物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下共享公寓系統(tǒng)的研究①

王 興 侯禮寧 郭偉潔

(* 中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 北京 100049) (** 太原科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 太原 030024)

0 引 言

隨著共享經(jīng)濟(jì)[1]的出現(xiàn)，共享單車(chē)、共享汽車(chē)、共享公寓、共享平臺(tái)等也隨之產(chǎn)生。其中，共享公寓[2]是指以獲得一定報(bào)酬為主要目的，基于房屋使用權(quán)暫時(shí)轉(zhuǎn)移的一種新的經(jīng)濟(jì)模式，其本質(zhì)是整合線(xiàn)下的閑散房屋資源，包括公寓、民宿、住宅等。共享公寓多借助互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)發(fā)布，讓人足不出戶(hù)就能了解公寓的價(jià)格、裝修方式等信息，能夠更好地整合現(xiàn)有資源，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置，是共享經(jīng)濟(jì)的一種。共享公寓解決了房地產(chǎn)市場(chǎng)非買(mǎi)即租的消費(fèi)模式，它提供洗衣機(jī)、廚房等生活設(shè)施，滿(mǎn)足了人們的多樣化需求，為學(xué)生、上班族、旅游者、出差人群帶來(lái)了便利，對(duì)于房東也是一種較為理想的投資方式。2018年3月1日，共享公寓在臨沂興起，已有60多家運(yùn)營(yíng)企業(yè)，這種新興的共享方式推出后，受到了商務(wù)人士和年輕人的歡迎。2018年4月10日，福建平潭制定并出臺(tái)了《平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)旅游民宿管理辦法(試行)》，申辦民宿證件需符合相應(yīng)要求，對(duì)消防安全、衛(wèi)生安全等進(jìn)行指導(dǎo)和規(guī)范，明確旅游民宿的辦證程序。2018年11月8日，陜西西安發(fā)放民宿營(yíng)業(yè)執(zhí)照，邁出民宿合法經(jīng)營(yíng)一大步，促進(jìn)了西安民宿規(guī)范快速健康發(fā)展。同日，江蘇如皋頒發(fā)民宿營(yíng)業(yè)執(zhí)照，標(biāo)志著如皋市民宿邁入“正規(guī)軍”行列，對(duì)民宿經(jīng)營(yíng)的審批和日常監(jiān)督管理工作進(jìn)入法治化、規(guī)范化軌道。從目前來(lái)看，這種新興租住服務(wù)，正在被人們慢慢接受，滿(mǎn)足了現(xiàn)代社會(huì)人們對(duì)住房的多樣化需求。

共享公寓在盤(pán)活閑置房源，提高資源配置效率的同時(shí)，也存在不少管理問(wèn)題。例如，房間狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)管難、登記與入住人員信息不相符、房間與多網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)難對(duì)接、房間管理人工投入大、分散房間不好管理等問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題，同時(shí)考慮技術(shù)方法與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)合理結(jié)合，軟件設(shè)計(jì)與硬件實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜情況，本文采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段，對(duì)共享公寓管理系統(tǒng)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、管理軟件、電子鎖、通信協(xié)議、指令功能，實(shí)現(xiàn)二代身份證實(shí)名化開(kāi)鎖和遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)對(duì)電子鎖的監(jiān)控管理。

1 共享公寓系統(tǒng)的構(gòu)建

計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子信息技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，使得在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的軟件和硬件技術(shù)日趨成熟。對(duì)于共享公寓系統(tǒng)的建立，可行的方法很多。在此，本文研究設(shè)計(jì)了一種共享公寓系統(tǒng)。該系統(tǒng)從體系結(jié)構(gòu)上可分為3層，分別為硬件層、管理層和應(yīng)用層，如圖1所示。

圖1 共享公寓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 硬件層

硬件層為整個(gè)管理系統(tǒng)的最底層，由電子鎖和路由器組成。

(1)電子鎖

電子鎖一方面作為房間的鎖具存在，另一方面作為通信設(shè)備傳遞著開(kāi)鎖信息、開(kāi)鎖狀態(tài)、帶電量等指令信息。電子鎖是整個(gè)系統(tǒng)的終端設(shè)備，通過(guò)對(duì)電子鎖的監(jiān)控管理，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)房間的監(jiān)控管理。

(2)路由器

路由器是網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，也是現(xiàn)代房間必不可少的通信設(shè)備，在系統(tǒng)中作為電子鎖的主要通信設(shè)備使用。電子鎖可通過(guò)自帶Wi-Fi模塊與路由器進(jìn)行無(wú)線(xiàn)連接，通過(guò)以太網(wǎng)(Ethernet)完成與云服務(wù)器的指令信息交互。

1.2 管理層

管理層為整個(gè)系統(tǒng)的中間層，由云服務(wù)器和系統(tǒng)管理平臺(tái)組成。

(1) 云服務(wù)器

云服務(wù)器是整個(gè)系統(tǒng)的核心組成部分[3]，為用戶(hù)提供綜合業(yè)務(wù)能力的服務(wù)平臺(tái)，提供計(jì)算、存儲(chǔ)、備份、托管等服務(wù)，也是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信中心。采用云服務(wù)器的優(yōu)勢(shì)是主機(jī)服務(wù)配置與業(yè)務(wù)規(guī)模可根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模的需要進(jìn)行配置，并可靈活地進(jìn)行調(diào)整。

(2)系統(tǒng)管理平臺(tái)軟件

系統(tǒng)管理平臺(tái)是整個(gè)系統(tǒng)的管理中心，管理和監(jiān)控著整個(gè)系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)電子鎖系統(tǒng)管理平臺(tái)

其主要功能有：

1)商戶(hù)管理。商戶(hù)信息的新建、修改、刪除，以及商戶(hù)信息的查詢(xún)。

2)電子鎖管理。電子鎖(房間)信息的新建、修改、刪除、電子鎖維護(hù)、電子鎖(房間)管理、指令查詢(xún)、開(kāi)門(mén)日志管理、入住人員密碼身份證授權(quán)、管理員密碼身份證授權(quán)、保潔人員密碼身份證授權(quán)、房屋管家密碼身份證授權(quán)、遠(yuǎn)程開(kāi)鎖、遠(yuǎn)程封鎖等功能。

3)系統(tǒng)管理。用戶(hù)信息的新建、修改、刪除，管理員角色信息的新建、修改、刪除?？筛鶕?jù)需求為用戶(hù)分配不同的角色，為角色分配不同的權(quán)限。

4)日志管理。登錄日志?？筛鶕?jù)用戶(hù)名、姓名、登錄時(shí)間查詢(xún)用戶(hù)登錄記錄。

5)擴(kuò)展連接。提供與應(yīng)用層其他平臺(tái)的數(shù)據(jù)對(duì)接管理。

1.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層為整個(gè)系統(tǒng)的最高層，主要連接系統(tǒng)所需的多種應(yīng)用平臺(tái)，包括訂房手機(jī)端APP、訂房網(wǎng)站、訂房微信、公安系統(tǒng)、保潔手機(jī)端APP等。

(1)訂房手機(jī)端APP，通過(guò)手機(jī)端訂房。

(2)訂房網(wǎng)站，通過(guò)網(wǎng)站訂房。

(3)訂房微信，通過(guò)微信程序訂房。

(4)公安系統(tǒng)，提供公安系統(tǒng)接口，方便公安監(jiān)管。

(5)保潔手機(jī)端APP，通過(guò)手機(jī)端完成保潔人員搶單保潔。

整個(gè)系統(tǒng)在后期發(fā)展方面，可以以硬件層和管理層為基礎(chǔ)，從應(yīng)用層上進(jìn)行擴(kuò)展，對(duì)接其他訂房、布草、洗衣店、物業(yè)、餐飲、家政、教育、水電等多個(gè)行業(yè)及平臺(tái)，逐漸構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)生活平臺(tái)。通過(guò)對(duì)多個(gè)行業(yè)的整合，使被托管的公寓、民宿、住宅等的運(yùn)營(yíng)變成無(wú)人化、自動(dòng)化管理。

2 系統(tǒng)工作原理

硬件層的電子鎖與云服務(wù)器的通信，以及應(yīng)用層的應(yīng)用軟件與云服務(wù)器的通信，都是采用安全超文本傳輸協(xié)議(HTTPS協(xié)議)，按照請(qǐng)求(request)/應(yīng)答(response)模型進(jìn)行通信[4-7]。在系統(tǒng)中，電子鎖以固定周期定時(shí)向云服務(wù)器發(fā)送經(jīng)過(guò)加密的請(qǐng)求命令，云服務(wù)器接收到請(qǐng)求命令，便會(huì)做相應(yīng)的應(yīng)答操作，返回相應(yīng)請(qǐng)求的文檔，完成通信。電子鎖主要請(qǐng)求命令為電子鎖的功能指令，例如：請(qǐng)求開(kāi)鎖身份證號(hào)、開(kāi)鎖密碼、開(kāi)門(mén)指令等操作，通信步驟如圖3所示。

電子鎖經(jīng)過(guò)系統(tǒng)管理平臺(tái)授權(quán)后，便可以通過(guò)路由器與云服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，通信過(guò)程是以電子鎖采用“定時(shí)”和“主動(dòng)”2種方式訪(fǎng)問(wèn)云服務(wù)器上的指令。經(jīng)過(guò)授權(quán)的電子鎖，會(huì)自動(dòng)在云服務(wù)器上建立以該電子鎖ID命名的“指令池”。每把電子鎖訪(fǎng)問(wèn)的指令為各自指令池中的指令。

圖3 電子鎖與云服務(wù)器的通信

電子鎖的指令協(xié)議在設(shè)計(jì)上采用開(kāi)放式協(xié)議，指令信息幀格式標(biāo)準(zhǔn)化。這樣，系統(tǒng)管理平臺(tái)以及其他應(yīng)用平臺(tái)通過(guò)該指令協(xié)議，向云服務(wù)器中相應(yīng)的指令池發(fā)送接收指令，便可完成對(duì)該指令池對(duì)應(yīng)的電子鎖的監(jiān)控。系統(tǒng)管理平臺(tái)以及其他應(yīng)用平臺(tái)通過(guò)云服務(wù)器實(shí)現(xiàn)對(duì)電子鎖的數(shù)據(jù)通信。

3 電子鎖的設(shè)計(jì)

3.1 開(kāi)鎖方式

目前,電子鎖的開(kāi)鎖方式有鑰匙、密碼、指紋、人臉識(shí)別、虹膜、指靜脈、二代身份證等方式[8]。從使用場(chǎng)合、實(shí)名開(kāi)鎖、耗電量、信息傳輸、可靠性、故障處理等方面綜合考慮，電子鎖的開(kāi)鎖方式選擇“身份證+鑰匙+密碼”三合一方式，即以目前使用的二代身份證感應(yīng)開(kāi)鎖為主，以鑰匙和密碼開(kāi)鎖為輔。由于共享公寓涉及住宿特殊領(lǐng)域，實(shí)名制入住登記是必不可少的環(huán)節(jié)。身份證主要是入住人員和保潔人員使用。入住人員通過(guò)訂房平臺(tái)提交身份證號(hào)、電話(huà)、姓名等信息，完成實(shí)名登記環(huán)節(jié)，獲得房間的使用權(quán)及使用時(shí)間。住戶(hù)持登記的本人身份證到達(dá)預(yù)訂的房間，使用身份證感應(yīng)開(kāi)鎖完成實(shí)名入住。保潔人員也可以通過(guò)登記過(guò)的身份證進(jìn)入房間進(jìn)行實(shí)名保潔。

射頻識(shí)別(radio frequency identification， RFID)技術(shù)是一種無(wú)線(xiàn)、非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，具有使用簡(jiǎn)便、識(shí)別率高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，也是本系統(tǒng)智能電子鎖身份證識(shí)別模塊的核心技術(shù)，屬于物聯(lián)網(wǎng)感知層。RFID技術(shù)從通信信道上來(lái)講是屬于無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的一種，從通信信道上傳輸?shù)男盘?hào)來(lái)講屬于數(shù)字通信，其通信模型如圖4所示。

圖4 RFID通信系統(tǒng)模型

電子標(biāo)簽與讀寫(xiě)器之間的通信是通過(guò)磁場(chǎng)中的電磁波來(lái)實(shí)現(xiàn)的，有2種耦合方式，分別是電感耦合與電磁反向散射耦合，其中電感耦合主要用于近距離RFID系統(tǒng)，一般在1 m以?xún)?nèi)，RFID電感耦合系統(tǒng)的電子標(biāo)簽主要是無(wú)源的。

身份證識(shí)別模塊中，身份證和身份證信息處理器的通信是通過(guò)電感耦合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，身份證信息處理器通過(guò)電感耦合給身份證提供能量，電感耦合符合法拉第電磁感應(yīng)定律。身份證識(shí)別模塊電感耦合主要過(guò)程為當(dāng)身份證進(jìn)入讀寫(xiě)器的磁場(chǎng)區(qū)域后，身份證內(nèi)置線(xiàn)圈產(chǎn)生感應(yīng)電壓，即交變電壓，該交變電壓通過(guò)整流、濾波和穩(wěn)壓后，給身份證的芯片提供所需的直流電壓。身份證正是利用這種微弱的電壓，將自身數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)編碼和調(diào)制，然后發(fā)送給身份證信息處理器。

3.2 硬件電路設(shè)計(jì)

電子鎖的硬件電路主要由CPU模塊、身份證讀寫(xiě)器、Wi-Fi模塊、電池、電源電路、密碼按鍵、復(fù)位按鈕、檢測(cè)電路、指示燈、蜂鳴器、開(kāi)關(guān)鎖控制電路、電子鎖鎖體等組成。CPU模塊可以采用32位基于A(yíng)RM核心的帶128 kB字節(jié)閃存的微控制器。Wi-Fi模塊用于與路由器進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信。RFID身份證讀寫(xiě)器用于讀取二代身份證信息。由于二代身份證是RFID電子標(biāo)簽，所以身份證讀寫(xiě)器與二代身份證之間采用RFID射頻識(shí)別技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別[9-11]。密碼按鍵用于輸入密碼使用，復(fù)位按鈕用于電子鎖初始化使用，檢測(cè)電路用于檢測(cè)電量、電路狀態(tài)使用，指示燈和蜂鳴器用于指示開(kāi)鎖、電量、故障等狀態(tài)，開(kāi)關(guān)鎖控制電路用于控制電子鎖鎖體，電源電路用于給各個(gè)模塊供電處理，電池用于供電，電池使用6節(jié)5號(hào)AA電池。電子鎖硬件電路結(jié)構(gòu)如圖5所示[12]。

圖5 電子鎖硬件電路結(jié)構(gòu)圖

3.3 功能指令

電子鎖是整個(gè)系統(tǒng)的通信終端設(shè)備，系統(tǒng)管理平臺(tái)和應(yīng)用軟件對(duì)電子鎖的監(jiān)控，是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)電子鎖進(jìn)行接收和發(fā)送指令完成的。為滿(mǎn)足共享公寓系統(tǒng)的管理，電子鎖功能指令如表1所示。

表1 電子鎖功能指令集

4 指令通信的設(shè)計(jì)

4.1 通信協(xié)議

整個(gè)系統(tǒng)的通信協(xié)議采用安全超文本傳輸(HTTPS)協(xié)議，該協(xié)議是由HTTP+SSL協(xié)議構(gòu)建的可進(jìn)行加密傳輸、身份認(rèn)證的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，在HTTP的基礎(chǔ)上通過(guò)傳輸加密和身份認(rèn)證保證了傳輸過(guò)程中的安全性，比HTTP協(xié)議更加安全[13]。此外，HTTPS需要到CA申請(qǐng)證書(shū)，一般是收費(fèi)的。采用HTTPS協(xié)議，可使網(wǎng)站變得更加可信，增強(qiáng)防劫持、防篡改、防監(jiān)聽(tīng)，提高了身份證信息和開(kāi)鎖指令在傳輸過(guò)程中的安全性。

4.2 服務(wù)器端訪(fǎng)問(wèn)

4.2.1 服務(wù)器端HTTPS訪(fǎng)問(wèn)

服務(wù)器端HTTPS訪(fǎng)問(wèn)請(qǐng)求設(shè)計(jì)如下。

(1)請(qǐng)求方法：Https Get方法

(2)請(qǐng)求的URL：https://ip:port/網(wǎng)頁(yè)的相對(duì)路徑

ip：Web服務(wù)器的地址。

port：端口號(hào)。

網(wǎng)頁(yè)的相對(duì)路徑:由服務(wù)器端路徑?jīng)Q定。

例如：https://47.94.83.90:8080/electronicLock/lock.htm。

(3)請(qǐng)求參數(shù)

LockId=R0014&type=1&content=ORDER。

lockId：鎖的ID。

type：請(qǐng)求類(lèi)型。

content：請(qǐng)求內(nèi)容。

具體的請(qǐng)求說(shuō)明設(shè)計(jì)如表2所示。

表2 字符串請(qǐng)求說(shuō)明表

4.2.2 指令說(shuō)明

(1)獲取命令

https://ip:port/lock/lock.htm?type=A&id=10001&content=ORDER

說(shuō)明：返回字符串

@+指令條數(shù)+指令1|指令2|……|指令n+#

@00710000029100011440101198406260735000000000

00000|10000030100012000000000000000000123456

00000000|1000003110001A000|1000003210001B000

|1000003310001C000|10000036100018000|1000003

710001644010119840626083167887601350000#

按序號(hào)順序執(zhí)行。

(2)命令回寫(xiě)

https://ip:port/lock/lock.htm?type=B&id=10001&content=10000029

說(shuō)明：返回錯(cuò)誤碼。

(3)開(kāi)門(mén)日志

https://ip:port/lock/lock.htm?type=C&id=10001&content=0123456(密碼開(kāi)鎖)

http://ip:port/lock/lock.htm?type=C&id=10001&content=1440101198406260831(身份證開(kāi)鎖)

說(shuō)明：無(wú)返回值。

(4)低電壓報(bào)警

https://ip:port/lock/lock.htm?type=D&id=10001&content=POWERDOWN

說(shuō)明：無(wú)返回值。

4.3 電子鎖端指令信息幀格式

電子鎖的指令協(xié)議在設(shè)計(jì)上采用開(kāi)放式協(xié)議，方便系統(tǒng)的擴(kuò)展，對(duì)接應(yīng)用層的多種應(yīng)用平臺(tái)。指令信息幀格式如表3所示。

表3 指令信息幀格式

按照電子鎖指令信息幀格式設(shè)計(jì)，指令功能參照如下所示[13]。

例1：設(shè)置管理員開(kāi)鎖身份證號(hào)(18位)指令

指令：@001000000010000111983132343223443

9900000000000000#

說(shuō)明：@+指令條數(shù)+指令id +鎖號(hào)+功能碼+身份證號(hào)1+000000+00000+000+#

例2：設(shè)置管理員開(kāi)鎖密碼(6位)指令

指令：@001000000010000120000000000000000

0012345600000000#

說(shuō)明：@+指令條數(shù)+指令id +鎖號(hào)+功能碼+000000000000000000+開(kāi)鎖密碼+00000+000+#

……

5 云服務(wù)器的指令調(diào)度

5.1 指令的調(diào)度模式

系統(tǒng)的指令調(diào)度執(zhí)行方面，重點(diǎn)考慮到程序指令的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法。系統(tǒng)程序指令的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對(duì)數(shù)據(jù)處理的效率起著至關(guān)重要的作用，是算法和程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)部分。由于在系統(tǒng)中，對(duì)于每一把電子鎖，云服務(wù)器下發(fā)的指令或指令集是按照順序一步一步執(zhí)行的，所以電子鎖指令集的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)選擇線(xiàn)性表結(jié)構(gòu)，程序中指令的執(zhí)行按照“隊(duì)”進(jìn)行運(yùn)算[14-16]?！瓣?duì)”是一種“先進(jìn)先出”的線(xiàn)性表，按照這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式，系統(tǒng)軟件將先執(zhí)行先接收到的指令，后執(zhí)行后接收到的指令，如圖6所示。

指令的具體調(diào)度策略為用戶(hù)通過(guò)系統(tǒng)軟件可視化界面的form表單輸入開(kāi)鎖身份證號(hào)及開(kāi)鎖密碼等開(kāi)鎖信息，服務(wù)器端Servlet程序獲取用戶(hù)輸入的開(kāi)鎖信息，執(zhí)行數(shù)據(jù)庫(kù)插入操作，將開(kāi)鎖信息插入云數(shù)據(jù)庫(kù)Mysql中的指令表。電子鎖與云服務(wù)器以5 min為一個(gè)周期進(jìn)行通信，通信時(shí)，執(zhí)行數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)操作，將5 min內(nèi)的全部開(kāi)鎖信息批量取出，然后對(duì)開(kāi)鎖信息內(nèi)容按照4.3節(jié)設(shè)計(jì)好的指令幀格式進(jìn)行打包，形成多條HTTPS響應(yīng)體字符串，即開(kāi)鎖指令，將這些指令字符串插入隊(duì)列，每隔5 min都會(huì)形成一個(gè)存儲(chǔ)著各種指令的小隊(duì)，這些小隊(duì)組成了間隔小隊(duì)，云服務(wù)器按照這種間隔小隊(duì)的模式，將存儲(chǔ)于間隔小隊(duì)的指令下發(fā)給電子鎖，每個(gè)小隊(duì)是“隊(duì)”的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，前隊(duì)與后隊(duì)之間是順序表結(jié)構(gòu)，且之間存在時(shí)間間隔，小隊(duì)也可能是“空隊(duì)”(即無(wú)指令)。

圖6 間隔小隊(duì)的示意圖

然而，電子鎖要考慮能耗優(yōu)化及節(jié)能，在有限的電池電量下，要滿(mǎn)足長(zhǎng)達(dá)8～12個(gè)月的待機(jī)，同時(shí)兼顧實(shí)時(shí)通信。為此，系統(tǒng)關(guān)于電子鎖與云服務(wù)器的通信，采用以下2種模式。

(1)定時(shí)通信模式。電子鎖STM32單片機(jī)控制主板程序設(shè)定每5 min為一個(gè)通信周期，電子鎖連接云服務(wù)器，發(fā)送請(qǐng)求指令進(jìn)行TCP通信，定時(shí)接收云服務(wù)器下發(fā)的指令。

(2)強(qiáng)制通信模式。實(shí)時(shí)反饋或強(qiáng)制接收服務(wù)器的指令。在發(fā)生用戶(hù)開(kāi)鎖操作、人工強(qiáng)制通信、電子鎖故障報(bào)警等需要及時(shí)通信事件時(shí)，通過(guò)電子鎖數(shù)字鍵盤(pán)輸入特定代碼，使電子鎖立即主動(dòng)連接云服務(wù)器，強(qiáng)制接收云服務(wù)器指令。

5.2 指令查找

系統(tǒng)管理平臺(tái)軟件可以同時(shí)對(duì)數(shù)百把電子鎖進(jìn)行監(jiān)控和授權(quán)指令。因此，指令的數(shù)量非常龐大，會(huì)達(dá)到數(shù)千條指令，而且隨時(shí)有可能有新的指令加入，舊的指令刪除，指令池內(nèi)的指令處于一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程。每條指令都確定了對(duì)某一把電子鎖的唯一操作方式。這時(shí)，系統(tǒng)管理平臺(tái)軟件要查找如此多的指令中的某一條，消耗的時(shí)間也比較長(zhǎng)。為了最大程度提高系統(tǒng)管理平臺(tái)軟件運(yùn)行效率，提高云服務(wù)器與系統(tǒng)管理平臺(tái)軟件的通信效率，并提升用戶(hù)體驗(yàn)，需要選取合適的指令查找算法。由于系統(tǒng)管理平臺(tái)軟件授權(quán)的指令可以按照電子鎖的鎖號(hào)、指令類(lèi)型和指令代碼進(jìn)行分類(lèi)，而且電子鎖鎖號(hào)的總體排列是有序的，而下發(fā)給每把電子鎖的指令是動(dòng)態(tài)的、無(wú)序的，所以，采取分塊查找算法要優(yōu)于順序查找等其他查找算法。分塊查找是折半查找或順序查找與順序查找進(jìn)行組合的一種查找方法，分塊查找由于只要求索引表是有序的，對(duì)塊內(nèi)節(jié)點(diǎn)沒(méi)有排序要求，因此適合于節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)變化的情況。

分塊查找過(guò)程分2步進(jìn)行。第1步先根據(jù)智能電子鎖鎖號(hào)建立索引表，并對(duì)索引表進(jìn)行順序查找，以確定記錄在哪一塊；第2步在所在塊中進(jìn)行順序查找，查找到對(duì)應(yīng)的指令代碼。由于分塊查找是2次查找過(guò)程，因此整個(gè)算法的平均查找長(zhǎng)度是2次查找的平均查找長(zhǎng)度之和，如式(1)所示。

ASL=ASLb+ASLn

(1)

式中，ASLb為索引表中的平均查找長(zhǎng)度，ASLn為塊的平均查找長(zhǎng)度。

設(shè)指令集r[1：n]分成b塊，每一塊中的指令個(gè)數(shù)為s=n/b，則平均查找長(zhǎng)度如式(2)所示。

(2)

6 結(jié) 論

本文提出了一種共享公寓系統(tǒng)的新型構(gòu)建方法，采用RFID射頻識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)居民二代身份證信息的采集，解決了用二代身份證刷卡開(kāi)鎖的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)鎖過(guò)程實(shí)名化。構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)電子鎖云管理平臺(tái)，采用HTTPS協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全通信，按照間隔小隊(duì)的模式進(jìn)行指令的調(diào)度，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)對(duì)電子鎖的網(wǎng)絡(luò)化管理。設(shè)計(jì)制定通信指令的信息幀格式，用于連接手機(jī)APP、微信平臺(tái)、訂房網(wǎng)站、公安系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)共享公寓的網(wǎng)絡(luò)化管理及實(shí)名化開(kāi)鎖，可以實(shí)現(xiàn)公寓、住宅、民宿、酒店、出租房等多領(lǐng)域應(yīng)用。