物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用

文｜全國智能建筑及居住區(qū)數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會 張永剛 王 斌

1 引言

隨著20世紀(jì)電氣技術(shù)、自動化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們設(shè)想把這些技術(shù)用于改善居住環(huán)境，便誕生了智能家居的概念。1984年美國聯(lián)合科技公司將這一概念應(yīng)用于美國康乃迪克州哈特佛市的一座建筑，揭開了全世界爭相建造智能家居的序幕。此后，計算機技術(shù)、信息技術(shù)等新技術(shù)不斷融入智能家居，使其內(nèi)容發(fā)展的更為豐富。雖然智能家居經(jīng)過了多年的發(fā)展，但是發(fā)展至今仍沒有普及。究其原因，除了產(chǎn)品價格等方面因素外，關(guān)鍵原因是目前智能家居提供的服務(wù)，還不是人們生活所必須的，是低于大眾購買期望的閾值。技術(shù)不完善是限制智能家居提供更多服務(wù)的重要因素，主要有：

（1）智能家居的各子系統(tǒng)之間基本上是“信息”孤島，還沒有實現(xiàn)互聯(lián)、互通和互操作。雖然存在很多標(biāo)準(zhǔn)，國際上比如UPNP、Zigbee聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)的如家庭網(wǎng)絡(luò)工作組標(biāo)準(zhǔn)等，但是行業(yè)內(nèi)一直都沒有很好的遵循過。這反映出標(biāo)準(zhǔn)的制定者和使用者期望偏差較大，各子系統(tǒng)之間的信息阻隔使更多家庭服務(wù)成為空中樓閣。

（2）當(dāng)前智能家居的各子系統(tǒng)，從自動化的角度來說更多的是執(zhí)行器。執(zhí)行器的智能化執(zhí)行，必須依靠對家庭的全面感知。感知設(shè)備的缺乏，嚴(yán)重影響了智能家居的智能化程度的提升，從而也就不能提供更多的服務(wù)。

（3）目前的智能家居系統(tǒng)，自動執(zhí)行的大多是簡單的感知動作，缺乏對感知數(shù)據(jù)的進一步分析，缺乏人工智能的推理分析計算平臺是造成這一結(jié)果的重要原因。

近年來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷進步、云計算技術(shù)逐步成熟，這些都為智能家居的發(fā)展提供新的契機。

2 智能家居系統(tǒng)

現(xiàn)階段，智能家居是指以住宅為平臺，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動控制技術(shù)、音視頻技術(shù)，將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日常事務(wù)的管理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。智能家居系統(tǒng)是實現(xiàn)智能家居功能的設(shè)施，主要包含8大子系統(tǒng)：家居照明控制子系統(tǒng)、家庭安防子系統(tǒng)、家庭環(huán)境控制子系統(tǒng)、背景音樂子系統(tǒng)、家庭娛樂子系統(tǒng)、家庭能量管理（三表抄送）子系統(tǒng)、家庭自動化子系統(tǒng)和家庭信息處理子系統(tǒng)。智能家居系統(tǒng)通常能提供以下服務(wù)：

◆始終在線的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，與互聯(lián)網(wǎng)隨時相連，為在家辦公提供了方便條件；

◆安全防范：智能安防可以實時監(jiān)控非法闖入、火災(zāi)、煤氣泄露、緊急呼救的發(fā)生。一旦出現(xiàn)警情，系統(tǒng)會自動向中心發(fā)出報警信息，同時啟動相關(guān)電器進入應(yīng)急聯(lián)動狀態(tài)，從而實現(xiàn)主動防范；

◆家電的智能控制和遠(yuǎn)程控制，如對燈光照明進行場景設(shè)置和遠(yuǎn)程控制、電器的自動控制和遠(yuǎn)程控制等；

◆交互式智能控制：可以通過語音識別技術(shù)實現(xiàn)智能家電的聲控功能；通過各種主動式傳感器（如溫度、聲音、動作等）實現(xiàn)智能家居的主動性動作響應(yīng)；

◆環(huán)境自動控制：如家庭中央空調(diào)系統(tǒng)；

◆提供全方位家庭娛樂：如家庭影院系統(tǒng)和家庭中央背景音樂系統(tǒng)；

◆現(xiàn)代化的廚衛(wèi)環(huán)境：主要指整體廚房和整體衛(wèi)??；

◆家庭信息服務(wù)：管理家庭信息及與小區(qū)物業(yè)管理公司聯(lián)系；

◆家庭理財服務(wù)：通過網(wǎng)絡(luò)完成理財和消費服務(wù)；

◆自動維護功能：智能信息家電可以通過服務(wù)器直接從制造商的服務(wù)網(wǎng)站上自動下載、更新驅(qū)動程序和診斷程序，實現(xiàn)智能化的故障自診斷、新功能自動擴展。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是國際電信聯(lián)盟在2005年信息社會峰會上提出的。國際電信聯(lián)盟認(rèn)為：在物聯(lián)網(wǎng)時代，通過在各種各樣的日常用品上嵌入一種短距離的移動收發(fā)器，世界上所有的物體從輪胎到牙刷、從房屋到紙巾都可以通過因特網(wǎng)主動進行交換。從智能家居的角度，比較貼近的物聯(lián)網(wǎng)定義是：將無處不在的末端設(shè)備和設(shè)施，包括具備“內(nèi)在智能”的傳感器、移動終端、工業(yè)系統(tǒng)、樓控系統(tǒng)、家庭智能設(shè)施、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等，和“外在使能”的如貼上電子標(biāo)簽的各種資產(chǎn)、攜帶無線終端的個人與車輛等“智能化物件或動物”或“智能塵?！?，通過各種無線/有線的長距離/短距離通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)互通，應(yīng)用大集成以及基于云計算的SaaS（Software-asa-service）營運等模式，提供安全可控乃至個性化的實時在線監(jiān)測、定位追溯、報警聯(lián)動、指揮調(diào)度、預(yù)案管理、遠(yuǎn)程控制、安全防范、遠(yuǎn)程維保、在線升級、統(tǒng)計報表、決策支持、領(lǐng)導(dǎo)桌面等管理和服務(wù)功能，實現(xiàn)對“萬物”的“高效、節(jié)能、安全、環(huán)?！钡摹肮?、控、營”一體化TaaS（Testing as a service）服務(wù)。

無論怎么定義，物聯(lián)網(wǎng)首先是一個完備的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用體系。與計算機控制技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、家庭自動化技術(shù)等相比較，物聯(lián)網(wǎng)更加強調(diào)的是與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、感知技術(shù)的有機融合，重點突出從物品信息交互，到云處理、到具體應(yīng)用的系統(tǒng)框架。當(dāng)然，物聯(lián)網(wǎng)包括一些關(guān)鍵技術(shù)。

（1）RFID

這是對要監(jiān)控與管理的包羅萬象的“物”嵌入RFID智能標(biāo)簽，結(jié)合已有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、中間件技術(shù)等，構(gòu)筑由大量聯(lián)網(wǎng)的讀寫器和無數(shù)移動的電子標(biāo)簽組成的物聯(lián)網(wǎng)。這個體系除了RFID技術(shù)外還包括條碼和二維碼等，主要用來標(biāo)識物體。

（2）傳感器網(wǎng)

這是通過在需要進行監(jiān)控和管理的萬事萬物所在區(qū)域附近部署大量的“傳感節(jié)點”或“Mote”（智能塵埃），采集外界物理世界“物”的信息，相互協(xié)作完成大規(guī)模復(fù)雜的監(jiān)測任務(wù)，并通過匯聚節(jié)點/網(wǎng)關(guān)與互聯(lián)網(wǎng)相連，將采集的物體（目標(biāo)）信息傳送到“應(yīng)用處理中心”，對“物”進行監(jiān)控與管理的物聯(lián)網(wǎng)。

（3）M2M

M2M是機器與機器之間的通信，是強調(diào)廣域網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)募夹g(shù)，關(guān)注末端設(shè)備的互聯(lián)和集控管理、兩化融合系統(tǒng)等。電信運營商由于不甘只為提供通信信道而向外擴展的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，稱之為M2M業(yè)務(wù)，目前通信運營商和專家正積極推動并得到了工業(yè)界的重點關(guān)注，是現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)較普遍的應(yīng)用形式。

（4）泛在網(wǎng)絡(luò)（Ubiquitous Networks）

簡單地說，泛在網(wǎng)絡(luò)指無所不在的網(wǎng)絡(luò)，可實現(xiàn)隨時隨地與任何人或物之間的通信，涵蓋了各種應(yīng)用；是一個容納了智能感知/控制、廣泛的網(wǎng)絡(luò)連接及深度的信息通信技術(shù)應(yīng)用等，超越了原有電信范疇的更大的網(wǎng)絡(luò)體系。泛在網(wǎng)絡(luò)可以支持人到人、人到對象和對象到對象的通信。

這些技術(shù)都是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，它們相互融合構(gòu)成了物聯(lián)網(wǎng)，但是絕不能說單獨的一項就是物聯(lián)網(wǎng)，只能說應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)中的技術(shù)。這是人們常犯的錯誤。

圖1 智能家居物聯(lián)網(wǎng)

4 家居物聯(lián)網(wǎng)

傳統(tǒng)的智能家居雖然也具備一定的系統(tǒng)性，提供了諸多應(yīng)用，但是沒有突出與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、感知技術(shù)的有機融合。把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于家庭環(huán)境，則實現(xiàn)對智能家居系統(tǒng)的全面提升，家居物聯(lián)網(wǎng)的框架如圖1所示。

依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，家居物聯(lián)網(wǎng)分為：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。

（1）感知層：感知的對象分為人們所生活的家庭環(huán)境和人本身。通過各種傳感器，實現(xiàn)對家庭內(nèi)部的全面感知。傳統(tǒng)的智能家居8大子系統(tǒng)作為感知層的執(zhí)行設(shè)備。

（2）網(wǎng)絡(luò)層：網(wǎng)絡(luò)層包括智能家居原有的家庭網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)的物理通信方式。

（3）應(yīng)用層：利用云計算技術(shù)，降低智能家居的硬件投資成本，把大量的處理放在了家庭外部。同時這也為家庭內(nèi)部的復(fù)雜計算提供了可能，借助人因工程、心理學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、營養(yǎng)學(xué)、模式識別、機器視覺、語言識別等技術(shù)，建立智能家居云感知模型，實現(xiàn)家庭內(nèi)部的語言感知、物品感知、用戶習(xí)慣感知、用戶行為感知、家庭事件感知、情緒感知、健康感知。并為家庭服務(wù)商提供第三方接口，提供便于人們生活的各種服務(wù)。

5 應(yīng)用

嚴(yán)格的說，目前大部分智能家居系統(tǒng)還不是一個物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，只能說應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中的某項技術(shù)，比如感知技術(shù)。比較典型的有：

（1）無線溫濕度傳感器：主要用于探測室內(nèi)、室外溫濕度。雖然絕大多數(shù)空調(diào)都有溫度探測功能，但由于空調(diào)的體積限制，它只能探測到出風(fēng)口空調(diào)附近的溫度，這也正是很多消費者感覺其溫度不準(zhǔn)的重要原因。有了無線溫濕度探測器，你就可以確切地知道室內(nèi)準(zhǔn)確的溫濕度。其現(xiàn)實意義在于當(dāng)室內(nèi)溫度過高或過低時，能夠提前啟動空調(diào)調(diào)節(jié)溫度。無線溫濕度傳感器對于你早晨出門也有著特別意義，當(dāng)你呆在空調(diào)房間時，你對戶外的溫度是沒有感覺的，這時候裝在墻壁外的溫濕度傳感器就可以發(fā)揮作用，它可以告訴你現(xiàn)在戶外的實時溫度，根據(jù)這個準(zhǔn)確溫度你就可以決定自己的穿著，而不會出現(xiàn)出門后才知道穿多或者穿少的尷尬。

（2）無線紅外防闖入探測器：這個功能主要是用于防非法入侵，比如當(dāng)你按下床頭的無線睡眠按鈕后，關(guān)閉的不僅是燈光，同時它也會啟動無線紅外防闖入探測器自動設(shè)防，此時一旦有人入侵就會發(fā)出報警信號并可按設(shè)定的自動開啟入侵區(qū)域的燈光嚇退入侵者?；蛘弋?dāng)你離家后它會自動設(shè)防，一旦有人闖入，會通過無線網(wǎng)關(guān)自動提醒你的手機并接受你手機發(fā)出的警情處理指令。

（3）無線空氣質(zhì)量傳感器：這主要是探測臥室內(nèi)的空氣是否混濁，這對于要回家休息的你很有意義，特別是對有嬰幼兒的家庭尤其重要。它通過探測空氣質(zhì)量告訴你目前室內(nèi)空氣是否影響健康，并可通過無線網(wǎng)關(guān)啟動相關(guān)設(shè)備優(yōu)化調(diào)節(jié)空氣質(zhì)量。

（4）無線門鈴：這種門鈴對于大戶型或別墅很有價值。出于安全考慮，大多數(shù)人睡覺時會關(guān)閉房門，此時有人來訪按下門鈴，在房間內(nèi)很難聽到鈴聲。這種無線門鈴能夠?qū)粹徯盘杺鬟f給床頭開光提示你有人造訪。另外在家中無人時，按門鈴的動作會通過網(wǎng)關(guān)傳遞給你的手機，而這對你了解家庭的安全現(xiàn)狀和來訪信息非常重要。

（5）無線門磁、窗磁：主要用于防入侵。當(dāng)你在家時，門、窗磁會自動處于撤防狀態(tài)，不會觸發(fā)報警，當(dāng)你離家后，門、窗磁會自動進入布防狀態(tài)，一旦有人開門或開窗就會通知你的手機并發(fā)出報警信息。與傳統(tǒng)的門、窗磁相比，無線門、窗磁無需布線，裝上電池即可工作，安裝非常方便，安裝過程一般不超過2分鐘。另外對于有保險柜的家庭來說，這種傳感器還能夠偵測并記錄下保險柜每次被打開或者關(guān)閉的時間并及時通知授權(quán)手機。

（6）無線燃?xì)庑孤﹤鞲衅鳎涸搨鞲衅髦饕翘綔y家中的燃?xì)庑孤┣闆r，它無需布線，一旦有燃?xì)庑孤ㄟ^網(wǎng)關(guān)發(fā)出報警并通知授權(quán)手機。

（7）無線輻射傳感器、無線空氣污染傳感器：對于一些對太陽輻射敏感的人來說，這種傳感器具有特別的意義，通過它你可以準(zhǔn)確知道出門前是否需要采取防太陽輻射或者防污染防塵措施。

6 結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，給智能家居走進千家萬戶帶來了希望。國內(nèi)已有一些小區(qū)建立了“云社區(qū)”，對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居進行了初步嘗試。然而這只是初步的應(yīng)用，未來物聯(lián)網(wǎng)會在智能家居中發(fā)揮越來越重要的作用，其強大的感知技術(shù)，使智能家居更加“智能”，甚至具備人的某些思維功能，會給人們提供實用、具有粘性的服務(wù)，從而使智能家居行業(yè)更快的發(fā)展。