越多,呈高速发展的趋势。信息化社会的日益逼近,必将导致人们在家庭住房需求观念上的彻底变革。家居用户对信息的需求,已经不局限于打电话,集话音、数据、图像于一体的多媒体信息已为人们所向往。信息产业的高速度发展,光纤接入网逐步伸向居民楼,也就是信息高速公路越来越接近用户,智能化家居的综合布线已经在我国普遍开始实施。
智能化家居布线技术发展现状
人们的工作、生活与通信和信息的关系日益密切,信息化社会在改变我们的生活和工作习惯,为了适应这种发展和需求,有的开发商投资建成了商住楼,既可作为家居,又可用来办公;有的开发商推出了SOHO的概念,作为一种办公的新潮流。不再注意上班时间,而更注重上班的效果,可能是SOHO办公的精神所在。
智能化家居布线与智能化办公、商用楼宇布线的不同点还在于,智能化家居布线系统将设置于家庭中的各项子系统中的设备应用及功能尽量集中,以减少家庭中管线的敷设。电缆类型和应用目的也不同,商用办公楼宇布线系统强调语音和数据应用的效果,家居布线系统却经常包含了声音和视频应用。
为了强调在家居布线中布线标准的独特性,测试设备厂家推出能够同时测试UTP和同轴电缆的测试产品,能对家居布线系统的性能参数进行测试,但是不像用于商用、办公楼宇布线系统的测试设备那样具有复杂的测试能力。
智能化家居布线系统的拓扑结构主要有两种类型:一种是总线型结构,将智能化家居中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭安防装置等,通过家庭总线连接,进行集中监控及家庭事务管理,并且保持这些家庭设施与家居环境的和谐与协调,这条总线还负责提供其他各种服务功能以及与家居以外的外部连接;另一种是星型拓扑,是将智能化家居中各种与信息相关的设备、家用电器和家庭安防装置等,通过星型布线完成与总线结构相同的功能。
家庭智能化总线协议
在智能家居中,除对信息家电作实时控制外,更突出的问题是家庭中各类信息家电设备间的通信,以及家庭和外界的通信问题,这就要求有一种更适用于智能家居和智能小区的家庭控制总线(HomeBus)。在住宅智能化系统中总线协议是其精髓所在,但由于目前不同系统的协议之间相互不兼容,对家庭自动化的市场化影响很大。目前主要的总线协议有:
(1)LonWorks协议,它不受总线网络拓扑单一形式的限制,可以选用任意形式的网络拓扑结构。网络操作系统结构可以使用主从式、对等式和现在的客户机/服务器方式,它的通信介质也不受限制,可用双绞线、电力线、光缆、射频、红外线等,并可在同一网络中混合使用。
(2)X-10协议。它是美国家庭自动化的主导系统。诞生于1978年,历史最长也最简单,直接利用住宅电力线作为控制总线,通过电力线将各控制器与各功能接口器相连并实现程序控制,不必再穿墙打孔,更利于改变结构和空间,用户可自己动手安装,价格也较低廉。
(3)CEBuS——EIA的消费电子总线协议,是欧美家庭自动化电子产品工业界的推荐标准。
(4)BACnet——建筑物自动化网络通信协议。它是个完全开放性的楼宇自控网,由楼宇自控设备功能及信息数据的表示方式、5种规范局域网协议以及它们之间相互通信采用的协议等部份组成。
(5)BATIBus,实现建筑物供暖、空调、照明和门禁系统间相互通信的现场总线。
(6)Smart HouseLP的智能屋协议。
(7)电力线媒介开发和电力线调制解调器集成电路,使用户可通过电力线进入Internet网,它从简单的数据传输提高到了网络联接。
家庭网络布线系统
家庭网络布线要求解决布线方便和实现即插即用两大基本问题。当前开发家用网络的厂商分为两大阵营,一是以Microsoft、AMD、Lucent为首的Home Run网络联盟,其技术是高举xDSL这面大旗;另一是由3Com、Cisco等构成的Epigram联盟,它提供通过已有的电视网络来传输图像、声音、数据的整体解决方案。
智能住宅布线应用有如下3种类型:
第1类CCCB——Command Control and Communications for Buildings,是控制系统的布线,用以完成对住户生存环境的控制,其应用如消防报警、CCTV、出入口管理、空调自控、照明控制、水/电/煤气三表自动抄送等,这些应用提供了定时、准确、有效、方便的自动化环境的服务。 这类布线通常由双绞线及同轴电缆共同构成,拓扑结构可以采用星形、总线形或菊花链形的一种或几种形式的混合。
第2类ICT——Information and Communications Technology,是信息系统的布线,提供信息服务平台,进行信息的管理,其应用如电话、传真、电脑网络、Internet、电子邮件、视频会议、家庭办公(Home Office)、以及所有的在电话/电脑网络上附加的越来越多的服务,这要求及时方便的服务。
第3类HE——Home Entertainment and Multimedia,是家庭娱乐和多媒体的布线,其应用如有线电视、卫星电视、家庭影院、交互式视频点播,以及有线电视网络所能提供的所有的功能。此类应用的主要传输媒体一般是同轴电缆,采用总线型配置。但目前也有部分应用利用计算机网络作为传输媒体,用户通过在家中的电视机上加装机顶盒,就可以完成信号的接收和转换。
智能住宅布线系统的特性还表现在它的传输方式的多样性,不同的传输介质都可以找到其应用场合,包括有同轴电缆、双绞线、光纤等类有线方式,以及红外遥控、射频方式、电力线载波方式这三种常见的无线信号传输方式。有线方式具有安全性高、容量大、速率高等方面的优势,而无线遥控器式的控制方式则最适合于家庭。
智能住宅布线的标准
(1)智能住宅布线系统已有ANSI/TIA/EIA 570A家居电讯有线标准(Residential Telecommunications Cabling Standard),它规定的家居布线电缆包括4对3米或5类UTP、75Ω同轴电缆和室内2芯多模光纤,线路从插座到配线箱不可超出90米,信道长度不可超出100米,端接采用8位插头座。家居布线的心脏是安装箱,内装视频模板、语音模板和数据模板,由安装箱统一分配和管理到各个房间的传输介质,依次为整个家居提供视听、家居自动化、Internet访问、家庭办公等,安装箱同时可以固定各种配线架和面板,安装好的箱体将嵌入墙内。
(2)家居布线等级
等级系统的建立有助于选择适合每一家居单元不同服务的布线基础结构。主要满足家居自动化,安全性的布线要求。
等级一提供可满足电讯服务最低要求的通用布线系统,该等级可提供电话,CATV和数据服务。等级一主要采用双绞线及使用星型拓扑方法连接,等级一布线的最低要求为一根四对非屏蔽双绞线(UTP),并必须满足或超出ANSI/TIA/EIA-568A规定的三类电缆传输特性要求;以及一根75Ω同轴电缆,并必须满足或超出SCTEIPS-SP-001的要求。建议安装五类非屏蔽双绞线(UTP)方便升级至等级二。
等级二提供可满足基础,高级和多媒体电讯服务的通用布线系统,该等级可支持当前和正在发展的电讯服务。等级二布线的最低要求为一或二根的四对非屏蔽双绞线(UTP),并必须满足或超出ANSI/TIA/EIA-568-A规定的五类电缆传输特性要求,以及一或二根75Ω同轴电缆,并必须满足或超出SCTE ZPS-SP-001的要求。可选择的光缆,并必须满足或超出ANSI/ICEA S-87-640的传输特性要求。
(3)一般的家居布线要求都是由此二个等级来设定方案,并在每一家庭设定一个分界点(demarcation point)或一个辅助分离插座(Auxiliary & discount outlet)来连接到终端的设备。
每一个家庭里都必须安装一个配线箱(DD),配线箱是一个交叉连接的配线架,主要端接所有的电缆,跳线,插座及设备连线等。配线架主要提供用户增加,改动或更改服务,并提供连接端口给与外间服务供应商提供不同的系统应用。配线架必须安装于一个适合安装及维修的地方,并能提供一个保护装置将配线引进大厦。所有端接如需连接大厦,必须安装接地及引进大厦设备,并合乎有关的适当标准及规格。
智能化家居布线规范
已经建成或正在建设的住宅建筑,大多是按《城市住宅区和办公楼电话通信设施设计标准》(YD/T 2008-93)的要求实施,不适用于智能化家居。
结合我国城市住宅建筑通信设施的现状和对未来通信需求的预测,同时参考了北美地区美国国内标准委员会(ANSI)与TIA/EIA TR-41委员会内TR-41.8分委员会的TR 41.8.2工作组制定的TIA/EIA 570A——家居电信布线标准(Residential Telecommunications Cabling Standard)。TIA/EIA 570A标准包含了家居布线系统中的产品、安装指导和测试程序。
该标准为家居布线结构寻求一种新的标准化操作,使之适合于住户的需求,它比商业建筑电信系统布线TIA/EIA 568标准包含更多的内容,包含了安装语音、数据、视频、家庭自动化和安全告警等系统在内的指导。
中国工程建设标准化协会通信工程委员会已于2000年9月完成了《城市住宅建筑综合布线系统工程设计规范》的编制任务,经信息产业部、建设部等业内资深专家的审查,协会已于9月30日正式批准该规范为协会标准,编号为CECS119∶2000,于2000年12月正式施行。
法规性文件的制定,为智能化家居建设和发展给出了依据和保障,智能化家居的布线应当遵循该规范。
智能化家居布线设计要点
智能化家居布线应按照CECS119∶2000规范中的“综合配置”设计,综合配置可满足较高水平信息服务的需要,提供当前和今后发展所需要的电话、数据、多媒体和有线电视等服务。
CECS119∶2000规范规定,每一卧室、书房、起居室、餐厅等均应设置1个信息插座或光缆插座,以及1个电缆电视插座。并且指出,也可按用户需求设置,从实际国情出发,家居内实际布线时,目前先在主卧室内设置一个信息插座连接一根4对芯五类非屏蔽双绞线到配线装置,若有书房,则优先考虑在书房内设此信息插座。其余房间暂不设信息插座,但是要预埋插座盒及相应的PVC管,从室外引入箱内的信息线、电话线、电视线,在箱内不断开,留出一定长度,便于今后加装配线架等部件进行接线。每户在客厅、主卧室设电话、电视插座各一个,也可在其他卧室设电话、电视插座各一个,卫生间应设置电话插座。 每户宜设置壁龛式配线装置(也称家庭控制器箱、或称家庭信息箱等),配线装置的箱体应一次到位,满足远期的需要,箱体的尺寸按家居内各种信息插座的数量而定。
每个信息插座或光缆插座至壁龛式配线装置各敷设1条5类4对芯双绞线电缆,电缆电视插座至配线装置敷设1条75Ω同轴电缆,电话插座至配线装置应敷设1条2×0.5(或2×0.4)的导线。信息插座接口形式为RJ45,电话插座接口形式为RJ11。
宽带网络对布线的新要求
当前我国智能化家居宽带网络建设正在如火如荼地进行,网络建设,布线先行,宽带网络建设时布线系统产品的要求也与日俱增。针对宽带网络建设的特点,如何选择合适的产品和供应商?
首先,宽带网络布线是一项关系到每个智能化家居信息化工程的物理基础,因此对布线产品的性能要求绝不可轻视,对铜缆系统、光缆系统中所用产品必须严格按照国际国内相关规范的性能指标要求,选择经过国际组织认证,国内信息产业部指定的检测中心认证或第三方独立实验室认证的产品,显得尤为重要,防止以次充好等质劣“水货”进入智能化家居。而且,产品性能并不等同于系统性能,一组互不相称的五类产品可能无法构成符合标准的5类系统。即:Σcat 5 ≠ Cat 5 Σ。如果要确保整个系统具有五类性能,则系统的组合部件和安装的每一个环节都必须符合“5类”。因此,厂家提供的质量保证书(有15、20年等)不仅要对产品保证,而且必须对整个系统保证。
其次,在建设智能化家居宽带网络时,大多在资金方面基本上属于先垫资投入,运营后再收费。这种运作方式不仅要求布线系统产品要有好的性能指标,同时价格也必须合理。因此,如果供应商没有自己的制造工厂,没有大规模生产能力,又经过多个渠道环节进入市场,那么很难满足这一要求。
智能化家居宽带网络的建设,不管住户用不用,什么时候用,都要为他们留好集线器和交换机的接口,这在投资方面是很大的浪费,因为不可能所有住户都同时上网,上网的住户也并不是很多,这是中国的国情。即使是采用“先埋线,后按需要开通”的办法,也不是解决问题的根本方法。因为一个组团、一栋楼,只要有一户需要使用,就必须购买网络交换机和集线器开通并进行长期维护。那么,真正有效的解决方案是什么呢?很可能HFC(光纤同轴电缆混合)网是一种较为理想的选择。
智能化住宅市场机遇与挑战
随着我国加入WTO,国内的产业结构调整以及相当一部分农村人口将向城市转移,形成全国的“城市化”高潮,城市化率的增加将带来城市住宅建设的巨大压力。每年增加城市化率1%,将意味着每年需建设1300万人口的住宅。若以人均15平方米的建筑面积计算,则需要每年建设约2亿平方米住宅,必然对智能化住宅建筑市场带来巨大的推动。
目前,城镇居民已逐渐接受个人购房的理念,在此理念影响下,一些城镇居民已将购房作为其第一消费目标。家居市场的红火局面,将为我国的住宅建筑市场,包括智能化住宅建筑市场的发展提供新的机遇,同时也形成新的挑战。市场挑战的实质是竞争,其中主要是价格竞争、质量竞争和服务竞争。
价格竞争的本质是成本竞争,家居智能化产品较以前减少了关税和其他非关税壁垒,要争取更多的国内市场份额和对外出口,其基点必须建立在降低成本的基础上。按用户需求的最大的性价比作为设计的原则,即应坚持面向功能的经济优化设计,而防止设备“堆积”式设计。质量竞争表现在品牌竞争,品牌的核心是质量。服务竞争是市场竞争的最高层次,按用户需求作出“全过程服务”是服务竞争的最终原则。
家庭网络连接技术值得关注
随着数字化进程的日益加深,人们的家居生活越来越明显地印上了网络的烙印。其突出的表现是,家电开始数字化、网络化。网络家电是家居智能化的一个有机组成部分,计算机将与所有的家电设备连线沟通,即所谓的“家庭网络”。
家庭网络设备不外乎提供视听娱乐功能、沟通功能、设备的操作与控制功能及安全防护功能等。因为一般的家庭设备皆属于简便的运算程序,所以家庭网络最重要的是必须将设备之间彼此串联,进行相关的运用。
当前家庭网络所采用的连接技术可以分为有线和无线两大类。有线技术主要包括:双绞线或同轴连接(以太网)、电话线连接、电力线连接等;无线技术主要包括:红外线连接、无线电连接、基于RF技术的连接和基于PC的无线连接等。有线技术和无线技术各有优缺点,二者结合将可能是最佳方案。
随着家庭网络技术的产品价格逐渐下降,相应软件的逐渐成熟,高速传输能力和高度灵活性家庭网络将会受到住户的青睐,必将对智能化家居的布线技术产生较大的影响。
本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。