面向智慧社區(qū)的物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)分析

深圳市賽元微電子有限公司 翟冠杰

在物聯(lián)網(wǎng)日益發(fā)展的背景下，其應(yīng)用領(lǐng)域逐步滲透到傳統(tǒng)社區(qū)環(huán)境的改善上來。人們的生活水平日益提高，對(duì)社區(qū)生活環(huán)境的要求也進(jìn)一步提高。因此，智慧社區(qū)的概念應(yīng)運(yùn)而生。然而我國(guó)當(dāng)前的智慧社區(qū)建設(shè)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的物質(zhì)文化需求，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用效率還比較低下，未形成一套完善的體系架構(gòu)。為此，本文對(duì)面向智慧社區(qū)的物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)進(jìn)行了深入的探討，以期為我國(guó)智慧社區(qū)的建設(shè)提供有價(jià)值的借鑒。

引言：社區(qū)是社會(huì)的基本組成單元，在城市化進(jìn)程中扮演著極為重要的角色。當(dāng)前我國(guó)大部分社區(qū)仍以傳統(tǒng)的形態(tài)為主進(jìn)行建設(shè)，以人工模式實(shí)施管理，但隨著人們生活水平的提高，對(duì)生活質(zhì)量有了更高的要求，因此物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開始受到人們的關(guān)注，智慧社區(qū)的概念由此誕生。然而我國(guó)大部分智慧社區(qū)的建設(shè)目前仍然處于技術(shù)落后、產(chǎn)品單一、兼容性差、互聯(lián)困難等一系列問題，沒有形成統(tǒng)一的、完善的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。物聯(lián)網(wǎng)在智慧社區(qū)的建設(shè)中處于核心地位，但如何通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建一套符合我國(guó)當(dāng)前國(guó)情的智慧社區(qū)體系框架，仍然是一個(gè)非常值得深入探討的問題。本文設(shè)計(jì)了一種面向智慧社區(qū)的物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)，對(duì)于我國(guó)智慧社區(qū)的建設(shè)有重要的參考意義。

1 智慧社區(qū)架構(gòu)分析

當(dāng)前，我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正處于迅速發(fā)展的過程中，智慧社區(qū)也開始由原來的點(diǎn)狀發(fā)展逐步過渡到面狀擴(kuò)張，許多新技術(shù)和新模式正在不斷地得到應(yīng)用，并在實(shí)踐中不斷創(chuàng)新，成為智慧社區(qū)建設(shè)的重要技術(shù)支撐。本文認(rèn)為，智慧社區(qū)在本質(zhì)上屬于一種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的具體應(yīng)用，其目的是改善社區(qū)服務(wù)質(zhì)量，提高生活水平，通過現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、傳感器技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)來不斷提升傳統(tǒng)社區(qū)的智能化程度。

智慧社區(qū)的內(nèi)容十分豐富，但一般都以居民、商戶、社區(qū)機(jī)構(gòu)等為主體，物聯(lián)網(wǎng)為技術(shù)核心，以各種應(yīng)用平臺(tái)為管理工具，實(shí)現(xiàn)對(duì)社區(qū)中各種社區(qū)要素進(jìn)行監(jiān)控。物聯(lián)網(wǎng)本身是一個(gè)龐大的網(wǎng)絡(luò)體系，應(yīng)用于智慧社區(qū)領(lǐng)域中有著其特殊的特點(diǎn)，智慧社區(qū)的總體架構(gòu)可以分為四個(gè)基本層次，即感知層、網(wǎng)絡(luò)層、中間件層以及應(yīng)用層。其中感知層以傳感器為主要硬件設(shè)備，由各種不同的傳感器組成傳感網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)對(duì)家居設(shè)備各狀態(tài)參數(shù)的采集，并通過網(wǎng)關(guān)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)層相連；網(wǎng)絡(luò)層處于應(yīng)用層與感知層之間，主要負(fù)責(zé)將感知層采集的數(shù)據(jù)傳輸至應(yīng)用層，同時(shí)完成應(yīng)用層向感知層的指令傳輸任務(wù)，是整個(gè)智能家居系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中樞；應(yīng)用層負(fù)責(zé)對(duì)硬件采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和存儲(chǔ)，最終轉(zhuǎn)化為智能家庭控制所需要的各項(xiàng)服務(wù)。

2 感知層

感知層就是對(duì)社區(qū)環(huán)境的各項(xiàng)狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行感知，實(shí)時(shí)采集各項(xiàng)有關(guān)數(shù)據(jù)的傳感網(wǎng)絡(luò)。其采集的物理參數(shù)可以有許多，例如溫度、壓強(qiáng)、光照、速度、血壓等等，并且這些物理信息與特定的物體之間是一一對(duì)應(yīng)的，因而使社區(qū)中的所有環(huán)境要素都可以得到監(jiān)控。具體的感知設(shè)備主要有：

（1）視頻監(jiān)控系統(tǒng)。在社區(qū)敏感區(qū)域和重要出入口應(yīng)安裝攝像頭，實(shí)現(xiàn)對(duì)重點(diǎn)區(qū)域的全天侯全覆蓋安全監(jiān)控。

（2）門禁系統(tǒng)。在所有小區(qū)出入口安裝門禁系統(tǒng)，任何人只能通過刷卡進(jìn)出，居民每人配備一張社區(qū)一卡通實(shí)現(xiàn)身份驗(yàn)證，其它無卡人員無法進(jìn)入，達(dá)到安全管理目的。

（3）特殊人群跟蹤。社區(qū)內(nèi)有大量孤寡老人、慢性病病人、殘疾人士等特殊群體，必須配備相應(yīng)的血壓、心跳、體溫等生理參數(shù)的測(cè)量設(shè)備，同時(shí)對(duì)其實(shí)施GPS定位，防止意外發(fā)生。

（4）社區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)。環(huán)境是人們賴以生存的物質(zhì)條件，良好的環(huán)境是提高人們生活水平的重要因素。因此應(yīng)該對(duì)社區(qū)環(huán)境進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，包括空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)、煙霧監(jiān)測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)、風(fēng)速風(fēng)向監(jiān)測(cè)等等。

（5）遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。傳統(tǒng)的人工上門服務(wù)在智慧社區(qū)運(yùn)行模式中將得到徹底的拋棄，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，通過無線通信就可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表，足不出戶就可以知道每戶人家的用水、用電、用氣情況。

3 網(wǎng)絡(luò)層

上述感知功能的實(shí)現(xiàn)都是建立在網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)之上的，網(wǎng)絡(luò)設(shè)施是基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧社區(qū)建設(shè)的重中之重。網(wǎng)絡(luò)層主要完成網(wǎng)絡(luò)的接入和數(shù)據(jù)的傳輸工作，是智能家居系統(tǒng)的通信中樞，使采用不同通信協(xié)議的硬件設(shè)備之間可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯總和解析。當(dāng)前，光纖入戶已經(jīng)十分普遍，許多家庭已經(jīng)接入了調(diào)整光纖網(wǎng)絡(luò)，甚至已經(jīng)可以完成2G、3G、4G和WLAN的四網(wǎng)融合。為感知設(shè)備采集的少量參數(shù)提供了一個(gè)高效的傳輸通道。網(wǎng)絡(luò)層支持各種不同形式的通信技術(shù)，例如當(dāng)前應(yīng)用比較廣泛的PLC、ZigBee、以太網(wǎng)和Wi fi等等；傳感網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)絡(luò)層之后，由于不同的硬件一般具有不同的通信協(xié)議，因此網(wǎng)絡(luò)層還可以將其統(tǒng)一為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式，向管理層上報(bào)。感知網(wǎng)絡(luò)具有眾多接口，為方便管理，一般多采用物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)作為接入層，對(duì)整個(gè)傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一的管理，并且允許網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，保證系統(tǒng)在故障情況下的可靠運(yùn)行。網(wǎng)絡(luò)層是當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居領(lǐng)域應(yīng)用的重點(diǎn)之一。

4 中間件

物聯(lián)網(wǎng)就是由不同的物體之間通過某種拓?fù)湫问较嗷ミB接構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)體系，通過數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)智能化管理和決策。但物體的種類數(shù)不勝數(shù)，其數(shù)據(jù)格式也各不相同，由不同物體組成一個(gè)小型系統(tǒng)，更是加大的數(shù)據(jù)共享的難度。為了使任意的物都可以實(shí)現(xiàn)物聯(lián)，所有應(yīng)用平臺(tái)都能夠?qū)崿F(xiàn)資源共享，一種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方案必須得到應(yīng)用。而可以實(shí)現(xiàn)不同物體之間的互連和不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享的層次就稱為中間件。中間件本質(zhì)上是大量不同類型的接口的集合，它使來自不同廠家，采用不同通信協(xié)議的設(shè)備均能夠進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸。物聯(lián)網(wǎng)中間件集成平臺(tái)有四大關(guān)鍵技術(shù)作為支撐，分別是：物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)總線、消息處理引擎和物聯(lián)網(wǎng)關(guān)系管理。物聯(lián)網(wǎng)中間件集成平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)中間件正常運(yùn)作的環(huán)境，它一般包括調(diào)度服務(wù)器、信息處理服務(wù)器、通信服務(wù)器以及配置與監(jiān)控系統(tǒng)等功能模塊組成。中間件是解決不同設(shè)備之間數(shù)據(jù)格式差異、系統(tǒng)之間通信協(xié)議差異等問題的最佳選擇之一。

5 應(yīng)用層

應(yīng)用層主要起到對(duì)整個(gè)智能家居系統(tǒng)的統(tǒng)一控制與協(xié)調(diào)作用，因此又稱為應(yīng)用控制層。應(yīng)用層可以能對(duì)感知層上傳的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，同時(shí)提供軟件系統(tǒng)的重構(gòu)功能，保證系統(tǒng)處于可靠、經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保的運(yùn)行狀態(tài)。應(yīng)用層可以完成與各采集終端和用戶終端設(shè)備的數(shù)據(jù)交換、為各硬件和軟件系統(tǒng)提供必要的接口、保證系統(tǒng)各模塊的相互配合與協(xié)調(diào)工作，維持舒適、智能的家居環(huán)境。

智慧社區(qū)中常見的應(yīng)用平臺(tái)包括：面向家庭的智慧家居管理平臺(tái)、面向社區(qū)的物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)和支持社區(qū)互動(dòng)的社區(qū)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)。這些平臺(tái)的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)智慧社區(qū)建設(shè)的管理基礎(chǔ)，也是保證其智能化程度和高效運(yùn)作的重要技術(shù)保障。其中智慧家居管理平臺(tái)是智慧社區(qū)的重要組成部分，它一般以家庭為單位，將家庭內(nèi)部的各種智能設(shè)備通過物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，使資源可以共享、能源得到節(jié)約、家庭安全得到保障；社區(qū)物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)是面向整個(gè)社區(qū)服務(wù)的，它是智慧家居管理平臺(tái)的上一層次應(yīng)用，對(duì)于社區(qū)的安全防衛(wèi)、綠色環(huán)保等需求得以實(shí)現(xiàn)；社區(qū)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)需要通信系統(tǒng)的支持，例如移動(dòng)寬帶、ZigBee、以太網(wǎng)和Wifi等等，從而形成了一大批家居安防、家庭醫(yī)生、社區(qū)圖書館、社區(qū)醫(yī)療等功能。

6 結(jié)語

智慧社區(qū)的發(fā)展對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)和應(yīng)用方案帶來了巨大的影響，成為推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)完善的重要源泉。本文以智慧社區(qū)的應(yīng)用背景為出發(fā)點(diǎn)，提出了一種面向智慧社區(qū)的物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)，通過感知層、網(wǎng)絡(luò)層、中間件和應(yīng)用層的分析，基本闡明了面向智慧社區(qū)的物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)所包含的基本內(nèi)容和形式。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展下，智慧社區(qū)的建設(shè)已成為必然，未來的智慧社區(qū)建設(shè)規(guī)模將進(jìn)一步擴(kuò)大，結(jié)構(gòu)將進(jìn)一步完善，性能也將得到進(jìn)下的提升，社區(qū)的數(shù)字化、信息化和智能化建設(shè)成為社區(qū)建設(shè)的重點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了智慧社區(qū)的進(jìn)步，為人們提供了一個(gè)更加舒適、安全、環(huán)保的社區(qū)生活環(huán)境；智慧社區(qū)系統(tǒng)的進(jìn)步，進(jìn)一步豐富了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，在各種新需求的推動(dòng)下，又促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷向前發(fā)展。因此物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智慧社區(qū)是相互促進(jìn)、同步發(fā)展的。