小米智能家居的技術(shù)與應(yīng)用研究

朱建雷

摘要：物理網(wǎng)（IoT，Internet of things）的概念從首次提出，至今已經(jīng)有近20年的時(shí)間。智能家居（Smart Home）的概念出現(xiàn)的更早，但物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)讓智能家居從“數(shù)字家庭”向“智慧家居”轉(zhuǎn)變。小米智能家居以性價(jià)比高、安裝容易和使用簡單的特點(diǎn)，便捷了人們的生活，提高了人們的生活質(zhì)量。小米智能家居產(chǎn)品豐富，通過智能網(wǎng)關(guān)或家庭無線網(wǎng)絡(luò)，能夠輕松接入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問和控制。不同的產(chǎn)品通過簡單的組合和巧妙的應(yīng)用，能夠給生活帶來很多方便與樂趣。

關(guān)鍵詞： 智能家居; 物聯(lián)網(wǎng); 小米; 智能網(wǎng)關(guān); ZigBee; 6LoWPAN

中圖分類號：TP393 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）14-0191-02

Abstract：The concept of IoT （Internet of things） has been put forward for nearly 20 years. The concept of Smart Home appeared earlier， but the emergence of IoT makes Smart Home change from digital to intelligent. With the features of cost-effective， easy-installation， easy-use， the Mi Smart Home greatly facilitates people's life. The Mi Smart Home has lots of products， remote access and remote control can be easily achieved with the help of intelligent gateway and home wireless network. By simple combination and ingenious application， the Mi Smart Home can provide lots of convenience and fun.

Key words：Smart home; Internet of Things; Mi; Smart gateways; Zigbee; 6LoWPAN

1 引言

物聯(lián)網(wǎng)（IoT，Internet of things）的概念最初由麻省理工學(xué)院的Kevin Ash-ton教授在1999年首次提出，至今已經(jīng)有近20年的時(shí)間。物聯(lián)網(wǎng)，即物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，基于智能感知、識別技術(shù)與普適計(jì)算等通信感知技術(shù)，主要用于網(wǎng)絡(luò)融合，被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮[1]。

物聯(lián)網(wǎng)在物流、教育、醫(yī)療、智能家居（Smart Home）等領(lǐng)域有著十分廣闊的發(fā)展空間，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居的研究已成為當(dāng)前最熱門的研究方向之一[1]。在人們的日常生活中，在家中度過的時(shí)間是最長的，家庭場景不僅有著巨大的入口價(jià)值，而且未來可能有許多潛在的服務(wù)收入。目前各互聯(lián)網(wǎng)巨頭已經(jīng)紛紛加碼平臺(tái)布局，推出了越來越多高性價(jià)比的產(chǎn)品。智能家居在物聯(lián)時(shí)代已經(jīng)真正從高端走向平民，打開千家萬戶之門[2]。

智能家居的概念起源很早，1984年美國聯(lián)合科技公司（United Technologies Building System）用建筑設(shè)備的信息化、整合化概念，建造了世界上首棟“智能型建筑”，從此揭開了世界各地建設(shè)智能家居的序幕[3]。智能家居是利用綜合布線、網(wǎng)絡(luò)通信、自動(dòng)控制、音視頻、自動(dòng)檢測等多種技術(shù)，通過家庭內(nèi)部的傳感器網(wǎng)絡(luò)，把家居環(huán)境中的傳感器和各種家電等設(shè)備接入到網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)對物理設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，為用戶提供具有安全性、舒適性、高效性、節(jié)能性和智能化的居住環(huán)境[1，4]。

傳統(tǒng)的智能家居普遍具有價(jià)格貴、安裝難和使用難的特點(diǎn)，而小米智能家居以性價(jià)比高、安裝容易、使用簡單以及平臺(tái)開放創(chuàng)新的特點(diǎn)，吸引了大量合作伙伴和消費(fèi)者的青睞。根據(jù)小米2018年最新財(cái)報(bào)，截至2018年第三季度，小米IoT消費(fèi)級物聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備數(shù)已經(jīng)達(dá)1.32億臺(tái)（不含手機(jī)、平板和筆記本電腦），環(huán)比增長13.8%，擁有5臺(tái)以上智能設(shè)備的用戶超過了198萬，環(huán)比增長16.5%[5]。

2 小米智能家居的應(yīng)用

智能家居的精髓，是通過極其簡單的幾步預(yù)設(shè)，從而達(dá)到在今后的使用中，在不需要做任何動(dòng)作或簡單的一次按鍵之后，規(guī)律性地為你執(zhí)行預(yù)期動(dòng)作的效果。就像一個(gè)貼心而又可靠的智能管家，智能家居能讀懂你下一步想要做的事，并且?guī)湍闾崆白隽恕?/p>

小米生態(tài)系統(tǒng)的智能家居產(chǎn)品類型豐富多彩，包括智能門鎖、智能音響、智能攝像頭、掃地機(jī)器人、傳感器套裝、智能插座、空氣凈化器、無線開關(guān)等等，通過簡單的組合和巧妙的應(yīng)用，能夠給生活帶來很多方便與樂趣。小米智能家居價(jià)格親民、使用簡單，搭配不同的產(chǎn)品能組合出不同的效果，解決各種生活需求。表1總結(jié)了一些比較常常見且實(shí)用性較強(qiáng)的應(yīng)用場景。

3 小米智能家居的分類

在小米智能家居系統(tǒng)中的各種設(shè)備，根據(jù)所用的無線協(xié)議的不同，可分為以下三類：

3.1 基于ZigBee的設(shè)備

一般傳感器設(shè)備，例如門窗傳感器、溫濕度傳感器、人體傳感器等，使用的是ZigBee協(xié)議。為了能遠(yuǎn)程控制此類設(shè)備，必須要結(jié)合小米的ZigBee網(wǎng)關(guān)，由網(wǎng)關(guān)連接家中的無線路由器，從而達(dá)到手機(jī)APP通過互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程訪問與控制的目的。

3.2 基于藍(lán)牙的設(shè)備

使用藍(lán)牙的設(shè)備一般是不需要控制，主要目的是單向?yàn)槭謾C(jī)提供相關(guān)數(shù)據(jù)的設(shè)備，例如藍(lán)牙溫度計(jì)、智能手環(huán)、小米體重秤、花花草草檢測儀等。該類設(shè)備大多不需要與其他設(shè)備交互，只是簡單的采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙推送至手機(jī)。

3.3 基于WiFi的設(shè)備

基于WiFi連接的設(shè)備，主要是以小家電為主，例如掃地機(jī)器人、空氣凈化器等，可以直接通過家中的無線路由器接入網(wǎng)絡(luò)，在手機(jī)APP上可以通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

3.4 基于多協(xié)議的設(shè)備

也有一些小米智能家居產(chǎn)品使用了多種協(xié)議，集成了ZigBee網(wǎng)關(guān)和藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)的功能，詳見表2。

4 小米智能家居的通信協(xié)議

仔細(xì)看表1中的解決方案，可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)共性特征，即小米智能家居不同解決方案，均離不開智能網(wǎng)關(guān)（ZigBee網(wǎng)關(guān)和藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)）的支持。智能網(wǎng)關(guān)是為了解決遠(yuǎn)程訪問的問題，因?yàn)閆igBee和藍(lán)牙都是近距離無線通信技術(shù)，不兼容IP網(wǎng)絡(luò)。使用WiFi協(xié)議的智能家居設(shè)備可以直接接入互聯(lián)網(wǎng)，但為了兼顧成本、功耗和安全等因素，在小米智能家居產(chǎn)品中，ZigBee、藍(lán)牙和WiFi三種協(xié)議均有運(yùn)用。

6LoWPAN是在IEEE802.15.4的鏈路上建立起IPv6通信協(xié)議，除了具備ZigBee協(xié)議的技術(shù)特點(diǎn)以外，通信節(jié)點(diǎn)在不需要特殊網(wǎng)關(guān)的情況下就能接入IPv6的互聯(lián)網(wǎng)，具有海量的地址空間、無縫集成TCP/IP協(xié)議，可以很容易融合到互聯(lián)網(wǎng)中[6-8]。

6LoWPAN 技術(shù)目前還存在一些不足之處，雖然學(xué)術(shù)界做了大量理論研究和實(shí)驗(yàn)測試，但目前暫未形成有效且成熟的技術(shù)對策[8]。當(dāng)前所用的IPv4 （Internet Protocol Version 4）地址已經(jīng)嚴(yán)重不足，但由于NAT（Network Address Translation，網(wǎng)絡(luò)地址翻譯）和DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，動(dòng)態(tài)主機(jī)設(shè)置協(xié)議）等技術(shù)的出現(xiàn)，暫時(shí)緩解了IPv4地址資源緊缺的問題，人們對于IPv6的需求變得沒那么強(qiáng)烈，導(dǎo)致了IPv6取代IPv4的過程變得既艱難又緩慢。IPv6網(wǎng)絡(luò)普及緩慢，從一定程度上也限制了6LoWPAN 技術(shù)的發(fā)展。而ZigBee協(xié)議因?yàn)榈玫搅薢igBee聯(lián)盟的支持，目前是更為流行的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，得到了更多主流廠商的支持。

5 結(jié)論

智能家居是以家庭居住場景為載體，融合了多種技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多種功能，為人們的生活提供了更多方便和便捷，是物聯(lián)網(wǎng)最生活化的應(yīng)用之一。Strategy Analytics報(bào)告指出，智能家居將成為未來十年內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)中最大的細(xì)分市場之一，智能家居將可能成為物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力[9]。在國家政策支持和行業(yè)巨頭爭相布局的背景下，智能家居產(chǎn)品的價(jià)格門檻和使用門檻都變得非常低。以小米為代表的國內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的智能家居產(chǎn)品，以性價(jià)比高、安裝容易、使用簡單以及平臺(tái)開放創(chuàng)新的特點(diǎn)，吸引了大量合作伙伴和消費(fèi)者的青睞。用戶不但可以以非常低的入門成本體驗(yàn)智能家居，還能循序漸進(jìn)的根據(jù)自身需求進(jìn)行個(gè)性化搭配，組合出不同的應(yīng)用效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 錢蕾. 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居控制系統(tǒng)的研究[D].華北理工大學(xué)，2018.

[2] 廣發(fā)家電. 智能家居系列1：物聯(lián)時(shí)代智能家居崛起正當(dāng)時(shí)[R/OL]. [2018-11-25].http：//www.sohu.com/a/277755070_763386.

[3] 項(xiàng)吳曙. 面向智慧家庭的互聯(lián)網(wǎng)+WiFi傳感器的遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)研究[D].中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2018.

[4] 李秀. 基于知識圖譜的智能家居設(shè)備控制沖突檢測技術(shù)研究[D].浙江大學(xué)，2018.

[5] IT之家. 小米集團(tuán)2018年第三季度財(cái)報(bào)：手機(jī)銷量逆勢增長達(dá)3330萬臺(tái)[R/OL]. https：//www.ithome.com/ html/it/395756.htm

[6] 徐軍委. 下一代互聯(lián)網(wǎng)中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議理論與技術(shù)的研究[D].中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2007.

[7] 馬仟. 基于6LoWPAN協(xié)議的路燈通信安全問題應(yīng)用與研究[D].湖北大學(xué)，2017.

[8] 楊強(qiáng)強(qiáng). 6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2017.

[9] David Mercer. Strategy Analytics： Connected World： Smart Home Is Key To Tomorrow's Internet Of Things[R/OL]. [2017-10-24]. https：//www.strategyanalytics.com/access-services/devices/connected-home/smart-h ome/reports/report-detail/connected-world-smart-home-is-key-to-tomorrow's-internet-of-things.

【通聯(lián)編輯：唐一東】