基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的智能家居通信設(shè)計(jì)

邵俊嘉

（西北民族大學(xué)，蘭州 730100）

智能家居這一概念從提出到應(yīng)用，已經(jīng)經(jīng)歷了20多年，其所涉及到的相關(guān)技術(shù)得到了全面的發(fā)展。從目前的發(fā)展形式來(lái)，其本身的表現(xiàn)形式已經(jīng)趨于良性，開(kāi)始進(jìn)入爆發(fā)階段。但由于通信技術(shù)的快速發(fā)展，使得更為成熟的通信技術(shù)應(yīng)用形式來(lái)不及系統(tǒng)化沉淀。這就要求智能家居布局過(guò)程中，需要對(duì)其移動(dòng)通信設(shè)計(jì)進(jìn)行更為深入的思考。

1 智能家居的核心

現(xiàn)階段，智能家居的核心內(nèi)容主要在于信息化處理上，這和傳統(tǒng)智能系統(tǒng)電器技術(shù)之間有著本質(zhì)區(qū)別。這一核心，使得電器本身成為了獨(dú)立的一部分，并建立起自動(dòng)化、智能化、系統(tǒng)化的物聯(lián)網(wǎng)。這實(shí)際上也就是家庭網(wǎng)絡(luò)的另一種表現(xiàn)，家庭網(wǎng)絡(luò)本身不僅是大量單元的集合，同時(shí)也是遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的一部分。通常理解來(lái)看，家庭網(wǎng)絡(luò)將家庭網(wǎng)關(guān)作為管理核心，通過(guò)不同的組網(wǎng)覆蓋，使得家庭中的家電、PC、智能終端、安防系統(tǒng)、照明系統(tǒng)都與移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，形成一個(gè)整體[1]。該技術(shù)也與運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)有著緊密的聯(lián)系，屬于寬帶網(wǎng)絡(luò)的重要延伸形式。而在這一過(guò)程中，主要涉及到智能家居的單元通信，在確保智能家居之間互相通信的同時(shí)，能夠?qū)ν饴?lián)系。我們利用廣域網(wǎng)的大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)庫(kù)資源、模型運(yùn)算資源等，使得今天的智能家居完成的任務(wù)遠(yuǎn)超出當(dāng)初概念提出的相關(guān)內(nèi)容。

2 智能家居通信業(yè)務(wù)需求分析

依據(jù)智能家居對(duì)于通信網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出的不同需求，智能家居系統(tǒng)實(shí)際上可以劃分為數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)環(huán)節(jié)。其中的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，主要涉及到監(jiān)控信息傳輸、影音共享、設(shè)備上網(wǎng)需要等，這就需要移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，來(lái)保障其高速通信的需要；控制網(wǎng)絡(luò)，則主要通過(guò)移動(dòng)終端的形式，來(lái)對(duì)家庭安防、環(huán)境、照明、溫控等環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制和查詢(xún)，這其中涉及到的是高頻次、小包的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。從大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)來(lái)看，智能家居系統(tǒng)搭建過(guò)程中，對(duì)于移動(dòng)通信需求有著以下的需求特征。

低移動(dòng)性：智能家居設(shè)備通常是長(zhǎng)期固定的，只有少部分設(shè)備會(huì)進(jìn)行移動(dòng)，但也只是低速性的移動(dòng)。而針對(duì)其低移動(dòng)特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)管理時(shí)可以大幅的延長(zhǎng)移動(dòng)性管理周期，進(jìn)而促使網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)得以降低，并減少終端的功耗，最大限度的利用無(wú)線(xiàn)資源。

延時(shí)：人們?cè)谥悄芗揖涌刂菩枨笊?，需要的是隨心所欲，也就是當(dāng)主人發(fā)布命令后，控制網(wǎng)絡(luò)便立即開(kāi)始執(zhí)行；安防系統(tǒng)，則是要實(shí)時(shí)的對(duì)于任何異常狀況進(jìn)行反饋。這些需要，都對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)有著前提條件，必須盡可能低和快。

突發(fā)性和寬帶化：智能終端需要能夠全天候的發(fā)起業(yè)務(wù)，例如安防系統(tǒng)這一環(huán)節(jié)，就需要網(wǎng)絡(luò)有著極大的覆蓋范圍，并保持高效素具傳輸，這就需要網(wǎng)絡(luò)寬帶化、移動(dòng)通信化。

3 兩種移動(dòng)通信下的智能家居通信設(shè)計(jì)

相較于有線(xiàn)形式的網(wǎng)絡(luò)，移動(dòng)通信所呈現(xiàn)出的信道容量，是考慮的首位[2]。智能家居的移動(dòng)數(shù)據(jù)通信時(shí)，其數(shù)據(jù)傳輸形式，是利用移動(dòng)終端來(lái)與通信網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)信道達(dá)成的傳輸目的。智能家居實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，大量的應(yīng)用了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，其中，非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，對(duì)于傳輸過(guò)程中的時(shí)延、誤碼率并沒(méi)有太高的要求，并且能以信道共享的形式進(jìn)行，雖然其中同樣有數(shù)據(jù)突發(fā)性，但數(shù)據(jù)分組時(shí)也需要排隊(duì)進(jìn)行發(fā)送。處在這一要求下，其所應(yīng)用的通信網(wǎng)絡(luò)，原則上只要隊(duì)列緩存充足，即使智能家居的移動(dòng)終端應(yīng)用數(shù)量多倍提升，也不會(huì)發(fā)生信息阻塞的現(xiàn)象。而應(yīng)用已經(jīng)極為成熟的4G、即將布局的5GLTE技術(shù)，其帶寬能夠充分滿(mǎn)足智能家居數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需要?；谝苿?dòng)通信的智能家居，其在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖?，主要有以下兩種設(shè)計(jì)形式：

3.1 中央控制模式

其本身與有線(xiàn)寬帶相同，也就是利用移動(dòng)通信的空中接口，接入到對(duì)應(yīng)的家庭網(wǎng)關(guān)中，這個(gè)網(wǎng)關(guān)能夠利用Wi-Fi的形式，對(duì)于智能家居系統(tǒng)下各個(gè)不同的單元進(jìn)行無(wú)線(xiàn)控制，網(wǎng)關(guān)在這一過(guò)程中相當(dāng)于以一個(gè)無(wú)線(xiàn)熱點(diǎn)的形式存在。該網(wǎng)關(guān)本身也屬于中央控制單位，完全符合單一電器的統(tǒng)一、分開(kāi)控制。當(dāng)應(yīng)用這一形式的通信形式時(shí)，僅僅只需要一個(gè)SIM卡、一個(gè)空中信道。并且即便是移動(dòng)通信與家庭網(wǎng)關(guān)斷開(kāi)，其依然可以對(duì)智能家居單元進(jìn)行相應(yīng)的管理。但這一形式智能家居形式，雖然說(shuō)節(jié)省了移動(dòng)通信信道容量要求，但也對(duì)于家居單元的快速反應(yīng)需要形成了影響，尤其是在某單元存在大量數(shù)據(jù)交換的情況下。中央形式的控制網(wǎng)管，從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，適用于大規(guī)模的智能家居體系構(gòu)建，其對(duì)于家庭電器有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)、制造要求，不太適用與個(gè)人家居。

3.2 單元控制模式

這一通信設(shè)計(jì)下，家居單元之間是完全獨(dú)立起來(lái)的，但同時(shí)也能夠形成一個(gè)整體，雖然每個(gè)單元都采取獨(dú)立SIM卡、獨(dú)立空中信道，可能會(huì)對(duì)于信道容量有著較高的要求，但在如今移動(dòng)通信技術(shù)飛速發(fā)展、帶寬網(wǎng)絡(luò)不斷提升的情況下，其壓力會(huì)不斷的縮小。

日常的通知，可以利用單元控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)，其家庭網(wǎng)絡(luò)完全可以利用移動(dòng)通信，在云服務(wù)器上去進(jìn)行控制，利用云服務(wù)器，家庭中各個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元都能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一化的管理。某種程度上來(lái)說(shuō)，這一形式的應(yīng)用，使得智能家居云服務(wù)器的專(zhuān)業(yè)化發(fā)展空間也開(kāi)始不斷擴(kuò)大。智能家居單元所涉及到的簡(jiǎn)單控制策略，能夠通過(guò)單元控制器就加以實(shí)現(xiàn)，但在一些更更為復(fù)雜的模型建立、運(yùn)算上，就需要利用大數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)控制的策略進(jìn)行優(yōu)化，這使得云服務(wù)器有著不可想象的優(yōu)勢(shì)。比如說(shuō)，智能家居單元的語(yǔ)音識(shí)別、圖像拍攝等分析，甚至于冰箱內(nèi)部食物新鮮度的識(shí)別、空調(diào)組節(jié)能運(yùn)行策劃、智能家居單元電器的運(yùn)行邏輯關(guān)系策劃等，都可以利用移動(dòng)通信體系下的云服務(wù)器來(lái)加以完成。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，雖然智能家居已經(jīng)發(fā)展了多年，但物聯(lián)網(wǎng)智能家居的爆發(fā)期，是近幾年無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的飛速發(fā)展下，所支撐并成熟起來(lái)的。4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了各種不同的無(wú)線(xiàn)接入融合、互聯(lián)網(wǎng)無(wú)縫連接、高速吞吐、QoS保障，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)下的智能家居必然會(huì)得到空前的發(fā)展。雖然說(shuō)目前的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)智能家居通信形式還較為單一，但隨著技術(shù)的成熟，相信其應(yīng)用形式會(huì)不斷的拓展和加深。

[1] 吳川.智能家居系統(tǒng)的嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)的研究與設(shè)計(jì)[D].江南大學(xué)，2015.

[2] 胡靜.基于ZigBee和GSM技術(shù)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[D].寧波大學(xué)，2013.