基于ARM的嵌入式家庭网络监控系统设计.pdf

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1、天津大学硕士学位论文基于ARM的嵌入式家庭网络监控系统设计姓名：宋强申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：王林斗20070501摘要随着嵌入式技术的发展，嵌入式系统被逐步应用到诸如工业控制，汽车电子设备，移动通信设备，P D A，G P S 卫星定位系统和信息家电等社会各行各业之中，现在已经成为信息发展的主流技术之一，在国民经济发展中起着举足轻重的作用。由于信息化的普及，家庭中的电脑、信息家电、通信终端越来越多，使用管理它们也变得越来越麻烦。如何更有效地发挥这些设备的作用，提高居家生活的智能化和方便性，如何更便利的互联和协同工作，已成为现代人生活乃至办公的重要问题。这些问题的出现导致

2、了家庭网络的出现，家体网络技术已经成为各大I T 企业研究开发的重点。，本论文分析了家庭网络和信息家电的发展情况，以实用、简便为原则设计了个家庭网络监控系统。此系统以A R M 7 的S 3 C 4 4 B O X 开发板为硬件平台，以u C l i n u x 作为嵌入式操作系统，实现对家庭网络中的信息家电进行监控，使用户能够了解家庭中信息家电的工作状况，对信息家电进行控制，来达到对信息家电有效管理、方便用户使用家中的家电的目的。论文中家庭网络监控系统主要由w e b 服务器、家庭网络服务器和家庭网络组成，实现家电控制、状态查询、信息家电状态报告、注册、注销、统一开关机等功能。本设计的家庭网

3、络监控系统由于使用了R S 4 8 5 总线式网络来组建家庭网络，使得该系统组网方便，在价格上有定优势，而且硬件是基于A R l V l 开发板平台，体积较小，所设计的家庭网络协议很好的满足了家庭网络监控需求，协议也很简单，处理方便。由于此家庭网络监控系统实现了家电注册、注销功能，使得该系统能够及时检测到家庭网络中的家电的增减情况。总之，本家庭网络监控系统体积小、简单、经济、多功能，方便家庭网络中信息家电的增减，具有较高的实用价值，适合于普通百姓家庭之中使用。关键词：A R M 家庭网络信息家电u C l i n u xA B S T R A C TW i t ht h ed e v e l

4、o p m e n to fe m b e d d e dt e c h n o l o g y，e m b e d d e ds y s t e mh a se x t e n d e da p p l i c a t i o ng r a d u a l l yi nv a r i o u sf i e l d s，s u c ha sc o n t r o l l i n gm a c h i n ei ni n d u s t r y，a u t o m o b i l ee l e c t r o n i ce q u i p m e n t，m o b i l ec o m m u

5、 n i c a t i o nd e v i c e，P D A,G P Ss a t e l l i t ep o s i t i o n i n gs y s t e m,h o m ei n f o r m a t i o na p p a r a t u s，i th a sb e e nam a i n s t r e a mt e c h n o l o g yi ni n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yt o d a y，a n dd i s p l a y e dp i v o t a lf u n c t i o ni nn a t

6、 i o n a le c o n o m y B e c a u s eo fp o p u l a r i z a t i o no fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y，t h e r ea l em o r ea n dm o r ec o m p u t e r s，i n f o r m a t i o ne l e c t r i c a la p p a r a t u sa n dc o m m u n i c a t i o nt e r m i n a l si no u rh o m e，b u tw em a n a g

7、et h e mm o l ea n dm o r ed i f f i c u l t H o wt ol e tt h e md i s p l a ym o r ef u n c t i o n,l e tO u rl i v e sc o n v e n i e n ta n di n t e l l e c t i v e，a n dh o wt oc o n n e c ta n dh a r m o n i z ee a c ho t h e r,w h i c hh a v eb e e nt h ei m p o r t a n tq u e s t i o n si nt

8、h el i v e sa n dw o r kt o d a y T h eq u e s t i o n sb r i n go nh o m en e t w o r k,n o wt h et e c h n o l o g yo fh o m en e t w o r ki sai s s u ei nm a n yI Tc o m p a n i e s I nt h ep a p e r，w ea n a l y z ed e v e l o p m e n to fh o m en e t w o r ka n dh o m ei n f o r m a t i o na p

9、p a r a t u s，a n dd e s i g nah o m en e t w o r km o n i t o rs y s t e mi nt h ep r i n c i p l eo fs i m p l e n e s sa n dp r a c t i c a l i t y T h es y s t e mi su s e dt om o n i t o rh o m ei n f o r m a t i o na p p a r a t u sb a s e do nA R M 7a n du C l i n u x,a n dS a m s u n gS 3 C

10、4 4 B O Xo fA R M 7i st h eh a r d w a r ed e v e l o p m e n tb o a r da n du C l i n u xi st h ee m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m U s e r sC a nk n o wt h es t a t eo fh o m ei n f o r m a t i o na p p a r a t u s，c o n t r o lh o m ei n f o r m a t i o na p p a r a t u s 谢t l lt h es y

11、s t e m,s ot h a tu s e r sa r ea b l et om a n g eh o m ei n f o r m a t i o na p p a r a t u sc o n v e n i e n t l y I nt h es y s t e m,t h e r ea r et h r e ep a r t sw h i c ha r ew e bs e r v e r，h o m en e t w o r ks e r v e ra n dh o m en e t w o r k I tr e a l i z e sm a n yk i n d so ff u

12、 n c t i o nw h i c ha r ec o n t r o l i n gh o m ei n f o r m a t i o na p p a r a t u s，i n q u i r i n gs t a t e，r e p o r t i n gs t a t e，r e g i s t r a t i o n，c a n c l ea n du n i f y i n go n-o f f I nt h ed e s i g n，w ec o n s t i t u t et h eh o m en e t w o r kw i t hR S 4 8 5b u st

13、y p en e t w o r kw h i c hi se a s ya n dc h e a p，a n dt h eh a r d w a r ei sA R M 7d e v e l o p m e n tb o a r dw h o s ee u b a g ei ss m a l l T h eh o m en e t w o r kp r o t o c o li sa l s oe a s ya n dc o n v e n i e n t B e c a u s et h es y s t e mh a sr e g i s t r a t i o na n dc a n

14、c e lf u n c t i o n，t h eh o m en e t w o r ks y s t e mc a l lk n o wa l t e r a t i o no fh o m ei n f o r m a t i o na p p a r a t u sa ta n ym o m e n t I naw o r d，t h eh o m en e t w o r km o n i t o rs y s t e m,w h i c hi ss m a l l，e a s y,c h e a p，m u l t i-p u r p o s ea n dc o n v e n

15、i e n t,i ss u i t a b l et op o p u l a c e Sl i v e s，a l s o，i th a sv e r yh i g hp r a c t i c a b l ev a l u e K e yw o r d s：A R M，h o m en e t w o r k,h o m ei n f o r m a t i o na p p a r a t u s，u C l i n u x独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，

16、也不包含为获得墨盗盘鲎或其他教青机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：穿弓琶签字日期：矽口7 年月憎日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解苤洼盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。特授权玉壅盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：浑菩磁导师签名：签字日期：z 一7 年多月F 日I 专O 奎0签字日期：叩年月石日第一章

17、绪论1 1 嵌入式系统概述第一章绪论嵌入式系统是以应用为中心，以计算技术为基础，软件硬件可剪裁的，适合应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格综合性要求的专用计算机系统。它是一个技术密集，资金密集，高度分散，不断创新的基于硅片的知识集成系统。今天的嵌入式系统已普遍应用于国防电子、数字家庭、工业自动化、汽车电子、医学科技、消费电子、无线通讯、电力系统等国民经济的主要行业。随着嵌入式技术的发展，嵌入式系统将更广泛地应用于人类生活的方方面面。如基于嵌入式I N T E R N E T 网络的地球电子皮肤，可以嵌入到牙齿上的手机都在研发之中。著名嵌入式系统专家沈绪榜院士认为计算机是认识世界的工具

18、，而嵌入式系统则是改造世界的产物。嵌入式系统是嵌入到对象体系中的专用计算机系统。根据I E E E(国际电气和电子工程师协会)的定义：嵌入式系统是用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置。国内一般定义为嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。可以说嵌入式系统是软件与硬件的综合体【。1 1 1 嵌入式系统的发展嵌入式系统已经有了近3 0 年的发展历史，它是硬件和软件交替双螺旋式发展。1 9 7 1 年出现了第一款微处理器：I n t e l 的4 0 0 4。然后是I n t e l 公司的8 0 4 8，它出现在1

19、 9 7 6 年。M o t o r o l a 同时推出T 6 8 H C 0 5，Z i l o g 公司推出了Z 8 0 系列，这些早期的单片机均含有2 5 6 字节的R A M、4 K 的R O M、4 个8 位并口、1 个全双工串行口、两个1 6 位定时器。之后在8 0 年代初，I n t e l 又进一步完善了8 0 4 8，在它的基础上研制成功了8 0 5 1。1 9 8 1 年R e a d y S y s t e m 发展了世界上第1 个商业嵌入式实时内核(V T R X 3 2)包含了许多传统操作系统的特征，包括任务管理、任务问通讯、同步与相互排斥、中断支持、内存管理等功能

20、。随后，出现了P S O S、V x W o r k s、Q N X、P a l mO S、w i n C E、嵌入式L i n u x、u C O S、N u c l e u s，以及国内的H o p e mD e l t aO S等嵌入式操作系统。嵌入式技术的发展，大致经历了四个阶段。第一阶段是以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统，同时具有与监测、伺服、指示设备相配合的功能。这种系统大部分应用于一些专业性极强的工业控第一章绪论制系统中，一般没有操作系统的支持，通过汇编语言编程对系统进行直接控制，运行结束后清除内存。第二阶段是以嵌入式C P U 为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统。这

21、一阶段的操作系统具有一定的兼容性和扩展性，但用户界面不够友好。第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。这一阶段系统的主要特点是：嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器上，兼容性好；操作系统内核精小、效率高，并且具有高度的模块化和扩展性；具备文件和目录管理、设备支持、多任务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能；具有大量的应用程序接口(A P I)，开发应用程序简单；嵌入式应用软件丰富。第四阶段是以基于I n t e m e t 为标志的嵌入式系统，这是一个正在迅速发展的阶段。目前大多数嵌入式系统还孤立于I n t e r a c t 之外，但随着I n t e r a c t 的发

22、展以及I n t e r a c t 技术与信息家电、工业控制技术等结合日益密切，嵌入式设备与I n t e r a c t的结合将代表着嵌入式技术的真正未来。嵌入式技术飞速发展，从中可以看出嵌入式技术的发展趋势：趋势之一就是嵌入式设备提供联网功能。为适应嵌入式分布处理结构和应用上网需求，嵌入式系统要求配备标准的一种或多种网络通信接口。针对外部联网要求，嵌入设备必需配有通信接口，相应需要T C P I P 协议簇软件支持；由于家用电器相互关联(如防盗报警、灯光能源控制、影视设备和信息终端交换信息)及实验现场仪器的协调工作等要求，新一代嵌入式设备还需具备I E E E l 3 9 4、U S B

23、、C A N、B l u e t o o t h 或I r D A 通信接口，同时也需要提供相应的通信组网协议软件和物理层驱动软件。为了支持应用软件的特定编程模式，如W e b 或无线W e b 编程模式，还需要相应的浏览器，如H T M L、W M L 等。其二，嵌入式设备要实现小尺寸、微功耗和低成本。为满足这种特性，要求嵌入式产品设计者相应降低处理器的性能，限制内存容量和复用接口芯片。这就相应提高了对嵌入式软件设计技术要求。如，选用最佳的编程模型和不断改进算法，采用J a v a 编程模式，优化编译器性能。因此，既要软件人员有丰富经验，更需要发展先进嵌入式软件技术，如J a v a、W e

24、 b 和W A P 等。其三，嵌入式设备需要提供精巧的多媒体人机界面。嵌入式设备之所以为亿万用户乐于接受，重要因素之一是它们与使用者之间的亲和力，自然的人机交互界面，如司机操纵高度自动化的汽车主要还是通过习惯的方向盘、脚踏板和操纵杆。人们与信息终端交互要求以G U I 屏幕为中心的多媒体界面。手写文字输入、语音拨号上网、收发电子邮件以及彩色图形、图像已取得初步成效。目前一些先进的P D A 在显示屏幕上已实现汉字写入、短消息语音发布，但离掌式语言同声翻译还有很大距离。第一章绪论1 1 2 嵌入式操作系统嵌入式操作系统与嵌入式系统密不可分。嵌入式系统主要由嵌入式微处理、外围硬件设备、嵌入式操作系

25、统以及用户的应用程序等四个部分组成，而嵌入式操作系统主要是为嵌入式系统提供软件平台。1 1 2 1 嵌入式操作系统的特点与其他类型的操作系统相比，嵌入式操作系统具有以下一些特点。1 体积小。嵌入式系统有别于一般的计算机处理系统，它不具备像硬盘那样大容量的存储介质，而大多使用闪存(F l a s hM e m o r y)作为存储介质。这就要求嵌入式操作系统只能运行在有限的内存中，不能使用虚拟内存，中断的使用也受到限制。因此，嵌入式操作系统必须结构紧凑，体积微小。2 实时性。大多数嵌入式系统都是实时系统，而且多是强实时多任务系统，要求相应的嵌入式操作系统也必须是实时操作系统。实时操作系统作为操作

26、系统的一个重要分支已成为研究的一个热点，主要探讨实时多任务调度算法和可调度性、死锁解除等问题。3 特殊的开发调试环境。提供完整的集成开发环境是每一个嵌入式系统开发人员所期待的。一个完整的嵌入式系统的集成开发环境一般需要提供的工具是编译连接器、内核调试跟踪器和集成图形界面开发平台。其中的集成图形界面开发平台包括编辑器、调试器、软件仿真器和监视器等。1 1 2 2 典型嵌入式操作系统介绍嵌入式操作系统的种类繁多，但大体上分为2 种商用型和免费型。目前商用型的操作系统主要有V x W o r k s、W i n d o w sC E、P s o s、P a l mO S、O S 9、L y n x

27、O S、Q N X、L Y N X 等，它们的优点是功能稳定、可靠，有完善的技术支持和售后服务，而且提供了如图形用户界面和网络支持等高端嵌入式系统需要的许多高级功能；缺点是价格昂贵且源代码封闭，这就大大影响了开发者的积极性。目前免费型的操作系统主要有L i n u x 和u C O S 一，它们在价格方面具有很大的优势。下面介绍几种常用的操作系统。1 u C O S I I 嵌入式操作系统u C O S 一是一个可裁减、源码开放、结构小巧、抢先式的实时多任务内核，主要面向中小型嵌入式系统，具有执行效率高、占用空间小、可移植性强、实时性优良和可扩展性强等特点。u C O S 中最多可支持6 4

28、个任务，分别对应优先级0,-一6 3，其中0 为最高优先级。实时内核在任何时候都是运行就绪了的最高优先级的任务，是真正的实时操作系统。u C O S I I 最大程度地使用A N S IC 语言开第一章绪论发，现已成功移植到近4 0 多种处理器体系上。u C O S I I 小巧，最小内核可编译至2 K，即使包含全部功能如信号量、消息邮箱、消息队列及相关函数等，编译后的u C O S I I 内核也仅有6 1 0 K B，所以它比较适用于小型控制系统。u C O S U具有良好的扩展性能，比如系统本身不支持文件系统，但是如果需要，也可以自行加入文件系统的内存。2 V x W o r k s 嵌

29、入式实时操作系统、V x W o r k s 是W i n d R i v e rS y s t e m s 公司推出的一个实时操作系统，是目前嵌入式操作系统中使用较广泛、市场占有率较高的系统。它支持多种处理器，如x 8 6、i 9 6 0、S u nS p a r c、M o t o r o l aM C 6 8 x x x、M I P SR X 0 0 0、P o w e r P C 等。V x W o r k s 实时操作系统基于微内核结构，由4 0 0 多个相对独立、短小精悍的目标模块组成，用户可根据需要增加或删减适当模块裁减和配置系统。V x W o r k s 的链路器可按应用的需

30、要来动态链接目标模块。V x W o r k s 因其良好的可靠性和卓越的实时性，已广泛应用在通信、军事、航天、航空等高端技术及实时要求极高的领域中。3 W i n C E 操作系统M i c r o s o f t W 证d o w sC E 是针对有限资源的平台而设计的多线程、完整优先权、多任务的操作系统，但它不是一个硬实时操作系统。高度模块化是W i n C E 的一个重要的特性，这一特性有利于它对从掌上电脑到专用的工业控制器的用户电子设备进行定制。W i n C E 操作系统的基本内核至少需要2 0 0 K 的R O M。它支持W i n 3 2 A P I 子集、多种用户界面硬件、多

31、种串行和网络通信技术、C O M o L E 和其他进程通信的先进方法。W i n d o w sC E 嵌入式操作系统最大的特点是能提供与P C 机类似的图形界面和主要的应用程序。W i n d o w sC E 嵌入式操作系统的界面显示大多是W i n d o w s 里出现的标准部件，包括桌面、任务栏、窗口、图标和控件等。这样，只要是对P C 机上的W i n d o w s 比较熟悉的用户，就可很快地使用基于W i n d o w sC E 嵌入式操作系统地嵌入式设备。4 嵌入式L i n u x 操作系统L i n u x 是个与生俱来的网络操作系统，成熟而且稳定。L i n u x

32、 是源代码开放软件，不存在黑箱技术，任何人都可以修改它，或者用它开发自己的产品。L i n u x系统是可以定制的，系统内核目前已经可以做得很小。一个带有中文系统及图形化界面的核心程序也可以做到不足1 M B，而且同样稳定。L i n u x 作为一种可裁减的软件平台系统，是发展未来嵌入设备产品的绝佳资源，遍布全球的众多L i n u x爱好者又能给予L i n u x 开发者强大的技术支持。嵌入式L i n u x 版本众多，目前市场上主要主产品有：1)R T L i n u x由美国新墨西哥理工学院开发的基于标准L i n u x 的硬实时嵌入式操作系统第一章绪论R T L i n u x

33、，是R e a l t i m eL i n u x 的鼻祖。R T L i n u x 已成功应用于从航天飞机的空间数据采集、科学仪器测控到电影特技图像处理等广泛的应用领域。R T L i n u x 提供了一个精巧的实时内核，并把标准的L i n u x 核心作为实时核心的一个进程同用户的实时进程一起调度，这样做的好处是对L i n u x 的改动量最小，充分利用了L i n u x 平台下现有的丰富的软件资源。2)R T A IR T A I 是R e a l T i m eA p p l i c a t i o nI n t e r f a c e 的缩写。顾名思义知道它是一套可以用来

34、写实时应用程序的界面。大致而言，R T A I 非常小心的在L i n u x 上定义了一组R T H A L(R e a l T i m eH a r d w a r eA b s t r a c t i o nL a y e r)。R T H A L 将R T A I 需要在L i n u x中修改的部份定义成一组程序界面，R T A l 只使用这组界面和L i n u x 沟通。这样做的好处在于我们可以将直接修改L i n u x 核心的程序代码减至最小。这使得将R T A I移植到新版L i n u x 的工作量减至最低。3)M o n t a V i s t aL i n u x由全

35、球三大嵌入式L i n u x 操作系统及解决方案供应商之一的M o n t a V i s t a 软件公司开发。M o n t a V i s t aL i n u x 支持6 种体系结构的2 0 款处理器，x 8 6 L A 3 2、P o w e r P C、S t r o n g A R M、X S c a l e、A R M、M I P S 以及S H。包括K d e v e l o pI D E、目标配置工具、库优化工具。另外，它还提供超过2 1 5 个应用软件包。H a r d h a tl i n u x是由M o n t a V i s t a 公司开发产品，是目前最具影响

36、力嵌入式L i n u x。M o n t av s 谢恿过直接修改内核来扩充l i n u x 内核的实时性。4)u C l i n u xu C l i n u x 是针对无m m u 微控制领域而设计的L i n u x 系统。u C l i n u x 和标准L i n u x最大的区别是内存管理上，标准L i n u x 利用C P U 硬件的支持实现虚拟内存机制，而u C l i n u x 采用实存储器管理策略。1 2 信息家电与家庭网络1 2 1 信息家电概述1 9 9 9 年3 月微软总裁盖茨在深圳公布了该公司的V e n u s 计划，联合A M D、C C u b e、E

37、 S S 等芯片公司以及国内的联想、四通、海尔等企业，进军中国信息家电市场。之后不久，中科院也提出了女娲计划【2 1。从此，3 C 产品、数字化工程、信息高速公路、信息家电等新概念风靡全国。信息家电的应用取决于家电的类型和内容，其基本特点是低价位，高性能，并具有联网最优化、便于使用和携带的特性。据统计，世界范围信息家电发货量1 9 9 8 年为5 9 0 万台，2 0 0 2 年急剧增加到5 5 7 0 万台，年增长率达7 6。信息家电的产品和技术正在改变着人们以往的工第一章绪论作模式和生活观念，并将给人们的家庭生活带来一系列新的变化，使许多原来需要外出才能完成的工作在家里就可方便地完成，使家

38、庭生活更方便、更舒适、更安全。信息家电是3 C(即计算机C O M P U T E R，通信C O M M U N I C A T I O N 和消费电子产品C O N S U M E R)相融合的一种产品，其含义是将计算机数字化技术、现代通信技术融入传统的家用电器之中，使之智能化并具有网络信息终端的功能，可以主动地发布、获取和处理相关信息，从而使传统家庭信息化，并与I n t e r a c t 相连。信息家电的重要特征是能够主动地与网络交换信息，并具有智能化信息处理的功能。它能通过I n t e r a c t 双向传递数字化的信息，将替代P C 的网络浏览、收发电子邮件、网络游戏、视频电

39、话以及今后的网上交易等功能。信息家电能够提供较多的功能和服务，比如安全防范、消费电子产品的智能控制、交互式智能控制、家庭信息服务、智能化的故障自诊断、新功能自动扩展及家庭医疗保健等等。同传统的家电产品相比，信息家电具有如下特点：1 网络化功能：智能化信息家电可以通过家庭局域网连接到一起，还可以通过家庭网关接口与制造商的服务站点相连。2 智能化：智能信息家电可以根据周围环境的不同自动做出响应，不需要人为干预。3，开放性和兼容性：由于用户家庭的智能信息家电可能来自不同的厂商，信息家电平台必须具有开发性和兼容性。4 节能化；智能信息家电可根据周围环境自动调整工作时间状态，从而实现节能。5 易用性：由

40、于复杂的控制操作流程已由内嵌在家电里的控制器解决，因此用户只需了解非常简单的操作，例如典型的信息家电产品数字电视机，将从用户根据发射台所播出的节目来选看，而改变为发射台根据用户所选择的节目来播放。以上特点是信息家电要实现的目标，但现在产品实现离目标还有很大距离。信息家电是不断发展的，应该增加新的功能，以使其比普通家电的使用更具智能化，同时具有传统家电简单、方便、实用、耐用等特点。比如，信息家电联网应该像使用电话一样即插即用。此外，信息家电还应该能够与网络中其他信息终端自动建立通信联系，主动从网络获取信息，如网络洗衣机从网络上下载新的洗衣程序等。同时，信息家电还应该主动向网络提供本身的一些有用信

41、息，如向生产厂家提供有关故降并要求维修的反馈信息等等。总之，信息家电是网络的家电，而不是P C 的外设。也就是说，信息家电本身应具有一定的智能，并支持某种统一的、标准的通信协议和控制协议，能够互相识别，而不必像计算机外设那样必第一章绪论须受P C 的控制。在信息家电产业方面，目前，国内信息家电开发重点在于：机顶盒(数模转换机项盒和网络电视机顶盒)、智能微波炉(带嵌入式条型码扫描机和联网)、智能吸尘器(可遥控操作)、智能洗衣机(自动调节水量、温度、时间)、智能电冰箱(能判断物品存储位置和状况，自动产生采购清单)等；以及提供信息家电用的网络芯片或内置P C，使各种家电连接成数字化家庭信息系统集家政

42、、保安、灯光、空调、通信等于一体，并通过设备的远程控制和实时监测，实现设备故障的在线诊断和远程维护。总的来说，现有的信息家电智能化水平并不高。1 2 2 家庭网络概述随着计算机、电子技术、尤其是网络技术的发展，以及生活水平的提高，人们在居住环境的舒适、安全、便捷等方面对住宅提出了更高的要求。计算机和计算机互联网络的出现，不仅给人类的生活带来的极大的便利，而且实现了人类一直以来欲跨越时间和空间限制的梦想。自从有了计算机和互联网络，人们的生活方式就发生了重大改变，人们用E m a i l 通信，坐在家中就可以购物、结识远在天边的陌生人、阅览图书馆丰富的书籍等。在这样的背景下，人们开始关注居住环境，

43、尝试把I T 新技术与住宅相结合，开发网络化、智能化、数字化的新型住宅。试想，当我们工作完准备回家时，只要轻松地点几个按钮，家里的微波炉就会开始工作，为我们准备丰盛的晚餐；空调也将在我们到家前1 0 分钟开启，调整房间的温度；通过查询，发现冰箱里饮料不多了，可是晚上要招待朋友，就可以立即在网上订购。如果能实现这样的功能，那么可以为生活提供多大的便利。显然，在住宅中，单个家用电子电器产品的自动化已经不太能满足人们对自动化和智能化的需求，人们希望将全部家电联网，集成为协调一致的智能化系统，进而实现家庭网络(H o m eN e t w o r k)并能与I n t e m e t 互联实现各种方式

44、的控制。这是未来家庭发展的必然趋势。家庭网络指的是在一个家居中建立一个通信网络，将家电和设备互相连接起来，实现对所有家庭网络上的家电设备的远程使用和控制及任何要求的信息交换，如音乐、电视或数据等。智能家庭网络实现的主要功能：1 家庭自动化。能够实现对家用电器设备的自动化控制和远程控制功能，对电表、水表和煤气表用量进行自动数据采集、计量，并将采集结果传送给小区物业管理系统。2 家庭安全防范。当发生盗窃、火灾、煤气泄漏等时，通过电话线路或互联网传送到报警中心，或拨打用户主人手机、传呼机。当遇到意外情况(如疾病第一章绪论或有人非法侵入)发生时，通过报警按钮向小区物业管理中心进行紧急呼救。3 家庭通信

45、与网络应用。传递数字与多媒体信息，如电话、传真、计算机等，包括W e b 浏览器、收发E m a i l、聊天、网上购物等等。4 娱乐。连接各种娱乐性家用电器，如高清晰度电视机、家庭影院等。1 2 2 1 家庭网络发展现状家庭网络系统和信息家电潜在的市场需求和巨大的利润增长空间，对各大厂商而言是一个进军家庭消费市场的绝佳机遇。2 0 0 4 年7 月，由海尔集团、清华同方、中国网通、上海广电集团、春兰集团、长城集团、上海贝岭等七家公司发起组建了我国家庭网络标准产业联盟I T o D H o m e(e 家佳)，目的是推广家庭网络系统标准和平台产业化，进而形成规模化的产品和市场。该联盟以家庭网络

46、系统为中心，包括了电子、家电、通讯、计算机、网络运营等多领域的企业，共同支持我国家庭网络行业标准，探索家庭网络商业运作模式，为家庭网络技术发展方向及产业的可持续发展提供产业环境。现在联盟成员已经发展N 2 0 0 家。从市场需求反馈的信息，目前将家庭网络系统应用于家庭安防控制、家庭对讲、灯光控制系统及家电设备的远程控制具有现实的市场需求，工作组和联盟中已有成员单位按照“家庭网络标准开发产品。传统家电的网络化可以说正处于“产业化前期”，海尔等大型家电企业已经开发出支持标准的产品，正在积极进行市场推广。r r企业为了拓展其自身产品的市场，对家庭网络产品的推广十分积极，已经有多家 厂商推出家庭网络功

47、能的产品，但将这些产品统一到标准上还需要企业的努力。总体上讲i 我国的家庭网络标准刚刚推出，支持标准的产品以及进行家庭网络产品推广的企业在不断增加，正在形成家庭网络市场。应该说，家庭网络产业刚刚起步，还需要积极推进。1 2 2 1 家庭网络标准制定情况1 国内家庭网络标准制定情况：2 0 0 1 年1 2 月，在信息产业部科技司的推动下，前国家计委、信息产业部、国家标准化管理委员会将家庭网络系统标准制定工作纳入到国家数字电视标准体系中，并成立了“数字电视接收设备与家庭网络平台接口标准工作组，目标是制定具有自主知识产权的家庭网络系统标准【3】。2 0 0 5 年6 月，国内知名的I T、家电通信

48、、芯片、软件企业经过近4 年的努力，构成家庭网络基本技术规范的六项标准由信息产业部正式颁布为电子行业标准。六项家庭网络标准的颁布只是完成了整个家庭网络标准体系的基础协议框架，随着技术的进步，特别是家庭网络产业的发展对标准需求的发展，家庭网络标准的支持、发展和完善己成为目前家庭网络标准工作组的核心任务。总之，中国的家庭网络第一章绪论标准刚刚处于初步阶段。2 国外家庭网络标准制定情况：家庭信息化网络技术是将家电制造技术和网络技术相结合的技术，世界家电巨头为了占领家电制造业的至高点，并提升利润本己很薄的家电产品的附加值，纷纷开展家庭信息化网络技术或信息家电平台技术的研究。在韩国，三星集团推出了全面的

49、数字家庭解决方案。在其数字家庭中包含了可视对讲门铃、网络家电的控制、家庭娱乐等内容，并在2 0 0 1 年的拉斯维加斯“消费电子展”上全面亮相。L G 电子也紧随其后，推出了整体的网络家电控制系统，并在韩国的5 0 0 0 个家庭推广应用。为了解决不同企业标准的产品互连互通的问题，韩国产业资源部技术标准院提出了“共同通信网络协议，并且已被I E O 确定为国际标准方案。在日本，东芝、日立、三洋、松下等家电制造公司纷纷推出整体的家庭信息化网络解决方案，但在实践过程中他们逐渐认识到：由于家庭信息化网络的特点，单个厂家的产品不可能被消费者接受，转而进行联合，成立了“家庭信息化网络联合体，并已制定出家

50、庭网络标准E C H O N E T。美国的E C H E L O N 公司依仗其在楼宇自动化领域多年的经验及掌握着电力线载波通讯的关键技术，也进人家庭网络技术领域，并提出了L o n t a l k 通讯协议；美国家电制造商协会联合G E、惠而浦、美泰克、三星、E l e c t r o l u x、Z I L O G 等公司，于2 0 0 2 年5 月提出了“家电设备互连标准”。国际上以I n t e l、M i c r o s o f t 为代表的I T和家电巨头成立了数字生活联盟，目的是提供国际家庭网络标准和产业推广。1 3 研究工作和论文内容由于家庭网络标准不完善，各个公司的实现方式