淺談基于物聯網的智能家居

梁星

一、 物聯網的概念及體系結構

1.1物聯網的定義

物聯網（Internet of Things）是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡，利用通過射頻識別（RFID電子標簽）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。

1.2物聯網的架構

從物聯網在當下的應用需求分析，分為以下三個層次：感知層、網絡層、應用層。

1、感知層：數據的采集和感知。該層的主要功能是通過各種類型的傳感器對物品靜態/動態的信息進行信息獲取與狀態辨識，在線計算與控制，并通過接入設備將獲取的信息與網絡中的其它單元進行資源共享與交互。

2、網絡層：該層的主要功能是以IPv6/IPv4為核心建立的互聯網平臺，通過現有的互聯網、廣電網、通信網或者下一代網絡NGN，遠距離無縫傳輸來自傳感網所采集的巨量數據信息；它負責對傳感器采集的信息進行安全無誤的傳輸，并對收集到的信息進行分析處理，并將結果提供給應用層將網絡內的信息資源整合成一個可以互聯互通的大型智能網絡。

3、應用層：主要包含應用支撐平臺子層和應用服務子層。應用支撐平臺子層用于支撐跨行業、跨應用、跨系統之間的信息協同、共享互通的功能；應用服務子層包括智能交通、智能家居、智能物流、智能電力、遠程醫療與健康監護等行業應用。

二、智能家居

智能家居是以住宅為平臺，兼備建筑、網絡家電、通信、家電設備自動化、遠程醫療、家庭辦公、娛樂等功能，利用綜合布線技術、網絡通信技術、安全防范技術、自動控制技術、音視頻技術將家居生活有關的設施集成，構建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術性，并實現環保節能的居住環境。

2.1 物聯網智能家居的發展背景

智能家居是在互聯網影響之下物聯化的體現。智能家居通過物聯網技術將家中的各種設備（如音視頻設備、照明系統、窗簾控制、空調控制、安防系統、網絡家電等）連接到一起，提供家電控制、照明控制、電話遠程控制、室內外遙控、防盜報警、環境監測、暖通控制、紅外轉發以及可編程定時控制等多種功能和手段。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統的居住功能，兼備建筑、網絡通信、信息家電、設備自動化，提供全方位的信息交互功能，甚至為各種能源費用節約資金。

2.2物聯網和智能家居的發展

物聯網通過利用傳感、網絡與通信等多種最新的技術，物聯網技術實現了物與物、物與人之間的智能化連接與溝通。智能家居作為一個新生產業，處于一個導入期與成長期的臨界點，市場消費觀念還未形成，但隨著智能家居市場推廣普及的進一步落實，培育起消費者的使用習慣，智能家居市場的消費潛力必然是巨大的，物聯網的智能家居的發展產業前景光明。

三、智能家居系統功能

3.1智能控制功能

智能控制功能主要包括家電控制、燈光窗簾控制、背景音樂控制、空調控制、地采暖控制和家庭影院等系統的控制，具體包括集中控制、遠程控制、條件控制、情景控制和自動控制等功能。

3.2家庭安防功能

家庭安防功能主要包括閉路監控電視系統、門禁系統、報警系統三個方面。

一些先進的智能家居系統中，可以由遠程集中錄像服務器進行錄像，發生報警情況時可進行遠程調用錄像資料，起到防破壞的作用，多見于大型報警運營商的監控系統。家庭門禁系統多應用與住宅樓的樓棟出入口，集成在門口主機之內。家庭防盜報警系統是一種最常見、最實用的智能家居應用，被廣泛應用與住宅環境中。適合住宅實用的安防探測器主要包括門窗磁、被動紅外探測器、微波探測器、煙感探測器、燃氣泄漏探測器、緊急按鈕和玻璃破碎探測器等。

3.3智能家居系統的特點

智能家居系統特點主要是有這么幾點：一、隨意照明，也就是說可以控制任何一盞照明，智能家居系統還具有軟啟動的功能，可以使得燈光按照自己的需要來調節，具有節能環保的功能。二、簡單安裝，這種智能家居系統安裝很簡單，不需要進行復雜的布線以及破墻等，智能家居系統可以跟燈具以及家電、網絡、電話等相連接，可以將所有的子系統連接起來進行控制，可以實現遠程控制；三、具有擴展性，智能家居系統除了跟家里面現有的設備相連接之外，也可以對其他的設備相連接。

四、系統開發工具

該部分主要介紹系統所采用的技術及開發工具，涉及采用的架構包括ZigBee技術的模塊、無線傳感器網絡（WSN）、GPRS通信模塊等。

4.1 ZigBee技術

ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網協議。根據國際標準規定，ZigBee技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數據速率。ZigBee協議從下到上分別為物理層（PHY）、媒體訪問控制層（MAC）、傳輸層（TL）、網絡層（NWK）、應用層（APL）等。物理層分別是2.4GHz物理層和868/915MHz物理層，它們都基于DSSS（直接序列擴頻）技術，使用相同的物理層數據包格式，區別在于工作頻率、調制技術、擴頻碼片長度和傳輸速率。數據鏈路層分為邏輯鏈路控制子層（LLC）和介質訪問控制子層（MAC）。網絡層采用基于ad hoc技術的網絡協議，功能包括拓撲管理、MAC管理、路由管理和安全管理根據節點的不同角色。應用匯聚層負責把不同的應用映射到ZigBee網絡層上，包括安全與鑒權、多個業務數據流的匯聚、設備發現和業務發現。應用層定義了各種類型的應用業務是協議棧的最上層用戶。

4.2 無線傳感器網絡

無線傳感器網絡就是由部署在監測區域內大量的廉價微型傳感器節點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網絡系統，其目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中被感知對象的信息，并發送給觀察者。傳感器、感知對象和觀察者構成了無線傳感器網絡的三個要素。

無線傳感器網絡所具有的眾多類型的傳感器，可探測包括地震、電磁、溫度、濕度、噪聲、光強度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等周邊環境中多種多樣的現象。基于MEMS的微傳感技術和無線聯網技術為無線傳感器網絡賦予了廣闊的應用前景。這些潛在的應用領域可以歸納為：軍事、航空、反恐、防爆、救災、環境、醫療、保健、家居、工業、商業等領域。

4.3 GPRS通信模塊

GPRS經常被描述成“2.5G”，也就是說這項技術位于第二代（2G）和第三代（3G）移動通訊技術之間。它通過利用GSM網絡中未使用的TDMA信道，提供中速的數據傳遞。

通過GSM網絡實現了手機終端與智能家居系統遠距離雙向通訊，突破了對傳統有線距離的約束，達到遠距離接收、發送通訊信息，并且具有很高的模塊化程序和可擴展性，智能化程度高。物聯網智能家居系統是嵌入式控制終端系統，模塊的嵌入式智能產品，它很好的改善了家居的環境，滿足了家庭的娛樂需求。

五、結束語

物聯網說到底是為人類服務的，而人類的家居生活已經形成了幾千年并在可預見的未來人類將繼續和長時間生活的居所中。僅從這一點來看，一個離開智能家居的物聯網將成為無水之源，無本之木。智能家居是所有物聯網應用中最重要最基礎的應用已成為全球共識！綜上所述，將物聯網用于我們生活中，使我們生活在一種更加放心、舒心、安心的生活里，把被動靜止的事物結構轉變成具有能動和智慧的工具，提供全方位的信息交換功能，使信息交流更加暢通，優化了我們的生活方式，提高了生活的質量。endprint