3.1　家庭網絡

3.1.1　家庭網絡概述

3.1.1.1　家庭網絡概念

在智能家居系統中，家庭網絡成為提供家居服務的基礎支撐平臺，為智能家居的構建、運行和應用提供了統一的支撐環境。智能家居就是以家庭為中心，建立一個實時、高效的控制系統。家庭網絡是指融合了家庭通信網絡、家庭控制網絡和多媒體信息網絡的家庭信息化平臺。在家庭范圍內實現信息設備、控制設備、通信設備、娛樂設備、家用電器、自動化設備、照明設施、安保設備等互聯互通的網絡平臺，在家庭范圍內實現資源共享。在智能家居系統中，家庭網絡為每個控制節點提供安全、可靠的通道，在家居系統的實時控制下，通過軟件及硬件相應的執行機制，對連接到智能家居網絡上的各種設備進行監測和控制。

智能家居需要網絡的支持來與外界溝通，實現與外界智能家居設備的信息交互，滿足用戶遠程監控家居設備的需求，對家用電器實現遠程控制和狀態查詢，滿足人們對安全、舒適、便利生活的需求。家庭網絡從產品上涉及通信網絡終端制造商、芯片制造商及相關的軟件提供商和家電制造商等，其發展與家庭網絡的聯系必不可少，對家庭網絡的發展也起著重要作用，家庭網絡的發展離不開技術支持及家電行業的貢獻，通過對技術的革新和家電行業的應用可以更快促進家庭網絡的進步和發展。

基于物聯網有線通信和無線通信相結合的控制模式，為智能家居系統提供了一種有效的解決方案，也是未來智能家居家庭網絡的發展趨勢，為人們實現家居方便、生活舒適、隨意接入網絡的家庭生活提供通信服務。

3.1.1.2　家庭網絡類型

家庭網絡是智能家居系統的重要組成部分，通過家庭網絡的構建，使家庭內部各功能子系統的終端/設備能夠互聯，實現智能家居的各種功能與服務。因此，在家庭范圍內建立一個低成本、高效率的家庭網絡是智能家居控制系統的關鍵。智能家居系統先是通過家庭網絡實現家庭內各種終端的信息采集、設備聯動、遠程控制等功能，然后通過家庭網絡將數據傳輸到互聯網。

智能家居設備是通過通信網絡連接從而達到共享和交換信息的目的，因此通信網絡在整個智能家居生態系統中起著舉足輕重的作用。智能家居網絡有兩個主要元素：通信協議和物理連接。通信協議基于通信介質可以分為三大類：有線、無線和混合介質。有線介質通過使用電話線、雙絞線、光纖等進行通信；無線協議通過使用RF和ISM頻段進行通信；混合協議通過使用有線和無線介質進行通信。從數據容量、速度、距離、成本和安裝要求來講，不同的物理連接具有不同的優點和限制。不同的物理連接類型適合不同應用或預定類型的服務，大量的通信協議依賴于它們相關聯的物理介質，不同的網絡和協議由不同的制造商或供應商來開發和支持。智能家居系統中常用的通信協議有很多，需要根據實際需求進行選擇。

目前，構建家庭網絡的通信技術主要包括有線網絡技術及無線網絡技術。智能家居系統的家庭網絡采用的技術方案大體可以分為三類：一是采用有線組網技術：CAN（Controller Area Network）總線、LonWorks、X.10、PLC、RS232/485等技術；二是使用無線組網技術：WLAN、Wi-Fi、ZigBee、GPRS、藍牙、DNLA、NFC、Z-Wave、NB-IoT、eMTC、LoRa、Sigfox等；三是采用有線與無線相結合的混合組網技術。混合組網模式是智能家居未來組網應用的發展趨勢。

有線組網技術方案的優點是，可靠性高、抗干擾性能好、吞吐量大、適合遠距離通信，適合別墅、商品房、大型工廠等高端市場。但是，采用有線網絡方案的智能家居，布線煩瑣，造價昂貴，有線傳輸方式增加和刪減設備都要重新布線，不利于家居的美觀，并且系統可擴展性差，系統安裝和維護成本高，移動性差。

無線通信技術在智能家居系統中，能夠實現系統的靈活組網與無線遠程控制。無線組網技術方案可擴展性好、安裝維護成本低，但其可靠性、抗干擾性、吞吐量、安全性不如有線技術方案。

有線組網與無線組網相結合的技術方案是目前普遍采用的方案，也是未來的發展趨勢。從產業生態角度來看，有線與無線組網適合不同的市場領域，有線組網與無線組網相結合的生態環境是大勢所趨。有線組網可靠性好，成本較高，適合高端市場。無線組網可擴展性好、成本低，其在大眾消費市場的商用成為市場的競爭焦點。從投資商的角度來看，大眾消費市場的火熱成為智能家居行業快速成長的驅動因素，因此智能家居行業最大的熱點和投資機會是無線組網技術在大眾消費領域的應用。

1. 有線網絡

有線網絡在之前的智能家居領域應用較為廣泛，有線網絡與無線網絡相比具有更加安全可靠且能夠支撐大量數據存儲等特點。在現實的家庭應用中，以太網的使用較為普遍，其優點是比無線網絡更加快速，并且價格較為低廉，但以太網的線纜成本是累加的，網絡中計算機的使用數量越多費用就越高。同時，以太網的使用范圍受到一定限制，如果不是在房屋建造的初期就預先安裝以太網線纜，使用過程中在線纜沒有覆蓋的區域，有線網絡設備由于無法接入以太網線纜而無法使用。有線方案以電力線、電話線、雙絞線為主，有線方案控制精確，但需要復雜布線，不易擴展，改造成本較高，因此，多數在建造之初就要設計線路、耗費較多、維護麻煩，不宜推廣。

（1）總線技術。

總線技術是指通過家庭總線把家庭內的各電子、電氣設備緊密結合到一起，構成一個家庭網絡。目前市場上主要的總線技術有Profibus、Lonworks、RS485和CAN總線等，以及專門針對智能型建筑的總線，如美國的CEBus和BACnet、歐洲的EIB、日本的HBS總線等。

（2）電力線載波技術。

電力線載波通信是利用現有電力線，通過載波方式進行信號傳輸的技術，是電力系統特有的通信方式。電力線載波通信最大的優勢是不需要重新布線，借助現有的電力線就能進行數據的傳遞，從而節約了成本，實現了智能設備之間的通信與控制，在家庭網絡的組網技術中有其特殊的優勢。

2. 無線網絡

為彌補有線網絡的不足，在技術方面進行革新，形成了無線網絡技術。無線網絡是在有線網絡的基礎上發展起來的，相較于有線網絡無線網絡更加便捷。通過無線路由器或信號增強器就可以將網絡的信號進行覆蓋。無線路由器的信號可以在家庭內進行全方位的傳播，但因為墻壁的阻擋問題可能造成無線信號減弱或中斷，但可以利用信號增強設備或中繼器進行輔助來增加信號的強度。另外，由于無線網絡是區域全方位覆蓋，在使用中不僅可以滿足自身使用，也有可能被其他使用者盜用。因此，在無線網絡配置中最常用的方式是加密，通過密碼驗證和加密傳輸對無線網絡的使用進行保護。

現在網絡技術已經比較成熟，而傳感網絡因為無線網絡的日益成熟也為物聯網提供了選擇。目前發展較成熟的無線通信技術主要有射頻標簽（RFID）、無線局域網（WLAN）、藍牙（Bluetooth）技術、無線保真（Wi-Fi）、超寬帶（UWB）、紅外線數據通信（IrDA）、ZigBee（紫蜂）、NB-IoT、eMTC、LoRa等。物聯網通過通信技術將人與物、物與物進行連接。在智能家居、工業數據采集等局域網通信場景一般采用短距離通信技術，但對于廣范圍、遠距離的連接則需要遠距離通信技術。LPWAN（Low Power Wide Area Network，低功耗廣域網絡）技術正是為滿足物聯網需求而產生的遠距離無線通信技術。LPWAN以低功耗、低成本、大連接、易部署等優勢受到了產業鏈極大的關注與青睞。目前，低功耗廣域網絡技術標準非常多，通過其所使用的無線電頻譜特點可以分為兩類：基于授權頻譜的技術和基于非授權頻譜的技術。基于授權頻譜的低功耗廣域網絡技術是由業內知名的標準化組織3GPP推出的，有窄帶物聯網（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）、LTE增強機器通信（LTE enhanced Machine Type Communication，LTE-eMTC）和GSM覆蓋增強技術（Extended Coverage GSM，EC-GSM）三種。而基于非授權頻譜的技術非常多，當前主要活躍于物聯網市場中的是芯片公司Semtech推出的LoRa、法國物聯網公司推出的Sigfox、美國Ingenu公司推出的RPMA，以及Weightless、Nwave、WAVIoT等數十種開源或私有技術。

無線網絡方案具有輕便、成本低、布置簡單、操控方便等優點，但無線網絡方案要求智能家居系統的設備具有無線接口，對電器設備有一定要求，因此在操控行為和電器類型上受到限制。但隨著硬件技術的不斷發展，智能插座、紅外模塊都很快進入了市場，越來越多的電器提供藍牙、Wi-Fi等通信接口，對無線智能家居系統是一個強大的支持和推進。

3. 融合網絡

隨著物聯網技術的廣泛應用以及通信技術的不斷發展，在智能家居通信網絡技術領域出現了多種解決方案，不同的解決方案都具有相應的優勢和不足。因此，多種通信技術并存是不可避免的現實，不同的通信技術在不同場景各有其優勢。常用的方式是將近距離和遠距離傳輸的技術相結合，達到高效、遠程傳輸的目的。為了能夠很好地服務于智能家居應用，選擇合適的通信網絡解決方案是關鍵。本書遵循通信技術相互依存、共同發展的思路，對符合不同智能家居應用場景的通信技術進行簡單的描述，為家庭網絡環境構建技術的選擇提供參考。

3.1.1.3　家庭網絡的特點

1. 高速率傳輸

在新一代的寬帶網絡中，用戶的許多業務都可通過光纖進行傳輸，通過光纖的鋪設，使得網絡進入用戶的生活，提升了網速，并且將數字電視等技術應用到網絡中。可視電話和各項技術的高速融合，成為運營商進行家庭業務傳輸的主要方式，實現了網絡和家庭的全方位融合。

2. 業務聯系密切

在“大寬帶”的背景下，家庭網絡和相關業務之間的聯系較為密切，包括無線網絡的覆蓋、有線網絡的接入和移動多頻的互動等。如現階段的手機或平板電腦在家中一般通過無線網連接互聯網，實現視頻交流和相關的電子通信。家庭中的有線網絡可以通過數字電視的線路進行安裝和使用，實現寬帶的接入，而不僅僅依靠光纖。數字電視可以和手機連接，這樣就能夠在電視上和手機中同時觀看相關的電視節目，使電視的使用更加便捷。

3. 服務種類多元

為了在使用中實現提速并且價位保持不變，大多數的應用商采用的是“業務填充”的方式將傳統的互聯網技術和數字化的家庭智能網絡技術進行結合，不僅可以在計算機和數字電視中進行使用，還可以通過手機等智能設備在空調、熱水器等各電器化產品及保全系統中建立全方位、立體化的數字家庭新體驗。

4. 實現方式智能化

家庭中無線網絡的覆蓋，使得用戶不再為家庭網絡的鋪設而浪費精力，也不用再為如何將設備中的各網線進行連接而花費精力，只要通過無線網絡就能夠使這些情況得到改善。通過無線網絡的使用，可以將家庭中的一些智能設備進行連接而不再需要有線網絡的連接。家庭網絡的智能化使得網絡中出現的問題和故障可以遠程解決，使得網絡的使用更加便捷，為用戶帶來更好的體驗和滿足，提供更加優質的服務。

3.1.2　家庭網絡技術發展

3.1.2.1　家庭網絡技術簡介

雖然智能家居的概念從20世紀80年代起就被提出，并引起了廣泛的關注。但在21世紀初以前，盡管智能家居的概念通過科幻題材的影視作品已深入人心，但幾乎沒有實際面世的產品和方案。這種狀況的出現與當時計算機處理能力有限，沒有適應家庭場景的網絡技術，使得產品的自動化程度不高，設備部署不靈活，從而導致智能家居解決方案實用性不強等因素有關。

家庭網絡隨著時間的推移不斷發展進步，速度不斷加快，包括千兆以太網、IEEE 802.11n和同軸電纜、電力線等技術相繼出現。在2008年，10/100M以太網是家庭網絡的主要技術，隨著技術的不斷進步，基于IEEE 802.11標準的無線局域網（Wireless Local Area Networks）不斷超越以太網，許多無線網絡用戶將網絡進行升級，轉向技術更加強大的IEEE 802.11g，使得網速不斷提升。但是當時的無線網絡并沒有普及，也沒有相關的技術將有線網絡轉化成無線網絡，因此相關的技術設備不能夠廣泛使用。傳統網絡是由骨干網、接入網組成，家庭用戶只是被當作單一的網絡終端（Network Terminal，NT）來對待。在新的家庭網絡出現后，網絡結構演變為有線網絡和無線網絡兩種方式，有線網絡具有代表性的系統有HomePNA、USBII、IEEE 1394等，而且在近期其標準化工作正伴隨著技術進步和商業運作而日臻完善。無線網絡的代表系統有藍牙、RF、IrDA、ZigBee、Z-Wave等近距離無線通信技術，以及滿足物聯網對遠距離、低功耗連接需求的NB-IoT、eMTC、LoRa、Sigfox等低功耗廣域網絡（Low Power Wide Area Network，LPWAN）技術。

3.1.2.2　無線網絡技術分類

無線通信技術分類有不同的標準，主要包括美國聯邦通信委員會（Federal Communications Commission，FCC）分類、KEYSIGHT分類和IEEE分類。

1. 美國聯邦通信委員會分類

2015年，美國聯邦通信委員會技術咨詢委員會的網絡安全工作組（Technological Advisory Council，TAC）在一份白皮書中將物聯網通信技術分成了以下四類：第一類是移動廣域網絡（Mobile Wide Area Network，Mobile/WAN），覆蓋范圍大且支持移動；第二類是廣域網（Wide Area Network，WAN），覆蓋范圍大，但為非移動技術；第三類是局域網（Local Area Network，LAN），覆蓋范圍相對較小，如住宅、建筑或園區范圍內；第四類是個域網（Personal Area Network，PAN），覆蓋范圍從幾厘米到幾米。

美國聯邦通信委員會無線通信技術分類如圖3-1所示。

盡管Sigfox技術與LoRaWAN技術都屬于LPWAN領域中的窄帶通信技術，也可以支持廣域覆蓋，但美國聯邦通信委員會的TAC卻將Sigfox技術劃分到LAN分類中，而LoRaWAN技術則被劃分到WAN分類中。Weightless SIG在LPWAN領域中主推的技術是Weightless-P，而不是Weightless-N/W，但WAN分類中卻只包含了Weightless-N/W技術。同時，目前作為LPWAN領域中的窄帶通信技術較為熱門的NB-IoT技術也沒有被納入該分類。隨著新技術的不斷出現，物聯網市場的格局也在不斷發展變化。

2. KEYSIGHT分類

KEYSIGHT按照10cm、5km、100km通信范圍將物聯網領域的無線通信技術分成三大類，并對各大類的無線通信技術進行詳細劃分，三大類是近場通信、局域網通信和廣域網通信。KEYSIGHT的無線通信技術分類情況如圖3-2所示。KEYSIGHT的無線通信技術分類情況的相關術語見表3-1。

3. 國際電氣和電子工程師學會（IEEE）分類

國際電氣和電子工程學會定義的關于局域網和城域網的IEEE 802系列標準，也成為一些物聯網通信技術的基礎。IEEE無線通信技術標準劃分如圖3-3所示。

對無線通信技術的分類不能一概而論，簡單易于接受的分類方式是基于通信距離的角度進行劃分，但無線通信技術又是相對存在的，如廣域寬帶和廣域窄帶、高速率和低速率，這些都是適應不同的應用需求而存在的。在選擇物聯網通信技術時，不僅需要考慮距離因素，還需要兼顧頻段、功耗、數據速率、安全及網絡部署等因素，才能選擇實用的通信技術。

3.1.2.3　無線網絡技術發展概況

無線網絡技術面世之初遵循的標準是IEEE 802.3，與普通的有線以太網沒有區別。隨后技術人員發現，無線傳輸相對于有線傳輸有著獨特的技術特點，無線傳輸的傳輸速率低且更易受到干擾，且不同廠商的解決方案互不兼容，這些對無線網絡技術的應用和普及都造成了影響。

1997年6月，IEEE 802.11標準被推出，其作為一個專門的無線局域網標準，針對物理層、數據鏈路層和設備兼容性進行了統一規定，在一定程度上解決了兼容性問題，是無線局域網發展的開端。同時，計算機處理能力的提高也讓具有人工智能的設備得到普及，設備自動化程度有了很大的提升。無線局域網的某些特性，如工作在2.4GHz或5GHz頻段、CSMA/CA（帶沖突檢測的載波偵聽多點接入）等技術規范沿用至今。隨著IEEE 802.11協議組的不斷完善，IEEE 802.11g，IEEE 802.11n相繼推出，每次都大幅提升了無線局域網的傳輸速率。目前IEEE 802.11ac，理論上已經可以以高達1Gbps的速率傳輸數據。

無線傳感器網絡（Wireless Sensor Network）的出現再一次推動了無線網絡技術的進步。在無線局域網得到發展的同時，偏向于個人手持設備遵循IEEE 802.15協議組標準的無線接入網絡應用也獲得了市場認可，并與無線局域網技術一同發展壯大。2000年12月，國際電氣和電子工程師學會制定了IEEE 802.15.4標準，目標是創造一個低數據速率的無線個域網（Wireless Personal Area Network，WPAN）標準，用于解決較低數據速率在低成本硬件設施之間的傳輸。基于IEEE 802.15的無線傳感器網絡由各類節點組成，通過部署在特定范圍內的大量傳感器節點以自組網方式構建網絡，由管理節點發布監測任務和采集信息。IEEE 802.15.4標準自從推出后就被工業控制領域看好，得到了長足的發展。無線傳感器網絡技術應用范圍很廣，在軍事、工業控制、安保、精細農業、智能醫療等諸多領域均有使用。

被市場接受并被廣泛使用的無線傳感器網絡應用限制在工業控制自動化、軍事和氣象預測等有限領域。其網絡應用的共同特點是，網絡范圍較大或極大、網絡的架設者均有足夠的財力或不需要考慮搭建網絡的成本等。而預想中的精細農業、智能醫療、智能家居等應用僅僅出現在高校的仿真實驗室或網絡公司的展示樣板間等地方，分析其原因如下。

（1）組網設備成本較高，不易被普通用戶所接受。以智能家居為例，ZigBee是目前較為成熟的WSN解決方案，但智能家居并不需要大量無線模塊來分擔成本。單獨購買幾個ZigBee模塊僅芯片成本就很高，再加上安裝設計和其他配套設備的費用，商業化后上百元的費用卻僅僅用于開關電燈的場景，使得其成本過于昂貴而不易被家庭用戶接受。

（2）網絡覆蓋范圍小，進一步增加了組網成本。智能家居無線傳感器網絡的覆蓋范圍較小，且傳感器、通信模塊數量需求少。但是，每一個家庭都需要有相應的控制軟件來適應各自家庭不同的網絡環境，以及滿足不同用戶的個性化使用需求。因此，相比為企業建設規模較大的統一無線傳感器網絡，針對智能家居的網絡建設成本就會進一步加大，并轉嫁到最終用戶身上，從而使得其應用受到限制。

（3）大量與民用不符的協議特性，造成資源浪費。工業控制自動化現場、軍事監控網絡等場景需要信息及時、準確、有效地傳達，因此所有無線傳感器網絡通信協議均有完善的傳輸控制、數據校驗等機制，否則會帶來災難性的后果。但是，家庭無線傳感器網絡是否需要嚴格的可靠性是有待商榷的，且復雜的傳輸控制、數據校驗等機制的采用不但增加了設計成本，也增加了功耗，造成能源和資金的浪費。

2004年，基于IEEE 802.15.4標準的ZigBee協議誕生。經過不斷的完善，依靠低價位、低功耗和低復雜度等優勢，成為無線傳感器網絡協議中的有利競爭者，成為無線傳感器網絡在現實生活中使用最為廣泛的無線傳感器網絡標準。與ZigBee同時代的標準還有很多，由于國家間競爭、企業乃至企業集團間競爭等原因，Z-wave、ANT、Enocean等也均有特定范圍內的廣泛應用，只是它們之間互相不兼容，造成了跨網用戶使用的不便。由于互聯網的廣泛應用及移動客戶端的出現，用戶需要簡單地通過手機、平板、筆記本電腦來監控無線傳感器網絡，將無線傳感器網絡連入互聯網已是大勢所趨。但互聯網是IP網絡，而IP網絡一度被認為無法應用于低功耗網絡環境，且IPv4有限的地址數量也限制了動輒成百上千終端組網的無線傳感器網絡。

隨著IETF推出的同樣是源于IEEE 802.15.4標準的IPv6/6LoWPAN（IPv6 over Low Power WPAN）協議的出現，徹底改變了IP網絡不能在低功耗網絡中使用的情況。開發該協議的工程師發現，經過修改的輕量級IP協議，也可以滿足在低耗能設備上長期使用，并且IPv6的編址采用128位，多達2128個IPv6地址，徹底解決了IP地址數量不足的問題，也解決了無線傳感器網絡終端節點數量龐大導致IP地址不夠分配的問題，基于IP協議的無線傳感器網絡實現已經成為現實。

相比之下，傳統無線傳感器網絡解決方案通過IP網關負責無線傳感器網絡與互聯網的通信，原生的6LoWPAN網絡與互聯網通信不需要網關，每個節點均可以按需精確定位，擁有傳統無線傳感器網絡不可比擬的優勢，因此基于IPv6的6LoPWAN才最有可能成為最終的事實標準。

物聯網通過通信技術將人與物、物與物進行連接。智能家居、工業數據采集等局域網通信場景一般采用短距離通信技術，但對于廣范圍、遠距離的連接則需要遠距離通信技術。LPWAN（Low Power Wide Area Network，低功耗廣域網絡）技術正是為滿足物聯網需求而產生的遠距離無線通信技術。在國內，“三大電信運營商”都在加速LPWAN布局，使NB-IoT（Narrow Band Internet of Things基于蜂窩的窄帶物聯網）和eMTC互相補充、共同發展。

3.1.3　智能家居家庭網絡

3.1.3.1　家庭網絡構成

智能家居是未來的發展趨勢，將家庭中的各種電子、電器設備通過家庭網絡連接起來，實現對設備和家居環境的智能管理、遠程監控和資源共享，為用戶提供一個安全、舒適、高效和便利的生活環境。智能家居系統將各工程學科領域的技術相結合，如計算機技術、控制技術、網絡技術、通信技術及嵌入式技術等，通過智能家庭網關和家庭網絡為整個家居環境中的智能電子設備和家用電器提供互聯互通，實現本地及遠程管理和訪問，提供認證和授權安全機制來保護家居環境中的網絡設備免遭非法入侵和家庭信息安全，從而保證家庭內的各種設備能夠安全高效運行。

隨著電子信息技術和通信技術的發展，家庭中信息設備種類和數量急劇增加，而隨著3G、4G和5G移動網絡業務的普及，手機、平板電腦等個人終端成為家庭信息設備的重要成員。因此如何將種類繁多、形態各異的家庭信息設備進行互聯，組成一個方便使用、靈活安全的家庭網絡成為一個大家關注的問題。傳統上家庭網絡中的設備可以劃分成三類功能中心：家庭內部互聯、音視頻媒體共享和安防控制。網絡中心是以物聯網網關為代表的通信控制設備；娛樂中心是以機頂盒、智能電視等為代表的媒體、娛樂存儲和互動設備；控制中心是用于低速IP控制業務和非IP設備控制和代理的設備。

智能家居家庭網絡的產生和發展都是通過通信介質實現的。為了更好地將家庭信息設備連接起來，實現家庭內部的信息共享，家庭中心可以通過家庭網關接入互聯網。家庭網絡不僅對通信和生活產生影響，還為廣播、建設、電子應用及軟件的應用提供了更多的選擇，給相關產業的聯合提供了條件。家庭網絡的使用已經不再局限于基本的操控，而是全方位地覆蓋家庭全局，為全家提供高質量的生活體驗。智能服務通過家庭網絡為用戶提供安全管理、通信娛樂、能源監控、家電控制、醫療康復、家庭環境控制和人性化智能服務等。

家庭內部的各種設備和子系統可以通過家庭網關統一接入互聯網。在此基礎上，可以構建家庭內部的家庭網絡（包括家庭局域網、家庭物聯網及無線廣域網連接）。家庭內部的智能設備或普通設備通過家庭網絡集成到一起，不同類型的設備生成異構數據，并實現對應的功能和執行操作。在家庭網絡的支撐下，家庭設備將數據上傳到智能家居服務器形成感知信息，智能終端接入家庭網絡對智能家居進行監測和控制。當需要進行控制下發時，將控制命令發送到智能家居服務器，經過互聯網、家庭網關、家庭網絡到達具體設備。家庭設備收到命令數據后，進行相應的操作實現家庭設備控制，在需要時還可以將命令執行結果反饋到智能家居服務器及智能終端。

智能家居家庭網絡的構成如圖3-4所示。

3.1.3.2　家庭網絡功能

智能家居系統可以通過家庭網絡對家居生活進行智能化管理，使用網絡服務和互聯網應用，讓所有家庭內部的智能設施相互聯動，為用戶帶來智能化的生活。用戶通過家庭網絡可以隨意管理各種智能設施達到理想的效果，為用戶的生活創造方便、舒適、安全的條件。家庭的智能化以用戶體驗為核心，旨在讓用戶在家庭中像呼吸空氣一樣享受智能化應用帶來的便利，智能化體驗的基礎是家庭終端產品及家庭網絡。家庭網關將家庭網絡與外部網絡進行連接，在整個家庭網絡的支撐下完成家庭內部的管理和控制。因此，家庭網關的智能化也成為實現智慧家庭的必要條件之一。在“大帶寬”接入成為常態后，更優質的應用體驗便取代一味地提升接入速率，成為吸引用戶的不二法門，將可管控的家庭網絡延伸到用戶身邊即是網關智能化的核心價值。

3.1.3.3　家庭網絡優勢

操作隨意性也就是操作方式的多樣化，用戶可以用智能觸摸屏控制，同時也可以用智能遙控器控制，還可以用手機或平板電腦進行控制。另外，智能家居可以在任何時間、任何地點和任何情況下對室內外任何設備實現及時、全面的了解和控制。家庭燈光照明可以根據消費者的個人需求，達到不同的情景效果，如預先設置“回家模式”，在打開門的時候，需要打開的燈自動亮起，窗簾自動打開，各種需要打開的家電設備也會自動打開。智能家居系統中的各種智能化設備可以通過家庭網絡實現互聯，達到用戶理想的要求。另外，智能家居系統可以借助通信協議實現信息共享和即時傳遞。智能家居系統可以滿足不同類型、不同檔次、不同風格住宅用戶的需求，智能家居控制主機的軟件系統可以實現在線升級，控制功能會不斷增多并完善。智能家居系統采用各種通信技術，如總線技術等方式來發送指令控制家中各設備，進行集中管理，同時智能中心控制主機設計大大提高了系統的可靠性，即使在網速不穩定的地方也可以正常使用。

3.1.4　家庭網絡通信技術

智能家居系統模塊種類繁多、功能復雜。以往多采用有線連接，具有布線煩瑣等缺點。無線網絡技術彌補了傳統家居網絡連接方式的不足，實現了家居環境的統一管理。

1. 有線組網技術

智能家居有線組網技術成熟，在小型家居控制系統中應用廣泛。有線組網基本采用現場總線控制技術，包括E-BUS、EIB、ApBus、CAN-BUS、X-10、PLC-BUS、CE-Bus、485-BUS等現場總線通信協議，其中美國X-10控制總線協議應用較多。有線組網技術數據傳輸介質一般采用雙絞線，墻內隱蔽方式布線，對雙絞線質量要求較高，傳輸數據信號穩定；但布線繁雜、工作量大、維護困難、成本高、靈活性擴展性差，難以大規模推廣，逐步退出市場。近年來，智能家居無線組網技術迅猛發展，以獨有的靈活性、移動性、擴展性逐步代替有線組網技術占領主要市場。

2. 近距離通信技術

在物聯網的發展過程中，隨著傳感器增多使得近距離傳感器之間進行大量數據交換的需求日益突出，需要近距離無線通信技術來保障信息的傳輸。無線通信技術成為智能家居無線組網技術未來發展的方向和趨勢，有巨大的發展潛力。目前用于智能家居近距離無線通信的技術有很多，比較常用有Wi-Fi技術、Bluetooth技術、IrDA技術、RFID技術、ZigBee技術等，它們都有各自的標準、特點與相應的應用領域。

3. LPWAN組網技術

低功耗廣域網（Low Power Wide Area Network，LPWAN）具有廣覆蓋、大容量、低功耗和低成本的特點，非常適合需要遠距離傳輸、通信數據量較少、電池供電運行的物聯網應用。LPWAN技術標準眾多，主要分為兩類：一類是工作于非授權頻譜的私有專利技術，如LoRa、Sigfox、RPMA等；另一類是工作于授權頻譜的蜂窩通信技術，如EC-GSM、eMTC、NB-IoT等。