基于物聯(lián)網(wǎng)六域模型的智慧酒店系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用

關(guān)世友，劉曉輝

（1.芯海科技有限公司，廣東 深圳 518000；2.深圳恒宇智達，廣東 深圳 518000）

0 引 言

隨著物聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展及其應(yīng)用鄰域的不斷擴大，各新興市場對物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需求急劇增加，推動著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展的同時也加快了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的進程。2018年，由我國主導(dǎo)的ISO/IEC JTC 1/SC41（物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)技術(shù)分技術(shù)委員會）標(biāo)準(zhǔn)項目《物聯(lián)網(wǎng)參考體系結(jié)構(gòu)》（ISO/IEC 30141：2018）正式發(fā)布。該標(biāo)準(zhǔn)將諸多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用行業(yè)的各關(guān)鍵要素進行了系統(tǒng)級抽象，以業(yè)務(wù)功能為主要劃分依據(jù)，提出了物聯(lián)網(wǎng)六域概念模型，為有效構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)和業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)設(shè)計提供頂層的架構(gòu)設(shè)計思路和行業(yè)應(yīng)用參考。另外，伴隨著酒店行業(yè)競爭日益激烈，各酒店運營管理者希望能夠打造差異化、智慧化的酒店系統(tǒng)，提升服務(wù)質(zhì)量，極大地滿足酒店入住者的期望。因此，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，打造一款多功能的智慧酒店控制系統(tǒng)越來越符合酒店管理者和酒店入住者的期望和需求。鑒于此，本文參考物聯(lián)網(wǎng)六域模型頂層架構(gòu)設(shè)計思路，搭建了基于物聯(lián)網(wǎng)六域模型的智慧酒店系統(tǒng)。

1 物聯(lián)網(wǎng)六域模型

2018年由我國主導(dǎo)的《物聯(lián)網(wǎng)參考體系結(jié)構(gòu)》（ISO/IEC 30141：2018）國際標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布。該參考體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中包含用戶域、資源交換域、服務(wù)提供域、運維管控域、感知控制域和目標(biāo)對象域。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)參考體系結(jié)構(gòu)

用戶域：標(biāo)識不同物聯(lián)網(wǎng)類型用戶，可以通過該域完成對實際物理對象的感知和操控任務(wù)；從用戶總體分類來看可以包括政府用戶、企業(yè)用戶和公眾用戶等。

資源交換域：實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的信息資源交換與共享；按照功能可分為信息資源交換系統(tǒng)和市場資源交換系統(tǒng)。

服務(wù)提供域：基于硬件設(shè)備端的大量數(shù)據(jù)信息，進行深層次的數(shù)據(jù)處理和加工，例如云計算、人工智能算法等，為用戶域內(nèi)不同的用戶提供各類服務(wù)接口。

運維管控域：管理和保障物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性和安全運行，并保障相應(yīng)的應(yīng)用系統(tǒng)符合法律規(guī)范和按照行業(yè)規(guī)范運行。

感知控制域：采用一定的技術(shù)手段實現(xiàn)對目標(biāo)對象的感知和控制，通過不同的感知和執(zhí)行功能單元實現(xiàn)對目標(biāo)對象的控制操作和信息采集；在現(xiàn)有技術(shù)下，感知控制域包括傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、標(biāo)簽識別系統(tǒng)、位置信息系統(tǒng)、音視頻采集系統(tǒng)和智能化設(shè)備接口系統(tǒng)；其中智能化設(shè)備接口系統(tǒng)具有通信、協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理等功能，在實際應(yīng)用中智能化設(shè)備接口系統(tǒng)可以集成在目標(biāo)對象之中。

目標(biāo)對象域：即物聯(lián)網(wǎng)用戶所關(guān)注的物聯(lián)的“物體”是構(gòu)建區(qū)別于傳統(tǒng)產(chǎn)品服務(wù)的全新價值的源頭、感知控制域的信息資源的來源、信息獲取和控制對象的實體集合（包括感知對象和控制對象）；感知對象和控制對象可以采用通信接口或者非通信接口的方式與感知控制域進行關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)物理實際與虛擬世界的接口綁定。

2 基于六域模型的智慧酒店系統(tǒng)設(shè)計

基于上述物聯(lián)網(wǎng)六域模型設(shè)計原理，按照該體系標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧酒店系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2 基于物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的智慧酒店系統(tǒng)框圖

相對于傳統(tǒng)酒店管理系統(tǒng)，智慧酒店除了包括傳統(tǒng)酒店P(guān)MS（酒店管理系統(tǒng)）系統(tǒng)的基本功能，還增加了讓旅客通過微信、APP、公眾號等手段辦理自助入住、選房退房等一系列手續(xù)的功能；提供智能客控系統(tǒng)進行多元化場景設(shè)定和用戶習(xí)慣設(shè)定，客戶可以通過AI語音識別、APP操作等手段控制客房燈光、窗簾、空調(diào)等，為客戶提供量身定制的個性化服務(wù)，大大提升入住體驗；由于客戶需要實時對客房內(nèi)設(shè)備進行監(jiān)控，所以通過智能算法實現(xiàn)對房間設(shè)備的功耗進行檢測和智能控制，以達到節(jié)能減排、降低運營成本的效果；智慧酒店系統(tǒng)可以通過資源交換域與第三方的周邊美食、休閑娛樂、交通系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的對接，通過大數(shù)據(jù)進行定向營銷，拓寬酒店營銷渠道，降低營銷成本的同時增加酒店運營收益。

3 智能酒店客控系統(tǒng)設(shè)計

3.1 云端智能平臺設(shè)計

如圖3所示，構(gòu)建云端智能平臺，實現(xiàn)酒店房間客控系統(tǒng)智能化、自動化統(tǒng)一管理，包括酒店管理、客房管理、設(shè)備管理、場景管理、權(quán)限管理、系統(tǒng)管理、天貓精靈對接、微信小程序接口和MQTT客戶端。RCU控制器通過WiFi連接MQTT服務(wù)器，使RCU與云端智能平臺以消息訂閱和發(fā)布的方式實現(xiàn)交互和控制功能；云端智能平臺按照第三方對接協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，將第三方智能產(chǎn)品接入系統(tǒng)平臺，并能夠與各個房間的RCU系統(tǒng)進行綁定控制，實現(xiàn)第三方智能產(chǎn)品自由擴展，如對接天貓精靈實現(xiàn)AI語音控制酒店房間中各種設(shè)備；用戶管理模塊設(shè)計實現(xiàn)了對酒店人員、系統(tǒng)管理員、酒店入住用戶進行分級權(quán)限管理；API擴展接口提供用戶APP、微信小程序和對接PMS。

圖3 云端智能平臺系統(tǒng)框圖

云智能平臺系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程（如圖4所示）如下：

圖4 云端智能平臺系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

（1）登錄系統(tǒng)管理員賬號，創(chuàng)建酒店，例如創(chuàng)建一個漢庭酒店，保存并退出。

（2）登錄酒店管理系統(tǒng)賬號，選擇上一步創(chuàng)建的漢庭酒店并登錄該酒店管理賬號。

（3）創(chuàng)建房型，比如該酒店包含大床房、標(biāo)間等；不同的房型對應(yīng)的RCU設(shè)備所包含的設(shè)備集合不同，需要對RCU邏輯模塊進行重構(gòu)和配置，生成配套的RCU設(shè)備集合和控制邏輯。

（4）用戶將天貓精靈和酒店客控系統(tǒng)RCU通過WiFi網(wǎng)絡(luò)接入互聯(lián)網(wǎng)，打開天貓精靈APP綁定對應(yīng)的AI音響；然后打開智能酒店客控系統(tǒng)后臺，登錄酒店管理員賬號，點開酒店客控管理界面；根據(jù)之前保存的房型創(chuàng)建客房，輸入房間號并將房間號與系統(tǒng)中掃描到的RCU進行綁定，同時將天貓精靈與RCU設(shè)備進行綁定，配置語音識別詞條以及用戶執(zhí)行場景，與RCU指令進行關(guān)聯(lián)，配置完成后發(fā)布該房間并保存到數(shù)據(jù)庫；通過MQTT服務(wù)器發(fā)布RCU配置主題，RCU通過訂閱該主題接收配置數(shù)據(jù)進行本地設(shè)備和邏輯設(shè)備的重構(gòu)和升級并重啟生效。酒店管理平臺后臺軟件界面如圖5所示。

圖5 酒店管理平臺后臺軟件界面

（5）至此酒店入住用戶可以通過天貓精靈語音控制房間里的設(shè)備，比如燈具、窗簾、場景等；酒店用戶也可以登錄微信小程序，如圖6所示，通過手機端界面控制房間里的設(shè)備；酒店管理人員還可以通過智能云系統(tǒng)后臺，如圖7所示，控制和檢測房間RCU中各設(shè)備的邏輯狀態(tài)。

圖6 微信小程序控制軟件界面

圖7 客房管理平臺后臺軟件界面

3.2 智能客房控制器（RCU）設(shè)計

為了滿足智慧酒店個性化定制以及多元化的場景配置和應(yīng)用，需要RCU也能夠根據(jù)定制化需求進行可配置及邏輯可重構(gòu)。設(shè)計中應(yīng)盡可能窮舉酒店場合所使用的設(shè)備，并按照設(shè)備屬性和功能事件將各個設(shè)備原子化，這些原子設(shè)備會根據(jù)設(shè)備實際需求進行增加和刪除，實現(xiàn)自由擴展；各原子設(shè)備直接通過構(gòu)建功能事件動態(tài)交叉表并配置交叉表，實現(xiàn)本地控制邏輯重構(gòu)功能。

（1）硬件設(shè)計

RCU主控采用樂鑫公司設(shè)計的超高性價比ESP32 WiFi SOC。該芯片集成2.4 GHz WiFi和藍牙的雙模SOC芯片以及專用DMA的以太網(wǎng)MAC控制器；集成Xtensa32 bit LX6單/雙核處理器，運算能力高達600 MIPS，最高CPU主頻可達240 MHz，具有豐富的外設(shè)資源，片上集成最大448 KB ROM和520 KB SRAM，支持外擴最大16 MB FLASH存儲器；并且軟件資源支持豐富的例程，比如Modbus例程、MQTT例程等，能夠加快產(chǎn)品開發(fā)周期。RCU硬件結(jié)構(gòu)如圖8所示。對于各酒店房間設(shè)備，如弱電開關(guān)面板、燈光繼電器板、門磁、窗簾、門牌、音樂面板，通過Modbus接入和無線RF技術(shù)，用戶可以采用ZigBee、藍牙等2.4 GHz頻段的設(shè)備接入。本設(shè)計還考慮到穿墻和信號干擾等原因采用Sub1G來接入無線設(shè)備。

圖8 RCU硬件結(jié)構(gòu)

（2）軟件邏輯設(shè)計

RCU軟件層由Free-RTOS系統(tǒng)軟件包、WiFi配網(wǎng)管理進程（Smart-Config）、異常守護進程、MQTT客戶端服務(wù)進程、設(shè)備管理配置進程、設(shè)備邏輯控制進程、設(shè)備表、設(shè)備場景表、設(shè)備綁定表、Modbus適配接口、無線設(shè)備適配接口、各外設(shè)模塊（WiFi、KEY、LED、串口）驅(qū)動程序組成，軟件結(jié)構(gòu)如圖9所示。其中MQTT客戶端服務(wù)進程實現(xiàn)RCU與云端MQTT服務(wù)器進行通信，通過消息訂閱發(fā)布的方式接收來自云端智能平臺的控制和配置指令，進行相應(yīng)的設(shè)備控制和設(shè)備狀態(tài)上報，軟件運行流程如圖10所示。設(shè)備邏輯控制進程周期性地對系統(tǒng)中的設(shè)備進行掃描和硬件設(shè)備狀態(tài)的讀取，當(dāng)某個設(shè)備狀態(tài)發(fā)生變化后，該進程根據(jù)設(shè)備表和設(shè)備綁定表邏輯產(chǎn)生相應(yīng)的控制邏輯，并發(fā)布設(shè)備狀態(tài)更新的上行消息隊列給MQTT客戶端服務(wù)進程；同時該進程需要處理來自MQTT客戶端服務(wù)進程的下行消息隊列，如果收到的下行消息是設(shè)備控制指令，則直接進行硬件設(shè)備的控制動作，如果收到的消息隊列是設(shè)備配置，則會啟動設(shè)備配置管理進程進行本地設(shè)備的修改和邏輯重構(gòu)，如圖11所示。異常守護進程將對上述各進程進行監(jiān)測控制，一旦出現(xiàn)異常錯誤則觸發(fā)相應(yīng)的錯誤處理機制，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖9 RCU軟件結(jié)構(gòu)

圖10 RCU軟件設(shè)計流程

圖11 設(shè)備邏輯控制進程

4 結(jié) 語

基于物聯(lián)網(wǎng)六域模型的智慧酒店系統(tǒng)實現(xiàn)了通過云端智能平臺完成酒店系統(tǒng)的智能化統(tǒng)一管理，包括酒店管理、客房管理、設(shè)備管理、場景管理、權(quán)限管理、系統(tǒng)管理、天貓精靈對接、微信小程序接口和MQTT客戶端；酒店用戶可以通過微信小程序、云后臺、AI語音識別等手段控制客房燈光、窗簾、空調(diào)等，為客戶提供量身定制的個性化場景服務(wù)，大大提升入住體驗；另外，統(tǒng)一的管理平臺也能夠幫助酒店管理者更加方便地完成酒店日常運營的管理工作，節(jié)約人力財力成本。目前，基于本設(shè)計體系結(jié)構(gòu)的智慧酒店系統(tǒng)已經(jīng)在多家智慧酒店部署成功，如格林豪泰、希岸、涂派等快捷酒店，應(yīng)用性能良好。