基于物聯(lián)網(wǎng)對(duì)智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄭駿

摘要 隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，人們?nèi)粘Ｉ钪械募揖迎h(huán)境與信息技術(shù)之間的聯(lián)系也越來(lái)越緊密?；诖耍晕锫?lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)所研發(fā)出來(lái)的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而生。本文基于物聯(lián)網(wǎng)從ZigBee網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、環(huán)形網(wǎng)絡(luò)分層控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸體系設(shè)計(jì)和多網(wǎng)融合信息傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)四個(gè)角度對(duì)智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)做出了研究，并進(jìn)行了相應(yīng)的說(shuō)明和闡釋。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng) 智能家居 遠(yuǎn)程控制

所謂智能家居遠(yuǎn)程控制指的是人們可以在不在家的情況下依靠互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)家中物品和環(huán)境的管理與操控，以此來(lái)確保自己家居環(huán)境的安全性和舒適性。該技術(shù)有著很強(qiáng)的智能性和操作性，能夠?qū)⒓揖铀囆g(shù)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)人們生活中的智能化管理，從而為民眾提供便捷、安全的生活方式。其有著廣泛的市場(chǎng)需求和應(yīng)用前景，是我國(guó)未來(lái)家居行業(yè)的重要發(fā)展方向之一。

1 ZigBee網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

ZigBee是基于IEEE802.15.4為標(biāo)準(zhǔn)所設(shè)定的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，其有著自身?yè)p耗功率低，系統(tǒng)建設(shè)成本低、系統(tǒng)連接距離近、系統(tǒng)傳輸速率低、系統(tǒng)連接節(jié)點(diǎn)數(shù)量多、系統(tǒng)支持多種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)安全性高等優(yōu)良特點(diǎn)。故而其己被廣泛應(yīng)用在對(duì)智能家居的監(jiān)測(cè)和控制功能上，其能夠達(dá)到智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中對(duì)于家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的各項(xiàng)基本需求，并可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)無(wú)線組網(wǎng)通信的方式來(lái)代替以往所采用的有線組網(wǎng)通信方式。當(dāng)前市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了很多能夠?qū)igBee網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)提供支持的智能嵌入式芯片，以Freescale公司的MC1319X和MC1321X系列為代表的價(jià)格便宜、性能方便的開(kāi)發(fā)芯片，在很大程度上減少了智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本，有著十分適宜的性價(jià)比，能夠符合各種用戶的不同需求，該技術(shù)有著很強(qiáng)的組網(wǎng)能力，可以構(gòu)建星形網(wǎng)絡(luò)、樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，介紹如下：

（1）星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便，其以一個(gè)協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)為中心，通過(guò)連接一些終端節(jié)點(diǎn)來(lái)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)都需要通過(guò)協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)來(lái)開(kāi)展通信，節(jié)點(diǎn)之間也只能通過(guò)協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)開(kāi)展信息交流。

（2）樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，其由一個(gè)協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)、若干個(gè)路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)所組成，并通過(guò)協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)連接路由或終端節(jié)點(diǎn)，且其子節(jié)點(diǎn)中的路由節(jié)點(diǎn)也能和新的路由節(jié)點(diǎn)與終端節(jié)點(diǎn)連接，并不斷反復(fù)擴(kuò)展的方式來(lái)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。其構(gòu)建規(guī)則為：只有協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)可以具有各自的子節(jié)點(diǎn)而終端節(jié)點(diǎn)不能具有子節(jié)點(diǎn)，有著同一個(gè)父節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)成為兄弟節(jié)點(diǎn)。其通信規(guī)則為：每個(gè)節(jié)點(diǎn)只能與自己的父節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)聯(lián)絡(luò)，若一個(gè)節(jié)點(diǎn)想和另一個(gè)相隔較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)通信則需要沿著樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)上傳至共同祖節(jié)點(diǎn)后才能傳輸?shù)搅硪环?。?shù)狀網(wǎng)絡(luò)傳輸結(jié)構(gòu)單一，但其傳輸過(guò)程不會(huì)被應(yīng)用層所控制，具備較強(qiáng)的靈活性。

（3）網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相似，也是由一個(gè)協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)、若干個(gè)路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)所構(gòu)成，但與樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所不同的是網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)任意兩個(gè)臨近路由節(jié)點(diǎn)之間直接開(kāi)展數(shù)據(jù)傳輸，其通信規(guī)則更為靈活多樣，效率也更高。即便一條傳輸路徑出問(wèn)題也不會(huì)影響其余路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，特別是其還可以通過(guò)不斷擴(kuò)張而組成更巨大的網(wǎng)絡(luò)。因此與樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)和星形網(wǎng)絡(luò)相比較而言網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)更適用于節(jié)點(diǎn)多和距離更遠(yuǎn)的系統(tǒng)之中，目前其應(yīng)用也最為廣泛。

2 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)分層控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

環(huán)形網(wǎng)絡(luò)分層控制系統(tǒng)以網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)所搭建而成，其在構(gòu)建完成后可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)接入并能夠自行開(kāi)展無(wú)線通信工作。同時(shí)，依照網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)為中心，規(guī)范各節(jié)點(diǎn)之間的分層以確定其深度，并通過(guò)數(shù)據(jù)路由在傳輸?shù)倪^(guò)程中通過(guò)各節(jié)點(diǎn)記錄下自己的層次，以此來(lái)降低資源浪費(fèi)并有效避免了可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)爆炸問(wèn)題。該控制系統(tǒng)以數(shù)據(jù)匯集協(xié)調(diào)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的目的，并以協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)為中心，通過(guò)一個(gè)環(huán)形分層的方式建立起一條控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)中每一環(huán)相當(dāng)于一層，各層間間隔逐層相加，協(xié)調(diào)者層次數(shù)為零，相應(yīng)的分層方式如下：

（1）網(wǎng)絡(luò)建立后，無(wú)論是協(xié)調(diào)者或別的節(jié)點(diǎn)的層數(shù)都將被初始化為零;

（2）系統(tǒng)從協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)通過(guò)發(fā)送分層確定幀的方式接入到網(wǎng)絡(luò)中，這種方式可以實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)與所連接系統(tǒng)中任何一個(gè)其他節(jié)點(diǎn)之間的信息聯(lián)通;

（3）在協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)所發(fā)送的分層確定幀被送到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之后，若目標(biāo)節(jié)點(diǎn)本身層次數(shù)為零的話則其系統(tǒng)將直接被更新為分層確定幀的轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)。若目標(biāo)節(jié)點(diǎn)本身層數(shù)不為零的話其本身層數(shù)與分層確定幀的轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)將被系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，其本身層數(shù)更新值將由其本身層數(shù)和分層確定幀兩者之間的較小值來(lái)進(jìn)行確定;

（4）之后若目標(biāo)節(jié)點(diǎn)本身層數(shù)產(chǎn)生了更新則需要對(duì)該分層確定幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)處理，相反則不需要進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。在分層確定幀分布到整個(gè)控制系統(tǒng)之后，系統(tǒng)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有可能會(huì)出現(xiàn)多次接受分層確定幀的情況。因此，為了避免控制系統(tǒng)中出現(xiàn)過(guò)多的網(wǎng)絡(luò)資源消耗，系統(tǒng)需要控制好分層確定幀的具體轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)，這主要體現(xiàn)在系統(tǒng)并不是對(duì)每一個(gè)分層確定幀都進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，而只是將已經(jīng)更新了目標(biāo)節(jié)點(diǎn)本身層數(shù)的分層確定幀做轉(zhuǎn)發(fā)處理，以此來(lái)保證系統(tǒng)工作狀態(tài)始終可以處于最佳。

3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸體系設(shè)計(jì)

在基于物聯(lián)網(wǎng)所開(kāi)展的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中，其子系統(tǒng)在對(duì)一些特殊設(shè)備的數(shù)據(jù)只有采用高速傳輸?shù)姆绞讲拍鼙ＷC系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而且對(duì)于系統(tǒng)來(lái)說(shuō)通常情況下其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量都比較大，因此從一些特殊設(shè)備所采集到的數(shù)據(jù)需對(duì)其行進(jìn)行高速運(yùn)算，以此來(lái)確保傳輸量和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。且由于當(dāng)前ZigBee的數(shù)據(jù)傳輸體系結(jié)構(gòu)正在在發(fā)生著改變，系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸體系設(shè)計(jì)也相應(yīng)發(fā)生著變化，這主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸體系有著不需要載波、輸入數(shù)據(jù)傳輸效率高、體系結(jié)構(gòu)抗干擾能力強(qiáng)和輸送時(shí)可以實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的快速實(shí)時(shí)傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)可以確保其能夠合理地被系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)量高速傳輸、綜合狀態(tài)信息傳輸和突發(fā)事件處理等應(yīng)用場(chǎng)景之中。系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸體系結(jié)構(gòu)在應(yīng)用中被分為應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)信息回基層、數(shù)據(jù)連接層和物理層等幾部分;

（2）在具體的應(yīng)用過(guò)程中系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸體系結(jié)構(gòu)主要具備以下功能應(yīng)用方式：該體系結(jié)構(gòu)可以通過(guò)數(shù)據(jù)傳感器將網(wǎng)絡(luò)中不同間隔時(shí)間內(nèi)所收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并傳輸?shù)较到y(tǒng)之中，這些信息將沿著相應(yīng)的數(shù)據(jù)連接層被輸送到指定的系統(tǒng)中，接著這些數(shù)據(jù)將被匯總送到數(shù)據(jù)終端。同時(shí)，為了確保智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)在發(fā)生突發(fā)事件之后系統(tǒng)可以及時(shí)將事件信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絺鞲衅髦幸允箓鞲衅骷皶r(shí)報(bào)警來(lái)避免損失，通常情況下系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸體系將采用緊急傳輸方式完成突發(fā)事件傳輸。而在一切信息傳送到系統(tǒng)中之后，系統(tǒng)還會(huì)將傳輸過(guò)來(lái)的信息進(jìn)行匯總處理，以此來(lái)減少系統(tǒng)整體的數(shù)據(jù)交換次數(shù)從而提升物聯(lián)網(wǎng)的整體性能。

4 多網(wǎng)融合信息傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在利用物聯(lián)網(wǎng)對(duì)智能家居開(kāi)展遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以充分運(yùn)用多網(wǎng)融合信息傳輸系統(tǒng)來(lái)開(kāi)展相應(yīng)工作，這主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）所謂多網(wǎng)融合通信傳輸系統(tǒng)指的是將通信網(wǎng)絡(luò)中的固定端、移動(dòng)端、互聯(lián)網(wǎng)和廣電網(wǎng)等結(jié)合在一起，以此來(lái)達(dá)到符合物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)融合以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)終端、網(wǎng)絡(luò)傳輸端和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)端的通信融合需要。這樣可以有效實(shí)現(xiàn)通信客戶端的靈活接入，從而推動(dòng)促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)在未來(lái)取得多形式發(fā)展;

（2）多網(wǎng)融合通信傳輸系統(tǒng)很多時(shí)候還被使用在智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)之中。這時(shí)，多網(wǎng)融合將對(duì)物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)等連接在一起形成綜合系統(tǒng)來(lái)對(duì)智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)進(jìn)行操作。這種應(yīng)用方式將在很大程度上降低了物聯(lián)網(wǎng)所關(guān)聯(lián)到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間需要相互分線的麻煩，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)可靠性和包容性的提升;

（3）同時(shí)，多網(wǎng)融合的通信傳輸方式還為智能遠(yuǎn)程家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了全新的設(shè)計(jì)思路和方法，并有效克服了過(guò)去不同網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間子系統(tǒng)不能兼容所導(dǎo)致的無(wú)法連接的缺陷，從而充分集中了各子系統(tǒng)來(lái)組合搭建了一個(gè)綜合各方的通信傳輸系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)還可以幫助與物聯(lián)網(wǎng)相連接的物業(yè)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其能夠通過(guò)電信部門(mén)專業(yè)團(tuán)隊(duì)運(yùn)用專業(yè)能力和機(jī)制來(lái)開(kāi)展相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)增值服務(wù)。而物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)多網(wǎng)融合通信傳輸系統(tǒng)還可以充分運(yùn)用IP技術(shù)來(lái)打通網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)關(guān)，從而有效提升物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化程度，這樣對(duì)于不同生產(chǎn)廠商之間加快產(chǎn)品更新達(dá)到產(chǎn)業(yè)化是十分有利的。

5 總結(jié)

綜上所述，本文基于物聯(lián)網(wǎng)對(duì)智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，利用本文所列舉的幾項(xiàng)技術(shù)開(kāi)展對(duì)智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作可以取得有效提升物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化程度、保證系統(tǒng)工作狀態(tài)始終可以處于最佳來(lái)減少系統(tǒng)整體的數(shù)據(jù)交換次數(shù)從而有效提升物聯(lián)網(wǎng)整體性能的良好結(jié)果，希望本文的研究可以更好的促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中得到應(yīng)用，從而為我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)取得更廣闊的發(fā)展前景做出貢獻(xiàn)。

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