摘 要：實現家居智能化，離不開一個易安裝、便于控制的網絡。通過對電力線通信技術的特點及利用電力線通信技術實現智能家居網絡組網的關鍵問題的分析，提出一種利用電力線通信技術組建智能家居網絡的解決方案，采用LonWorks網絡控制技術，以分布控制、集中管理為控制模式。該方案具有良好的可靠性、較高的靈活性和可擴展性。
關鍵詞：電力線通信技術；智能家居網絡；OFDM；LonWorks
中圖分類號：TN915 文獻標識碼：B 文章編號：1004373X(2008)1612203
Intelligent Home Network System Based on LonWorks
HUANG Xuhong
(Fujian University of Technology,Fuzhou,350014,China)
Abstract：Home intellectualization needs a flexible and sensitive control network.After analysing the characteristic of power line communication and discussing some key issues in the intelligent home network based on PLC,a solution of the intelligent home network based on power line communication which controls distributing and manages convergent with the LonWorks technology is proposed.The scheme has favorable dependability,agility and expansibility.
Keywords：power line communication technology;intelligent home network;OFDM;LonWorks
近年來，隨著人工智能技術和網絡技術的發展，人們的家居環境向智能化、信息化和網絡化發展將成為一種潮流。智能家居系統綜合家庭安全防范系統、家庭自動化系統、家庭通信系統和家庭文化系統，為人們提供一個安全、舒適的生活空間。要實現這樣一個智能家居系統，網絡的支持必不可少。現代家庭都敷設了電源線，電源插座隨處可見，因此利用電力線實現家庭網絡是最方便的。
1 電力線通信技術概述
電力線通信技術（PLC）是把載有信息的高頻加載于電流，用電力線傳輸，通過調制解調器將高頻信號從電流中分離出來，傳送到計算機或其他信息家電，以實現信息傳遞的一種通信方式。
電力線通信的研究和應用始于20世紀20年代初期， 20世紀末已在世界上許多國家的電力系統中得到普遍應用。進人21世紀后，隨著PLC芯片制造技術的迅速發展，此項技術的發展速度明顯加快，特別在家庭自動化和寬帶接入方面取得了長足的進步。目前PLC技術已經形成寬帶接入型與家庭網絡型2種發展模式，寬帶接入型主要提供自配電變壓器或樓邊至用戶家庭的PLC解決方案，以解決寬帶接入的問題。而家庭網絡型是指通過電力線在用戶家中組建高速LAN。這種模式的PLC只提供家庭內部聯網，即通過家庭的內部的普通電力線，進行組網連接家庭內部局域網。以上這2種模式既相互溝通，同時也各側重于電力線聯網應用的不同側面。
電力線通信技術具有以下優點：信息家電可以通過電力線進行通信，無需另外布線，利用電源線實現智能家居網絡成本較低；電力網是覆蓋范圍最廣的網絡，PLC技術可以輕松地滲透到每個家庭，其應用范圍廣泛；網絡的接入點是電源插座，電源插座隨處可見，數目較多且接插方便；不需要撥號，接入電源插座即接入網絡；電力線載波通信較容易實現自動抄表、家居監控等功能。因此利用電力線載波通信技術實現智能家居網絡最為方便。
2 電力線智能家居網絡的關鍵問題
2.1 載波技術
由于低壓電力線載波信道的傳輸特性的特點是具有時變性、衰減較大，而且各種干擾噪聲復雜。因此，采用抗干擾性強的載波技術，是電力線通信技術中的一個關鍵。為了提高電力線網絡的傳輸質量，電力線通信大都采用正交頻分多路復用技術（OFDM）進行調制。
正交頻分多路復用技術（OFDM）是一種多載波技術，其基本思想是將串行數據轉化為N個并行數據分配給N個不同的正交子載波，實現并行數據傳輸。這樣既可以得到很高的數據傳送速率，又能夠有效地抑制碼間干擾［1］。OFDM通常利用IDFT (離散傅里葉逆變換) 和DFT (離散傅里葉變換) 或者IFFT 和FFT基帶調制實現正交頻分復用發送與接收，由于子載波空間相互正交，相互重疊的子載波不會產生相互干擾。
應用OFDM技術于電力線通信中具有明顯的優越性。首先，OFDM系統中，其頻譜利用率理論上可以達到Shannon 信息論的極限。因此，OFDM頻帶利用率高。其次，OFDM抗干擾性強。由于在電力線信道中各種干擾噪聲復雜，一是存在著多徑干擾；二是由于電力線信道是一種時變衰落信道，存在著頻率選擇性衰落；此外，還有其他信道噪聲。OFDM 將高速串行數據分割后，其碼元速率為R串/ N，周期延長了N倍。當數字符號周期大于最大的延遲時間就可以有效地減弱多徑傳播的影響。對于選擇性衰落，由于在OFDM中并行數據碼元周期一般大于深衰落的延續時間，并行碼元只是輕微的受損，通常加入糾錯編碼就可以恢復。OFDM對電力線信道噪聲干擾的克服是通過開啟或關閉子載波來重新分配子信道實現，因而數據可以僅在能夠傳輸的頻譜內傳輸，從而保持合適的誤碼率。因此，OFDM技術可以有效利用現有低壓電力線實現高速數字通信。
除了OFDM技術以外，擴頻調制技術抗干擾和抗多徑效應也較強。因此，也有一些廠家采用這種技術開發電力通信產品。擴展頻譜調制技術是將待傳送的信息數據用偽隨機編碼(擴頻序列：Spreading Sequence)調制，實現頻譜擴展后再傳輸，接收端則采用同樣的編碼進行解調及相關處理，恢復原始信息數據。根據香農公式，對于任意給定的信號噪聲功率比，可用增大傳輸帶寬獲得較低的信息差錯率。擴展頻譜技術正是利用這一原理。應用擴展頻譜調制技術于電力線通信中也有其優越性。首先，由于擴頻通信電磁輻射較低，對其他通信系統的干擾小。其次，擴頻通信在空間傳輸時所占有的帶寬相對較寬， 而接收端通過窄帶濾波技術提取有用信號時，各種干擾信號只有很微弱的成份，信號的信噪比很高、抗干擾性增強。再者，擴頻通信可以實現碼分多址。擴頻調制和OFDM技術具有不同的特點，在電力線通信中選取何種載波技術應根據不同系統的要求來考慮。對于1 Mb/s左右的系統，應用擴頻技術就可以完全滿足傳輸容量的要求，且其設備簡單； OFDM雖然具有更高的調制效率，但是設備復雜，要求的協議復雜，擴頻調制方式較為經濟。當傳輸速率要求在10 Mb/s 及以上時，擴頻技術實現起來較困難。而對于相同的傳輸速率要求，OFDM技術采用并行傳輸，碼元周期較長，具有較好的抵抗碼間串擾的能力，因此在10 Mb/s及以上傳輸速率宜采用OFDM調制技術。
2.2 網絡控制技術
要組建一個控制靈活、高效率、價格適宜的家居智能網絡，選擇一個適宜的網絡控制技術是關鍵，而網絡控制技術的核心是家庭自動化網絡標準。目前，家庭自動化網絡標準有許多種，較為成熟的有X10，CEBus和LonWorks等。X10是最早應用于家庭設備自動控制系統的。 X10的控制模式為主從控制模式，信息是單向傳輸的，從控點只能接收主控點發來的信息，不能反饋，主節點無法得知從節點的狀況，無法達到真正的智能化。除此之外， X10的系統信息的傳輸較慢（傳送一個指令需時0.883 s），抗干擾性能差，可用節點數為256個，只能用于普通家庭中的簡單控制和專項控制。但X10系統價格十分低廉，而且安裝使用較方便，所以，至今仍有生產和銷售。如果只是組建一個簡單的家居智能網絡，可以考慮X10技術。
為了解決X10技術上的不足，美國電子工業協會(EIA)推出出了CEBus標準。CEBus是一個較完整的開放系統，它定義了在幾乎所有傳送媒體（Medium）中信號的傳輸標準，并要求控制信號在所有的媒體中都要以相同的傳送速度（10 kb/S）傳送，從而有效地避免信號傳輸中可能出現的"瓶頸"問題，任何符合CEBus標準的電器產品都可以直接互連及通信，其尋址能力超過40億。CEBus的抗干擾能力比X10強，控制功能亦十分豐富。但由于CEBus接口技術比較復雜，價錢較貴，因此使用CEBus產品的用戶相對較少，CEBus在中國的應用亦不多見。
LonWorks是由美國Echelon公司于1990年12月開發成功的全分布式智能控制網絡技術。1997年8月，LonWorks被EIA的集成家庭系統技術委員會(Integrated Home Systems Technical Committee)定為家庭網絡（home networking）的標準。LonWorks完全支持OSI的七層協議，具有良好的開放性、互操作性，其網絡系統組成以分布控制為控制模式。對于網絡家電來說，只需要將已定義的網絡家電之間信息傳遞的語法和語義標準在應用層實現后，就能夠實現不同廠商之間產品的相互兼容。 LonWorks的分布式架構使其具有獨立性，部分節點的故障不會造成系統癱瘓。LonWorks的傳輸速率為10 kb/s（電力線），在單一網絡中的可用節點數為32 000個以上，抗干擾能力很強，其可靠度是這3種網絡控制技術最高的（約99.8%）。 在應用上，LonWorks取得比較好的成績，特別在信息采集和控制方面已成為事實上的行業標準。此外，LonWorks具有完善的開發系統和工具，網絡通信采用面向對象的設計方法，使得網絡通信的設計簡化為參數設置，節省了大量設計工作量，使開發周期大大縮短。
雖然，LonWorks產品的價格比與X10相比較高，但X10的主從控制模式使之仍需一臺電腦集中管理并另外拉信號線加以連接才能控制，造成二次施工的困擾，更破壞了建筑物本身的美觀，而 LonWorks的分布式架構則使之免除了這些問題，每一個控制裝置都可以有隨插即用的功能，減免了二次拉線造成的成本，并避免了重新布線的不便。再者，隨著LonWorks將來的推廣，LonWorks產品的價格也會下降。此外，LonWorks可擴展性強，在將來對系統升級時，可充分利用原有資源，降低升級的復雜性及成本。
上述3類家庭自動化網絡技術都是各有其特點，組網時可根據實際情況進行選擇。但如果要組建一個統一的、操作性強、功能完善、可靠性強、可擴展性強的家居智能網絡，采用LonWorks技術是一個明智的選擇。
3 電力線智能家居網絡的組成
隨著網絡技術的不斷進步，智能家居網絡將會向著高度智能化、高度靈活性和高度可靠性的方向發展。因此，本文以LonWorks技術為基礎，采用電力線載波技術來構建家居智能網絡。該網絡解決方案如圖1所示。
該網絡以分布控制、集中管理為控制模式，其網絡系統可依靠網絡節點完成自治的控制功能，通信媒體采用電力線。主控節點與家用電腦相連，可控制功能節點的功能配置并監控功能節點的狀況，并且還負責與Internet的通信。通過主控節點可查看電表、水表、煤氣表的讀數，實現3表的集抄。功能節點可接收從電力線傳來的控制信息，完成自治的控制功能，同時反饋家電的一些狀態信息。
主控節點由i.LON網絡服務器和與接入Internet的PC機組成。i.LON網絡服務器是Echelon與Cisco公司合作開發的，能夠無縫隙地將數據與控制網絡鏈接，從而使IP網絡成為LonWorks網絡的延伸，LonWorks網絡也成為了IP網絡的一部分，這樣LonWorks網絡的所有功能特性都能夠在IP 網絡上實現。i.LON網絡服務器還具有一個可編程集中信息包的特性，從而調節發往IP網絡上，控制信息包的數率，以保證IP網絡不會有過多與控制有關的信息包。i.LON網絡服務器具有集成式Web 服務器和訪問保護功能，被授權者能夠使用PC或筆記本電腦中的Internet Explorer 或Netscape Navigator 本地或遠程觀察和控制家居智能網絡［2］。功能節點由電力線網關、信息家用電器組成。在這個網絡系統中，電力網關是一個重要的部件，它用于對網絡信息的發送與接收。
電力網關由基于LonWorks網絡系統的LonTalk網絡協議和神經芯片、電力線載波模塊和耦合電路組成，其結構如圖2所示。LonTalk網絡協議固化在神經芯片中，用以實現與網絡的連接。電力線載波模塊用于信道編碼、調制解調，以實現數據的傳輸，采用的是正交頻分多路復用技術（OFDM）。耦合電路用于隔離電力線上的高壓，過濾50 Hz電網頻率的干擾。
神經元芯片是一個帶有多個處理器、讀寫/只讀存儲器（RAM和ROM）以及通信和I/O接口的單芯片系統，它專門為低成本控制設備提供智能化和聯網能力而設計。它包括3個能夠提供通信和應用處理能力的8位處理器，兩個用于執行LonWorks協議，第三個用于設備的應用程序［2］。所以，這個芯片即有網絡通信處理功能，又有應用程序處理功能，這意味著對大部分LonWorks設備而言，只需編寫運行在神經元芯片上的應用程序代碼即可實現對與之連接的家用電器的控制從而能夠減少開發成本。只讀存儲器包含一個操作系統、LonTalk協議和I/O功能庫。LonTalk網絡協議［3］是一個與OSI七層參考模型兼容的以數據包為基礎的對等的通信協議，其開放性和客戶操作性保證了網絡系統的標準化、可持續的發展和建設。
電力線載波模塊采用DSP芯片為核心，配備與其適配的電源、復位以及各種通信接口等電路來實現信道編碼、OFDM調制解調。耦合電路采用一個電容器和一個電感器組成高通濾波器。該高通濾波器可以衰減50 Hz的電網噪聲，通過高頻的傳輸信號，實現工頻與信號的分離。另外，由于LonWorks產品的價格比較高，在組網時要注意利用LonWorks 互操作性，盡量共享傳感器或控制設備，降低它們的數量，降低成本。
4 結 語
網絡時代的技術革命為家居智能網絡的發展帶來了巨大的推動力，為了將家居智能網絡普及化，深入地研究和開發家居智能網絡技術是必要的。本文給出的一種基于LonWorks技術的電力線智能家居網絡解決方案。具有可靠性強、靈活性高、可擴展性強等特點，能充分發揮LonWorks技術的網絡控制功能。
參 考 文 獻
�。�1］姚雪峰， 涂麗琴.CDMA 與OFDM 技術在寬帶電力線通信中的應用比較［J］.桂林電子工業學院學報，2004，（5）：510.
［2］Echelon Corporation.Echelon LonWorks Products\.
�。�3］Echelon Corporation.LonTalk Protocol\.
［4］趙強.電力線通信技術應用［J］.電力系統通信，2003（1）：2527.
�。�5］丁國華.電力線高速通信技術 ［J］.中國數據通信，2006，（1）：5760.
作者簡介 黃旭紅 女，1968年12月，碩士，福建工程學院電子與電氣工程系，高級工程師。主要從事多媒體通信領域的研究。
關鍵詞：電力線通信技術；智能家居網絡；OFDM；LonWorks
中圖分類號：TN915 文獻標識碼：B 文章編號：1004373X(2008)1612203
Intelligent Home Network System Based on LonWorks
HUANG Xuhong
(Fujian University of Technology,Fuzhou,350014,China)
Abstract：Home intellectualization needs a flexible and sensitive control network.After analysing the characteristic of power line communication and discussing some key issues in the intelligent home network based on PLC,a solution of the intelligent home network based on power line communication which controls distributing and manages convergent with the LonWorks technology is proposed.The scheme has favorable dependability,agility and expansibility.
Keywords：power line communication technology;intelligent home network;OFDM;LonWorks
近年來，隨著人工智能技術和網絡技術的發展，人們的家居環境向智能化、信息化和網絡化發展將成為一種潮流。智能家居系統綜合家庭安全防范系統、家庭自動化系統、家庭通信系統和家庭文化系統，為人們提供一個安全、舒適的生活空間。要實現這樣一個智能家居系統，網絡的支持必不可少。現代家庭都敷設了電源線，電源插座隨處可見，因此利用電力線實現家庭網絡是最方便的。
1 電力線通信技術概述
電力線通信技術（PLC）是把載有信息的高頻加載于電流，用電力線傳輸，通過調制解調器將高頻信號從電流中分離出來，傳送到計算機或其他信息家電，以實現信息傳遞的一種通信方式。
電力線通信的研究和應用始于20世紀20年代初期， 20世紀末已在世界上許多國家的電力系統中得到普遍應用。進人21世紀后，隨著PLC芯片制造技術的迅速發展，此項技術的發展速度明顯加快，特別在家庭自動化和寬帶接入方面取得了長足的進步。目前PLC技術已經形成寬帶接入型與家庭網絡型2種發展模式，寬帶接入型主要提供自配電變壓器或樓邊至用戶家庭的PLC解決方案，以解決寬帶接入的問題。而家庭網絡型是指通過電力線在用戶家中組建高速LAN。這種模式的PLC只提供家庭內部聯網，即通過家庭的內部的普通電力線，進行組網連接家庭內部局域網。以上這2種模式既相互溝通，同時也各側重于電力線聯網應用的不同側面。
電力線通信技術具有以下優點：信息家電可以通過電力線進行通信，無需另外布線，利用電源線實現智能家居網絡成本較低；電力網是覆蓋范圍最廣的網絡，PLC技術可以輕松地滲透到每個家庭，其應用范圍廣泛；網絡的接入點是電源插座，電源插座隨處可見，數目較多且接插方便；不需要撥號，接入電源插座即接入網絡；電力線載波通信較容易實現自動抄表、家居監控等功能。因此利用電力線載波通信技術實現智能家居網絡最為方便。
2 電力線智能家居網絡的關鍵問題
2.1 載波技術
由于低壓電力線載波信道的傳輸特性的特點是具有時變性、衰減較大，而且各種干擾噪聲復雜。因此，采用抗干擾性強的載波技術，是電力線通信技術中的一個關鍵。為了提高電力線網絡的傳輸質量，電力線通信大都采用正交頻分多路復用技術（OFDM）進行調制。
正交頻分多路復用技術（OFDM）是一種多載波技術，其基本思想是將串行數據轉化為N個并行數據分配給N個不同的正交子載波，實現并行數據傳輸。這樣既可以得到很高的數據傳送速率，又能夠有效地抑制碼間干擾［1］。OFDM通常利用IDFT (離散傅里葉逆變換) 和DFT (離散傅里葉變換) 或者IFFT 和FFT基帶調制實現正交頻分復用發送與接收，由于子載波空間相互正交，相互重疊的子載波不會產生相互干擾。
應用OFDM技術于電力線通信中具有明顯的優越性。首先，OFDM系統中，其頻譜利用率理論上可以達到Shannon 信息論的極限。因此，OFDM頻帶利用率高。其次，OFDM抗干擾性強。由于在電力線信道中各種干擾噪聲復雜，一是存在著多徑干擾；二是由于電力線信道是一種時變衰落信道，存在著頻率選擇性衰落；此外，還有其他信道噪聲。OFDM 將高速串行數據分割后，其碼元速率為R串/ N，周期延長了N倍。當數字符號周期大于最大的延遲時間就可以有效地減弱多徑傳播的影響。對于選擇性衰落，由于在OFDM中并行數據碼元周期一般大于深衰落的延續時間，并行碼元只是輕微的受損，通常加入糾錯編碼就可以恢復。OFDM對電力線信道噪聲干擾的克服是通過開啟或關閉子載波來重新分配子信道實現，因而數據可以僅在能夠傳輸的頻譜內傳輸，從而保持合適的誤碼率。因此，OFDM技術可以有效利用現有低壓電力線實現高速數字通信。
除了OFDM技術以外，擴頻調制技術抗干擾和抗多徑效應也較強。因此，也有一些廠家采用這種技術開發電力通信產品。擴展頻譜調制技術是將待傳送的信息數據用偽隨機編碼(擴頻序列：Spreading Sequence)調制，實現頻譜擴展后再傳輸，接收端則采用同樣的編碼進行解調及相關處理，恢復原始信息數據。根據香農公式，對于任意給定的信號噪聲功率比，可用增大傳輸帶寬獲得較低的信息差錯率。擴展頻譜技術正是利用這一原理。應用擴展頻譜調制技術于電力線通信中也有其優越性。首先，由于擴頻通信電磁輻射較低，對其他通信系統的干擾小。其次，擴頻通信在空間傳輸時所占有的帶寬相對較寬， 而接收端通過窄帶濾波技術提取有用信號時，各種干擾信號只有很微弱的成份，信號的信噪比很高、抗干擾性增強。再者，擴頻通信可以實現碼分多址。擴頻調制和OFDM技術具有不同的特點，在電力線通信中選取何種載波技術應根據不同系統的要求來考慮。對于1 Mb/s左右的系統，應用擴頻技術就可以完全滿足傳輸容量的要求，且其設備簡單； OFDM雖然具有更高的調制效率，但是設備復雜，要求的協議復雜，擴頻調制方式較為經濟。當傳輸速率要求在10 Mb/s 及以上時，擴頻技術實現起來較困難。而對于相同的傳輸速率要求，OFDM技術采用并行傳輸，碼元周期較長，具有較好的抵抗碼間串擾的能力，因此在10 Mb/s及以上傳輸速率宜采用OFDM調制技術。
2.2 網絡控制技術
要組建一個控制靈活、高效率、價格適宜的家居智能網絡，選擇一個適宜的網絡控制技術是關鍵，而網絡控制技術的核心是家庭自動化網絡標準。目前，家庭自動化網絡標準有許多種，較為成熟的有X10，CEBus和LonWorks等。X10是最早應用于家庭設備自動控制系統的。 X10的控制模式為主從控制模式，信息是單向傳輸的，從控點只能接收主控點發來的信息，不能反饋，主節點無法得知從節點的狀況，無法達到真正的智能化。除此之外， X10的系統信息的傳輸較慢（傳送一個指令需時0.883 s），抗干擾性能差，可用節點數為256個，只能用于普通家庭中的簡單控制和專項控制。但X10系統價格十分低廉，而且安裝使用較方便，所以，至今仍有生產和銷售。如果只是組建一個簡單的家居智能網絡，可以考慮X10技術。
為了解決X10技術上的不足，美國電子工業協會(EIA)推出出了CEBus標準。CEBus是一個較完整的開放系統，它定義了在幾乎所有傳送媒體（Medium）中信號的傳輸標準，并要求控制信號在所有的媒體中都要以相同的傳送速度（10 kb/S）傳送，從而有效地避免信號傳輸中可能出現的"瓶頸"問題，任何符合CEBus標準的電器產品都可以直接互連及通信，其尋址能力超過40億。CEBus的抗干擾能力比X10強，控制功能亦十分豐富。但由于CEBus接口技術比較復雜，價錢較貴，因此使用CEBus產品的用戶相對較少，CEBus在中國的應用亦不多見。
LonWorks是由美國Echelon公司于1990年12月開發成功的全分布式智能控制網絡技術。1997年8月，LonWorks被EIA的集成家庭系統技術委員會(Integrated Home Systems Technical Committee)定為家庭網絡（home networking）的標準。LonWorks完全支持OSI的七層協議，具有良好的開放性、互操作性，其網絡系統組成以分布控制為控制模式。對于網絡家電來說，只需要將已定義的網絡家電之間信息傳遞的語法和語義標準在應用層實現后，就能夠實現不同廠商之間產品的相互兼容。 LonWorks的分布式架構使其具有獨立性，部分節點的故障不會造成系統癱瘓。LonWorks的傳輸速率為10 kb/s（電力線），在單一網絡中的可用節點數為32 000個以上，抗干擾能力很強，其可靠度是這3種網絡控制技術最高的（約99.8%）。 在應用上，LonWorks取得比較好的成績，特別在信息采集和控制方面已成為事實上的行業標準。此外，LonWorks具有完善的開發系統和工具，網絡通信采用面向對象的設計方法，使得網絡通信的設計簡化為參數設置，節省了大量設計工作量，使開發周期大大縮短。
雖然，LonWorks產品的價格比與X10相比較高，但X10的主從控制模式使之仍需一臺電腦集中管理并另外拉信號線加以連接才能控制，造成二次施工的困擾，更破壞了建筑物本身的美觀，而 LonWorks的分布式架構則使之免除了這些問題，每一個控制裝置都可以有隨插即用的功能，減免了二次拉線造成的成本，并避免了重新布線的不便。再者，隨著LonWorks將來的推廣，LonWorks產品的價格也會下降。此外，LonWorks可擴展性強，在將來對系統升級時，可充分利用原有資源，降低升級的復雜性及成本。
上述3類家庭自動化網絡技術都是各有其特點，組網時可根據實際情況進行選擇。但如果要組建一個統一的、操作性強、功能完善、可靠性強、可擴展性強的家居智能網絡，采用LonWorks技術是一個明智的選擇。
3 電力線智能家居網絡的組成
隨著網絡技術的不斷進步，智能家居網絡將會向著高度智能化、高度靈活性和高度可靠性的方向發展。因此，本文以LonWorks技術為基礎，采用電力線載波技術來構建家居智能網絡。該網絡解決方案如圖1所示。
該網絡以分布控制、集中管理為控制模式，其網絡系統可依靠網絡節點完成自治的控制功能，通信媒體采用電力線。主控節點與家用電腦相連，可控制功能節點的功能配置并監控功能節點的狀況，并且還負責與Internet的通信。通過主控節點可查看電表、水表、煤氣表的讀數，實現3表的集抄。功能節點可接收從電力線傳來的控制信息，完成自治的控制功能，同時反饋家電的一些狀態信息。
主控節點由i.LON網絡服務器和與接入Internet的PC機組成。i.LON網絡服務器是Echelon與Cisco公司合作開發的，能夠無縫隙地將數據與控制網絡鏈接，從而使IP網絡成為LonWorks網絡的延伸，LonWorks網絡也成為了IP網絡的一部分，這樣LonWorks網絡的所有功能特性都能夠在IP 網絡上實現。i.LON網絡服務器還具有一個可編程集中信息包的特性，從而調節發往IP網絡上，控制信息包的數率，以保證IP網絡不會有過多與控制有關的信息包。i.LON網絡服務器具有集成式Web 服務器和訪問保護功能，被授權者能夠使用PC或筆記本電腦中的Internet Explorer 或Netscape Navigator 本地或遠程觀察和控制家居智能網絡［2］。功能節點由電力線網關、信息家用電器組成。在這個網絡系統中，電力網關是一個重要的部件，它用于對網絡信息的發送與接收。
電力網關由基于LonWorks網絡系統的LonTalk網絡協議和神經芯片、電力線載波模塊和耦合電路組成，其結構如圖2所示。LonTalk網絡協議固化在神經芯片中，用以實現與網絡的連接。電力線載波模塊用于信道編碼、調制解調，以實現數據的傳輸，采用的是正交頻分多路復用技術（OFDM）。耦合電路用于隔離電力線上的高壓，過濾50 Hz電網頻率的干擾。
神經元芯片是一個帶有多個處理器、讀寫/只讀存儲器（RAM和ROM）以及通信和I/O接口的單芯片系統，它專門為低成本控制設備提供智能化和聯網能力而設計。它包括3個能夠提供通信和應用處理能力的8位處理器，兩個用于執行LonWorks協議，第三個用于設備的應用程序［2］。所以，這個芯片即有網絡通信處理功能，又有應用程序處理功能，這意味著對大部分LonWorks設備而言，只需編寫運行在神經元芯片上的應用程序代碼即可實現對與之連接的家用電器的控制從而能夠減少開發成本。只讀存儲器包含一個操作系統、LonTalk協議和I/O功能庫。LonTalk網絡協議［3］是一個與OSI七層參考模型兼容的以數據包為基礎的對等的通信協議，其開放性和客戶操作性保證了網絡系統的標準化、可持續的發展和建設。
電力線載波模塊采用DSP芯片為核心，配備與其適配的電源、復位以及各種通信接口等電路來實現信道編碼、OFDM調制解調。耦合電路采用一個電容器和一個電感器組成高通濾波器。該高通濾波器可以衰減50 Hz的電網噪聲，通過高頻的傳輸信號，實現工頻與信號的分離。另外，由于LonWorks產品的價格比較高，在組網時要注意利用LonWorks 互操作性，盡量共享傳感器或控制設備，降低它們的數量，降低成本。
4 結 語
網絡時代的技術革命為家居智能網絡的發展帶來了巨大的推動力，為了將家居智能網絡普及化，深入地研究和開發家居智能網絡技術是必要的。本文給出的一種基于LonWorks技術的電力線智能家居網絡解決方案。具有可靠性強、靈活性高、可擴展性強等特點，能充分發揮LonWorks技術的網絡控制功能。
參 考 文 獻
�。�1］姚雪峰， 涂麗琴.CDMA 與OFDM 技術在寬帶電力線通信中的應用比較［J］.桂林電子工業學院學報，2004，（5）：510.
［2］Echelon Corporation.Echelon LonWorks Products\.
�。�3］Echelon Corporation.LonTalk Protocol\.
［4］趙強.電力線通信技術應用［J］.電力系統通信，2003（1）：2527.
�。�5］丁國華.電力線高速通信技術 ［J］.中國數據通信，2006，（1）：5760.
作者簡介 黃旭紅 女，1968年12月，碩士，福建工程學院電子與電氣工程系，高級工程師。主要從事多媒體通信領域的研究。
