基于物联网的智能家居技术标准化现状及发展建议.doc

1、基于物联网的智能家居技 术标准化现状及发展建议 张云勇 房秉毅 中国联通研究院 【摘 要】文章从电子、通信、建筑业、家电四个领域分别介绍了我国智能家居相关技术 标准化现状，随后分析了国外在家庭网络、综合布线及总线技术、无线通信技术和智能建 筑及多媒体方面的多种标准共存现状，最后给出了智能家居技术发展建议，提出采用标准 与非标准并举方式发展智能家居技术，指出制定智能家居技术标准的若干方向。 【关键词】物联网 智能家居 标准化 无线通信技术 1 国内标准化现状 我国政府对智能家居产业的重视程度逐步提高，工 业和信息化部、发展和改革委员会、科技部已将家庭网 络列为未来中国高新技术发展领域的重点方向之

2、一。而 早在政策升温之前，国内一些有产业前瞻性的企业已经 在家庭网络的技术研究、标准制定、产业推进等方面加 大了投入力度，力图在产业规模化之前占领市场先机。 智能家居关联的技术、产业众多，而统一的技术标准体 系可以理顺关系，为产业的发展提供规范和引导，利于 实现产品的互操作和产业规模化。经过几年的发展，中 国已经在电子、通信、建筑业、家电等几个领域出台了 首批结合中国产业基础、针对中国市场需求的智能家居 标准。 （1）电子信息领域 智能家居是传统电子信息产业发展的驱动力之一， 它的应用推广是产业升级换代的一个环节。因此，原国 家信息产业部（现国家工业和信息化部）在家庭网络 标准领域首当其冲，先

3、后组建了“信息产业部家庭网 络标准工作组”和“资源共享、协同服务标准工作组 （IGRS） ”等两个部直属标准工作组，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，该 工作组以海尔集团为组长单位，其目的是制定家庭网络 系统平台标准，共同开发拥有自主知识产权的相关标准 规范。2004 年 7 月 26 日，海尔集团联合其他六家致力于 中国家庭网络产业的企业发起组建了“e 家佳联盟” 。 这些组织联盟单位在消费电子和信息设备同时开展技术 攻关与标准研究，并于 2005 年发布了“信息产业部家 庭网络标准工作组” 、 “资源共享、协同服务标准工 作组（IGRS） ”、 “e 家佳联盟”提

4、出的标准，列举如 下： SJ/T11311-2005 信息设备资源共享协同服务 第 4 部分：设备验证 ； SJ/T11313-2005 家庭主网接口一致性测试规 范 ； SJ/T11315-2005 家庭控制子网接口一致性测 试规范 ； SJ/T11316-2005 家庭网络系统体系结构及参 考模型 。 基于上述标准，中国电子技术标准化研究所积极组 织相关国内企业在 IEC/TC100 提交了家庭多媒体网关规 范（现已进入 CD 阶段） ，在 ISO/IEC/JTC1/SC25 提交了 闪联系列技术标准（现已进入 FCD 或 CD 阶段） 。 国内企业力图通过国际标准化的方式，实现中国自 主

5、技术的国际化，争夺技术标准制高点，同时为自主标 准与国际技术标准的兼容和融合提供可操作的平台。 （2）通信领域 在电信业，智能家居可作为电信网络的延伸，将 高速数据业务引入家庭内部，构建服务于电信业务的 终端网络，有利于丰富电信业务模式，带来更多的商 业利润，因此它被电信业当作未来发展的重点业务之 一。 2005 年，中国通信标准化协会组建了家庭网络特别 工作组，研究基于电信网络的家庭网络技术标准。原信 息产业部于 2006 年颁布了首批 2 个标准： YD/T 1449.1-2006 基于公用电信网的宽带客户 网络设备技术要求 第 1 部分：网关 ； YD/T 1448-2006 基于公用电

6、信网的宽带客户 网络总体技术要求 。 上述 2 个标准初步解决了家庭网络的电信网关与电信 网络的衔接问题。 随着 3G 的开展，与第三代通信网络有关的 IPv6 也成 为推动智能家居发展的重要标准内容，目前，中国 IPv6 标准化工作已经启动。首批列入标准制定的内容包括 IPv6 基本协议、IPv6 网络总体要求、邻居发现、无状态 地址配置、移动 IPv6、路由协议 OSPF 和 BGP4 等。以后 将分批陆续制定相关的中国 IPv6 标准。3GPP 已与 IETF 合 作制定出与 IPv6 相关的移动通信标准。中国作为 3GPP 的 主要参加方之一，正提出与轻量级 IPv6 相关的移动通信

7、标准。 （3）建筑与社区信息化领域 据国家标准化管理委员会要求，2003 年，国家建 设部牵头成立了建筑及住宅社区数字化技术应用国 家标准编制委员会，负责起草用于社区物业管理、建筑 与家庭的安防、报警、三表等系统的标准化工作。国家 标准化管理委员会于 2006 年颁布了由国家建设部制定的 建筑及居住区数字化技术应用系列国家标准，包括 四个子标准： GB/T 20299.1-2006建筑及居住区数字化技术 应用 第 1 部分：系统通用要求 GB/T 20299.2-2006建筑及居住区数字化技术 应用 第 2 部分：检测验收 GB/T 20299.3-2006建筑及居住区数字化技术 应用 第 3

8、 部分：物业管理 GB/T 20299.4-2006建筑及居住区数字化技术 应用 第 4 部分：控制网络通信协议应用要求 2008 年 4 月，全国智能建筑及居住区数字化标准化 技术委员会（SAC/TC426 ） ”获得国家标准委员会的正 式批复（国标委综合【2008】108 号） 。其工作领域与 国际标准化组织 ISO/TC205 WG3 建筑物环境设计技术 委员会建筑物控制系统设计工作组相关联，主要负责全 国智能建筑及居住区数字化标准化的技术工作，包括智 能建筑及居住区数字化技术、标准制修订，相关产品检 测、认证等。2009 年 6 月 6 日技术委员会（SAC/TC426） 正式成立，并

9、在京召开了成立暨第一次工作会议。技术 委员会主要负责智能建筑物数字化系统领域国家标准的 制修订工作。 （4）家电行业 家电产业特别是传统白色家电行业对于家庭网络应 用同样存在自身需求。为了能够将通信体制落实到家电 终端，在中国家用电器研究院于 2006 年成立了标准工作 组，负责起草用于白色家电的网络家电控制规范。 国家发展和改革委员会于 2006 年颁布了由中国家用 电器研究院制定的 QB/T2836-2006网络家电通用要 求 。该标准解决了白色消费电子产品中的网络家电终 端产品内部与家庭网络接口的技术要求，其技术标准也 部分支持了信息产业部颁布的家庭网络标准技术标准。 （5）中国家庭网络

10、标准的未来走向 从已颁布的标准来看，中国电子信息产业在家庭网 络技术标准化进程中一直是一支重要的主导力量，电子 信息产业发展的速度和活跃性使之有可能影响中国家庭 网络产业发展的方向。通过几年的推进，在完善已有技 术体系的基础上，电子信息领域率先提出了国家标准制 定计划，力图促进在更多的行业使用已有技术体制，推 动多行业共进的局面。2007 年 12 月，国家标准化管理 委员会批准了由“信息产业部家庭网络标准工作组”和 “资源共享、协同服务标准工作组（IGRS） ”骨干单位 提出国家标准立项计划共 19 项（略） 。 因电信领域网络侧设备、协议还需要不断完善， 尤其是物联网的发展给智能家居带来新

11、的内容，因此 近期基于物联网的智能家居还需要进一步开展标准化 工作。 2 国外标准化现状 智能家居的国际标准还缺乏完整的体系，而且智能 家居的不同环节都有多种标准共存，如家庭网络、综合 布线、通信技术等方面都存在此类现象。 （1）家庭网络 关于智能家居的国际标准，目前主要集中在家庭 网络方面，家庭网络的国际标准目前是多种并存，如 HAVi、DLNA、HomePlug、ECHONET 、HomePNA、 PLC 等协议。各家标准还存在需统一的问题。 1998 年 5 月，松下、索尼、夏普、东芝以及飞利浦 等 8 家公司成立标准制订团体 HAVi 推动协议会，将电视 机、录像机以及大容量硬盘等视听

12、家电通过 IEEE1394 接 驳到网络上，并通过各个家电网络进行远程操作以及收 发动态图像数据的技术，2000 年 1 月份公布了该标准的正 式版本 1.0。 HomePlug 是美国家庭插电联盟（ HomePlug Powerline Alliance）的电线通讯标准接口之一，该标 准由近 50 家公司共同制定，现时版本为 1.0，其技术规 格可把多组设备透过供应电源的电线互相联系，而经 HomePlug 认证的产品可应用在个人电脑或支援以太网、 USB 及 802.11 的设备。 HomePNA 是 HomePhonelineNetworkAlliance， 家庭电话线网络联盟的简称，该

13、联盟是一个非盈利性组 织，致力于协调采用统一标准，统一电话线网络的工业 标准。该联盟在 1998 由 11 个公司（包括 3com、AMD、 IBM 等）共同建立，如今已有 100 多个公司加入，涉及 的领域包括：网络、电信、电脑硬件及其他电子工业。 HomePNA 接入方式是众多家庭网络接入方式竞争方案之 一。HomePNA3.0 于 2005 年 5 月被国际电联（ITU-T）接 受成为国际标准（G.9954） 。 （2）综合布线及总线技术 智能家居还涉及到综合布线等技术内容，在综合布 线技术标准中，ITU 发布了 G.hn 通用标准，涵盖家庭电力 线网络、电话线和同轴电缆等基础设施。此标

14、准将允许 每秒 1GB 的速度。而同轴电缆多媒体联盟（MoCA）和 HomePlug 电力线联盟也提出相应的标准，目前在此层面 上的标准还缺乏统一。 现场总线控制技术是智能家居中控制技术的重要应 用，具有数字处理和双向高速通讯的能力，分散控制， 网络规模大且具有高度的稳定性。目前世界上现场总线 的标准有 200 多个，有很多应用于建筑物的总线技术， 它们中大多数是某个具体应用的解决方案。当前国际上 具有代表性的现场总线技术与产品有 FF 总线、PROFI 总 线、LON 总线、 BAC net、CAN 总线、INTER 总线和 CC Link 总线等。在智能家居领域常见的现场总线标准 有：Lo

15、nWorks、EIB、BACNET、CAN、PROFIBUS 、 CEBUS、APBus 、X10 等。LonWorks 为 80 年代美国 Echelon 公司所提倡，并由世界各地 LonMark 协会的推 动，由于其技术的先进性获得广泛支持，LonWorks 总线 已成为美国国家标准。 （3）无线通信技术 智能家居环境下，涉及到无线通信技术实现家居各 个元素之间的互联及互通，目前适于智能家居的技术主 要有 802.11 系列、Bluetooth、Home RF、M2M 等多种方 案。 802.11b 技术，是 IEEE 的无线局域网标准，目前 802.11b、g 标准已经完善，802.11

16、n 和 UWB 标准正在 审定中。WLAN 以其移动性和便捷性受到各方的青睐， 尤其是基于 OFMA 和 MIMO 技术的 802.11n 的出现使之成 为大众所期望的终极互联技术。经过多年的技术讨论， 802.11n 的 draft4.0 已经通过，困扰 11n 的标准问题和互 通问题也有望得到彻底解决。802.11n 技术能带来高达 600Mbps 的理论带宽以及更高的无线覆盖能力，使得无 线承载多媒体应用，尤其是视频媒体成为可能。当然作 为一种无线技术，在家庭应用时受限于功率以及家庭建 筑的影响，仍然不可避免地存在覆盖问题以及在传输质 量上无法达到有线传输的效果等问题。 蓝牙技术是一种廉

17、价的、低功能的无线网络技术， 用户可以控制 10m 之内的蓝牙设备。工作在 2.4GHz 频 段，数据速率为 1Mbps。 HomeRF 工作组是由美国家用射频委员会于 1997 年 成立的，其主要工作任务是为家庭用户建立具有互操作 性的话音和数据通信网。它推出 HomeRF 的标准集成了 语音和数据传送技术，工作频段为 10GHz，数据传输速 率达到 100Mbit/s，在 WLAN 的安全性方面主要考虑访问 控制和加密技术。HomeRF 是对现有无线通信标准的综 合和改进：当进行数据通信时，采用 IEEE 802.11 规范中 的 TCP/IP 传输协议；当进行语音通信时，则采用数字增 强

18、型无绳通信标准。该标准与 802.11b 不兼容，占据了与 802.11b 和 Bluetooth 相同的 2.4GHz 频率段，应用范围主 要是在家庭网络中使用。 M2M 是智能家居结合移动通信网络的无线通信技 术，越来越受到电信运营商的重视，3GPP 在 M2M 标 准制定方面已经开展了大量工作，3GPP SA1 工作组 在 2005 年 9 月开始就针对 M2M 进行了研究，到 2007 年底完成了研究报告：TR 22.868 Facilitating M2M Communication in GSM and UMTS ，并在 2008 年 5 月开始了 TS 阶段的工作： TS 22.

19、368 Network improvement for MTC (NIMTC)，3GPP SA3 工作组在 2007 年 9 月成立了 WI：TR 33.812 Study on Remote management of USIM application on M2M Equipment 研究 UICC 应用远程管理的安全问题，包括分析安全威 胁以及定义安全需求。ITU-T 、ETSI 、ISO/IEC 主要从整 体架构方面开展包括 SG13 的 USN 网络的需求和架构设 计，ETSI M2M TC 的 M2M 需求和功能架构以及 ISO/IEC JTC1 SC6 SGSN 的 SN 研究报

20、告的研究。 （4）智能建筑及多媒体 在智能建筑领域专门针对智能建筑的总线和通信协 议，主要有美国的 BACnet 和 CEBus、欧洲的 EIB 等。楼 宇自动控制网络数据通信协议 BACnet 由美国供热、制 冷与空调工程师协会组织的标准项目委员会于 1995 年 月正式通过制定。标准编号为 ANSI/ASHRAE Standard 135-1995，同年 12 月正式成为美国国家标准，并得到欧 盟标准委员会的承认，成为欧盟标准草案。2000 年月 ISO/TC205 委员会的 15 个国家（中国、法国、日本、英 国、美国等）的代表一致通过决议，将 BACnet 作为“委 员会草案”进行广泛

21、评议，适当修改后列为“国际标准 化草案” ，最后成为国际标准。 国际电工委员会音频、视频、多媒体系统和设备分 技术委员会（IEC/TC100）与 ITU 等国际组织和厂商进 行联络，在网络侧的内容管理与维护、终端侧的机顶盒 （或多媒体终端）软硬件设计、接口、人机交互界面等 开展合作，IEC/TC100 针对网络多媒体的标准化工作也 在稳步推进。IEC/TC100 的 TA11（多媒体信息质量， Quality of Multimedia Information）已开展 PWI61966 第十部分网络彩色图像质量评估和第 11 部分网络视频质 量评估等标准的编制工作。IEC/TC100 的 AE

22、S（Audio Engineering Society）和 SMPTE（Society of Motion Picture and Television Engineers）在家庭多媒体国际标 准中具有较大的影响力。 3 标准化小结及发展建议 物联网作为国家战略性新兴产业的重要部分，智能 家居作为物联网的重要应用得到政府的支持，由于智能 家居和物联网涉及的行业较为广泛，各行业之间、用户 之间有较强的相对独立性，使得基于物联网的智能家居 在现有的架构下，没有统一的标准可以遵循，终端和网 络配合欠佳、重复开发现象严重、行业用户开发和维护 成本居高不下、各类应用无法有效管理、服务质量无保 证等问题，

23、这在一定程度上制约了智能家居的快速推广 和规模化发展。 智能家居系统的可集成性是建立在系统的开放性 基础之上的，这就要求系统所采用的协议必须有广泛 的产品支持，单一厂商的子系统不能构成智能家居系 统。 关于智能家居的标准问题，在国际上也没有统一， 目前也只是在个别领域方面有些规范。例如消费电子产 品的 CEB 行业标准、 lonwork 的工业标准和 EIB 的低压 电气的安装标准等。国内刚开始是独立功能的产品，所 以在自成小体系中各有自定义的标准（国外标准的变 异） 。家庭网络标准繁多，如 UPNP、DLNA、UOPF、 ECHONET、HomePNA、PLC 等协议。在原信息产业部 的主持

24、下制定和发布了“e 家佳”和 IGRS 两个与智能家 居有关的标准，但也不完善。局域网络（TCP/IP）和轻 量级 IPv6 是未来的智能家居主要的通讯协议，与常规的 网络标准基本统一。 当前，由于技术标准目前还难以统一，电信运营 商、智能家居设备制造企业、应用开发商、业务集成 商、智能小区开发商等一系列商家的配合还尚需时 日；另一方面，用户现阶段也有不同的实际功能需求 等因素。因此，对于分步实现、个体住宅，也不必等 待统一的技术标准，可以先行一步。采用标准与非标 准并举方式，更符合千差万别的市场实际，更有利于 启动市场。 但在国家层面，从规范市场和可持续发展的角度， 标准的制定至关重要，可以

25、从以下几个方面制定技术标 准： 智能家居传感器终端接口标准； 智能家居通信协议标准； 智能家居系统架构标准； 智能家居集中控制技术标准； 智能家居业务提供平台技术标准。 参考文献 1 Chong and Kumar. Sensor Networks: Evolution,Opportunities,and ChallengesC. Proceedings of the IEEE,2003,91(8). 2 ITU Internet Reports. The Internet of ThingsR. 2005. 3 中国科学院空间领域战略研究组.中国至 2050 年信息科 技发展路线图M. 北京:科学出版社,2009. 4 Wang MM,Cao JN,Li J et al. Middleware for Wireless Sensor Networks:A SurveyJ. Journal of Computer Science and Technology,2008:23(3):305-326.