eng
Интернет появился еще в 70-е годы, но его стремительное вторжение в повседневную жизнь началось почти через 20 лет. Для этого потребовалась разработка полной, открытой и “невидимой” платформы предоставления его услуг (протокола HTTP, HTML-языка, web-броузера). Такая же ситуация, по-видимому, складывается и для систем автоматизации дома. Они так давно ждут своего часа, что сегодня инженеры зачастую просто пересматривают старые идеи. Но уже появились новые технологии сетевого доступа, позволяющие объединять в сеть и автоматизировать большинство систем и подсистем дома и вокруг него. Вскоре даже домашнее бытовое оборудование сможет коммутировать друг с другом по сети. Все это очевидно перевернет мир нашего дома.
По определению Ассоциации производителей средств автоматизации дома (Home Automation Assocication – HAA), автоматизация дома предусматривает процессы или системы (выполняемые различными методами или на базе различного оборудования), позволяющие улучшить образ жизни и сделать дом более комфортным, безопасным и привлекательным. Автоматизация дома – результат слияния различных технологий и реализации новых стандартов на коммуникационные системы, средства взаимодействия и проводку в помещении. При этом для коммуникации мобильных устройств необходимы беспроводные, в том числе и ВЧ-устройства связи, в то время как системы сигнализации должны быть подключены к электросети. Данные кабельных и DSL-модемов могут передаваться по телефонным линиям или с помощью ВЧ-устройств. И, наконец, телевизионные приставки типа set-top boxes (STB) должны взаимодействовать с различными средствами передачи данных. И даже электрический ток, поступающий в дом и передаваемый всем компонентам сети, может служить источником информации, используемой для управления питанием сети. Таким образом, инфраструктура проводки и коммуникационных средств также входит в понятие домашней автоматизированной системы.
В развертываемой борьбе за автоматизированное жилище полем боя становятся домашние локальные сети – комбинация различных сред передачи данных, объединяемых различными средствами. Изготовители уже несколько десятилетий пытаются продвинуть на рынок сетевую технологию автоматизации дома. Но пока потребитель как-то обходится без нее, хотя с помощью этой технологии можно превратить свой дом в сказочную электронную страну. Причина? Слишком высокая стоимость. При современном уровне технологии установка в доме системы автоматического включения освещения обходится в 20 тыс. долл. (только настенный переключатель с трансивером стоит больше 100 долл. против менее 1 долл. для обычного выключателя). И сегодня в новых домах по-прежнему устанавливают лишь отдельные фрагменты автоматизированных сетевых систем.
Как объединить домашнее оборудование и технику в сеть и обеспечить электронное управление ими? Пока на рынке представлено множество (около 20) сетевых платформ (в том числе популярная Consumer Electronics Bus – CEBus и уже стареющая Х-10). Но, принимая во внимание разнообразие коммуникационных сред, важно определить не столько лидирующую сетевую технологию, сколько точно установить лучшие области применения каждой с последующим совершенствованием ее возможностей – простоты реализации, скорости и дальности передачи данных в пределах жилища. Следовательно, можно ожидать сосуществования нескольких различных сетевых технологий и в будущем. Это, конечно, не ускоряет продвижение домашних сетей на рынок. Но никто не хочет повторения ситуации, когда многие владельцы магнитофонов оказались привязанными к системам воспроизведения Beta-стандарта, в то время как весь мир перешел на VHS-системы.
Тем не менее, если до последнего времени технология домашних сетей развивалась фрагментарно, если не хаотично, сегодня “формируется” разумный набор стандартов, которые будут действовать в следующем десятилетии. Этому в немалой степени способствуют появившиеся в 1998 году новые сетевые технологии, такие как LonWorks, HomeRF и Bluetooth. И многие производители средств автоматизации дома начинают отказываться от считавшейся перспективной CEBus-сети в пользу новых платформ.
Технология LonWorks разработана фирмой Echelon для коммерческих систем автоматизации средств освещения, отопления, вентиляции, кондиционирования. Это – полностью созданная фирмой (от реализации в кремнии до программного обеспечения) открытая платформа, в которую входит не только протокол связи и трансивер, но и стандарты установления взаимодействия с другими сетями, и универсальные интерфейсы программирования приложений. В сети LonWorks разумные устройства управления, так называемые узлы, коммутируют друг с другом с помощью единого протокола. Каждый узел имеет физический интерфейс, обеспечивающий связь его микроконтроллера с коммуникационной средой. При этом платформа LonWorks не зависит от типа этой среды: шина электропитания, телефонная линия, ВЧ-, ИК-канал, коаксиальный кабель. Зона действия трансивера четвертого поколения PLT-22 фирмы Echelon достигает 99,7% площади типичного дома без необходимости применения специальных устройств. Протокол и среда программирования разработаны практически с нуля.
Протокол LonTalk – открытый промышленный стандарт, принятый Обществом производителей электронной промышленности (Electronic Industry Alliance – EIA) как EIA–709.1. Он совместим со многими стандартами передачи данных, в том числе стандартами таких организаций, как IEEE, ANSI, SEMI. С протоколом может работать любая платформа или процессор. Его реализуют ИС семейства Neuron, аппаратно-программные средства которых запатентованы фирмой Echelon. Все схемы семейства содержат три процессора, два из которых LonTalk-специализированы. Третий можно программировать с помощью Neuron C. Схемы семейства содержат 11 портов ввода/вывода, два 16-разрядных счетчика-таймера и стандартный пятивыводной интерфейс трансивера. В схемах серии 3120 имеются ОЗУ и ЭСРПЗУ небольшой емкости, а также программируемая постоянная память программ емкостью 10 Кбайт. Интерфейс внешней памяти в них не предусмотрен, подключение к внешним устройствам возможно лишь через порты ввода/вывода. Схема серии 3150 также имеет ОЗУ и ЭСРПЗУ небольшой емкости, но программа хранится во внешней памяти. ИС обеих серий могут иметь различные тактовые частоты и конфигурации встроенной памяти. Новейшие схемы типа 3120FE3M и 3120A20M, выпущенные фирмой Toshiba, рассчитаны на тактовую частоту 20 МГц. В схеме 3120A20M к тому же имеется и трехканальный 16-разрядный АЦП. Схемы обеспечивают скорость последовательной передачи до 2,5 Мбит/с. Стоят ИС фирмы 8 долл. при закупке небольших партий. Правда, Echelon утверждает, что в случае приобретения крупных партий цена не превысит 3 долл. ИС семейства Neuron выпускают также Cypress Semiconductor и Motorola. Пока все изделия платформы LonWorks выполняются только на базе схем семейства Neuron. Но поскольку протокол LonTalk принят EIA в качестве стандарта, в ближайшее время можно ожидать реализацию его любым процессором. Действительно, фирма Adept Systems так и поступила в микропроцессоре МС68360.
Для создания даже простейшей домашней сети требуется трансивер (самый дешевый модели FTT-10A фирмы Echelon стоит 14 долл. при поставках малых партий и около 5 долл. при партиях 10 тыс.) и специальные устройства (например, выключатель, стоимость которого в ближайшее время вряд ли будет ниже 20–30 долл.). Таким образом, для жителей среднего достатка технология LonWorks пока еще дорога и используется для реализации учрежденческих сетей. В США изделия LonWorks для домашних сетей управления освещением и отоплением продает фирма Leviton. Иначе дело обстоит в Европе, где поставщиков изделий LonWorks больше. В мае 1994 года 36 компаниями была создана Ассоциация по обеспечению взаимодействия LonMark. Сегодня в нее входят 230 фирм. Основная задача Ассоциации – облегчить интеграцию систем многих поставщиков на базе сетей LonWorks.
Встроенный в платформу LonWorks Интернет-протокол позволяет “незаметно” объединять сеть управления функциями дома с Интернетом. Благодаря этому удастся значительно снизить затраты на реализацию домашней сети. Это способствует и появлению множества новых применений и услуг, которые не только облегчат жизнь владельца дома, но и помогут ему сэкономить деньги. Так, фирма Merloni Elettrodomestici, один из крупнейших европейских производителей бытовой аппаратуры, начала выпуск разумных домашних сетевых устройств серии Ariston Digital (посудомоечных и стиральных машин, холодильников и т.п.), оснащенных LonWorks-технологией. В результате они смогут взаимодействовать друг с другом и способствовать экономии энергопотребления дома (немаловажное достоинство для многих европейских регионов). Merloni считает, что благодаря доступу провайдера услуг домашнего оборудования к данным домашней сети появляется возможность удаленного контроля работы домашнего оборудования и предупреждения владельца о вероятности выхода того или иного прибора из строя.
Домашняя радиосеть HomeRF выполнена на базе открытого промышленного протокола коллективного беспроводного доступа (Shared Wireless Acess Protocol – SWAP), разработанного рабочей группой фирм-производителей домашних ВЧ-систем (Home Radio Frequency Working Group – HomeRF). Группа, образованная в марте 1998 года, объединяет более 90 производителей (в том числе и Intel) различного компьютерного и бытового электронного оборудования. Спецификация SWAP обеспечивает обмен информацией (голосовой и цифровой) между компьютерами, разнообразным периферийным оборудованием, беспроводными телефонами и бытовыми устройствами в полосе частот 2,4 ГГц с возможностью перескока частоты. Она работает с шумоподобным сигналом и поддерживает скорость передачи данных 2 Мбит/с на расстояние до 50 м. Платформа также позволяет включать в сеть популярные в Европе телефоны DECT-стандарта. На базе платформы HomeRF возможно объединение многочисленных домашних беспроводных терминалов или телефонных аппаратов с единой стационарной станцией, даже если основная домашняя локальная сеть выполнена на базе проводных линий. Первая опытная сеть HomeRF была представлена на форуме по беспроводным домашним сетям в октябре 1999 года.
HomeRF – беспроводной эквивалент спецификации домашней сети HomePNA, работающей в полосе частот 2,45 ГГц и обеспечивающей скорость передачи по телефонным линиям 1 Мбит/с. В ее основе – технология HomeRun фирмы Tut Systems. Эта спецификация разработана образованным в июне 1998 года Обществом организации проводных сетей (Home Phoneline Networking Alliance – HomePNA) и предназначена для поддержки связи между компьютерами, периферийными и другими информационными устройствами и Интернетом по обычным телефонным каналам без ухудшения телефонной связи. Общество HomePNA было создано компаниями 3Com, AMD, AT&T, Compaq, Epigram, Hewlett-Packard, IBM, Intel, Lucent Technologies, Conexant и Tut Systems. Сейчас в него входят 33 компании. В основе платформы HomePNA – технология Ethernet.
Сегодня на рынке представлены такие HomePNA-изделия, как сетевые средства серии AnyPoint фирмы Intel и HomeLINE компании Farallon. В AnyPoint входят адаптер для подключения нескольких ПК через USB-порт к ближайшей телефонной розетке, а также компакт-диск с необходимым ПО. Модуль поддерживает “равноправное” объединение машин без сервера. ПК, оснащенные этим модулем, работают в онлайновом режиме, и ни одному из них не надо прерывать игру в Интернете, когда на каком-то другом нужно просмотреть электронную почту.
Интерес к HomePNA-технологии проявляют фирмы Microsoft и 3Com. Первая разрабатывает легко конфигурируемое ПО для комплектов схем компании 3Com. Пользователь сможет устанавливать, какие файлы или папки предназначены для коллективного пользования, а какие – для личного. Microsoft намерена добавить в Windows 98 программы поддержки коллективного пользования Интернетом. Средствам реализации домашней сети будет уделено основное внимание в грядущем издании Windows 2000 для персонального пользования.
В июле 1999 года Epigram (отделение Broadcom) предложила технологию, которая позволит увеличить скорость передачи в сети HomePNA до 10 Мбит/с (а со временем, по утверждению разработчиков, и до 100 Мбит/с) при сохранении совместимости с предшествующей 1-Мбит/с сетью. Выпуск ИС, рассчитанных на такую скорость передачи, планируют AMD, Broadcom, Conexant, Intel, Lucent и др. Эта технология, выполненная на базе эффективного метода модуляции, ляжет в основу новой версии HomePNA 2.0.
Привлекательной на сегодняшний день считается и технология беспроводной связи, получившая название Bluetooth в честь скандинавского короля Х века Гаральда Блатанда, объединившего датские княжества. Эта технология, предложенная еще в 1994 году фирмой Ericsson, предназначена для объединения различных бытовых устройств с помощью ВЧ-средств малого радиуса действия. В 1997 году фирмами Nokia, IBM, Toshiba и Intel была образована Специальная группа, представляющая интересы приверженцев технологии Bluetooth (Bluetooth Special Interest Group – SIG). Сейчас в группу входят более 1100 крупных компаний, в том числе Motorola, Sony, 3Com, Compaq, Hewlett-Packard, Lucent Technology и Dell. Платформа Bluetooth рассчитана на полосу 2,45 ГГц. Она предусматривает применение трансивера с перескоком частоты (1600 перескоков/с) и работу в режиме временного уплотнения. В диапазоне от 10 см до 10 м скорость передачи данных составляет 1 Мбит/с. Дальность действия может быть увеличена до 100 м за счет наращивания мощности передаваемого сигнала. Сеть Bluetooth поддерживает канал асинхронной передачи данных (721 Кбит/с в обоих направлениях или 57,6 Кбит/с в обратном направлении) до трех голосовых каналов (64 Кбит/с) одновременно или канал одновременной асинхронной передачи данных и синхронной передачи голоса.
На выставке COMDEX’99 компания Ericsson представила головной сотовый телефон со встроенным радиочипом Bluetooth, обеспечивающим доступ в мобильную систему связи. Для ответа при вызове, поступающем на сотовый телефонный аппарат с разъемом Bluetooth, владельцу головного устройства достаточно нажать на нем кнопку. Чтобы самому позвонить, нужно также нажать кнопку головного прибора и инициировать вызов с помощью устройства распознавания голоса. Сотовый телефон может находиться в кейсе, кармане пальто, автомобиле или даже в другой комнате на расстоянии до 10 м от головного устройства. Масса головного аппарата всего 20 г. Он может работать с сотовыми телефонами фирмы Ericsson типа Т28, Т28 WORLD и R320. В середине 2000 года головной телефон появится на всех рынках устройств GSM-стандарта.
Ericsson также объявила о намерении объединить усилия с фирмой Electrolux с целью выпуска на мировой рынок домашней бытовой техники со средствами сетевого доступа (какими не указано, но вполне вероятно, это будет Bluetooth). Ericsson будет оснащать встроенными микропроцессорами и средствами связи новую “сделанную с умом” интеллектуальную технику фирмы Electrolux. Два крупнейших шведских производителя бытовой техники и телекоммуникационного оборудования считают, что вскоре все посудомоечные, стиральные машины и холодильники смогут связываться с сервисными службами и поставщиками “профильной” информации и иметь доступ в Интернет. Ожидается, что бытовая техника, оснащенная средствами сетевого доступа, появится в магазинах в 2000 году.
В 2000 году на рынок будут выпущены и первые ИС, отвечающие требованиям технологии Bluetooth. На фирме VLSI уже разработан комплект матричного кристалла с отдельной флэш-памятью и радиомодулем стоимостью 20 долл. К 2001 году фирма намерена объединить все устройства на одном кристалле. Стоимость схемы составит 5 долл. Платформа Bluetooth рассчитана на ту же полосу частот, что и HomeRF, но, по мнению экспертов, ее легче реализовать и она дешевле.
Большой интерес к этим двум платформам проявляет фирма Motorola, которая приобрела значительную долю акций компании Digianswer, специализирующейся в области средств связи на короткое расстояние. Bluetooth-технология будет использована Motorola в изделиях семейства DigitalDNA, предназначенных для беспроводных устройств связи, портативных компьютерных систем и домашних сетевых платформ.
Рассмотренные выше платформы рассчитаны на объединение в сеть разнообразного бытового оборудования и автоматизированных средств управления им. Но уже сейчас рядовой дом оснащен большим числом развлекательных устройств, и, как показал опрос, проведенный фирмой Parks Associates, первое место в списке желаемых развлекательных домашних систем занимает телевизор с большим экраном (15% опрошенных), за которым следуют стереокомпоненты/стереосистемы (13%), DVD-плейер (10%), домашний кинотеатр (8%) и цифровой телевизор (3%). И хотя пока потребителя не очень занимает возможность записи МР3 или MPEG-2-файлов в виртуальный сервер, к которому можно получить доступ через шлюз домашней сетевой системы, скоро такая возможность покажется ему привлекательной. Если вкусы потребителей не изменятся и основным развлечением дома останется телевидение (или другие средства воспроизведения видеозаписей) и музыка, поставщикам домашних сетевых средств необходимо будет знать, куда и в каком виде следует предоставлять эту информацию (и кто ее должен обеспечивать).
Возникает вопрос: на базе каких устройств будут строиться домашние сети – ПК или телевизора? Инженеры пришли к выводу, что в конце концов тип цифровых изделий бытовой техники следующего поколения определят протоколы связи и другие компоновочные блоки домашней сети. Все, что нужно потребителю, – простой и быстрый доступ в сеть. Так что же лучше всего соответствует этим требованиям? Уже два года идут разговоры о наступлении пост-ПК эпохи. Правда, пока ничего практически не меняется, и персональные компьютеры остаются основным средством доступа к информации и ее обработки. Но число бытовых устройств информационной техники непрерывно растет, и в конечном итоге ее роль в формировании домашних сетей может оказаться значительной. Правда, понятие “пост-ПК эпоха” нельзя считать правомерным, поскольку информационное домашнее оборудование еще долгое время будет сосуществовать с ПК, лишь сдерживая рост их продаж. Но в ходе совершенствования ПК не ставилась задача выполнения функций управления и контроля. ОС современных персональных компьютеров (в большинстве случаев Windows) не пригодны для таких операций.
Поэтому ПК нельзя рассматривать как надежную платформу систем автоматизации дома, и многие эксперты отдают предпочтение специализированному шлюзу/серверу, выполняющему только функции управления и контроля. Даже Intel выпустила сервер принтера, сервер электронной почты и сервер файлов. Эта продукция должна облегчить формирование сетей на базе ПК и способствовать повышению эффективности их работы. Они выполнены на тех же ИС, что и ПК, и на базовой технологии Intel. Но это – домашнее оборудование, и фирма в спецификациях на них даже не указывает тип используемого процессора.
Конкуренцию изделиям Intel могут составить “бытовые” web-серверы, выполненные на процессорах фирмы MIPS и работающие с ОС Linux фирмы Cobalt Networks. Стоимость их – менее 1000 долл. ОС и интерфейсы сервера не видны пользователю: конфигурация интерфейса рассчитана только на работу с web-сетью. Сервер не имеет клавиатуры и дисплея. Пользователь просто включает его в сеть, с помощью броузера получает доступ к окнам конфигурирования системы, и после заполнения нескольких анкет машина готова к работе. В 1998 году на рынке появились и такие изделия, пригодные для формирования домашних сетей, как настольный ПК с прямым доступом в Интернет модели Presario фирмы Compaq Computer. На подходе изделия фирм Motorola (шлюзы, объединяющие кабельный модем с сетью на базе телефонных линий связи) и Microsoft, встраивающей средства реализации домашних сетей в усовершенствованные версии ОС Windows. Так, в Windows 98 включены программы реализации домашней сети, обеспечивающие коллективное пользование модемом и возможность организации компьютерной сети.
Активно ведется разработка разнообразных “черных ящиков”, которые позволяют взаимодействовать с цифровым содержимым сети без ПК. Телевизионные STB-приставки первоначально предназначались для передачи программ кабельного телевидения. Но ситуация меняется. В сентябре 1999 года фирма Motorola объявила о слиянии с изготовителем таких приставок – фирмой General Instrument. Это позволит расширить портфель средств сетевого доступа фирмы за счет создания систем следующего поколения с “домашними концентраторами”, обеспечивающими быстрый доступ и к Интернету, и к видеоаппаратуре. В начале 1999 года фирма Microsoft отчислила AT&T 5 млрд. долл. с тем, чтобы гарантировать установку ОС СЕ в 5 млн. приставок, выпускаемых последней.
По-видимому функции шлюза смогут выполнять игровые платформы, которые пока считаются сферой интересов тийнэйджеров. Но как показало исследование фирмы Parks Associates, потребители, имеющие наряду с нескольким ПК одну или несколько игровых приставок, положительно относятся к возможности реализации в доме системы развлечений на базе ПК. И они готовы платить за такую систему. Очевидно, здесь открываются хорошие перспективы для фирм, выпускающих электронные игры, и они не намерены их упустить. Фирма Sony сообщила, что планируемая к выпуску в марте 2000 года в Японии приставка PlayStation2 будет служить и платформой для распределения содержания (контента) сети Интернет. В приставке предусмотрена возможность включения кабельного модема, который должен помочь переписать развлекательный контент большого объема на накопители на жестких дисках. Новая приставка Sony отнюдь не сможет полностью заменить ПК в качестве развлекательной платформы (по крайней мере пока). Но она может стать центральным элементом домашней сети с высоким содержанием развлекательных программ.
Sony не единственная фирма, пытающаяся использовать возможности сети с “электронным контентом”. Фирма Panja (ранее AMX/PHAST) разрабатывает аппаратуру, которая позволит доставлять контент сети по широкополосным линиям в жилище. Она объединила свои усилия с провайдерами информации, такими как Infoseek, с тем, чтобы доставлять в дом пользователя новости, биржевые данные, музыку, видеозаписи. Контент сети с помощью шлюза домашней системы развлечений на базе Интернет Panja 1000 пересылается соответствующим приемным домашним устройствам (экрану с сенсорным управлением, традиционному телевизору или стереосистеме). Для этого достаточно коснуться соответствующей пиктограммы на 5”-сенсорном экране системы Panja 1000. Работы фирм Sony и Panja, особенно в области средств “воспроизведения-по-требованию”, предоставляют возможность реализации системы развлечений на базе принципа “платы-за-бит”.
Чтобы не проиграть группе Microsoft/Intel кампанию по завоеванию рынка домашних сетей, фирмы-производители бытовой электроники исследуют возможность реализации широкополосных линий связи домашней сети, не требующих компьютера на основе таких стандартов, как IEEE 1394 (поддерживающий скорость передачи данных 100, 200 или 400 Мбайт/с) и Jini (позволяющий просто и легко объединять различные устройства без дополнительного кабеля). В Японии, где также ведется большой объем работ по созданию домашних сетей, предпочтение отдается ИК-устройствам передачи данных. Компания HITS Laboratories, образованная гигантом промышленности бытовой электроники – фирмой Victor Co. of Japan (JVC) – и японским Центром ключевых технологий, созданным Министерством почт и телекоммуникаций и Министерством внешней торговли и промышленности, c 1998 года разрабатывает ИК-сетевую технологию, обеспечивающую скорость передачи 200 Мбит/с и дешевое включение в сеть мультимедийных устройств. По проекту, на проведение которого в течение пяти лет государство планирует выделить 27,32 млн. долл., HITS должна полностью разработать сетевую систему – от оптических средств передачи и приема данных до операционной системы и протоколов объединения в сеть домашней аппаратуры и до быстродействующих беспроводных устройств коммуникации. Создаваемая система будет совместима с стандартом IEEE 1394 и требованиями Ассоциации производителей ИК-средств обработки данных (Infrared Data Association – IrDA). В основе проекта – успешный опыт JVC по разработке первой промышленной оптической локальной сети со скоростью передачи 10 Мбит/с, полностью совместимой с Ethernet. Правда, поставленная задача не простая. Существующая система коммуникации между зданиями работает в режиме асинхронной передачи (АТМ) со скоростью 156 Мбит/с. Но она дорогостоящая и не столь безопасна, как это необходимо для домашних сетей. Для обеспечения скорости передачи 200 Мбит/с нужно работать на более длинных волнах – около 1,5 мкм. Достоинство работы на таких длинах – отсутствие необходимости защиты глаз, недостаток – отсутствие дешевых и мощных фотодиодов.
Другой группой японских фирм ведутся работы по совершенствованию недавно принятого стандарта IrDA Control для двунаправленных ИК-устройств передачи команд и сигналов управления. Скорость передачи данных в соответствии с этим стандартом равна 75 Кбит/с, дальность – около 8 м. Он, так же, как и USB, предусматривает одновременное обслуживание до восьми устройств. Но если последний рассчитан на подключение к хост-ПК с помощью мыши, клавиатуры и разнообразных джойстиков, протокол новой версии IrDA Control особое внимание уделяет прямому включению и управлению работой независимых приборов без компьютера, хотя возможность подключения к ПК не исключается.
Несмотря на довольно унылую историю развития промышленности средств автоматизации дома, последние разработки могут лечь в основу ее стремительного развития. Пока компьютеризацию дома и реализацию домашних сетей несомненно сдерживает “робость” потребителя перед домашней электроникой. Но нельзя забывать о возможностях Интернета. Следующим шагом может стать создание нового класса устройств автоматизации с возможностью удаленного управления и доступа в Интернет. А пока, приходя домой, мы по-прежнему щелкаем выключателем в своем скучном жилище.
EMagazine. 1999, feb.–Oct.
www.hometoys.com
В развертываемой борьбе за автоматизированное жилище полем боя становятся домашние локальные сети – комбинация различных сред передачи данных, объединяемых различными средствами. Изготовители уже несколько десятилетий пытаются продвинуть на рынок сетевую технологию автоматизации дома. Но пока потребитель как-то обходится без нее, хотя с помощью этой технологии можно превратить свой дом в сказочную электронную страну. Причина? Слишком высокая стоимость. При современном уровне технологии установка в доме системы автоматического включения освещения обходится в 20 тыс. долл. (только настенный переключатель с трансивером стоит больше 100 долл. против менее 1 долл. для обычного выключателя). И сегодня в новых домах по-прежнему устанавливают лишь отдельные фрагменты автоматизированных сетевых систем.
Как объединить домашнее оборудование и технику в сеть и обеспечить электронное управление ими? Пока на рынке представлено множество (около 20) сетевых платформ (в том числе популярная Consumer Electronics Bus – CEBus и уже стареющая Х-10). Но, принимая во внимание разнообразие коммуникационных сред, важно определить не столько лидирующую сетевую технологию, сколько точно установить лучшие области применения каждой с последующим совершенствованием ее возможностей – простоты реализации, скорости и дальности передачи данных в пределах жилища. Следовательно, можно ожидать сосуществования нескольких различных сетевых технологий и в будущем. Это, конечно, не ускоряет продвижение домашних сетей на рынок. Но никто не хочет повторения ситуации, когда многие владельцы магнитофонов оказались привязанными к системам воспроизведения Beta-стандарта, в то время как весь мир перешел на VHS-системы.
Тем не менее, если до последнего времени технология домашних сетей развивалась фрагментарно, если не хаотично, сегодня “формируется” разумный набор стандартов, которые будут действовать в следующем десятилетии. Этому в немалой степени способствуют появившиеся в 1998 году новые сетевые технологии, такие как LonWorks, HomeRF и Bluetooth. И многие производители средств автоматизации дома начинают отказываться от считавшейся перспективной CEBus-сети в пользу новых платформ.
Технология LonWorks разработана фирмой Echelon для коммерческих систем автоматизации средств освещения, отопления, вентиляции, кондиционирования. Это – полностью созданная фирмой (от реализации в кремнии до программного обеспечения) открытая платформа, в которую входит не только протокол связи и трансивер, но и стандарты установления взаимодействия с другими сетями, и универсальные интерфейсы программирования приложений. В сети LonWorks разумные устройства управления, так называемые узлы, коммутируют друг с другом с помощью единого протокола. Каждый узел имеет физический интерфейс, обеспечивающий связь его микроконтроллера с коммуникационной средой. При этом платформа LonWorks не зависит от типа этой среды: шина электропитания, телефонная линия, ВЧ-, ИК-канал, коаксиальный кабель. Зона действия трансивера четвертого поколения PLT-22 фирмы Echelon достигает 99,7% площади типичного дома без необходимости применения специальных устройств. Протокол и среда программирования разработаны практически с нуля.
Протокол LonTalk – открытый промышленный стандарт, принятый Обществом производителей электронной промышленности (Electronic Industry Alliance – EIA) как EIA–709.1. Он совместим со многими стандартами передачи данных, в том числе стандартами таких организаций, как IEEE, ANSI, SEMI. С протоколом может работать любая платформа или процессор. Его реализуют ИС семейства Neuron, аппаратно-программные средства которых запатентованы фирмой Echelon. Все схемы семейства содержат три процессора, два из которых LonTalk-специализированы. Третий можно программировать с помощью Neuron C. Схемы семейства содержат 11 портов ввода/вывода, два 16-разрядных счетчика-таймера и стандартный пятивыводной интерфейс трансивера. В схемах серии 3120 имеются ОЗУ и ЭСРПЗУ небольшой емкости, а также программируемая постоянная память программ емкостью 10 Кбайт. Интерфейс внешней памяти в них не предусмотрен, подключение к внешним устройствам возможно лишь через порты ввода/вывода. Схема серии 3150 также имеет ОЗУ и ЭСРПЗУ небольшой емкости, но программа хранится во внешней памяти. ИС обеих серий могут иметь различные тактовые частоты и конфигурации встроенной памяти. Новейшие схемы типа 3120FE3M и 3120A20M, выпущенные фирмой Toshiba, рассчитаны на тактовую частоту 20 МГц. В схеме 3120A20M к тому же имеется и трехканальный 16-разрядный АЦП. Схемы обеспечивают скорость последовательной передачи до 2,5 Мбит/с. Стоят ИС фирмы 8 долл. при закупке небольших партий. Правда, Echelon утверждает, что в случае приобретения крупных партий цена не превысит 3 долл. ИС семейства Neuron выпускают также Cypress Semiconductor и Motorola. Пока все изделия платформы LonWorks выполняются только на базе схем семейства Neuron. Но поскольку протокол LonTalk принят EIA в качестве стандарта, в ближайшее время можно ожидать реализацию его любым процессором. Действительно, фирма Adept Systems так и поступила в микропроцессоре МС68360.
Для создания даже простейшей домашней сети требуется трансивер (самый дешевый модели FTT-10A фирмы Echelon стоит 14 долл. при поставках малых партий и около 5 долл. при партиях 10 тыс.) и специальные устройства (например, выключатель, стоимость которого в ближайшее время вряд ли будет ниже 20–30 долл.). Таким образом, для жителей среднего достатка технология LonWorks пока еще дорога и используется для реализации учрежденческих сетей. В США изделия LonWorks для домашних сетей управления освещением и отоплением продает фирма Leviton. Иначе дело обстоит в Европе, где поставщиков изделий LonWorks больше. В мае 1994 года 36 компаниями была создана Ассоциация по обеспечению взаимодействия LonMark. Сегодня в нее входят 230 фирм. Основная задача Ассоциации – облегчить интеграцию систем многих поставщиков на базе сетей LonWorks.
Встроенный в платформу LonWorks Интернет-протокол позволяет “незаметно” объединять сеть управления функциями дома с Интернетом. Благодаря этому удастся значительно снизить затраты на реализацию домашней сети. Это способствует и появлению множества новых применений и услуг, которые не только облегчат жизнь владельца дома, но и помогут ему сэкономить деньги. Так, фирма Merloni Elettrodomestici, один из крупнейших европейских производителей бытовой аппаратуры, начала выпуск разумных домашних сетевых устройств серии Ariston Digital (посудомоечных и стиральных машин, холодильников и т.п.), оснащенных LonWorks-технологией. В результате они смогут взаимодействовать друг с другом и способствовать экономии энергопотребления дома (немаловажное достоинство для многих европейских регионов). Merloni считает, что благодаря доступу провайдера услуг домашнего оборудования к данным домашней сети появляется возможность удаленного контроля работы домашнего оборудования и предупреждения владельца о вероятности выхода того или иного прибора из строя.
Домашняя радиосеть HomeRF выполнена на базе открытого промышленного протокола коллективного беспроводного доступа (Shared Wireless Acess Protocol – SWAP), разработанного рабочей группой фирм-производителей домашних ВЧ-систем (Home Radio Frequency Working Group – HomeRF). Группа, образованная в марте 1998 года, объединяет более 90 производителей (в том числе и Intel) различного компьютерного и бытового электронного оборудования. Спецификация SWAP обеспечивает обмен информацией (голосовой и цифровой) между компьютерами, разнообразным периферийным оборудованием, беспроводными телефонами и бытовыми устройствами в полосе частот 2,4 ГГц с возможностью перескока частоты. Она работает с шумоподобным сигналом и поддерживает скорость передачи данных 2 Мбит/с на расстояние до 50 м. Платформа также позволяет включать в сеть популярные в Европе телефоны DECT-стандарта. На базе платформы HomeRF возможно объединение многочисленных домашних беспроводных терминалов или телефонных аппаратов с единой стационарной станцией, даже если основная домашняя локальная сеть выполнена на базе проводных линий. Первая опытная сеть HomeRF была представлена на форуме по беспроводным домашним сетям в октябре 1999 года.
HomeRF – беспроводной эквивалент спецификации домашней сети HomePNA, работающей в полосе частот 2,45 ГГц и обеспечивающей скорость передачи по телефонным линиям 1 Мбит/с. В ее основе – технология HomeRun фирмы Tut Systems. Эта спецификация разработана образованным в июне 1998 года Обществом организации проводных сетей (Home Phoneline Networking Alliance – HomePNA) и предназначена для поддержки связи между компьютерами, периферийными и другими информационными устройствами и Интернетом по обычным телефонным каналам без ухудшения телефонной связи. Общество HomePNA было создано компаниями 3Com, AMD, AT&T, Compaq, Epigram, Hewlett-Packard, IBM, Intel, Lucent Technologies, Conexant и Tut Systems. Сейчас в него входят 33 компании. В основе платформы HomePNA – технология Ethernet.
Сегодня на рынке представлены такие HomePNA-изделия, как сетевые средства серии AnyPoint фирмы Intel и HomeLINE компании Farallon. В AnyPoint входят адаптер для подключения нескольких ПК через USB-порт к ближайшей телефонной розетке, а также компакт-диск с необходимым ПО. Модуль поддерживает “равноправное” объединение машин без сервера. ПК, оснащенные этим модулем, работают в онлайновом режиме, и ни одному из них не надо прерывать игру в Интернете, когда на каком-то другом нужно просмотреть электронную почту.
Интерес к HomePNA-технологии проявляют фирмы Microsoft и 3Com. Первая разрабатывает легко конфигурируемое ПО для комплектов схем компании 3Com. Пользователь сможет устанавливать, какие файлы или папки предназначены для коллективного пользования, а какие – для личного. Microsoft намерена добавить в Windows 98 программы поддержки коллективного пользования Интернетом. Средствам реализации домашней сети будет уделено основное внимание в грядущем издании Windows 2000 для персонального пользования.
В июле 1999 года Epigram (отделение Broadcom) предложила технологию, которая позволит увеличить скорость передачи в сети HomePNA до 10 Мбит/с (а со временем, по утверждению разработчиков, и до 100 Мбит/с) при сохранении совместимости с предшествующей 1-Мбит/с сетью. Выпуск ИС, рассчитанных на такую скорость передачи, планируют AMD, Broadcom, Conexant, Intel, Lucent и др. Эта технология, выполненная на базе эффективного метода модуляции, ляжет в основу новой версии HomePNA 2.0.
Привлекательной на сегодняшний день считается и технология беспроводной связи, получившая название Bluetooth в честь скандинавского короля Х века Гаральда Блатанда, объединившего датские княжества. Эта технология, предложенная еще в 1994 году фирмой Ericsson, предназначена для объединения различных бытовых устройств с помощью ВЧ-средств малого радиуса действия. В 1997 году фирмами Nokia, IBM, Toshiba и Intel была образована Специальная группа, представляющая интересы приверженцев технологии Bluetooth (Bluetooth Special Interest Group – SIG). Сейчас в группу входят более 1100 крупных компаний, в том числе Motorola, Sony, 3Com, Compaq, Hewlett-Packard, Lucent Technology и Dell. Платформа Bluetooth рассчитана на полосу 2,45 ГГц. Она предусматривает применение трансивера с перескоком частоты (1600 перескоков/с) и работу в режиме временного уплотнения. В диапазоне от 10 см до 10 м скорость передачи данных составляет 1 Мбит/с. Дальность действия может быть увеличена до 100 м за счет наращивания мощности передаваемого сигнала. Сеть Bluetooth поддерживает канал асинхронной передачи данных (721 Кбит/с в обоих направлениях или 57,6 Кбит/с в обратном направлении) до трех голосовых каналов (64 Кбит/с) одновременно или канал одновременной асинхронной передачи данных и синхронной передачи голоса.
На выставке COMDEX’99 компания Ericsson представила головной сотовый телефон со встроенным радиочипом Bluetooth, обеспечивающим доступ в мобильную систему связи. Для ответа при вызове, поступающем на сотовый телефонный аппарат с разъемом Bluetooth, владельцу головного устройства достаточно нажать на нем кнопку. Чтобы самому позвонить, нужно также нажать кнопку головного прибора и инициировать вызов с помощью устройства распознавания голоса. Сотовый телефон может находиться в кейсе, кармане пальто, автомобиле или даже в другой комнате на расстоянии до 10 м от головного устройства. Масса головного аппарата всего 20 г. Он может работать с сотовыми телефонами фирмы Ericsson типа Т28, Т28 WORLD и R320. В середине 2000 года головной телефон появится на всех рынках устройств GSM-стандарта.
Ericsson также объявила о намерении объединить усилия с фирмой Electrolux с целью выпуска на мировой рынок домашней бытовой техники со средствами сетевого доступа (какими не указано, но вполне вероятно, это будет Bluetooth). Ericsson будет оснащать встроенными микропроцессорами и средствами связи новую “сделанную с умом” интеллектуальную технику фирмы Electrolux. Два крупнейших шведских производителя бытовой техники и телекоммуникационного оборудования считают, что вскоре все посудомоечные, стиральные машины и холодильники смогут связываться с сервисными службами и поставщиками “профильной” информации и иметь доступ в Интернет. Ожидается, что бытовая техника, оснащенная средствами сетевого доступа, появится в магазинах в 2000 году.
В 2000 году на рынок будут выпущены и первые ИС, отвечающие требованиям технологии Bluetooth. На фирме VLSI уже разработан комплект матричного кристалла с отдельной флэш-памятью и радиомодулем стоимостью 20 долл. К 2001 году фирма намерена объединить все устройства на одном кристалле. Стоимость схемы составит 5 долл. Платформа Bluetooth рассчитана на ту же полосу частот, что и HomeRF, но, по мнению экспертов, ее легче реализовать и она дешевле.
Большой интерес к этим двум платформам проявляет фирма Motorola, которая приобрела значительную долю акций компании Digianswer, специализирующейся в области средств связи на короткое расстояние. Bluetooth-технология будет использована Motorola в изделиях семейства DigitalDNA, предназначенных для беспроводных устройств связи, портативных компьютерных систем и домашних сетевых платформ.
Рассмотренные выше платформы рассчитаны на объединение в сеть разнообразного бытового оборудования и автоматизированных средств управления им. Но уже сейчас рядовой дом оснащен большим числом развлекательных устройств, и, как показал опрос, проведенный фирмой Parks Associates, первое место в списке желаемых развлекательных домашних систем занимает телевизор с большим экраном (15% опрошенных), за которым следуют стереокомпоненты/стереосистемы (13%), DVD-плейер (10%), домашний кинотеатр (8%) и цифровой телевизор (3%). И хотя пока потребителя не очень занимает возможность записи МР3 или MPEG-2-файлов в виртуальный сервер, к которому можно получить доступ через шлюз домашней сетевой системы, скоро такая возможность покажется ему привлекательной. Если вкусы потребителей не изменятся и основным развлечением дома останется телевидение (или другие средства воспроизведения видеозаписей) и музыка, поставщикам домашних сетевых средств необходимо будет знать, куда и в каком виде следует предоставлять эту информацию (и кто ее должен обеспечивать).
Возникает вопрос: на базе каких устройств будут строиться домашние сети – ПК или телевизора? Инженеры пришли к выводу, что в конце концов тип цифровых изделий бытовой техники следующего поколения определят протоколы связи и другие компоновочные блоки домашней сети. Все, что нужно потребителю, – простой и быстрый доступ в сеть. Так что же лучше всего соответствует этим требованиям? Уже два года идут разговоры о наступлении пост-ПК эпохи. Правда, пока ничего практически не меняется, и персональные компьютеры остаются основным средством доступа к информации и ее обработки. Но число бытовых устройств информационной техники непрерывно растет, и в конечном итоге ее роль в формировании домашних сетей может оказаться значительной. Правда, понятие “пост-ПК эпоха” нельзя считать правомерным, поскольку информационное домашнее оборудование еще долгое время будет сосуществовать с ПК, лишь сдерживая рост их продаж. Но в ходе совершенствования ПК не ставилась задача выполнения функций управления и контроля. ОС современных персональных компьютеров (в большинстве случаев Windows) не пригодны для таких операций.
Поэтому ПК нельзя рассматривать как надежную платформу систем автоматизации дома, и многие эксперты отдают предпочтение специализированному шлюзу/серверу, выполняющему только функции управления и контроля. Даже Intel выпустила сервер принтера, сервер электронной почты и сервер файлов. Эта продукция должна облегчить формирование сетей на базе ПК и способствовать повышению эффективности их работы. Они выполнены на тех же ИС, что и ПК, и на базовой технологии Intel. Но это – домашнее оборудование, и фирма в спецификациях на них даже не указывает тип используемого процессора.
Конкуренцию изделиям Intel могут составить “бытовые” web-серверы, выполненные на процессорах фирмы MIPS и работающие с ОС Linux фирмы Cobalt Networks. Стоимость их – менее 1000 долл. ОС и интерфейсы сервера не видны пользователю: конфигурация интерфейса рассчитана только на работу с web-сетью. Сервер не имеет клавиатуры и дисплея. Пользователь просто включает его в сеть, с помощью броузера получает доступ к окнам конфигурирования системы, и после заполнения нескольких анкет машина готова к работе. В 1998 году на рынке появились и такие изделия, пригодные для формирования домашних сетей, как настольный ПК с прямым доступом в Интернет модели Presario фирмы Compaq Computer. На подходе изделия фирм Motorola (шлюзы, объединяющие кабельный модем с сетью на базе телефонных линий связи) и Microsoft, встраивающей средства реализации домашних сетей в усовершенствованные версии ОС Windows. Так, в Windows 98 включены программы реализации домашней сети, обеспечивающие коллективное пользование модемом и возможность организации компьютерной сети.
Активно ведется разработка разнообразных “черных ящиков”, которые позволяют взаимодействовать с цифровым содержимым сети без ПК. Телевизионные STB-приставки первоначально предназначались для передачи программ кабельного телевидения. Но ситуация меняется. В сентябре 1999 года фирма Motorola объявила о слиянии с изготовителем таких приставок – фирмой General Instrument. Это позволит расширить портфель средств сетевого доступа фирмы за счет создания систем следующего поколения с “домашними концентраторами”, обеспечивающими быстрый доступ и к Интернету, и к видеоаппаратуре. В начале 1999 года фирма Microsoft отчислила AT&T 5 млрд. долл. с тем, чтобы гарантировать установку ОС СЕ в 5 млн. приставок, выпускаемых последней.
По-видимому функции шлюза смогут выполнять игровые платформы, которые пока считаются сферой интересов тийнэйджеров. Но как показало исследование фирмы Parks Associates, потребители, имеющие наряду с нескольким ПК одну или несколько игровых приставок, положительно относятся к возможности реализации в доме системы развлечений на базе ПК. И они готовы платить за такую систему. Очевидно, здесь открываются хорошие перспективы для фирм, выпускающих электронные игры, и они не намерены их упустить. Фирма Sony сообщила, что планируемая к выпуску в марте 2000 года в Японии приставка PlayStation2 будет служить и платформой для распределения содержания (контента) сети Интернет. В приставке предусмотрена возможность включения кабельного модема, который должен помочь переписать развлекательный контент большого объема на накопители на жестких дисках. Новая приставка Sony отнюдь не сможет полностью заменить ПК в качестве развлекательной платформы (по крайней мере пока). Но она может стать центральным элементом домашней сети с высоким содержанием развлекательных программ.
Sony не единственная фирма, пытающаяся использовать возможности сети с “электронным контентом”. Фирма Panja (ранее AMX/PHAST) разрабатывает аппаратуру, которая позволит доставлять контент сети по широкополосным линиям в жилище. Она объединила свои усилия с провайдерами информации, такими как Infoseek, с тем, чтобы доставлять в дом пользователя новости, биржевые данные, музыку, видеозаписи. Контент сети с помощью шлюза домашней системы развлечений на базе Интернет Panja 1000 пересылается соответствующим приемным домашним устройствам (экрану с сенсорным управлением, традиционному телевизору или стереосистеме). Для этого достаточно коснуться соответствующей пиктограммы на 5”-сенсорном экране системы Panja 1000. Работы фирм Sony и Panja, особенно в области средств “воспроизведения-по-требованию”, предоставляют возможность реализации системы развлечений на базе принципа “платы-за-бит”.
Чтобы не проиграть группе Microsoft/Intel кампанию по завоеванию рынка домашних сетей, фирмы-производители бытовой электроники исследуют возможность реализации широкополосных линий связи домашней сети, не требующих компьютера на основе таких стандартов, как IEEE 1394 (поддерживающий скорость передачи данных 100, 200 или 400 Мбайт/с) и Jini (позволяющий просто и легко объединять различные устройства без дополнительного кабеля). В Японии, где также ведется большой объем работ по созданию домашних сетей, предпочтение отдается ИК-устройствам передачи данных. Компания HITS Laboratories, образованная гигантом промышленности бытовой электроники – фирмой Victor Co. of Japan (JVC) – и японским Центром ключевых технологий, созданным Министерством почт и телекоммуникаций и Министерством внешней торговли и промышленности, c 1998 года разрабатывает ИК-сетевую технологию, обеспечивающую скорость передачи 200 Мбит/с и дешевое включение в сеть мультимедийных устройств. По проекту, на проведение которого в течение пяти лет государство планирует выделить 27,32 млн. долл., HITS должна полностью разработать сетевую систему – от оптических средств передачи и приема данных до операционной системы и протоколов объединения в сеть домашней аппаратуры и до быстродействующих беспроводных устройств коммуникации. Создаваемая система будет совместима с стандартом IEEE 1394 и требованиями Ассоциации производителей ИК-средств обработки данных (Infrared Data Association – IrDA). В основе проекта – успешный опыт JVC по разработке первой промышленной оптической локальной сети со скоростью передачи 10 Мбит/с, полностью совместимой с Ethernet. Правда, поставленная задача не простая. Существующая система коммуникации между зданиями работает в режиме асинхронной передачи (АТМ) со скоростью 156 Мбит/с. Но она дорогостоящая и не столь безопасна, как это необходимо для домашних сетей. Для обеспечения скорости передачи 200 Мбит/с нужно работать на более длинных волнах – около 1,5 мкм. Достоинство работы на таких длинах – отсутствие необходимости защиты глаз, недостаток – отсутствие дешевых и мощных фотодиодов.
Другой группой японских фирм ведутся работы по совершенствованию недавно принятого стандарта IrDA Control для двунаправленных ИК-устройств передачи команд и сигналов управления. Скорость передачи данных в соответствии с этим стандартом равна 75 Кбит/с, дальность – около 8 м. Он, так же, как и USB, предусматривает одновременное обслуживание до восьми устройств. Но если последний рассчитан на подключение к хост-ПК с помощью мыши, клавиатуры и разнообразных джойстиков, протокол новой версии IrDA Control особое внимание уделяет прямому включению и управлению работой независимых приборов без компьютера, хотя возможность подключения к ПК не исключается.
Несмотря на довольно унылую историю развития промышленности средств автоматизации дома, последние разработки могут лечь в основу ее стремительного развития. Пока компьютеризацию дома и реализацию домашних сетей несомненно сдерживает “робость” потребителя перед домашней электроникой. Но нельзя забывать о возможностях Интернета. Следующим шагом может стать создание нового класса устройств автоматизации с возможностью удаленного управления и доступа в Интернет. А пока, приходя домой, мы по-прежнему щелкаем выключателем в своем скучном жилище.
EMagazine. 1999, feb.–Oct.
www.hometoys.com
Отзывы читателей
