淺析AP面板在智能家居中的應用

梁耀文 李忠耀 尹兆貴 黃棉燦

（威凱檢測技術有限公司 廣州 510663）

引言

智能家居集安防監控、家電控制、照明控制、氛圍營造、語音聲控等無線控制為一體，給消費者帶來具有舒適高品質、高安全感的生活，使傳統的“家居”發生質的改變。而信息技術的不斷擴展和革新直接關聯智能家居的發展，并由此誕生了萬物互聯的“物聯網”。雖然物聯網家電暫時無法涵蓋智能家電的所有特性，但其代表智能家電最主流的發展方向。

家庭網絡架構在智能家居場景中承擔著重要角色，隨著智能化的需求日益提高，智能家居對網絡配置的需求也日漸增大。家庭網絡系統作為未來智能生活的基礎，如何構建一個便捷、穩定、可靠、高速的家庭網絡系統成為很多現代用戶所關注的問題。隨著技術的提升，產品的更新換代，AP面板已成為家庭網絡組網的發展熱點。

1 現代家庭網絡配置的現狀

90年代中后期，隨著IP網絡的商業化及Web技術的出現，互聯網技術得到空前發展，互聯網用戶呈爆炸式增長。中國互聯網絡信息中心（CNNIC）在京發布第47次《中國互聯網絡發展狀況統計報告》。數據顯示，截至2020年12月，我國網民規模為9.89億，較2020年3月新增網民8 540萬，互聯網普及率達70.4 %，較2020年3月提升5.9個百分點。其中，手機網民規模為9.86億，較2020年3月新增手機網民8 885萬，網民中使用手機上網的比例為99.7 %。從原始的電話線撥號，到ADSL寬帶光貓和LAN寬帶，家庭網絡開始成為人們生活必不可少的資源。

目前在現代家庭網絡配置中，人們普遍使用單一路由器作為家庭網絡核心。網絡接入點依賴于路由器提供的有線端口和無線WIFI信號輸出，因此導致路由器的安裝位置將成為家庭網絡是否優良的關鍵。路由器通常安裝于電視設備處、有辦公需求的書房、或滿足全屋WIFI覆蓋的中心位置。隨著人們生活品質的提高，智能家居的不斷完善，不論是家庭聯網設備數量的日益增多，還是網絡傳輸速度和質量的提高，傳統單一路由器由于擴展性能低、覆蓋范圍小、傳輸能力差，逐漸難以滿足不斷發展的智能終端要求。如何構建一個便捷、穩定、可靠、高速的家庭網絡系統成為智能家居能否不斷普及和發展的關鍵。

2 關于AP與AC

2.1 AP的定義

AP是英文Access Point的簡寫，即無線接入點，是用于無線網絡的無線交換機，也是無線網絡的核心。無線AP是移動計算機用戶進入有線網絡的接入點，主要用于寬帶家庭、大樓內部以及園區內部，覆蓋范圍達幾十米至上百米。無線AP是一個廣義名稱，它不僅包含單純性無線接入點，也是無線路由器（含無線網關、無線網橋）等類設備的統稱。

2.2 AC的定義

接入控制器（Access Controller），即無線控制器，是一種網絡設備；負責管理某個區域內無線網絡中的AP。對不同AP下發配置、修改配置，進行射頻智能管理、用戶接入控制等。

2.3 無線AP的分類

無線AP按功能模式，可以分為FAT模式和FIT模式兩類，兩者是通過工作原理和功能來區分。同一個AP面板可以同時具有FAT模式和FIT模式的功能，用戶可以根據不同應用場景來選擇不同功能模式。

FAT模式，具有完整的網絡設備功能，AP本身具有WAN、LAN端口，支持DHCP服務器、DNS和MAC地址克隆、VPN接入等功能，FAT AP能夠單獨組網，通常應用于一些局部應用WLAN網絡信號覆蓋的項目。

FIT模式，僅保留了FAT模式中的無線接入功能，AP本身僅提供一個有線和無線信號發射的功能。它不能單獨組網，需要與控制器（AC）配合才能完成組網功能。AC控制器即無線控制器，是一種網絡設備，負責管理某個區域內無線網絡中的AP。“AC+AP”系統目前定位于中型WLAN接入業務，如企業、商超連鎖、酒店、醫院、金融、校園、景區等高速的WIFI應用場景。

3 AP面板

AP面板，即: 帶無線網絡功能的信息面板（如圖1所示市場上的通用產品）。

圖1 AP面板示例

1）產品尺寸同插座面板，尺寸大小為86×86 mm；直接安裝在墻體預埋的底盒中，與開關插座等產品搭配使用，見圖1。

2）AP面板的輸入端位于產品底座上，與AC控制器相連接，見圖2。產品通常采用POE供電模式，無需再外接電源線，配置方便。POE（Power Over Ethernet）指在現有以太網布線基礎架構不作任何改動的情況下，在為AP面板傳輸數據信號的同時，還能為此類設備提供直流供電的技術。

圖2 輸入端口

3）產品正下方配置千兆有線輸出端口，以便擴展不同的連接需求，見圖3。端口位置極佳，不使用有線連接時，端口隱藏于下方不影響外觀；使用有線連接時，網線沿墻面布置，美觀大方。

圖3 有線輸出端口

4）產品正上方配置WIFI開關，閑置時可以關閉WIFI信號發放，便于管理，見圖4。

圖4 無線控制開關

5）拆開面板后，有FAT/FITAP功能擴展的選項，使用模式參見上文AP的分類。另外還配有設備重置的RESET按鈕，見圖5。

圖5 功能與模式選擇

4 AP面板+AC無線控制器的組網模式及應用

AP面板的應用通常指FIT模式，僅提供有線+無線信號接收及發射功能。AP面板作為無線局域網的信號終端，不能獨立工作，也不具備管理功能，可以簡單理解為一個信號發送與接收的天線，其管理功能由后端的AC控制器來完成，見圖6。

圖6 AP面板+AC無線控制器

AC控制器對AP面板的控制是通過無線接入點的控制和配置協議CAPWAP（Control and Provisioning ofWireless Access Points）來實現的。CAPWAP協議主要負責AC控制器與AP面板的控制通道的建立、配置管理、數據傳輸等，在控制通道建立完成后，AP面板才能正常工作。兩者控制通道的建立通常是由AP面板發出請求報文，請求報文會被AC控制器接收并識別，進一步判斷該AP面板是否有連接本機的權限，如果有則回應發現響應。AP控制器和AC面板則連接成功。

AP技術源于商業大規模聯網需求，隨著智能家居系統的發展，為滿足不斷發展的家庭網絡需求，AC控制器+AP面板的網絡配置設備漸漸普及，越來越多的AP面板出現在智能家居的家庭組網中。以圖7的商品房為例，采用AC控制器+AP面板網絡配置實現全屋的家庭網絡架構。

圖7 AP面板家居組網示意圖

現代商品房通常在玄關位置布置了低壓配電箱，用以綜合管理房屋內部的固定布線（如：網絡、電話、電視等）和各大運營商的外部預設線纜。AC控制器設置在低壓配電箱內，對外可根據用戶需求選擇不同的運營商進行外部Internet連接，對內可通過房屋的固定布線與客廳、主臥、次臥的AP面板相連接，實現POE供電以及各個AP的管理。AP面板直接安裝在與開關插座一體的86底盒中，外觀與開關插座配套，簡潔美觀。AP面板設定的位置提供有線連接和無線WIFI信號的發放。有線端口滿足用戶特殊的設備需求，如客廳的電視、臥室的臺式電腦，3個AP面板無縫銜接實現全屋WIFI信號覆蓋。

5 不同的家庭網絡架構配置對比

1）路由器與信號放大器組合配置

一般用戶的家庭組網方案，主要以路由器為主，通常設置在客廳處，單點發射WIFI信號覆蓋全屋，用戶可在客房等信號較弱的地方增設一個信號放大器。

優點：成本中等，配置簡單方便，路由器與信號放大器之間屬于無線連接，無需布線，只需要選擇一個性能強大的路由器，適合一般用戶使用。

缺點：擴展性能低，覆蓋范圍小，信號放大器會影響家居的美觀。

使用情況：目前家庭最多的配置形式，設備配置簡單方便，但面對日益增加的用戶需求，該配置漸漸顯得乏力。

2）路由器與路由器組合配置

對網絡配置有一定了解的用戶組網方案，以兩個路由器為主，通常設置在客廳和主臥，以兩點發射WIFI信號覆蓋全屋，路由器之間可以通過無線或有線進行橋接。

優點：擴展性好，覆蓋范圍大，能提供兩個主要區域的有線和無線連接，尤其適合兩層結構房子的網絡配置。

缺點：配置難，需要對路由器的橋接有所理解，兼容性差。

使用情況：較少，只有在多樓層或有特殊的擴展需求的條件下，用戶才采用路由器橋接的方式。

3）電力貓套裝組網（電力貓路由器+電力貓擴展器）組合配置

對網絡質量和家居布置有一定要求且沒有固定布線的用戶組網方案，通常把電力貓路由器設置在入門玄關的配電箱中，把多個電力貓擴展器設置在客廳、主臥、次臥等區域以達到覆蓋全屋，電力貓路由器和電力貓擴展器之間通過電力線傳輸數據。

優點：覆蓋范圍廣，擴展性好，穩定性好，不需要固定布線，采用家庭的電源線系統即可以擴展。

缺點：成本較高，不能提供有線連接，不能跨電表，容易受大功率電器干擾。

使用情況：極少，屬于新型的配置形式，目前只有在部分老舊房屋網絡改造時，用戶才采用電力貓系統的方式。

4）AC控制器+AP面板組合配置

對網絡質量和家居布置有較高要求的用戶組網方案，適合現代商品房的網絡布置，通常將AC控制器設置在入門玄關的低壓配電箱內，將多個AP面板設置在客廳、主臥、客臥等區域以達到覆蓋全屋，AP面板與AC控制器之間采用有線連接。

優點：覆蓋范圍廣，穩定性好，滿足智能家居用戶的組網需求，家居布置美觀大方。

缺點：成本高，對布線有要求，AP面板的位置受網口的限制。

使用情況：較少，屬于新型的配置形式，成本較路由器要高，但由于外觀小巧、美觀與開關插座形成一套智能家居的附件產品，正逐漸被廣大用戶所接受。

家庭用戶可以根據家居布置的環境選擇合適的方案完成組網的需求。隨著現代智能家居的快速發展，家庭用電設備組網要求的增多，網絡質量和現代家居美觀要求的提高，用戶在布置智能家居場景的網絡架構上，可以把更多的目光轉向到AC+AP系統的組網技術。

6 結束語

隨著科技的高速發展，家庭對上網的需求越來越高。對于一個家庭來說，無論是簡單到上網瀏覽新聞、視頻通話、看視頻等基礎需求，還是相對復雜的智慧家居、家庭共享存儲等需求，高質量的家庭網絡是保障這一切的基本條件。本文從智能家居的發展現狀出發，介紹基于AP面板技術在智能家居中的應用，從不同角度分析現代家庭網絡架構，我們期待更先進的家庭組網技術的更新，為現代的家庭網絡架構的配置提供參考。