基于5G和霧計(jì)算的智能家居系統(tǒng)的討論與研究

石嘉皓

摘 要 文章介紹了智能家居的研究背景，分析了目前智能家居的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題。從5G，霧計(jì)算，智能安防技術(shù)出發(fā)，分析了這些技術(shù)如何與智能家居結(jié)合。從智能化、自動(dòng)化、人性化方面出發(fā)，對(duì)現(xiàn)有的智能家居進(jìn)行分析，提出新型智能家居的方案。以期對(duì)未來(lái)智能家居的發(fā)展起到一定的引導(dǎo)和推動(dòng)作用。

關(guān)鍵詞 霧計(jì)算;5G技術(shù);智能家居;智能安防

引言

（1）研究背景及意義：智能家居使用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，把各種信息傳輸設(shè)備、家用電器、家用安防設(shè)備連接用戶(hù)的手機(jī)或其他終端設(shè)備并進(jìn)行集中監(jiān)控、管理，盡可能減少能耗，節(jié)約資源，使家居中的設(shè)施與住宅環(huán)境保持協(xié)調(diào)，為用戶(hù)提供更加優(yōu)質(zhì)、舒適，更加人性化的家庭環(huán)境。在數(shù)據(jù)大量產(chǎn)生的今天及未來(lái)，云計(jì)算的延時(shí)將不再能夠滿(mǎn)足用戶(hù)的需要，而霧計(jì)算的推出正好解決了這一難題，霧計(jì)算通過(guò)設(shè)置眾多分散的中心節(jié)點(diǎn)，不需要將數(shù)據(jù)傳到中央服務(wù)器，大大增加了處理速度，減少了傳輸?shù)难訒r(shí)，符合未來(lái)用戶(hù)的需要。

（2）目前智能家居的問(wèn)題：隱私一直以來(lái)都是用戶(hù)最為重視但又很難得到解決的問(wèn)題。目前，隱私仍然是智能家居一個(gè)經(jīng)常出現(xiàn)的弊端，因?yàn)橹悄芗揖拥教幎加袛z像頭，并且已經(jīng)接入互聯(lián)網(wǎng)，因此任何人都有可能入侵網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致隱私權(quán)受到侵害。高延遲是另一個(gè)存在的問(wèn)題，處于網(wǎng)絡(luò)使用高峰期的時(shí)候，會(huì)因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)用量大，導(dǎo)致智能家居與終端之間的連接緩慢甚至卡頓，極大的影響用戶(hù)使用體驗(yàn)?，F(xiàn)代社會(huì)更倡導(dǎo)健康運(yùn)動(dòng)的生活方式，用手機(jī)控制智能家居系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致久坐不動(dòng)的生活方式。使用者可以通過(guò)智能家居完成大部分事情，這嚴(yán)重限制了已經(jīng)懶惰的人群的身體活動(dòng)。所以有必要對(duì)智能家居系統(tǒng)的使用和設(shè)計(jì)進(jìn)行更全面的考慮[1]。

1研究?jī)?nèi)容

智能家居作為物聯(lián)網(wǎng)的一部分和人們的生活息息相關(guān)，是 人們感受物聯(lián)網(wǎng)最直接的方式。通過(guò)智能家居系統(tǒng)，人們將充分感受到物聯(lián)網(wǎng)革命帶給人們的方便、快捷與智能化。

1.1 通過(guò)5G連接使自動(dòng)化控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和通信技術(shù)一體化

5G技術(shù)相比于過(guò)去的4G網(wǎng)絡(luò)，5G將擁有更快的速度，更低的延遲和更多的連接設(shè)備。在4G時(shí)代，設(shè)備以低功耗模式串聯(lián)，以不同的方式交換信息。存在傳輸延遲較高和帶寬不夠等問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致不能同時(shí)運(yùn)行多個(gè)設(shè)備，而網(wǎng)絡(luò)信號(hào)會(huì)因?yàn)榇δ芰θ鹾头课菘臻g較大而難以覆蓋整個(gè)家庭空間，難以滿(mǎn)足智能家居網(wǎng)絡(luò)的要求。目前所使用的4G與Zigbee結(jié)合的技術(shù)雖然具有較高的穩(wěn)定性，但國(guó)內(nèi)技術(shù)對(duì)其開(kāi)源程度不高，必然也存在著不少的缺點(diǎn)，例如目前國(guó)內(nèi)Zigbee技術(shù)主要采用了ISM頻段中的2.5G頻率，其衍射能力較差，穿墻力弱。低功耗傳輸是該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，但也有著低傳輸速率的缺點(diǎn)。隨著5G的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)也有了巨大改善，這項(xiàng)技術(shù)可能給Zigbee技術(shù)帶來(lái)很大的改變，把5G的低延遲與Zigbee的多節(jié)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，可以解決低傳輸率的缺點(diǎn)，大大提高通信的效率和穩(wěn)定性[2]。

1.2 霧計(jì)算和智能家居的結(jié)合

霧計(jì)算起初是由美國(guó)紐約哥倫比亞大學(xué)的斯特爾弗教授提出，后來(lái)美國(guó)的思科公司把霧計(jì)算重新定義和應(yīng)用，成為一種面向物聯(lián)網(wǎng)的分布式計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施。它使用戶(hù)能夠在本地分析和管理數(shù)據(jù)，從而通過(guò)連接以獲得即時(shí)答復(fù)。云計(jì)算是以運(yùn)營(yíng)商服務(wù)，公有云為主的，霧計(jì)算是以個(gè)人云，私有云，企業(yè)云等為主。云計(jì)算把數(shù)據(jù)全部傳到云端，通過(guò)云端的大型計(jì)算機(jī)運(yùn)算再傳給用戶(hù)，它的計(jì)算能力強(qiáng)，但是存在延遲較高的問(wèn)題。相比于云計(jì)算，霧計(jì)算支持實(shí)時(shí)互動(dòng)，有更低的時(shí)延，還能大大減少云端的計(jì)算壓力，降低能耗。

霧計(jì)算能識(shí)別更加靠近網(wǎng)絡(luò)邊緣的分布式計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，它使處于邊緣的小型的設(shè)備可以在本地運(yùn)行計(jì)算并立即做出決策，在網(wǎng)絡(luò)連接斷開(kāi)時(shí)，也可以使物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行，提高了恢復(fù)能力。因?yàn)闆](méi)有把數(shù)據(jù)上傳到云端，只在獨(dú)立對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中進(jìn)行與算，能防止將敏感數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵饷?，提高了安全性[3]。

1.3 5G如何與智能安防設(shè)備進(jìn)行結(jié)合，增加系統(tǒng)的安全性

5G技術(shù)的發(fā)展使得智能家居中引入人工智能和大數(shù)據(jù)成為可能，智慧安防在傳統(tǒng)安防的基礎(chǔ)上引入了人工智能和大數(shù)據(jù)分析，而與霧計(jì)算結(jié)合不需要把畫(huà)面上傳到云端，直接在設(shè)備中實(shí)現(xiàn)只能判斷，提高了判斷的速度，并能及時(shí)通知用戶(hù)。

所有設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接，網(wǎng)絡(luò)的安全性和穩(wěn)定性是重中之重，通過(guò)增加備用的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。在網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)發(fā)送最后記錄的畫(huà)面到用戶(hù)，使用戶(hù)提高警惕。

1.4 通過(guò)記憶學(xué)習(xí)功能提供更人性化的設(shè)定

智能家居是以住宅為核心載體，將設(shè)備的自動(dòng)控制技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)等為基礎(chǔ)，將安防系統(tǒng)，照明系統(tǒng)，智能家居和智能娛樂(lè)設(shè)備有機(jī)結(jié)合 ，給用戶(hù)提供一個(gè)舒適、便捷、安全的智能家居環(huán)境。智能家居的人性化研究是在研究智能干預(yù)生活的邊界，找到適合不同用戶(hù)的對(duì)智能設(shè)備對(duì)自己生活的干預(yù)程度的要求，這需要對(duì)用戶(hù)的行為做深入的分析，還包括用戶(hù)的思維、心理和情感分析等等。在充分了解用戶(hù)之后，才可能對(duì)用戶(hù)日常的行為做出合理的分析，從中尋找出用戶(hù)的真正需求，并在用戶(hù)手動(dòng)控制之前實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。這需要每個(gè)設(shè)備記錄并分析用戶(hù)的使用習(xí)慣，通過(guò)霧計(jì)算在各個(gè)設(shè)備之間共享用戶(hù)的數(shù)據(jù)，分析用戶(hù)的使用習(xí)慣，給予用戶(hù)實(shí)時(shí)反饋，并不斷根據(jù)用戶(hù)的使用習(xí)慣改變?cè)O(shè)定[4]。

2結(jié)束語(yǔ)

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通信技術(shù)的發(fā)展，智能化將會(huì)是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，智能家居將逐漸成為越來(lái)越多的家庭的標(biāo)配。越來(lái)越多的電子設(shè)備將會(huì)對(duì)儲(chǔ)存和傳輸形成巨大的考驗(yàn)，霧計(jì)算的發(fā)展為將來(lái)各個(gè)終端之間的互聯(lián)提供支持。本文對(duì)基于5G和霧計(jì)算的智能家居系統(tǒng)的討論與研究，分析了5G技術(shù)和霧計(jì)算的特點(diǎn)，提出了適合新時(shí)代的智能家居的方案?；?G技術(shù)和霧計(jì)算，人工智能的新型智能家居具有傳統(tǒng)智能家居所不具備的智能化、自動(dòng)化、人性化的新特征，是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 龔皓.對(duì)5G時(shí)代下Zigbee構(gòu)建智能家居的探析[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2019（27）：26-27.

[2] 包依勤.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng)的研究與探討[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2013（7）：38-41.

[3] 佚名.5G+智慧安防必然會(huì)結(jié)合[J].https：//www.sohu.com/a/290945119_99912026，2019-1-23.

[4] 馬曉藝.智能家居的人性化設(shè)計(jì)研究[D].北京：北方工業(yè)大學(xué)，2019.