一種基于云端的物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)

屈曉平 李立現(xiàn)

摘要：針對(duì)目前智能家居設(shè)計(jì)方案中存在的問(wèn)題，提出一種新的智能家居解決方案，該智能家居系統(tǒng)主要由環(huán)境感知、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸、云端數(shù)據(jù)庫(kù)、用戶應(yīng)用端四個(gè)部分組成。由于云端數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的的諸多優(yōu)點(diǎn)，保證了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定和可靠，降低了用戶使用的門檻，為智能家居產(chǎn)品快速進(jìn)入普通家庭消費(fèi)奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：傳感器；無(wú)線網(wǎng)絡(luò)；云端數(shù)據(jù)庫(kù)；客戶端軟件

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）03-0238-02

A Smart Home System Based on Cloud Computing

QU Xiao-ping， LI Li-xian

（Information Science and Technology Institute of Jiujiang University， Jiujiang 332005， China）

Abstract： In the current ，the smart home design existing the problems， puts forward a new intelligent home solutions， the system mainly consists of the environmental perception， data network transmission ， cloud database， client software. Due to the advantages of cloud data storage， ensure the data is stable and reliable， lower the threshold for the user， the smart home products go into the ordinary household consumption.

Key words： sensor； wireless network； cloud database； client software

隨著社會(huì)的發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)家居生活的質(zhì)量要求越來(lái)越高，家庭環(huán)境的智能化就是人們家居生活的追求目標(biāo)之一。隨著家用傳感器市場(chǎng)的日益成熟，生產(chǎn)成本的降低，為家居生活的環(huán)境感知提供了技術(shù)保障和經(jīng)濟(jì)可行性。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，為感知數(shù)據(jù)的采集、傳輸、匯集提供支持。家庭寬帶網(wǎng)絡(luò)的普及，為匯集的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸提供了保證。大數(shù)據(jù)環(huán)境下的數(shù)據(jù)云端存儲(chǔ)提高了感知數(shù)據(jù)的可靠性、可用性和共享性，為智能家居系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化，模塊化、系統(tǒng)化提供了幫助?；ヂ?lián)網(wǎng)終端設(shè)備的多樣化，提高了用戶智能家居的體驗(yàn)，為智能家居市場(chǎng)的繁榮奠定了基礎(chǔ)。在過(guò)去的一段時(shí)間里，智能家居系統(tǒng)主要以產(chǎn)品為主，大部分產(chǎn)品都只兼容自己的設(shè)備，各種接口都因產(chǎn)品的不同而不同，缺少統(tǒng)一的管理，產(chǎn)品之間的兼容的差，系統(tǒng)中的模塊都是隨意集成，缺乏統(tǒng)一的規(guī)范，不同公司的產(chǎn)品基本功能相同，但上層和下層的接口都有自己的標(biāo)準(zhǔn)。在智能家居整個(gè)行業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，這些非標(biāo)準(zhǔn)化、兼容性差、數(shù)據(jù)孤島、硬件成本居高不下等問(wèn)題一直制約著智能家居市場(chǎng)的規(guī)?；?、普及化。云計(jì)算的引入實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，建立了可靠的、穩(wěn)定的、可擴(kuò)展的智能家居系統(tǒng)，將傳統(tǒng)智能家居中的孤島數(shù)據(jù)保存到了遠(yuǎn)程云端數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，為用戶提供各種便捷可靠的應(yīng)用服務(wù)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

整個(gè)智能家居系統(tǒng)是由四個(gè)部分組成，分別是環(huán)境感知部分、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸部分、云端數(shù)據(jù)庫(kù)部分、用戶應(yīng)用端部分。環(huán)境感知部分主要是由各種傳感器和控制器組成，實(shí)現(xiàn)環(huán)境信息的采集和智能設(shè)備的控制。數(shù)據(jù)傳輸部分主要實(shí)現(xiàn)感應(yīng)結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)向云端數(shù)據(jù)庫(kù)傳輸和控制數(shù)據(jù)由云端數(shù)據(jù)庫(kù)向控制設(shè)備結(jié)點(diǎn)傳輸。云端數(shù)據(jù)庫(kù)部分主要存儲(chǔ)來(lái)自不同家居環(huán)境的感知數(shù)據(jù)，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，為用戶提供環(huán)境控制的最優(yōu)化方案，保存用戶對(duì)優(yōu)化方案的選擇和修改。用戶應(yīng)用端主要是按照用戶意愿獲取相關(guān)環(huán)境感知基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，提供環(huán)境控制優(yōu)化方案，輔助用戶選擇和修改方案，實(shí)現(xiàn)人性化和智能化的家居環(huán)境。

2 環(huán)境感知模塊

環(huán)境感知部分主要由感知部分和控制部分組成。感知部分主要根據(jù)家庭環(huán)境的需要設(shè)置相應(yīng)的傳感器，實(shí)現(xiàn)環(huán)境信息的感知，將感知的數(shù)據(jù)從傳感器以各種形式傳送到終端結(jié)點(diǎn)，終端結(jié)點(diǎn)通過(guò)各種方式接口實(shí)現(xiàn)各種感應(yīng)數(shù)據(jù)的采集，然后將數(shù)據(jù)數(shù)字化，最后按照規(guī)范的表述方式將數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，為數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸、云端數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、用戶應(yīng)用的規(guī)范化奠定基礎(chǔ)，為下層傳感器廠商設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的接口提供依據(jù)?？刂破鞑糠种饕菍?duì)各種設(shè)備的進(jìn)行控制，不同的設(shè)備也有不同的控制方式，終端結(jié)點(diǎn)控制器接口的規(guī)范化也為設(shè)備控制廠商提供了標(biāo)準(zhǔn)的控制接口，提高了系統(tǒng)的兼容性。

在智能家居系統(tǒng)中，需要感知的環(huán)境信息主要有溫度、濕度、燃?xì)?、煙霧、二氧化碳濃度、光強(qiáng)、甲醛濃度、粉塵濃度及各種家用電器設(shè)備的狀態(tài)等信息?？刂破餍枰刂频脑O(shè)備主要有空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)、微波爐、電飯鍋、加濕器、門禁系統(tǒng)、窗簾系統(tǒng)、燈控系統(tǒng)和各種報(bào)警器系統(tǒng)等。在環(huán)境信息的感知和家電設(shè)備的控制過(guò)程中，規(guī)范的接口方式是關(guān)鍵。規(guī)范的接口能促使企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，降低產(chǎn)品成本，為智能家居的普及奠定了良好基礎(chǔ)。

3 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊

3.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過(guò)自組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)家庭各終端結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)在終端結(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)結(jié)點(diǎn)之間傳輸，數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程可以是直接由終端結(jié)點(diǎn)傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)結(jié)點(diǎn)，也可以是通過(guò)中繼結(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在終端結(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)結(jié)點(diǎn)的間接傳輸。在系統(tǒng)的終端結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)處理中數(shù)據(jù)能按照既定的規(guī)范格式將數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，這將為數(shù)據(jù)在結(jié)點(diǎn)之間快速的傳輸提供了便利，提高了傳輸?shù)男?，方便了各結(jié)點(diǎn)對(duì)接收數(shù)據(jù)處理。

數(shù)據(jù)的傳輸方向分為上行和下行，上行數(shù)據(jù)主要是感知狀態(tài)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蚴菑慕K端結(jié)點(diǎn)到網(wǎng)關(guān)結(jié)點(diǎn)，下行數(shù)據(jù)主要是控制數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蛑饕删W(wǎng)關(guān)結(jié)點(diǎn)到終端結(jié)點(diǎn)。由于該方案是基于云端實(shí)現(xiàn)智能家居系統(tǒng)的，數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程中不僅要考慮傳感器的種類和編號(hào)信息，還要考慮該信息的時(shí)空狀態(tài)，這將會(huì)為上層的云端數(shù)據(jù)應(yīng)用提供基礎(chǔ)。

3.2 家庭無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)結(jié)點(diǎn)通過(guò)與家庭無(wú)線路由進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，將環(huán)境感知信息傳輸?shù)竭h(yuǎn)程云端數(shù)據(jù)庫(kù)，將遠(yuǎn)程云端數(shù)據(jù)庫(kù)中的控制信息傳出到網(wǎng)關(guān)結(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)感知數(shù)據(jù)云端存儲(chǔ)和控制數(shù)據(jù)終端結(jié)點(diǎn)接收。在這個(gè)過(guò)程中，由于數(shù)據(jù)的傳輸經(jīng)過(guò)了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸中應(yīng)注意網(wǎng)絡(luò)擁塞和數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題。

4 云端數(shù)據(jù)庫(kù)模塊

云端數(shù)據(jù)庫(kù)主要是存儲(chǔ)智能家居系統(tǒng)獲取的基礎(chǔ)感知數(shù)據(jù)，然后按照應(yīng)用需求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，獲取優(yōu)化方案，輔助用戶選擇和修改，真正實(shí)現(xiàn)家居智能優(yōu)化。例如，家庭燃?xì)庑孤┡c預(yù)警，家庭水路管網(wǎng)預(yù)警，家庭空調(diào)恒溫自平衡系統(tǒng)，家庭防盜預(yù)警系統(tǒng)等。引入云計(jì)算后，系統(tǒng)能按照用戶需求定制用戶應(yīng)用，用戶按照自己的需求購(gòu)買相應(yīng)的硬件設(shè)備裝置，提高了用戶的主動(dòng)性，滿足了用戶個(gè)性化的需求，降低了用戶使用該智能家居系統(tǒng)的門檻，促進(jìn)了智能家居產(chǎn)業(yè)的正向發(fā)展。在這個(gè)智能家居系統(tǒng)中，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是開放、家庭用戶信息是私密的，業(yè)務(wù)是集成的，服務(wù)是智慧化的，計(jì)算處理是分布式的，而用戶單元是異構(gòu)的，體現(xiàn)了服務(wù)的個(gè)性化和人性化。

云既有公有云，也有私有云，同時(shí)還存在一種混合云。公有云一般是面向公眾的，私有云一般是面向企業(yè)服務(wù)的?；旌显凭褪侵冈谟脩魬?yīng)用中按照應(yīng)用需求，需要使用公有云的時(shí)候就使用公有云，需要使用私有云的時(shí)候就使用私有云，系統(tǒng)中的應(yīng)用需求是相互獨(dú)立，但在云平臺(tái)的內(nèi)部他們是相互交融，這樣就可以充分的發(fā)揮混合云的優(yōu)勢(shì)，為用戶應(yīng)用需求服務(wù)。

5 用戶應(yīng)用端模塊

云端按照應(yīng)用需求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種優(yōu)化，提供各種可行的方案，用戶按照自己的需求在應(yīng)用端進(jìn)行選擇，系統(tǒng)提供相應(yīng)的服務(wù)，在用戶應(yīng)用中，系統(tǒng)按照用戶的定制，提供用戶需求的基礎(chǔ)感知數(shù)據(jù)，有針對(duì)性的提供智能設(shè)備的優(yōu)化控制方案，讓智能家居真正智能化。

用戶應(yīng)用終端設(shè)計(jì)中考慮了用戶使用網(wǎng)絡(luò)的習(xí)慣，既能使用PC機(jī)終端實(shí)現(xiàn)智能家居的應(yīng)用服務(wù)，也能通過(guò)手機(jī)終端相應(yīng)的應(yīng)用APP實(shí)現(xiàn)應(yīng)用服務(wù)。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文主要解決了傳統(tǒng)智能家居系統(tǒng)中存在的產(chǎn)品兼容、數(shù)據(jù)孤島等問(wèn)題，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)智能家居系統(tǒng)的改進(jìn)，通過(guò)實(shí)現(xiàn)智能家居軟硬件模塊接口的標(biāo)準(zhǔn)化，引導(dǎo)智能家居產(chǎn)品邁向的標(biāo)準(zhǔn)化。通過(guò)在傳統(tǒng)的智能家居系統(tǒng)中引入云和大數(shù)據(jù)，克服了現(xiàn)有智能家居系統(tǒng)重復(fù)建設(shè)問(wèn)題，大大提高了智能家居系統(tǒng)的開發(fā)效率，使系統(tǒng)更具健壯性。

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