智能家用电器互联互通技术方案探究

冯承文 陈坚波 田艳红 赵 爽

（1.青岛海尔智能技术研发有限公司 青岛 266100；2.海信家电集团股份有限公司 佛山 528303；3.中国人民解放军66736部队 北京 100144；4.中国家用电器研究院 北京 100053）

引言

目前，智能家电在全球各地都处在热销中。与传统家电相比，智能家电可以在手机的APP上操控。这种操控既可以是近程的操控，也可以是远程操控。例如，人们匆匆离家后，不知道智能家电是否关闭，人们就可以通过手机APP发指令给该家电，查看该家电是否关闭。又例如，炎热的夏天人们要回家了，通过手机APP提前打开家中的空调，使人们到达家中时获得适宜的室内温度。或者提前给家中的智能厨电下达做饭菜的命令，人们到达家中时就有可口的饭菜了。

虽然智能家电给人们的生活带来了快捷方便，但是也存在一些问题，例如，一个家庭中购置了多家企业的智能家电时，消费者就需要下载多个APP操作，这就增加了协调控制的复杂性，给消费者带来不便。

1 智能家电的互联互通方案类型

要想在一个家庭中，不论该家庭有多少个企业的智能家电，使用一个包含各种家电的APP就能操控全部的智能家电，这是最便捷的。这种控制就涉及到了智能家电的互联互通问题。

总体来说，智能家电互联互通目前可以通过两种技术路线来实现，一是家庭范围内的各个智能家电通信上的相互链接和功能控制；二是家庭范围内的各个智能家电通过云端相互链接和功能控制。

对于第一种方案，因每个智能家电与家庭中其它各个智能家电需要通过星状或星树状[4]的链接实现功能控制。不论是星状还是星树状链接，每个智能家电由于有多个链接入口和多个功能控制处理，软件量就会随着链接和控制数量的增加而增多。另外，如果通信协议各个厂家不相同，那么，软件程序就会随着链接和控制数量的增加而急剧增大。处理器的ROM和RAM的使用量也就急剧增多。尤其是，先期购买的智能家电由于给处理器配置的ROM和RAM的数量不会充分地大，造成无法与后面购买的家电实施链接，而造成不能互联互通。另外，为了保证控制的实时性，处理器的速度就需要随着程序量的增加而提升。

在这种互联模式下，家电除了实现自身的功能外，还需要进行同用户家庭中的其它家电互联信息的传递功能，即，家电还需要有路由器的功能[5]。除此之外，一些家电还要参与并非自身功能的控制执行功能，如功率限制控制[6]。并且，这种控制还有较多和较高的要求[7]。所以，就需要智能家电控制器使用较先进和快速的处理器以及较大的ROM、RAM等的配置，造成家电产品成本提高，有时还受到家电控制板的尺寸限制而无法实现[8]。尤其是当家庭中，智能化家电数量较多时，这个问题尤为突出，甚至无法实现。

对于方案二，因只需要处理与云的链接和功能控制问题，不需要与家庭中的其它智能家电相互链接和功能控制处理。也就是，家庭中的各个智能家电只有一个链接入口。所以，智能家电控制器可以使用一般性能的处理器和较低的ROM、RAM配置。与普通家电相比，成本增加不多，体积也往往增加不多，甚至没有增加。

由此可见，智能家电的互联互通实际上只能使用智能家电通过云端相互链接和功能控制。这种智能家电通过云与APP的链接和控制的结构图，如图1所示。

图1 家庭中智能家电与云和APP的通信/控制链路结构图

在图1中，家庭中的路由器可以是有线英特网路由器，也可以是无线Wi-Fi路由器。并且，家庭中的所有智能家电都使用同一个厂家的智能家电，而且这个厂家的各种智能家电是统一的通信协议。

目前，大型家电企业基本上都自建了云平台，而中小型家电企业采用第三方的云平台。对于大型家电企业，由于是自成体系，所以，通信协议是自己企业的[3]，与其它企业的通信协议往往不同，并且也不兼容。中小家电企业尽管使用的是第三方云平台，但是，各个第三方云平台的通信协议也是不同的。所以，要想实现一个家庭中各个不同企业生产的智能家电通过云端都能互联互通，目前可以实现的途径有3种：

1）厂家云对厂家云的各自互联互通，各个厂家的智能家电产品链接各自厂家的云，如图2所示。为了便于理解，将图1中家庭路由器进行了透明化，规约进入了家电中。在图2中，厂家1云和厂家2云可以是家电企业自建的云，也可以是家电企业使用的第三方平台云。

图2 通过厂家云平台的各自互联互通

2）厂家云通过家电行业平台云对其它厂家云的互联互通，如图3所示。在这种结构中，家电行业平台云对各个厂家云平台采用统一的通信协议，而各个厂家云平台与它们的智能家电采用自己企业的通信协议标准。

图3 厂家云通过家电行业平台云对其它厂家云的互联互通

3）家电行业使用统一的家电通信协议标准的互联互通。也就是，任意一个智能家电都能与采用了具有统一的家电通信协议标准的云平台相链接。这样，任意厂家智能家电都可以任意接入任何一个厂家的家电云平台或家电行业云平台或使用统一家电通信协议标准的其它云平台，从而实现高层级的互联互通。

上面3种方法各有特点，接下来的章节将重点对这三种方式进行比对研究。

1.1 厂家云对厂家云的各自互联互通

这种互联互通具有以下特点：

1）一个家庭中如果有厂家1和厂家2的家电，那么，厂家1的家电与厂家1的云平台链接，厂家2的家电与厂家2的云平台链接。厂家1云平台与厂家2云平台链接，实现互联互通。即，在厂家1云平台中，开发软件程序，将来自厂家2的各个命令转换成厂家1的命令，并发往所需控制的厂家1的家电；将该家电返回给厂家2的信息，通过厂家1云平台转换成厂家2的命令，并发送给厂家2云平台。同样，在厂家2云平台中，开发软件程序，将来自厂家1的各个命令转换成厂家2的命令，并发往所需控制的厂家2的家电；将该家电返回给厂家1的信息，通过厂家2云平台转换成厂家1的命令，并发送给厂家1云平台。

2）如果有n个厂家云平台需要互联互通，那么，根据上述“1）”的方法，每个厂家云平台需要开发n-1套软件。因为，每个厂家的通信协议不同。

3）为了不造成每个厂家云平台对其它各个厂家云平台收发信息的互相干扰，每个厂家云平台都需要n-1接口。即，这是一种星链接方式。

4）当n较小时，每个厂家平台开发和维护工作量都不是很大。

5）当n较大时，每个厂家平台开发和维护工作量都很大。因为，任意一个厂家通信协议升级或变更时，其它n-1家的云平台都需要随之升级或变更。当同时有几个厂家云平台升级或变更时，就会造成升级或变更任务的堆积，影响用户的使用。

例如，一个家庭中，如果有厂家1的智能家电1a1和智能家电1b1，有厂家2的智能家电2b1和智能家电2c1。那么，该家庭需要安装厂家1和厂家2的APP。

通过厂家1的APP将厂家1的智能家电绑定到厂家1的云平台。通过厂家2的APP将厂家2的智能家电绑定到厂家2的云平台。

然后，厂家1的APP通过厂家1的云平台与厂家2的云平台链接，绑定厂家2的智能家电2b1和智能家电21c。厂家2的APP通过厂家2的云平台与厂家1的云平台链接，绑定厂家1的智能家电1a1和智能家电1b1。

这样，厂家1的APP不仅能控制本家的智能家电1a1、1b1，还能控制厂家2的智能家电2b1、2c1。同理，厂家2的APP也能实现对厂家1家电的控制。从而实现了一个APP控制家庭中的智能家电，即，实现了互联互通。当家庭中有多个厂家的智能家电时，这一步的工作会花费较多时间，给用户使用带来不方便的最初影响，导致智能家电的推广受到影响。

由上面的特点可见，这种互联互通的方式只适合少量的厂家云平台的互联互通。

1.2 厂家云通过家电行业云平台对其它厂家云的互联互通

这种互联互通具有以下特点[1,2]：

1）家电行业云平台（以下简称行业云平台）需要具有覆盖各种厂家的智能家电的通信协议标准。

2）各厂家云按照行业云平台的通信协议标准和接口标准进行链接。

3）厂家云在行业云平台中注册，获取相关的授权和操作权限。

4）公共控制终端需要在行业云平台和家庭所涉及到的智能家电厂家云平台中注册。

5）智能家电直接与各自的厂家云平台链接，公共控制终端通过行业云平台与智能家电实现互联互通。

6）家庭中的任意智能家电通过公共控制终端进行操控，从而实现了互联互通。因为是公共控制终端上的控制操作，所以，操作就会发往行业云平台。行业云平台通过识别智能家电是哪个厂家的，从而将控制命令转发给该厂家云平台。该厂家云平台根据本厂家的通信协议将该控制命令转换成本厂家的控制命令，并发给该智能家电，实现最终控制。

7）行业云平台的作用就像电话交换机一样，起到一个中枢链接桥梁作用。

由上面的特点可见，这种互联互通的方式似乎比第1种要复杂，尤其是只有2、3个厂家进行互联互通时。但是，在有较多厂家云平台时，这种方式反而是工作量较小的一种的互联互通方式。因为，各个云平台之间使用的通信协议标准是一致的，这样，不论厂家云平台还是行业云平台，软件程序不会随着厂家数量的增多而大幅增加。但是，每个厂家云平台都需要进行控制命令的协议转换，所以，智能家电只能链接本厂家的云平台，而不能任意链接其它云平台。

1.3 家电行业使用统一的家电通信协议标准的互联互通

这种互联互通具有以下特点：

1）由于智能家电使用了统一的通信协议标准，这样，不论哪个厂家的云平台和第3方家电云平台以及行业云平台都使用了统一的通信协议标准。同时，尽管APP的界面可以不同，但APP的底层软件程序也被统一的通信协议标准而统一。

2）由于通信协议标准的统一，不论哪家的智能家电都可以任意链接到符合这种统一通信协议标准的云平台。所以，就自然形成了智能家电的互联互通。

3）初始的统一通信协议标准的制定是一个漫长的过程。因为，要想统一所有家电，就要针对各种家电进行分析和研究，提出各个家电的共性，保留各个的个性。所以，初期的工作量非常的大。

这种方式下，由于云平台、APP和智能家电通信协议的统一，形成智能家电可以任意链接各个家电云平台，也可以使用任意一家的APP或公共的APP来操控智能家电，从而形成了大一统的智能家电的互联互通。这种大一统的互联互通结构图就是图1所示的结构图。

由于这种统一的通信协议标准，云平台和APP就可以由任意的公司按照统一的通信协议标准来开发。这样，家电厂家就可以无需开发云平台和APP。尤其是对于无力开发云平台和APP的中小家电企业是一件十分好的事情。也就是说，这种智能家电的互联互通是终极目标。家电厂商可以专注于智能家电的研发和生产，云平台公司专注于云平台的研发和建设，APP也就由专业公司来研发和维护，实现专业的事情让专业的人来做的目标。同时，依靠市场的竞争，实现降低智能家电的服务费用和优化服务。

2 比对结论

家庭范围内智能家电的直接互联互通和通过云的互联互通的特点比较如表1所示。

表1 直接互联互通和通过云互联互通的特点比较

根据表1可见，采用智能家电通过云端互联互通的方法是最佳的选择。

智能家电通过云端互联互通三种情况的特点如表2所示。

表2 智能家电通过云端互联互通三种情况的特点

根据表2可见，使用统一智能家电通信协议标准的互联互通操控的技术方案是最好的方法，其次是厂家云通过家电行业平台云对其它厂家云的互联互通。

3 结语

智能家电的互联互通是未来全球的趋势，所以，全球现在都在进行这方面的研究和实施。中国作为发展中国家的领头羊，我们也积极地进行了这方面的研究，并率先在全球范围内起草制定和发布了这方面的中国国家标准[1,2]。这些标准是基于“1.2厂家云通过家电行业平台云对其它厂家云的互联互通”的理论基础，并且，在几个厂家云平台与家电行业云平台实现了互联的情况下，各个智能家电实现了基于“1.2厂家云通过家电行业平台云对其它厂家云的互联互通”的实践情况下完成的。但目前仅仅是开始，因为我们还没有实现上面讨论的“1.3家电行业使用统一的家电通信协议标准的互联互通”的目标。还需要我们继续认真研究，如何打破目前各个家电厂家在智能家电通信协议方面的各自为政的局面，实现统一的通信协议标准，真正做到高阶层的智能家电互联互通。