本文是学习GB-T 35136-2017 智能家居自动控制设备通用技术要求. 而整理的学习笔记,分享出来希望更多人受益,如果存在侵权请及时联系我们
本标准规定了家庭自动化系统中家用电子设备自主协同工作所涉及的术语和定义、缩略语、通信要
求、设备要求、控制要求和控制安全要求。
本标准适用于智能家居电子设备的自动控制要求。
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB 3095 环境空气质量标准
GB/T 19582.1—2008 基于 Modbus 协议的工业自动化网络规范 第1部分:Modbus
应用协议
GB/T 19582.2—2008 基于 Modbus 协议的工业自动化网络规范 第2部分:Modbus
协议在串
行链路上的实现指南
GB/T 29724 太阳能热水系统能量监测
DL/T 395 低压电力线通信宽带接入系统技术要求
DL/T 1407 低压电力线载波通信设备通用技术条件
ISO/IEC 13421—1993 信息技术 在12.7 mm 宽、48道盒式磁带上的数据交换 DLT1
格式 (Information technology—Data interchange on 12.7 mm,48-track
magnetic tape cartridges—DLT 1
format)
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
家庭自动化系统 home automatic control system
利用网络技术集成家用电子设备,实现智能、自动控制的系统。
3.2
家庭总线 home bus
用于家庭自动化系统通信的一组信号线。
注:主要指 EIA-485等常用有线通讯方式。
3.3
传感检测设备 sensing and detecting equipment
用于采集住宅环境、安防和人体运动状态等信息的设备。
3.4
监控设备 supervisory equipment
用于控制系统、监测系统运行状态的设备。
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3.5
协议转换设备 protocol conversion equipment
用于协议转换的 TCP/IP 服务器网关。
3.6
场景控制 scene control
家庭内部电气设备按照设定的模式产生动作。
3.7
移动控制设备 mobile control device
能够在移动状态下应用的监控设备。
注:包括手持遥控器、智能手机、平板电脑等设备。
3.8
中央控制设备 central control facility
对家庭自动化系统进行集中管理和控制的设备。
3.9
网络变量 network variable
能够在家庭自动化系统中共享的节点数据对象,用以实现设备之间的互操作。
注:网络变量信息包括变量所属的设备IDN、变量域地址。
3.10
网络变量消息 network variable message
网络变量修改和查询时产生的消息。
3.11
网络变量安全操作 network variable security
operation
一种网络环境下安全读写网络变量的方法。
3.12
F 函数 F function
用于对网络变量消息进行认证的函数。
下列缩略语适用于本文件。
AES: 高级加密标准(Advanced Encryption Standard)
BPSK: 二进制相移键控(Binary Phase Shift Keying)
CRC: 循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check)
DLT: 数据链路终端(Data Link Terminal)
GFSK: 高斯频移键控(Gauss Frequency Shift Keying)
HASIP: 家庭自动化系统集成协议(Home Automation System Integration
Protocol)
IDN: 身份识别码(Identification Number)
IP:网络互连协议(Internet Protocol)
MAC: 消息认证码(Message Authentication Code)
OFDM: 正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
PM: 颗粒物(Particulate Matter)
PoE: 有源以太网(Power Over Ethernet)
QAM: 正交振幅调制(Quadrature Amplitude Modulation)
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QoS: 服务质量(Quality of Service)
QPSK: 四相相移键控(Quadrature Phase Shift Keying)
SNMP: 简单网络管理协议(Simple Network Management Protocol)
TCP: 传输控制协议(Transmission Control Protocol)
VOC: 挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds)
Wi-Fi:无线保真(Wireless Fidelity)
家庭自动化系统的拓扑结构依据集成方式分为:以太网汇入中央控制设备式和直接汇入中央控制
设备式。
以太网汇入中央控制设备式的家庭自动化系统需满足以下要求,拓扑结构如图1所示:
——具有家庭总线接口的家用电子设备通过协议转换设备接入以太网;
——具有 Wi-Fi 接口的家用电子设备通过家庭路由器接入以太网;
— 具有低功耗射频通信接口的家用电子设备通过协议转换设备接入以太网;
— 中央控制设备通过以太网实现和家用电子设备的互联;
——
中央控制设备接入智能家居服务云获得云服务(中央控制设备可通过设备验证云验证家用电
子设备的合法性)。
style="width:8.81389in;height:4.70069in" />
style="width:8.81389in;height:4.70069in" />
style="width:8.81389in;height:4.70069in" />
图 1 以太网汇入中央控制设备式的拓扑结构
直接汇入中央控制设备式的家庭自动化系统需满足以下要求,拓扑结构如图2所示:
—
中央控制设备内含有线家庭总线、低速无线通信的协议转换设备,直接接入家用电子设备;
——
中央控制设备接入智能家居服务云获得云服务(中央控制设备可通过设备验证云验证家用电
子设备的合法性).
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style="width:8.76042in;height:4.80694in" />
style="width:8.76042in;height:4.80694in" />
style="width:8.76042in;height:4.80694in" />
图 2 直接汇入中央控制设备式的拓扑结构
家庭自动化系统需满足 HASIP 协议的要求, HASIP 协议基本要求见附录
A,HASIP 的通信方式
见附录 B。
家用电子设备需满足以下要求:
——应具有
Wi-Fi、以太网、EIA-485、低速无线、电力载波中的任意一种通信接口;
——应具有上报设备故障、报警、基本功能等信息的能力;
——应具有设备开/关机、档位等功能控制接口;
——应支持 HASIP 协议;
— 宜支持远程诊断(故障提示、故障分析、故障诊断)的云服务。
中央控制设备需分别满足以下要求:
——应具有设备发现、控制和系统事件发布的功能;
——应具有多回路自动控制的功能;
——应具有时间条件触发控制的功能;
——应具有传感检测设备状态触发控制的功能;
——宜具有接入智能家居服务云的能力;
——宜具有用户习惯学习的智能控制能力。
场景控制设备需满足以下要求:
— 应具有编辑场景的功能;
— 宜具有图标和名称的显示方式,并且名称可以由用户编辑。
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移动控制设备需满足以下要求:
——应具有便于用户交互的监控界面;
— 应具有家庭自动化系统工作状态的显示功能;
— 应具有家庭自动化系统工作模式设置功能;
— 宜具有家庭自动化系统电源控制功能;
——宜具有家庭自动化系统电能数据显示功能。
视频监控设备需满足以下要求:
——采集的视频信息应包括图像来源的文字提示、日期、时间等;
——应具有数据记录功能;
——宜具有视频监控报警功能;
——宜具有视频信号丢失报警功能。
可视对讲设备需满足以下要求:
——应具有控制家庭自动化系统的功能;
— 宜具有布撤防操作功能;
——宜具有查看防区的状态、安防报警信息的功能。
红外转发设备需满足以下要求:
——应具有以太网接口;
——应具有红外码学习功能;
——宜具有 PoE 供电功能;
——宜具有 EIA-485 有线接口;
— 可具有常用家电红外码库。
协议转换设备需满足以下要求:
——应具有以太网接口;
— 应具有设备管理功能;
——可具有 PoE 供电功能;
——可具有 EIA-485 有线接口。
智能插座类设备需满足以下要求:
——应具有控制关系配置的能力;
——应具有控制场景配置的能力;
——可具有实时计量电压、电流、频率、有功功率/电能的功能;
— 可具有累计有功电能保存功能;
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——可具有累计电能、累计使用时间参数配置功能;
——可具有过流值上限参数配置功能;
——可具有电流大于设定值时,自动关闭电源并主动上报信息的功能。
传感检测设备需满足以下要求:
——
电池供电的传感设检测备(门磁、红外、烟感、紧急按钮等)应具有剩余电量发布的功能;
——漏水检测传感设备宜具有自诊断功能;
——雨水传感器宜具有多点检测功能;
——空气质量传感器宜具有 PM2.5、PM10 含量显示的功能;
——空气质量传感器宜具有空气质量等级评判功能;
——空气质量传感器宜具有数据存储和峰值记忆功能;
——温度、湿度传感器宜具有简单指示功能;
— 次声探测传感器宜具有触发阈值学习功能。
可穿戴健康监测设备需满足以下要求:
——应具有人体运动数据分享功能;
——应具有用户身份绑定功能;
——宜具有血压、心率测量管理功能;
— 可支持人体健康状态分析云服务。
安防报警控制需满足以下要求:
——应具有(入侵报警、燃气泄漏、火警、防挟持和紧急按钮)报警事件触发功能;
应具有防区自主设置功能;
——应具有本地、远程等布撤防功能;
— 应具有联动其他防范入侵设备功能;
— 宜具有接入社区监管平台功能;
——宜具有特殊人群(老人、儿童等)异常活动报警功能。
光环境控制需满足以下要求:
——应具有自动开关灯光的功能;
——应具有自动调节灯光参数的功能;
——应具有自动调节窗帘开合度的功能;
——应具有自动调节遮阳设备的功能;
——宜具有依据用户作息时间学习控制的能力。
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暖通控制需满足以下要求:
— 应具有节能模式的自动化控制功能;
——应具有舒适模式的自动化控制功能;
——宜具有依据用户习惯智能控制的功能;
-— 电加热型智能取暖设备宜具有超长时间运行自动关闭的能力。
空气质量控制需满足以下要求:
— 应满足 GB 3095 要求;
— 应具有空气质量(PM2.5、PM10、VOC) 异常警示功能;
——宜具有联动关联设备的能力;
——宜具有条件或事件触发能力;
——宜具有空气质量(PM2.5、PM10、VOC) 量化显示的功能;
——宜具有空气质量数据在移动终端设备实时显示的功能。
生活热水控制需满足以下要求:
— 应具有温度自动控制功能;
——应具有水位自动控制功能;
——应具有自动循环换热功能;
——宜具有联动关联设备的能力;
——宜具有条件或事件触发能力;
— —
太阳能热水系统应实时显示网络连接状态,能量采集、电量采集、监测与控制应满足
GB/T 29724中的相关要求;
— 宜具有系统工作状态在移动终端设备实时显示的功能。
场景模式控制需满足以下要求:
— 应具有工作模式(设备选择和状态设定)自定义功能;
— 应具有定时触发功能;
— 应具有状态触发功能;
——宜具有延时触发功能;
——可具有新场景学习功能。
自定义控制需满足以下要求:
——宜具有用户组态集成的能力;
——宜具有用户编写控制逻辑的接口。
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家庭自动化系统的运行安全需满足以下要求:
— 应具有人工手动、自动切换的功能,独立手动控制的能力;
——应具有瞬间电流、烟雾探测、可燃气体浓度实时获取的能力;
——应具有紧急状态、危险状态预判能力,以及部分状态关联操作的能力;
——可具有用电器最大瞬间电流短时延时控制的能力;
——可具有对大功率(加热型)安全状态检测能力;
——可具有危险组合操作判定能力。
家庭自动化系统的信息安全需满足以下要求:
— 应具有互联网(局域网)传输内容加密机制;
——应支持 MAC-SM4 消息认证算法;
——宜具有智能家居服务云网络安全认证机制;
——宜具有通过设备验证云验证系统设备合法性的机制;
——可支持 MAC-AES 消息认证算法。
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(规范性附录)
HASIP 协议
A.1 通信模型
家庭自动化的系统集成基于 TCP/IP
协议,设备之间应用客户机/服务器模型自主协作,如图 A.1
所示。客户机/服务器模型有4种报文:请求、指示、证实和响应。
通过报文传输服务用于实时信息交互应符合下列要求:
—— 家庭自动化系统中两个设备应用程序之间;
—— 家庭自动化系统中设备应用和其他设备之间;
— 家庭自动化系统中组态软件和设备之间;
—— 智能小区监控平台和家庭自动化系统之间。
style="width:6.00006in;height:1.91994in" />诸求
客户机
证实
指示
服务器
响应
图 A.1 客户机/服务器模型
A.2 协议栈
HASIP 的协议栈由网络变量安全操作协议、网络控制映射协议和 TCP/IP
协议组成,支持电力线、
EIA-485
双绞线、低速无线和以太网等多种通信方式,提供设备控制、数据采集等应用,如图
A.2 所示。
style="width:11.95347in;height:5.86667in" />
图 A.2 家庭自动化系统集成的协议栈
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HASIP 的协议适用于多种通信介质。在低速无线、EIA-485
等低速通信时,应用网络变量安全操 作协议。在 TCP/IP
网络上通信时,应用网络控制映射协议对网络变量安全操作协议的请求响应进行
封装。协议的数据包格式如图 A.3 所示。
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网络控制映射协议
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刚络变量安全操作协议
图 A.3 协议报文格式
本标准涉及的部分应符合以下要求:
— 网络控制映射协议应满足 A.3.2 要 求 ;
— 网络变量安全操作协议应满足 A.3.4 要求;
— — 电力线通信应满足 B.1 要 求 ;
— 低速无线应满足 B.2 要求。
A.3 协议描述
A.3.1 通信接口
家庭自动化系统的客户机须支持 TCP/IP 协议。不支持 TCP/IP
协议的服务器则需要通过 TCP/
IP 服务网关实现报文传输,如图 A.4 所示。
style="width:8.24002in;height:3.08682in" />客户机
TCP/IP
TCP/IP
服务器
(其他链路)
TCP/IP
服务网关
其他链路
图 A.4 通信接口示意图
A.3.2 网络控制映射协议
网络控制映射协议规定了HASIP 协议在TCP/IP
网络上的请求响应的封装,协议的数据包格式如
图 A.3 所示。该协议的报文头见表 A.1。
表 A.1 报文头的字段
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表 A.1 ( 续 )
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报文头长度为7字节。
传输标志:用于传输事务处理配对,在响应中,服务器复制该标志。
协议标志:默认值为1。
长度:是接续字段的字节数。
映射组:此字段仅用于系统内的服务网关下行数据链选择,同一个数据链设定为相同的组。服务器
在响应时复制该字段。当服务器支持 TCP/IP 时,本字段无效。
通过 TCP 将所有的 HASIP 的报文发送至注册的502端口。
A.3.3 网络变量类型
本标准中网络变量有两种:开关型网络变量和模拟型网络变量。开关型网络变量占1个二进制位,
为布尔型数据。模拟型网络变量占2个字节,为长度为16位的有符号整型数据。
对变量的操作包括:
—— 单个开关型网络变量读取;
—— 单个开关型网络变量写入;
—— 多个开关型网络变量读取;
—— 多个开型网络变关量写入;
单个模拟型网络变量读取;
—— 单个模拟型网络变量写入;
—— 多个模拟型网络变量读取;
— 多个模拟型网络变量写入。
A.3.4 网络变量安全操作
网络变量安全操作通过网络变量消息实现。网络变量消息的格式如图 A.3
所示,各域说明见
表 A.2。数据报文采用定长40字节。
认证类型:当为0时表示不认;当为1时,采用 MAC-SM4
算法;当为2时,采用MAC-AES 算法。
设备 IDN: 设备的身份识别码,由官方统一发放。
功能码与数据:具体见GB/T 19582.1—2008 中的功能码描述。
时间码:客户机发出命令的流水号,每发出一个命令加1,服务器应答时复制该部分。
认证码:认证码,见 A.4 要求。
表 A.2 报文域解释
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表 A.2 ( 续 )
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A.4 认证码产生机制
认证码为8个字节,由以下步骤计算出,如图 A.5 所示。
步骤1: Data 中的32数据进行分组,利用函数 F(Data,Key) 运算出中间数据
M,Key 由官方统一
发放。
步骤2:对 M 进 行CRC64 位运算,计算出认证码,CRC64 运算符合 ISO/IEC
13421—1993要求。
style="width:7.78056in;height:1.60694in" />
图 A.5 认证码生产流程
F 函数可以有表 A.3 所列类型。
表 A.3 F 函数算法列表
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GB/T 35136—2017
(规范性附录)
HASIP 通信方式
B.1 宽带电力线载波通信
B.1.1 物理层要求
电力线载波通信单元的物理层应符合 DL/T395 中的规定,具体要求见表B.1。
表 B.1 电力线载波通信单元物理层参数
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1 MHz~30 MHz |
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30 MHz~100 MHz |
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B.1.2 数据链路层功能要求
电力线载波通信单元的数据链路层应支持以下功能:
——实现应用层数据转换为协议帧并通过电力线发送;
——实现接收电力线数据帧转换为业务格式报文提供给应用层;
——支持TCP/IP 协议,用于扩展 SNMP 等网络应用;
——支持注册认证功能;
——支持多网络协同工作;
——支持虚拟载波监听;
——支持基于竞争的随机接入方式;
——支持突发传输模式;
—支持单播、广播;
——支持分片重组包功能;
——支持QoS。
B.2 低速无线通信
B.2.1 无线通信参数
无线通信参数应包括以下内容:
—工作频段:2402 MHz~2480 MHz;
— 频道间隔:2402 MHz~2480 MHz频段的频道间隔为1 MHz; 载波频率见表B.2;
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—调制数据速率:62.5 Kbps/125 Kbps;
— 调制方式:GFSK;
——直接序列扩频(DS 方式):62.5 Kbps 时,1 bit扩展为16 bit;125 Kbps时,1
bit扩展为8 bit;
——最大调制频偏:≤280 kHz;
发射机有效辐射功率(ERP)≤20 dBm;
灵敏度限值:≤—96 dBm;
— 占用带宽:≤1.0 MHz。
表 B.2 2402 MHz~2480 MHz信道载波频率表
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B.2.2 无线物理层通用帧格式
B.2.2.1 帧格式
无线通信的物理层提供的无线链路,无线物理层通用帧格式如图 B.1所示。
GB/T 35136—2017
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32 bit | 32 bit | 8 bit |
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2 byte |
图 B.1 无线物理层通用帧格式
B.2.2.2 开始序列域
开始域包括训练序列、同步字、追踪序列三部分,其中:
a) 训练序列域:通过调制在2.4G 射频中的连续翻转的32 bit
的序列使得接收机的接收震荡的电
平能够跟踪到发射过来的信号的电平,使得接收电路对于空中信号的过零点能够更准确地判
断,从而提高接收的灵敏度,保证后续信号接收的稳定,提高收包率。
b)
同步字域:有达到过滤一部分杂散信号,使得真正用户传输的信号能够被接收。
c)
追踪序列域:在判断出是用户的信号后,追踪序列域给解调电路留出处理的等待时间。适应不
同的设备的同步需要。
B.2.2.3 载荷域
无线物理层帧载荷是无线物理层实际传输的数据。
B.2.2.4 校验域
无线物理层校验域是无线物理层数据的 CRC。
B.2.3 链路层
微功耗射频的数据链路层应具有以下功能:
—— 支持网状网和星型网等拓扑结构;
— 支持子节点数大于60000;
— — 支持6级中继;
—— 支持公共管理信道;
—— 具有碰撞避免策略,跳频信道不少于6个;
—— 具有节点间路径动态优化功能。
B.3 其他通信介质
其他通信介质的通信要求为:
—— 其他无线射频通信分别参见 IEEE 802.15.4、IEEE 802.15.1和 IEEE 802.11
要求;
——EIA-485 见 GB/T 19582.2—2008 中6. 1和7.3.2的要求;
—— 以太网部分参见 IEEE 802.3 要求;
— 窄带电力线通信应符合DL/T 1407 的要求。
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