基于傳感器網絡的智慧酒店系統研究

黃崎 康建成 黃晨皓

摘 ?要： 酒店需要提升其智慧經營、服務和控制的能力。通過對相關企業調研，以及對傳感器網絡技術的應用研究和實驗，得出，在酒店構建ZigBee的應用網絡，采用無線傳感器網絡技術，在多媒體接入控制（MAC）層上執行IEEE802.11e升級標準，可以實現酒店4級優先業務管理模式。使酒店在構建第三方軟件信息融合的平臺上，進行統一信號處理、存儲、計算與反饋，滿足智慧服務和控制的應用需求。

關鍵詞： 酒店; 無線傳感器網絡; 信息融合; 控制技術; 應用需求

中圖分類號：TP393 ? ? ? ? ?文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1006-8228（2015）07-07-03

Research on smart hotel system based on sensor network

Huang Qi1， Kang Jiancheng2， Huang Chenhao3

（1. School of Tourism， Shanghai Normal University， Shanghai 201418， China; 2. Urban Ecology and Environment Research Center， Shanghai Normal University; 3. School of Mechanical Engineering， TongJi University）

Abstract： Through the investigation of relevant enterprises， research and experiment of sensor networks and its application， we can conclude that hotels can achieve the level four priority business management model， after construction of ZigBee networks， implementation of wireless sensor networks and execution of IEEE802.11e standard upgrade on multimedia access control （MAC） layer. Hotels could then process， store， compute and feedback signals on a third-party software integration platform， which will meet the requirement of management intelligence， service intelligence and control intelligence.

Key words： hotel; wireless sensor networks; information fusion; control technology; applications requirements

0 引言

⑴ 研究背景

我國酒店業（Hospitality）經歷了持續多年的高速發展，近5年的數據統計表明，全國星級酒店總數均值約12800家[1]，酒店是旅游業的重要支柱產業之一。但目前我國酒店業在經營管理上應用科技含量不足、知識密集程度不高，智慧酒店的建設是酒店業由傳統服務業向現代服務業轉變的突破口。在業界對智慧酒店發展方向比較公認的有三大應用領域：智慧經營、智慧服務、智慧控制。在經營上酒店充分應用了電子商務和網絡技術，市場營銷發展迅速，但對入住酒店客人體驗和感受較直接的智慧服務和控制，研究和應用還較少。經過對上海地區高星級酒店和相關IT企業調研發現，對于智慧服務和智慧控制的研發和應用推廣，在眾多技術中，應用無線傳感器網絡（Wireless Sensor Networks，WSN），構建智慧酒店控制服務平臺是一個可行的技術解決方案。

⑵ 文獻綜述與調研

鑒于智慧酒店的概念，社會需求與應用迅速發展和擴大，對智慧酒店研究也逐步升溫，通過中國知網（CNKI）并以主題詞“智慧酒店”的檢索，2008年前相關文獻幾乎為零，2008～2013年期間，以該主題論文篇數均為個位數，2014年以來相關主題詞的文獻為18篇，但以客人體驗為目標的智慧控制文獻相對較少。智慧酒店在探索中前行，對酒店管理和服務做系統或者局部的智能化將是今后酒店產品升級換代的必然選擇，是酒店業發展的趨勢之一[2]。文獻[3]通過對南京智慧酒店進行實地調查，認為行業對智慧酒店缺乏共識并存在認識誤區，智慧客房建設水平較低，智慧酒店的建設缺乏統一標準。其實市場需求已使我們認識到，發展智慧旅游有利于提高旅游者在旅游活動中的便利性與自主性，使旅游產業發展水平達到新的高度 [4]。作為酒店業發展與信息產業融合的產物，智慧酒店將是集客人體驗，酒店和旅游企業上下游之間在信息平臺上進行人與人、人與物、物與物之間在協同運作框架下的期望系統，其目標是提升酒店的服務價值和客戶良好體驗。在探索智慧酒店內涵的同時，要加強研究其酒店企業的應用性、可操作性和體驗性。例如，設計基于無線傳感器網絡的酒店冰箱計費系統等，解決酒店的實際管理控制問題[5]，有助于實現對酒店客房中小酒吧食品質量和數量的控制，達到智慧控制的目的。為此，我們調研了華東地區的高星級酒店26家和相關IT企業9家。84.6%的酒店對此有應用需求，但都對酒店工程系統控制提不出整體解決方案。相關IT企業有整合信息的想法，但需要統一的平臺和相應的技術標準。

1 酒店無線傳感器網絡整體架構

1.1 需求分析

客人進入酒店的體驗可以分為物理環境、感情氛圍等正/負面的體驗，本研究以物理環境的體驗為主體，其包含：酒店各個區域溫度、濕度、空氣清潔度、背景音樂聲壓、光環境模式等。同樣在管理上也有一系列的需求，轉化成智慧酒店的控制服務領域，具體見表1。這些領域的控制，給客人帶來了便捷，給酒店帶來了效益。例如對酒店客房的溫/濕度自動控制，即要滿足客人的體驗舒適度，又要有效控制空調系統的能耗。按標準酒店夏季溫控應該在24℃～28℃[6]，但酒店可以根據該客人歷史體驗溫控數據進行個性化地控制，如年齡較高的客人在夏天并不需要太低的溫度，控制在27℃～28℃，這樣既滿足客人體驗需求又能節能減排。對酒店綜合能耗（Hotels comprehensive energy consumption）的研究，得出酒店的空調和暖通系統是高能耗的工程系統，對酒店的空調和暖通系統的智能控制，可降低其綜合能耗[7]，這樣既達到了對客人的個性化服務，又降低了酒店的營運成本。

表1 ?酒店智慧控制的主要需求列表

[需求方＼&需求＼&酒店工程系統＼&客人體驗＼&溫度、濕度＼&空調、暖通系統＼&背景音樂＼&音頻系統＼&光照＼&燈光照明系統＼&水溫＼&給排水等系統＼&酒店管理需求＼&火警探測＼&消防報警系統＼&安防監控＼&視頻監控系統＼&客房酒吧計費＼&計費系統＼&客房門禁＼&客房磁卡門禁系統＼&入住登記、結賬等＼&酒店管理信息系統＼&]

1.2 酒店無線傳感器網絡整體架構

無線傳感器網絡（WSN）可以集信息采集、信息傳輸、信息處理于一體實現智能信息系統，傳感器技術可以綜合酒店各個工程系統的控制參數和管理系統（MIS）信息，應用網絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等，對酒店整體和客人個性化服務。此處有幾個關鍵技術的應用。①網絡環境：可以采用ZigBee技術，即短距離、低速率、低功耗、低成本的無線傳感器網絡技術，適應酒店建筑和營運環境多變及靈活的特征。②多傳感器技術的應用：為解決酒店應用傳感器多品種的問題，需采用多傳感器陣列技術、多傳感器的管理等，同時解決多傳感器技術中靜態特性標定、動態特性分析、誤差分析等，以實現酒店傳感器信息融合，完成基礎性技術層的構建。③無線多媒體傳感器網絡媒體接入控制技術（Medium Access Control，MAC）：采用IEEE802.11 MAC協議[8]，采用二進制指數退避算法，網絡中各個用戶節點按照分布協調功能（Distributed Coordination Function，DCF）。為了實現區分服務機制的競爭策略，可采用IEEE802.11的升級標準IEEE802.11e[9]。在IEEE802.11e中，采用增強型分布式信道訪問，建議優先級業務為4級別，不同優先級業務分配不同的參數值[10-11]。第1級處理酒店安全性信號，如酒店感煙、感溫、防盜等傳感器信息;第2級處理客人基礎性管理信號，如門禁傳感器、酒店繁多的計費信息;第3級處理體驗式傳感器信號，如溫濕傳感、聲壓傳感、光照、空氣清潔度等;第4級為管理信息傳遞，主要用于為客人服務的RFID技術，如應用于服務接待、入住登記、結賬、娛樂、餐飲等。許多服務可以在客人抵達服務區域之前，為客人提供個性化服務的準備，以達到精準服務的目標。④構建第三方軟件平臺，統一處理信號的處理、存儲、計算和反饋。構建多傳感器系統如圖1所示。在網絡控制上，可以對不同類型的傳感器進行分級信息傳遞和控制，通過非協作區域的協同進行統一信號處理，并傳輸到管理域，最終進行數據處理和反饋控制，達到其控制目標。整個傳感器網絡控制可以應用客人使用的各種RFID技術，迅速傳遞客人的需求服務信息，達到智慧服務和控制。如圖1所示。

圖1 ?基于多傳感器網絡技術的智慧酒店控制模型

2 仿真與分析

模擬酒店的公共區域，采用DK-IOT101物聯網開發套件，選擇感煙、溫濕度、磁卡門鎖（RFID）、人體照度傳感器等相應的傳感器進行試驗，試驗是從管理需求出發，針對可控性、可觀測性及響應時間進行測試，其相應時間數據采集如圖2所示。如增加傳感器和節點數，響應時間會相應的延遲，目前為50節點數，單系統響應時間基本控制在T≤2s。整個系統的算法還需進一步研究以提升算法性能，這樣可以在更大范圍實現酒店信息的交換和控制。

圖2 ?基于DK-I0T101開發套件的酒店部分傳感器實驗曲線

3 結束語

本文提出基于傳感器技術的智慧酒店構建，是在目前酒店已經部分采用或將要采用的傳感器基礎上進行整合的技術方案，該通過模型的構建和實驗，可以得出可行的框架。在采用ZigBee網絡技術和多傳感器陣列技術環境下，無線傳感器建議執行IEEE802.11e標準，并提出適應酒店增強型分布式信道訪問和4級別不同優先級業務分配不同的參數值，通過套件實驗，整體節點數在50以內，基本可控響應時間小于等于2s，同時需構建第三方軟件平臺，實現統一的信號處理，為智慧酒店的構建提供技術層。基于傳感器技術的酒店智慧服務與控制的應用推廣，為酒店業的轉型提供技術基礎。

參考資料：

[1] 國家旅游局監督管理司.2014年第四季度全國星級飯店統計公報

[EB/OL].http：//cnta.gov.cn/html/2015-2/2015-2-15-%7B@

hur%7D-47-18780.html

[2] 李臻，朱進.智慧酒店—酒店產品升級換代的必然趨勢[J].鎮江高專

學報，2013.1.

[3] 蔡蓉蓉，顧婷婷等.南京智慧酒店現狀及發展趨勢研究[J].對外經貿，

2013.10.

[4] 付業勤，鄭向敏.我國智慧旅游的發展現狀及對策研究[J]，開發研究，

2013（4）.

[5] 李誠.基于無線傳感器網絡的酒店冰箱計費系統的設計與應用，

2011.

[6] 旅游飯店星級的劃分與評定.中華人民共和國國家標準[S].GB/T

14308-2010.

[7] 黃崎，康建成，黃晨皓.酒店業碳排放評估與節能減排潛力研究[J].資

源科學，2014.36（5）：1013-1020

[8] 汪澄，龔玲等.IEEE802.11e 基于競爭的信道訪問機制性能分析[J].

計算機工程，2006.32（6）：124-126

[9] Zhao Qinglin， Tsang D H K. An Equal-spacing-based Design for

QoS Guarantee in IEEE802.11e HCCA Wireless Networks[J]. IEEE Transactions on Mobile Computing，2008.7（12）：1474-1490

[10] Zhang Wei， Sun Jun， Liu Jing， et al. Performance Analysis of

IEEE802.11e EDCA in Wireless LANs[J].Journal of Zhejiang University Science A，2007.8（1）：18-23

[11] Putra E H， Supriyanto E， Din J B， et al. Cross Layer Design of

Wireless LAN Based on H.264/SVC and IEEE802.11e[C]// Proc. Of International Conference on Electrical Engineering and Informatics. Bangung，Indonesia： IEEE Press，2011.