基于思科模擬器的智能家居網(wǎng)絡(luò)仿真研究

孫 超

(東營市中等專業(yè)學(xué)校,山東 東營 257000)

智能家居是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的一個方面，也是一個大有發(fā)展前途的行業(yè)，智能家居是實現(xiàn)人們對美好生活向往的關(guān)鍵所在，同時也是體現(xiàn)一個國家信息技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。當(dāng)前我國有接近14億的人口，數(shù)億家庭，智能家居發(fā)展前景十分廣闊。智能家居設(shè)備已開始融入到我們普通家庭中了，我們通過網(wǎng)絡(luò)就可以遠(yuǎn)程控制家里的智能設(shè)備，為我們的生活提供了極大的便利[1]。

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用是建立在互聯(lián)網(wǎng)之上的，智能家居也不例外，實現(xiàn)智能家居設(shè)備的互聯(lián)互通是我們部署智能設(shè)備的基礎(chǔ)，由于目前生產(chǎn)智能設(shè)備的廠家較多，而且各有優(yōu)勢，能否將不同廠商的設(shè)備連通進(jìn)行管理是必須要解決的一個問題，只要設(shè)備之間進(jìn)行連通，接下來就可以通過軟件編程的方式實現(xiàn)對智能設(shè)備的控制，從而真正實現(xiàn)設(shè)備的智能化，這就需要技術(shù)人員合理選擇智能設(shè)備，避免部署時出現(xiàn)不兼容的問題[2]。

1 智能家居及軟件介紹

智能家居在業(yè)界仍沒有一個完全一致的定義，大都認(rèn)為，為我們家庭生活提供便利，利用了信息化技術(shù)設(shè)備的居住環(huán)境就可以稱之為智能家居。目前智能家居部署主要涉及智能設(shè)備的選擇、網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通和遠(yuǎn)程管理。

本次仿真實驗采用的是思科公司開發(fā)的Cisco Packet Tracer軟件，該軟件是用來仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的互聯(lián)互通情況的專用工具，但是隨著版本的升級，該軟件目前提供了許多智能家居的仿真功能，仿真包括空調(diào)、風(fēng)扇、攝像頭、智能門窗、移動監(jiān)測設(shè)備等在內(nèi)的幾十種智能設(shè)備，搭配交換機(jī)、路由器、服務(wù)器完全可以仿真一套完整的智能家居系統(tǒng)的運(yùn)行及網(wǎng)絡(luò)情況。由于仿真設(shè)備是智能化設(shè)備，因此通過配置和編程還可以對仿真設(shè)備進(jìn)行智能化管理[3]。利用該軟件可以高效完成網(wǎng)絡(luò)實驗，因此其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。

2 基于Cisco Packet Tracer的智能家居網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

2.1 整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖1 智能家居網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2.2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及IP地址劃分

該例采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，IP地址采用A類1.1.1.0/8網(wǎng)段，所有設(shè)備位于同一個局域網(wǎng)中，連接到服務(wù)器上，服務(wù)器配置雙網(wǎng)卡，利用3G/4G進(jìn)行移動通信連接外網(wǎng)[4]。

表1 IP地址具體劃分

2.3 部署過程

2.3.1 創(chuàng)建設(shè)備

從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的交換機(jī)子類中選擇2950-24交換機(jī)一臺，從終端設(shè)備中選擇PC和Server各一臺，從家庭設(shè)備子類中分別選擇溫度監(jiān)測器、恒溫器、家用設(shè)備，將以上所選設(shè)備放置到工作區(qū)中，并將設(shè)備進(jìn)行連接安裝圖如圖2所示。

圖2 仿真設(shè)備拓?fù)鋱D

2.3.2 配置設(shè)備

1) 配置服務(wù)器。單擊“服務(wù)器”打開設(shè)置頁面，選擇“Config”項，點(diǎn)擊“INTERFACE”頁面下的“FastEthernet0”，修改“Ip Configuration”為Static，IP Address：1.1.1.1，子網(wǎng)掩碼：255.0.0.0。點(diǎn)擊設(shè)置頁面下的“Services”項，選擇“IoT”,將“Registration Server”服務(wù)設(shè)置為“On”,Username和Password都設(shè)置為admin。

2) 配置PC。單擊“PC”，打開設(shè)置頁面，選擇“Desktop”項，點(diǎn)擊“Ip Configuration”，將之設(shè)置為“Static”,IP Address設(shè)置為1.1.1.2，子網(wǎng)掩碼設(shè)置為255.0.0.0。

3) 配置溫度監(jiān)測器、恒溫器及家用設(shè)備。單擊設(shè)備，打開設(shè)置頁面，選擇Config項下的INTERFACE中的FastEthernet0，將溫度監(jiān)測器、恒溫器及家用設(shè)備的IP Address分別設(shè)置為Gateway均設(shè)置為1.1.1.3,1.1.1.4,1.1.1.6，子網(wǎng)掩碼均設(shè)置為255.0.0.0，網(wǎng)關(guān)均設(shè)置為1.1.1.1。

2.3.3 管理設(shè)備

在PC的瀏覽器中輸入HTTP://1.1.1.1，輸入用戶名和密碼，點(diǎn)擊“登錄”進(jìn)入管理頁面(如圖3所示)。

圖3 設(shè)備管理界面

點(diǎn)擊“Home”,選擇相應(yīng)設(shè)備(如圖4)，可以設(shè)置恒溫器的開關(guān)、降溫、升溫及自動調(diào)節(jié)溫度等狀態(tài)。本實驗將恒溫器設(shè)置為自動狀態(tài)，溫度低于17 ℃時開啟升溫，溫度高于26 ℃時自動降溫。將家用設(shè)備和溫度監(jiān)測器均設(shè)置為開啟狀態(tài)，如圖4所示。

圖4 設(shè)備工作界面

點(diǎn)擊“Conditions”添加智能家居設(shè)備觸發(fā)條件，將恒溫器設(shè)置為室溫低于17 ℃時加溫到20 ℃，室溫高于26 ℃時降溫到20 ℃，將家用設(shè)備設(shè)置為溫度低于10 ℃時開啟，條件設(shè)置如圖5所示。

圖5 設(shè)備觸發(fā)條件界面

3 系統(tǒng)測試

利用PT軟件提供的環(huán)境模擬功能進(jìn)行測試，測試環(huán)境下的1秒相當(dāng)于真實環(huán)境的30分鐘，假設(shè)一天內(nèi)最高溫度為42 ℃，最低溫度0度，溫度示意圖入圖6所示。

圖6 溫度監(jiān)測界面

通過軟件連續(xù)監(jiān)測48分鐘(相當(dāng)于真實環(huán)境24小時)，我們設(shè)計的智能家居系統(tǒng)根據(jù)周圍環(huán)境的變化按照我們設(shè)置的條件正常運(yùn)行。

4 總結(jié)與展望

以上仿真實驗的成功說明在進(jìn)行智能家居設(shè)備部署時，只要選擇與仿真設(shè)備相同的通訊接口即可實現(xiàn)智能家居設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接，而智能家居設(shè)備的感知數(shù)據(jù)和條件觸發(fā)完全可以通過程序設(shè)計集成顯示出來，這為我們在進(jìn)行智能家居設(shè)備部署時使用不同廠商的設(shè)備提供了有益的參考。智能家居的發(fā)展目前仍處于各自為戰(zhàn)的階段，不同廠商的設(shè)備不能兼容這個問題已經(jīng)嚴(yán)重束縛了智能家居的發(fā)展。隨著智能家居市場份額的不斷擴(kuò)大，我們相信智能家居設(shè)備逐漸會形成一個統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，讓用戶方便的自由組合不同廠商的智能家居設(shè)備。