智能家居的體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)分析

張秋偉

摘要：智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，還能將原來被動靜止建筑轉(zhuǎn)變?yōu)槟軇?、智能的生存空間，擁有全方位的信息交換功能，保證家庭內(nèi)部、家庭與外部信息的暢通。在人們生活的方方面面，智能家居都能夠進行覆蓋。而設(shè)計出能夠體現(xiàn)出智能家居應(yīng)用特點的體系結(jié)構(gòu)，則能夠使智能家居系統(tǒng)得到更好的應(yīng)用?；谶@種認(rèn)識，本文從體系結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)兩方面對智能家居展開了分析，從而為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

關(guān)鍵詞：智能家居 體系結(jié)構(gòu) 關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號：TP273.5 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）07-0215-01

隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，智能家居成為了物聯(lián)網(wǎng)的重要應(yīng)用領(lǐng)域，得到了越來越多人的重視。而將智能家居和產(chǎn)業(yè)結(jié)合起來，則能夠進行新的產(chǎn)業(yè)鏈的打造，從而進一步推動國民經(jīng)濟的發(fā)展。所以，還需要進行能夠體現(xiàn)智能家居行業(yè)發(fā)展特點的體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計，并且加強智能家居關(guān)鍵技術(shù)的運用，以便使智能家居系統(tǒng)得到進一步完善，繼而促進智能家居的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

1 智能家居概念及主要功能

所謂的智能家居，其實就是以住宅為平臺進行網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動控制技術(shù)、綜合布線技術(shù)等多種技術(shù)的應(yīng)用，從而將與家居生活有關(guān)的設(shè)施集成起來，并實現(xiàn)高效住宅設(shè)施和家庭事務(wù)管理的系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)，可以確保家居的便利性和安全性，并且能夠提升家居的舒適性和藝術(shù)性，可以為人們提供一個環(huán)保節(jié)能的家居環(huán)境。從主要功能角度來看，智能家居具有信息通信功能、電氣設(shè)備管理控制功能、能耗管理工作、家居安全功能和多媒體服務(wù)功能等多種功能。通過智能家居，能夠?qū)崿F(xiàn)家庭內(nèi)部信息的高度共享，同時也能夠借助各種無線通訊設(shè)備進行室內(nèi)家居設(shè)備的控制和管理。而利用智能家居的子系統(tǒng)，也能夠進行能耗數(shù)據(jù)自動收集，并且實現(xiàn)資源節(jié)約。此外，智能家居系統(tǒng)可以提供自動報警功能，并且實現(xiàn)室內(nèi)媒體設(shè)備的信息傳輸。

2 智能家居體系結(jié)構(gòu)分析

2.1 體系服務(wù)結(jié)構(gòu)

從體系服務(wù)結(jié)構(gòu)上來看，智能家居體系服務(wù)由設(shè)備自動化、安全控制、智能通訊、遠(yuǎn)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程遙控五類服務(wù)組成。根據(jù)用戶不同需求，智能家居可以進行聯(lián)網(wǎng)設(shè)備自定義場景設(shè)置，并且利用網(wǎng)絡(luò)通訊等方式進行家居設(shè)備控制。首先，利用傳感器網(wǎng)絡(luò)，智能家居可以進行室內(nèi)溫度、濕度和光強等環(huán)境參數(shù)的感知、調(diào)節(jié)和控制。比如在室內(nèi)溫濕度方面，智能家居就可以根據(jù)用戶場景設(shè)置進行開關(guān)窗或空調(diào)控制。而智能家居還能夠理解人的行為認(rèn)知和意圖，從而實現(xiàn)家居設(shè)備的自動化控制。其次，利用傳感器網(wǎng)絡(luò)，智能家居可以進行家居環(huán)境的監(jiān)控，并且根據(jù)情況進行報警裝置的觸發(fā)，以便實現(xiàn)家居環(huán)境的安全控制[1]。

2.2 體系網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

從體系網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上來看，智能家居系統(tǒng)由家庭網(wǎng)關(guān)、服務(wù)器、各種智能家居設(shè)備和智能終端設(shè)備組成。通過將各類智能家居終端相互連接，并且將各終端與家庭網(wǎng)絡(luò)連接，就能利用無線或有線技術(shù)實現(xiàn)各信息終端和設(shè)備的自組織聯(lián)網(wǎng)。而以遠(yuǎn)程形式，智能終端將與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，以便對家庭環(huán)境變化進行實時控制。此外，利用家庭網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器，可以利用互聯(lián)網(wǎng)和局域網(wǎng)將家庭網(wǎng)絡(luò)與室外環(huán)境聯(lián)系起來。利用家庭網(wǎng)絡(luò)，就可以進行智能家居設(shè)備的控制，所以能夠進行能源管控和室內(nèi)環(huán)境管理。而利用家庭服務(wù)器，則可以進行各種網(wǎng)絡(luò)信息獲取，并且進行郵件收發(fā)，因此能夠幫助用戶獲取需要的路況和購物等信息。

3 智能家居關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 傳感定位技術(shù)

在智能家居中，需要進行多個傳感器節(jié)點的布置，以便進行信號的感知、計算和存儲。利用自組多跳形式，各個節(jié)點之間可以相互通信，從而完成監(jiān)測任務(wù)。通常的情況下，傳感器節(jié)點無法進行自己位置的預(yù)知，所以將采取隨機布放形式。利用節(jié)點接受信號RSSI值，并且使用能量衰減和距離的關(guān)系曲線，則能夠通過使用查找采樣值等方法進行節(jié)點位置的確定。在智能家居中，RFID定位算法是常見的算法。通過在被標(biāo)識對象上進行RFID射頻標(biāo)簽的安裝，就可以利用系統(tǒng)天線將標(biāo)簽發(fā)送信號強度信息傳輸給系統(tǒng)閱讀器。由于傳輸距離與信號功率存在對應(yīng)關(guān)系，所以可以根據(jù)信號功率值進行標(biāo)識對象位置的確定。因此從原理上來看，RFID定位技術(shù)是利用電磁傳播進行通信，需要確保各標(biāo)簽信息發(fā)送在接受天線接受范圍內(nèi)。而利用天線及調(diào)節(jié)器進行信號傳輸后，閱讀器需要進行信號的解碼操作，并且將標(biāo)識對象信息傳輸給后臺計算機系統(tǒng)[2]。在此基礎(chǔ)上，計算機系統(tǒng)需要完成信息處理和分析，并且根據(jù)用戶的場景設(shè)置要求進行設(shè)備控制指令的發(fā)出。

3.2 行為認(rèn)知技術(shù)

智能家居能否為人提供正確服務(wù)，主要取決于其能否進行人的行為的正確識別和理解。使用行為認(rèn)知技術(shù)，可以利用系統(tǒng)底層對目標(biāo)進行檢測和跟蹤，并且利用中層進行人體動作識別，然后利用系統(tǒng)高層進行人的行為意圖識別。為此，首先需要使用時間差分法、背景減除等方法對運動目標(biāo)進行檢測，以便為系統(tǒng)識別人的行為提供依據(jù)。所謂的時間差分法，則是利用前后相鄰連續(xù)圖像之間的時間差分和閉值化從圖像中提取運動區(qū)域。利用背景減除法，可以將前幀像素與背景像素做差運算，然后將差值大像素點標(biāo)記成運動目標(biāo)區(qū)域。其次，需要使用識別和跟蹤方法對運動目標(biāo)進行識別[3]。而常用識別方法有人體運動特征和人體幾何特征識別法，可以利用人體外觀、輪廓、動作等特征進行運動目標(biāo)識別。跟蹤方法則是在連續(xù)圖像序列相鄰幀之間，設(shè)置基于位置、形狀和色彩等特征的對應(yīng)匹配場景。此外，人體動作識別主要依靠特征提取，行為意識識別則需要將測試序列與預(yù)設(shè)參考序列相匹配。

4 結(jié)語

總而言之，隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，智能家居也將獲得更為廣泛的應(yīng)用前景。面對這種情況，相關(guān)行業(yè)還要加強對智能家居體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)的研究，以便在解決系統(tǒng)的若干關(guān)鍵問題的同時，更好的促進智能家居市場的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

參考文獻

[1]高川翔.面向智能家居的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究[J].信息系統(tǒng)工程，2014，09：21-22.

[2]馬樂，燕煒，姜思羽，張可然，等.基于物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計[J].北京師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2013，05：458-461.

[3]鐘莉萍，張永軍，顧畹儀.智能家居網(wǎng)關(guān)服務(wù)器軟件設(shè)計與實現(xiàn)[J].中南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2013，S1：333-336.