淺析AP面板在智能家居中的應(yīng)用

梁耀文 李忠耀 尹兆貴 黃棉燦

（威凱檢測(cè)技術(shù)有限公司 廣州 510663）

引言

智能家居集安防監(jiān)控、家電控制、照明控制、氛圍營(yíng)造、語音聲控等無線控制為一體，給消費(fèi)者帶來具有舒適高品質(zhì)、高安全感的生活，使傳統(tǒng)的“家居”發(fā)生質(zhì)的改變。而信息技術(shù)的不斷擴(kuò)展和革新直接關(guān)聯(lián)智能家居的發(fā)展，并由此誕生了萬物互聯(lián)的“物聯(lián)網(wǎng)”。雖然物聯(lián)網(wǎng)家電暫時(shí)無法涵蓋智能家電的所有特性，但其代表智能家電最主流的發(fā)展方向。

家庭網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在智能家居場(chǎng)景中承擔(dān)著重要角色，隨著智能化的需求日益提高，智能家居對(duì)網(wǎng)絡(luò)配置的需求也日漸增大。家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)作為未來智能生活的基礎(chǔ)，如何構(gòu)建一個(gè)便捷、穩(wěn)定、可靠、高速的家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)成為很多現(xiàn)代用戶所關(guān)注的問題。隨著技術(shù)的提升，產(chǎn)品的更新?lián)Q代，AP面板已成為家庭網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的發(fā)展熱點(diǎn)。

1 現(xiàn)代家庭網(wǎng)絡(luò)配置的現(xiàn)狀

90年代中后期，隨著IP網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)化及Web技術(shù)的出現(xiàn)，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到空前發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)用戶呈爆炸式增長(zhǎng)。中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心（CNNIC）在京發(fā)布第47次《中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì)報(bào)告》。數(shù)據(jù)顯示，截至2020年12月，我國(guó)網(wǎng)民規(guī)模為9.89億，較2020年3月新增網(wǎng)民8 540萬，互聯(lián)網(wǎng)普及率達(dá)70.4 %，較2020年3月提升5.9個(gè)百分點(diǎn)。其中，手機(jī)網(wǎng)民規(guī)模為9.86億，較2020年3月新增手機(jī)網(wǎng)民8 885萬，網(wǎng)民中使用手機(jī)上網(wǎng)的比例為99.7 %。從原始的電話線撥號(hào)，到ADSL寬帶光貓和LAN寬帶，家庭網(wǎng)絡(luò)開始成為人們生活必不可少的資源。

目前在現(xiàn)代家庭網(wǎng)絡(luò)配置中，人們普遍使用單一路由器作為家庭網(wǎng)絡(luò)核心。網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)依賴于路由器提供的有線端口和無線WIFI信號(hào)輸出，因此導(dǎo)致路由器的安裝位置將成為家庭網(wǎng)絡(luò)是否優(yōu)良的關(guān)鍵。路由器通常安裝于電視設(shè)備處、有辦公需求的書房、或滿足全屋WIFI覆蓋的中心位置。隨著人們生活品質(zhì)的提高，智能家居的不斷完善，不論是家庭聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量的日益增多，還是網(wǎng)絡(luò)傳輸速度和質(zhì)量的提高，傳統(tǒng)單一路由器由于擴(kuò)展性能低、覆蓋范圍小、傳輸能力差，逐漸難以滿足不斷發(fā)展的智能終端要求。如何構(gòu)建一個(gè)便捷、穩(wěn)定、可靠、高速的家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)成為智能家居能否不斷普及和發(fā)展的關(guān)鍵。

2 關(guān)于AP與AC

2.1 AP的定義

AP是英文Access Point的簡(jiǎn)寫，即無線接入點(diǎn)，是用于無線網(wǎng)絡(luò)的無線交換機(jī)，也是無線網(wǎng)絡(luò)的核心。無線AP是移動(dòng)計(jì)算機(jī)用戶進(jìn)入有線網(wǎng)絡(luò)的接入點(diǎn)，主要用于寬帶家庭、大樓內(nèi)部以及園區(qū)內(nèi)部，覆蓋范圍達(dá)幾十米至上百米。無線AP是一個(gè)廣義名稱，它不僅包含單純性無線接入點(diǎn)，也是無線路由器（含無線網(wǎng)關(guān)、無線網(wǎng)橋）等類設(shè)備的統(tǒng)稱。

2.2 AC的定義

接入控制器（Access Controller），即無線控制器，是一種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；負(fù)責(zé)管理某個(gè)區(qū)域內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)中的AP。對(duì)不同AP下發(fā)配置、修改配置，進(jìn)行射頻智能管理、用戶接入控制等。

2.3 無線AP的分類

無線AP按功能模式，可以分為FAT模式和FIT模式兩類，兩者是通過工作原理和功能來區(qū)分。同一個(gè)AP面板可以同時(shí)具有FAT模式和FIT模式的功能，用戶可以根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景來選擇不同功能模式。

FAT模式，具有完整的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能，AP本身具有WAN、LAN端口，支持DHCP服務(wù)器、DNS和MAC地址克隆、VPN接入等功能，F(xiàn)AT AP能夠單獨(dú)組網(wǎng)，通常應(yīng)用于一些局部應(yīng)用WLAN網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋的項(xiàng)目。

FIT模式，僅保留了FAT模式中的無線接入功能，AP本身僅提供一個(gè)有線和無線信號(hào)發(fā)射的功能。它不能單獨(dú)組網(wǎng)，需要與控制器（AC）配合才能完成組網(wǎng)功能。AC控制器即無線控制器，是一種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，負(fù)責(zé)管理某個(gè)區(qū)域內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)中的AP。“AC+AP”系統(tǒng)目前定位于中型WLAN接入業(yè)務(wù)，如企業(yè)、商超連鎖、酒店、醫(yī)院、金融、校園、景區(qū)等高速的WIFI應(yīng)用場(chǎng)景。

3 AP面板

AP面板，即: 帶無線網(wǎng)絡(luò)功能的信息面板（如圖1所示市場(chǎng)上的通用產(chǎn)品）。

圖1 AP面板示例

1）產(chǎn)品尺寸同插座面板，尺寸大小為86×86 mm；直接安裝在墻體預(yù)埋的底盒中，與開關(guān)插座等產(chǎn)品搭配使用，見圖1。

2）AP面板的輸入端位于產(chǎn)品底座上，與AC控制器相連接，見圖2。產(chǎn)品通常采用POE供電模式，無需再外接電源線，配置方便。POE（Power Over Ethernet）指在現(xiàn)有以太網(wǎng)布線基礎(chǔ)架構(gòu)不作任何改動(dòng)的情況下，在為AP面板傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的同時(shí)，還能為此類設(shè)備提供直流供電的技術(shù)。

圖2 輸入端口

3）產(chǎn)品正下方配置千兆有線輸出端口，以便擴(kuò)展不同的連接需求，見圖3。端口位置極佳，不使用有線連接時(shí)，端口隱藏于下方不影響外觀；使用有線連接時(shí)，網(wǎng)線沿墻面布置，美觀大方。

圖3 有線輸出端口

4）產(chǎn)品正上方配置WIFI開關(guān)，閑置時(shí)可以關(guān)閉WIFI信號(hào)發(fā)放，便于管理，見圖4。

圖4 無線控制開關(guān)

5）拆開面板后，有FAT/FITAP功能擴(kuò)展的選項(xiàng)，使用模式參見上文AP的分類。另外還配有設(shè)備重置的RESET按鈕，見圖5。

圖5 功能與模式選擇

4 AP面板+AC無線控制器的組網(wǎng)模式及應(yīng)用

AP面板的應(yīng)用通常指FIT模式，僅提供有線+無線信號(hào)接收及發(fā)射功能。AP面板作為無線局域網(wǎng)的信號(hào)終端，不能獨(dú)立工作，也不具備管理功能，可以簡(jiǎn)單理解為一個(gè)信號(hào)發(fā)送與接收的天線，其管理功能由后端的AC控制器來完成，見圖6。

圖6 AP面板+AC無線控制器

AC控制器對(duì)AP面板的控制是通過無線接入點(diǎn)的控制和配置協(xié)議CAPWAP（Control and Provisioning ofWireless Access Points）來實(shí)現(xiàn)的。CAPWAP協(xié)議主要負(fù)責(zé)AC控制器與AP面板的控制通道的建立、配置管理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋诳刂仆ǖ澜⑼瓿珊螅珹P面板才能正常工作。兩者控制通道的建立通常是由AP面板發(fā)出請(qǐng)求報(bào)文，請(qǐng)求報(bào)文會(huì)被AC控制器接收并識(shí)別，進(jìn)一步判斷該AP面板是否有連接本機(jī)的權(quán)限，如果有則回應(yīng)發(fā)現(xiàn)響應(yīng)。AP控制器和AC面板則連接成功。

AP技術(shù)源于商業(yè)大規(guī)模聯(lián)網(wǎng)需求，隨著智能家居系統(tǒng)的發(fā)展，為滿足不斷發(fā)展的家庭網(wǎng)絡(luò)需求，AC控制器+AP面板的網(wǎng)絡(luò)配置設(shè)備漸漸普及，越來越多的AP面板出現(xiàn)在智能家居的家庭組網(wǎng)中。以圖7的商品房為例，采用AC控制器+AP面板網(wǎng)絡(luò)配置實(shí)現(xiàn)全屋的家庭網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

圖7 AP面板家居組網(wǎng)示意圖

現(xiàn)代商品房通常在玄關(guān)位置布置了低壓配電箱，用以綜合管理房屋內(nèi)部的固定布線（如：網(wǎng)絡(luò)、電話、電視等）和各大運(yùn)營(yíng)商的外部預(yù)設(shè)線纜。AC控制器設(shè)置在低壓配電箱內(nèi)，對(duì)外可根據(jù)用戶需求選擇不同的運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行外部Internet連接，對(duì)內(nèi)可通過房屋的固定布線與客廳、主臥、次臥的AP面板相連接，實(shí)現(xiàn)POE供電以及各個(gè)AP的管理。AP面板直接安裝在與開關(guān)插座一體的86底盒中，外觀與開關(guān)插座配套，簡(jiǎn)潔美觀。AP面板設(shè)定的位置提供有線連接和無線WIFI信號(hào)的發(fā)放。有線端口滿足用戶特殊的設(shè)備需求，如客廳的電視、臥室的臺(tái)式電腦，3個(gè)AP面板無縫銜接實(shí)現(xiàn)全屋WIFI信號(hào)覆蓋。

5 不同的家庭網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)配置對(duì)比

1）路由器與信號(hào)放大器組合配置

一般用戶的家庭組網(wǎng)方案，主要以路由器為主，通常設(shè)置在客廳處，單點(diǎn)發(fā)射WIFI信號(hào)覆蓋全屋，用戶可在客房等信號(hào)較弱的地方增設(shè)一個(gè)信號(hào)放大器。

優(yōu)點(diǎn)：成本中等，配置簡(jiǎn)單方便，路由器與信號(hào)放大器之間屬于無線連接，無需布線，只需要選擇一個(gè)性能強(qiáng)大的路由器，適合一般用戶使用。

缺點(diǎn)：擴(kuò)展性能低，覆蓋范圍小，信號(hào)放大器會(huì)影響家居的美觀。

使用情況：目前家庭最多的配置形式，設(shè)備配置簡(jiǎn)單方便，但面對(duì)日益增加的用戶需求，該配置漸漸顯得乏力。

2）路由器與路由器組合配置

對(duì)網(wǎng)絡(luò)配置有一定了解的用戶組網(wǎng)方案，以兩個(gè)路由器為主，通常設(shè)置在客廳和主臥，以兩點(diǎn)發(fā)射WIFI信號(hào)覆蓋全屋，路由器之間可以通過無線或有線進(jìn)行橋接。

優(yōu)點(diǎn)：擴(kuò)展性好，覆蓋范圍大，能提供兩個(gè)主要區(qū)域的有線和無線連接，尤其適合兩層結(jié)構(gòu)房子的網(wǎng)絡(luò)配置。

缺點(diǎn)：配置難，需要對(duì)路由器的橋接有所理解，兼容性差。

使用情況：較少，只有在多樓層或有特殊的擴(kuò)展需求的條件下，用戶才采用路由器橋接的方式。

3）電力貓?zhí)籽b組網(wǎng)（電力貓路由器+電力貓擴(kuò)展器）組合配置

對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和家居布置有一定要求且沒有固定布線的用戶組網(wǎng)方案，通常把電力貓路由器設(shè)置在入門玄關(guān)的配電箱中，把多個(gè)電力貓擴(kuò)展器設(shè)置在客廳、主臥、次臥等區(qū)域以達(dá)到覆蓋全屋，電力貓路由器和電力貓擴(kuò)展器之間通過電力線傳輸數(shù)據(jù)。

優(yōu)點(diǎn)：覆蓋范圍廣，擴(kuò)展性好，穩(wěn)定性好，不需要固定布線，采用家庭的電源線系統(tǒng)即可以擴(kuò)展。

缺點(diǎn)：成本較高，不能提供有線連接，不能跨電表，容易受大功率電器干擾。

使用情況：極少，屬于新型的配置形式，目前只有在部分老舊房屋網(wǎng)絡(luò)改造時(shí)，用戶才采用電力貓系統(tǒng)的方式。

4）AC控制器+AP面板組合配置

對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和家居布置有較高要求的用戶組網(wǎng)方案，適合現(xiàn)代商品房的網(wǎng)絡(luò)布置，通常將AC控制器設(shè)置在入門玄關(guān)的低壓配電箱內(nèi)，將多個(gè)AP面板設(shè)置在客廳、主臥、客臥等區(qū)域以達(dá)到覆蓋全屋，AP面板與AC控制器之間采用有線連接。

優(yōu)點(diǎn)：覆蓋范圍廣，穩(wěn)定性好，滿足智能家居用戶的組網(wǎng)需求，家居布置美觀大方。

缺點(diǎn)：成本高，對(duì)布線有要求，AP面板的位置受網(wǎng)口的限制。

使用情況：較少，屬于新型的配置形式，成本較路由器要高，但由于外觀小巧、美觀與開關(guān)插座形成一套智能家居的附件產(chǎn)品，正逐漸被廣大用戶所接受。

家庭用戶可以根據(jù)家居布置的環(huán)境選擇合適的方案完成組網(wǎng)的需求。隨著現(xiàn)代智能家居的快速發(fā)展，家庭用電設(shè)備組網(wǎng)要求的增多，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和現(xiàn)代家居美觀要求的提高，用戶在布置智能家居場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上，可以把更多的目光轉(zhuǎn)向到AC+AP系統(tǒng)的組網(wǎng)技術(shù)。

6 結(jié)束語

隨著科技的高速發(fā)展，家庭對(duì)上網(wǎng)的需求越來越高。對(duì)于一個(gè)家庭來說，無論是簡(jiǎn)單到上網(wǎng)瀏覽新聞、視頻通話、看視頻等基礎(chǔ)需求，還是相對(duì)復(fù)雜的智慧家居、家庭共享存儲(chǔ)等需求，高質(zhì)量的家庭網(wǎng)絡(luò)是保障這一切的基本條件。本文從智能家居的發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，介紹基于AP面板技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用，從不同角度分析現(xiàn)代家庭網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，我們期待更先進(jìn)的家庭組網(wǎng)技術(shù)的更新，為現(xiàn)代的家庭網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的配置提供參考。