【正文】 備連接起來。采用這項技術可以使干擾減到最小，同時還能夠提供一定級別的通信保密性，使只有知道跳頻式樣的接收器才能接收并組裝所有的消息分組。顯然這個消息的接收機必須了解跳頻式樣，才 能調(diào)諧到正確的信道上連續(xù)地接收每個分組并組裝成一條完整的信息。 跳頻實際就是頻分擴譜， 這項技術將整個 頻段劃分成不同的頻點或信道，一個單獨的消息分組在一個選定的信道上 傳送，然后再選擇一個新的信道傳送下一個分組，重復這個過程，這樣就可以將消息擴展到整個可用 的頻段上。 跳頻技術是擴展頻譜通信技術中的一種 [11]，是用一定碼序列進行選擇的多頻率頻移鍵控，也就是用擴頻碼序列去進行頻移鍵控調(diào)制，使載波頻率不斷地跳變。 (3) 藍牙中的跳頻擴譜技術 為了減少同頻干 擾，保證傳輸?shù)目煽啃裕? 藍牙采用了跳頻擴譜技術 (Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS)。其他一些 RF通信技術也使用這個頻段，如HomeRF、無線局域網(wǎng)的 ，微波爐也工作在這個頻率范圍內(nèi)。 (2) 藍牙采用的是 ISM(Industrial. Scientific and Medical，即工業(yè)、科學、醫(yī)學 )頻帶，ISM頻帶是對所有無線電系統(tǒng)都開放的頻帶，無需申請許可證。 RF技術使用調(diào)頻產(chǎn)生一定頻 譜寬度的無線電波，對信息進行編碼，接收機通過調(diào)整到相應的頻率珍聽 這樣的無線電波。 RF技術中使用的無線電波通常 (有一定的限制條件下 )可以穿透多種物體 (雖然在很多情況下，無線電波也可以衍射或繞過物體 )。 (1) RF技術 RF技術使用接收機和發(fā)射機，它們分別調(diào)諧在一個給定頻段的無線電波上進行發(fā)射或接 收。每一個話音通道支持 64kbps的同步話音 ； 異步通道支持最大速率 721kbps、反向應答速率為 ，或者是 。一個跳頻頻率發(fā)送一個同步分組，每個分組占用一個時隙，也可擴展到 5個時隙。 藍牙技術的特點包括 :采用跳頻技術，抗信號衰落 ； 采用快跳頻和短分組技術，減少同頻干擾，保證傳輸?shù)目煽啃?； 采用前向糾錯 (FEC)編碼技術，減少遠距離傳輸時的隨機噪聲影響 ； 使用 ISM頻段，無需申請許可證 ； 采用 FM調(diào)制方式，降低設備的復雜性。其無線收發(fā)器是很小的一塊芯片， 大約有 9mmx9mm，可方便地嵌入到便攜式設備中，從而增加設備 的通信選擇性。藍牙技術主要面向網(wǎng) 絡中各類數(shù)據(jù)及語音設備 (如信息家電、 PC、撥號網(wǎng)絡、打印機、數(shù)碼相機、移動電話和高品質(zhì)耳機等 )，通過無線方式將它們連成一個微微網(wǎng) (Pico)，多個微微網(wǎng)之間也可以互連形成分布式網(wǎng)絡 (Scatter)，從而方便、快速地實現(xiàn)各類設備之間的通信。 (2) 藍牙的傳輸速率雖然不高，但對于家庭網(wǎng)絡中各種家電間中等速率的數(shù)據(jù)傳輸，完全可以滿足 ； (3) 相對于其它無線組網(wǎng)技術而言，藍牙的抗干擾能力更強，它的快速跳頻使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，它的前向糾錯能力可以限制噪 聲的影響，這樣家庭中的各種藍牙家電可以互不干擾地正常工作 ； (4) 藍牙系統(tǒng)具有連接的普遍性、標準的開放性以及很強的擴展性，可以滿足家庭網(wǎng)絡中更多的需要 ； (5) 藍牙芯片的成本相對較低，而且還有進一步下降的趨勢， 因而可以大大降低網(wǎng)絡家電的成本 ； (6) 中國無線電管理委員會已對藍牙技術開放了相應的頻段， 為大面積的推廣應用提供了前提和條件。比 起 b和 HomeRF， 藍牙技術更加適合應用在基于家用電器設備的家庭局域網(wǎng)。雖然它的數(shù)據(jù) 12 傳輸速率相對較高，但是它的設備比較昂貴，不適合普通家庭用戶使用。藍牙技術則被認為是構(gòu)造個人區(qū)域網(wǎng) (PAN)的首 選技術，它的無線連接距離為 10m左右，加射頻功率放大器后可達 100m，傳輸速率介于 WAN和 WLAN之間。 不同的無線通信技術之間的區(qū)別主要在于通信距離和數(shù)據(jù)傳輸速率。 , HomeRF和藍牙技術都是利用微波的無線通信技術。 表 無線通信技術比較 性能 紅外通信 HomeRF Bluetooth 工作頻率（ GHz） 105 數(shù)據(jù)速率峰值（ Mbps） 16 11 調(diào)制方式 PWM FHSS(50跳 /S) OFDM FHSS(1600跳 /S) 傳輸距離（ m） 13 50 50 10100 連接拓撲 對等 對等或主從 中心對基站 對等或主從 實時性 無 有 無 有 方向性 有 無 無 無 系統(tǒng)成本 低 中 高 低 傳輸類型 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)、語音 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)、語音 應用領域 PC外設 PC外設、移動終端 IP數(shù)據(jù)傳輸 PC外設、移動便攜式終端 通過藍牙和紅外技術的比較，可見藍牙相對于紅外無線通信技術在很多方面都占有優(yōu)勢。本系統(tǒng)中采用的藍牙設備是二類功率等級的，既能達到傳輸功率的要求，并且也不會造成電磁波污染，對居住環(huán)境沒有影響。如果發(fā)現(xiàn) RSSI值太低，接收機會要求增加發(fā)射功率。 表 功率等級 最大輸出功率 最小輸出功率 最大傳輸距離 功率控制要求 1 100mW(20dBm) 1mW (0dBm) 100m +4～ 20dBm(強制 ) 30～ 4dBm(可選 ) 2 (4dBm) (6dBm) _ 30～ 4dBm(可選 ) 3 1mW(0dBm) _ 10m 30～ 4dBm(可選 ) 實際的功率控制是通過接收機隨時監(jiān)測它自身的接收信號強度指示器（ RSSI， Received Signal Strength Indication）實現(xiàn)的。其中，傳輸功率最小的第二類等級是藍牙設備制造商最常采用的方案。采用擴頻技術后，發(fā)射功率可增加到 20dBm(即 100mW),使傳輸距離可達到 100m。另外，藍牙的功耗小、成本低、體積小 (27mm13mm2mm) ，可用于多種設備和場合。它的傳輸速率為 1Mbit/s。 (4) Bluetooth 藍牙 (Bluetooth)技術是一項開放 性 的全球統(tǒng)一的短距離無線通信協(xié)議標準，其目的是取代現(xiàn)有的各種電子設備 (如 PC、打印機、傳真機、移動電話和個人數(shù)字助理 PDA 等 )上的 10 有線接口。同時， HomeRF提供了與 TCP/IP良好的集成，支持廣播、多播和 48位 IP地址。它采用每秒 50跳的跳頻擴譜方式、時分多址 (TDMA)和載波監(jiān)聽多重訪問 /沖突避免 (CSMA/CA)等技術，通過家庭中的一臺主機在移動數(shù)據(jù)和語音設備之間實現(xiàn)通信。 (3) HomeRF HomeRF(家庭無線電射頻 )是專門為家庭無線局域網(wǎng)而設計的開發(fā) 性工 業(yè)標準。它支持異步傳輸，不支持同步傳輸，因此對語音通信這類業(yè)務。 WiFi，全名為 Wireless Fidelity。 (2) b 技術標準，由 IEEE主持制訂。紅外技術只能 實現(xiàn)點對點的連接，這雖然會使數(shù)據(jù)傳輸受到干擾較少，但卻無法靈活地構(gòu)成網(wǎng)絡。采用該技術的設備，無需專門申請?zhí)囟l率的使用執(zhí)照，并且體積小、功耗低。 (1) 紅外技術 9 紅外技術是由 IrDA (Infrared Data Association，紅外線數(shù)據(jù)標準協(xié)會 )提出并推行的。采用無線通信技術可以免去在家庭內(nèi)部布線的煩惱，無法重新布線的舊住宅用戶 可 以同新住宅用戶一樣享受到家庭聯(lián)網(wǎng)的便利，同時對家庭用戶來說，新增的家電設備也可以很方便的加入家庭網(wǎng)絡之中，從而解決了移動設備的聯(lián)網(wǎng)問題。但它的缺點是成本比較高。目前它的傳輸速率可達 40OMbps。 IEEE1394是一項具有視頻數(shù)據(jù)傳輸速度的串行接口標 準，它的定位目標是消費電子和高速計算機外設。 (5) IEEE1394 IEEE1394是目前獲得眾多家電企業(yè)、計算機企業(yè)支持的家庭娛樂電器聯(lián)網(wǎng)方案。目前 USB己經(jīng)成為 PC外設連接的一種標準接口， PC上一般都安裝了 USB接口， USB外設也越來越多。并且所有的 USB設備都支持熱拔插。 (4) USB USB的出現(xiàn)是為了解決日益增加的 PC外設與有限的主板插槽 和端口間的矛盾。以太網(wǎng)本身的實現(xiàn)成木并不高，但專門布線需要花費大量的費用。它必須采用專門鋪設的線纜布網(wǎng)， 數(shù)據(jù)傳輸率相當高，可達到 10Mbit/s或 100Mbit/s，能夠傳輸電話、數(shù)據(jù)、視頻和家電控制信息， 主要用于基于個人電腦的有線局域網(wǎng)和高速因特網(wǎng)。利用家里墻壁上預留的電話插座，可以避免重新布線的煩惱，但是家庭中不可能隨處都安裝有電話插座，當買來新家電時還是會面臨重新布線的煩惱。通過系統(tǒng)的調(diào)整和改善可以達到 1Mbit/s的傳輸速率。 (2) 電話線 近年來計算機廠商與消費電子廠商成立了一個名為 HomePNA(家庭電話線網(wǎng)絡聯(lián)盟 )的組織來推廣利用電話線聯(lián) 立家庭網(wǎng)絡。目前國際上采用電力線作為聯(lián)網(wǎng)介質(zhì)推出的解決方案有 X10, CEBUS等。使用電力線的最大優(yōu)點在于不用改動家庭 布線，利用現(xiàn)有的插座就可以實現(xiàn)家用電器的方便聯(lián)網(wǎng)。有線方案主要包括電話線連接、電力線連接、以太網(wǎng)等 ；無線方案主要包括紅外技術、 , HomeRF,藍牙 (Bluetooth)等。因此，合理選擇聯(lián)網(wǎng)技術就顯得非常關鍵 [6]。我國對家庭內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)技術的研究剛起步不久。 家庭內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)技術 家庭內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)技術主要解決各種信息家電之間的信息傳輸， 它能把外部連接傳入的信息傳輸?shù)较鄳募译娚先?，同時可以把內(nèi)部信息傳輸?shù)酵獠窟B接上 [3]。 (1)高智能化信息家電，如家庭電腦， PDA等 ； (2)視頻音頻設備，如電視、數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機、電話等 ； (3)家用 電器設備，如空調(diào)、電冰箱、微波爐等 ； (4)移動通信設備 ，如手機、無繩電話等。隨著技術的不斷發(fā)展，信息家電的概念還在不斷的擴大之中。 6 圖 家庭網(wǎng)絡總體結(jié)構(gòu) 信息家電的概念和特點 信息家電 (Information Appliance ,IA)是近年來提出的一個新概念 [7]。 (4)信息家電 信息家電是融合了計算機技術、數(shù)字通信技術的消費電子產(chǎn)品，是 3C技術 (Computer Technology, Communication Technology 和 Control Technology)合一的產(chǎn)物，以利用信息家電網(wǎng)絡主動或被動交互信息來完成產(chǎn)品功能為主要特征，相互之間可以 協(xié) 同完成特定任務，并且通過家庭 中央控制器 (或家庭網(wǎng)關 )可以接入外部網(wǎng)絡。 (3)信息家電網(wǎng)絡 它是指家庭內(nèi)部網(wǎng)絡環(huán)境，將家庭內(nèi)部的信息家電互連組網(wǎng)。目前可以選用的寬帶接入技術有 XDSL,HFC,FTTH,ISDN等。 從組成結(jié)構(gòu)上劃分，家庭網(wǎng)絡可包括如下四個部分。這不但增加了成本，帶來安裝的麻煩，而且是對網(wǎng)絡資源的浪費，因此需要將這些信息電子設備連成網(wǎng)絡，讓它們共享一個網(wǎng)絡接口，共用計算機平臺，并且互相協(xié)同工作，形成家庭范圍的小型網(wǎng)絡。其中無線技術特別是藍牙技術是當前研究的一個熱點 [3]。家庭內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)技術主要解決各種信息家電之間的信息傳輸，它能把家庭外部連接傳入的信息傳輸?shù)较鄳募译娚先?，同時可以把家庭內(nèi)部信息傳輸?shù)酵獠窟B接上。 ? 家庭多媒體網(wǎng)絡 ：通過綜合布線，把音視頻分布到家中多個房間。 智能家居系統(tǒng)的構(gòu)成 如圖 ，智能家居可以劃分為以下子系統(tǒng)： ? 照明控制系統(tǒng)：提供燈光的調(diào)光、場景控制； ? 家居安防系統(tǒng)：通過各種傳感器與安防模式，實現(xiàn)防盜、防災與求助； ? 電器控制系統(tǒng)：包括紅外家電控制、連接網(wǎng)絡家電等功能； ? 環(huán)境控制系統(tǒng)：對窗簾、通風設備、采暖設備、空調(diào)器等進行統(tǒng)一管理； ? 互聯(lián)網(wǎng)遠程監(jiān)控：經(jīng)由網(wǎng)頁瀏覽器，就可以遠程控制家庭設備； ? 電話遠程控制： 通過電話、手機，甚至短信，隨時隨地控制家中設備； ? 網(wǎng)絡視頻監(jiān)控：通過瀏覽器，在辦公室就可以看到家中的情景； ? 智能化協(xié)同工作：設備之間可以設計聯(lián)動操作，實現(xiàn)協(xié)同 工作 效果； ? 室內(nèi)無線遙控：通過無線射頻、紅外遙控等手段，對全家設備進行遙控。 智能家居系統(tǒng)的功能與關鍵技術 智能家居系統(tǒng)的主要功能有 :將家庭中各種與信息相關的通信設備、家用電器和家庭安保 裝置，通過家庭總線技術連接到一個家庭智能化系統(tǒng)上，進行集中的或異地的監(jiān)視、控制 或家庭事務性管理，并保持這些家庭 設施與住宅環(huán)境的和諧與協(xié)調(diào)。因此加強這方面的研究，如何選取合適的技術，進行合理的方案設計，進而組建一種符合我國國情的、具有自主知識產(chǎn)權的智能家居系統(tǒng)己成為當前智能家居領域中極富挑戰(zhàn)的課題。 3 選題背景與意義 隨著通信和網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展， 可以預見，不遠的將來智能家居市場必將迎來它的繁榮發(fā)展階段。 從設計思想和技術角度分析，當前國內(nèi)的智能家居系統(tǒng)有兩個研究方向 :一是基于非PC平臺的智能家居系統(tǒng) ； 二 是基于 PC平臺的智能家居系統(tǒng) [4]。 在國外各大企業(yè)研發(fā)智能家居產(chǎn)品的同時，國內(nèi)廠商也已開始智能家居產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)，特別是一 些 大型 IT企業(yè)利用自身在資金與技術方面的優(yōu)勢，在低端產(chǎn)品市場上占據(jù)了相當重要的地位。 WestLB Panmure的一份市場調(diào)查研究報告指出 :智能家居市場具有巨大的潛力 [5]，而各類網(wǎng)關市場在中期范圍將表現(xiàn)出十分突出的增長速度。此外 Intel公司、托馬杜多媒體公司、日本松下電器公司、新加坡科技電子公司、韓國三星公司等知名企業(yè)也正致力于智能家居系統(tǒng)的研發(fā)工作。近來， 以 微軟公司及摩托羅拉公司等為首的一批國際知名企業(yè)，先后擠身于智能家居的研究與開發(fā)