無線家庭控制網絡系統
來源：智慧化居住空間發展策略網

           家庭網絡是在家庭范圍內，實現信息設備、通訊設備、娛樂設備、家用電器、自動化設備、保安監控裝置等設備互聯、資源共享的一種網絡，是構成數字家庭的基礎平臺。家庭網絡主要由家庭控制子網和高速家庭主網組成。家庭網絡通過電話和互聯網, 可以實現家庭網絡與外部的信息連接，從而實現家庭網絡的遠程控制。
         家庭控制子網（Home Control Network，簡稱HCN)是一個家庭的局域通訊控制網絡。HCN網絡提供了標準化的通訊能力用作設備間的數據和服務的交換。
         在HCN中，有兩種可能的傳輸媒介：有線和無線。分別構建家庭有線控制網絡（Wired Home Control Network）和家庭無線控制網絡（Wireless Home Control  Network）。
         本文僅僅討論無線射頻媒介和無線收發器構建的網絡，這些接收器安置在家電上。本文稱無線媒介家庭控制網絡為WHCN（Wireless  Home  Control  Network）。
         家庭無線控制網絡(WHCN)屬于IEEE標準定義的低數據率的無線個人域網絡Wireless Personal Access Network（WPAN）。這樣一個低數據率WPAN，也是一個簡單的、低成本的無線通信網絡，這種網絡支持低功率和允許要求靈活應用的無線聯接。WHCN的主要目標是在家電、傳感器和監視器之間，實現易安裝、可靠數據傳輸、短距離工作、低成本和低功耗的無線網絡。同時，支持簡單和靈活的網絡拓撲。
         無線網絡支持無線通訊的功能，支持家庭控制子網設備之間的數據通信、實時傳輸數據信息、人機交互式操作和具有圖形用戶界面控制功能，使用戶方便直觀地操作和控制各個設備。
WHCN中的主要設備以及它們的關系
         無線媒介家庭控制網絡由家庭控制子網網關、移動控制終端和多個通訊模塊組成，見圖1所示。各個部分的作用如下所述：
1.家庭控制子網網關
無線控制子網網關是家庭無線控制網絡的中心。主要有如下兩種作用：
         （1）家庭無線控制網絡的信息和控制中心。
         （2）外界信息網絡（如：以太網、電話系統等等）和家庭無線控制網絡之間的接口或信息交換中心，以及家庭信息網絡和家庭無線控制網絡之間的聯合點。
作為家庭無線控制網絡的信息和控制中心，通過無線通訊中心節點模塊提供如下功能：
         ●給出友好的人機界面。用戶可以進入任一個電器的控制選項界面，控制各個家庭控制子網設備，操作簡單。
         ●具有管理各種家庭控制子網設備的功能。當新的設備加入到家庭控制子網網絡系統時，家庭控制子網網關可以注冊新設備。當網絡中的設備要求從子網系統中斷開時，家庭控制子網網關可以刪除該設備
         ●作為星狀網絡信息的互連器，所有信息都被發送到和轉送到子網網關。同時，子網網關再給預期節點發送已獲得的信息。與各個通訊模塊進行數據交換。家庭控制子網網關與各個通訊模塊之間的通訊協議遵從家庭控制子網通訊協議。
         子網網關在家庭控制子網中作為設備的一個網關，主要功能是把家庭控制子網設備和家庭主網及主要的信息網絡（如：以太網）連接起來，并實現家庭控制子網內部設備的互連。子網網關是一個符合家庭控制子網通訊協議的設備，可以與家庭控制子網設備進行數據交換。
         用戶可以通過以太網、電話線以及無線本地存儲網絡連接家庭主網關，家庭主網關可以是服務器、電話調制解調器和無線本地存儲網絡基站。
         當用戶通過以太網或ADSL登錄到家庭主網關時，就可以進入一個數字家庭網絡的控制畫面，這個畫面出現當前家庭控制子網設備，點擊要控制的家電設備的圖標，可以進入此家電的控制界面。控制界面上顯示了此家電的所有控制選項，用戶點擊想要進行相應控制的選項，子網網關與主網關通過主網關與子網網關之間的通信協議獲得相關的控制信息，并使用家庭控制子網通信協議控制相關的設備。
         用戶通過電話系統登錄到家庭主網關時，用戶可得到一個簡單聲音控制“聲音信息/控制命令”。有了這個“命令菜單”后，用戶獲得狀態查詢并設置控制命令。 這個子網網關所控制的設備的通訊模塊接收到這個數據幀，物理層對此數據幀進行基于MAC命令的處理，得到有效載荷。有效載荷再傳輸給MAC層，MAC層判斷其正確性和有效性，如正確，則得到控制命令和有效數據信息，再將它們傳輸給網絡層和設備的控制接口。如不正確，則不對此數據進行處理。
         被控設備的控制接口層對所得到的控制命令和有效數據進行數據轉換，傳輸給此設備應用層，由此應用層得到控制此設備的相應控制命令和有效參數，此設備根據這些數據信息執行相應的動作，在此動作完成后，返回給子網網關相應的反饋信息，反饋信息指示了當前此家電的現行狀態，子網網關進而把信息傳遞給主網關。當主網關接收到反饋信息后，更新此家電的控制界面，顯示此家電當前的運行狀態。
         運行狀態包括事件信息和警告信息，這些信息可以發送給用戶，用戶產生進一步的指示和命令。 這是子網網關在遵循家庭控制子網通信協議，進行的一次完整的通訊過程。
2.移動控制終端
         移動控制終端在WHCN是一個專用和簡單的顯示器和控制終端，它不是網關。移動通信控制終端loaded加載一個無線模塊，它通過無線通訊方式與家庭控制子網設備通信。
移動控制終端具備三個主要功能：
         （1） 用戶可以通過移動控制終端獲得各種服務的平台；
         （2）與家庭控制子網網關相互通訊，實現所有家庭控制子網設備的集中控制；
         （3） 在緊急情況下，移動控制終端可以和各個節點直接通訊。
         移動控制終端支持無線通訊的功能，支持家庭控制子網設備之間的數據通信、實時傳輸數據信息、人機交互式操作和具有圖形用戶界面控制功能，使用戶方便直觀地操作和控制各個設備。 移動控制終端與各個通訊模塊之間的通訊協議遵從家庭控制子網通信協議。
3.無線通訊模塊
         無線通訊模塊是家庭控制子網設備的通訊核心，通訊模塊是各個家庭控制子網設備和無線網絡的無線通訊接口單元。無線通信模塊支持家庭控制子網內部各個設備之間的數據通信，通訊模塊遵從家庭控制子網通信協議。
在家庭無線控制子網中，無線通訊模塊是基本單元。在家庭控制子網網關和移動控制終端中，無線通訊模塊是部分功能模塊。一般來說，子網網關中的無線通訊模塊，叫做無線通訊中心節點模塊，發揮協調器的作用。
4.無線通訊轉發器
對于一個包含較大工作范圍的網絡或工作環境復雜（室內環境）的網絡，需要一種專用單元：無線通訊網絡轉發器。
無線通訊網絡轉發器是一個專用無線通訊模塊。它從一個或多個方向接收信號，然后向全部方向或特殊方向發射處理信號。
處理包括：
    ●擴大收到信號的能量；
    ●改變網絡中傳輸信號的路徑方向。
轉發器和無線通訊模塊的不同點：
    ●轉發器不是全功能無線通訊模塊；
    ●轉發器不與設備連接。
5.家庭控制子網網關和移動控制終端之間的關系
從功能方面來看，家庭控制子網網關和移動控制終端都是WHCN的控制終端，它們在無線網絡中發揮核心作用。
家庭控制子網網關是WHCN的控制中心，它不僅支持無線收發器的網絡管理，也支持設備的管理。同時，它是家庭控制子網和外界信息網絡的唯一網關。
在WHCN中，移動控制終端是一個特殊的無線收發器，是有較大存儲空間的專用無線通訊模塊。當網絡聯接建立起來后，移動控制終端從網關下載注冊信息，移動控制終端保存WHCN的所有信息。否則，移動控制終端對這個網絡來說可能是一個PDA或者打包PC機，也可能是一個監視終端。移動控制終端可以接收網絡設備的數據和狀態并且借助網關給每個設備發送控制命令。 …….