智能住宅中的信息家电

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　　智能住宅中的信息家电信息家电（IA－InformationAppliance）指的是将微型电脑和通讯技术融入到传统的家用电器中，使之智能化并具有网络终端的功能。可以随时随地的获取与处理信息，信息家电的重要特征是可以通过互连网双向传递数字信息，因此它是网络上的家电，而不是PC的外设。IA具有一定的智能，并应支持某种统一的、标准的通常协议，能够互相识别。也有报告将信息家电定义为"廉价易用且基于电脑技术的、上有少量简单互连功能的装置"。它可分为odem和红外线接口与电脑相互通信。此外还有带个人记事本功能、基于Java的双频手机，机内的数据可与PC同步。　　微软公司推出了一种采用L语言编写的网页。它能以文字、电话、录制的语音文件或传真四种方式回复电子邮件。12　具有自学习与记忆功能的厨房家　　1999年由英国推出的智能冰箱，通过条形码扫描仪来对储存和消耗食品进行登记，同时一个13″ 的彩色显示屏可向主人显示食品的保质期，还会提醒主人储存的牛奶等食品是否已快吃完，能将需要重新购买的食品列成购物清单，以方便主人购买。还有在其门上嵌入触摸屏和计算机并连接到互联网的网络冰箱。网络微波炉可以从网上下载烹调信息自动烹调菜肴，还可在做饭过程中随时与朋友交流经验，记忆和改进烹调食谱。空调可以在主人回家前半小时自动启动。装有电脑标签的衣服在放入洗衣机清洗时，标签能够告诉洗衣机应当用那一档速度进行清洗。各种智能家电除可通过电话线与因特网相连，上网发送电子邮件，也能用来进行电子购物。网络家电可以方便地从网站下载新的程序、菜谱和其它新的功能，或根据自己的爱好编制新的程序。"厨房电脑"正在逐步形成。13　普及型电脑　　作为移动信息产品的掌上电脑(PalmsizePC)或手持电脑(HandheldPC－HPC)，均是小巧型计算机产品，其特点是能够不受线缆的影响而能随时随地进行声音和数据通信。硬件方面最关键的技术在于RISC(精简指令集计算机)核心芯片，如日立公司的SH3或MIPS公司的R3000，目前多为32位，主频133MHz，软件方面则主要由操作系统和应用程序两部分组成。操作系统主要是微软公司的BSDRAM内存16MBROM(均可通过CF卡扩展)，以及56kV90高速Modem卡，可以方便地接入Inter网络，可以播放电影中的MP3以及处理数字图像。该类电脑中还有个人上网接入设备或FLASH这两种存储器来记忆数据，因此能实现电源关掉后保存数据，而且可以反复擦写。 　　机顶盒与PC在结构上没有很大的区别，二者都是以微处理机CPU为核心的应用系统。但机顶盒只需要完成上网、播放VCD、玩光碟游戏这些特定的功能。机顶盒的数据及电视节目通常可通过电话线、有线电视电缆(CATV)、VCD／DVD播放机、直播卫星DBS(DirectBroadcastSatellite)这4种通道来接收。低价位型机顶盒可以奔腾266MHz处理器、声卡、56Kbpsmodem、USB接口、21GB硬盘配置构成，它没有显示器、软驱及光驱，可用于文字处理、上网、收发电子邮件，不带arconi、Motorola、Oracle、SGI和ViaGate五家公司(以下简称MMOSV)联作合手开发成功。创造了一套完整的面向交互式电视(ITV)和数字视频流市场的端到端商务和技术解决方案，将先进的计算机硬软件融为一体，从而使用户方便地改变其电视界面和内容，并可从播放的列表中选择视频内容，或使用宽带网(主干网)和用户接入网(ADSL、VDSL、Cable等)两部分组成。　　(3)客户终端--机顶盒接入方式及PC接入方式。152　MMOSVITV解决方案及其特点　　(1)Marconi的ATM网络交换机将内容送入用户家里。它提供(可以传输声音、图像和数据)的宽带网访问交换机，其ForeThoughtInterlligentInfrastructure软件，可实现网络的预测性控制和管理。通过该软件作为一种解决方案可最大限度地利用分布宽带网。(2)用户终端采用Motorola Streamaster机顶盒，接收信息流并将其送到用户的电视机上。在Streamaster上运行的一些特定应用程度，可以支持用户使用系统的个性化。Streamaster完全支持icrosoftTV2.0的特点是家庭上网能力，有1394、HomePNA、μPnP等方式，并可在家庭网络上分配视频，有宽带数据共享，兼容世界的各种数字电视(DTV)标准，如ATSC、DVB、ARIB等，有全部的IE浏览器功能。2　信息家电平台体系　　信息家电平台的功能主要有：　　　(1)接收并播放数字视频节目；　　　　(2)支持多协议的Inter功能，具有良好的Red、时间控制器(Timer/P)、I2C接口等8种外设接口单元。3　信息家电的硬件平台结构　　　Inter技术的快速发展得力于PC机的硬件平台和软件操作系统高度标准化，因此人们用来上网的方式也大同小异。然而，对于各类家用电器或智能装置情况就不同了，它们的"心脏"是一颗被称之为微控制器的单片机芯片，世界上制造微控制器芯片的厂商众多又缺乏统一标准，从而使得这些微控制器的硬件结构和指令系统各不相同，造成各类家用电器或智能装置无法象PC机那样通过标准的硬件接口及接口软件直接接入Inter网络。必须采用其它的途径。 31　CU的专用网络芯片，通过标准的输入输出口，可与所有的微控制器相接。这样，微控制器可以通过Webchip接收并执行经由Inter远程传来的命令，或将一些数据交给Webchip发送出去，这样就将Inter技术延伸到了一个更广阔的应用领域。可以说，Inter使21世纪的地球披上了一层"神经网络"，Webchip则使这个"网络"中的"神经末梢"不再仅仅是清一色的PC机，而是增添了无数的智能终端。　　家用电器中的微控制器是微处理器CPU芯片并集成了若干外围电路的单片机，它们的运算速度和系统资源根本无法运行复杂的Inter网络协议TCP／IP。事实上，各类家用电器接入网络只需要传送简单的命令或数据，并不需要复杂的功能，但实现成本要低。Webchip既能满足这些功能又有最低的价格，因此是连接家用电器与Inter的理想桥梁。　　家用电器采用Webchip接入Inter的网络结构如图2上半部分所示，Webchip通过标准的SPI串口与家用电器的单片机相连接，又通过一个称之为Gateeta公司推出的神秘芯片Crusoe，以其优异的性能和极低的耗电量在信息家电领域引起轰动。32　嵌入式芯片　　在消费类电子 产品中，将嵌入式CPU芯片嵌入到各类设备中，是单片机技术与消费类电子产品技术充分结合的一种表现形式。同时也将嵌入式操作系统固化在其中，通过运行针对系统编写的应用程序来对装有嵌入式芯片的设备进行控制和管理，以使该设备具有相当的智能。要想将Inter上的TCP／IP通信协议移植到以MCU为核心的嵌入式系统上，最理想的解决方案是采用嵌入式Inter网络技术。这种网络结构如图2下半部分所示。　　与odem、RF、IrDA等方式，将多个嵌入式设备或智能家电连接在一起，并担当TCP／IP和下级网之间有关协议的转换任务，这又使它像Inter网关。EmGateotorola、AT＆T、Philips、Hitachi等厂商都已宣布支持这一标准。　　同样也需有网络芯片iChip，用于解决EmGateCU相连接。当你在远方通过Inter向自己家中某个智能家电发出一个控制命令时，信息通过电话网、EmGateobileLinux的推出更激起人们对用于信息家电嵌入式系统的热潮。网虎Xlinux公司开发出100K字节级的嵌入式操作系统QUARK(夸克)和总容量不到2MB的嵌入式Linux，已经在Intel公司新推出处理器芯片StrongARM上获得成功的应用，从而可让用户随心所欲地上网了。33　单片系统芯片(SOC)　　 真正的SOC虽然还没有登场，但已在姗姗走来。SOC在一片硅片上集成有CPU和高密度逻辑电路，再加上模拟和混合信号电路、存储器和通信电路，有的SOC甚至还包含电子学以外的功能。　　为了对高度复杂芯片的设计进行验证和仿真，推出了虚拟逻辑仿真器VLE(VirtualLogicEmulator)和VStation验证站(Verification)。虚拟逻辑仿真器VLE与相应的软件结合，可提供全面的仿真测试，包括存储器模型、同步时钟有效性模型、自动分割、仿真模型的快速编辑、以及对全部内部和外部信号的分析。VStation验证站可对多达数百万个门的高复杂电路的设计进行验证，它既可以用作传统的电路级仿真器，也可作为电路级与模型级混合使用，是一个崭新的验证平台。4　信息家电平台内部联网接口方案　　家庭内部网络接口的媒体层方案是家庭网络快速发展道路上最迫切需要统一规范的方面。直接关系到用户的实际使用和安装。41　IEEE1394　　IEEE1394是一种用于信息家电和个人电脑互联的通用串行数字化接口，定义了介质拓扑和传输协议，主要侧重于线缆连接应用，是一个硬件和软件集成标准。 该标准具有完全的数字接口，无需模拟／数字的转换，减少了数据丢失率；支持热插拔，用户可以在总线有效状态下插拔1394设备；具有传输速率可升级体系，100／200／400Mb／S可在同一总线上依照应用特性随时变更；具有灵活的网络拓扑结构，支持链形、树形的多级桥连；同步通信方式可用于多媒体数据传输，异步通信方式可用于控制信号传输。42　HomePNA　　HomePNA是一种基于电话线解决家庭中电脑和设备之间通信的网络解决方案。支持Inter访问，支持接口协议V90、ADSL和CableModem，家庭信息设备通过网络共享数据和服务，可通过系统的调整和改善使电话线的速率达到IMb／s。但HomePNA的方案尚在制定中。43　Sb／S，设计适用于多种频率的环境，使用前向纠错(For、CableModem、xDSL技术、数据广播技术等，无线方式有S(局域性多点分布服务)等。51　有线CableModem方式　　CableModem方式是信息家电平台外向联网最具潜力的方式，主要采用OAM信道调制方式。CableModem有IEEE802.14和MS－DOCSS两种标准体系，前者的物理层支持IEEE的ITUAnnexA／B／C、64／256QAM，介质访问子层支持ATM；后者MS－DOCSS的物理层支持ANNEXB，协议访问层支持变长数据包机制。CableModem的接口部分包括10／100／1000Base……T以太网卡、外部通用串行总线Modem。52　利用无线技术进行家庭网络接人 　　上行通道多采用模拟调制解调器，通过标准SLIP／PPP联接到本地IP，实际速度根据调制解调器速率而定。其中LDMS是一种双向的数字式广播系统，主要利用地面设备进行数据收发。LMDS使用G波段，由于频率高，所以采用集线站和网络中心的转发器传输数据。这个通信中心的作用是处理所有的路径选择、线路交换以及桥接到Inter上等一些问题。虽然LMDS不是一个完全的交换式网络，但是它可以建立虚拟的点对点连接，正如其他高速访问方案一样，LMDS也是非对称的系统。6　信息家电平台软件体系　　信息家电平台的软件总体结构可分为设备驱动层、基本操作系统层、逻辑资源层、中间件运行环境层和应用层。61　设备驱动程序层　　设备驱动程序层是根据信息家电平台不同操作系统的设备驱动规则，为应用程序提供透明的、规范的控制机制所采用的软件接口。由于信息家电平台的CPU厂家众多，各种平台的结构存在差异，给编程带来较大难度。62　基本操作系统层　　 基本操作系统本身是一个完整的操作系统，可以直接为应用程度和上层软件提供核心服务，应用程度可直接调用其功能，基本操作系统层的调用界面遵循POSIX系列标准，以保证应用程序有良好的可移植性。目前的嵌入操作系统有L、MHEG5等的解释器，同时可管理各种厂商制定的连接网络，并将它们映射到一个统一的管理网中。65　应用层　　目前的应用层以JavaTV或其他基于Java的应用开发平台为主，其他非Java平台的厂商也正在进行Java应用的嵌入，以便于实现众多的网络应用。7　家庭内部网络协议层方案及标准　　UPnP、HVAI.Jini、是目前家庭内部网络的较有影响的协议层规范，世界许多著名厂商已加入到这几个标准中。对今后信息家电平台的整体应用的框架有较大影响。71　UPnP技术　　UPnP扩展了PnP简单自动的原则，通过使用开放式的硬件软件标准和协议实现家电设备网络控制。UPnP技术的特点：(1)支持发现和列举具有网络和服务功能的设备。(2)支持对等(PeertoPeer)模型结构，在无PC参与下使设备可以直接为其他的设备发现并使用。(3)扩展了协议功能发现机制，能够列举每一个设备的独特特性，包括通信协议。(4)建立在一个低成本的微处理器ASICS上，只需IGB的RAM和闪存以及其他很少的系统资源。 (5)基于XML的描述原则提供了一种直接、灵活的方式实现设备的功能，不必为新加入的系统资源支付额外的开销。(6)支持现有的重要工业标准，如TCP／P、HTML、XML、HTTP、DNS、LDAP等。72　HAVI体系　　HAVI体系是关于家庭网络中音频／视频电子产品互联和控制方面的标准，它建立在IEEE1394底层协议的基础上，主要实现HAVI设备之间的数字音频／视频内容的传送以及对该内容的操作，如播放、录像、回放。典型的AV内容由信息家电平台接收的数字电视和由录像机、数字相机、CD或MD产生的内容。互操作性是HAVI标准的主要特性，一个HAVI设备上的应用软件可以探测到并使用联入HAVI网络上的其他设备提供的功能。HAVI体系充分利用IEEE1394为传输媒介，没有选择IP作为HAVI协议中的网络协议。一旦IETF(InterEngineeringTaskForce)完成了IP数据在IEEE1394上传输的规范，HAVI就可以通过信息流管理机制处理它们，如同现在HAVI通过IEEE1394处理MPEG信息流一样。73　Jini技术　　 Jini由一系列Java代码组成，它把网络上的各种设备和各种软件组合成一个动态单一的分布式系统，使网络更易于操纵和管理，具有更高的可配置性。Jini系统可以看成是一个工作组，规模可大可小，也可以把几个Jini系统联合成一个更大的系统。