試論家庭智能安防系統(tǒng)及其與網(wǎng)絡互連的研究與設計

賈義安

內(nèi)容摘要：隨著4G技術成熟發(fā)展，伴隨著的是物聯(lián)網(wǎng)科技的新興發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)相關的解決方案也得了很多的應用，在這些基礎應用中，管理越來越多的物聯(lián)網(wǎng)設備，顯得尤為重要。智能家居越來越多元化，管理方式也千奇百怪，這樣大大降低了智能家居的效率。本文提出面向互聯(lián)網(wǎng)絡管理的智能家庭安防系統(tǒng)，主要進行智能家庭安防系統(tǒng)內(nèi)部的組網(wǎng)、信息處理等方面的探索，雖然系統(tǒng)實現(xiàn)的功能相對較為簡單，但是在智能家庭安防系統(tǒng)協(xié)調(diào)方面進一步的研究有一定的借鑒意義。

關鍵字：物聯(lián)網(wǎng);智能家庭;安防系統(tǒng)。

1.本課題的重要研究意義

目前市場上的眾多家居安防產(chǎn)品，因為品牌和產(chǎn)品型號限制，導致功能單一，往往都只能對家庭災害中的一兩類來進行針對防護，無法做到整體全面的監(jiān)控，更無法做到多個智能家居間的互相協(xié)調(diào)。傳統(tǒng)的安防系統(tǒng)都是一個安防硬件一個軟件，這樣導致了用戶的體驗不佳，并且各個災害的報警系統(tǒng)都相互獨立，誤報和漏報警的情況也時有發(fā)生。因此，高效的利用智能家居，通過合理調(diào)配監(jiān)控資源，才可以有效避免類似情況的發(fā)生，從而有效的保護人們的生命財產(chǎn)安全，減少損失。無論從安全還是經(jīng)濟的角度來看，為家庭營造出一個智能的全方位家居環(huán)境迫在眉睫，因此開發(fā)出一套兼容市面多數(shù)智能家居的家庭安防系統(tǒng)對于集群市場上繁雜的安防產(chǎn)品具有深遠意義。

2.智能家庭安防系統(tǒng)設計

本套智能家庭安防系統(tǒng)是基于智能家居的硬件的，并且在安防的資源調(diào)度方面考慮較多。本文針對智能家庭安防系統(tǒng)主要涉及系統(tǒng)的設計、系統(tǒng)中探測器的管理和數(shù)據(jù)傳輸加密。在前文的基礎上，在系統(tǒng)設計的基礎上，總結(jié)設計原理、系統(tǒng)功能、系統(tǒng)總體框架和無線通信技術應用等理論，為探測器的分類管理和實時動態(tài)監(jiān)測提供了系統(tǒng)支持。

2.1智能家庭安防系統(tǒng)的功能

為保證對探測器基本信息、狀態(tài)、位置等信息的存儲，本文根據(jù)需求設計了數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對各類信息存儲，以方便以后對這些信息的調(diào)用和分析。本文基于本體理論為不同的探測器建立本體，方便對其進行表示和管理，本文設計了針對探測器的分類算法，此算法基于領域本體的相關理論?；舅悸窞槭紫葘⒕哂写硇缘膸最惒煌奶綔y器進行抽象化，提取出它們中對此類探測器概念影響較大的重要信息，并對這些信息進行抽象形成對應本體的關鍵特征。此后基于這些特征設計本體、數(shù)據(jù)庫，確定不同本體間的關系，比如：門窗震動探測器與熱紅外幕簾探測器屬于協(xié)同工作型，對有無人入侵的判定是對這兩種探測器狀態(tài)的綜合分析的結(jié)果。還設計了本體結(jié)構(gòu)在數(shù)據(jù)庫中的保存結(jié)構(gòu)，將本體相關信息保存在數(shù)據(jù)庫中。

其中大部分子系統(tǒng)功能與普通安防系統(tǒng)功能類似，這里重點強調(diào)破壞報警系統(tǒng)、遠程監(jiān)控系統(tǒng)、聯(lián)動系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)是智能家庭安防系統(tǒng)所特有的。

（1）破壞報警子系統(tǒng)主要應用于系統(tǒng)中任何地方被破壞時發(fā)出聲光報警信號，通知物業(yè)或者向住戶發(fā)送破壞報警信息，得到住戶或物業(yè)管理人員的相應響應后解除報警狀態(tài)，恢復正常狀態(tài)。也可以在系統(tǒng)發(fā)出破壞報警報告時由系統(tǒng)網(wǎng)關自主的進行相應處理，處理完之后再將相關信息反饋給物業(yè)或住戶。

（2）遠程監(jiān)控子系統(tǒng)即通過PC或手機終端連接網(wǎng)絡，查看、監(jiān)督和管理家居安防系統(tǒng)，本文設計、開發(fā)了遠程監(jiān)控子系統(tǒng)，以圖形化界面展示給住戶，以方便住戶對家居環(huán)境的監(jiān)管。

（3）聯(lián)動子系統(tǒng)一般與其他報警系統(tǒng)連接提供服務，實現(xiàn)對系統(tǒng)自動化管理，如：家居環(huán)境中發(fā)生火災，家居網(wǎng)關在向住戶、物業(yè)等發(fā)出信息的同時采取必要聯(lián)動措施，如啟動房間內(nèi)的淋水裝置，關閉房間的窗戶等，為消防人員的到來爭取時間。

（4）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主要存儲系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)監(jiān)控到的探測器狀態(tài)信息、住戶或物業(yè)發(fā)送的命令信息，不同狀態(tài)下的臨界條件，住戶身份的相關信息等，這些信息不僅為智能家庭安防系統(tǒng)的管理提供便利，而且也為住戶的查詢或公安人員破案提供依據(jù)。

2.2智能家庭安防系統(tǒng)的整體架構(gòu)

采用高可靠性、低功率、低成本的無線傳感器網(wǎng)絡構(gòu)建的安防網(wǎng)絡在性能、價格、可操作性方面的競爭優(yōu)勢不斷擴大。在外部采用TD-LTE通信網(wǎng)絡進一步擴展了家居安防系統(tǒng)的覆蓋范圍，只要可以連接上網(wǎng)的地方就可以實現(xiàn)對智能安防系統(tǒng)中各種狀態(tài)的監(jiān)控。

智能家庭安防系統(tǒng)中主要的處理流程是探測器采集監(jiān)控數(shù)據(jù)后處理數(shù)據(jù)，并且后臺對這些數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控和處理，當出現(xiàn)緊急情況時產(chǎn)生報警信號通知家居住戶并及時處理事件，同時住戶可以對安防事件進行遠程監(jiān)控，當發(fā)現(xiàn)問題時可以遠程控制和處理。根據(jù)無線傳感技術和智能家庭安防系統(tǒng)的特點，本文設計的基于無線傳輸技術的智能家庭安防系統(tǒng)主要包括探測器節(jié)點、路由器節(jié)點、家居安防協(xié)調(diào)器節(jié)點和家庭網(wǎng)關以及一些執(zhí)行機構(gòu)組成。

2.3智能家庭安防系統(tǒng)的網(wǎng)絡選擇

經(jīng)過無線傳感器網(wǎng)絡、物聯(lián)網(wǎng)等領域的發(fā)展，無線通信技術已經(jīng)在多領域被廣泛的使用。不同的無線傳輸技術有其不同的應用領域和優(yōu)勢，正是因為它們都存在不同程度、不同方面的局限，才會多種無線技術并存。

根據(jù)系統(tǒng)中信息傳輸?shù)牟煌瑑?nèi)容可以將這些信息分為數(shù)字信息、控制信息、音頻信息。本文中研究的網(wǎng)絡主要應用于數(shù)據(jù)通信子網(wǎng)、控制子網(wǎng)等低速網(wǎng)絡。ZigBee技術優(yōu)點多，并且ZigBee模塊的生產(chǎn)工藝已經(jīng)成熟，在模塊上實現(xiàn)擴展也比較容易以及可以實現(xiàn)可靠的控制性能。

3.總結(jié)與展望

目前中國有4億家庭，隨著人們生活水平的不斷提高，人們逐漸適應于高科技產(chǎn)品在家居生活中所帶來的舒適感，從煤氣、天然氣到各種用電器。但是，大量的家居產(chǎn)品在帶給人們生活便利的同時也給人們帶來了更多的家庭安全隱患。系統(tǒng)設計中應用了各類探測器，包括對火災、煤氣、人為災害等進行監(jiān)測，并將其與實際的聯(lián)動裝置進行聯(lián)合調(diào)動，實現(xiàn)家居環(huán)境出現(xiàn)異常自動報警、自動處理和聯(lián)合調(diào)度以減少損失，提高智能家居的效率。由于該系統(tǒng)需要大量的各類探測器，而在實驗室環(huán)境下無法得到滿足，故本文以智能家庭安防系統(tǒng)總體設計和一些虛擬數(shù)據(jù)為藍本建立了小范圍的測試環(huán)境，模擬了溫度探測器、CO探測器、感光探測器等，還在用戶操作系統(tǒng)中設計了對各種探測器狀態(tài)模擬使其產(chǎn)生不同提示信息的功能。隨著社會向著高質(zhì)量高品質(zhì)的發(fā)展，以及5G技術的成熟，該系統(tǒng)將會在智能家居的設計上起到很好的規(guī)范作用。

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