通過分析信息家電、家用電腦、家居網絡的現狀與未來發展趨向，提出Home.Net模型/架構體系，并從硬件平臺與軟件平臺方面詳細地論述該模型/架構體系。主要希望能夠在信息化時代，就如何構造家居網絡信息平臺，更有效地管理家居信息電器，實現家居信息資源共享方面提出新的思路、新的觀點。

一、問題提出

1.信息家電與嵌入式系統

技術是應用科學之母。過去，人們的視野局限于PC、服務器、交換機、路由器等；近來，在硬件設備功能日益增強、價格越來越便宜的情況下，人們開始注意到技術如何與家居生活更貼近的問題。1999年底，所謂的信息家電吸引了人們的目光，特別是那些國內家電企業，在國內已經成熟的家電市場沒有太大發展空間的情況下，找到了增強企業繼續發展的動力。信息家電的概念最早為國人所知是由微軟的“維納斯”計劃開始的。“維納斯信息家電”實際上是將家用電腦、網絡應用、娛樂教育三大應用集中在一體。由于微軟擺脫不了電腦的概念，最后沒能成功。但微軟推出的嵌入式操作系統WinCE經過幾年的改進，已成為現在許多信息家電的軟件平臺。當時，國人擔心微軟會統治國內的嵌入式操作系統市場；但不久，中科院下的凱思公司適時推出了嵌入式操作系統“女媧”，獲得國人的喝彩。

從概念來看，信息家電IA（Information Appliance ）可準確譯為信息電器，是計算機通信技術與傳統家用電器相結合的創新產品；是為數字化與網絡技術廣泛深入家庭生活而設計的新型家用電器。信息家電應具有網絡功能、數字化、信息化、智能化、低成本、穩定性強等特點。但各個公司廠商對信息家電模型的理解各不相同，出現了不同概念的信息家電。可以形象地說，現在是信息家電的戰國時代。現在出現的有WebTV、IPTV、機頂盒、PDA、VOD、網絡空調、網絡冰箱，還有網絡VCD、DVD等，大多是概念，市場還未成熟，也未被廣大消費者接受，但PDA卻比較火爆。其實，信息電器的提法最好。因為在企業中也有信息產品，如1999年底SUN公司推出的一項具有重大革新意義的軟件技術“Hot Desk”，體現了網絡門戶的計算思想，其產品是SUN公司的SUN Ray I信息電器。它打破了以往的瘦客戶機架構，成為真正的企業信息電器。該產品不運行任何應用程序或系統源代碼，不須配置或管理桌面，復雜的事務放置在網絡內部（后臺）解決，使一種類似于電話設施的計算模型成為可能。SUN的信息電器雖然與微軟的“維納斯”計劃將近同時推出，但沒能給人們留下深刻的影響。所以，人們習慣用信息家電的概念統稱信息電器。據權威部門預測，未來10年后，信息家電的銷量將是PC的10倍。信息家電具有廣闊的市場，所以許多IT廠商和家電企業投入相當多的人力與資金研究與開發信息家電。

由于快速發展的網絡市場，使得信息家電的市場比傳統的計算機市場大得多；使嵌入式軟件將成為21世紀信息產業的支柱之一。嵌入式系統是以應用為中心，軟硬件可裁減的專用計算機系統。它主要由嵌入式處理器、相關支持硬件、嵌入式操作系統及應用軟件組成，是集軟、硬件于一體的可獨立工作的“器件”。嵌入式操作系統通常包括與硬件相關的底層驅動軟件、系統內核、設備驅動接口、通信協議、圖形界面、標準化瀏覽器Browser等。據統計，僅應用于信息電器的嵌入式操作系統就有40種左右，如Windows CE、Palm OS、Real-Time Linux、VxWorks、pSOS、OS-9等。Windows CE、Palm OS當前應用較廣；VxWorks、pSOS、OS-9是傳統的系統代表，但應用并不廣泛，需要在網絡化等方面擴展；Linux系統，是現在嵌入式操作系統發展的熱點，它具有開放源代碼，系統內核小、效益高、內核網絡結構完整，裁減后的系統符合信息家電的開發。嵌入式微處理器主要有X86、PA-RISC、Power PC、ARM、Strong ARM、MIPS、68XXX等。嵌入式操作系統一般與嵌入式微處理器硬件平臺相配合。

2.家用電腦的發展趨向

回顧PC的發展歷程，家用電腦的歷史在某種意義上并不長。聯想于1992年首倡家用電腦的概念；1997年推出功能電腦；1999年底又推出因特網電腦。到了2000年下半年，各種家用因特網電腦紛紛出現，包括體現“應用網電腦”理念的方正電腦；詮釋“家庭服務器”設計理念的海信電腦；強調增值服務與整體應用解決方案的TCL新概念電腦；體現“因特網生命”價值與“互聯的個性電腦”的聯想電腦等等。聯想是國內典型代表，注重發展因特網電腦和個性化電腦；方正與海信重在家庭智能控制，使家用電腦以“家庭服務器”的身份出現，以無線與有線的方式與家庭內各種家用電器、通信設備以及其他數字化產品連接，完成對它們的操控。與國內大多數PC廠商不同，國外如IBM新推出的NetVista電腦，其含義是用戶通過IBM新的個人計算設備可對網絡（net）風景（vista）一覽無余，倡導將家用電腦與商用電腦相結合的理念，提出網絡邊際的概念，針對不同的網絡應用環境進行細分。

從總體上來看，各主要家用電腦廠商在家用電腦的發展策略與設計思想上幾乎都體現了：網絡化、智能化、個性化。網絡化將不再是簡單的一鍵上網和瀏覽，而是重在更全面的網絡應用整體解決方案，包括無縫整合的深層次網絡應用，如寬帶接入、網絡安全等。智能化重在智能家居控制，實現遠程與近程智能控制家居中的各種信息家電。但計算機與各種信息家電之間的接口尚無通行的標準，這方面一旦有需求推動就會有發展。個性化體現在現代社會對個性的需求，對不同的用戶提供不同的產品。未來，家用電腦會各種各樣，但發展趨向將是網絡化、智能化、個性化的綜合。須要提出一點的是，家用電腦在某種意義上也是信息家電。

3.家居網絡的現狀與未來

家居網絡是指在集成協同環境中把計算機、音頻、視頻設備以及其他各種家用電器和自動子系統，包括能量管理、保險、加熱、通信、安全等連在一起，以實現家居資源的共享與管理，組成一個家電網絡。也就是把具有各種能力的產品混合在一起，確保不同技術實現透明地無縫集成。

目前家居自動化有幾種方式，如歐洲家居系統、歐洲設備總線等，提供的是網絡協議，從而使家用電器組成網絡。近年來，有些采用標準總線，如IEEE1394和IP協議組建家居網絡，或基于ATM的家居網絡，目的在于提供方便可靠的訪問網絡的集成方式。互聯網界也在研究擴展IP協議，適合基于IP的家居網絡。目前最成功的是美國的ECHELON公司，提出采用現場總線控制網絡——LON Works，組建家居網絡，再通過網關和互聯網相連，使家電組成局部網，但要求家電控制器采用帶有專用協議的芯片。總的來看，家居網絡由于家庭電器的對象結構與特性完全不同，沒有統一的標準。組建局部網采用何種協議，如何與互聯網相連；家電易受各種環境干預，采用何種較低價位的組網物理結構；與現在的家電如何接口等，這些問題限制了家居網絡的發展。在家居網絡的研究與開發中，國內投入力量不多，而國外一直在軟件與硬件上優先，并提出了許多模型。用發展的觀點看，家居網絡應該采用開放分布處理模型和多種物理連網方式，借用互聯網的IP協議，同時要兼顧現在的家居電器的情況。

4.Home.Net模型/架構的提出

隨著Internet的普及與網絡技術的發展以及各種信息家電的出現，可以估計在未來的5年內家居生活需要一個嶄新的工作與管理平臺，即以網絡為中心的信息平臺。我們稱之為Home.Net平臺。在這里，智能家居管理平臺具有很大的市場，每家每戶都有可能是潛在的用戶，現在主要的是如何設計與構造符合家居生活的平臺。我們認為Home.Net平臺可由家居網絡中心HNC（Home Networks Center）和普通家用電腦組成。家居網絡中心是一個多功能網絡管理與控制中心，主要管理由信息家電以及家居中具有簡單聯網功能的電器，使它們通過不同通信媒介組成家居網，相互交換信息，并實現信息資源共享；同時又具有安全路由器和安全網關功能，將家居網通過寬帶接入與Internet互聯，實現遠程管理與維護家用電器，實時監控與獲取家居信息。普通家用電腦與家居網絡中心通過接口連接，作為家居智能控制中心。智能控制中心用圖形化方式，利用電腦良好的交互式界面，自動完成用戶預設或即時的各種操控，管理與控制家居電器，同時配置家居網絡中心的各種控制參數。

前面提到的未來家用電腦，實際上也是向家居信息平臺的方向發展，但它未能重點突出網絡中心的作用，而且功能集成太多，過于復雜，反而影響了使用性能。Home.Net平臺將網絡管理功能從家用電腦中分離，突出強調未來網絡管理在家居中的重要性。只要配置好參數，家居網絡中心可自行管理家居網絡；如果要控制與管理家用電器，只需要一臺普通家用電腦，配以相宜的軟件，即可構成家庭智能控制中心。這樣方便使用，并可應用在不同情況。

二、模型/架構體系

1. 總體框圖

Home.Net模型/架構的總體框圖如圖1所示。從大的方面看，可由2部分組成：家居網絡中心（HNC）和普通家用電腦（PC）。本文將重點討論家居網絡中心的模型/架構，即如何構造適合現代家居的網絡體系結構（至于普通家用電腦，需要一般硬件配置即可）；著重于應用軟件的功能，即如何充分發揮與利用Home.Net平臺的功能資源，以及采用何種方式與家居網絡中心接口最好。

該模型/架構的最終目的：① 家居網絡中心突出網絡功能，是一個信息交換，資源共享中心；② 提供多種通信媒介接口，包括有線與無線，高速與低速通信，高價位與低價位的組網物理結構，盡量滿足現在家用電器的連網方式，適合不同家用電器的對象結構與特性；③ 對于不同的通信媒介網絡，提出一個開放的網絡體系結構，能夠包容不同協議，使不同家用電器能夠實現透明地無縫通信；④ 提供Internet單一寬帶接入口，使家居網絡中的家用電器都能與Internet連接，同時對家居網絡與Internet連接時進行安全管理與認證，控制訪問Internet的信息流，相當于路由器與網關功能；⑤ 只需普通家用電腦與家居網絡中心平臺接口，利用電腦的圖形化、交互式界面環境，實現對家居電器的管理與控制。

從圖1看，普通家用電腦部分很簡單，主要是與家居網絡中心的接口。家居網絡中心包括幾大部分：主控單元；簡單的LCD顯示與人機接口；與普通家用電腦的接口以及網絡接口。下面重點討論網絡接口部分。

網絡接口包括5個方面：① Internet寬帶接入。Internet的深入發展，使家居生活對網絡帶寬的需求加大。各種寬帶接入技術的出現，未來在家居寬帶Internet接入方面會出現很大的市場。至于家居采用何種寬帶接入技術，如ISDN、ADSL、光纖、CATV等，現在還無統一方式，這里也不提出具體接入方式。采用Internet接入，對未來網絡安全將非常重要，須要提供網絡安全管理和訪問信息資源的控制，以及遠程訪問控制家居電器時如何保證安全確認等。② 家居無線網。現有無線傳輸技術大多是紅外技術（IrDA），只能同時一對一直線傳輸，中間不能有阻擋；而于1998年5月推出的新型通信技術——藍牙技術，是未來組建家居無線網絡的最佳選擇。其作用在于簡化小型網絡設備之間的通信，連接距離達100m，不限制在直線傳輸，并且可連接多個設備，適合構造個人區域的網絡。一旦其芯片價格下降到3“4美元以下，其應用前景將十分廣闊。③ 家居LAN總線網。一般在高價位的信息家電中可配以10M網卡，組建家居網絡。④ 家居USB總線網。USB總線是通用串行總線，速度較快。USB總線估計有時在家用數字相機等高檔電器中使用，可不重點考慮。⑤ 家居其他通信媒介網與接口。一般如RS232、RS485口，由于價格低，在小型家用電器中使用相當廣。提供這方面接口，是為滿足低價位的組網方式。另外可提供一些模擬接口，如仿真Modem口等，主要考慮到其他電器接口方式。

2.硬件平臺

家居網絡中心的主要功能在于網絡，因而可選擇具有較強通信處理能力、價格適當的微處理器作為主要的控制器，如Power PC、ARM等，配以各個網絡接口芯片，如Internet寬帶接入、藍牙技術、LAN總線等。現在，這些功能是組合的，未來的發展方向應是系統芯片SOC（System on Chip）。

3.軟件模塊

軟件包括2部分：家居網絡中心的系統軟件和運行于家用電腦上的家居智能控制軟件。家居網絡中心的軟件平臺有2種：一是購買通用操作系統軟件；二是利用Linux軟件進行裁減開發。最好采用Linux，因源代碼開放，可以按照需要對系統結構進行改動，形成專用的操作系統，更能發揮系統硬件功能。

4.網絡體系結構

家居網絡中心的目標是組建一個開放式的網絡管理與數據交換平臺，應該有一個開放的網絡體系結構。按照OSI模型與TCP/IP協議模型，對于家居網絡存在多種不同網絡通信媒介。我們提出一個類似于IP協議的家居網絡體系。家居網絡體系可分三層，即應用層、網絡層、鏈路層。應用層負責處理控制網絡中各個家用電器的數據流向，提供特定應用；網絡層處理數據分組在不同媒介中的選擇通路，確定數據流通媒介，可通過地址識別或其他方式；鏈路層包括操作系統中的設備驅動程序和對應的網絡接口卡，處理物理接口細節。網絡層的協議可借鑒IP協議模型，實現不同通信媒介的數據統一交換。另外，還要注意解決家居網與Internet的TCP/IP協議實現數據交換。

三、總結

Home.Net模型/架構體系只是提出一個大概的開放的模型/架構網絡體系結構構思，無論在硬件與軟件平臺上都很淺顯，須要更進一步在技術上、結構上等多方面進行補充、提高、充實。本文希望能夠在這方面做一個拋磚引玉的作用。

Home.Net模型/架構包含內容較多，主要是有關網絡方面的技術。有些技術還正在發展，而且系統包括硬件平臺與軟件平臺的開發。如何在現有條件下，保證項目資金來源、人力資源、技術資源、開發設備資源、開發時間要求等，都要考慮到。如要開發，該項目可分4大步驟：① 調研國內外的有關技術情況，分析市場需求情況，消化技術，包括硬件與軟件、網絡技術等，在此基礎上提出完整的模型/架構，論證可行性。② 選定與設計硬件平臺，并制作調試平臺，編寫各個設備的驅動程序，為下一步軟件開發做準備。③ 軟件操作系統的開發，采用何種系統，以及系統內部特別是網絡軟件如何設計等。④ 在硬件與軟件平臺上，編寫應用程序，包括普通電腦部分的應用程序。

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