摘? 要: 介紹了家庭網(wǎng)絡(luò)" title="家庭網(wǎng)絡(luò)">家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中使用嵌入式系統(tǒng)" title="嵌入式系統(tǒng)">嵌入式系統(tǒng)作為其控制單元的家用電器組網(wǎng)和接入Internet的幾種典型協(xié)議和解決方案，并比較了它們各自的性能和特點(diǎn),。為家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員提供了一些思路,。

　　關(guān)鍵詞: 家電網(wǎng)絡(luò)? 嵌入式系統(tǒng)? Internet? TCP/IP" title="TCP/IP">TCP/IP? 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)

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　　“智能住宅”的概念已提出多年，但在其早期方案中實(shí)現(xiàn)的功能十分有限,，只是通過(guò)傳感器和各種輸入設(shè)備(按鈕、開(kāi)關(guān)、遙控器,、語(yǔ)音識(shí)別裝置等)收集環(huán)境信息和使用者指令，再根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序,，控制家庭內(nèi)的電器和設(shè)備自動(dòng)完成某些操作,，信息交換只局限在很小的范圍內(nèi)。直到最近幾年,，Internet作為20世紀(jì)對(duì)世界影響最為深遠(yuǎn)的發(fā)明,，開(kāi)始進(jìn)入千家萬(wàn)戶(hù),，改變?nèi)藗兊墓ぷ骱蜕罘绞健误w住宅,、小區(qū)乃至整個(gè)城市的智能化,、信息化成為現(xiàn)實(shí)。廣域網(wǎng)的出現(xiàn),，不僅使遠(yuǎn)程控制家電變得輕而易舉,，更重要的是可以提供遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教育,、視頻會(huì)議,、網(wǎng)上購(gòu)物和電子貨幣結(jié)算等全新的服務(wù)，這極大地?cái)U(kuò)展了智能住宅的內(nèi)涵,。

　　住宅的智能化是以執(zhí)行各項(xiàng)功能的電子設(shè)備的信息化網(wǎng)絡(luò)化為前提的,，而這些設(shè)備大多以單片機(jī)構(gòu)成的嵌入式系統(tǒng)為控制核心。也就是說(shuō),，住宅的智能化很重要的一部分工作就是構(gòu)建一個(gè)嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)并將這個(gè)網(wǎng)絡(luò)與Internet連接,。

1 電器設(shè)備連入Internet的意義

　　專(zhuān)用的控制網(wǎng)絡(luò)" title="控制網(wǎng)絡(luò)">控制網(wǎng)絡(luò)在沒(méi)有Internet之前就已經(jīng)存在了。如可以遠(yuǎn)程監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)情況,，可以遠(yuǎn)程控制設(shè)備和診斷問(wèn)題,，并可以預(yù)先知道在網(wǎng)絡(luò)中將要發(fā)生的事情?？墒?，運(yùn)行專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)需要租用專(zhuān)線(xiàn)和撥打長(zhǎng)途電話(huà)，這會(huì)使成本提高,，而且,，專(zhuān)有的網(wǎng)關(guān)也會(huì)限制用戶(hù)的訪(fǎng)問(wèn)。專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)與Internet連接后,，改善了上述狀況,，使網(wǎng)絡(luò)的成本因而降低，而且能夠在世界所有地方實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程連接,，還能夠?yàn)椴煌髽I(yè)共享同一網(wǎng)絡(luò)中的信息資源提供標(biāo)準(zhǔn)的平臺(tái),。

　　大樓、工廠(chǎng)或家庭的控制網(wǎng)絡(luò)連入Internet之后,，可以使之增加許多新的,、有價(jià)值的、超越局域網(wǎng)的服務(wù)功能,。連入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備是新的,、巨大的信息資源，它將Internet的應(yīng)用范圍擴(kuò)大到了人們的現(xiàn)實(shí)生活,。這些新的信息能夠與Internet的其他信息組合,，激發(fā)出新的應(yīng)用和服務(wù),。從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)說(shuō)，對(duì)于本地設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)與Internet相連的技術(shù),，如果不是由于經(jīng)濟(jì)上的原因,，人們將不會(huì)產(chǎn)生興趣。對(duì)于本地操作網(wǎng)絡(luò),，不論對(duì)其中數(shù)千臺(tái)電子設(shè)備實(shí)行局部控制,，還是通過(guò)Internet對(duì)它們實(shí)行遠(yuǎn)程控制，都能明顯降低成本,。

　　對(duì)于家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)而言,，家電是其主要成員。家電連入Internet之后,，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制,、遠(yuǎn)程故障診斷、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集等功能,。這不但可以提高住宅的智能化水平,，降低能源消耗，還可以改善廠(chǎng)商的服務(wù)質(zhì)量,，減少售后服務(wù)的開(kāi)銷(xiāo),。

2 家電網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

　　構(gòu)建家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(Home Networked System)的工作分為兩個(gè)部分:在家庭內(nèi)部組成家電(包括保安裝置和能源管理設(shè)備等)的局部數(shù)據(jù)和控制網(wǎng)絡(luò);將這個(gè)局域網(wǎng)與Internet相連。

　　為了解決家庭網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)問(wèn)題,，目前已提出了多種方案,。VESA家庭網(wǎng)絡(luò)委員會(huì)提出了基于IEEE 1394高速串行總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)和IP協(xié)議的家庭網(wǎng)絡(luò);Greaves和Vncos等人提出了基于ATM的家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù);互聯(lián)網(wǎng)界也在討論擴(kuò)展IP協(xié)議以適應(yīng)基于IP的家庭網(wǎng)絡(luò)。為了免除組網(wǎng)所用的電纜,，數(shù)字電力線(xiàn)技術(shù)正處于標(biāo)準(zhǔn)化和運(yùn)行的不同階段,。另外，專(zhuān)為低功率短距離無(wú)線(xiàn)連接而開(kāi)發(fā)的“藍(lán)牙”技術(shù)能夠在家庭內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速靈活,、安全、低代價(jià),、低功耗的數(shù)據(jù)和語(yǔ)音通信,。為了成為未來(lái)家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，這些技術(shù)正處于競(jìng)爭(zhēng)和完善之中,。

　　需要指出,，家電網(wǎng)絡(luò)只是未來(lái)家庭網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)組成部分，與PC機(jī),、打印機(jī),、數(shù)碼相機(jī)、語(yǔ)音設(shè)備等使用的網(wǎng)絡(luò)相比,，家電網(wǎng)絡(luò)具有以下一些特點(diǎn):(1)連接的對(duì)象是結(jié)構(gòu)和特性完全相異的各種家用電器;(2)家電的信息量小,，但對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高;(3)家電運(yùn)行時(shí)所處環(huán)境有很大差異,，對(duì)系統(tǒng)的抗干擾性和穩(wěn)定性要求較高;(4)家庭用戶(hù)對(duì)價(jià)格較為敏感，較低的價(jià)格才能被廣泛認(rèn)可和接受,。因此,，上述技術(shù)和協(xié)議并不完全適用于家電網(wǎng)絡(luò)。

　　對(duì)于連入Internet的設(shè)備來(lái)說(shuō),，最重要的是必須能夠直接執(zhí)行其特定功能,，而且要執(zhí)行得安全、可靠,、并易于操作,。以照明開(kāi)關(guān)為例，將Web瀏覽器(無(wú)論其大小如何)直接裝入照明開(kāi)關(guān)是毫無(wú)意義的,。雖然Web發(fā)展得很快,，但是如果將世界上的每一臺(tái)儀器都連入Web，仍然是過(guò)分了,。另外,，對(duì)于生活中的日常電器來(lái)說(shuō)，成本也抬高了,，且對(duì)于照明開(kāi)關(guān)完成其主要工作(開(kāi)啟和關(guān)閉照明設(shè)備)也并無(wú)幫助,。不過(guò)，照明開(kāi)關(guān)具有如下功能卻是完全有意義的:

　　(1)具有足夠的智能自檢;(2)具有足夠的通訊功能向其他設(shè)備報(bào)告其運(yùn)行狀態(tài)——開(kāi)或關(guān);(3)具有足夠連通性,，能夠?qū)崟r(shí)觀察設(shè)備的工作狀態(tài),，并且在需要時(shí)遠(yuǎn)程將其關(guān)閉;(4)具備足夠的性能與家庭或社區(qū)的信息系統(tǒng)連接;(5)公共的Internet網(wǎng)和專(zhuān)用的指令控制網(wǎng)絡(luò)連接，有效地實(shí)現(xiàn)以上功能而不會(huì)干擾任何其他的網(wǎng)絡(luò)或設(shè)備,。

　　家電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有效率高,、成本低、易于使用,、功能先進(jìn)且不需要用戶(hù)花費(fèi)很多精力的特點(diǎn),。而Internet的網(wǎng)絡(luò)分布和通訊范圍都很廣，需要將二者相結(jié)合,。在此過(guò)程中需要解決的問(wèn)題包括:作為局域網(wǎng)的家電網(wǎng)絡(luò)采用哪種協(xié)議最為有效,，家電網(wǎng)絡(luò)如何與Internet掛接最為理想。

　　由于家電大多采用8位甚至4位單片機(jī)作為控制器,，其運(yùn)算速度和系統(tǒng)資源都非常有限,，因此無(wú)論是組成局域網(wǎng)還是連入Internet，家電網(wǎng)絡(luò)的軟硬件設(shè)計(jì)都與一般網(wǎng)絡(luò)有所不同,，有必要使用專(zhuān)門(mén)的解決方案,，例如:操作系統(tǒng)采用嵌入式操作系統(tǒng)，又稱(chēng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS);局域網(wǎng)采用RS485或各種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn);使用運(yùn)行TCP/IP協(xié)議的專(zhuān)用芯片作為單片機(jī)和Internet之間的橋梁,。

3 家電上網(wǎng)的幾種解決方案

　　利用MCU實(shí)現(xiàn)嵌入式Internet方案的技術(shù)難點(diǎn)在于:如何利用MCU自身有限的資源對(duì)信息進(jìn)行TCP/IP協(xié)議處理,，使之變成可以在Internet上傳輸?shù)腎P數(shù)據(jù)包,。從解決這一技術(shù)問(wèn)題出發(fā)，目前主要的方案有以下幾種:

3.1 32位MCU+RTOS

　　采用32位高檔單片機(jī),，在RTOS(實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng))平臺(tái)上進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā),，在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議處理。目前國(guó)內(nèi)較為流行的RTOS有VxWorks,、pSOS,、Nucleus、QNX,、Windows CE等,，Linux也在向這個(gè)領(lǐng)域進(jìn)軍。網(wǎng)虎國(guó)際(XLinux)公司已開(kāi)發(fā)出大小僅為100K,、目前世界上最小的Linux內(nèi)核QUARK(夸克),，和總?cè)萘坎坏?M的嵌入式Linux，并且在Intel公司新推出的芯片strongARM上獲得了成功的應(yīng)用,。這些RTOS各有特點(diǎn),，后三種對(duì)圖形界面(GUI)的支持較好。

　　由于采用高檔單片機(jī),，此方案可以完成很多復(fù)雜的功能,，但成本較高，開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng),，需要購(gòu)買(mǎi)昂貴的RTOS開(kāi)發(fā)軟件,，對(duì)開(kāi)發(fā)人員的能力要求較高。

3.2 8位MCU+TCP/IP協(xié)議芯片

　　這個(gè)方案是由MCU及固化了TCP/IP協(xié)議的芯片組成應(yīng)用系統(tǒng)" title="應(yīng)用系統(tǒng)">應(yīng)用系統(tǒng)的核心,。應(yīng)用系統(tǒng)可以直接撥號(hào)上網(wǎng),，硬件電路相對(duì)簡(jiǎn)單。但需要大容量的存儲(chǔ)器,，如果使用的TCP/IP協(xié)議芯片是軟件固化的,，還要求MCU有較高的運(yùn)行速度。采用這種方案的芯片有Scenix Semiconductor公司的SX-stack,、Seiko公司的S7600A,、iReady公司的Internet Tuner、Connect One公司的iChip等,，其中Scenix單片機(jī)為軟件固化協(xié)議，其他芯片則為硬件固化,。下面簡(jiǎn)單介紹這幾款芯片,。

　　SCENIX單片機(jī)基于RISC結(jié)構(gòu)，帶有片上FLASH程序存儲(chǔ)器,，具有在系統(tǒng)編程調(diào)試功能,。由于采用CPU并行流水線(xiàn)方式及單時(shí)鐘周期指令,，在100MHz晶振驅(qū)動(dòng)下指令執(zhí)行速度可達(dá)100MIPS，所有I/O管腳可以通過(guò)編程靈活配置,。綜合以上特點(diǎn),，該單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)虛擬外設(shè)(Virtual Peripheral)功能。即CPU通過(guò)執(zhí)行虛擬軟件模塊直接驅(qū)動(dòng)I/O口實(shí)現(xiàn)硬件外設(shè)功能(如UART,、I2C,、SPI、Caller ID,、FSK等),。最引人注目的是，它可以運(yùn)行流行的Internet協(xié)議棧,，如HTTP,、SMTP、POP3,、TCP,、UDP、ICMP,、IP,、PPP，還可以實(shí)現(xiàn)Ethernet IEEE802.3協(xié)議,。

　　上述軟件協(xié)議棧都是用匯編語(yǔ)言編寫(xiě),，存儲(chǔ)在單片機(jī)的FLASH程序存儲(chǔ)器中。由于采用多任務(wù)方式,，單片機(jī)在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集或完成I/O控制任務(wù)的同時(shí),，完成Internet協(xié)議處理。在應(yīng)用層,，用戶(hù)可以選擇HTTP,、SMTP、POP3中的任意一種作為單片機(jī)系統(tǒng)與Internet遠(yuǎn)程管理終端之間的通訊協(xié)議;或者用戶(hù)使用自己開(kāi)發(fā)的其它程序作為應(yīng)用層軟件,。在物理層上,，用戶(hù)可以選擇PPP撥號(hào)上網(wǎng)方式，通過(guò)MODEM連接到電話(huà)線(xiàn)上網(wǎng);或者外加以太網(wǎng)控制芯片,，即可實(shí)現(xiàn)Ethernet (IEEE802.3)協(xié)議處理,，使單片機(jī)系統(tǒng)可以直接通過(guò)RJ45連到以太網(wǎng)上，通過(guò)以太網(wǎng)接入Internet,。

　　SCENIX公司提供從軟件到硬件完整的解決方案,，并免費(fèi)提供各種參考設(shè)計(jì)及軟件模塊，用戶(hù)可以使用現(xiàn)成的原理圖參考設(shè)計(jì)和TCP/IP協(xié)議軟件模塊，只需要修改底層軟件中的IP地址即可,，使開(kāi)發(fā)周期大大縮短,，開(kāi)發(fā)成本大大降低。用戶(hù)也可以自己編寫(xiě)應(yīng)用層程序,。

　　Seiko Instruments公司的S7600A和其余幾款芯片則是用硬件實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議堆棧,，作為MCU和Internet之間的加速器。它們大都包括HTTP客戶(hù)軟件,，支持HTTP,、SMTP、POP3,、MIME等多種協(xié)議,，可進(jìn)行Web瀏覽和收發(fā)E-mail。其中iChip還內(nèi)置無(wú)線(xiàn)功能,，可與GSM網(wǎng)絡(luò)連接,。

　　這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是將8位單片機(jī)系統(tǒng)直接與Internet相連?？梢允褂肞C機(jī)通過(guò)Internet遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)單片機(jī)系統(tǒng);也可以使用單片機(jī)系統(tǒng)將信息通過(guò)Internet發(fā)送到遠(yuǎn)程PC或其它終端上,。但應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工程師必須熟悉TCP/IP等協(xié)議和相關(guān)接口，軟件設(shè)計(jì)量較大,。另外每個(gè)電子設(shè)備都需要一個(gè)IP地址,，因此需要擴(kuò)充IP協(xié)議才能得到更好的支持。

3.3 MCU+EMIT協(xié)議 + emGateway

　　利用emWare公司開(kāi)發(fā)的EMIT(Embedded Micro Internetworking Technology,，嵌入式微Internet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)),，在應(yīng)用系統(tǒng)的MCU內(nèi)部使用emNet協(xié)議，再通過(guò)emGateway與Internet連接,。

　　emGateway網(wǎng)絡(luò)軟件接口可以安裝在計(jì)算機(jī),、TV機(jī)頂盒或?qū)Ｓ玫募矣秒娖鞣?wù)器中。它支持TCP/IP協(xié)議并運(yùn)行HTTP服務(wù)程序,，作為用戶(hù)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器,。EmGateway通過(guò)RS-232、RS-485,、CAN,、紅外及射頻等通信方式與多個(gè)嵌入式設(shè)備相連。每個(gè)嵌入式設(shè)備的應(yīng)用程序包含一個(gè)獨(dú)立的通信任務(wù),，稱(chēng)為emMicro,，監(jiān)測(cè)嵌入式設(shè)備中預(yù)先定義的各個(gè)變量，并將結(jié)果反饋到emGateway中,，同時(shí)emMicro還可以解釋Gateway的命令,，修改設(shè)備中的變量,，或進(jìn)行某種控制。為了完成網(wǎng)絡(luò)連接,，emWare公司開(kāi)發(fā)了大量軟件來(lái)建立訪(fǎng)問(wèn)和監(jiān)控MCU應(yīng)用系統(tǒng)的接口，這些接口可以用在不同的設(shè)備中,。EmMicro和emGateway一起為嵌入式設(shè)備提供了Internet/Intranet功能,。

　　1998年，EMIT方案對(duì)ETI(Embed The Internet,，嵌入互聯(lián)網(wǎng))聯(lián)盟的成立起了很大的推動(dòng)作用,。1999年ETI成員已達(dá)17個(gè)公司，包括在微控制器方面具有重要地位的 Analog Devices,、Atmel,、Hitachi、Microchip Technology,、Mitsubishi,、Motorola、National Semiconductor和Philips Semiconductor,。1999年6月份,，AT&T也加入了ETI，這樣嵌入互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟已經(jīng)成為世界上推動(dòng)嵌入式微控制器控制的家電上網(wǎng)的一支重要力量,。Microchip公司和Philips公司都在此基礎(chǔ)上有相關(guān)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)平臺(tái),。

　　由于復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是通過(guò)emGateway在PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)的，應(yīng)用系統(tǒng)MCU只使用較簡(jiǎn)單的emNet協(xié)議,，因此對(duì)MCU的要求較低,。但應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師必須熟悉emNet協(xié)議和相關(guān)的接口，原來(lái)客戶(hù)應(yīng)用系統(tǒng)的MCU也不一定符合要求,，并且軟硬件設(shè)計(jì)的工作量仍然較大,。同時(shí)，應(yīng)用系統(tǒng)的單片機(jī)處理emNet協(xié)議要占用一定的系統(tǒng)資源,。

3.4 MCU+Webchip + PC網(wǎng)關(guān)

　　所謂Webchip是獨(dú)立于各種微控制器的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)接口芯片,。它通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的輸入、輸出口與各種MCU相連,。MCU通過(guò)Webchip與網(wǎng)關(guān)連接即可接收并執(zhí)行經(jīng)由Internet遠(yuǎn)程傳來(lái)的命令或?qū)?shù)據(jù)交給Webchip發(fā)送出去,。

　　以武漢力源公司的PS2000芯片為例，該芯片內(nèi)部固化了與emGateway和OSGi協(xié)議兼容的MCUNet協(xié)議,，它通過(guò)SPI三線(xiàn)串行接口與MCU應(yīng)用系統(tǒng)連接,，通過(guò)17條指令與MCU應(yīng)用系統(tǒng)交換信息。PS2000的另一端以RS-232,、RS-485或Modem等接口電路與基于PC平臺(tái)的網(wǎng)關(guān)接口,。MCUNet網(wǎng)絡(luò)協(xié)議由PS2000完成,，這就如同設(shè)計(jì)UART系統(tǒng)時(shí)選用UART接口芯片一樣簡(jiǎn)單。

　　Webchip的主要優(yōu)點(diǎn)是:對(duì)MCU應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō),，無(wú)需熟悉復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及其接口;對(duì)MCU芯片來(lái)說(shuō),，對(duì)運(yùn)行速度和存儲(chǔ)器容量等方面無(wú)特殊要求;軟件設(shè)計(jì)只需要增加一小段接口程序，其它無(wú)需作大的改動(dòng),，在很大程度上簡(jiǎn)化了應(yīng)用設(shè)計(jì)的工作量,，可以縮短MCU應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期。

3.5 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn) + Internet服務(wù)器

　　以上4種方案適用于不同的產(chǎn)品和不同的應(yīng)用環(huán)境,。例如,，機(jī)頂盒或掌上電腦等對(duì)功能要求較高的產(chǎn)品可以選擇方案1;網(wǎng)絡(luò)空調(diào)或家用報(bào)警器等使用8位MCU的產(chǎn)品可以選擇方案2;如果有PC可用作網(wǎng)關(guān)，想選擇低檔MCU以降低產(chǎn)品成本,，可以選擇方案3;如果不想對(duì)原來(lái)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)做太大改動(dòng),，并且有PC可用作網(wǎng)關(guān)，則可以選擇方案4,。

　　雖然這幾種方案從不同途徑實(shí)現(xiàn)了MCU應(yīng)用系統(tǒng)與Internet的連接,，采用這些方案，再加上RS-232,、RS-485總線(xiàn),、射頻或紅外控制模塊等擴(kuò)展方式，就可以構(gòu)成小型的家電控制網(wǎng)絡(luò),。但這只解決了上文提出的兩個(gè)問(wèn)題之一,。另一個(gè)問(wèn)題，即采用哪種協(xié)議最為有效的問(wèn)題并未解決,。一個(gè)好的家電網(wǎng)絡(luò),，必須具有清晰的結(jié)構(gòu)、良好的擴(kuò)展性,、易于相互協(xié)調(diào),，以確保能夠把大量性能各異的電器設(shè)備透明和無(wú)縫地集成到網(wǎng)絡(luò)中來(lái)。

　　目前智能樓宇中廣泛采用的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù),，較為成功地解決了這一問(wèn)題?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)(Fieldbus)技術(shù)是為了解決分布式控制系統(tǒng)(DCS)的缺陷而出現(xiàn)的新一代通信技術(shù)。它采用數(shù)字信號(hào)傳遞信息,，可以實(shí)現(xiàn)一對(duì)電線(xiàn)上傳遞多個(gè)信號(hào),，同時(shí)可為多個(gè)設(shè)備提供電源，因此可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu),，節(jié)約硬件設(shè)備和連接電纜,。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)采用公開(kāi)一致的通信標(biāo)準(zhǔn),，各個(gè)廠(chǎng)家設(shè)備可以交換信息和互操作,，是真正意義上的開(kāi)放系統(tǒng),。在CAN(Control Area Network，控制局域網(wǎng)),、Profibus(Process fieldbus),、FF((Foundation Fieldbus，基金會(huì)總線(xiàn)),、ControlNet等諸多現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)中,，LonWorks以其更為顯著的開(kāi)放性和智能性，在智能樓宇和家庭自動(dòng)化方面有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì),。

　　Local Operation Network(LON)是美國(guó)Echelon公司、Motorola公司和日本東芝公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)并由Echelon公司于1993年推出的網(wǎng)絡(luò)技術(shù),。它是一整套含有90多種硬件,、軟件產(chǎn)品和服務(wù)的完整平臺(tái)，其通信協(xié)議LonTalk支持OSI的所有七層模型,。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以是總線(xiàn)型,、星型、環(huán)型,、自由網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),。設(shè)備之間以對(duì)等的方式通訊，每個(gè)LonWorks節(jié)點(diǎn)所采集的數(shù)據(jù)或經(jīng)過(guò)處理的信息都可以網(wǎng)絡(luò)共享;任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以調(diào)用其他節(jié)點(diǎn)的信息,。網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有中央控制器,，沒(méi)有故障集中點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了真正的全分布式智能控制,，比傳統(tǒng)的上下,、主從式控制結(jié)構(gòu)更靈活、更可靠,。它采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法,，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為參數(shù)設(shè)置。通信速率從300bps～1.5Mbps,，直接通信距離可達(dá)2700m(78kbps,，雙絞線(xiàn))。通訊介質(zhì)支持雙絞線(xiàn),、電力線(xiàn),、同軸電纜、光纖,、無(wú)線(xiàn)射頻,、紅外線(xiàn)等，多種介質(zhì)可以在同一網(wǎng)絡(luò)中混合使用,。

LonWorks技術(shù)是一套開(kāi)放式技術(shù),，其通訊協(xié)議LonTalk也是開(kāi)放的,。為了保證各個(gè)廠(chǎng)商不同設(shè)備的互操作性，Echelon公司和一些LonWorks用戶(hù)在1994年5月成立了LonMark互操作協(xié)會(huì),，凡是符合LonMark互操作性標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品,，都可以很容易地與其他滿(mǎn)足該標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接。因此,，集成商和用戶(hù)可以在數(shù)千個(gè)廠(chǎng)家中選擇不同的產(chǎn)品,，還可以得到許多第三方工具。

　　LonWorks技術(shù)的核心器件是Neuron Chip(神經(jīng)元芯片),，它是集通信,、控制、調(diào)度和I/O支持為一體的VLSI器件,。包括3個(gè)8位CPU,，兩個(gè)用于網(wǎng)絡(luò)通信(其中一個(gè)完成OSI模型中1、2層功能,，稱(chēng)為MAC處理器;另一個(gè)完成3～6層的功能,，稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)處理器)，一個(gè)用于應(yīng)用,，這使得復(fù)雜的應(yīng)用不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)的反應(yīng)能力,。LonTalk協(xié)議通過(guò)硬件和固件(firmware)集成在Neuron Chip上，一旦Neuron Chip接到LonWorks網(wǎng)絡(luò),，MAC處理器和網(wǎng)絡(luò)處理器會(huì)自動(dòng)執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)通信及控制工作,，無(wú)需用戶(hù)專(zhuān)門(mén)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信方面的開(kāi)發(fā)。這就大大方便了用戶(hù)聯(lián)網(wǎng)的工作,，只須把精力集中在對(duì)象的控制上即可,。

　　LonTalk中有個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)LonWorks在其他處理器上的應(yīng)用,。神經(jīng)元芯片作為通信處理器,，負(fù)責(zé)LonTalk協(xié)議的1～5層，而主處理器實(shí)現(xiàn)第6,、7層,。用戶(hù)可以購(gòu)買(mǎi)LonWorks控制模塊，方便地插入自己開(kāi)發(fā)的電路板,，就可以組成功能強(qiáng)大的LonWorks應(yīng)用節(jié)點(diǎn),，從而大大降低節(jié)點(diǎn)的開(kāi)發(fā)成本和風(fēng)險(xiǎn)?？刂颇K支持組態(tài)軟件在線(xiàn)下載應(yīng)用程序,，可以方便地修改和調(diào)試應(yīng)用程序。

　　Echelon公司于2000年3月推出的i.LONTM 1000 Internet服務(wù)器采用32位RISC處理器和Virtual Network Interfaces(VIN,，虛擬網(wǎng)絡(luò)接口)技術(shù),，針對(duì)LonWorks數(shù)據(jù)包提供真正的第三層路由(Layer-3 routing),。i.LON 1000將LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)和基于Internet Protocol(IP)的數(shù)據(jù)網(wǎng)無(wú)縫對(duì)接，能夠使任何LonWorks網(wǎng)絡(luò)及其中的所有設(shè)備有效地成為Internet中的節(jié)點(diǎn),，同時(shí)不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)的診斷和維護(hù),，以及設(shè)備控制的特性。i.LON 1000支持標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議:TCP/IP,、UCP,、DHCP、SNMP(MB II),、ICMP,、SNTP、TOS,、MD5和FTP,，從而為將LonWorks網(wǎng)絡(luò)中數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的設(shè)備連入Internet鋪平了道路。

　　在構(gòu)建完整的家電網(wǎng)絡(luò)時(shí),，可根據(jù)實(shí)際情況選用或綜合應(yīng)用上述幾種方案。

　　據(jù)世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計(jì)協(xié)會(huì)(WSTS)藍(lán)皮書(shū)的統(tǒng)計(jì),，從銷(xiāo)售數(shù)量計(jì),，包括Intel的Pentium系列，AMD的Athlon,，IBM,、Motorola的PowerPC等PC處理器只占世界所有處理器市場(chǎng)的6%，嵌入式微處理器則占到94%,，達(dá)50億個(gè),。據(jù)估計(jì)，目前每個(gè)美國(guó)家庭即擁有60個(gè)嵌入式微處理器,。隨著嵌入式微處理器在生活中的廣泛應(yīng)用,，Internet應(yīng)用將轉(zhuǎn)向以嵌入式設(shè)備為中心。據(jù)網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)家預(yù)測(cè),，將來(lái)在Internet上傳輸?shù)男畔⒅?，將?0%的信息來(lái)自小型嵌入式系統(tǒng)。 可以預(yù)見(jiàn),，未來(lái)將出現(xiàn)更多的嵌入式Internet方案,，家庭的智能化網(wǎng)絡(luò)化程度將不斷提高。

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