ECHONET Lite与智能家居生态

原创于 2025-10-02 00:24:54 发布 · 1k 阅读

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#ECHONET Lite # 智能家居 # 开放平台 # 能源管理 # 开源软件

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智能家居网络的生态设计

生态智能家居网络案例研究：iZEUS智能零排放城市系统

M. Isshiki1, M. Umejima2, M. Hirahara3, T. Minemura4, T. Murakami5, S. Owada6
1神奈川工科大学，日本厚木市；2庆应义塾大学，日本东京都港区；3 ECHONET联盟指导委员会及东芝公司，日本港区；4东芝公司，日本东京；5 ECHONET联盟技术委员会及松下公司，日本大阪府；6索尼计算机科学研究所股份有限公司，日本品川区

本章介绍了利用 ECHONET Lite 在市场扩展中通过开放平台实现的案例，作为智能家居网络的开发示例。本章还介绍了 ECHONET Lite 的最新趋势，并探讨了将业务转变为开放平台模式的重要性，这对于在国际市场中的适用性至关重要。

我们介绍了亚洲智能家居市场的商业化系统，特别是基于开放标准（ECHONET Lite）的业务部署能力。ECHONET Lite 是一种开放网络协议，可为21世纪的社会带来益处。

由于联网设备的类型不断增加，家庭网络服务日益多样化，人们越来越需要更便捷地构建家庭网络。因此决定开发ECHONET Lite，这是一种无传输层网络协议，开发者可自行选择所需的通信介质。2011年，ECHONET Lite 为能源管理系统带来了创新。在电表方面，由于JSCA（日本官民合作组织）决定采用基于IPv6的ECHONET Lite作为电表的标准化通信接口，日本全部超过4800万台居民用电电表均已实现家用电器化，能够向家庭传输用电数据：电压、电流、瓦时、日志数据。

ECHONET Lite 旨在为家庭网络系统构建者和服务系统开发者提供便利。为了实现多厂商之间的互操作性，不仅需要网络协议，控制命令的定义也至关重要。因此，ECHONET Lite 定义了约 90 种设备的控制命令，以实现多厂商互操作性。典型设备包括空调、照明、燃料电池、光伏、储能电池、热泵热水器、电动车/插电式混合动力车以及智能电表。

以下解释了五个主题。
1. 当前智能家居业务概述
2. ECHONET Lite 概述（家用电器和公用设施的国际开放标准）
3. 智能家居业务概述 1：松下活动
4. 智能家居业务概述 2：东芝活动
5. 基于Web技术的ECHONET Lite开源软件及相关活动

6.1 当前智能家居业务概述（石木和梅岛）

6.1.1 智能家居与ECHONET Lite

顾名思义，“smart home”指的是“智能”或“智慧”住宅。其目标是提供一个家庭能源管理系统（HEMS），用于管理家庭内部的能源消耗。HEMS 是一种能源消耗管理系统，旨在最大限度地提高家庭用电效率，并对家用设备进行优化控制，以减少和最大化能源使用，同时实现能源产生与存储。

此外，我们认为通过电力标准化并创建可与社区能源管理系统及建筑能源系统（BEMS）相连接的智能家居（HEMS），为社会做出贡献尤为重要。

ECHONET Lite由拥有15年历史的日本企业ECHONET联盟（ECHONET Consortium，http://www.echonet.gr.jp）建立，是HEMS中的一项国际标准通信协议。通信协议是在通过网络使用计算机时双方共同约定的规则之一。将ECHONET标准向公众开放，有助于加快智能家居业务向开放平台商业模式的转变。开放平台将成为未来智能家居市场扩展的重要关键词，并将在本文中进行探讨。

6.1.2 ECHONET Lite最新工作

日本经济产业省正式决定将ECHONET Lite定为“家用设备以及家庭能源管理系统与智能电表之间的推荐的公共标准接口”。这一具有里程碑意义的开端在一次大型政府部门相关行业会议上推出，由相关行业企业积极推动，这些公司坚定决心“达成共识并向前推进”，以缓解2011年3月东日本大地震灾害后因紧张的能源需求所引发的社会问题。

本章将介绍这一决策背后的原因以及ECHONET Lite的应用。

能源与智能家居标准化调查委员会关于实施家庭能源管理系统的决策

智能住宅标准化调查委员会于2012年2月24日成立，该决定源于2011年11月能源/环境会议关于开展智能电表和家庭能源管理系统标准化调查的决议。该调查结果可以在以下网站查看：http://www.meti.go.jp/press/2011/02/20120224007/20120224007.hml。

JSCA委员会做出了以下两项主要决定：
1. 实施HEMS，并推荐将ECHONET Lite作为家用设备以及HEMS与智能电表之间通信的标准接口（参见图6.1）。
2. 推动ECHONET不仅在国内市场应用，同时拓展至国际市场，推进国际标准化，以促进海外业务发展。

根据上述两项决定，JSCA委员会决定“推广电力公司使用智能电表”以及“在家庭能源管理系统（HEMS）推广计划中采用ECHONET Lite作为标准”。

推荐ECHONET Lite作为官方标准接口主要有三个目的：
第一是通过智能电表的数据采集、可视化以及用于控制设备来实现节能。
第二是通过实现不同制造商设备之间的互联互通，创建并提供各种服务。
第三是消除中小型创业企业进入市场的障碍，这些企业此前必须适应各制造商不同的通信标准。

对于众多正在向全球扩展业务的制造商而言，推进全球标准的制定也十分必要。目前，家庭能源管理系统（HEMS）和智能电表正成为智能家居的核心，围绕其标准的全球竞争日益加剧。尽管采取的方法各不相同，但一些例子包括美国的SEP 2.0（智能能源配置文件2.0）以及欧洲的KNX（KONNEX）。在具备精细控制功能的能源设备方面，目前日本ECHONET Lite属于技术最先进的标准之一。它具有三大优势：“适应互联网协议（IP）”、“针对数百种设备提供大量命令”以及已在国际电工委员会（IEC）实现“开放且完全标准化”。

因此，持续利用这些优势，并将ECHONET Lite与国际标准和规范进行整合与互联至关重要。

示意图0

ECHONET Lite 是由 ECHONET 联盟制定的通信协议。其标准于 2011年8月11日建立，并自 2011年12月21日起在网站上公开披露。将这些标准开放和公开尤其有助于推动业务发展。这一开创性举措不仅引起了海外关注，而且在促进业务合作方面也取得了成效；相关细节将在下一节中介绍。

JSCA智能住宅/建筑物标准/业务推广调查委员会的成立

根据智能住宅标准化调查委员会报告的议程（图6.2），在日本智能社区联盟（JSCA）内部成立了智能住宅/建筑物标准/业务推广调查委员会，作为推进进度安排和审议各项议程的平台。2012年6月22日召开的首届调查委员会会议决定了以下事项：
我们将首先概述家庭能源管理系统（ECHONET Lite）中八种最重要的能源相关设备类型，这些设备具有高优先级，并可与家庭能源管理系统（http://www.meti.go.jp/committee/summary/0004668/pdf/014_03_00.pdf）连接。这些设备通常作为主要家用电器和设备用于高效利用能源，其分类如下（图6.3）：

智能电表
太阳能发电设备
电池
燃料电池
电动或混合动力汽车
空调
照明设备
热水器

由于这八种设备都会产生、储存和消耗大量能源，因此提高能源效率至关重要。在网络配置和IP合规性方面，建议使用专用于智能电表的三种通信设备之一：920 MHz类型、无线局域网和电力线通信。除了明确列出与家庭能源管理系统具有高度互联互通性的八种设备外，还需要建立一个环境设施，能够连接不同制造商的设备并测试其互联互通兼容性，因此决定设立可进行 ECHONET Lite认证测试的检测中心。该检测中心命名为“家庭能源管理系统（ECHONET Lite）认证支持中心”，并于2011年11月21日启用，位于神奈川工科大学校园内（见图6.4）。

示意图1

示意图2

家庭能源管理系统与智能电表之间工作指南的建立

2013年5月15日举行的第三届JSCA智能住宅/建筑标准/业务推广调查委员会会议上制定了家庭能源管理系统和智能电表的指南，并在 http://www.meti.go.jp/press/2013/05/20130515004/20130515004.html上公布。

调查委员会决定为HEMS认证支持中心提供一个实验环境，以测试家用的家庭能源管理系统智能电表。该中心将备有各公司的智能电表，以便各公司能够带入家庭能源管理系统控制器并进行互联互通兼容性实验（见图6.5）。

示意图3

示意图4

HEMS认证支持中心

HEMS认证支持中心提供三项主要活动：

第一个是为参与 ECHONET Lite 设备开发的公司提供一个实验环境，使其能够随时进行第三方认证实验。大型公司可以为其设备建立实验环境，而中小型企业在投资方面则难以轻易实现。因此，我们可以为公司提供一个开放的环境以开展认证测试。提供开放平台基础和开放测试环境将有助于为新进入者开辟新的商业机会。我们还在认证测试中心提供了符合 ECHONET Lite标准的软件（“最精确的黄金代码”），该软件与开发的设备一对一连接，系统可检测任何问题或缺陷。
第二，分发免费的 ECHONET Lite 设备软件开发套件（SDK）。该举措具有广泛的应用前景，因为许多希望开发技术并提供新服务和产品的人士对此有大量需求。创建对开放式平台业务日益增长的兴趣，并帮助人们顺利进入该领域至关重要。我们还提供了 C 和 Java 等流行的计算机代码，以便让更多人能够轻松地进行软件开发实验。
第三，开展支持制定开发指南的活动，以满足预计进入智能住宅/家庭能源管理系统业务的中小企业和创业企业的需求。我们还在开发ECHONET Lite教育项目和手册。此信息在http://sh-center.org/上公开。

HEMS认证支持中心是一个提供开放式平台业务实践环境的设施。下一节将介绍开放式平台业务的概念和目标。

6.1.3 开放式平台业务是关键

“open”一词指的是由“公共并使用标准接口”所创建的环境。建立开放式平台业务环境意味着将该环境打造成任何人都可以使用的平台，并在此基础上催生各种商业机会。我们已看到在地区层面上，许多本地特定服务不断增加。当地中小企业能够利用自身优势，开发新的服务和业务。

专用手机环境就是一个很好的例子，说明高度依赖厂商特定的服务环境（有时被称为“加拉帕戈斯手机”）如何转变为基于标准平台（智能手机）的服务环境，从而通过服务覆盖扩大用户规模。由于智能住宅技术也是一种特定的服务环境，制定厂商特定的服务策略只会阻碍公司在全球范围内竞争。因此，建立一个包含标准化的平台环境，并进一步将其转化为“开放式平台业务”，显得尤为重要。

6.1.4 智能住宅的未来

如前所述，智能家居市场增长的关键在于将其转变为开放式平台业务。

ECHONET Lite 是开放平台的基础，在未来智能家居市场中具有非常重要的地位。日本政府也正着力培育智能住宅业务。例如，2013年5月24日，内阁信息技术战略总部下设的先进信息通信社会推进总部宣布，将“把日本打造成为全球最先进的IT国家之一”。该声明指出，“聚合商的作用非常重要”

提供有效的能源管理服务 http://www.kantei.go.jp/jp/singi/it2/kettei/pdf/20130614/siryou1.pdf）。

未来，智能电表和家庭能源管理系统（HEMS）将在提供用电数据方面发挥重要作用，从而催生各种新型服务。我们尤其认为，为家庭住户提供服务的家庭能源管理系统集成商的培育与发展，将基于本地地区对区域特定服务的需求，在本地地区形成快速增长的业务。这是一种全新的商业模式，我们有望从区域性住房市场中孕育出住宅创业企业。家庭能源管理系统集成商的服务将作为专家，实现网络技术与住宅服务的融合。我们还决定加快并推动智能公寓（MEMS：公寓能源管理系统）的实施。最小规模的MEMS单元即为HEMS，我们也正在研究在小型类似楼宇能源管理系统租户建筑中应用ECHONET Lite的可能性。与智能家居市场类似，这同样是一个我们预期将实现增长的市场。

总之，将 ECHONET Lite 转变为核心开放平台，以快速启动智能住宅业务并实现国际标准化，这一点至关重要。同时，持续为用户（家庭住户）开发有益的产品和服务也非常重要。为了实现“面向家庭住户的温和智能家居”，必须创造“生活创新”。通过将信息技术设备与家用电器和设备相连接，智能住宅将提供前所未有的居住环境。正如所讨论的，新的生活创新已经起步。

6.2 ECHONET Lite 概述（家用电器和公用设施的国际开放标准）（村上著）

6.2.1 ECHONET Lite 的目的和目标

如今，日本不仅难以实现其在1997年《京都议定书》中确立的二氧化碳减排目标（2008年至2012年间比1990年水平减少6%），而且由于二氧化碳排放量进一步增加，日本还必须将减排幅度大幅提高到6%以上。

特别是，包括办公楼和私人家庭在内的消费领域排放量在2010财年相比 1973年上升了2.5倍。这使得在家庭领域实施对策变得极为重要。此外，政府已设定目标，到2020年将排放量较1990年水平减少25%，并实现装机容量约 2800万千瓦（约为当前水平的20倍）的光伏设施（对减少CO2排放非常有效）投入运行（见图6.6）。

然而，人们担心大规模引入光伏发电会导致输电线路电压升高，因为未在家庭中消耗的电力会流入配电系统，从而破坏高质量电力的稳定供应。目前，基于一种新概念——智能电网，相关技术开发正在进行中

示意图5

以应对上述问题。但在家庭侧，仍需通过维持配电系统与家庭之间的供需平衡，来保障电力的稳定供应。此处需要一种智能住宅概念，通过房屋内安装的设备进一步实现节能，并确保光伏能源的高效利用。

与此同时，随着日本人口持续老龄化，预计到2025年，家庭成员为65岁及以上的家庭将占所有家庭的38%。实际上，进一步预测显示，家庭成员至少为 75岁的家庭比例将达到20%，这意味着每五个家庭中就有一个是老年人家庭。这将进一步提升日常生活辅助的重要性，以帮助老年人管理健康并安心生活（见图6.7）。

ECHONET联盟正在改进标准并积极参与国家项目，以解决这些各种问题，同时推动支持家庭网络全球发展的活动。

6.2.2 通过ECHONET Lite实现的智能住宅

ECHONET Lite 的首要目标是开发并推广一种利用普通住宅中常见电器和设备的家庭网络系统。ECHONET Lite 旨在用于包含普通住宅中常见设备和功能的应用系统，适用范围包括独栋住宅、双拼住宅、公寓楼、宿舍以及老年公寓。图6.8中描述了一个智能住宅的示例。

示意图6

ECHONET Lite 还涵盖了小型办公楼和商店的设备系统，这些场所在规模和系统环境（成本、系统）方面具有相似性。使用寿命、功能、布线限制等，且尚未充分利用建筑物或其他设施管理系统。无论建筑物大小，均可构建低成本、易于使用的子网络系统：小型建筑可采用整楼系统，大型建筑可采用逐层系统。

示意图7

6.2.3 ECHONET Lite 概述

通信介质灵活性 ：ECHONET Lite 支持多种通信方式，开发者可根据环境自由选择无线、有线或电力线通信等传输介质。
设备兼容性 ：支持多达92类家庭设备，涵盖家用电器、住宅设备、传感器及健康管理设备，并通过标准化的“设备对象”模型实现统一控制。
即插即用功能 ：支持设备自动发现与配置，简化系统安装和维护。
应用场景广泛 ：适用于独栋住宅、公寓、商铺及中小型办公楼等多种建筑类型。
开放标准属性 ：所有技术规范均在官网公开（ http://www.echonet.gr.jp/english/spec/index.htm ），并与国际电工委员会（IEC）标准 IEC 62394 完全兼容，确保全球互操作性。

示意图8

6.2.4 ECHONET Lite说明

ECHONET Lite 是一种与传输方式无关的协议，允许系统集成商根据实际需求灵活选用通信媒介，从而更便捷地构建家庭网络系统。

该协议主要定义了以下两个核心组成部分：

1. ECHONET Lite通信中间件

负责实现设备间通信所需的基本功能，包括：
- 处理应用软件对设备进行远程控制或监控时所需的通信协议；
- 存储通信过程中所需的数据；
- 管理设备状态等动态信息。

这些功能通过“设备对象”（Device Object）的形式进行建模和标准化。设备对象是对设备信息和可控制项的逻辑抽象，如空调的温度设定、开关状态等。只要属于同一设备类型，不同厂商的产品可通过相同的属性和服务接口进行交互。

2. ECHONET控制命令

ECHONET Lite 定义了丰富的控制命令集，已被采纳为国际标准 IEC 62394。每个设备对象包含若干“属性”（Property），代表具体的参数或状态（如电源状态、目标温度等），并通过“服务”（Service）实现读取（Get）、写入（Set）和通知（Notify）操作。

下表列出了部分已标准化的设备类别：

类组代码	类组名称	示例设备
0x00	传感器相关设备类别组	人体检测传感器、电能传感器等
0x01	空调相关设备类别组	家用空调、通风扇、空气净化器、加湿器等
0x02	住宅/设备相关设备类别组	电动遮阳帘、带温水洗净功能的坐便器、太阳能发电系统、储能电池、智能电表、智能燃气表、照明设备等
0x03	烹饪/家庭相关设备类别组	冰箱、微波炉、电饭煲、洗衣机等
0x04	健康相关设备类别组	体重秤
0x05	管理/操作相关设备类别组	开关（JEM-A/HA）
0x06	音视频相关设备类别组	显示器、电视机

6.3 智能家居业务概述1：松下活动（村上）

6.3.1 松下将开发符合ECHONET Lite的全规模智能家居能源管理系统业务

松下公司于2012年10月21日在日本正式启动符合 ECHONET Lite 标准的智能家居能源管理系统（SMARTHEMS®）业务。作为系统核心组件，人工智能智能能源网关（AiSEG®）被同步推出，用于连接各类家电与设备。

SMARTHEMS® 不仅实现家庭能源消耗的可视化，还能通过 AiSEG® 对多种设备进行自动化控制，提升节能效果与居住舒适度。松下持续扩展兼容产品线，涵盖空调、IH 炊具、EcoCute（热泵热水器）等。

示意图9

SMARTHEMS® 主要功能包括：
1. 可视化太阳能发电、储能电池、电力、燃气和供水数据；
2. 通过 ECHONET Lite 自动控制兼容设备，实现节能与舒适生活的平衡；
3. 借助云计算服务，支持固件更新与产品兼容性扩展，适应未来电价机制变化和社会发展需求。

松下将持续优化 SMARTHEMS®，推动家庭能源的高效生产、存储与智能化管理。

6.4 智能房屋业务概述2：东芝活动（由平原和峰村撰写）

6.4.1 使用FEMINITY-Club服务器通过ECHONET LiteTM普及家庭能源管理系统（HEMS）世界

面对日益增长的家庭能源消耗，推广 HEMS 成为迫切需求。东芝采用国际标准 ECHONET LiteTM 构建 M2M 家庭网络，实现设备间的通信与协同控制。

基于该平台，东芝提供多项增值服务：
- 能源使用“可视化”；
- 基于历史数据的“节能建议”；
- 根据用电模式自动向储能电池“充电”或“释放电力”。

控制系统可覆盖多个房间内的多种设备，实现空调、照明等设备的联动控制。用户可预设“外出”、“就寝”等生活场景，一键切换设备状态。此外，支持远程监控与控制空调、照明、地暖、热水供应等功能，并具备“访客提醒”、“警示信息”等安全服务。

自2002年起，东芝陆续推出“ECHO-NETTM就绪型”产品（如空调、冰箱、洗衣机），用户只需加装中间件适配器即可升级为 HEMS 兼容设备。

随着住宅小区和独立住宅对增值型 HEMS 认可度提升，加之日本经济产业省 MEMS 补贴政策支持，HEMS 市场日趋活跃，已在国内外多个项目中落地应用。

为保障多厂商设备互操作性，ECHONET LiteTM 提供统一的控制命令规范，覆盖超100种设备类型。HEMS认证支持中心提供测试环境，助力企业完成兼容性验证。同时，免费 SDK 工具包显著降低了开发门槛（见图6.11）。

系统可实现电力、燃气、用水量及光伏发电与储能状态的全面“可视化”。通过图表与日程调度实现“识别”，并通过平板电脑、智能手机等终端实现“激活”控制（见图6.12）。

该系统已在“西新宿公园塔Emsport”项目中成功应用，通过对各单元 HEMS/MEMS 的集中管理，自动调节大容量电池、空调等设备，有效削减用电峰值负荷。

6.5 用于ECHONET Lite与网络技术的开源软件及相关活动（由Owada撰写）

本节介绍两款开源工具，旨在降低接入 ECHONET Lite 网络的技术门槛： OpenECHO （Java类库）和 KadecotCore （Android WebAPI服务器）。同时介绍其API使用方式，并强调其在推动家庭网络应用生态发展中的作用（见图6.13）。

示意图10

示意图11 /东京，日本）*市政府办公楼位于新宿区。)

示意图12

6.5.1 OpenECHO：一个用于ECHONET Lite的Java类库

OpenECHO ( https://github.com/SonyCSL/OpenECHO ) 是一个底层 Java 类库，完整实现了基于 IPv4 的 ECHONET Lite 协议。因其采用纯 Java 编写，可在 Windows、Mac、Linux 及 Android 平台运行。

该库适用于开发定制化家电控制器或 ECHONET Lite 模拟器。为便于初学者使用，还发布了适用于 Processing 编程环境的版本（ http://smarthouse-center.org/sdk/detail/2 ），配套提供日英双语示例代码与文档，由神奈川工科大学 HEMS 认证中心支持开发（见图6.14）。

示意图13

6.5.2 KadecotCore：用于 ECHONET Lite 的安卓 WebAPI 服务器

当前多数消费者应用基于 HTML5 开发，具备高可移植性和跨平台能力。但由于 ECHONET Lite 运行在低层 IP 协议之上，无法被 HTML5 直接访问。

KadecotCore 正是为了弥合这一鸿沟而设计。它一方面作为 Web 服务器暴露高层接口，另一方面通过 OpenECHO 库与底层 ECHONET Lite 设备通信。

KadecotCore 提供两种 WebAPI：
1. JSONP API
2. WebSocket API

后者通过封装库 kadecot.js 进一步简化开发流程。

尽管 KadecotCore 是 Android 应用，但并未单独在 Google Play 上架，而是作为核心模块集成于更大应用 Kadecot （ http://kadecot.net/ ）中。Kadecot 额外支持索尼蓝光录像机、红外遥控器及在线服务集成，但两者在 ECHONET Lite API 层面完全一致。普通用户可直接下载 Kadecot 获取完整功能。

示意图14

1. JSONP API

JSONP 支持跨域访问，易于与 JavaScript 集成。启用后，默认监听端口 31413。

获取设备列表示例：

http://%服务器IP%:31413/call.json?method=list

响应示例：

{
  "result": [
    {
      "nickname": "控制器",
      "deviceType": "0x05ff"
    },
    {
      "nickname": "PowerDistributionBoardMetering",
      "deviceType": "0x0287"
    },
    {
      "nickname": "HomeAirConditioner",
      "deviceType": "0x0130"
    }
  ]
}

获取空调电源状态：

http://%服务器IP%:31413/call.json?method=get&params=[HomeAirConditioner,0x80]

开启空调电源：

http://%服务器IP%:31413/call.json?method=set&params=[HomeAirConditioner,[0x80,[0x30]]]

成功响应：

{"result":{"nickname":"HomeAirConditioner","property":[{"value":[48],"success":true,"name":"0x80"}]}}

注意：JSONP 接口对局域网内所有应用开放，存在安全隐患，仅推荐用于评估测试。生产环境建议使用 WebSocket。

2. WebSocket API

WebSocket 提供持久连接，适合实时监控设备状态变化。KadecotCore 使用端口 41314，通信基于 JSON-RPC 协议。

API 分为服务器管理和设备管理两类。为简化开发，配套提供 kadecot.js 封装库。

使用 kadecot.js 时，开发者需声明所需设备与属性（称为“清单”），系统据此生成“访问对象”。该对象以层级结构封装设备接口，例如：

accessObj.HomeAirConditioner.power.value = true; // 开启空调
let temp = accessObj.TemperatureSensor.indoor.value; // 读取室内温度

这种抽象极大提升了开发效率与代码可读性。

6.5.3 结论与未来工作

本文介绍了两款与 ECHONET Lite 密切相关的开源软件： OpenECHO （Java协议栈）和 KadecotCore （Android WebAPI服务器）。前者为底层通信提供坚实基础，后者通过 JSONP 和 WebSocket 接口让 Web 应用轻松接入家庭网络。

这些工具均开源发布于 GitHub，显著降低了开发者进入智能家居领域的门槛，促进了基于 ECHONET Lite 的应用生态系统建设。未来将继续优化性能、扩展功能，并推动更多跨平台集成，助力智能住宅技术普及与发展。

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