智能家用電器互聯(lián)互通技術(shù)方案探究

馮承文 陳堅(jiān)波 田艷紅 趙 爽

（1.青島海爾智能技術(shù)研發(fā)有限公司 青島 266100；2.海信家電集團(tuán)股份有限公司 佛山 528303；3.中國(guó)人民解放軍66736部隊(duì) 北京 100144；4.中國(guó)家用電器研究院 北京 100053）

引言

目前，智能家電在全球各地都處在熱銷中。與傳統(tǒng)家電相比，智能家電可以在手機(jī)的APP上操控。這種操控既可以是近程的操控，也可以是遠(yuǎn)程操控。例如，人們匆匆離家后，不知道智能家電是否關(guān)閉，人們就可以通過手機(jī)APP發(fā)指令給該家電，查看該家電是否關(guān)閉。又例如，炎熱的夏天人們要回家了，通過手機(jī)APP提前打開家中的空調(diào)，使人們到達(dá)家中時(shí)獲得適宜的室內(nèi)溫度。或者提前給家中的智能廚電下達(dá)做飯菜的命令，人們到達(dá)家中時(shí)就有可口的飯菜了。

雖然智能家電給人們的生活帶來了快捷方便，但是也存在一些問題，例如，一個(gè)家庭中購(gòu)置了多家企業(yè)的智能家電時(shí)，消費(fèi)者就需要下載多個(gè)APP操作，這就增加了協(xié)調(diào)控制的復(fù)雜性，給消費(fèi)者帶來不便。

1 智能家電的互聯(lián)互通方案類型

要想在一個(gè)家庭中，不論該家庭有多少個(gè)企業(yè)的智能家電，使用一個(gè)包含各種家電的APP就能操控全部的智能家電，這是最便捷的。這種控制就涉及到了智能家電的互聯(lián)互通問題。

總體來說，智能家電互聯(lián)互通目前可以通過兩種技術(shù)路線來實(shí)現(xiàn)，一是家庭范圍內(nèi)的各個(gè)智能家電通信上的相互鏈接和功能控制；二是家庭范圍內(nèi)的各個(gè)智能家電通過云端相互鏈接和功能控制。

對(duì)于第一種方案，因每個(gè)智能家電與家庭中其它各個(gè)智能家電需要通過星狀或星樹狀[4]的鏈接實(shí)現(xiàn)功能控制。不論是星狀還是星樹狀鏈接，每個(gè)智能家電由于有多個(gè)鏈接入口和多個(gè)功能控制處理，軟件量就會(huì)隨著鏈接和控制數(shù)量的增加而增多。另外，如果通信協(xié)議各個(gè)廠家不相同，那么，軟件程序就會(huì)隨著鏈接和控制數(shù)量的增加而急劇增大。處理器的ROM和RAM的使用量也就急劇增多。尤其是，先期購(gòu)買的智能家電由于給處理器配置的ROM和RAM的數(shù)量不會(huì)充分地大，造成無法與后面購(gòu)買的家電實(shí)施鏈接，而造成不能互聯(lián)互通。另外，為了保證控制的實(shí)時(shí)性，處理器的速度就需要隨著程序量的增加而提升。

在這種互聯(lián)模式下，家電除了實(shí)現(xiàn)自身的功能外，還需要進(jìn)行同用戶家庭中的其它家電互聯(lián)信息的傳遞功能，即，家電還需要有路由器的功能[5]。除此之外，一些家電還要參與并非自身功能的控制執(zhí)行功能，如功率限制控制[6]。并且，這種控制還有較多和較高的要求[7]。所以，就需要智能家電控制器使用較先進(jìn)和快速的處理器以及較大的ROM、RAM等的配置，造成家電產(chǎn)品成本提高，有時(shí)還受到家電控制板的尺寸限制而無法實(shí)現(xiàn)[8]。尤其是當(dāng)家庭中，智能化家電數(shù)量較多時(shí)，這個(gè)問題尤為突出，甚至無法實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于方案二，因只需要處理與云的鏈接和功能控制問題，不需要與家庭中的其它智能家電相互鏈接和功能控制處理。也就是，家庭中的各個(gè)智能家電只有一個(gè)鏈接入口。所以，智能家電控制器可以使用一般性能的處理器和較低的ROM、RAM配置。與普通家電相比，成本增加不多，體積也往往增加不多，甚至沒有增加。

由此可見，智能家電的互聯(lián)互通實(shí)際上只能使用智能家電通過云端相互鏈接和功能控制。這種智能家電通過云與APP的鏈接和控制的結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

圖1 家庭中智能家電與云和APP的通信/控制鏈路結(jié)構(gòu)圖

在圖1中，家庭中的路由器可以是有線英特網(wǎng)路由器，也可以是無線Wi-Fi路由器。并且，家庭中的所有智能家電都使用同一個(gè)廠家的智能家電，而且這個(gè)廠家的各種智能家電是統(tǒng)一的通信協(xié)議。

目前，大型家電企業(yè)基本上都自建了云平臺(tái)，而中小型家電企業(yè)采用第三方的云平臺(tái)。對(duì)于大型家電企業(yè)，由于是自成體系，所以，通信協(xié)議是自己企業(yè)的[3]，與其它企業(yè)的通信協(xié)議往往不同，并且也不兼容。中小家電企業(yè)盡管使用的是第三方云平臺(tái)，但是，各個(gè)第三方云平臺(tái)的通信協(xié)議也是不同的。所以，要想實(shí)現(xiàn)一個(gè)家庭中各個(gè)不同企業(yè)生產(chǎn)的智能家電通過云端都能互聯(lián)互通，目前可以實(shí)現(xiàn)的途徑有3種：

1）廠家云對(duì)廠家云的各自互聯(lián)互通，各個(gè)廠家的智能家電產(chǎn)品鏈接各自廠家的云，如圖2所示。為了便于理解，將圖1中家庭路由器進(jìn)行了透明化，規(guī)約進(jìn)入了家電中。在圖2中，廠家1云和廠家2云可以是家電企業(yè)自建的云，也可以是家電企業(yè)使用的第三方平臺(tái)云。

圖2 通過廠家云平臺(tái)的各自互聯(lián)互通

2）廠家云通過家電行業(yè)平臺(tái)云對(duì)其它廠家云的互聯(lián)互通，如圖3所示。在這種結(jié)構(gòu)中，家電行業(yè)平臺(tái)云對(duì)各個(gè)廠家云平臺(tái)采用統(tǒng)一的通信協(xié)議，而各個(gè)廠家云平臺(tái)與它們的智能家電采用自己企業(yè)的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 廠家云通過家電行業(yè)平臺(tái)云對(duì)其它廠家云的互聯(lián)互通

3）家電行業(yè)使用統(tǒng)一的家電通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)互通。也就是，任意一個(gè)智能家電都能與采用了具有統(tǒng)一的家電通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的云平臺(tái)相鏈接。這樣，任意廠家智能家電都可以任意接入任何一個(gè)廠家的家電云平臺(tái)或家電行業(yè)云平臺(tái)或使用統(tǒng)一家電通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的其它云平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)高層級(jí)的互聯(lián)互通。

上面3種方法各有特點(diǎn)，接下來的章節(jié)將重點(diǎn)對(duì)這三種方式進(jìn)行比對(duì)研究。

1.1 廠家云對(duì)廠家云的各自互聯(lián)互通

這種互聯(lián)互通具有以下特點(diǎn)：

1）一個(gè)家庭中如果有廠家1和廠家2的家電，那么，廠家1的家電與廠家1的云平臺(tái)鏈接，廠家2的家電與廠家2的云平臺(tái)鏈接。廠家1云平臺(tái)與廠家2云平臺(tái)鏈接，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。即，在廠家1云平臺(tái)中，開發(fā)軟件程序，將來自廠家2的各個(gè)命令轉(zhuǎn)換成廠家1的命令，并發(fā)往所需控制的廠家1的家電；將該家電返回給廠家2的信息，通過廠家1云平臺(tái)轉(zhuǎn)換成廠家2的命令，并發(fā)送給廠家2云平臺(tái)。同樣，在廠家2云平臺(tái)中，開發(fā)軟件程序，將來自廠家1的各個(gè)命令轉(zhuǎn)換成廠家2的命令，并發(fā)往所需控制的廠家2的家電；將該家電返回給廠家1的信息，通過廠家2云平臺(tái)轉(zhuǎn)換成廠家1的命令，并發(fā)送給廠家1云平臺(tái)。

2）如果有n個(gè)廠家云平臺(tái)需要互聯(lián)互通，那么，根據(jù)上述“1）”的方法，每個(gè)廠家云平臺(tái)需要開發(fā)n-1套軟件。因?yàn)椋總€(gè)廠家的通信協(xié)議不同。

3）為了不造成每個(gè)廠家云平臺(tái)對(duì)其它各個(gè)廠家云平臺(tái)收發(fā)信息的互相干擾，每個(gè)廠家云平臺(tái)都需要n-1接口。即，這是一種星鏈接方式。

4）當(dāng)n較小時(shí)，每個(gè)廠家平臺(tái)開發(fā)和維護(hù)工作量都不是很大。

5）當(dāng)n較大時(shí)，每個(gè)廠家平臺(tái)開發(fā)和維護(hù)工作量都很大。因?yàn)椋我庖粋€(gè)廠家通信協(xié)議升級(jí)或變更時(shí)，其它n-1家的云平臺(tái)都需要隨之升級(jí)或變更。當(dāng)同時(shí)有幾個(gè)廠家云平臺(tái)升級(jí)或變更時(shí)，就會(huì)造成升級(jí)或變更任務(wù)的堆積，影響用戶的使用。

例如，一個(gè)家庭中，如果有廠家1的智能家電1a1和智能家電1b1，有廠家2的智能家電2b1和智能家電2c1。那么，該家庭需要安裝廠家1和廠家2的APP。

通過廠家1的APP將廠家1的智能家電綁定到廠家1的云平臺(tái)。通過廠家2的APP將廠家2的智能家電綁定到廠家2的云平臺(tái)。

然后，廠家1的APP通過廠家1的云平臺(tái)與廠家2的云平臺(tái)鏈接，綁定廠家2的智能家電2b1和智能家電21c。廠家2的APP通過廠家2的云平臺(tái)與廠家1的云平臺(tái)鏈接，綁定廠家1的智能家電1a1和智能家電1b1。

這樣，廠家1的APP不僅能控制本家的智能家電1a1、1b1，還能控制廠家2的智能家電2b1、2c1。同理，廠家2的APP也能實(shí)現(xiàn)對(duì)廠家1家電的控制。從而實(shí)現(xiàn)了一個(gè)APP控制家庭中的智能家電，即，實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)互通。當(dāng)家庭中有多個(gè)廠家的智能家電時(shí)，這一步的工作會(huì)花費(fèi)較多時(shí)間，給用戶使用帶來不方便的最初影響，導(dǎo)致智能家電的推廣受到影響。

由上面的特點(diǎn)可見，這種互聯(lián)互通的方式只適合少量的廠家云平臺(tái)的互聯(lián)互通。

1.2 廠家云通過家電行業(yè)云平臺(tái)對(duì)其它廠家云的互聯(lián)互通

這種互聯(lián)互通具有以下特點(diǎn)[1,2]：

1）家電行業(yè)云平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱行業(yè)云平臺(tái)）需要具有覆蓋各種廠家的智能家電的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。

2）各廠家云按照行業(yè)云平臺(tái)的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)和接口標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行鏈接。

3）廠家云在行業(yè)云平臺(tái)中注冊(cè)，獲取相關(guān)的授權(quán)和操作權(quán)限。

4）公共控制終端需要在行業(yè)云平臺(tái)和家庭所涉及到的智能家電廠家云平臺(tái)中注冊(cè)。

5）智能家電直接與各自的廠家云平臺(tái)鏈接，公共控制終端通過行業(yè)云平臺(tái)與智能家電實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。

6）家庭中的任意智能家電通過公共控制終端進(jìn)行操控，從而實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)互通。因?yàn)槭枪部刂平K端上的控制操作，所以，操作就會(huì)發(fā)往行業(yè)云平臺(tái)。行業(yè)云平臺(tái)通過識(shí)別智能家電是哪個(gè)廠家的，從而將控制命令轉(zhuǎn)發(fā)給該廠家云平臺(tái)。該廠家云平臺(tái)根據(jù)本廠家的通信協(xié)議將該控制命令轉(zhuǎn)換成本廠家的控制命令，并發(fā)給該智能家電，實(shí)現(xiàn)最終控制。

7）行業(yè)云平臺(tái)的作用就像電話交換機(jī)一樣，起到一個(gè)中樞鏈接橋梁作用。

由上面的特點(diǎn)可見，這種互聯(lián)互通的方式似乎比第1種要復(fù)雜，尤其是只有2、3個(gè)廠家進(jìn)行互聯(lián)互通時(shí)。但是，在有較多廠家云平臺(tái)時(shí)，這種方式反而是工作量較小的一種的互聯(lián)互通方式。因?yàn)椋鱾€(gè)云平臺(tái)之間使用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是一致的，這樣，不論廠家云平臺(tái)還是行業(yè)云平臺(tái)，軟件程序不會(huì)隨著廠家數(shù)量的增多而大幅增加。但是，每個(gè)廠家云平臺(tái)都需要進(jìn)行控制命令的協(xié)議轉(zhuǎn)換，所以，智能家電只能鏈接本廠家的云平臺(tái)，而不能任意鏈接其它云平臺(tái)。

1.3 家電行業(yè)使用統(tǒng)一的家電通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)互通

這種互聯(lián)互通具有以下特點(diǎn)：

1）由于智能家電使用了統(tǒng)一的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，這樣，不論哪個(gè)廠家的云平臺(tái)和第3方家電云平臺(tái)以及行業(yè)云平臺(tái)都使用了統(tǒng)一的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，盡管APP的界面可以不同，但APP的底層軟件程序也被統(tǒng)一的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)而統(tǒng)一。

2）由于通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，不論哪家的智能家電都可以任意鏈接到符合這種統(tǒng)一通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的云平臺(tái)。所以，就自然形成了智能家電的互聯(lián)互通。

3）初始的統(tǒng)一通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的制定是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程。因?yàn)椋虢y(tǒng)一所有家電，就要針對(duì)各種家電進(jìn)行分析和研究，提出各個(gè)家電的共性，保留各個(gè)的個(gè)性。所以，初期的工作量非常的大。

這種方式下，由于云平臺(tái)、APP和智能家電通信協(xié)議的統(tǒng)一，形成智能家電可以任意鏈接各個(gè)家電云平臺(tái)，也可以使用任意一家的APP或公共的APP來操控智能家電，從而形成了大一統(tǒng)的智能家電的互聯(lián)互通。這種大一統(tǒng)的互聯(lián)互通結(jié)構(gòu)圖就是圖1所示的結(jié)構(gòu)圖。

由于這種統(tǒng)一的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，云平臺(tái)和APP就可以由任意的公司按照統(tǒng)一的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)來開發(fā)。這樣，家電廠家就可以無需開發(fā)云平臺(tái)和APP。尤其是對(duì)于無力開發(fā)云平臺(tái)和APP的中小家電企業(yè)是一件十分好的事情。也就是說，這種智能家電的互聯(lián)互通是終極目標(biāo)。家電廠商可以專注于智能家電的研發(fā)和生產(chǎn)，云平臺(tái)公司專注于云平臺(tái)的研發(fā)和建設(shè)，APP也就由專業(yè)公司來研發(fā)和維護(hù)，實(shí)現(xiàn)專業(yè)的事情讓專業(yè)的人來做的目標(biāo)。同時(shí)，依靠市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)現(xiàn)降低智能家電的服務(wù)費(fèi)用和優(yōu)化服務(wù)。

2 比對(duì)結(jié)論

家庭范圍內(nèi)智能家電的直接互聯(lián)互通和通過云的互聯(lián)互通的特點(diǎn)比較如表1所示。

表1 直接互聯(lián)互通和通過云互聯(lián)互通的特點(diǎn)比較

根據(jù)表1可見，采用智能家電通過云端互聯(lián)互通的方法是最佳的選擇。

智能家電通過云端互聯(lián)互通三種情況的特點(diǎn)如表2所示。

表2 智能家電通過云端互聯(lián)互通三種情況的特點(diǎn)

根據(jù)表2可見，使用統(tǒng)一智能家電通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)互通操控的技術(shù)方案是最好的方法，其次是廠家云通過家電行業(yè)平臺(tái)云對(duì)其它廠家云的互聯(lián)互通。

3 結(jié)語(yǔ)

智能家電的互聯(lián)互通是未來全球的趨勢(shì)，所以，全球現(xiàn)在都在進(jìn)行這方面的研究和實(shí)施。中國(guó)作為發(fā)展中國(guó)家的領(lǐng)頭羊，我們也積極地進(jìn)行了這方面的研究，并率先在全球范圍內(nèi)起草制定和發(fā)布了這方面的中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[1,2]。這些標(biāo)準(zhǔn)是基于“1.2廠家云通過家電行業(yè)平臺(tái)云對(duì)其它廠家云的互聯(lián)互通”的理論基礎(chǔ)，并且，在幾個(gè)廠家云平臺(tái)與家電行業(yè)云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)的情況下，各個(gè)智能家電實(shí)現(xiàn)了基于“1.2廠家云通過家電行業(yè)平臺(tái)云對(duì)其它廠家云的互聯(lián)互通”的實(shí)踐情況下完成的。但目前僅僅是開始，因?yàn)槲覀冞€沒有實(shí)現(xiàn)上面討論的“1.3家電行業(yè)使用統(tǒng)一的家電通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)互通”的目標(biāo)。還需要我們繼續(xù)認(rèn)真研究，如何打破目前各個(gè)家電廠家在智能家電通信協(xié)議方面的各自為政的局面，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，真正做到高階層的智能家電互聯(lián)互通。