智能住宅中的信息家电

智能住宅中的信息家电信息家电〔ia－infratinappliane〕指的是将微型电脑和通讯技术融入到传统的家用电器中，使之智能化并具有网络终端的功能。可以随时随地的获取与处理信息，信息家电的重要特征是可以通过互连网双向传递数字信息，因此它是网络上的家电，而不是p的外设。ia具有一定的智能，并应支持某种统一的、标准的通常协议，可以互相识别。也有报告将信息家电定义为"廉价易用且基于电脑技术的、上有少量简单互连功能的装置"。它可分为eb家电〔eb电视〕、计算家电〔与pda相连〕、通信家电〔eb〕、娱乐家电〔机顶盒〕和其它类。信息家电将带来两方面的好处，一是使用者可通过或p机上的eb阅读器对家电进展远程控制，二是家电制造商可通过internet对售出的产品进展监控。1信息家电集锦新型多频内带有符合ap〔无线应用协议〕的微型阅读器。ap是一种新的通信标准，通过使用它可使挪动可以直接和internet连接，把网页缩小到在挪动的显示屏上进展显示，真正实现把互联网装进口袋里。另外，它可以通过de和红外线接口与电脑互相通信。此外还有带个人记事本功能、基于java的双频，机内的数据可与p同步。1999年由英国推出的智能冰箱，通过条形码扫描仪来对储存和消耗食品进展登记，同时一个13″的彩色显示屏可向主人显示食品的保质期，还会提醒主人储存的牛奶等食品是否已快吃完，能将需要重新购置的食品列成购物清单，以方便主人购置。还有在其门上嵌入触摸屏和计算机并连接到互联网的网络冰箱。网络微波炉可以从网上下载烹调信息自动烹调菜肴，还可在做饭过程中随时与朋友交流经历，记忆和改良烹调食谱。空调可以在主人回家前半小时自动启动。装有电脑标签的衣服在放入洗衣机清洗时，标签可以告诉洗衣机应当用那一档速度进展清洗。各种智能家电除可通过线与因特网相连，上网发送电子邮件，也能用来进展电子购物。网络家电可以方便地从网站下载新的程序、菜谱和其它新的功能，或根据自己的爱好编制新的程序。"厨房电脑"正在逐步形成。机顶盒stb(settpbx)是一种简化的没有硬盘的计算机，利用用户的电视机作为显示设备，通过拨号连接互联网，进展网页阅读和电子邮件功能。同时装备有红外无线键盘和遥控器，形成交互式电视系统，向用户提供集互联网接入，交互式电视影像和声音、数字视频录像为一体的多媒体效劳技术。因机顶盒使用eepr或flash这两种存储器来记忆数据，因此能实现电源关掉后保存数据，而且可以反复擦写。传统的电视观众只能被动地接收电视台播放的节目。之后的个性化电视，不仅能将观众感兴趣的电视节目送入电视机顶盘，而且还能根据客户的个人信息及条件发送特别的广告。交互式电视那么在个性化电视的根底上又增加了交易功能，实现了电视购物(tere)，它能对不同客户推出不同的商品和广告，从而大大地方便了客户，使客户与商家的关系亲近了许多。开展交互式电视的目的是创立一对一的形式，实现与客户的动态对话，包括将信息传送给用户、交易和效劳三个步骤。在交互式电视方面，nds公司的xtv技术能将大量的数码内存存储到机顶盒或数字电视中，使电视观众不受节目播放次序的限制，自由选择收看。此外，宽带多媒体交互电视已由arni、trla、rale、sgi和viagate五家公司(以下简称sv)联作合手开发成功。创造了一套完好的面向交互式电视(itv)和数字视频流市场的端到端商务和技术解决方案，将先进的计算机硬软件融为一体，从而使用户方便地改变其电视界面和内容，并可从播放的列表中选择视频内容，或使用eb阅读器从internet上查找信息、玩电子游戏等。它由以下三局部组成：(1)效劳中心--包括硬件平台(视频效劳器)及视频效劳软件，主要提供数据流。(2)网络传输系统--由at宽带网(主干网)和用户接入网(adsl、vdsl、able等)两局部组成。(3)客户终端--机顶盒接入方式及p接入方式。(1)arni的at网络交换机将内容送入用户家里。它提供(可以传输声音、图像和数据)的宽带网访问交换机，其frethughtinterlligentinfrastruture软件，可实现网络的预测性控制和管理。通过该软件作为一种解决方案可最大限度地利用分布宽带网。(2)用户终端采用trlastreaaster机顶盒，接收信息流并将其送到用户的电视机上。在streaaster上运行的一些特定应用程度，可以支持用户使用系统的个性化。streaaster完全支持eb阅读器以及基于eb的应用程度，此外它还支持在线游戏，并且选装dvd影碟机和经过集成的硬盘驱动器。itv配置的特点就是必须满足用户的需要。围绕交互式视频娱乐传输的各种效劳是关键。(3)软件局部采用rale8i数据库和rale的视频效劳器(vs)，将内容分配到网上。vs具有一些与众不同的特点，包括具有可视化的快进和倒退、个性化的视频流、专有的实时raid以及可以传输大量格式的才能。vs还具有一种基于效劳器的效劳的功能，允许用户录制实况电视，同时在进展实况视频传送时还可提供全vr式控制键，以到达经济地管理和存储数据的目的，从而使itv解决方案的配置可以吸引用户。(4)采用sgirigin硬件效劳器平台来储存视频内容。并且有可扩展性，可做到无缝晋级，最多可扩大到256个pu，同时提供2000路并发视频流。由于此产品采用模块化设计，使扩容变得非常容易。只要添加网络接口模块，就可增加带宽；添加磁盘控制模块和磁盘，就可增加存储容量；软件效劳器解决方案也同样容易扩展。无需进展重大修改。(5)viagate的vajeta400调制解调器和viaaya406住宅网关接收内容并将其送到用户的机顶盒。在维纳斯(venus)和irsft的tv平台策略中，irsfttv1.0和irsfttv2.0引人注目。irsfttv1.0采用indse操作系统，有tv阅读器和播送效劳功能，有路图(radap)功能。irsfttv2.0的特点是家庭上网才能，有1394、hepna、μpnp等方式，并可在家庭网络上分配视频，有宽带数据共享，兼容世界的各种数字电视(dtv)标准，如ats、dvb、arib等，有全部的ie阅读器功能。2信息家电平台体系信息家电平台的功能主要有：(1)接收并播放数字视频节目；(2)支持多协议的internet功能，具有良好的eb性能，使家中设备良好地实现internet共享；(3)支持多家电网络协议的家庭网络控制中心功能，提供足够的宽带通信效劳接口，同时还应当可以对家用电器施行各种有效的控制机制。(4)具有家庭信息效劳器的功能，为家庭事务管理提供必要的数据效劳，最终完成家庭购物、办公、交互教学、视频点播等全方位应用。根据信息家电平台的功能，相应的构造框图分为控制子系统、数字处理子系统、接口子系统、用户／扩展接口子系统。ibreddⅲ数字信息家电平台的硬件构造是以re为处理器的单芯片方案。re芯片内有peg2传输流解复用器，dvb(digitalvedibradast)通用解扰器，peg2视频解码器，nts／pal编码器，perp401d2ris内核，用于dra、flash、sdra等的外部总线接口单元，以及gpi(generalpurpsei/)、16550串口、1824并口、i卡、irda遥控器、de、时间控制器(tier/p)、i2接口等8种外设接口单元。3信息家电的硬件平台构造internet技术的快速开展得力于p机的硬件平台和软件操作系统高度标准化，因此人们用来上网的方式也大同小异。然而，对于各类家用电器或智能装置情况就不同了，它们的"心脏"是一颗被称之为微控制器的单片机芯片，世界上制造微控制器芯片的厂商众多又缺乏统一标准，从而使得这些微控制器的硬件构造和指令系统各不一样，造成各类家用电器或智能装置无法象p机那样通过标准的硬件接口及接口软件直接接入internet网络。必须采用其它的途径。实现信息家电的方法之一是在家用电器中内置一块eb接口芯片ebhip，将其作为智能装置连接到internet网上的"桥梁"。ebhip是独立于各种微控制器u的专用网络芯片，通过标准的输入输出口，可与所有的微控制器相接。这样，微控制器可以通过ebhip接收并执行经由internet远程传来的命令，或将一些数据交给ebhip发送出去，这样就将internet技术延伸到了一个更广阔的应用领域。可以说，internet使21世纪的地球披上了一层"神经网络"，ebhip那么使这个"网络"中的"神经末梢"不再仅仅是清一色的p机，而是增添了无数的智能终端。家用电器中的微控制器是微处理器pu芯片并集成了假设干外围电路的单片机，它们的运算速度和系统资源根本无法运行复杂的internet网络协议tp／ip。事实上，各类家用电器接入网络只需要传送简单的命令或数据，并不需要复杂的功能，但实现本钱要低。ebhip既能满足这些功能又有最低的价格，因此是连接家用电器与internet的理想桥梁。家用电器采用ebhip接入internet的网络构造如图2上半局部所示，ebhip通过标准的spi串口与家用电器的单片机相连接，又通过一个称之为gateay的网关与网络连通。这样，冰箱、空调、洗衣机、微波炉、电饭煲和电热器等各种家用电器只要在其中内置一块ebhip就能将它们连接到internet网，实现智能化，这将带来二方面的好处。一方面，使用者可通过、个人数字助理和p上的eb阅读器对它们作远程控制；另一方面，家电制造商可通过internet对售出的产品进展监控，假如出现故障，它们会自动发出维修恳求信号，并指出故障部位，从而使售后效劳更为迅捷。transeta公司推出的神秘芯片ruse，以其优异的性能和极低的耗电量在信息家电领域引起轰动。在消费类电子产品中，将嵌入式pu芯片嵌入到各类设备中，是单片机技术与消费类电子产品技术充分结合的一种表现形式。同时也将嵌入式操作系统固化在其中，通过运行针对系统编写的应用程序来对装有嵌入式芯片的设备进展控制和管理，以使该设备具有相当的智能。要想将internet上的tp／ip通信协议移植到以u为核心的嵌入式系统上，最理想的解决方案是采用嵌入式internet网络技术。这种网络构造如图2下半局部所示。与ebhip方案类似，嵌入式internet网络中有一个被称为egateay的网关，它可以是一台以inds操作系统为平台的普通p机，它支持复杂的tp／ip协议并能提供效劳，从而允许客户通过网络阅读器来远程访问它，这使得它象internet效劳器；另一方面，egateay通过rs232、rs485、现场总线an等轻量级网以及de、rf、irda等方式，将多个嵌入式设备或智能家电连接在一起，并担当tp／ip和下级网之间有关协议的转换任务，这又使它像internet网关。egateay及其相关技术已是一个标准化了的技术，全球著名的trla、at＆t、philips、hitahi等厂商都已宣布支持这一标准。同样也需有网络芯片ihip，用于解决egateay与嵌入式设备间的连接问题，ihip是一个低本钱的8位或16位芯片，其内部固化了能技术各种轻量级总线网络协议的软件，它通过标准的spi串口与嵌入式设备或智能家电的u相连接。当你在远方通过internet向自己家中某个智能家电发出一个控制命令时，信息通过网、egateay和ihip传到达这台智能家电，它只需遵命行事。假如这台智能家电要向维修中心报告一个故障命令，这只需将信息发送给ihip，其它的事那么由ihip、egateay和internet来完成了。决定信息家电功能和性能的主要因素在于它所使用的操作系统。微软公司推出了可裁减、可定制的嵌入式操作系统开发平台indsebedded,专门为嵌入式应用提供灵敏方便的开发工具。最新推出的有indse3.0、indseplatfrbuilder3.0和inds2000serverapplianekit等。另外，linux这一自由软件的明珠已经相当成熟，在桌面和效劳器领域足以和inds相抗衡，linux的最大特点是它的源代码是完全开放的，除价格极为低廉外，它支持大多数常见的pu,其中包括广泛用于信息家电的ips和strngar在内。如今使用嵌入式linux的信息家电产品，无论从功能和价格上都可以使用indse或pal的同类产品相比美。同样，bilelinux的推出更激起人们对用于信息家电嵌入式系统的热潮。网虎xlinux公司开发出100k字节级的嵌入式操作系统quark(夸克)和总容量不到2b的嵌入式linux，已经在intel公司新推出处理器芯片strngar上获得成功的应用，从而可让用户随心所欲地上网了。真正的s虽然还没有登场，但已在姗姗走来。s在一片硅片上集成有pu和高密度逻辑电路，再加上模拟和混合信号电路、存储器和通信电路，有的s甚至还包含电子学以外的功能。为了对高度复杂芯片的设计进展验证和仿真，推出了虚拟逻辑仿真器vle(virtuallgieulatr)和vstatin验证站(verifiatin)。虚拟逻辑仿真器vle与相应的软件结合，可提供全面的仿真测试，包括存储器模型、同步时钟有效性模型、自动分割、仿真模型的快速编辑、以及对全部内部和外部信号的分析。vstatin验证站可对多达数百万个门的高复杂电路的设计进展验证，它既可以用作传统的电路级仿真器，也可作为电路级与模型级混合使用，是一个崭新的验证平台。4信息家电平台内部联网接口方案家庭内部网络接口的媒体层方案是家庭网络快速开展道路上最迫切需要统一标准的方面。直接关系到用户的实际使用和安装。ieee1394是一种用于信息家电和个人电脑互联的通用串行数字化接口，定义了介质拓扑和传输协议，主要侧重于线缆连接应用，是一个硬件和软件集成标准。该标准具有完全的数字接口，无需模拟／数字的转换，减少了数据丧失率；支持热插拔，用户可以在总线有效状态下插拔1394设备；具有传输速率可晋级体系，100／200／400b／s可在同一总线上按照应用特性随时变更；具有灵敏的网络拓扑构造，支持链形、树形的多级桥连；同步通信方式可用于多媒体数据传输，异步通信方式可用于控制信号传输。hepna是一种基于线解决家庭中电脑和设备之间通信的网络解决方案。支持internet访问，支持接口协议v90、adsl和ablede，家庭信息设备通过网络共享数据和效劳，可通过系统的调整和改善使线的速率到达ib／s。但hepna的方案尚在制定中。sap提供一个开放的家庭信息平台，使各种可互操作的消费电子设备进展无线的音频和数据通信。以建立一个家庭无线网络。主要是利用p在家庭的主导作用来分配和发布tp／ip协议信息，解决家庭网络问题。bluetth是目前开展最为迅速的无线通信协议，它是一种通过无线短程链接传送语音和数据的技术开放性标准，适用于静止或者运动的环境。其目的是用无线替代和笔记本电脑等设备的互连缆线，使网络更易于使用。技术特点：工作频率245ghz，通信半径10，可以延展到100，传输速率ib／s，设计适用于多种频率的环境，使用前向纠错(frarderrrrretin)限制远程链接的频率干扰。其组成包括语音单元，无线单元链接控制模块、链接收理部件和软件单元。5信息家电平台的外部联网方案信息家电的迅速开展会使得1／3以上的因特网终端不再是p机，但是却不会完全取代p机的，相反，它需要通过一台p机来将各类信息家电组成一个易于管理的网络。在由此构成的智能住宅中，所有的家电都具有联想和交换信息功能，并自动执行操作程序，如下雨时会自动关窗。阳光暴晒时卷帘会自动下落，家里没人时暖气会自动调低，出现紧急情况还会自动报警。将家庭内部网络与户外现存的各种网络互联可以采用有线或无线方式，有线方式有de、ablede、xdsl技术、数据播送技术等，无线方式有ap、lds(局域性多点分布效劳)等。ablede方式是信息家电平台外向联网最具潜力的方式，主要采用a信道调制方式。ablede有ieee802.14和ns－dss两种标准体系，前者的物理层支持ieee的ituannexa／b／、64／256qa，介质访问子层支持at；后者ns－dss的物理层支持annexb，协议访问层支持变长数据包机制。ablede的接口局部包括10／100／1000base……t以太网卡、外部通用串行总线de。上行通道多采用模拟调制解调器，通过标准slip／ppp联接到本地ip，实际速度根据调制解调器速率而定。其中lds是一种双向的数字式播送系统，主要利用地面设备进展数据收发。lds使用g波段，由于频率高，所以采用集线站和网络中心的转发器传输数据。这个通信中心的作用是处理所有的途径选择、线路交换以及桥接到internet上等一些问题。虽然lds不是一个完全的交换式网络，但是它可以建立虚拟的点对点连接，正如其他高速访问方案一样，lds也是非对称的系统。6信息家电平台软件体系信息家电平台的软件总体构造可分为设备驱动层、根本操作系统层、逻辑资源层、中间件运行环境层和应用层。设备驱动程序层是根据信息家电平台不同操作系统的设备驱动规那么，为应用程序提供透明的、标准的控制机制所采用的软件接口。由于信息家电平台的pu厂家众多，各种平台的构造存在差异，给编程带来较大难度。根本操作系统本身是一个完好的操作系统，可以直接为应用程度和上层软件提供核心效劳，应用程度可直接调用其功能，根本操作系统层的调用界面遵循psix系列标准，以保证应用程序有良好的可移植性。目前的嵌入操作系统有ine、linux、pss、spen、qax等，嵌入式操作系统应当完成普通操作系统的大局部功能，如进程管理、线程管理、内存管理、设备管理、文件系统等。处于这一层的软件均为可选择安装的模块，可以根据特定的环境来选用。这一层中常用的模块有以下几种：(1)tp／ip模块：该模块一般是必需的，因为tp／ip协议是访问internet的根底，也是管理jave设备的前提。(2)界面系统：信息家电的硬件平台不同，显示设备也大不一样。它们可以是液晶字符显示板或者是高分辨率的彩色显示器，而有的甚至不装备显示器。针对这些情况，信息家电平台的界面系统也应该有多种形式，提供图形窗口系统、字符窗口系统、行字符系统等。(3)文件系统：在信息家电平台，将文件系统从根本操作系统中别离出来，作为一个单独的模块，这样就给了用户较大的选择空间，用户可以根据兼容性或其他方面的需要选择不同格式的文件系统，如fat、fat32、ntfs、dfs、i节点等。(4)中文环境：中文环境主要完成中文的输入、处理和显示。一般包括汉化内核、移植现有的中文字库、移植现有的中文输入法、汉化重要操作系统的运行库。中间件技术是信息家电平台软件的关键环节，目前的havi、jini、upnp(universalplugandplay)、javatv等家庭网络方案的技术本质，就是基于中间件概念来完成应用功能的。中间件／运行环境层是介于应用层和操作系统层之间的虚拟机，为应用程序提供一个相对统一的开发环境和运行环境，以便于应用程序的开发移植，一般插入pantalk、jave、htl、heg5等的解释器，同时可管理各种厂商制定的连接网络，并将它们映射到一个统一的管理网中。目前的应用层以javatv或其他基于java的应用开发平台为主，其他非java平台的厂商也正在进展java应用的嵌入