住宅智能化,虽有多年发展历史,渐成住宅建筑不可分的部分,但仍被视为是一种新事物,新技术,仍不断地被人定义及划分。这是源于其概念涉及太多的领域及专业技术。在这些专业技术还未完全融合以前,难免会从不同的角度去诠释与定义,尤其各领域都在不断急速发展,其中的新理念(原理概念)难以被其它领域深入理解,难免造成“瞎子摸象”之嫌。
划分与融合本质上就是科学的综合与演绎,这是创新的必由之路:虽从各专业领域的原始理念出发,有时也须把祖师爷的框框突破一些,归纳综合其实践对象的特征,自然地得出一个真正符合实际的框架与模式来。而且必定是与时俱进的,要不断融入新成果的,完全开放式的模式。
住宅智能化概念的讨论
在对住宅智能化系统进行讨论、设计,或对智能设备进行选型的时候,都会被若干原则性的区别和“差异性”所困惑:家用设备之间的差异化、家庭内外环境的差异化以及消费习惯与认知的差异化。所谓区别:家居设备与建筑设备、办公设备、通信设备与控制设备。若按功用分,更有家居控制、设备监控、安防、火警、抄表、电信、电视、广播等。若按各自的专业要求,必然各行其事,各执一辞,以至有从3A(Automation 自动化)、4A 发展为6A 之说。于是就需要“综合”:综合布线,“3 网融合”,控制网与信息网的兼容,综合集成管理系统等,甚至有“一线到底”之说。
住宅应含居室及房舍管理,社区包括住宅小区及其物业、信息管理。控制网是对各种设备低速率,小信息量的通信网络,在住宅社区里有各种控制子网。信息网络包括信息管理网和AV 网。对于数字电视和IP 电话应该纳入统一的信息网。
智能化和信息化是指数字化,自动化和网络化。我们按照科学的综合与演绎的方法去化解那些“差异性”及区别:能综合者则归纳统一;不能综合者则融合之,即采用新技术使之能兼容于共同的设备或者概念之中,以至能适应长远的发展。
首要综合者是各种控制网。各类控制对象千差万别,形成各自的网络协议和设备分类描述方法。自动化技术虽在发展,然而3 代技术都在使用,DDC(直接数字控制)不少安防系统还在使用,但其可靠性很差;第3 代技术FCS(
现场总线控制系统)虽然技术先进,但要用于中国的家庭网络矛盾甚为突出。
国外的每种总线都有其产生的背景和应用领域,并不能作为中国智能社区通用的控制总线。多数外商只想占领中国市场,技术并不是真正地开放,开发技术相当复杂,国内掌握技术的人员较少,推广难度很大。
另外,现场总线的发展方向在世纪之交提出了与Internet 相结合的新的现场控制技术—
工业以太网技术,它是一种基于TCP/IP 协议的网络,但却又不适合多数的智能社区设备。因此综合考虑的结果,必须设计一种适合多数家居设备与建筑设备,有中国自主知识产权的,与TCP/IP 兼容的,具有中国大众化特点的现场总线。
其次要综合的是网络化。要组成统一的信息管理网络系统,必须连接所有的住宅管理元素,且要与Internet 连接,享有网络服务和远程通信。这里要解决内外环境的差异化,控制网与信息网的兼容,“3 网融合”等。目前采用的小区局域网(以太网)已是很成熟的方案。同时,家居控制网络不宜采用TCP/IP 协议也成为国内大家的共识,因而必须在控制网与以太网之间建立一个能为各控制子网通用的网关(叫做家庭网关)。这个网关负责转换控制网至以太网的协议,还应具有以太网为智能社区打造中国化的模式与框架交换机(或Hub)的功能,以便在家庭中实现数字音视频的传播(IP 电话和数字电视)及上网浏览、VOD 点播、视频电话、远程教育等多种应用。
根据新世纪集成电路技术的发展,还应按照嵌入式Internet 的原理,做成嵌入式Web 服务器,并具有加密设防的网关,以保护家庭的私密。如果将这样的网关作为控制网的协议转换器,则各种控制子网可以采用相同或不同的媒体(有线,无线,电力线)和通信协议(简单控制或各种总线协议),有利于根据不同的要求,采用各种特殊的协议,通过网关实现融合与兼容。
再次要综合的是网络应用层的信息描述和控制协议。每种设备都有对自己功能信息的描述方式,以及操作这些功能的控制协议,不同的制造商也都有各自的描述方法和控制协议。住宅和家居设备的种类和制造商都是千差万别的,要统一的确非常困难。
我们回顾Internet 技术的发展历程,为解决异种计算机的联网和信息交换,由最初的TCP/IP协议网络发展到浏览器/服务器结构,才使得万维网普遍应用及国际互联网被大众所接受。其中使用超文本标记语言(HTML)和浏览器技术是一个关键基础。有人说HTML(及HTTP,URL)是由天才发明的,因为它具有独立于主机的代码和语法结构,能够被异种计算机所识别,进而成为Internet 迅速发展的主要因素。它的开发者的目的是要便于所有研究者共享研究工作,并可以得到任何地方的信息。这无疑是一次伟大的综合。
我们今天已经有一个更为强大的标记语言——XML(可扩展标记语言),用它已经生成各种标记语言,例如化学标记语言(CML),数学标记语言(MathML)等几十种XML 的应用程序。我们应该可以综合创造一个“家庭网络标记语言”,使得住宅和家居千差万别的设备都可以用它来描述,并将描述方法和控制协议统一起来,真正综合成为统一识别的社区集成信息管理系统。
由此可见,要“合”,要将多个专业及领域的理念,在更高层次上给予融合,就要进行更深层次对象的抽象,就必然要打破某些专业及领域的一些现成习惯,用新的综合的理念去处理和解决面前的新问题。但是这绝对没有背离有关领域及专业成熟技术的意思,恰恰要合理地利用各个领域及专业的技术成果,特别是一些先进的,前瞻性的技术成果,找到相近领域的相似条件演绎推广应用这些技术成果,以达到更广泛的综合应用。
具有中国特色的应用环境
在处理上述三种综合的解决方案时,必须明确方案的应用环境及时代背景。中国普遍的住宅环境与国外尤其美国有很大差异。国内物业管理的高层技术人才很少,开发维护技术不能要求太高。中国大众的消费水平和观念更与国外不同。进入新世纪需要考虑各专业领域技术的飞速发展,必须与新技术发展的要求相适应,使之具有时代前瞻性。
从住宅智能化的应用环境来看,中国与美国的差异很大,他们大多数的私人住宅是独门独户的,半数以上的家庭至少拥有一台电脑,拥有两台以上电脑的家庭占4 分之1 以上,其家庭联网的主要目的是远程办公,甚至开办家庭企业,Internet 接入多是采用单户接入。家庭网络均采用计算机网络及其扩展总线网络。
我国目前住宅智能化的重点和今后发展方向将是以社区的数字化、自动化和网络化为主,这与通信行业确定重点发展以小区局域网接入宽带网的出发点是一致的。社区智能化的内容包括住宅小区及其物业管理、信息管理等。我国家庭的计算机拥有量还很少,应用水平也较低,“家庭网络”还是凤毛麟角。今后家庭网络的发展方向人们均看中“非PC 类网络”,即用非PC 类设备接入互联网(或小区网)。家庭联网的主要设备是信息家电,而不是计算机。此外相对于我国幅员广大的智能社区建设,我国的计算机信息管理和物业管理的专业开发维护人员还很缺乏,这些就是我国大众消费水平和观念的现状和出发点。
针对这样的应用环境,目前利用国外的各种技术来解决我国的社区智能化都将是难以适应的。首先是控制网技术,如果采用外国的现场总线,就必须采用外国的通信芯片,现场设备也需要国外企业给予认证。其次如果在住宅设备上直接采用TCP/IP 协议,将占用大量系统资源,对单片机或为智能社区打造中国化的模式与框架MCU 要求较高;对于小家电、安防报警设备、水电气表等其代价相对太昂贵了,或根本不可能。并且将大量没有设置安全措施的设备直接挂在Internet 上,没有安全感。复杂的协议势必给设备和系统的开发与维护带来更多的开销和成本,并要求有较高水平的开发维护人员。
智能家庭信息平台是与人民群众生活密切相关的家庭信息产品,应用面最广,如果被外国厂商控制,那么这些产品背后的信息服务市场可能被外国人控制。这不仅关系到巨大的经济利益,更可能造成波及整个国家安全的负面影响。因此作为一个社会主义大国,网络技术上目前并不存在解决不了的技术问题。从保障国家信息安全的角度看,作为决策者绝不能轻易放弃这样的阵地,必须千方百计掌握其主动权。
面对这样的消费特点和观念,智能社区集成系统应该是:知识产权是中国化的,技术(原)理(概)念是大众化的,开发维护应高度统一而又“简单化”,使用操作是“傻瓜化”的;具有完全的开放性,先进性和前瞻性,但与国内外的先进技术具有良好的兼容性。即归纳为四化:中国化、大众化、“简单化”和“傻瓜化”;四性:开放性,先进性、前瞻性和兼容性。为智能社区打造中国化的模式与框架
智能社区集成管理系统可通过宽带或无线接入因特网;社区内部网可采用快速以太网或无线局域网,使用TCP/IP 协议;系统的底层网为智能社区的各类子网:包括监控系统、信息管理系统和通信系统,它们通过各自的网关接入社区网,组成智能社区管理系统。其中每户家庭的家庭网关应是一种控制网、通信网和AV 网三网融合的带有安全锁的家庭网关。社区内的所有联网设备都具有服务描述和发布机制,可以实现即插即用功能。网关具有Web服务器功能及设备发现并向远程动态发布的能力,成为Web 服务的平台。家庭控制网使用家庭局域网的通信协议规范及多种传输媒体。这里,需要解决两项关键技术、制定两个协议规范,以及为实现它们必须生产两类芯片:
两项技术:设备信息化技术及家庭网关技术;
两个规范:“家庭控制网通信协议规范”及“设备描述方法规范”;
两类芯片:家庭网络通用接口芯片及家庭网关SOC 芯片。家庭设备信息化技术的高度简化和统一,为制定统一的标准规范奠定了基础,为设计生产专用集成电路芯片创造了条件。
◆设备信息化技术和通用接口芯片:
设备联网通常要按照控制网络的通信协议做一个网络接口,如果能将各种设备的接口都简化统一起来,就成为“通用接口”,这样的接口就可以大批量生产,以至于做成专用芯片。电气设备千差万别,除了有统一的接口,还必须对设备功能信息的标识方法进行简化和统一。设备必须将自己的服务功能信息按照设备描述规范写成“设备描述文件”, 使得智能社区信息平台能够识别、监控和管理这些设备从而使千差万别的电气设备轻易地统一改造成为能享有网络信息服务功能的系统单元。由此可见,制定“控制网络通信协议规范”和“设备描述文本规范”是必须的,并且还要将设备的控制方法进行简化统一,以实现一个“通用接口”和统一的监控管理方法。
◆家庭网关技术和网关SOC 芯片:
家庭网关是一个三网融合的关键设备,要完成社区网到家庭控制网的协议转换。要在家庭网上运行通信网和AV 网的规范,还必须是一个以太网的交换机或路由器,它具有设备发现和管理功能,是一个网络控制器,又是一个Web 服务器。它不仅运行以太网(ISO/IEC8802.3)协议,还可以运行无线局域网(ISO/IEC8802.11)协议。它若具有语音接口和显示接口,还可以运行IP 电话和可视电话。成为一个电子管家。
我们按照这样设计的家庭网络平台系统,将是一个贴近中国实际情况的,符合中国消费要求的产品;并且是一个完全开放式的,先进的和经济的智能社区集成管理信息平台。