基于4G通信技術(shù)的智能家居系統(tǒng)

文/湯光耀

3G風(fēng)潮還沒過去，4G似乎就已經(jīng)到來了。4G是第四代移動(dòng)通信及其技術(shù)的簡稱，融合LTE、WiMAX以及“演進(jìn)的3G技術(shù)”為一體，能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像，以及圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下的技術(shù)產(chǎn)品。4G系統(tǒng)能夠以100Mbps的速度下載，比撥號上網(wǎng)快2000倍，上傳的速度也能達(dá)到20Mbps，并能夠滿足幾乎所有用戶對無線服務(wù)的要求。它將構(gòu)造出一個(gè)比3G通信更完美的新無線世界，推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)的緊密結(jié)合，借助有線方式和無線方式相結(jié)合給廣大用戶帶來智能化的家居體驗(yàn)生活。

4G技術(shù)的特點(diǎn)

第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)（4G）目前還沒有確切的定義，但它將是一個(gè)基于全I(xiàn)P的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)不同類型的接入系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)之間的無縫連接，給客戶提供更為廣泛的業(yè)務(wù)，使運(yùn)營商管理更加方便、靈活。相比于3G，4G將在多個(gè)方面更加完善，具體歸納如下：

具有很高的數(shù)據(jù)傳輸速率

對于大范圍的高速移動(dòng)用戶（250km/h）,數(shù)據(jù)速率為2Mbit/s；對于中速移動(dòng)用戶(60km/h),數(shù)據(jù)速率為20Mbit/s；對于低速移動(dòng)用戶（室內(nèi)或步行者）,數(shù)據(jù)速率為100Mbit/s。

實(shí)現(xiàn)真正的無縫漫游

4G移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，能使各類媒體、通信主機(jī)及網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行“無縫連接”，真正實(shí)現(xiàn)一部手機(jī)在全球的任何地點(diǎn)都能進(jìn)行通信。用戶可以隨時(shí)隨地通過移動(dòng)接入的方式獲取話音、高速信息系統(tǒng)、廣播和娛樂等業(yè)務(wù)。

高度智能化的網(wǎng)絡(luò)

采用智能信號處理技術(shù)對信道條件不同的各種復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行結(jié)合的發(fā)送與接收，有很強(qiáng)的智能性、適應(yīng)性和靈活性，可以自動(dòng)管理、動(dòng)態(tài)改變自己的結(jié)構(gòu)，以滿足系統(tǒng)變化和發(fā)展的要求，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端在不同小區(qū)之間跨越和不同頻率之間的通信。

支持各式各樣的移動(dòng)終端設(shè)備

接入終端設(shè)備多樣化，設(shè)備與人之間的交流除了聽、說、看外，還會(huì)有其他途徑。

如果說3G能為人們提供一個(gè)高速傳輸?shù)臒o線通信環(huán)境的話，那么4G通信會(huì)是一種超高速無線網(wǎng)絡(luò)，一種不需要電纜的信息超級高速公路，這種新網(wǎng)絡(luò)可使電話用戶以無線及三位空間虛擬實(shí)境連線。未來的4G通信將使得人與人之間的交流更加流暢，特別是構(gòu)建一條人與機(jī)器之間自由交流通道，推動(dòng)整個(gè)智能家居系統(tǒng)朝著綜合化、智能化、全球化、個(gè)性化方向發(fā)展。

云計(jì)算技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)在智能家居領(lǐng)域的應(yīng)用

目前智能家居領(lǐng)域僅僅局限在人與物之間的交流，一定程度上滿足了人們文化、生活與娛樂需求。更多的智能家居領(lǐng)域應(yīng)用伴隨著不斷涌現(xiàn)的便捷性、多元化需求而日益發(fā)展，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居應(yīng)用已經(jīng)成為未來的發(fā)展趨勢，而云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施為采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)帶來的更多海量數(shù)據(jù)的計(jì)算與存儲(chǔ)問題奠定了基礎(chǔ)，已經(jīng)成為推動(dòng)智能家居應(yīng)用更加智能化的核心動(dòng)力。

智能家居在當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平發(fā)展階段，更多地要求加強(qiáng)物與物之間的自由溝通，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就解決了這樣一個(gè)問題，為實(shí)現(xiàn)高度智能化提供了實(shí)現(xiàn)手段。物聯(lián)網(wǎng)與我們熟悉的互聯(lián)網(wǎng)相比，從一定程度上解決了物與物、人與物的鏈接與通訊問題，而4G技術(shù)則為他們之間的通訊與交流打造一個(gè)更為高效寬闊的平臺(tái)。

近年來，智能家居領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，除了原有的一些燈光控制、紅外控制、窗簾控制、遠(yuǎn)程控制等相關(guān)技術(shù)，特別是以RFID為代表的更多物聯(lián)網(wǎng)感應(yīng)技術(shù)、識(shí)別技術(shù)的廣泛應(yīng)用，創(chuàng)造出人們所需的智能手段。這些技術(shù)之所以可以高度發(fā)展、廣泛應(yīng)用，其根本在于現(xiàn)今階段有了支撐這些技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施。這個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施是針對應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)帶來的更多海量數(shù)據(jù)的問題而產(chǎn)生。

在4G時(shí)代下，云計(jì)算技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)將是智能家居的重要支撐?；?G技術(shù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的后臺(tái)服務(wù)需要大量的計(jì)算、存儲(chǔ)資源，如視頻網(wǎng)站、圖片類網(wǎng)站和更多門戶網(wǎng)站。伴隨著物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的高度發(fā)展和應(yīng)用，將來每個(gè)物品都可能存在自己的識(shí)別標(biāo)識(shí)，都需要傳輸?shù)胶笈_(tái)系統(tǒng)進(jìn)行大量邏輯處理，不同程度級別的數(shù)據(jù)，各類行業(yè)應(yīng)用的數(shù)據(jù)皆需要計(jì)算存儲(chǔ)資源，這就是海量數(shù)據(jù)。而海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和計(jì)算，以及海量數(shù)據(jù)的挖掘和分析，皆需要強(qiáng)大的系統(tǒng)后臺(tái)支撐，只能通過云計(jì)算來實(shí)現(xiàn)。通過云計(jì)算整合一切可以整合的計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源，來共同處理全球化智能家居業(yè)務(wù)的請求，并通過按需使用方式靈活擴(kuò)展相應(yīng)的計(jì)算、存儲(chǔ)資源，聯(lián)合物聯(lián)網(wǎng)資源，作為智能家居領(lǐng)域的重要支撐平臺(tái)。

內(nèi)外網(wǎng)信息流的高效傳輸

智能家居系統(tǒng)集成家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)，通過家庭網(wǎng)關(guān)作為互通的橋梁，實(shí)現(xiàn)本地集中控制與遠(yuǎn)程異地控制的有效結(jié)合。4G技術(shù)將為智能家居系統(tǒng)中的外部網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建一條信息超級高速公路，保證信息流在外網(wǎng)中高速有效地傳輸。因此需要借鑒無線網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線控制技術(shù)，將高效傳輸?shù)男畔⒓夹g(shù)應(yīng)用在家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上，用實(shí)時(shí)、全面、有效的信息流來驅(qū)動(dòng)家居系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，以分布式控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)構(gòu)建家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)大量信息流的實(shí)時(shí)交換，保證內(nèi)外網(wǎng)信息流的高效傳輸。

目前智能家居的應(yīng)用主要采用有線方式和無線方式兩種，智能化程度不高，主要體現(xiàn)以下兩點(diǎn)：

就地控制、功能應(yīng)用簡單、使用不方便

很多設(shè)備包括燈光、窗簾、電視、空調(diào)等，可通過就地的面板進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)簡單的操作，對于需要智能控制如調(diào)光情景、環(huán)境聯(lián)動(dòng)、電動(dòng)窗簾調(diào)節(jié)等地方不易發(fā)揮其相應(yīng)的優(yōu)勢和創(chuàng)造便捷的操作環(huán)境。特別是目前的控制一般均為一對一控制，當(dāng)出現(xiàn)異地或多點(diǎn)控制方式的要求時(shí)，解決不方便。

裝飾不美觀、難以總體規(guī)劃

目前的控制方式經(jīng)常在墻上出現(xiàn)一排開關(guān)，如照明、空調(diào)、風(fēng)扇等就地現(xiàn)場開關(guān)，操作不便的同時(shí)，也顯得不美觀，精簡而功能強(qiáng)大的面板已被越來越多的人所喜歡。同時(shí)由于不同制造廠商均采用不同的實(shí)現(xiàn)方式、通信協(xié)議、接口標(biāo)準(zhǔn)，因此系統(tǒng)整合，增加安裝成本，造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜、系統(tǒng)混亂，不便資源共享與整合。

因此未來的智能家居系統(tǒng)應(yīng)該是有線方式和無線方式的有效結(jié)合，著重于應(yīng)用方案的可選擇性，保證高速外網(wǎng)數(shù)據(jù)通道的環(huán)境下內(nèi)網(wǎng)信息流高效、靈活地傳遞，具體如下：

模塊化設(shè)計(jì)需求

系統(tǒng)應(yīng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，各個(gè)廠商使用統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)和通信協(xié)議，用戶的需求可通過增加模塊或更改應(yīng)用程序即可實(shí)現(xiàn)，即使在使用階段，當(dāng)功能發(fā)生更改時(shí)，如空間分隔等，只需調(diào)整應(yīng)用程序即可，適用于家居智能化的各種應(yīng)用模型。

靈活地進(jìn)行系統(tǒng)配置與管理

正確地管理家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)資源，允許不同節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行的部分分布式應(yīng)用之間邏輯鏈接與綁定，通過綜合配置模式實(shí)現(xiàn)上述功能。系統(tǒng)通信時(shí)，由通信媒介、報(bào)文協(xié)議和通信模型為節(jié)點(diǎn)的通信服務(wù)，支持和管理設(shè)備所需的任何網(wǎng)絡(luò)。

集中管理與分散控制結(jié)合

家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)信息流通過家庭網(wǎng)關(guān)與4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效地交互，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理，保證內(nèi)外網(wǎng)信息流高速有效地控制。未來家居智能化程度決定該系統(tǒng)的優(yōu)越性，因此為了保證各種場景的智能化控制，將采用家庭網(wǎng)關(guān)對各個(gè)控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一管理，而各個(gè)節(jié)點(diǎn)對節(jié)點(diǎn)上所有電器設(shè)備進(jìn)行分散控制，構(gòu)建家庭內(nèi)部層次化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)集中管理與分散控制有效結(jié)合。

大量采用Wi-Fi Direct技術(shù)

面對未來智能家居全面接入Internet，全面引入“云”服務(wù)概念的時(shí)代，有線信息流傳輸難以滿足這些要求，唯有當(dāng)前主流的WIFI技術(shù)特別是Wi-Fi Direct技術(shù)能夠全面應(yīng)對家居控制和多媒體應(yīng)用以及各種在線服務(wù)的要求。各種Wi-Fi設(shè)備，從電腦到手機(jī)、到電腦外設(shè)、到家電等等，符合Wi-Fi Direct標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備無需熱點(diǎn)和路由器，就可以方便的和其他設(shè)備實(shí)現(xiàn)直接連接，傳輸數(shù)據(jù)或共享應(yīng)用，為家庭內(nèi)部信息流傳輸構(gòu)建另一條高速的通道。

結(jié)束語

4G技術(shù)目前還只是一個(gè)基本概念，4G網(wǎng)絡(luò)的定義仍然還不明確，IEEE等標(biāo)準(zhǔn)化組織仍處于制定標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的過程中。但是融合現(xiàn)有各種無線接入技術(shù)的4G系統(tǒng)將成為一個(gè)無縫連接的統(tǒng)一系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)的全球漫游及業(yè)務(wù)的可攜帶性，是滿足未來市場需求的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)。在4G技術(shù)的推動(dòng)下，通過云計(jì)算技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)作為重要的支撐平臺(tái)，采用有線方式和無線方式傳輸相結(jié)合，未來的智能家居將使我們的生活更加美好。