浅析AP面板在智能家居中的应用

梁耀文 李忠耀 尹兆贵 黄棉灿

（威凯检测技术有限公司 广州 510663）

引言

智能家居集安防监控、家电控制、照明控制、氛围营造、语音声控等无线控制为一体，给消费者带来具有舒适高品质、高安全感的生活，使传统的“家居”发生质的改变。而信息技术的不断扩展和革新直接关联智能家居的发展，并由此诞生了万物互联的“物联网”。虽然物联网家电暂时无法涵盖智能家电的所有特性，但其代表智能家电最主流的发展方向。

家庭网络架构在智能家居场景中承担着重要角色，随着智能化的需求日益提高，智能家居对网络配置的需求也日渐增大。家庭网络系统作为未来智能生活的基础，如何构建一个便捷、稳定、可靠、高速的家庭网络系统成为很多现代用户所关注的问题。随着技术的提升，产品的更新换代，AP面板已成为家庭网络组网的发展热点。

1 现代家庭网络配置的现状

90年代中后期，随着IP网络的商业化及Web技术的出现，互联网技术得到空前发展，互联网用户呈爆炸式增长。中国互联网络信息中心（CNNIC）在京发布第47次《中国互联网络发展状况统计报告》。数据显示，截至2020年12月，我国网民规模为9.89亿，较2020年3月新增网民8 540万，互联网普及率达70.4 %，较2020年3月提升5.9个百分点。其中，手机网民规模为9.86亿，较2020年3月新增手机网民8 885万，网民中使用手机上网的比例为99.7 %。从原始的电话线拨号，到ADSL宽带光猫和LAN宽带，家庭网络开始成为人们生活必不可少的资源。

目前在现代家庭网络配置中，人们普遍使用单一路由器作为家庭网络核心。网络接入点依赖于路由器提供的有线端口和无线WIFI信号输出，因此导致路由器的安装位置将成为家庭网络是否优良的关键。路由器通常安装于电视设备处、有办公需求的书房、或满足全屋WIFI覆盖的中心位置。随着人们生活品质的提高，智能家居的不断完善，不论是家庭联网设备数量的日益增多，还是网络传输速度和质量的提高，传统单一路由器由于扩展性能低、覆盖范围小、传输能力差，逐渐难以满足不断发展的智能终端要求。如何构建一个便捷、稳定、可靠、高速的家庭网络系统成为智能家居能否不断普及和发展的关键。

2 关于AP与AC

2.1 AP的定义

AP是英文Access Point的简写，即无线接入点，是用于无线网络的无线交换机，也是无线网络的核心。无线AP是移动计算机用户进入有线网络的接入点，主要用于宽带家庭、大楼内部以及园区内部，覆盖范围达几十米至上百米。无线AP是一个广义名称，它不仅包含单纯性无线接入点，也是无线路由器（含无线网关、无线网桥）等类设备的统称。

2.2 AC的定义

接入控制器（Access Controller），即无线控制器，是一种网络设备；负责管理某个区域内无线网络中的AP。对不同AP下发配置、修改配置，进行射频智能管理、用户接入控制等。

2.3 无线AP的分类

无线AP按功能模式，可以分为FAT模式和FIT模式两类，两者是通过工作原理和功能来区分。同一个AP面板可以同时具有FAT模式和FIT模式的功能，用户可以根据不同应用场景来选择不同功能模式。

FAT模式，具有完整的网络设备功能，AP本身具有WAN、LAN端口，支持DHCP服务器、DNS和MAC地址克隆、VPN接入等功能，FAT AP能够单独组网，通常应用于一些局部应用WLAN网络信号覆盖的项目。

FIT模式，仅保留了FAT模式中的无线接入功能，AP本身仅提供一个有线和无线信号发射的功能。它不能单独组网，需要与控制器（AC）配合才能完成组网功能。AC控制器即无线控制器，是一种网络设备，负责管理某个区域内无线网络中的AP。“AC+AP”系统目前定位于中型WLAN接入业务，如企业、商超连锁、酒店、医院、金融、校园、景区等高速的WIFI应用场景。

3 AP面板

AP面板，即: 带无线网络功能的信息面板（如图1所示市场上的通用产品）。

图1 AP面板示例

1）产品尺寸同插座面板，尺寸大小为86×86 mm；直接安装在墙体预埋的底盒中，与开关插座等产品搭配使用，见图1。

2）AP面板的输入端位于产品底座上，与AC控制器相连接，见图2。产品通常采用POE供电模式，无需再外接电源线，配置方便。POE（Power Over Ethernet）指在现有以太网布线基础架构不作任何改动的情况下，在为AP面板传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电的技术。

图2 输入端口

3）产品正下方配置千兆有线输出端口，以便扩展不同的连接需求，见图3。端口位置极佳，不使用有线连接时，端口隐藏于下方不影响外观；使用有线连接时，网线沿墙面布置，美观大方。

图3 有线输出端口

4）产品正上方配置WIFI开关，闲置时可以关闭WIFI信号发放，便于管理，见图4。

图4 无线控制开关

5）拆开面板后，有FAT/FITAP功能扩展的选项，使用模式参见上文AP的分类。另外还配有设备重置的RESET按钮，见图5。

图5 功能与模式选择

4 AP面板+AC无线控制器的组网模式及应用

AP面板的应用通常指FIT模式，仅提供有线+无线信号接收及发射功能。AP面板作为无线局域网的信号终端，不能独立工作，也不具备管理功能，可以简单理解为一个信号发送与接收的天线，其管理功能由后端的AC控制器来完成，见图6。

图6 AP面板+AC无线控制器

AC控制器对AP面板的控制是通过无线接入点的控制和配置协议CAPWAP（Control and Provisioning ofWireless Access Points）来实现的。CAPWAP协议主要负责AC控制器与AP面板的控制通道的建立、配置管理、数据传输等，在控制通道建立完成后，AP面板才能正常工作。两者控制通道的建立通常是由AP面板发出请求报文，请求报文会被AC控制器接收并识别，进一步判断该AP面板是否有连接本机的权限，如果有则回应发现响应。AP控制器和AC面板则连接成功。

AP技术源于商业大规模联网需求，随着智能家居系统的发展，为满足不断发展的家庭网络需求，AC控制器+AP面板的网络配置设备渐渐普及，越来越多的AP面板出现在智能家居的家庭组网中。以图7的商品房为例，采用AC控制器+AP面板网络配置实现全屋的家庭网络架构。

图7 AP面板家居组网示意图

现代商品房通常在玄关位置布置了低压配电箱，用以综合管理房屋内部的固定布线（如：网络、电话、电视等）和各大运营商的外部预设线缆。AC控制器设置在低压配电箱内，对外可根据用户需求选择不同的运营商进行外部Internet连接，对内可通过房屋的固定布线与客厅、主卧、次卧的AP面板相连接，实现POE供电以及各个AP的管理。AP面板直接安装在与开关插座一体的86底盒中，外观与开关插座配套，简洁美观。AP面板设定的位置提供有线连接和无线WIFI信号的发放。有线端口满足用户特殊的设备需求，如客厅的电视、卧室的台式电脑，3个AP面板无缝衔接实现全屋WIFI信号覆盖。

5 不同的家庭网络架构配置对比

1）路由器与信号放大器组合配置

一般用户的家庭组网方案，主要以路由器为主，通常设置在客厅处，单点发射WIFI信号覆盖全屋，用户可在客房等信号较弱的地方增设一个信号放大器。

优点：成本中等，配置简单方便，路由器与信号放大器之间属于无线连接，无需布线，只需要选择一个性能强大的路由器，适合一般用户使用。

缺点：扩展性能低，覆盖范围小，信号放大器会影响家居的美观。

使用情况：目前家庭最多的配置形式，设备配置简单方便，但面对日益增加的用户需求，该配置渐渐显得乏力。

2）路由器与路由器组合配置

对网络配置有一定了解的用户组网方案，以两个路由器为主，通常设置在客厅和主卧，以两点发射WIFI信号覆盖全屋，路由器之间可以通过无线或有线进行桥接。

优点：扩展性好，覆盖范围大，能提供两个主要区域的有线和无线连接，尤其适合两层结构房子的网络配置。

缺点：配置难，需要对路由器的桥接有所理解，兼容性差。

使用情况：较少，只有在多楼层或有特殊的扩展需求的条件下，用户才采用路由器桥接的方式。

3）电力猫套装组网（电力猫路由器+电力猫扩展器）组合配置

对网络质量和家居布置有一定要求且没有固定布线的用户组网方案，通常把电力猫路由器设置在入门玄关的配电箱中，把多个电力猫扩展器设置在客厅、主卧、次卧等区域以达到覆盖全屋，电力猫路由器和电力猫扩展器之间通过电力线传输数据。

优点：覆盖范围广，扩展性好，稳定性好，不需要固定布线，采用家庭的电源线系统即可以扩展。

缺点：成本较高，不能提供有线连接，不能跨电表，容易受大功率电器干扰。

使用情况：极少，属于新型的配置形式，目前只有在部分老旧房屋网络改造时，用户才采用电力猫系统的方式。

4）AC控制器+AP面板组合配置

对网络质量和家居布置有较高要求的用户组网方案，适合现代商品房的网络布置，通常将AC控制器设置在入门玄关的低压配电箱内，将多个AP面板设置在客厅、主卧、客卧等区域以达到覆盖全屋，AP面板与AC控制器之间采用有线连接。

优点：覆盖范围广，稳定性好，满足智能家居用户的组网需求，家居布置美观大方。

缺点：成本高，对布线有要求，AP面板的位置受网口的限制。

使用情况：较少，属于新型的配置形式，成本较路由器要高，但由于外观小巧、美观与开关插座形成一套智能家居的附件产品，正逐渐被广大用户所接受。

家庭用户可以根据家居布置的环境选择合适的方案完成组网的需求。随着现代智能家居的快速发展，家庭用电设备组网要求的增多，网络质量和现代家居美观要求的提高，用户在布置智能家居场景的网络架构上，可以把更多的目光转向到AC+AP系统的组网技术。

6 结束语

随着科技的高速发展，家庭对上网的需求越来越高。对于一个家庭来说，无论是简单到上网浏览新闻、视频通话、看视频等基础需求，还是相对复杂的智慧家居、家庭共享存储等需求，高质量的家庭网络是保障这一切的基本条件。本文从智能家居的发展现状出发，介绍基于AP面板技术在智能家居中的应用，从不同角度分析现代家庭网络架构，我们期待更先进的家庭组网技术的更新，为现代的家庭网络架构的配置提供参考。