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摘要：随着科学技术的发展与人们生活水平的提高，家庭网络中互动化业务逐渐增多。对家庭中家电简单的控制与管理已不能满足用户的可视化需求。为了保障家庭内部被控设备与家庭网关有效互动化通信的同时,降低节点通信损耗，本文设计了一种面向智能家庭网关互动化业务的融合通信设计方案。该方案打破了原有家庭内部单一网络协议，将Zigbee技术与Wi-Fi技术两种通信方式协调通信，使通信效率得到提高，通信质量得以保障。
关键词：智能家庭网关；互动化业务；融合通信
引言
人们构建自己独立的家庭网络，并通过家庭内部网络将被控制端互联起来，通过远程遥控或者掌上管理分布在家庭中的终端设备，让生活变得便捷[1]。为了让家庭中终端设备提供更高效、周全的服务，家庭网关起到了核心作用[2-3]。随着终端被控设备的增加与业务互动化、多样化的需求，单一通信技术模块的家庭网络已不能满足人们的需求。本文将结合智能家庭互动化业务，分析业务通信需求，并根据其技术特点提出合理可行的融合通信方案设计。
1 智能用电家庭网关业务分析
家庭网关是智能家庭的核心设备。一方面，家庭内部网络中的所有被控设备均通过无线通信技术与家庭网关进行互联通信。另一方面，家庭网关通过协议转换，与互联网互联，使用户能够随时掌控各部分家庭设备，使家用电器智能化，实现智能家庭用电[4-5]。
对于智能家电，家庭网关通过家庭内部无线网络即可与之直接通信；对于非智能家电，则需要通过智能插座实现对其的控制[6]。智能家庭网络中互动化业务有：数据采集与上传业务、家电设备管理业务、家电设备控制业务、网络交换与共享业务和安防业务。
2 面向智能用电家庭网关融合通信设计方案
2.1 家庭网关系统总体设计
为了迎合家庭被控节点的可扩展性与多媒体互动化业务的需求，本方案分别为家庭内部传输控制业务与多媒体传输业务设置了不同的通信模块。Zigbee与HomeRF技术均适用于家庭内部控制业务的传输。由于Zigbee技术在自配置、自修复、自管理、低功耗，高安全、抗干扰等方面均优于RF技术，有着非常独特的优势，本方案选择Zigbee技术作为家庭内部控制业务传输的主要承载方式，其技术理论最高数据传输速率可达到250kbit/s，覆盖范围在10～100m，可让家庭中的任意设备随时接入或断开网络，互联互通以及连接到网关，可承载带宽较低的控制管理型业务传输。为了弥补Zigbee传输速率较低的不足，在有大颗粒业务需求的被控设备中嵌入Wi-Fi模块，使两种通信方式协同工作。家庭网关系统结构图设计如图1所示。家庭内部网络由Zigbee控制系统与家庭内部Wi-Fi网络共同承载，微控制器用于控制Wi-Fi与Zigbee间的传输干扰。其中，Zigbee网络控制应用领域主要包括：空调系统的温度控制、照明的自动控制、窗帘的自动控制、家用电器的远程控制、水、气表的抄收等控制业务。家庭内部Wi-Fi网络应用领域主要包括：家庭内部监控、智能终端接入等大流量业务。
2.2 互动化业务通信技术实现
目前智能家庭中互动化业务中所需高速率高带宽传输的业务多为安防监控与智能终端多媒体共享业务，承载该类业务的被控设备数量有限且较为设备固定。为了使其能在保障业务可靠传输的同时降低其功耗，可在有需要的被控设备中嵌入Wi-Fi模块，而无大颗粒业务传输的被控终端仅通过原有的低功耗无线通信技术即可与网关进行通信。对于嵌入两类通信模块的设备对于业务通信方式选择流程如图2所示。
3 总结
本文通过对现阶段智能家庭网络与智能用电的互动化业务需求进行分析研究，设计了一种面向智能用电家庭网关互动化业务的融合通信设计方案。该方案改变了传统单一家庭内部网络通信方式，将Wi-Fi技术与Zigbee技术进行融合使用，并根据业务类型与业务传输需求设计通信流程，使其选择适合的传输方式可靠有效地完成业务传输。
致谢
本论文受国家电网科技项目《智能家居、智能小区互动服务平台研究》资助。
参考文献
[1]郑娴,姚铭.智能家庭网络的研究现状与发展趋势[J].智能建筑与城市信息,2006,08.
[2]佘小莉,丁海.家庭网关实现家庭网络智能化[J].信息通信技术,2011,01.
[3]龙戎.智能家庭网关发展趋势研究[J].电信网技术,2014,09
[4]张玲,胡登基,徐永晋. 智能家居系统中家庭网关的研究[J].仪表技术,2011,11.
[5]董炜,杨士元.嵌入式Internet与家庭网关技术[J].计算机应用研究,2005,06.
[6]闫文耀,王志晓,李军怀,张德运. 多模式多业务智能网关和智能家居原型系统研究[J]. 计算机工程, 2014, 12.
论文作者:刘庆时,赵贺,李天杰
论文发表刊物:《电力设备》2015年第11期供稿
论文发表时间:2016/4/28
标签：家庭论文; 业务论文; 网关论文; 互动论文; 智能论文; 通信论文; 网络论文; 《电力设备》2015年第11期供稿论文;