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【摘 要】简要介绍了当今家庭楼宇自动化的发展趋势，对当前该领域内的两个90年代以后出现的新型协议CEBus、EIB，以及其在国内外的发展进行了叙述，并对家庭楼宇自动化的前景进行了展望。
【关键词】家庭楼宇自动化 CEBus EIB
1 引言
家庭自动化网络是近年来我国发展迅速的一个领域，它通过使用家庭网络或者家庭总线，使居住环境达到舒适、安全和有效。它能将家庭中的照明、视听、安全、通讯、制冷、加热以及空气调节等各种设备连接起来，协同工作。从而家庭从一个被动的结构转变成一个主动的伙伴。帮助人们提高工作效率，增加安全感，节省能源消耗，节约金钱，营造舒适温馨的家庭氛围。
在家庭楼宇自动化领域中，传统封闭系统采用分层式结构，即节点——网关——控制中心，系统信息汇总到控制中心处理。面对不断增加的需求，控制中心需要同时处理数量庞大的设备信息，成为系统的“瓶颈”，制约整个系统的运行效率。而庞大布线量增加设计安装的工作量和费用的同时，降低了系统的可靠性。
伪开放系统采用总线式结构，控制子系统直接挂在总线上，将控制系统通过一条通用的控制总线连成控制网络。但由于没有统一的协议，出现了各种彼此不兼容的控制总线（如现场总线、设备总线等）和子系统，形成各种控制网络“孤岛”。各子系统之间通过网关与总线连接，增加安装费用的同时不能彻底解决网关的“瓶颈”问题。
2002年4月在法兰克福会展中心举行的Light and Building Frankfurt展览会是全球照明与楼宇自动化领域内最大、最重要的展览会之一，汇集了全球该领域内几乎所有著名厂商及组织，展示了家庭楼宇自动化领域最新发展动态和趋势。此次会展中体现了当今家庭楼宇自动化以开放式系统为主流的趋势。
CEBus和EIB是当今在美国、欧洲被广泛应用的开放式系统协议，与Lonworks 等总线系统相比，他们均出现较晚，都是90年代以后确立的协议；他们的设计都专门针对消费电子控制，与传统的工业控制现场总线相比，更加适合家庭、楼宇自动化领域的应用。目前在我国，这两种协议的应用尚在起步阶段，但是已经出现了良好的发展势头。本文将对这两种协议及其发展现状进行介绍。
2 CEBus协议
1. 1CEBus发展概况
CEBus的全称是消费电子总线（Consumer Electronics Bus）。它的发展可以追溯到1984年，美国电气工业协会（EIA）的消费电子小组开始制定在家庭中使用的消费产品的网络通讯标准。此标准后来就被称作消费电子总线。1989年，消费电子总线的部分草案发布。直到1992年，所有的消费电子总线规格说明书才得以发布，这就是EIA600标准。1994年，“消费电子总线委员会”（CEBus Industry Coucil - CIC）成立。这是一个非盈利性组织，由生产制造消费电子总线兼容产品和提供相应服务的公司组成。负责CEBus标准的制定和发布，并监督市场、保证产品的互操作性以及认定产品是否符合CEBus标准。
1. 2CEBus网络拓扑
消费电子总线网络拓扑结构可以是总线型、星型、树型或混合型。总线中的每个节点的地位是平等的，不需要主控设备。对于多节点竞争访问网络资源的解决方法是采用冲突检测和冲突解决（CSMACD/CR）。网络中各节点的控制关系通过绑定来实现，从而使整个家庭中的电器系统能成为一个智能的整体。
1. 3CEBus通信协议模型
参照ISO的OSI网络协议建议书，消费电子总线可划分为物理层、数据链路层、网络层和应用层（图1）。
消费电子总线的物理层是开放的，目前支持的媒介有电力线、红外线、无线电、双绞线以及同轴电缆等。特别是电力线，利用了家庭中已有的电网线，而不需要另外布线，因而对于现有住宅的改造非常方便。同时不同的媒介能满足不同设备对通讯量的要求，例如对于低速的控制信号可以走电源线和红外线，对于大量的和实时的视频数据信号可以走同轴电缆，这样就使得控制信号和数据信号分开，提高了数据传输的快速性和可靠性。
消费电子总线的数据链路层保证正确收发数据帧。发送的数据帧有几类：要求响应和无响应；带地址和不带地址；广播和非广播。此外，数据帧有高、正常、低三个优先级，可以满足不同信息对时间的要求。
网络层的主要功能是为了连接不同的物理媒体，例如，连接在双绞线和电力线上的设备之间要传递信息，就必须通过网络层来转发。
应用层包括了三个子层：消息传递子层（Message Transfer Layer），传递四种类型的消息；CAL子层，解释执行CAL语言；用户子层，根据CAL语言执行的结果来控制设备的运行，消费总线的规格说明书是EIA600。
CAL语言全称是公共应用语言，它定义了安全，照明，环境，能源管理，公用设施（水、电、煤气等），计算机和娱乐等应用的一系列功能产品部件，构成业界普遍认同的家用电器设备模型。
1. 4CEBus发展前景
CEBus专门针对消费电子产品的智能控制，符合未来家庭智能化的趋势，其CAL语言的应用大大方便的在应用层面的开发，提供了良好的兼容性能。在国内，浙江大学系统工程研究所和杭州西湖数源公司已经开发了基于电力线通信的CEBus智能家电系统。具有先进的性能和良好的市场前景。
2 EIIB协议
EIB（欧洲设备安装总线European Installation Bus）协议是在欧洲占绝对主导地位的楼宇自动化（BA）和家庭自动化（HA）标准。EIB的管理机构，EIBA委员会（European Installation Bus Aaaociation）目前拥有100多家会员（包括Siemens，ABB等），这些会员占据了欧洲楼宇、家庭自动化设备销售额的80%。在全世界，EIB合作伙伴（EIB Partner）已经遍布46个国家，其中中国（包括港台）已经有30余家单位成为EIB合作伙伴，大陆地区有10余家。该协议具有开放性、互操作性和灵活性，摒弃了控制中心思想，是一个开放的、分布式、面向楼宇、家庭控制的网络总线协议。基于其优秀表现，该协议已被美国消费电子制造商协会（CEMA）吸收作为家庭网络EIA-776标准。
以用户为导向，具有开放性、互操作和灵活性的EIB协议摒弃了控制中心思想，有效地应用于包括照明、安防、HVAC（通风温度控制）、时间事件管理等家庭楼宇领域的所有分支。它具有以下三大特点。
（1）分布性：无中心分布式结构彻底解决控制网络“孤岛”和“瓶颈”问题，可使系统发挥其最佳效率；同时降低了布线量和安装费用。
（2）互操性：开放性结构与组编址通讯使设备间具有互操性，形成直辖市一致的自动化控制网络。
（3）灵活性：EIB对电力线传输和无线频率传输的支持使系统扩充修改简易化。
2. 2EIB网络拓扑（EIB Network Topology）
EIB网络是一个完全对等（peer-to-peer）的分布式网络。接入网络的每个设备具有同等的地位。其网络拓扑参见图3。从图中可以看出，网络采用了域（Domain）、区（Area）、线（Line）的分层的结构。每一条Line上最多可以连接255个设备；一个Area内最多可容纳15条Line；而一个Domain则可容纳15个Area。连接通过特殊的线耦合器（Line Coupler）和区耦合器（Area Coupler）实现。相应的设备的地址也分为地址（4位）、线址址（4位）和设备地址（8位）。从网络结构角度看，独立的、分散的、单体测量与家用电器仅仅是EIB的一个分布式网络节点，其内涵属现场总线控制系统；从信息交互角度看，已经从简单的状诚信息组合和基于监控的处理，发展到基于内容的处理融合。EIB系统摒弃控制中心概念，换言之，任何一个网络节点的失效都不会使系统瘫痪，同时避免因信息过大而形成的控制中心瓶颈问题。因此，EIB具备高度自治的优良特性。
2．3EIB OSI通讯协议模型
EIB通讯协议遵循OSI（开放式系统互联参考模型）模型，提供了OSI模型所定义的全部七层服务，这是其先进性之一。物理层和链路层明显依赖于物理媒质的特性EIB通过采用带有冲突检测的载波侦听多路存取（CSMA）以控制媒质接口；网络层通过网络协议控制信息（NPCI）控制跳跃数；传输层的逻辑通讯关系包括一对多无连接（多终点组传输）、一对所有无连接（广播）、一对一无连接、一对一导向连接，它提供了地址与抽象内部表达之间的映射——通讯访问标识符（cr - id）；通过预留的会话层和表示层，所有设备被明显映射出来；应用层行使EIB网络用户/服务器管理的API（应用程序接口）功能，应用层对通讯对象内部请求（或共享变量）分配通讯访问标识符，以完成收（一对多）和发（一对一）功能。
2．4EIB发展前景
在Light and Building Frankfurt展览会上，EIB成为亮点之一，各大公司展示了基于EIB技术的最新研究成果，包括基于EIB技术的家庭楼宇自动化系统，如Sienmens公司的Instabus，ABB公司的Intelligent Installation Systems、Gira公司的HomeServer、Merten公司的EIBeasy等等；以及将通讯技术和信息处理技术整合于EIB系统中，扩展了EIB的功能，实现 Internet远程监控、SMS短信监控等等功能。
EIB总线协议完全开放，而且专门针对智能家电、智能楼宇而设计，因此在该领域推广极为迅速。EIB体现了家庭楼宇自控领域的发展趋势，它提供的一体化解决方法，它的无中心真正分布式模式，它的开放性、灵活性，以及市场的广泛认可，使之成为楼宇自控领域的主流标准，使得基于EIB协议开发真正开放性的智能家庭楼宇管理控制系统，不但是现实可行的，而且具有广阔前景。
在中国，已经有Siemens、ABB等著名国际公司在销售基于EIB协议的确良智能控制产品。EIB系统集成的培训中心也已经在上海成立。EIB产品在中国市场同样有着广阔的前景。
3 结束语
家庭楼宇自动化以计算机、网络技术为核心，是控制、电子、通讯等高科技的综合应用。它以家庭数字化为核心，以网络为基本实现。
在世界范围内，家庭楼宇自动化领域有良好的发展趋势。在国内，这一领域也有着广阔的空间和前景，并且保持着良好的势头。从今后发展趋势看，开放协议将作为该领域内的主流，与互联网的结合也日益重要。我国在开发自己的现场总线技术与产品时应充分注意到技术的发展趋势，以尽快掌握家庭楼宇自动化的核心前沿技术。
参考文献
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