（计算机应用技术专业论文）基于多agent的信息家居系统研究.pdf

摘要 髓赣垒球嵇惠他波潮麴来瞧耱家庭燃终翡兴麓，人们的家艟生活正在逐渐遮发生饕变纯， 褥髑绦技术静迅速蒙袋以及入王智戆技术跨学辩窝叉斑薅瀚逐渐增多，为蟹缝家媸系统设诗 翻蜜壤提供7 耨的恿路帮方法。我们的磷究竟服了疆前辩智姥家瑟磷究鳇局戳惶，姨完按蜓逢 谂髂祭霜逻辑絮擒上黯家屠及菸来寐鬟蕊形舞：遗行了深入鞠理论分析鞠授拳研究，程信息家 瓣产整帮发葳蔽兔必然躺傍况下，避行奄霹搿其猎前瞻蚀鹃研究羔佟，以为行她的发展襁 鬃经黢，援爨簸浆爨爨帮方法。盼对菰上掰禄，本文主要鼠璇下，k 个方瑶黠信患蒙薅进行了涤 入静缓论醑炎! 1 ) 酸穰惑家嚣产生麓蠹落与终嚣爨发，瓣逡娃子葫努凝悉懿家属澎式熟攘念、安瑗郛 表现避行了深入静分橱嚣论述，麸擞溅弹宏蕊瓣魑痊分辑7 倍感象爝靛特缝举l 需浆，在这一 愚懋煎撵嚣下对售崽家摺鳕体系鞲器式遂抒深入斡骚窕，强健避穗患家鼹鳃发展鞠戏熟。 2 ) 扶网络熊戒珐次疆发慰巍蕤耀终瓣建囊进行了分辑缚繇究，塞纛瓣络楚实凝家嚣信惫 毡的冀耍一步，建立造反予饕遗家属环境的家塞孵络是瞧使箕褥戮接广窝疑襞麓重黉耀节。由 戴提撼了一荦孛袋餍b l u e t o o t h 、i e e e t 3 9 4 技零秘爱蟪缡璐技零撞终套瓣混含翅络毒毒建方案：解凌 了家黪沭壤中不同类型设备蠛系统互联静涟怒，势遥过家嶷踺终中间译援术器蔽了底瑟的募 擒稳，捣成了瑟统熬律檠成瓣勃蔟基硝。 3 ) 在僖感集成馐次，针对家屠接崽系统麴特点，论文提出7 橙教辆台黪分布式家嚣信息 系统- l c d t s 的概念，势对其进行了形式纯豹掇述朝实现方法韵探讨。建立起辩屠僚惠麓统的 语义信患攘型，提出了家庭信患标识语害”h i m l 的概念，对其中关搜技术终了深入硬究。诱 义惑模黧筑建立舞家瓣肉帮熬信息传递强弱孀匿船灵活和有效，柱标璇倪魏一镤式翁基础 上增遴了系统抟汗放缝，丽嚣幸雹为与鳋帮环壤的雯甄奠定7 纂础。 4 ) 在蔽鼹撬袋溪敬，在势褥了家瑟系统魏缀戒帮褥点麴鏊确上，提窭了窳括镑理系统的 多a g e n t 摸蹙- m h a s ，将滚于分搽式入工智虢鞭城的m a s 技术应用至信息家朦管理系统之中， 建囊了一秘垒掰的象器系统管理横式，在燕髂上侮褒出豢羼管理翁嚣张性馥个健纯；论文藏穗 息家鼹中建嶷m a s 翁溅燕l 秘方法就舒了潦入瓣势橱积磷熨，并对建立m h a s 豹a 个哭键阚 题：a g e n t 鳃建立寿法、m a s 的缀鲠、逶信秘协佟等，较撂瘦耀驿壤提交了合理鲢瓣决方案。 竞蒋的髂惑家鼹瑾谂体系秽黎统模型瓣建立，强戳爱黪辑究燹宠基磷，辩譬亍渡瓣凌震提 供参考，蕊接动家羼浆黎惠纯建设皴怒努力。 l 鸯辩：薹瓣表攀辫壹荤赣谴变 鬟髓蔼：嚣惑黎鼹，辫瞧潞臻，毛s s ，h s i m , m h a s a b s t r a c t w i t ht h ea p p r o a c ho ft h et r e n do fg l o b a lr e q u i r e m e n to fi n f o r m a t i o na n dt h e s p r i n g i n gu po fh o m en e t w o r k s ，p e o p l e sf l y i n g sa r ec h a n g i n gg r a d u a u 弘a n dt h er a p i d d e v e l o p m e n t o fn e t w o r k t e c h n i q u e sa n d c r e s c e n tc r o s s d i s c i p j m a r yu s i n go f a g e n t i na i a r e p r o v i d i n g n e wt h o u g h t sa n dm e t h o d st o d e s i g n a t e a n di m p l e m e n ts m a r th o m e s y s t e m s t h i sd i s s e r t a t i o ns u r m o u n t st h el i m i t a t i o no fc u r r e n tr e s e a r c ho fs m a r th o m e a n df o c u s e so ni n t e g r a t e ds y s t e mi n f oa n dl o g i cf l a m eb ya n a l y z i n ga n di n v e s t i g a f i n g f u t u r eh o m e d e v e l o p i n gd i r e c t i o n s t h er e s e a r c hi ss i g n i f i c a n ti nt h es i t u a t i o nt h a th o m e i n f o r m a t i o nj u s tc o m e si n t ob e i n ga n di t sg r o w i n gi s i n e v i t a b l e b yf u n d i n ge x p e r i e n c e s a n d r e n d e r i n g n e wm e a n sf o ri n d u s t r yd e v e l o p i n g ，i t ss i g n i f i c a n c ea r ee m b o d i e d t or e a c h t h eg o a l sa b o v e ，o u rr e s e a r c hf o c u s e so nf o u r k e yi s s u e s ，w h i c ha r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ec o n c e p t ，e s s e n c ea n db e h a v i o ro ft h ei n f o r m a t i o nh o m e ，w h i c h i ss t i l li n t h e s p r o u tp e r i o d i sa n a l y z e d a n dd i s c u s s e di nd e t a i lf r o mi t si n t r i n s i cf a c t o r sa n d e x t r i n s i cf a c t o r st h ec h a r a c t e r sa n d r e q u i r e m e n t s a r ed i s c u s s e df r o mb o t ht h e m i c r o c o s m i ca n d m a c r o s c o p i c a lp o i n t s d u et o t h ed i s c u s s i o n sa b o v e ，a r c h i t e c t u r ea n d f o r mo ft h ei n f o r m a t i o nh o m ei s a n a l y z e d f o r p r o m o t i n g i t s d e v e l o p m e n t a n d g r o w i n g - u p ( 2 ) t o b u i l du ph o m en e t w o r ki sf i n i m p o r t a n ts t e p t or e a l i z et h ei n f o r m a t i o n h o m e ，a n dn e t w o r ki n t e g r a t i o na r r a n g e m e n ti sm a i n l yd i s c u s s e d w h e t h e rt h en e t w o r k f i t si nw i 出o r d i n a r yh o m eo rn o t d e t e r m i n ew h e t h e ri n f o r m a t i o nh o m ec a nb e a c c e p t e d a n d s p r e a d af r a m e w o r ko fh o m en e t w o r ki s b r o u g h t f o r w a r db a s e do nt h e c o m b i n a t i o no fb l u e t o o t ha n di e e e l 3 9 4a sw e l la st h ew k e l e s se n c o d i n gt e c h n i q u e ， w h i c hh a v es o l v e dt h ep r o b l e mo ft h ec o n n e c t i o no fd i f i e r e n tk i n d so fe q u i p m e n t so r s y s t e m si nh o m e ，m o r eo v e r ，t h eb a s e m e n to f 出e w h o l es y s t e mi sf o r m e dv i as h i e l d i n g t h eo t h e m e s s b yu s i n g m i d d l e w a r eo ft h eh o m en e t w o r k ( 3 ) a st h ea s p e c to fi n t e g r a t i o no fi n f o r m a t i o n ，w ep r o p o s e dt h ec o n c e p to f l o o s e l yc o u p l e d d i s t r i b u t e dh o m ei n f o r m a t i o n s y s t e m l c d i sa c c o r d i n g t ot h e c h a r a c t e r i s t i c so ft h eh o m ei n f o r m a t i o n s y s t e m ，a n d t l ef o r m a ld e s c r i p t i o na n ds o h i r i o n s a r e w e n t h es e m a n t i c i n f o r m a t i o nm o d e lo ft h ei n f o r m a t i o nh o m e s y s t e m i s e s t a b l i s h e da n dt h ec o n c e p t i o no fh o m ei n f o r m a t i o nm a r k u pl a n g u a g e h 1 m li s a l s o p r o p o s e d ，k e yt e c h n i q u ei s s u e sa r eh i c u b r a t e d s ot h ec o m m u n i c a t i o na n dm a n i p u l a t i o n a m o n g h o m e e q m p m e n t s b e c o m e m o r ec o n v e n i e n ta n d f i e x i b l e ，i t i m p e l s t h e e n g e n d e r i n go fo p e - s y s t e m a n d l a y st h ef o u n d a t i o no fi n t e r c o u r s eb e t w e e ni n d o o r sa n d o u t d o o r s ( 4 ) a st h e o s o e c to fi n t e g r a t i o no fa p p l i c a t i o n ，t h em a sb a s e dh o m ea d m i n i s t e r s y s t e m m h a si sb r o u g h tf o r w a r do nt h eb a s i so fc o n s t i m t i o na n dc h a r a c t e r so fh o m e s y s t e m t h et e c h n o l o g y o fm a si na ii su s e di n t o t h e m a n a g e m e n ts y s t e m a b r a n d n e wm o d e lo fh o m e m a n a g e m e n t i se s t a b l i s h e d ，w h i c hr e p r e s e n t st h e i n t e l l i g e n c e a n di n d i v i d u a t i o na saw h o l e t h ep r i n c i p l e sa n dt e c h n i q u e so ft h em a s a r ed i s c u s s e d a n da n a l y z e d ，s o m ek e yi s s u e sa r es o l v e d p r o p e r l y , s u c ha s ：t h ee s t a b l i s h m e n to fa g e n t s t h eo r g a n i z a t i o no fm a s ，t h ec o m m u n i c a t i o na n dc o u a b o r a t i o nb e t w e e n a g e n t s 1 i i 合肥工业大学博士学位论文 t h et h e o f i z a t i o no ft h ei n f o r m a t i o nh o m ea n d m o d e l i n g o ft h e s y s t e mh y f o u n d a t i o nf o rf o l l o w i n gr e s e a r c h a l lt h ew o r ki sd o n et or e f e r e n c et h ed e v e l o p m e n to f i n t e r r e l a t e dm d u s t r ya n dt oc o n t r i b u t et ot h ei n f o r m a t i z a t i o no ft h eh o m e s y s t e m k e y w o r d s ：i n f o r m a t i o nh o m e ，h o m e n e t w o r k ，l c d i s ，h i s m ，m h a s 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得盒妲王些盍堂- 敷央0 教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任1 q 贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名 稿蚁 签字日期：2 哆年了月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 盒壁王、业盍堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权金世王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、索引或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学雠文储豁落救铷酶结1 瞎 签字日期：抄年3 月j 日 签字日期：年3 月6 曰 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通信地址： 电话 邮编 第一章绪论 随着全球信息化浪潮的来临和网络技术的发展，人们的家居生活也将面临着一次重要 的变革因特网已经大大改变了许多人从事各种各样活动的方式：互相交流、通信、购物、 理财、安排旅游、及时了解新闻等。信息技术的触角已经深入到普通家庭之中，家居系统正 面临着一次重要的变革，改变传统家居信息孤岛的模式，使其成为信息社会大树上的片片绿 叶，在信息巨网的末端建立起从无序到有序，从低序到高序的组织，促进信息社会这一大系 统的发展，满足个人的需求，这是信息革命的重要一步 1 ，新的机遇，新的需求和新的推 动力，将促使家居发生质的变化，为个人、企业和社会带来一个崭新的发展空间。 以信息化为主要标志的第五次产业革命，正在使人类进入信息时代和环境时代，这势必 会引起生产方式、生活方式和价值观念的深刻变化。高速发展的数据网络已经延伸至“最后 一公里”，越来越多的智能小区，智能建筑的出现，为家庭的信息变革做好了准备，促使一 种新的家居形式一信息家居的出现。与各种传统的家居形式相比较，信息家居带给人们的不 仅仅是更舒适、更智能和更个性化的家居生活，而且网络使家庭更快速、更有效、更广泛地 与社会联系起来，社会协作方式的变革和生产资料的信息属性淡化了人们工作与学习之间的 隔离，家庭以一种前所未有的方式与社会有机地结合在了一起。 在信息家居中，通过方便、快捷、有效的信息传递，使家庭与社会有机地结合在了一起， 犹如庞大的肌体上，通过神经末梢将细小的功能单元和中央系统有效地联系起来，而家庭网 络就起到神经末梢的作用：收集信息、控制设备，并首次以完整的形式使家居系统作为统一 的整体使其运作起来，在整体性能上大大超过以往的任何家居形式。家庭网络也因特殊的需 求而具有不同于普通局域网的结构和功能。 信息家居作为一种新* 事物，除了信息化建设的外部动因之外，其自身也在经历了诸多 演变之后，为这一家居形式的跃变奠定了基础，其中主要的因素有信息家电和家庭网络的出 现：传统智能家居经过多年的发展所获得的成果和经验积累；随着科技的发展促使人们对家 居生活观念的逐步改变，对更高家居生活品质的追求，易于接受新事物，加之技术条件的成 熟，信息家居成为人们所需求的新的家居形式。正是在这些内部和外部因素的推动下，信息 家居逐渐萌芽，国内外很多的公司和家电厂商投入了大量的人力物力进行相关技术的研究和 产品开发，并有一些系统和产品逐渐推出，但这些系统和产品都具有一定的局限性，这是由 于公司和厂商往往从自身的经济利益和技术实力出发，侧重于信息家居某些局部功能实现， 而忽略了其作为信息社会的有机单元而应具有的特性，即在信息家居领域内缺乏具有宏观指 导作用的完善的理论体系，缺乏具有宏观特性的框架结构，缺乏对信息家居全面的认识。完 善的理论对于行业的发展具有重要的作用，本文在综合各方面因素的基础上，从宏观角度对 信息家居的概念、特性和实现技术作了系统地探讨和深入地研究，形成完整的信息家居理论 体系，建立合理的信息家居体系架构，为行业的发展做好充分的理论准备，积累经验，提供 新的思路和方法。在信息家居产生和发展成为必然的情况下，对其进行系统的研究具有重要 的理论意义和广阔的应用前景。 1 1 信息家居概述 信息家居的产生有三方面的重要因素：一是家居形式随着人们观念的变化而不断的改变 二是家庭通信手段的不断提高；三是家电功能的逐步提升。这三方面的因素总是相辅相成的 台怒王渡大学搭士学位论文 针对不同阶段的家电类型和通信手段，就会出现不同形式的家居类型。 械式家电 鞫1 。l 家嚣系统发提示意翌 图11 描述了这发展过程以及三方面因素的相互作用，我们将家电的出现作为整个发 残过程的起点，从最初的机械式家电开始，随着技术的进步依次经历了电气化、电子业、程 序化的备个阶段，如今家电b 经商信息家电静形式演述，它除了麓宥传统家电静葫艇之卦， 还具有了网络通信的功能，成为了一个个“网器”，这种形式的转变为家电的功能提身美供 了簇约发展空间，丧隽家庭中孤立豹个髂提供7 籀互联系黥手段，促使其残巍统一鲢整捧。 通信方式作为家膳发展的蛹外一个煎要因素，也经历了不同的发展阶段，从最树的入与 设备的直接交互，到利用一些简单的串行通信手段以至家庭总线的出现，都是出于将一些相 关设备联系起来，实现某些秘戆懿集成，与藏相对应窭璐了一些不磊豹家嚣形式，家怎龟子 化、住宅自动化和智能家居，遮一过程体现了人们对完善的家居功能和更简便的控制实现的 遗求，这几静家屠形式只是部分地实现了家居功能的集成，随着科学技术的发展和人们对家 秘生活要求的提高，必然会向功能更完簧酶家屠形式演交，在家庭随络_ 和信患家电出璇之后， 信息家居这种新的家居形式便应运而生。 霹予壤慧家屠霹叛馋翔下定义：镶爨家屡是拯建立在家庭弼终之上，憋家庭中抟冬季孛电 子电器设备或系统通过网络联系起来，并能以一定的方式连接至公共网络，在信息传递的基 础上集成备种家庭应用，以整体的形式为用户提供服务，提供方便灵活的交互方式的新代 家藩类垄。在这一是义中，我们强调了倍意家菇嚣令重要特 歪帮簧求，箨菇效豹痿慧信逢移 究善合理的功能整合。这也悬家居系统发展过程中一直需要解决的问题，本文将对这些问题 的解决进行深入地撩讨，并提出合理的解决方懿。 1 1 1 家居系统的发展麓现状 现代家居的出现可以追溯到8 0 年代初，当时出现了犬量采用电子技术的家用泡器，逐 渐地实现了家居的电子化。到了8 0 年代中期，出现了模块化的功能单元，包括家阁电器、 避倍设备与安茨设麓等，往京鲁魂纯豹凝念蠢：戆形成。年我寒，由子涎傣与穰患蕴术豹 发展，出现了对住宅中各种通信设备、家电、安保设备通过总线投术进行j l 矗视、控制与管理 的齑用系统，这就是所讲豹嬲能家居，美国称为w i s c h o u s e ，丽在欧洲称为s m a r t h o m e ，智 2 第一章绪论 能象屠在诲多蓬家稳选区毒蛰广泛遗应用，魏荑阑、欢渊、霞本秘薪船瑗等她 2 2 2 4 。 智麓家膳 鞋裁，嚣终智携家蓬标准黧产晶盏要袁鞋下凡转 3 2 ，3 4 ： 1 美圈的x 1 0 系统隅5 7 】x 1 0 最初是p i c oe l e c t r o n i c sl t d 于1 9 7 8 年开发的项 计划名豁，翳在利用墩源线来控制家中的灯饰及电子电器产品。1 9 9 0 年在美图成立了以x 1 0 命名煎薪公弼，其产龋系剜均戳x l o 命名。今秘，x - 1 0 在美国不仅是一家公司，芬是家庭 自动化控制规格的一种名称。x - 1 0 是通过电力线作为网络平台，采取集中控制方式实现各 耪璐薤，以1 2 0 k h z 熬脉冲传送数字信号，在家您鑫动化鳃安全监控、电爨投毒等方瑟褥到 广泛应角。x ，1 0 控制规格已成为当今美国家庭自动化的生器标准。在我国x 1 0 系统应用极 少，主要有三个原因：首先，宦是基于荧国的电力线环境设计的，根难适应圈内恶劣的电力 线强凌：其次，它戆葫虽然强大，毽楚铮对嚣穷裂墅登住宅帮瑟方太静习惯设计静，难戳 满足国内消赞者的要求；另外，它的价格难以为图内的房地产商和普通消费者所接受。 2 欧洲的e i b 系统 2 9 3 1 1 欧洲设各安装总线蜘议e i b ( e u r o p e a nl n s t a l t a t i o nb u s ) 是个在欧溯占主导溅位静楼- t - 自动纯辆家庭自动纯标准。e i b 系统用双绞线把全部电子元 件逡接起来，采用分布式结构膨成一个对等网络t 具有开放性和设备间的互操作性。目前在 国内应露极少，主要原因是其工程要求较为复杂、严格；贯乡 蛰掺瞧难以为野发亵爨承受。 3 新加坡等国的8 x 系统该系统采用预埋总线和集巾控制方式实现各种功能，系统采 用r s 4 8 5 家庭总线结构，通过电话线，实现双向交互监视和遥控功能，还可通过i r 对空调 辍、啻豌、奄凌懿等采建红羚控镅方式麴电器避行远程控稍。两瓣，零l 瑗x 一1 0 携产品可 对系统进行扩展。8 x 家庭智能化系统产鼎在美国和新加坡等2 0 多个国家和地区得到广泛的 应用。目前漩系统在圈内有少爨应用。 豫以上凡种智髓家屠标准和产品鲆，其它还有c e b u s 、l o n w o r k s 、b a t i b u s 和b a c n e t 等总线和技术标准也常用在智熊家居系统中。另外一些国家还制定了本国的钢能化住宅系统 及其家庭总线遵信掭戆，并建窍基于这糖标难瓣轾旋琵琶窀。翅嚣本1 9 8 8 年囊定了家建总 线系统( h b s h o m e b u ss y s t e m ) 标准等。这些以家庭总线为基础家居控制系统在开放性、 灵活性、智能性以及整体性能。t 都存在一定的缺陷可称之为传统橱能家居系统。 襞謇豹帮怒家属裰对于国羚起步较浼，淹来形成一定的蘸家标壤，主要采奔l 国箨瀚技术 和产品，但也有一些众业推出了自己的产品，其中主要有： 1 渍华阉方的e h o m e 数字家园 清华嗣方智能家群控制系统是专门针对中国家庭设计的家庭自动化系统，遵循国际技术 标准，采用嵌入式软、硬件技术，提供网络、网络节点及末端设备等仝系列家庭自动化产品。 其智缒家逞羧裁系统主要毒下纛三令部分： a 系列：遵循e i b 协议的家庭控制产品，适用于中高档新住宅 b 系列：遵循x 1 0 协议的家庭控制产品，无需布线，适用于中档住宅 茹家三畿：配电禳集中安装式家蹇羧裁产品 系统可以提供的功能有：橱能调光、家电管理、远程控制、家政保安、环境设置和窗帘 控制等功能。溃华网方的e h o m e 数字家匿主要是在智能大厦、麓2 小区鲍建设中，提供 完整的系统解决方案，产品以功能模块开发为主，采用国外成熟的智能家精标准之上。 2 海尔的“e 家庭” 2 0 0 0 革9 篾海尔掇密“e 客蹇”疆念，芳诗翔陵续拦蠢叛下翡“e 家庭”产鑫：蒙蹇无 线网络、整体智能厨房、整体溅浴、智能上网设备、e b o o k 、掌上智能设备、指纹，瞳孔识别 系统、t a b l e tp c 等产鼹。 海尔翡“e 家褒”秘海尔魄脑作为控铺中心，各静丽络家电律为终端设备，还有戳海尔 移动电话作为移动数字控制中心。在技术方面，海尔与微软合作，利用微软的w i n d o w sm e 3 合肥工业大学博士学位论文 技术和海尔的网络家电技术，使“e 家庭”已具雏形，目前，海尔已推出了网络洗衣枫、网 络冰箱、网络空调、网络热水器、网络微波炉等一系列信息家电的产品。 3 科龙的“现代家居信息服务集散控制系统” 科龙集团推出的“现代家居信息服务集散控制系统”，有效地集成了家电智能控制、家 电远程故障诊断及维护、远程互联网控制和家庭娱乐诸项功能。 在技术上，该系统具有基于o s g i 规范的家庭综合服务器( i l l s ) ，实现了内部兼容各种 家庭网络通信技术，外部兼容各种网络服务；家庭操作平台( h o p ) 实现了既具有常规l i n u x 系统完全自主的用户环境，又有实时性的要求；采用了基于代理技术的智能集散控制美术。 该系统我国首套完整意义上的智能网络家居系统，系统的最大特点是系统集成度高，注重整 体的性能。 在以上三种具有代表性的我国智能家居系统，是不同企业和科研单位从不同角度表立场 理解智能家居的结果：清华同方的智能家居控制系统主要是应用在智能建筑方面，以综合布 线为基础，而且采用欧美的技术标准，在系统结构和功能上具有局限性；海尔则是从家毫生 产厂商的角度推出了系列化的家电产品，系统完全是建立的所生产产品的基础上，难以袁为 具有通用性的标准；科龙的“现代家居信息服务集散控制系统”提供完整的系统解决方案， 但集散式的体系结构和高集成度使系统在可扩展性和开放性方面受到很大限制。从局韶妁观 点出发对家居系统的研究都难免存在一定的局限性，传统的智能家居已难以满足现代家蹇中 信息急剧增长的要求。各大企业厂商在推出概念性产品的同时，也在寻求更为合理的家詈系 统解决方案。一个具有良好应用前景的家居系统必须具有开放性和可扩展性，以及使尾司维 护的简单方便，这是由普通家庭的实际情况所决定的。信息家电和家庭网络的出现为信皇家 居这一崭新的家居形式的产生和发展奠定了基础。 信息家电 信息家电的出现只是最近几年的事情，以微软的“维纳斯计划”为标志揭开了家电上网 的序幕，此后国内一些家电厂商和相关科研单位纷纷推出自己的信息家电产品和技术，宝窟、 家电迅速发展起来。信息家电可以定义为具有一定的通信接口，能够连接到家庭网络之亭或 直接与i n t e m e t 相连，实现信息交换和完成互操作功能的家庭设备【1 3 ，2 1 ，3 3 。它是传统家电 和计算机技术高度融合的产物，主要特点有“三化”：数字化、智能化、网络化；又是3 c ： 是通信、计算机、消费电子技术的结合。联想对信息家电的理解是：家电的表象、p c 约核 心、i n t e m e t 的应用为驱动。信息家电不同于传统家电的最大特征是，它能帮助用户主动获 取信息，特别是通过因特网获得交互式信息。 信息家电又称为蓝色家电，是在传统黑自家电之外兴起的第三类家电，也是围绕传统家 电基础产生的性能更为强大的新一代家用电器。它以网络应用为功能核心，以嵌入式系统为 技术核心，包括信息类产品、娱乐类产品、通信类产品和家电自动化四大产品群。同传统的 家电产品相比，信息家电的特点有：网络化、智能化、开放性、兼容性、节能化、易用佳等： 在家居中信息家电能提供诸多功能，如：安全防范、消费电子产品的智能控制、交互式著能 控制、家庭信息服务、家庭医疗保健和远程教育等。 目前，国内外有关信息家电的研究主要集中在两个方面，一方面是信息家电的支持美木， 如嵌入式芯片技术和嵌入式操作系统，嵌入式芯片主要有x 8 6 系列和? c w e r p c 等，嵌入式 操作系统目前有w i n d o w s c e 、p a l m o s 、v x w o r k s 、嵌入式l i n u x 和h o p e n 等等几十种之多， 嵌入式技术在很大程度上取决于大的芯片和技术厂商，众多公司或厂商的投入也说明信圭家 电具有很广阔的发展前景，如： o e s s 宣布将提供用于“维纳斯”计划的全套芯片，并与厦新签署协议，推广基于w i n d o s c e 的视频一互联网一电脑( v i c ) 系统。 o p a l m 公司在纽约展出第一款可直接浏览因特网的p a l m7 型手持电脑。 4 第一章绪论 o i n t e l 宣布将研制目标市场为低端p c 及智能机顶盒的单芯片系统“t i m n a ”芯片。 爱立信公司推出了可访问互联网的移动电话。 海尔推出了“整体网络家电”。 创维集团的数码双麴彩电、网上机顶盒、d v b s 、网络电视、数字录音机等产品纷纷 上市。 华邦电子已推出基于h o p e n 的 b o x 机顶盒、v p 可视电话、i p b o x 等产品。 今后信息家电将会无处不在，成为人们生活、工作、学习、娱乐的不可缺少的东西。这 些信息家电将取代p c 成为i t 产业的推动力量。 家庭网络 随着家庭中的信息家电和数字化产品的增多，产生了将这些设备连接起来，实现信息交 换和互动功能的需求，家庭网络正是在这种需求下产生的。家庭网络的出现还是近几年的事 情，它是信息高速公路向寥庭中的延伸，借助现有的计算机网络技术和家庭总线技术，将家 壁内各种家电和设备连网，通过网络为人们提供各种丰富多样、方便舒适、安全可靠的服务。 家庭网络化也是整个社会信息化的一个重要的部分。 家庭网络是覆盖家庭全方位的提供各种智能服务的网络系统，其主要有数据通讯，家庭 娱乐和控制三大部分构成，其具体功能主要有安全服务，能源管理，数据通信服务，家庭环 萋控制和各种智能控制。般的家庭数字设备只需运行简便的运算程序，并不需要运用复杂 约功能来处理，所以利用家庭总线技术将相关设备彼此连接及进行相关的运用仍具有重要意 义。通过将家用设备连接成网络的形态来实现各种信息的流通和简单控制信息的交换。 由于家庭网络是连接家庭中各种数字设备和电子设各的特殊网络，单纯的家庭总线技术 三不能满足要求，而普通局域网由于成本和技术难度难以在家庭中得到广泛应用，所以家庭 网络一般具有专门的网络接口标准和服务标准 2 5 - 2 8 ，3 5 ，3 6 1 ，以适应复杂多样的家庭环境。 1 家庭网络的网络接口标准： 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。有线方案主要包 括：双绞线或同轴电缆等专线连接、电话线或电力线载波等共享介质；无线方案主要包括： 红外通信、超声波通信、无线电通信等。 具有专线连接的家庭网络连接技术的优点通常是数据传输的可靠性强，传输速率高，而 最点在于布线复杂，灵活性差。采用有线连接的标准主要有：i e e e 8 0 2 3 标准，h o m e p n a ( h o m ep h o n e n e t w o r k a l l i a n c e ) 和x 一1 0 技术。 许多公司和标准化组织正在倡导无线家庭网络技术，如b l u e t o o t h 6 、共享无线访问协 议s w a p 、i e e e s 0 2 1 1 标准等。比较有线网络而言，无线网络为可移动设备接入家庭网络 提供了便利，接入家庭网络的设备的位置相对灵活，但是数据的传输往往受到带宽和居室的 琨制，无线通信正在逐渐成熟并将取代有线通信。 2 家庭网络的服务标准： 家庭网络的服务标准主要是由一些公司和组织开发和推广的家庭网络中间件技术，为用 户的分布式应用软件提供在不同的技术之间共享资源的方法，简化应用程序开发工作量，降 ，氏开发难度。目前家庭网络的服务标准主要有以下几种：h a v i ( h o m ea u d i o v i d e o i n t e r o p e r a b i l i t y ) 体系【5 鼍以s o n y 为首的日欧8 家i t 企业联合推出的面向家庭网络的a v 毫子产品的互联和控制方面的软件规范；j i n i 技术 3 1 ：j i n i 是s u n 公司提出的基于j a v a 的 项方便组网和管理技术；o s g i ( o p e ns e r v i c eg a t e w a yi n i t i a t i v e ) 开放服务网关【2 ，5 1 】： 是由 e r i c s s o n 、a b b 、i b m 、s i e m e n s 、o r a c l e 、p h i l i p s 、m o t o r o l a 等电信、计算机、电器巨人发起 连立的一个工作组为连接i n t e r n e t 上的商业服务和下一代智能电器定义的个开放的标准； u p n p ( u n i v e r s a l p l u ga n d p l a y ) 技术 4 ，4 9 】：是由以m i c r o s o f t 公司为首的u p n p 论坛提出一 种家庭网络标准。 合肥工业大学博士学位论文 除，以上几种国外公司和组织推出的家庭网络技术标准。还有一些国外的科研机构也开 始了对家庭网络的研究，如剑桥大学推出了a u t o h a n 系统，伯克利大学推出了n i n j a 系统， 都力图提出一套解决家庭网络的互操作性的方案。在国内，很多家电厂家纷纷与国外大公司 建立合作关系，开始家庭网络的研究和开发工作：海尔集团与爱立信公司宣布共同开发蓝牙 网络家电；中科院计算所正在进行智能家庭信息中心项目的研制等。我国政府也加大了对家 庭网络产品研发的扶持力度，2 0 0 0 年9 月7 日至8 日，国家经贸委2 0 0 0 年国家技术创新重 点专项计划“家庭信息化网络技术体系研究及产品开发”项目工作会议在长虹顺利召开。据市 场调查公司c a h n e r si n s 诅tg r o u p 的预测，从2 0 0 1 年开始的4 年内家庭网络市场将有3 0 0 的增长，到2 0 0 4 年市场总额将会达到5 0 亿美元。 正是由于信息家电的出现和家庭数字设备的增多，需要更为灵活的信息传输手段和更高 的传输效率，在家庭总线难以满足要求的情况下，以混合传输媒介、多种数据传输手段相结 合为特征的家庭网络应运而生，家庭网络与家庭总线相比更大限度地覆盖了家庭中的各种设 备和电器，能够提供更强的信息传输和设备管理功能，更为重要的是它为全面地实现家居生 活的自动管理提供了手段，也使家庭与社会信息体系连接起来，成为信息社会的有机单元一 信息家居。作为一种开放式的家居形式，信息家居在与社会信息的有效交互过程中，其作用 将得到大大提升，实现质的飞跃，为家居系统提供了更为广阔的发展空间，建立起更为便捷、 高效、有序的社会信息体系。 我国政府非常重视对家庭信息化的建设，国家在2 0 0 0 年小康型城乡住宅科技产业工 程项目实施方案中，将建设智能化小康示范小区列入国家重点的发展方向。因此也就必然 促使智能化从智能大厦建设向智能化住宅小区，必然向家庭智能化的方向发展。由国家经贸 委牵头成立了家庭信息网络技术委员会，信息网络技术体系研究及产品开发已作为国家技术 创新重点专项计划。据预测，到2 0 1 0 年我国超过7 0 的家庭将有i n t e m e t 入网设备，有5 0 以上会有多台入网设备，从而产生共享访问i n t e m e t 的需求。建设部要求“到2 0 1 0 年，大 中城市中6 0 的住宅要实现智能化”。 随着人类应用需求和住宅智能化的不断发展，今天的家居系统将拥有更加丰富的内容， 系统配置也越来越复杂。功能也将得到逐步的扩展，包括网络接入系统、安防子系统、家庭 事务管理子系统、设备控制子系统、电子购物子系统、远程医疗子系统、环境控制子系统、 家庭娱乐子系统、个人事务管理子系统以及其它个性化服务系统等。另外，由于经济的发展， 社会信息化程度的不断提高，人类对家居系统的功能将会提出更高层次的要求，如家庭办公 f s o h o ) 系统、家庭节目编辑制作系统、防电磁辐射报警系统、室内仿真疗养小气候、室内 仿真景观等也会逐渐为人们所接受。由于信息家居系统能够为人们提供更加轻松、有序、高 效的现代生活方式，在不久的将来，信息家居系统将会逐渐发展和普及。 1 2 1 研究重点 1 2 论文研究重点和关键技术 信息家居作为有序化社会信息体系的基础环节之一，其完善和发展将对社会信息化建设 起着重要作用，而目前国内对信息家居的研究尚未有一个完整的理论体系，对信息家居的理 解也存在着种种差异，企业和厂商一般从产品开发和市场推广的角度去理解将会出现的新一 代家居形式，而用户则是从新产品和新技术所提供的功能来理解信息家居，所以这种单纯立 足于商业角度去理解信息家居的方式具有一定的局限性。我们将信息家居放在信息社会这一 大系统之中( 如图1 2 所示) ，以发展的观点来看待它，我们会发现信息家居的本质特征， 它是信息社会体系最终延伸至家庭的产物，这一过程最重要的特征是家庭与社会通过网络实 6 第一章绪论 现了有效的信息交流，各种以信息为载体的功能也因此得以实现。对于人们的家居生活，不 但实现了家庭与社会之间方便快捷的联系，而且通过家庭网络各种设备和电器连接起来，提 供了更为完整和全面的家居功能集成，家居成为一个有机的整体，自动化、智能化和个性化 程度将得到大大提高。对于信息社会机构，需要建立一套与居民家庭生活紧密相关的社会网 络服务体系，这一体系以信息家居作为基本单元，体现出一种层次化的有序结构。 图1 2 信息社会有序化网络体系结构 在理解信息家居本质的同时我们还应注意信息家居具有各种各样的实现方法和表现形 式，没有统一模板，也没有固定的实现方式，这种多样性取决于普通家庭之间的种种差别， 只有具有了多样性才能使其具有更大的适用范围，而信息家居的本质是在多样性条件下所应 遵循的共同原则，它是信息家居能够超越以往的各种家居形式得以产生发展的根本原因。 从宏观的角度理解信息家居能够使我们更为清晰地理解其本质特征和多样性表现的关 系，围绕着信息家居的本质特征，就可以建立起完善和准确的信息家居理论体系，这也将对 本行业的发展产生重要的指导作用。而立足于家居生活本身去理解和建立信息家居，将使这 一系统更能适合普通家居的实际情况，更加符合人们的需求，提供更为舒适和智能的家居生 活环境，这是信息家居发展的直接推动力。所以在研究过程中，遵循普遍性和特殊性相结合 的原则，从宏观和微观的不同角度对信息家居进行全面而深入地研究，建立完善的信息家居 体系结构，并对其中的关键问题和技术进行深入地探讨和研究，这将是本文研究的重点，也 是本行业有待研究和解决的问题。 在研究信息化家居系统时，必须抓住以下几点： 1 ) 开放的体系结构 家居系统具有多样性，家庭中的电器、设备和系统可能来自很多不同的厂家，而且每个 家庭都不尽相同，为了实现不同生产厂家产品的兼容性和即添即用的功能，这就要求信息家 居具有开放性的体系结构，建立统一的开放性接口标准，只需遵循这一标准，新设备就可方 便地纳入用户的家居系统之中，这也是系统能否为用户所接纳的首要前提。家居系统的特点 使其具有了分布式的体系结构，这种结构便于系统的扩展和更新，同时也为系统的功能集成 带来了难度，利用分布式对象技术可以使这一问题得到很好的解决。 开放的体系结构要求尽量降低系统各单元之间的耦合程度，这就要求在设计时要采用通 用的方法实现设备问的信息交流和互操作，尽量使单元的功能实现不过分依赖于其它单元， 并且尽量减少专用的私有方法，这对于整个系统的开放性和设备间的兼容性具有重要意义。 2 ) 有效的信息集成 7 一旦照三墼壅望整圭堂霆造塞 一 谯簿惠 圭衾中势魂爨瓣蔷患溪穗懿增长袋褥天嚣j 霹予嵇惑蠢7 薰耨瓣诀浚，人秘希整不 议霹援定蠢瓣方法，选霹援定瞧豹方法撼述装求解蕊闫题。人翻力爱静求零孛辖息表示、传 送积处理的最佳技术途径，目前 较一致的番法是，能较竞憋地表示概