物聯(lián)網(wǎng)應用的概念設(shè)計之5G模式下的智能家居的初步探討

霍芥廷 楊亞喜

摘要：近年來，在人們需求的引領(lǐng)，智能軟硬件、大數(shù)據(jù)、5G、人工智能等技術(shù)的驅(qū)動以及“十三五”規(guī)劃期間國家各項政策的支持下，智能家居產(chǎn)業(yè)進入極速發(fā)展期。通過綜合概括我們將以住宅為單位，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，由軟硬件系統(tǒng)以及大數(shù)據(jù)云計算平臺構(gòu)成的家居產(chǎn)品統(tǒng)稱為智能家居。文章主要將從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)層面分析和研究在5G大背景下如何將5G技術(shù)與自動控制系統(tǒng)結(jié)合并對構(gòu)想實現(xiàn)智慧家居進行初步探討。

關(guān)鍵詞：5G;NB-IoT;物聯(lián)網(wǎng);智能家居

引言

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展使得全球定位系統(tǒng)、紅外感應器、射頻識別等傳感器技術(shù)越發(fā)完善，而且智能照明系統(tǒng)、語音控制系統(tǒng)、家庭影音系統(tǒng)、智能監(jiān)控安防系統(tǒng)等都已經(jīng)從概念到落地。最主要的是5G的不斷發(fā)展與成熟使得智能家居迎來新的發(fā)展契機。

5G擁有更大的帶寬，能夠支持物聯(lián)網(wǎng)、AR、VR、人工智能等應用。和傳統(tǒng)的家電產(chǎn)品相比，智能家電產(chǎn)品的獨特之處在于利用計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)字信息技術(shù)使得設(shè)備之間能夠提供信息交互功能，并根據(jù)海量數(shù)據(jù)自主地、合理地進行調(diào)整。網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)關(guān)是智能家電、互聯(lián)網(wǎng)信息交換的關(guān)鍵技術(shù)，是智能家居產(chǎn)品性能提升的重點和難點。5G大連接、高速率、低功耗以及低延時的特點將改善網(wǎng)絡(luò)狀況，使得家電產(chǎn)品性能獲得進一步的提升。目前我國智能家居中主要運用的無線技術(shù)有Wi-Fi、藍牙以及Zigbee，受技術(shù)水平限制，這些無線技術(shù)常會因為墻等物體的隔離或者傳輸距離太遠，導致遠程控制不靈敏。連接設(shè)備較多的情況下，經(jīng)常發(fā)生數(shù)據(jù)包易丟失。在5G環(huán)境下智能家居設(shè)備系統(tǒng)將會更加穩(wěn)定安全，因為將來會大量建設(shè)5G基站，也因為5G會擁有更加完善的質(zhì)量管理系統(tǒng)。

一、概述

首先商家層面，傳統(tǒng)家電產(chǎn)品性能已發(fā)展到極限，難有大幅度上升。傳統(tǒng)家電行業(yè)急需創(chuàng)新產(chǎn)品，時下最熱門的人工智能便成了行業(yè)突破口。因此，智能家居成為了家電大廠和互聯(lián)網(wǎng)巨頭的必爭紅海。其次國家層面，我國致力于環(huán)境保護和能源節(jié)約工作，2017年住建部印發(fā)的《建筑業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中明確提出我國城鎮(zhèn)建筑的節(jié)能標準，要求大力發(fā)展綠色建筑，綠色建筑要求智能化控制建筑節(jié)能、發(fā)展環(huán)境監(jiān)測及能源系統(tǒng)。此外，國家大力推進物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，根據(jù)2019物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)行業(yè)分類排行新趨勢報告顯示，智能家居是物聯(lián)網(wǎng)中應用最為頻繁的領(lǐng)域之一。

最后用戶層面，我國老齡化現(xiàn)象嚴重，需要把人們從繁瑣復雜、高重復率的日常家務中解放出來，讓年輕人專注更有價值、更具創(chuàng)造性的事務。隨著物質(zhì)水平的提高，人們對于美好生活需求也日益增長，消費主力軍“80 后”、“90后”更易于接受新事物，樂于提高家居生活的品質(zhì)。

二、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀

自1985年以來，發(fā)達國家觀察到智能家居行業(yè)所充滿的巨大商業(yè)價值和市場的未來趨勢，已在智能家居系統(tǒng)的研發(fā)中投入了物質(zhì)和人力資源。國外對智能住房的研究也有一些差異，美國公司側(cè)重于保護功能的測試和應用，歐洲公司側(cè)重于使用遠程控制，亞洲三星級公司也非常深入地探索智能家居，以開展相關(guān)的研究產(chǎn)品。專家預測未來兩三年全球家庭自動化市場將出現(xiàn)大幅度增長。美國作為第一個進入全球智能家居市場的國家，約有32%的美國家庭都配備了家庭自動化系統(tǒng)，預計到2022年用戶數(shù)量將到達53.1%。國內(nèi)狀況是巨頭頻頻進入智能家居領(lǐng)域，政策扶持促進行業(yè)發(fā)展?；趶V闊的市場空間、5G、LOT、AI等技術(shù)快速迭代、新基建的政策紅利以及新消費形勢的需求，智能家居產(chǎn)業(yè)發(fā)展提速。國內(nèi)各家巨頭公司也紛紛涌入這個賽道。整體采用“云+端”概念，以5G網(wǎng)絡(luò)作為載體，利用嵌入式技術(shù)將家電器具智能化，組成無線智能傳感器網(wǎng)絡(luò)，采取NB-IoT通信技術(shù)連接組網(wǎng)，最終實現(xiàn)將家庭自動化系統(tǒng)連接到互聯(lián)網(wǎng)。

三、5G技術(shù)的運用

5G速度快的背后：（1）毫米波，5G網(wǎng)絡(luò)是通過無線電波進行通訊的，無線電波擁有一個特點，那就是低頻率無線電波帶寬窄、信息量小，高頻率無線電波帶寬高、信息量大。只要讓我們的設(shè)備能夠接收并“解讀”高頻率電波，帶寬和承載的信息量增大，網(wǎng)速就能夠提上去。5G網(wǎng)絡(luò)就找到了一種頻率很高的無線電波傳播信息，實現(xiàn)網(wǎng)速飛躍，由于這種波的波長僅為毫米級故稱“毫米波”。（2）微基站，毫米波也有缺點，“穿墻”能力弱，信號覆蓋范圍小。如果5G要用毫米波高頻信號就要建很多的基站保證覆蓋范圍。針對這個問題，5G技術(shù)的解決方案就是建立微基站，微基站很小，隨處可裝。（3）波束賦形，基站發(fā)射信號就像燈泡發(fā)光。大多數(shù)人都往光亮的地方擠，但燈泡確實射向四周，這就意味著很多光沒有為人所用造成資源浪費。我們能不弄找到一只無形的手把散開的光束收集起來，再將它們發(fā)送給需要的人呢？于是產(chǎn)生了波束賦形的概念和技術(shù)。波束賦形能使電磁波指向它所提供服務的設(shè)備，而且能根據(jù)設(shè)備的移動而改變方向。這樣每束“光”都能照亮一個人，大家就不用去擔心信號干擾問題。（4）D2D，目前兩個人面對面打電話傳照片等信號都是通過基站進行中轉(zhuǎn)的。5G網(wǎng)絡(luò)用了一個新招數(shù)D2D（設(shè)備到設(shè)備），也就是兩個設(shè)備直接傳數(shù)據(jù)。效率大大提升。

結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展是信息化發(fā)展的未來趨勢，隨著我國國際化進程的不斷加快，要求我們必須進一步探索并利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過制定全國統(tǒng)一的技術(shù)標準，促進技術(shù)創(chuàng)新，形成并保護自主知識產(chǎn)權(quán)，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，完善相關(guān)法律制度等策略促進我國各領(lǐng)域現(xiàn)代智能化的形成。

參考文獻：

[1]龔月瑛.大數(shù)據(jù)及智能處理技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中的應用[J].福建電腦，2021，36（6）：138-139.

[2]熊澤明.大數(shù)據(jù)平臺下電鍍企業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)信息化建設(shè)[J].電鍍與環(huán)保，2020，40（3）：105-106.