基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的智慧酒店系統(tǒng)研究

黃崎 康建成 黃晨皓

摘 ?要： 酒店需要提升其智慧經(jīng)營(yíng)、服務(wù)和控制的能力。通過對(duì)相關(guān)企業(yè)調(diào)研，以及對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用研究和實(shí)驗(yàn)，得出，在酒店構(gòu)建ZigBee的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在多媒體接入控制（MAC）層上執(zhí)行IEEE802.11e升級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可以實(shí)現(xiàn)酒店4級(jí)優(yōu)先業(yè)務(wù)管理模式。使酒店在構(gòu)建第三方軟件信息融合的平臺(tái)上，進(jìn)行統(tǒng)一信號(hào)處理、存儲(chǔ)、計(jì)算與反饋，滿足智慧服務(wù)和控制的應(yīng)用需求。

關(guān)鍵詞： 酒店; 無線傳感器網(wǎng)絡(luò); 信息融合; 控制技術(shù); 應(yīng)用需求

中圖分類號(hào)：TP393 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1006-8228（2015）07-07-03

Research on smart hotel system based on sensor network

Huang Qi1， Kang Jiancheng2， Huang Chenhao3

（1. School of Tourism， Shanghai Normal University， Shanghai 201418， China; 2. Urban Ecology and Environment Research Center， Shanghai Normal University; 3. School of Mechanical Engineering， TongJi University）

Abstract： Through the investigation of relevant enterprises， research and experiment of sensor networks and its application， we can conclude that hotels can achieve the level four priority business management model， after construction of ZigBee networks， implementation of wireless sensor networks and execution of IEEE802.11e standard upgrade on multimedia access control （MAC） layer. Hotels could then process， store， compute and feedback signals on a third-party software integration platform， which will meet the requirement of management intelligence， service intelligence and control intelligence.

Key words： hotel; wireless sensor networks; information fusion; control technology; applications requirements

0 引言

⑴ 研究背景

我國(guó)酒店業(yè)（Hospitality）經(jīng)歷了持續(xù)多年的高速發(fā)展，近5年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，全國(guó)星級(jí)酒店總數(shù)均值約12800家[1]，酒店是旅游業(yè)的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一。但目前我國(guó)酒店業(yè)在經(jīng)營(yíng)管理上應(yīng)用科技含量不足、知識(shí)密集程度不高，智慧酒店的建設(shè)是酒店業(yè)由傳統(tǒng)服務(wù)業(yè)向現(xiàn)代服務(wù)業(yè)轉(zhuǎn)變的突破口。在業(yè)界對(duì)智慧酒店發(fā)展方向比較公認(rèn)的有三大應(yīng)用領(lǐng)域：智慧經(jīng)營(yíng)、智慧服務(wù)、智慧控制。在經(jīng)營(yíng)上酒店充分應(yīng)用了電子商務(wù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，市場(chǎng)營(yíng)銷發(fā)展迅速，但對(duì)入住酒店客人體驗(yàn)和感受較直接的智慧服務(wù)和控制，研究和應(yīng)用還較少。經(jīng)過對(duì)上海地區(qū)高星級(jí)酒店和相關(guān)IT企業(yè)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，對(duì)于智慧服務(wù)和智慧控制的研發(fā)和應(yīng)用推廣，在眾多技術(shù)中，應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSN），構(gòu)建智慧酒店控制服務(wù)平臺(tái)是一個(gè)可行的技術(shù)解決方案。

⑵ 文獻(xiàn)綜述與調(diào)研

鑒于智慧酒店的概念，社會(huì)需求與應(yīng)用迅速發(fā)展和擴(kuò)大，對(duì)智慧酒店研究也逐步升溫，通過中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）并以主題詞“智慧酒店”的檢索，2008年前相關(guān)文獻(xiàn)幾乎為零，2008～2013年期間，以該主題論文篇數(shù)均為個(gè)位數(shù)，2014年以來相關(guān)主題詞的文獻(xiàn)為18篇，但以客人體驗(yàn)為目標(biāo)的智慧控制文獻(xiàn)相對(duì)較少。智慧酒店在探索中前行，對(duì)酒店管理和服務(wù)做系統(tǒng)或者局部的智能化將是今后酒店產(chǎn)品升級(jí)換代的必然選擇，是酒店業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)之一[2]。文獻(xiàn)[3]通過對(duì)南京智慧酒店進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，認(rèn)為行業(yè)對(duì)智慧酒店缺乏共識(shí)并存在認(rèn)識(shí)誤區(qū)，智慧客房建設(shè)水平較低，智慧酒店的建設(shè)缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。其實(shí)市場(chǎng)需求已使我們認(rèn)識(shí)到，發(fā)展智慧旅游有利于提高旅游者在旅游活動(dòng)中的便利性與自主性，使旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平達(dá)到新的高度 [4]。作為酒店業(yè)發(fā)展與信息產(chǎn)業(yè)融合的產(chǎn)物，智慧酒店將是集客人體驗(yàn)，酒店和旅游企業(yè)上下游之間在信息平臺(tái)上進(jìn)行人與人、人與物、物與物之間在協(xié)同運(yùn)作框架下的期望系統(tǒng)，其目標(biāo)是提升酒店的服務(wù)價(jià)值和客戶良好體驗(yàn)。在探索智慧酒店內(nèi)涵的同時(shí)，要加強(qiáng)研究其酒店企業(yè)的應(yīng)用性、可操作性和體驗(yàn)性。例如，設(shè)計(jì)基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的酒店冰箱計(jì)費(fèi)系統(tǒng)等，解決酒店的實(shí)際管理控制問題[5]，有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)酒店客房中小酒吧食品質(zhì)量和數(shù)量的控制，達(dá)到智慧控制的目的。為此，我們調(diào)研了華東地區(qū)的高星級(jí)酒店26家和相關(guān)IT企業(yè)9家。84.6%的酒店對(duì)此有應(yīng)用需求，但都對(duì)酒店工程系統(tǒng)控制提不出整體解決方案。相關(guān)IT企業(yè)有整合信息的想法，但需要統(tǒng)一的平臺(tái)和相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

1 酒店無線傳感器網(wǎng)絡(luò)整體架構(gòu)

1.1 需求分析

客人進(jìn)入酒店的體驗(yàn)可以分為物理環(huán)境、感情氛圍等正/負(fù)面的體驗(yàn)，本研究以物理環(huán)境的體驗(yàn)為主體，其包含：酒店各個(gè)區(qū)域溫度、濕度、空氣清潔度、背景音樂聲壓、光環(huán)境模式等。同樣在管理上也有一系列的需求，轉(zhuǎn)化成智慧酒店的控制服務(wù)領(lǐng)域，具體見表1。這些領(lǐng)域的控制，給客人帶來了便捷，給酒店帶來了效益。例如對(duì)酒店客房的溫/濕度自動(dòng)控制，即要滿足客人的體驗(yàn)舒適度，又要有效控制空調(diào)系統(tǒng)的能耗。按標(biāo)準(zhǔn)酒店夏季溫控應(yīng)該在24℃～28℃[6]，但酒店可以根據(jù)該客人歷史體驗(yàn)溫控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行個(gè)性化地控制，如年齡較高的客人在夏天并不需要太低的溫度，控制在27℃～28℃，這樣既滿足客人體驗(yàn)需求又能節(jié)能減排。對(duì)酒店綜合能耗（Hotels comprehensive energy consumption）的研究，得出酒店的空調(diào)和暖通系統(tǒng)是高能耗的工程系統(tǒng)，對(duì)酒店的空調(diào)和暖通系統(tǒng)的智能控制，可降低其綜合能耗[7]，這樣既達(dá)到了對(duì)客人的個(gè)性化服務(wù)，又降低了酒店的營(yíng)運(yùn)成本。

表1 ?酒店智慧控制的主要需求列表

[需求方＼&需求＼&酒店工程系統(tǒng)＼&客人體驗(yàn)＼&溫度、濕度＼&空調(diào)、暖通系統(tǒng)＼&背景音樂＼&音頻系統(tǒng)＼&光照＼&燈光照明系統(tǒng)＼&水溫＼&給排水等系統(tǒng)＼&酒店管理需求＼&火警探測(cè)＼&消防報(bào)警系統(tǒng)＼&安防監(jiān)控＼&視頻監(jiān)控系統(tǒng)＼&客房酒吧計(jì)費(fèi)＼&計(jì)費(fèi)系統(tǒng)＼&客房門禁＼&客房磁卡門禁系統(tǒng)＼&入住登記、結(jié)賬等＼&酒店管理信息系統(tǒng)＼&]

1.2 酒店無線傳感器網(wǎng)絡(luò)整體架構(gòu)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）可以集信息采集、信息傳輸、信息處理于一體實(shí)現(xiàn)智能信息系統(tǒng)，傳感器技術(shù)可以綜合酒店各個(gè)工程系統(tǒng)的控制參數(shù)和管理系統(tǒng)（MIS）信息，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，對(duì)酒店整體和客人個(gè)性化服務(wù)。此處有幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用。①網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：可以采用ZigBee技術(shù)，即短距離、低速率、低功耗、低成本的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，適應(yīng)酒店建筑和營(yíng)運(yùn)環(huán)境多變及靈活的特征。②多傳感器技術(shù)的應(yīng)用：為解決酒店應(yīng)用傳感器多品種的問題，需采用多傳感器陣列技術(shù)、多傳感器的管理等，同時(shí)解決多傳感器技術(shù)中靜態(tài)特性標(biāo)定、動(dòng)態(tài)特性分析、誤差分析等，以實(shí)現(xiàn)酒店傳感器信息融合，完成基礎(chǔ)性技術(shù)層的構(gòu)建。③無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)媒體接入控制技術(shù)（Medium Access Control，MAC）：采用IEEE802.11 MAC協(xié)議[8]，采用二進(jìn)制指數(shù)退避算法，網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)按照分布協(xié)調(diào)功能（Distributed Coordination Function，DCF）。為了實(shí)現(xiàn)區(qū)分服務(wù)機(jī)制的競(jìng)爭(zhēng)策略，可采用IEEE802.11的升級(jí)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11e[9]。在IEEE802.11e中，采用增強(qiáng)型分布式信道訪問，建議優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)為4級(jí)別，不同優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)分配不同的參數(shù)值[10-11]。第1級(jí)處理酒店安全性信號(hào)，如酒店感煙、感溫、防盜等傳感器信息;第2級(jí)處理客人基礎(chǔ)性管理信號(hào)，如門禁傳感器、酒店繁多的計(jì)費(fèi)信息;第3級(jí)處理體驗(yàn)式傳感器信號(hào)，如溫濕傳感、聲壓傳感、光照、空氣清潔度等;第4級(jí)為管理信息傳遞，主要用于為客人服務(wù)的RFID技術(shù)，如應(yīng)用于服務(wù)接待、入住登記、結(jié)賬、娛樂、餐飲等。許多服務(wù)可以在客人抵達(dá)服務(wù)區(qū)域之前，為客人提供個(gè)性化服務(wù)的準(zhǔn)備，以達(dá)到精準(zhǔn)服務(wù)的目標(biāo)。④構(gòu)建第三方軟件平臺(tái)，統(tǒng)一處理信號(hào)的處理、存儲(chǔ)、計(jì)算和反饋。構(gòu)建多傳感器系統(tǒng)如圖1所示。在網(wǎng)絡(luò)控制上，可以對(duì)不同類型的傳感器進(jìn)行分級(jí)信息傳遞和控制，通過非協(xié)作區(qū)域的協(xié)同進(jìn)行統(tǒng)一信號(hào)處理，并傳輸?shù)焦芾碛?，最終進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和反饋控制，達(dá)到其控制目標(biāo)。整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)控制可以應(yīng)用客人使用的各種RFID技術(shù)，迅速傳遞客人的需求服務(wù)信息，達(dá)到智慧服務(wù)和控制。如圖1所示。

圖1 ?基于多傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智慧酒店控制模型

2 仿真與分析

模擬酒店的公共區(qū)域，采用DK-IOT101物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)套件，選擇感煙、溫濕度、磁卡門鎖（RFID）、人體照度傳感器等相應(yīng)的傳感器進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)是從管理需求出發(fā)，針對(duì)可控性、可觀測(cè)性及響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行測(cè)試，其相應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)采集如圖2所示。如增加傳感器和節(jié)點(diǎn)數(shù)，響應(yīng)時(shí)間會(huì)相應(yīng)的延遲，目前為50節(jié)點(diǎn)數(shù)，單系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間基本控制在T≤2s。整個(gè)系統(tǒng)的算法還需進(jìn)一步研究以提升算法性能，這樣可以在更大范圍實(shí)現(xiàn)酒店信息的交換和控制。

圖2 ?基于DK-I0T101開發(fā)套件的酒店部分傳感器實(shí)驗(yàn)曲線

3 結(jié)束語

本文提出基于傳感器技術(shù)的智慧酒店構(gòu)建，是在目前酒店已經(jīng)部分采用或?qū)⒁捎玫膫鞲衅骰A(chǔ)上進(jìn)行整合的技術(shù)方案，該通過模型的構(gòu)建和實(shí)驗(yàn)，可以得出可行的框架。在采用ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多傳感器陣列技術(shù)環(huán)境下，無線傳感器建議執(zhí)行IEEE802.11e標(biāo)準(zhǔn)，并提出適應(yīng)酒店增強(qiáng)型分布式信道訪問和4級(jí)別不同優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)分配不同的參數(shù)值，通過套件實(shí)驗(yàn)，整體節(jié)點(diǎn)數(shù)在50以內(nèi)，基本可控響應(yīng)時(shí)間小于等于2s，同時(shí)需構(gòu)建第三方軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的信號(hào)處理，為智慧酒店的構(gòu)建提供技術(shù)層?；趥鞲衅骷夹g(shù)的酒店智慧服務(wù)與控制的應(yīng)用推廣，為酒店業(yè)的轉(zhuǎn)型提供技術(shù)基礎(chǔ)。

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