基于IPv6的智能家居网络设计与研究

刘霞 邓瑜 湖北省医药学校, 武汉 430064

基于IPv6的智能家居网络设计与研究

刘霞 邓瑜 湖北省医药学校, 武汉 430064

本文对IPv6在智能家居网络中的优势进行了分析，并结合家庭网络技术现状和国内家庭控制子系统的实况，提出了智能家居网络构建方案。

IPv6；智能家居；网络

愈来愈多的家庭迫切需要在家中随时随地就可以访问外界的信息源，或者在家庭外部控制家中的家电，甚至在家庭内实现智能化。IPv6的出现使得这种理想更加迅速的成为现实。IPv6地址空间充足，可以为地球上每个家电都分配一个全局IPv6地址，使设备连接到Internet上，从而解决了由于Ipv4地址短缺给构建智能家庭网络系统构成的瓶颈。同时IPv6地址和服务的自动配置能力强，使得在家庭信息网络中添加家电设备时几乎不需要做任何配置。加上它的安全性高、对移动性的支持及QoS支持使得IPv6的智能家居时代已经到来。

1.IPv6对网络家电的支持

IPv6是为了解决IPV4所存在的一些问题和不足而提出的，同时它还在许多方面提出了改进。扩大了地址空间，提高了处理速度，增强了安全保密性。IPv6协议在构建家庭信息网络方面具有如下优势：（1）地址空间充足，可以为每个家电都分配一个全局IPv6地址，使设备连接到Internet成为可能。(2)地址和服务的自动配置能力强，使得在家庭信息网络中添加家电设备时几乎不需要做任何配置。(3)安全性高，可以保证用户与家电设备之间通信的安全，保护家庭信息网络。(4)移动性支持，使得用户可以在移动状态或者离开家庭信息网络后仍然能够通过移动设备来访问家庭信息网络中的资源而不需进行额外配置。(5) QoS支持，IPv6头标中对QoS的支持功能可以确保家庭信息网络中高带宽或者实时通信的需要。

2.家庭网络技术的现状

家庭网络是代表家庭信息化的一种新概念，它是全方位提供智能化服务的网络系统。它是指在家庭环境中，利用各种介质将数字设备和消费电子产品连接起来，通过各种网络技术和控制技术来实现信息传输和信息共享，完成家居环境的智能控制，提供用户所需的各种服务功能的一种分布式异构网络。

九十年代中期以来，家庭网络技术开始起步。在国际上比较有影响的系统有：美国的X-10，CEBus(Consume Electronic bus)和Lonwork；日本的HBS(Home Bus System)；欧洲的EIB(European Installation Bus)和EHS(European Home System)。我国对家庭网络的研究目前成熟的，主要集中在一些分散的智能家庭控制子系统上，如三表抄送子系统、门禁子系统、可视对讲子系统等。这些子系统互相独立，不能实现信息共享，使得安装和使用很不方便。只有智能家庭网络才能将这些电气子系统以及电气设备连接起来。随着集成技术、通讯技术、互操作能力和布线标准的发展而不断改进，实现它们之间信息共享，使得系统安装方便、使用灵活。近年来EIOT物联网智能家居系统引起了人们极大的关注，增强了人们对智能家居实现的信心。

3.家庭网络的设计

3.1 家庭网络的总体架构

在进行设计家庭网络时，首先，我们要根据现在普通家庭的实际情况，对信息家居的总体功能进行设计，在现有技术的基础上，并适当考虑前瞻性，对整个系统进行合理地规划和设计。

如图l所示的一个典型的数字家庭网络中，家庭内的所有信息家电通过以太网、无线局域网，或者其他物理层技术组成家庭信息网络，加上网络通信模块后就可以具有家庭网络接入能力，再通过家庭网关连接到IPv6 Internet上。

在信息家电的内置芯片中采用IPv6协议，之上使用各种高层互联技术以保证家庭信息网络的互操作性，通过芯片控制接口来对信息家电进行访问和控制。

对于家庭网关，采用IPv6协议通过各种物理层接人技术和各种信息家电、IPv6互联网相连，并提供多种功能以控制和管理家庭信息网络。这样的家庭信息网络架构不但和已有的技术标准相兼容，而且使得家庭信息网络更加灵活，更容易进行扩展。

家庭信息网络内的信息家电均具有一个全局的IPv6地址和链路局部IPv6地址，客户主机可以在家庭信息网络内部或者家庭信息网络外部对家庭信息网络内的信息家电进行访问和控制，从而方便了人们的生活。

在家庭网络的技术实现上，我们根据家居环境的特点，采用了蓝牙技术、IEEE1394技术和无线编码技术相结合的混合网络构建方案，三个网络通过家庭网关进行互联。其中蓝牙技术主要实现家庭设备数据通讯，IEEE1394用以实现高速A/ V数据通讯，无线编码技术主要用在低速信号传输方面，如传感器信号传输、家电控制信号传输。

图1 家庭网络总体架构

图2 蓝牙网络结构图

图3 家庭多媒体网络

图4 无线编码子网结构示意图

3.2 混合网络和子系统设计

3.2.1 蓝牙子网设计

如图2所示，蓝牙家庭网络是由多个功能单元组成的微网连接而成，每个微网包括几个紧密相关的蓝牙单元，不同的微网又通过“设备共用”联系在一起。家庭网关是整个网络的控制核心，每一个微网中都有单元与它相连，它负责着信息家电、各种设备的运作和信息传输，同时又是信息家庭和外部连接的通道。家庭网关和PC之间用的是网络接口连接，因为在未来的家居网络中，PC与家庭网关间的数据流量比较大，蓝牙目前的不足1Mbps的数据传输率还是比较难以满足PC的需求。

3.2.2 IEEE1394总线子网设计

图3 是以家庭网关为中心的家庭IEEE1394网络系统。家庭网关是整个家庭控制和信息管理的中心，它负责家居设备的控制、家庭网络的管理、家庭信息的存储和家庭娱乐设备的管理。IEEE1394模块主要用来实现高速流媒体数据传输功能。以家庭网关为中心，其他多媒体的数字设备直接或间接通过IEEE1394与其相连。高速网络激光打印机直接通过线缆与家庭网关相连。

在家庭网络中应用IEEE1394实现高速数字A/V信号的传输，不但可以提高系统性能，减少连线，省略了数模转换过程，而且使数字设备在无主CPU的参与下进行数据传输成为可能。即插即用和自动识别功能也使得系统组成更加方便灵活。

3.2.3 无线子网设计

图4是无线编码子网结构示意图，各传感器每隔一定时间向家政保安监控器发送一个无线编码信号，家政保安监控器根据接收到的信号判断传感器是否正常工作和是否有紧急情况发生，并与家庭网关保持联系，接收查询和紧急情况上报，家庭网关判断紧急情况种类，采取相应的措施，发出求救信号，并通告主人。

4.结束语

随着家电技术和网络通信技术的发展，人们生活水平的提高，智能家居市场潜力巨大。国内已有很多大城市的高档小区实现了部分智能家居功能，得到了人们的好评。但智能家居的成本问题也始终是困扰其发展的一个不可忽视的实际问题。随着安卓智能手机的推广，zigbee协议的应用和物联网技术的发展，IPv6智能家居必将迎来一个美好的明天。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.17.039