智慧家庭信息系統(tǒng)原理剖析

吳晨宇

摘 要 智慧家庭依靠的是以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)為手段，在日常家庭生活中實(shí)現(xiàn)設(shè)備的互聯(lián)互通，為人們提供舒適、簡便、安全、綠色、健康的生活方式。文章主要研究智慧家庭的概況和結(jié)構(gòu)，以及智慧家庭中信息技術(shù)的應(yīng)用原理，最后通過對(duì)智慧家庭信息系統(tǒng)原理的剖析，深刻解讀了智慧家庭的技術(shù)仍存在許多問題，從而使智慧家庭的技術(shù)在未來可以得到全面實(shí)現(xiàn)與優(yōu)化，盡可能得消除技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，從而得到廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 智慧家庭；信息系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)；云平臺(tái)；大數(shù)據(jù)

中圖分類號(hào) TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2019）237-0118-02

智慧家庭概念[1-2]的提出，是家庭信息化、自動(dòng)化與智能化的一種表達(dá)，本文正是基于對(duì)學(xué)校與家庭的聯(lián)網(wǎng)電器設(shè)備的關(guān)注，圍繞智能家庭電器，對(duì)智慧家庭進(jìn)行較為全面的整理與總結(jié)，對(duì)智慧家庭采用的信息技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)分析與研究，為深入理解信息技術(shù)提供基礎(chǔ)。

1 智慧家庭概況

1.1 概念

智慧家庭作為智慧城市概念的衍生理念，其最終目的是充分利用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)家庭設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)、家庭環(huán)境的感知，并借助網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)家用設(shè)備的自動(dòng)操作與智能控制，并實(shí)現(xiàn)人與設(shè)備的智慧交互等[2-3]。智慧家庭的載體是物聯(lián)網(wǎng)，借助人們常用的電子信息產(chǎn)品（手機(jī)、電腦、iPad）實(shí)現(xiàn)家庭成員之間、人與電器設(shè)備的實(shí)時(shí)交互，為社會(huì)創(chuàng)造一個(gè)先進(jìn)、舒適、低碳、便捷與安全的現(xiàn)代化居住環(huán)境。

1.2 智慧家庭的結(jié)構(gòu)

智慧家居信息系統(tǒng)是基于家居生活的智能化信息管理系統(tǒng)，該信息系統(tǒng)的核心是物聯(lián)感知與信息交互，建立在高速的無線通信、智能的信息感知、智慧的終端交互等技術(shù)之上，滿足人們對(duì)日常居家生活的娛樂化、自動(dòng)化與智能化需求，其一般的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示[4-5]。

圖1所示的這種智慧家庭信息系統(tǒng)是基于智慧城市框架之下而設(shè)計(jì)的，是信息技術(shù)在人們?nèi)粘＜彝ド钪械木唧w應(yīng)用，以智慧城市的單元-智慧家庭為載體，實(shí)現(xiàn)家庭電器設(shè)備的智能控制、家庭環(huán)境的智能感知、家庭成員的健康管理，甚至是家庭各種消費(fèi)的智能監(jiān)測(cè)等。從圖1所示可知，智慧家庭信息系統(tǒng)從下到上依次可以分為狀態(tài)感知層、信息傳輸層和應(yīng)用交互層。

1）狀態(tài)感知層。家庭環(huán)境的智能感知是智慧家庭的基礎(chǔ)，包括電器設(shè)備的智能互聯(lián)在內(nèi)，必須借助信息通信實(shí)現(xiàn)家庭設(shè)備及應(yīng)用環(huán)節(jié)進(jìn)行信息采集，如常見的有家用智能冰箱、家用智能空調(diào)、家用智能洗衣機(jī)、智能電表、水表、氣表、門禁，以及家庭監(jiān)控等對(duì)參數(shù)的采集與處理。

2）信息傳輸層。也就是圖1的網(wǎng)絡(luò)層，目前的主流技術(shù)主要是借助移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)或家庭無線局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息的傳輸，另外一個(gè)技術(shù)是借助電力網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息傳遞，雖然該技術(shù)還不夠完善，但是電力網(wǎng)絡(luò)傳輸具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，具有很好的應(yīng)用潛力，傳輸層是智慧家居系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，為感知層和應(yīng)用層提供了信息紐帶。

3）應(yīng)用交互層。智慧家庭的最終目的是相互交互，必須借助應(yīng)用層加以實(shí)現(xiàn)，主要采用智能計(jì)算等手段實(shí)現(xiàn)智慧家庭信息的綜合計(jì)算與分析，如通過對(duì)家庭電器設(shè)備的狀態(tài)感知可以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的智能控制、能耗分析和環(huán)境健康監(jiān)測(cè)等，甚至可以將相關(guān)家庭信息數(shù)據(jù)融合到智慧城市體系中，加以更高層次的價(jià)值挖掘。

2 智慧家庭信息技術(shù)分析

2.1 智慧家庭信息系統(tǒng)中的物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[3]是借助網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，如無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、無線局域網(wǎng)、無線射頻識(shí)別（RFID）、藍(lán)牙、紅外等實(shí)現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備之間、設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)之間的通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境狀態(tài)的感知、控制與管理。作為互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)深入應(yīng)用的產(chǎn)物，具有廣泛的應(yīng)用前景，據(jù)相關(guān)的市場(chǎng)報(bào)告分析，我國物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模十分龐大，將成為信息產(chǎn)業(yè)的重要支柱。

正是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的靈活方便、組網(wǎng)穩(wěn)定、信息數(shù)字化特點(diǎn)，可以通過感測(cè)、采集、運(yùn)輸、整合、分析的技術(shù)來控制智能家庭信息系統(tǒng)。常見的家用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要有無線射頻識(shí)別（RFID）、低功耗藍(lán)牙和無線局域網(wǎng)等技術(shù)。

無線射頻識(shí)別（RFID）：利用無線電波對(duì)特定目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，常稱為電子標(biāo)簽，它可應(yīng)用于安全門禁、身份認(rèn)證、庫存跟蹤、汽車防盜等，其具有快速掃描、抗污染能力強(qiáng)、可重復(fù)使有等優(yōu)點(diǎn)。

低功耗藍(lán)牙技術(shù)：是一種無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，與WiFi類似，適用于短距離低功耗場(chǎng)合，如通過藍(lán)牙連接可以控制電視、空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)等，也可以控制智能門鎖、窗戶、窗簾、家務(wù)機(jī)器人等。

無線局域網(wǎng)：作為智慧家庭的主流網(wǎng)絡(luò)連接，逐步取代其他通信連接方式，通過手機(jī)、電腦和各個(gè)電器之間在連接WiFi的情況下，實(shí)現(xiàn)從云端或App對(duì)電器設(shè)備的靈活操控。

2.2 智慧家庭信息系統(tǒng)中的云計(jì)算

在智慧家庭信息系統(tǒng)[5]中，云計(jì)算具有重要的意義。云計(jì)算的出現(xiàn)離不開云平臺(tái)的建立。云平臺(tái)是一個(gè)超大規(guī)模的平臺(tái)，可以將所接受的所有信息進(jìn)行匯集整理、分析，還可以分布式儲(chǔ)存匯集到的信息，然后借助云計(jì)算強(qiáng)大的計(jì)算能力，計(jì)算并分析各種輸入的數(shù)據(jù)，再制定個(gè)性化的策略，進(jìn)行智能化控制，是智慧家庭的智慧手段。作為云計(jì)算的服務(wù)模式，平臺(tái)服務(wù)（PaaS）、軟件服務(wù)（SaaS）與基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)（IaaS）在智慧家庭信息系統(tǒng)中都有所應(yīng)用。

平臺(tái)服務(wù)（PaaS）：可以借助已有成熟的云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)智慧家庭的控制，目前市場(chǎng)上一些成熟的智能家居均是采用這種平臺(tái)服務(wù)，主要優(yōu)勢(shì)是方便各個(gè)廠商的技術(shù)融合應(yīng)用。

軟件服務(wù)（SaaS）：通過云計(jì)算來制作與智慧家庭各用電器相對(duì)應(yīng)的App，直接使用相配套的應(yīng)用不需要擔(dān)心服務(wù)器、應(yīng)用開發(fā)等問題。如：安全防衛(wèi)系統(tǒng)、空氣檢測(cè)系統(tǒng)等。

基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)（IaaS）：通過云計(jì)算的IaaS來建立自己的基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)平臺(tái)，如借助常用的阿里云基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)，實(shí)現(xiàn)自身平臺(tái)搭建，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)中對(duì)電器的智能化控制。

2.3 智慧家庭信息系統(tǒng)中的大數(shù)據(jù)

通過物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)家用設(shè)備的連接[6]，進(jìn)而達(dá)到對(duì)家庭環(huán)境與設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，獲得的信息規(guī)模巨大，常規(guī)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)難以勝任，尤其是當(dāng)提升到智慧城市層次，往往需要與云存儲(chǔ)、云計(jì)算相結(jié)合。

借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，以在成千上萬的混亂數(shù)據(jù)中快速分析出并優(yōu)化目標(biāo)方案。如：大數(shù)據(jù)可以精準(zhǔn)的測(cè)定大氣環(huán)境質(zhì)量、氣壓、溫濕度等，從而通過云計(jì)算的SaaS層來告訴客戶；在智慧家庭之中，大數(shù)據(jù)還體現(xiàn)在可以在人們出門前尋找躲避擁堵的上班路線。并且大數(shù)據(jù)還具有歷史記憶功能，可以通過第一次的行為產(chǎn)生記憶，為第二次甚至是最后一次提供幫助。如：在未來的智能家庭當(dāng)中，網(wǎng)購、快遞、外賣肯定會(huì)成為更多人的首選，這時(shí)智慧家庭的大數(shù)據(jù)便會(huì)在第一次選擇之后，設(shè)定常購物的網(wǎng)店、或是可能喜歡的優(yōu)惠信息、喜歡的飯菜口味等，極大方便了客戶的選擇。

3 結(jié)論

智慧家庭在大數(shù)據(jù)時(shí)代的背景下，具有廣闊的發(fā)展空間，智慧家庭的信息系統(tǒng)中主要利用了物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、云儲(chǔ)存、大數(shù)據(jù)、智能交互等技術(shù)，是各項(xiàng)技術(shù)相互結(jié)合、利用，構(gòu)建起一個(gè)智慧家庭的框架。物聯(lián)網(wǎng)通過藍(lán)牙等技術(shù)將各個(gè)電器相互聯(lián)系起來，再在云平臺(tái)的骨架下，通過云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)將信息匯集分析、整理并輸出。但云計(jì)算仍具有一些弊端，如：個(gè)人隱私存在泄露的風(fēng)險(xiǎn)；云計(jì)算的身份認(rèn)證還不健全，易使黑客潛入；云平臺(tái)本來客戶較多，會(huì)出現(xiàn)管理問題。但還是希望未來這些弊端都會(huì)被解決，讓智慧家庭布滿整個(gè)地球村，讓人們享受大數(shù)據(jù)時(shí)代。

參考文獻(xiàn)

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