物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用研究

引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，僅僅舒適安全的普通家居已經(jīng)不能滿足人們的期望。在當(dāng)今這個(gè)電氣技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)被廣泛應(yīng)用的世紀(jì)，人們期望的是一個(gè)具有能動(dòng)智慧的家庭環(huán)境，于是，智能家居(Smarthome)應(yīng)運(yùn)而生。1984年，美國(guó)聯(lián)合科技首次將智能家居的概念應(yīng)用于美國(guó)康乃狄克州哈特佛市的一座建筑，從此，全世界爭(zhēng)相建造智能家居的序幕便被拉開。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家的智能家居已經(jīng)獲得長(zhǎng)足發(fā)展，如美國(guó)的x-10、CEBus和Lonwork，日本的HBS，歐洲的EIB和EHS，都在國(guó)際上比較有影響。國(guó)內(nèi)的智能家居借助國(guó)外的智能家居技術(shù)也相繼出現(xiàn)了北京博泰克的ehouse智能家居系統(tǒng)、上海奧卓電子的“智居時(shí)代”、天津瑞朗的專業(yè)X-10智能家居系統(tǒng)。雖然我國(guó)的智能家居經(jīng)過(guò)了多年的發(fā)展，但是依然沒(méi)有普及，這主要有以下幾個(gè)原因：

第一，盡管目前國(guó)內(nèi)以電信為首的中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(CCSA)、以聯(lián)想為首的國(guó)內(nèi)閃聯(lián)信息設(shè)備資源共享協(xié)同服務(wù)和以海爾為首的e家佳等組織都各自提出了符合中國(guó)國(guó)情的智能家居協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，但是,行業(yè)內(nèi)一直都沒(méi)有很好的遵循過(guò)。由于產(chǎn)品通訊協(xié)議不統(tǒng)一，各廠商都按照不同的接口標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議進(jìn)行生產(chǎn)，所以產(chǎn)品之間還不能實(shí)現(xiàn)互聯(lián)、互通和互操作，各子系統(tǒng)之間的信息也不能交換,這些都使得很多家庭服務(wù)成為海市蜃樓。

第二，智能家居產(chǎn)業(yè)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)發(fā)展了10個(gè)年頭，智能家居產(chǎn)品市場(chǎng)還主要集中在兩個(gè)方面:安防報(bào)警和智能控制,產(chǎn)品種類有限。智能家居系統(tǒng)相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)多采用高新科技，更新?lián)Q代快，風(fēng)險(xiǎn)較大，很多企業(yè)不愿意也沒(méi)有足夠的資金投入研發(fā)。

第三是市場(chǎng)接受程度低叫目前，大多數(shù)的普通居民還認(rèn)識(shí)不到智能家居的便利，在對(duì)智能家居關(guān)注的人群中，比較關(guān)注的也只是一些與自己日常生活切身相關(guān)的安防、物業(yè)、家居服務(wù)等功能，而對(duì)一些超前的控制功能，如信息家電等感覺(jué)太遙遠(yuǎn)。此外，新技術(shù)的不成熟，問(wèn)題多以及成本較高,也讓一般客戶望而卻步。

第四,智能家居系統(tǒng)在未來(lái)是一個(gè)多行業(yè)合作的平臺(tái)，而目前我國(guó)的社會(huì)化合作體系還不夠健全，各行業(yè)之間基于傳統(tǒng)的經(jīng)營(yíng)理念和巨大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力，都想在自己的行業(yè)甚至別的相關(guān)行業(yè)搶占先機(jī)，擴(kuò)大自己的市場(chǎng)份額而不愿公開自己的產(chǎn)品接口技術(shù)和相關(guān)的協(xié)議。除此之外，和智能家居相關(guān)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢，產(chǎn)業(yè)鏈不完善，也是跨行業(yè)合作困難的一個(gè)原因。

1智能家居系統(tǒng)

智能家居是以住宅為平臺(tái)，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和綜合布線技術(shù)，將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起，并將與家庭生活有關(guān)的設(shè)備進(jìn)行集成，以構(gòu)建高效、舒適、安全的生活環(huán)境。除了提供舒適、安全、高品位的家庭生活空間外，智能家居還可將家居生活由原來(lái)被動(dòng)靜止的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇?dòng)智慧的工具，從而提供全方位的信息交換功能。事實(shí)上，智能家居系統(tǒng)是用于實(shí)現(xiàn)家居智能功能的設(shè)施，圖1所示是一個(gè)智能家居系統(tǒng)功能示意圖。

圖1所示的智能家居系統(tǒng)主要包括8個(gè)子系統(tǒng)叫其中,智能照明控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)燈光照明的多樣控制、遠(yuǎn)程控制以及聯(lián)動(dòng)控制。其優(yōu)越性：一是具有良好的節(jié)能效果，二是可延長(zhǎng)光源壽命，三是可改善生活環(huán)境，四是可實(shí)現(xiàn)多種照明效果以及場(chǎng)景燈光控制。

智能安防系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控非法闖入、火災(zāi)、煤氣泄漏、緊急呼救的發(fā)生。一旦發(fā)生警情，系統(tǒng)可以向預(yù)設(shè)的電話或者110報(bào)警，同時(shí)啟動(dòng)本地的聲光報(bào)警，并使相關(guān)電器進(jìn)入應(yīng)急聯(lián)動(dòng)狀態(tài)；如果是非法入侵，還可以通過(guò)視頻保留證據(jù)，最大程度地保護(hù)住戶的生命財(cái)產(chǎn)安全。

家庭環(huán)境控制子系統(tǒng)可以集中控制家里的空調(diào)、采暖、熱水供應(yīng)以及水處理，實(shí)現(xiàn)環(huán)境的自動(dòng)控制，提供一個(gè)舒適的生活環(huán)境。

背景音樂(lè)子系統(tǒng)就是在任何一間房子里，包括客廳、臥室、廚房以及衛(wèi)生間，均可布上音樂(lè)線，通過(guò)1個(gè)或多個(gè)音源，使每個(gè)房間都可以聽到美妙的背景音樂(lè)。

家庭娛樂(lè)子系統(tǒng)可以集游戲、家庭影院、家庭KTV為一體，讓用戶足不出戶就可以在家里體驗(yàn)全方位的家庭娛樂(lè)。

家庭能量管理子系統(tǒng)主要就是實(shí)現(xiàn)電表、水表、燃?xì)獗淼娜沓?，免去工作人員上門抄表的麻煩，同時(shí)，用戶也可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)家中水電燃?xì)獾氖褂们闆r。

家庭信息處理子系統(tǒng)主要提供家庭信息服務(wù)，如接受小區(qū)信息、管理家庭信息以及和物業(yè)管理公司的聯(lián)系。

家庭網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)可將個(gè)人電腦、家用電器、三表、照明等安全防范系統(tǒng)與廣域網(wǎng)相連接，從而實(shí)現(xiàn)智能家居的遠(yuǎn)程控制，讓用戶隨時(shí)隨地都可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)智能控制家中的智能化設(shè)備。

2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

1999年，美國(guó)麻省理工學(xué)院首次提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念，國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)在2005年的年度報(bào)告中對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的概念進(jìn)行了擴(kuò)展，認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)射頻識(shí)別(RFID)、紅外感應(yīng)、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通信,以實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。這樣，在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，只要通過(guò)在各種各樣的日常用品上嵌入一種短距離的移動(dòng)收發(fā)器，世界上的所有物體都可以通過(guò)Internet進(jìn)行信息交換。從智能家居的角度，可以通過(guò)一個(gè)例子形象地描述物聯(lián)網(wǎng)。周末的早晨，當(dāng)你還在熟睡的時(shí)候，你預(yù)定的鬧鈴響了，如果你按掉了鬧鈴，這個(gè)時(shí)候，鬧鐘會(huì)送出一個(gè)信息給咖啡機(jī)說(shuō):“先等一會(huì)，這個(gè)家伙又賴床了,15分鐘后再煮咖啡。”咖啡機(jī)接到信息的同時(shí)又會(huì)發(fā)送一個(gè)信息給烤面包機(jī)等15分鐘再烤面包，通過(guò)這樣的物與物的交流,我們的居家生活將變得智能和有趣。

物聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)許多技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，從應(yīng)用末端感知的核心技術(shù)角度，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以分為以下三大類：

第一，基于RFID的應(yīng)用。在想要監(jiān)控和管理的對(duì)象上嵌入RFID智能標(biāo)簽，這樣，借助已有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、中間件技術(shù)，就可以構(gòu)建一個(gè)由大量的讀寫器和無(wú)數(shù)移動(dòng)的電子標(biāo)簽組成的物聯(lián)網(wǎng)，也就是基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)。

第二，基于傳感器的應(yīng)用。在想要控制和管理的對(duì)象周圍布置大量的傳感器節(jié)點(diǎn)，通過(guò)節(jié)點(diǎn)采集監(jiān)控對(duì)象的信息,并將這些采集到的信息傳送到信息處理中心，從而根據(jù)采集到的信息構(gòu)建一個(gè)對(duì)“物”進(jìn)行監(jiān)控和管理的物聯(lián)網(wǎng)。

第三，基于M2M的應(yīng)用。這里的M既可以是人(Man),也可以是機(jī)器(Machine),M2M泛指人、機(jī)器之間建立連接的所有手段和技術(shù)，涵蓋了增強(qiáng)機(jī)器設(shè)備通信和網(wǎng)絡(luò)能力的技術(shù)，其技術(shù)目標(biāo)是促進(jìn)設(shè)備的智能化。通過(guò)M2M技術(shù)，可以構(gòu)建人對(duì)機(jī)器(MantoMachine)、機(jī)器對(duì)人(MachinetoMan)、機(jī)器對(duì)機(jī)器(MachinetoMachine)的物聯(lián)網(wǎng)。

3物聯(lián)網(wǎng)在智能家居中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的智能家居大部分是通過(guò)有線的方式組成智能家居系統(tǒng)，這種方式不僅需要專業(yè)人員的參與、專門公司維護(hù),而且施工周期長(zhǎng)，系統(tǒng)靈活性差。而物聯(lián)網(wǎng)智能家居則是將無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能家居有機(jī)地融合在一起，從而構(gòu)建一個(gè)安裝簡(jiǎn)單、使用方便、維護(hù)容易、擴(kuò)展隨心所欲的智能家居系統(tǒng)。

依據(jù)業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為的物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu),家居物聯(lián)網(wǎng)可以分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。圖2所示是一個(gè)智能家居物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)。

3.1感知層

全面感知是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一個(gè)特征，即利用射頻識(shí)別(RFID)、二維碼、GPS、攝像頭、傳感器等感知、捕獲、測(cè)量技術(shù)手段，隨時(shí)隨地地對(duì)感知對(duì)象進(jìn)行信息采集和獲取。在智能家居中，感知對(duì)象分為人們所生活的家庭環(huán)境和人本身,傳統(tǒng)智能家居中的8大子系統(tǒng)可作為感知層的執(zhí)行設(shè)備。除此之外，物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)還應(yīng)用了許多典型的感知技術(shù)，比如無(wú)線溫濕度傳感器，無(wú)線門磁、窗磁，無(wú)線燃?xì)庑孤﹤鞲衅鞯取?

3.2網(wǎng)絡(luò)層

物聯(lián)網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)層包括各種通信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)形成的融合網(wǎng)絡(luò)，除此之外，還包括家居物聯(lián)網(wǎng)管理中心、信息中心、云計(jì)算平臺(tái)、專家系統(tǒng)等對(duì)海量信息進(jìn)行智能處理的部分。在智能家居中，網(wǎng)絡(luò)層不但要具備網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的能力，還要提升信息運(yùn)營(yíng)的能力，如對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用等。在網(wǎng)絡(luò)層中，尤其要處理好可靠傳送和智能處理這兩個(gè)問(wèn)題。

3.3應(yīng)用層

應(yīng)用層是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能家居專業(yè)技術(shù)相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)家居智能化應(yīng)用的解決方案集。物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)應(yīng)用層最終實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)和傳統(tǒng)家居的深度融合，這主要體現(xiàn)在智能電網(wǎng)應(yīng)用、家庭醫(yī)療應(yīng)用、多媒體娛樂(lè)應(yīng)用、家庭安防應(yīng)用和家庭控制應(yīng)用等。除此之外，應(yīng)用層還為家庭服務(wù)商提供有第三方借口，以提供便于人們生活的各種服務(wù)。

4結(jié)語(yǔ)

目前，嚴(yán)格地說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)在智能家居中的應(yīng)用還主要集中在感知層的應(yīng)用方面，只能說(shuō)應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中的某項(xiàng)技術(shù),離一個(gè)真正意義上、無(wú)處不在的物聯(lián)網(wǎng)智能家居還有一段距離，尤其是在應(yīng)用層的融合方面，還需要多行業(yè)深度合作，才能提供一個(gè)全方位的智能家居。此外，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一也是制約物聯(lián)網(wǎng)智能家居發(fā)展的一大瓶頸。而在未來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)智能家居離開云是不可想象的，每一個(gè)家庭其實(shí)就是一個(gè)“云家”，不管你身在何地，家里的風(fēng)吹草動(dòng)對(duì)你都是透明的，所以，除了制定標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)多行業(yè)的深度合作外，云技術(shù)[15]的研究和應(yīng)用也是發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)智能家居的一個(gè)關(guān)鍵所在。

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