智能家用電器互聯(lián)互通技術方案探究

馮承文 陳堅波 田艷紅 趙 爽

（1.青島海爾智能技術研發(fā)有限公司 青島 266100；2.海信家電集團股份有限公司 佛山 528303；3.中國人民解放軍66736部隊 北京 100144；4.中國家用電器研究院 北京 100053）

引言

目前，智能家電在全球各地都處在熱銷中。與傳統(tǒng)家電相比，智能家電可以在手機的APP上操控。這種操控既可以是近程的操控，也可以是遠程操控。例如，人們匆匆離家后，不知道智能家電是否關閉，人們就可以通過手機APP發(fā)指令給該家電，查看該家電是否關閉。又例如，炎熱的夏天人們要回家了，通過手機APP提前打開家中的空調(diào)，使人們到達家中時獲得適宜的室內(nèi)溫度。或者提前給家中的智能廚電下達做飯菜的命令，人們到達家中時就有可口的飯菜了。

雖然智能家電給人們的生活帶來了快捷方便，但是也存在一些問題，例如，一個家庭中購置了多家企業(yè)的智能家電時，消費者就需要下載多個APP操作，這就增加了協(xié)調(diào)控制的復雜性，給消費者帶來不便。

1 智能家電的互聯(lián)互通方案類型

要想在一個家庭中，不論該家庭有多少個企業(yè)的智能家電，使用一個包含各種家電的APP就能操控全部的智能家電，這是最便捷的。這種控制就涉及到了智能家電的互聯(lián)互通問題。

總體來說，智能家電互聯(lián)互通目前可以通過兩種技術路線來實現(xiàn)，一是家庭范圍內(nèi)的各個智能家電通信上的相互鏈接和功能控制；二是家庭范圍內(nèi)的各個智能家電通過云端相互鏈接和功能控制。

對于第一種方案，因每個智能家電與家庭中其它各個智能家電需要通過星狀或星樹狀[4]的鏈接實現(xiàn)功能控制。不論是星狀還是星樹狀鏈接，每個智能家電由于有多個鏈接入口和多個功能控制處理，軟件量就會隨著鏈接和控制數(shù)量的增加而增多。另外，如果通信協(xié)議各個廠家不相同，那么，軟件程序就會隨著鏈接和控制數(shù)量的增加而急劇增大。處理器的ROM和RAM的使用量也就急劇增多。尤其是，先期購買的智能家電由于給處理器配置的ROM和RAM的數(shù)量不會充分地大，造成無法與后面購買的家電實施鏈接，而造成不能互聯(lián)互通。另外，為了保證控制的實時性，處理器的速度就需要隨著程序量的增加而提升。

在這種互聯(lián)模式下，家電除了實現(xiàn)自身的功能外，還需要進行同用戶家庭中的其它家電互聯(lián)信息的傳遞功能，即，家電還需要有路由器的功能[5]。除此之外，一些家電還要參與并非自身功能的控制執(zhí)行功能，如功率限制控制[6]。并且，這種控制還有較多和較高的要求[7]。所以，就需要智能家電控制器使用較先進和快速的處理器以及較大的ROM、RAM等的配置，造成家電產(chǎn)品成本提高，有時還受到家電控制板的尺寸限制而無法實現(xiàn)[8]。尤其是當家庭中，智能化家電數(shù)量較多時，這個問題尤為突出，甚至無法實現(xiàn)。

對于方案二，因只需要處理與云的鏈接和功能控制問題，不需要與家庭中的其它智能家電相互鏈接和功能控制處理。也就是，家庭中的各個智能家電只有一個鏈接入口。所以，智能家電控制器可以使用一般性能的處理器和較低的ROM、RAM配置。與普通家電相比，成本增加不多，體積也往往增加不多，甚至沒有增加。

由此可見，智能家電的互聯(lián)互通實際上只能使用智能家電通過云端相互鏈接和功能控制。這種智能家電通過云與APP的鏈接和控制的結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

圖1 家庭中智能家電與云和APP的通信/控制鏈路結(jié)構(gòu)圖

在圖1中，家庭中的路由器可以是有線英特網(wǎng)路由器，也可以是無線Wi-Fi路由器。并且，家庭中的所有智能家電都使用同一個廠家的智能家電，而且這個廠家的各種智能家電是統(tǒng)一的通信協(xié)議。

目前，大型家電企業(yè)基本上都自建了云平臺，而中小型家電企業(yè)采用第三方的云平臺。對于大型家電企業(yè)，由于是自成體系，所以，通信協(xié)議是自己企業(yè)的[3]，與其它企業(yè)的通信協(xié)議往往不同，并且也不兼容。中小家電企業(yè)盡管使用的是第三方云平臺，但是，各個第三方云平臺的通信協(xié)議也是不同的。所以，要想實現(xiàn)一個家庭中各個不同企業(yè)生產(chǎn)的智能家電通過云端都能互聯(lián)互通，目前可以實現(xiàn)的途徑有3種：

1）廠家云對廠家云的各自互聯(lián)互通，各個廠家的智能家電產(chǎn)品鏈接各自廠家的云，如圖2所示。為了便于理解，將圖1中家庭路由器進行了透明化，規(guī)約進入了家電中。在圖2中，廠家1云和廠家2云可以是家電企業(yè)自建的云，也可以是家電企業(yè)使用的第三方平臺云。

圖2 通過廠家云平臺的各自互聯(lián)互通

2）廠家云通過家電行業(yè)平臺云對其它廠家云的互聯(lián)互通，如圖3所示。在這種結(jié)構(gòu)中，家電行業(yè)平臺云對各個廠家云平臺采用統(tǒng)一的通信協(xié)議，而各個廠家云平臺與它們的智能家電采用自己企業(yè)的通信協(xié)議標準。

圖3 廠家云通過家電行業(yè)平臺云對其它廠家云的互聯(lián)互通

3）家電行業(yè)使用統(tǒng)一的家電通信協(xié)議標準的互聯(lián)互通。也就是，任意一個智能家電都能與采用了具有統(tǒng)一的家電通信協(xié)議標準的云平臺相鏈接。這樣，任意廠家智能家電都可以任意接入任何一個廠家的家電云平臺或家電行業(yè)云平臺或使用統(tǒng)一家電通信協(xié)議標準的其它云平臺，從而實現(xiàn)高層級的互聯(lián)互通。

上面3種方法各有特點，接下來的章節(jié)將重點對這三種方式進行比對研究。

1.1 廠家云對廠家云的各自互聯(lián)互通

這種互聯(lián)互通具有以下特點：

1）一個家庭中如果有廠家1和廠家2的家電，那么，廠家1的家電與廠家1的云平臺鏈接，廠家2的家電與廠家2的云平臺鏈接。廠家1云平臺與廠家2云平臺鏈接，實現(xiàn)互聯(lián)互通。即，在廠家1云平臺中，開發(fā)軟件程序，將來自廠家2的各個命令轉(zhuǎn)換成廠家1的命令，并發(fā)往所需控制的廠家1的家電；將該家電返回給廠家2的信息，通過廠家1云平臺轉(zhuǎn)換成廠家2的命令，并發(fā)送給廠家2云平臺。同樣，在廠家2云平臺中，開發(fā)軟件程序，將來自廠家1的各個命令轉(zhuǎn)換成廠家2的命令，并發(fā)往所需控制的廠家2的家電；將該家電返回給廠家1的信息，通過廠家2云平臺轉(zhuǎn)換成廠家1的命令，并發(fā)送給廠家1云平臺。

2）如果有n個廠家云平臺需要互聯(lián)互通，那么，根據(jù)上述“1）”的方法，每個廠家云平臺需要開發(fā)n-1套軟件。因為，每個廠家的通信協(xié)議不同。

3）為了不造成每個廠家云平臺對其它各個廠家云平臺收發(fā)信息的互相干擾，每個廠家云平臺都需要n-1接口。即，這是一種星鏈接方式。

4）當n較小時，每個廠家平臺開發(fā)和維護工作量都不是很大。

5）當n較大時，每個廠家平臺開發(fā)和維護工作量都很大。因為，任意一個廠家通信協(xié)議升級或變更時，其它n-1家的云平臺都需要隨之升級或變更。當同時有幾個廠家云平臺升級或變更時，就會造成升級或變更任務的堆積，影響用戶的使用。

例如，一個家庭中，如果有廠家1的智能家電1a1和智能家電1b1，有廠家2的智能家電2b1和智能家電2c1。那么，該家庭需要安裝廠家1和廠家2的APP。

通過廠家1的APP將廠家1的智能家電綁定到廠家1的云平臺。通過廠家2的APP將廠家2的智能家電綁定到廠家2的云平臺。

然后，廠家1的APP通過廠家1的云平臺與廠家2的云平臺鏈接，綁定廠家2的智能家電2b1和智能家電21c。廠家2的APP通過廠家2的云平臺與廠家1的云平臺鏈接，綁定廠家1的智能家電1a1和智能家電1b1。

這樣，廠家1的APP不僅能控制本家的智能家電1a1、1b1，還能控制廠家2的智能家電2b1、2c1。同理，廠家2的APP也能實現(xiàn)對廠家1家電的控制。從而實現(xiàn)了一個APP控制家庭中的智能家電，即，實現(xiàn)了互聯(lián)互通。當家庭中有多個廠家的智能家電時，這一步的工作會花費較多時間，給用戶使用帶來不方便的最初影響，導致智能家電的推廣受到影響。

由上面的特點可見，這種互聯(lián)互通的方式只適合少量的廠家云平臺的互聯(lián)互通。

1.2 廠家云通過家電行業(yè)云平臺對其它廠家云的互聯(lián)互通

這種互聯(lián)互通具有以下特點[1,2]：

1）家電行業(yè)云平臺（以下簡稱行業(yè)云平臺）需要具有覆蓋各種廠家的智能家電的通信協(xié)議標準。

2）各廠家云按照行業(yè)云平臺的通信協(xié)議標準和接口標準進行鏈接。

3）廠家云在行業(yè)云平臺中注冊，獲取相關的授權和操作權限。

4）公共控制終端需要在行業(yè)云平臺和家庭所涉及到的智能家電廠家云平臺中注冊。

5）智能家電直接與各自的廠家云平臺鏈接，公共控制終端通過行業(yè)云平臺與智能家電實現(xiàn)互聯(lián)互通。

6）家庭中的任意智能家電通過公共控制終端進行操控，從而實現(xiàn)了互聯(lián)互通。因為是公共控制終端上的控制操作，所以，操作就會發(fā)往行業(yè)云平臺。行業(yè)云平臺通過識別智能家電是哪個廠家的，從而將控制命令轉(zhuǎn)發(fā)給該廠家云平臺。該廠家云平臺根據(jù)本廠家的通信協(xié)議將該控制命令轉(zhuǎn)換成本廠家的控制命令，并發(fā)給該智能家電，實現(xiàn)最終控制。

7）行業(yè)云平臺的作用就像電話交換機一樣，起到一個中樞鏈接橋梁作用。

由上面的特點可見，這種互聯(lián)互通的方式似乎比第1種要復雜，尤其是只有2、3個廠家進行互聯(lián)互通時。但是，在有較多廠家云平臺時，這種方式反而是工作量較小的一種的互聯(lián)互通方式。因為，各個云平臺之間使用的通信協(xié)議標準是一致的，這樣，不論廠家云平臺還是行業(yè)云平臺，軟件程序不會隨著廠家數(shù)量的增多而大幅增加。但是，每個廠家云平臺都需要進行控制命令的協(xié)議轉(zhuǎn)換，所以，智能家電只能鏈接本廠家的云平臺，而不能任意鏈接其它云平臺。

1.3 家電行業(yè)使用統(tǒng)一的家電通信協(xié)議標準的互聯(lián)互通

這種互聯(lián)互通具有以下特點：

1）由于智能家電使用了統(tǒng)一的通信協(xié)議標準，這樣，不論哪個廠家的云平臺和第3方家電云平臺以及行業(yè)云平臺都使用了統(tǒng)一的通信協(xié)議標準。同時，盡管APP的界面可以不同，但APP的底層軟件程序也被統(tǒng)一的通信協(xié)議標準而統(tǒng)一。

2）由于通信協(xié)議標準的統(tǒng)一，不論哪家的智能家電都可以任意鏈接到符合這種統(tǒng)一通信協(xié)議標準的云平臺。所以，就自然形成了智能家電的互聯(lián)互通。

3）初始的統(tǒng)一通信協(xié)議標準的制定是一個漫長的過程。因為，要想統(tǒng)一所有家電，就要針對各種家電進行分析和研究，提出各個家電的共性，保留各個的個性。所以，初期的工作量非常的大。

這種方式下，由于云平臺、APP和智能家電通信協(xié)議的統(tǒng)一，形成智能家電可以任意鏈接各個家電云平臺，也可以使用任意一家的APP或公共的APP來操控智能家電，從而形成了大一統(tǒng)的智能家電的互聯(lián)互通。這種大一統(tǒng)的互聯(lián)互通結(jié)構(gòu)圖就是圖1所示的結(jié)構(gòu)圖。

由于這種統(tǒng)一的通信協(xié)議標準，云平臺和APP就可以由任意的公司按照統(tǒng)一的通信協(xié)議標準來開發(fā)。這樣，家電廠家就可以無需開發(fā)云平臺和APP。尤其是對于無力開發(fā)云平臺和APP的中小家電企業(yè)是一件十分好的事情。也就是說，這種智能家電的互聯(lián)互通是終極目標。家電廠商可以專注于智能家電的研發(fā)和生產(chǎn)，云平臺公司專注于云平臺的研發(fā)和建設，APP也就由專業(yè)公司來研發(fā)和維護，實現(xiàn)專業(yè)的事情讓專業(yè)的人來做的目標。同時，依靠市場的競爭，實現(xiàn)降低智能家電的服務費用和優(yōu)化服務。

2 比對結(jié)論

家庭范圍內(nèi)智能家電的直接互聯(lián)互通和通過云的互聯(lián)互通的特點比較如表1所示。

表1 直接互聯(lián)互通和通過云互聯(lián)互通的特點比較

根據(jù)表1可見，采用智能家電通過云端互聯(lián)互通的方法是最佳的選擇。

智能家電通過云端互聯(lián)互通三種情況的特點如表2所示。

表2 智能家電通過云端互聯(lián)互通三種情況的特點

根據(jù)表2可見，使用統(tǒng)一智能家電通信協(xié)議標準的互聯(lián)互通操控的技術方案是最好的方法，其次是廠家云通過家電行業(yè)平臺云對其它廠家云的互聯(lián)互通。

3 結(jié)語

智能家電的互聯(lián)互通是未來全球的趨勢，所以，全球現(xiàn)在都在進行這方面的研究和實施。中國作為發(fā)展中國家的領頭羊，我們也積極地進行了這方面的研究，并率先在全球范圍內(nèi)起草制定和發(fā)布了這方面的中國國家標準[1,2]。這些標準是基于“1.2廠家云通過家電行業(yè)平臺云對其它廠家云的互聯(lián)互通”的理論基礎，并且，在幾個廠家云平臺與家電行業(yè)云平臺實現(xiàn)了互聯(lián)的情況下，各個智能家電實現(xiàn)了基于“1.2廠家云通過家電行業(yè)平臺云對其它廠家云的互聯(lián)互通”的實踐情況下完成的。但目前僅僅是開始，因為我們還沒有實現(xiàn)上面討論的“1.3家電行業(yè)使用統(tǒng)一的家電通信協(xié)議標準的互聯(lián)互通”的目標。還需要我們繼續(xù)認真研究，如何打破目前各個家電廠家在智能家電通信協(xié)議方面的各自為政的局面，實現(xiàn)統(tǒng)一的通信協(xié)議標準，真正做到高階層的智能家電互聯(lián)互通。