基于IPv6的智能家居網絡設計與研究

劉霞 鄧瑜 湖北省醫藥學校, 武漢 430064

基于IPv6的智能家居網絡設計與研究

劉霞 鄧瑜 湖北省醫藥學校, 武漢 430064

本文對IPv6在智能家居網絡中的優勢進行了分析，并結合家庭網絡技術現狀和國內家庭控制子系統的實況，提出了智能家居網絡構建方案。

IPv6；智能家居；網絡

愈來愈多的家庭迫切需要在家中隨時隨地就可以訪問外界的信息源，或者在家庭外部控制家中的家電，甚至在家庭內實現智能化。IPv6的出現使得這種理想更加迅速的成為現實。IPv6地址空間充足，可以為地球上每個家電都分配一個全局IPv6地址，使設備連接到Internet上，從而解決了由于Ipv4地址短缺給構建智能家庭網絡系統構成的瓶頸。同時IPv6地址和服務的自動配置能力強，使得在家庭信息網絡中添加家電設備時幾乎不需要做任何配置。加上它的安全性高、對移動性的支持及QoS支持使得IPv6的智能家居時代已經到來。

1.IPv6對網絡家電的支持

IPv6是為了解決IPV4所存在的一些問題和不足而提出的，同時它還在許多方面提出了改進。擴大了地址空間，提高了處理速度，增強了安全保密性。IPv6協議在構建家庭信息網絡方面具有如下優勢：（1）地址空間充足，可以為每個家電都分配一個全局IPv6地址，使設備連接到Internet成為可能。(2)地址和服務的自動配置能力強，使得在家庭信息網絡中添加家電設備時幾乎不需要做任何配置。(3)安全性高，可以保證用戶與家電設備之間通信的安全，保護家庭信息網絡。(4)移動性支持，使得用戶可以在移動狀態或者離開家庭信息網絡后仍然能夠通過移動設備來訪問家庭信息網絡中的資源而不需進行額外配置。(5) QoS支持，IPv6頭標中對QoS的支持功能可以確保家庭信息網絡中高帶寬或者實時通信的需要。

2.家庭網絡技術的現狀

家庭網絡是代表家庭信息化的一種新概念，它是全方位提供智能化服務的網絡系統。它是指在家庭環境中，利用各種介質將數字設備和消費電子產品連接起來，通過各種網絡技術和控制技術來實現信息傳輸和信息共享，完成家居環境的智能控制，提供用戶所需的各種服務功能的一種分布式異構網絡。

九十年代中期以來，家庭網絡技術開始起步。在國際上比較有影響的系統有：美國的X-10，CEBus(Consume Electronic bus)和Lonwork；日本的HBS(Home Bus System)；歐洲的EIB(European Installation Bus)和EHS(European Home System)。我國對家庭網絡的研究目前成熟的，主要集中在一些分散的智能家庭控制子系統上，如三表抄送子系統、門禁子系統、可視對講子系統等。這些子系統互相獨立，不能實現信息共享，使得安裝和使用很不方便。只有智能家庭網絡才能將這些電氣子系統以及電氣設備連接起來。隨著集成技術、通訊技術、互操作能力和布線標準的發展而不斷改進，實現它們之間信息共享，使得系統安裝方便、使用靈活。近年來EIOT物聯網智能家居系統引起了人們極大的關注，增強了人們對智能家居實現的信心。

3.家庭網絡的設計

3.1 家庭網絡的總體架構

在進行設計家庭網絡時，首先，我們要根據現在普通家庭的實際情況，對信息家居的總體功能進行設計，在現有技術的基礎上，并適當考慮前瞻性，對整個系統進行合理地規劃和設計。

如圖l所示的一個典型的數字家庭網絡中，家庭內的所有信息家電通過以太網、無線局域網，或者其他物理層技術組成家庭信息網絡，加上網絡通信模塊后就可以具有家庭網絡接入能力，再通過家庭網關連接到IPv6 Internet上。

在信息家電的內置芯片中采用IPv6協議，之上使用各種高層互聯技術以保證家庭信息網絡的互操作性，通過芯片控制接口來對信息家電進行訪問和控制。

對于家庭網關，采用IPv6協議通過各種物理層接人技術和各種信息家電、IPv6互聯網相連，并提供多種功能以控制和管理家庭信息網絡。這樣的家庭信息網絡架構不但和已有的技術標準相兼容，而且使得家庭信息網絡更加靈活，更容易進行擴展。

家庭信息網絡內的信息家電均具有一個全局的IPv6地址和鏈路局部IPv6地址，客戶主機可以在家庭信息網絡內部或者家庭信息網絡外部對家庭信息網絡內的信息家電進行訪問和控制，從而方便了人們的生活。

在家庭網絡的技術實現上，我們根據家居環境的特點，采用了藍牙技術、IEEE1394技術和無線編碼技術相結合的混合網絡構建方案，三個網絡通過家庭網關進行互聯。其中藍牙技術主要實現家庭設備數據通訊，IEEE1394用以實現高速A/ V數據通訊，無線編碼技術主要用在低速信號傳輸方面，如傳感器信號傳輸、家電控制信號傳輸。

圖1 家庭網絡總體架構

圖2 藍牙網絡結構圖

圖3 家庭多媒體網絡

圖4 無線編碼子網結構示意圖

3.2 混合網絡和子系統設計

3.2.1 藍牙子網設計

如圖2所示，藍牙家庭網絡是由多個功能單元組成的微網連接而成，每個微網包括幾個緊密相關的藍牙單元，不同的微網又通過“設備共用”聯系在一起。家庭網關是整個網絡的控制核心，每一個微網中都有單元與它相連，它負責著信息家電、各種設備的運作和信息傳輸，同時又是信息家庭和外部連接的通道。家庭網關和PC之間用的是網絡接口連接，因為在未來的家居網絡中，PC與家庭網關間的數據流量比較大，藍牙目前的不足1Mbps的數據傳輸率還是比較難以滿足PC的需求。

3.2.2 IEEE1394總線子網設計

圖3 是以家庭網關為中心的家庭IEEE1394網絡系統。家庭網關是整個家庭控制和信息管理的中心，它負責家居設備的控制、家庭網絡的管理、家庭信息的存儲和家庭娛樂設備的管理。IEEE1394模塊主要用來實現高速流媒體數據傳輸功能。以家庭網關為中心，其他多媒體的數字設備直接或間接通過IEEE1394與其相連。高速網絡激光打印機直接通過線纜與家庭網關相連。

在家庭網絡中應用IEEE1394實現高速數字A/V信號的傳輸，不但可以提高系統性能，減少連線，省略了數模轉換過程，而且使數字設備在無主CPU的參與下進行數據傳輸成為可能。即插即用和自動識別功能也使得系統組成更加方便靈活。

3.2.3 無線子網設計

圖4是無線編碼子網結構示意圖，各傳感器每隔一定時間向家政保安監控器發送一個無線編碼信號，家政保安監控器根據接收到的信號判斷傳感器是否正常工作和是否有緊急情況發生，并與家庭網關保持聯系，接收查詢和緊急情況上報，家庭網關判斷緊急情況種類，采取相應的措施，發出求救信號，并通告主人。

4.結束語

隨著家電技術和網絡通信技術的發展，人們生活水平的提高，智能家居市場潛力巨大。國內已有很多大城市的高檔小區實現了部分智能家居功能，得到了人們的好評。但智能家居的成本問題也始終是困擾其發展的一個不可忽視的實際問題。隨著安卓智能手機的推廣，zigbee協議的應用和物聯網技術的發展，IPv6智能家居必將迎來一個美好的明天。

[1]葉朝輝，楊士元.智能家居網絡研究綜述.計算機應用研究.2001,18(9):1～6

[2]劉云，張紅.國外家庭網絡技術標準進展分析.信息技術與標準化.2005.03

[3]屈剛，趙莉鵑，等.家庭無線網絡與藍牙無線傳輸技術.電子工程師.2000. 11

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.17.039