淺談基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居

梁星

一、 物聯(lián)網(wǎng)的概念及體系結(jié)構(gòu)

1.1物聯(lián)網(wǎng)的定義

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)，利用通過(guò)射頻識(shí)別（RFID電子標(biāo)簽）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

1.2物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)

從物聯(lián)網(wǎng)在當(dāng)下的應(yīng)用需求分析，分為以下三個(gè)層次：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。

1、感知層：數(shù)據(jù)的采集和感知。該層的主要功能是通過(guò)各種類型的傳感器對(duì)物品靜態(tài)/動(dòng)態(tài)的信息進(jìn)行信息獲取與狀態(tài)辨識(shí)，在線計(jì)算與控制，并通過(guò)接入設(shè)備將獲取的信息與網(wǎng)絡(luò)中的其它單元進(jìn)行資源共享與交互。

2、網(wǎng)絡(luò)層：該層的主要功能是以IPv6/IPv4為核心建立的互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，通過(guò)現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)、通信網(wǎng)或者下一代網(wǎng)絡(luò)NGN，遠(yuǎn)距離無(wú)縫傳輸來(lái)自傳感網(wǎng)所采集的巨量數(shù)據(jù)信息；它負(fù)責(zé)對(duì)傳感器采集的信息進(jìn)行安全無(wú)誤的傳輸，并對(duì)收集到的信息進(jìn)行分析處理，并將結(jié)果提供給應(yīng)用層將網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的信息資源整合成一個(gè)可以互聯(lián)互通的大型智能網(wǎng)絡(luò)。

3、應(yīng)用層：主要包含應(yīng)用支撐平臺(tái)子層和應(yīng)用服務(wù)子層。應(yīng)用支撐平臺(tái)子層用于支撐跨行業(yè)、跨應(yīng)用、跨系統(tǒng)之間的信息協(xié)同、共享互通的功能；應(yīng)用服務(wù)子層包括智能交通、智能家居、智能物流、智能電力、遠(yuǎn)程醫(yī)療與健康監(jiān)護(hù)等行業(yè)應(yīng)用。

二、智能家居

智能家居是以住宅為平臺(tái)，兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡(luò)家電、通信、家電設(shè)備自動(dòng)化、遠(yuǎn)程醫(yī)療、家庭辦公、娛樂(lè)等功能，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(dòng)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)施與家庭日程事務(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(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。

2.1 物聯(lián)網(wǎng)智能家居的發(fā)展背景

智能家居是在互聯(lián)網(wǎng)影響之下物聯(lián)化的體現(xiàn)。智能家居通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將家中的各種設(shè)備（如音視頻設(shè)備、照明系統(tǒng)、窗簾控制、空調(diào)控制、安防系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)家電等）連接到一起，提供家電控制、照明控制、電話遠(yuǎn)程控制、室內(nèi)外遙控、防盜報(bào)警、環(huán)境監(jiān)測(cè)、暖通控制、紅外轉(zhuǎn)發(fā)以及可編程定時(shí)控制等多種功能和手段。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、設(shè)備自動(dòng)化，提供全方位的信息交互功能，甚至為各種能源費(fèi)用節(jié)約資金。

2.2物聯(lián)網(wǎng)和智能家居的發(fā)展

物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)利用傳感、網(wǎng)絡(luò)與通信等多種最新的技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了物與物、物與人之間的智能化連接與溝通。智能家居作為一個(gè)新生產(chǎn)業(yè)，處于一個(gè)導(dǎo)入期與成長(zhǎng)期的臨界點(diǎn)，市場(chǎng)消費(fèi)觀念還未形成，但隨著智能家居市場(chǎng)推廣普及的進(jìn)一步落實(shí)，培育起消費(fèi)者的使用習(xí)慣，智能家居市場(chǎng)的消費(fèi)潛力必然是巨大的，物聯(lián)網(wǎng)的智能家居的發(fā)展產(chǎn)業(yè)前景光明。

三、智能家居系統(tǒng)功能

3.1智能控制功能

智能控制功能主要包括家電控制、燈光窗簾控制、背景音樂(lè)控制、空調(diào)控制、地采暖控制和家庭影院等系統(tǒng)的控制，具體包括集中控制、遠(yuǎn)程控制、條件控制、情景控制和自動(dòng)控制等功能。

3.2家庭安防功能

家庭安防功能主要包括閉路監(jiān)控電視系統(tǒng)、門(mén)禁系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)三個(gè)方面。

一些先進(jìn)的智能家居系統(tǒng)中，可以由遠(yuǎn)程集中錄像服務(wù)器進(jìn)行錄像，發(fā)生報(bào)警情況時(shí)可進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)用錄像資料，起到防破壞的作用，多見(jiàn)于大型報(bào)警運(yùn)營(yíng)商的監(jiān)控系統(tǒng)。家庭門(mén)禁系統(tǒng)多應(yīng)用與住宅樓的樓棟出入口，集成在門(mén)口主機(jī)之內(nèi)。家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)是一種最常見(jiàn)、最實(shí)用的智能家居應(yīng)用，被廣泛應(yīng)用與住宅環(huán)境中。適合住宅實(shí)用的安防探測(cè)器主要包括門(mén)窗磁、被動(dòng)紅外探測(cè)器、微波探測(cè)器、煙感探測(cè)器、燃?xì)庑孤┨綔y(cè)器、緊急按鈕和玻璃破碎探測(cè)器等。

3.3智能家居系統(tǒng)的特點(diǎn)

智能家居系統(tǒng)特點(diǎn)主要是有這么幾點(diǎn)：一、隨意照明，也就是說(shuō)可以控制任何一盞照明，智能家居系統(tǒng)還具有軟啟動(dòng)的功能，可以使得燈光按照自己的需要來(lái)調(diào)節(jié)，具有節(jié)能環(huán)保的功能。二、簡(jiǎn)單安裝，這種智能家居系統(tǒng)安裝很簡(jiǎn)單，不需要進(jìn)行復(fù)雜的布線以及破墻等，智能家居系統(tǒng)可以跟燈具以及家電、網(wǎng)絡(luò)、電話等相連接，可以將所有的子系統(tǒng)連接起來(lái)進(jìn)行控制，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制；三、具有擴(kuò)展性，智能家居系統(tǒng)除了跟家里面現(xiàn)有的設(shè)備相連接之外，也可以對(duì)其他的設(shè)備相連接。

四、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具

該部分主要介紹系統(tǒng)所采用的技術(shù)及開(kāi)發(fā)工具，涉及采用的架構(gòu)包括ZigBee技術(shù)的模塊、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）、GPRS通信模塊等。

4.1 ZigBee技術(shù)

ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，ZigBee技術(shù)是一種短距離、低功耗的無(wú)線通信技術(shù)。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率。ZigBee協(xié)議從下到上分別為物理層（PHY）、媒體訪問(wèn)控制層（MAC）、傳輸層（TL）、網(wǎng)絡(luò)層（NWK）、應(yīng)用層（APL）等。物理層分別是2.4GHz物理層和868/915MHz物理層，它們都基于DSSS（直接序列擴(kuò)頻）技術(shù)，使用相同的物理層數(shù)據(jù)包格式，區(qū)別在于工作頻率、調(diào)制技術(shù)、擴(kuò)頻碼片長(zhǎng)度和傳輸速率。數(shù)據(jù)鏈路層分為邏輯鏈路控制子層（LLC）和介質(zhì)訪問(wèn)控制子層（MAC）。網(wǎng)絡(luò)層采用基于ad hoc技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，功能包括拓?fù)涔芾怼AC管理、路由管理和安全管理根據(jù)節(jié)點(diǎn)的不同角色。應(yīng)用匯聚層負(fù)責(zé)把不同的應(yīng)用映射到ZigBee網(wǎng)絡(luò)層上，包括安全與鑒權(quán)、多個(gè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的匯聚、設(shè)備發(fā)現(xiàn)和業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)。應(yīng)用層定義了各種類型的應(yīng)用業(yè)務(wù)是協(xié)議棧的最上層用戶。

4.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對(duì)象的信息，并發(fā)送給觀察者。傳感器、感知對(duì)象和觀察者構(gòu)成了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)要素。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)所具有的眾多類型的傳感器，可探測(cè)包括地震、電磁、溫度、濕度、噪聲、光強(qiáng)度、壓力、土壤成分、移動(dòng)物體的大小、速度和方向等周邊環(huán)境中多種多樣的現(xiàn)象?；贛EMS的微傳感技術(shù)和無(wú)線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)賦予了廣闊的應(yīng)用前景。這些潛在的應(yīng)用領(lǐng)域可以歸納為：軍事、航空、反恐、防爆、救災(zāi)、環(huán)境、醫(yī)療、保健、家居、工業(yè)、商業(yè)等領(lǐng)域。

4.3 GPRS通信模塊

GPRS經(jīng)常被描述成“2.5G”，也就是說(shuō)這項(xiàng)技術(shù)位于第二代（2G）和第三代（3G）移動(dòng)通訊技術(shù)之間。它通過(guò)利用GSM網(wǎng)絡(luò)中未使用的TDMA信道，提供中速的數(shù)據(jù)傳遞。

通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了手機(jī)終端與智能家居系統(tǒng)遠(yuǎn)距離雙向通訊，突破了對(duì)傳統(tǒng)有線距離的約束，達(dá)到遠(yuǎn)距離接收、發(fā)送通訊信息，并且具有很高的模塊化程序和可擴(kuò)展性，智能化程度高。物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)是嵌入式控制終端系統(tǒng)，模塊的嵌入式智能產(chǎn)品，它很好的改善了家居的環(huán)境，滿足了家庭的娛樂(lè)需求。

五、結(jié)束語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)說(shuō)到底是為人類服務(wù)的，而人類的家居生活已經(jīng)形成了幾千年并在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)人類將繼續(xù)和長(zhǎng)時(shí)間生活的居所中。僅從這一點(diǎn)來(lái)看，一個(gè)離開(kāi)智能家居的物聯(lián)網(wǎng)將成為無(wú)水之源，無(wú)本之木。智能家居是所有物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中最重要最基礎(chǔ)的應(yīng)用已成為全球共識(shí)！綜上所述，將物聯(lián)網(wǎng)用于我們生活中，使我們生活在一種更加放心、舒心、安心的生活里，把被動(dòng)靜止的事物結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成具有能動(dòng)和智慧的工具，提供全方位的信息交換功能，使信息交流更加暢通，優(yōu)化了我們的生活方式，提高了生活的質(zhì)量。endprint