韩建亭;万象
【摘 要】构建家庭内部多终端的互联,是实现家庭智慧化的核心技术基础.从体系化的角度研究了国内外在家庭网络中多终端互联与组网的主流技术,针对应用互联、IP联网、传感联网控制3类技术进行了深入分析,对各种技术的特点进行了对比研究和测评;并从产品化与应用的视角,探讨了构建智慧家庭的家庭网络内多终端互联与组网的技术和产品发展趋势、产品化建议与典型应用.
【期刊名称】《电信科学》
【年(卷),期】2014(030)005
【总页数】7页(P33-39)
【关键词】智慧家庭;智能终端;家庭网络;应用互联;IP联网;传感联网
【作 者】韩建亭;万象
【作者单位】中国电信股份有限公司上海研究院 上海200122;中国电信股份有限公司上海研究院 上海200122
【正文语种】中 文
近年来，随着三网融合、光纤宽带覆盖、3G/LTE、智能机顶盒与互联网电视、智能手机终端等技术和产品的快速发展，家庭网络的智能化具备了前所未有的基础和契机。运营商和产业链日益重视智慧家庭的市场，智慧家庭强调以信息化应用引领，围绕家庭网络宽带接入和家庭组网、终端智能化，实现终端的互动与应用分享，提供丰富的智慧家庭应用与服务。主要聚焦的热点应用包括影音娱乐、民生应用、智能家居等，这些应用的前提是家庭网络的组建和多终端的互联。构建家庭内部多终端的互联，是实现家庭智慧化的核心技术基础。
2 家庭网络技术体系
构建家庭网络的终端包括3个层次:
·以电脑、智能机顶盒、智能电视、移动终端、平板电脑等为代表的IP类应用终端；
·以家庭网关为核心的联网终端；
·家居自动化、安防监控、能源管理、休闲娱乐、健康医疗等传感控制终端。
近10年来，伴随家庭网络的发展，诞生了诸多的终端组网和应用互联的技术和产业联盟，这些技术交织复杂，隶属于不同的产业链和联盟组织，缺乏统一的组织和规划。将智慧家庭终端组网与互联技术进行了分层归纳总结，如图1所示，技术分为3类，即应用互联技术、IP联网技术、传感联网控制技术。
（1）应用互联技术
应用互联技术是指实现了IP联网后的终端之间进行网络协议识别、媒体传输、设备发现控制管理、应用分享等的互联技术。应用互联技术是实现智慧家庭多终端互动与应用分享的核心技术。国内外诸多标准组织都提出了相关的标准和解决方案。闪联是一个成立于 2003年的国内联盟，由联想、TCL、康佳、海信、长城等多家家电厂商共同发起组织，旨在实现信息设备、通信设备、家电设备的智能互联，现已小规模应用在影音互动、办公自动化等领域。同年，索尼、英特尔、微软共同发起成立了 DLNA（Digital Living Network Allian
ce，数字生活网络联盟），该组织从网络互连、网络协议、媒体传输、设备发现控制管理和媒体格式5个方面进行了互联互通的规定，使得数字媒体和内容服务的无限制共享成为可能，主要应用在影音互动（媒体共享、多屏互动）等领域。2012年，Wi-Fi联盟推出了一个点对点无线屏幕镜像标准 Miracast，可将PC、平板电脑、智能手机、电视等设备上的音视频实时共享到其他设备上。该标准主要应用于影音互动（镜像投影）中。同年，高通创新中心开发了一套开源软件平台AllJoyn，用以实现与底层传输技术无关的设备发现、配对、消息路由、安全、定位与点对点信息传输等功能，计划主要应用在影音互动、家居自动化等领域。
（2）IP 联网技术
IP联网技术是指在IP类终端之间实现终端IP层次的通联的联网技术。依据传输介质的不同可将IP联网相关标准分为有线组网标准、无线组网标准。家庭组网有线方式可选用的传输介质包括以太网线、同轴线、电力线、电话线等。以太网基于IEEE 802.3协议，其传输信道稳定，可优先用于高清IPTV、视频监控等高带宽业务的组网部署；同轴线传输以DOCSIS和MoCA两个标准为代表，被北美运营商广泛选用，国内家庭基于同轴的接入点
数量有限，要实现家庭全覆盖有一定困难；电力插座遍布于家庭各个房间，接入点选择比较灵活，基于电力线的联网标准逐渐成为解决家庭组网问题的补充技术。目前较成熟的电力线联网标准有HomePlug以及可以支持电力线、电话线、同轴线3种介质传输的G.hn技术。HomePlug为产业联盟标准，后被IEEE采用成为IEEE P1901，G.hn为ITU系列标准，是G.9960、G.9961等的统称。家庭组网无线方式视承载业务不同有多种可选技术标准。IEEE 802.11（Wi-Fi）适合向家庭内部提供高带宽无线组网，是各种智能移动终端（手机、Pad等）接入家庭网络的首选。目前主推的Wi-Fi标准有IEEE 802.11n和IEEE 802.11ac，前者主要用于无线上网，后者对于无线高清视频传输更有优势。
（3）传感联网控制技术
图1 家庭组网及互联技术体系
传感联网控制技术是指在家庭网络中智能控制终端与多个末梢应用终端之间的联网及控制技术，实现对末梢应用终端的数据采集、控制管理等传感应用。目前，主流的传感联网控制技术包括红外、KNX总线、RF（射频）、ZigBee、Z-Wave等。红外由于方向性要求较高、穿透性差且传输距离较短，应用场景受限，主要在家电遥控、红外探测中普遍采用。
KNX总线协议是当前唯一的全球性住宅和楼宇控制标准，广泛应用于智能楼宇和家居自动化等领域，但在实际应用中需要穿墙布线，主要应用在新楼盘的前装市场。因此，RF、ZigBee、Z-Wave才是值得运营商关注的传感联网控制技术。ZigBee联盟成立于2001年，全球有400多个成员（中国区约 40 个），多家厂商（TI、FreeScale、Ember、Marvell）提供芯片。目前ZigBee主要应用于工业控制（如能源行业），并逐渐在智能家居领域中占领一定市场。Z-Wave协议联盟成立于2005年，发展至今拥有250多个成员（国内约20个），其芯片由Sigma Designs独家提供。该技术设计之初是为了应用于家庭领域，目前在家居自动化、安防监控、能源管理等均有使用。RF（433/315 MHz）由于其芯片价格低廉，成为国内应用最广泛的传感联网控制技术，主要应用于安防监控、家居自动化等领域，被中国智能家居产业联盟和全国安全防范报警系统标准化技术委员会共同看好。
智慧家庭组网与互联涉及的技术非常繁杂，为了有效实现智慧家庭应用，需对家庭联网及互联技术进行针对性的深入研究，分析和评测这些技术的特点、产业现状，在此基础上，从运营商的视角，提出针对相关产品的发展思路和建议。
3 应用互联技术
随着智能终端的普及，应用互联技术层出不穷，应重点关注和借鉴的应用互联技术包括 DLNA、Miracast和AllJoyn等。
（1）DLNA
DLNA广泛基于现有成熟的标准，核心特是实现设备自动发现和媒体内容共享。DLNA定位于设备发现与内容分享，为家庭内部的共享和增加新的数字媒体和数字内容服务提供一个无缝的环境，是一个基于开放和已确立的行业标准的互操作性平台，制造商可以用这个平台在有线和无线网络中支持媒体共享。从图2所示DLNA架构可以看出，DLNA并不开发具体的通信技术和协议，而是选用应用广泛的技术和协议，以实现不同领域设备的互联互通和无缝协同。
图2 DLNA体系架构
（2）Miracast
Miracast技术的目标是实现视频分享的标准化，其核心特是屏幕镜像。从图3所示的Miracast架构可以看出，Miracast基于Wi-Fi Direct方式实现终端互联（无需 AP参与），基
于WPA2确保传输数据安全，基于 WMM（Wi-Fi multimedia）提供音视频数据优先级，确保用户体验，通过WMM省电模式最小化连接时间，降低能耗，延长工作寿命；此外，在做屏幕镜像时，源端需对要呈现的音视频进行编码，显示端需对音视频进行解码。
图3 Miracast体系架构
（3）AllJoyn
AllJoyn是开放式软件框架，其核心特是实现与底层传输技术无关的设备发现、配对、消息路由、操控和安全等。它是一项近距离P2P通信技术，是一个开源框架，利用现有的无线技术来进行设备同步。在图4所示AllJoyn架构中，内核提供设备发现、安全、连接管理、网络管理等基本功能；瘦客户端提供简化的AllJoyn协议处理，主要运行在硬件配置和性能比较低的传感设备上；核心服务层提供跨平台的控制、告警、语音等服务；应用层是指基于API开发的AllJoyn应用，具有跨平台、与设备无关等特点，支持多种操作系统和编程语言。
图4 AllJoyn体系架构
针对这3种技术方式，通过表1进行了对比分析。DLNA是适合智慧家庭内部实现多终端设备发现与媒体共享的典型技术方式。由于AllJoyn除媒体共享外，还可延伸到智能家居应用，是未来的技术发展方向。
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