智慧家庭信息系統(tǒng)原理剖析

吳晨宇

摘 要 智慧家庭依靠的是以物聯(lián)網、云計算、大數(shù)據(jù)等信息技術為手段，在日常家庭生活中實現(xiàn)設備的互聯(lián)互通，為人們提供舒適、簡便、安全、綠色、健康的生活方式。文章主要研究智慧家庭的概況和結構，以及智慧家庭中信息技術的應用原理，最后通過對智慧家庭信息系統(tǒng)原理的剖析，深刻解讀了智慧家庭的技術仍存在許多問題，從而使智慧家庭的技術在未來可以得到全面實現(xiàn)與優(yōu)化，盡可能得消除技術風險，從而得到廣泛的應用。

關鍵詞 智慧家庭；信息系統(tǒng)；物聯(lián)網；云平臺；大數(shù)據(jù)

中圖分類號 TP3 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2019）237-0118-02

智慧家庭概念[1-2]的提出，是家庭信息化、自動化與智能化的一種表達，本文正是基于對學校與家庭的聯(lián)網電器設備的關注，圍繞智能家庭電器，對智慧家庭進行較為全面的整理與總結，對智慧家庭采用的信息技術進行重點分析與研究，為深入理解信息技術提供基礎。

1 智慧家庭概況

1.1 概念

智慧家庭作為智慧城市概念的衍生理念，其最終目的是充分利用信息技術實現(xiàn)家庭設備的聯(lián)網、家庭環(huán)境的感知，并借助網絡平臺實現(xiàn)家用設備的自動操作與智能控制，并實現(xiàn)人與設備的智慧交互等[2-3]。智慧家庭的載體是物聯(lián)網，借助人們常用的電子信息產品（手機、電腦、iPad）實現(xiàn)家庭成員之間、人與電器設備的實時交互，為社會創(chuàng)造一個先進、舒適、低碳、便捷與安全的現(xiàn)代化居住環(huán)境。

1.2 智慧家庭的結構

智慧家居信息系統(tǒng)是基于家居生活的智能化信息管理系統(tǒng)，該信息系統(tǒng)的核心是物聯(lián)感知與信息交互，建立在高速的無線通信、智能的信息感知、智慧的終端交互等技術之上，滿足人們對日常居家生活的娛樂化、自動化與智能化需求，其一般的系統(tǒng)結構如圖1所示[4-5]。

圖1所示的這種智慧家庭信息系統(tǒng)是基于智慧城市框架之下而設計的，是信息技術在人們日常家庭生活中的具體應用，以智慧城市的單元-智慧家庭為載體，實現(xiàn)家庭電器設備的智能控制、家庭環(huán)境的智能感知、家庭成員的健康管理，甚至是家庭各種消費的智能監(jiān)測等。從圖1所示可知，智慧家庭信息系統(tǒng)從下到上依次可以分為狀態(tài)感知層、信息傳輸層和應用交互層。

1）狀態(tài)感知層。家庭環(huán)境的智能感知是智慧家庭的基礎，包括電器設備的智能互聯(lián)在內，必須借助信息通信實現(xiàn)家庭設備及應用環(huán)節(jié)進行信息采集，如常見的有家用智能冰箱、家用智能空調、家用智能洗衣機、智能電表、水表、氣表、門禁，以及家庭監(jiān)控等對參數(shù)的采集與處理。

2）信息傳輸層。也就是圖1的網絡層，目前的主流技術主要是借助移動網絡或家庭無線局域網實現(xiàn)信息的傳輸，另外一個技術是借助電力網絡實現(xiàn)信息傳遞，雖然該技術還不夠完善，但是電力網絡傳輸具有獨特優(yōu)勢，具有很好的應用潛力，傳輸層是智慧家居系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，為感知層和應用層提供了信息紐帶。

3）應用交互層。智慧家庭的最終目的是相互交互，必須借助應用層加以實現(xiàn)，主要采用智能計算等手段實現(xiàn)智慧家庭信息的綜合計算與分析，如通過對家庭電器設備的狀態(tài)感知可以實現(xiàn)對應的智能控制、能耗分析和環(huán)境健康監(jiān)測等，甚至可以將相關家庭信息數(shù)據(jù)融合到智慧城市體系中，加以更高層次的價值挖掘。

2 智慧家庭信息技術分析

2.1 智慧家庭信息系統(tǒng)中的物聯(lián)網

物聯(lián)網技術[3]是借助網絡通信技術，如無線傳感器網絡、無線局域網、無線射頻識別（RFID）、藍牙、紅外等實現(xiàn)設備與設備之間、設備與互聯(lián)網之間的通信，以實現(xiàn)對環(huán)境狀態(tài)的感知、控制與管理。作為互聯(lián)網技術深入應用的產物，具有廣泛的應用前景，據(jù)相關的市場報告分析，我國物聯(lián)網市場規(guī)模十分龐大，將成為信息產業(yè)的重要支柱。

正是物聯(lián)網技術的靈活方便、組網穩(wěn)定、信息數(shù)字化特點，可以通過感測、采集、運輸、整合、分析的技術來控制智能家庭信息系統(tǒng)。常見的家用物聯(lián)網技術主要有無線射頻識別（RFID）、低功耗藍牙和無線局域網等技術。

無線射頻識別（RFID）：利用無線電波對特定目標進行識別，常稱為電子標簽，它可應用于安全門禁、身份認證、庫存跟蹤、汽車防盜等，其具有快速掃描、抗污染能力強、可重復使有等優(yōu)點。

低功耗藍牙技術：是一種無線通信技術標準，與WiFi類似，適用于短距離低功耗場合，如通過藍牙連接可以控制電視、空調、冰箱、洗衣機等，也可以控制智能門鎖、窗戶、窗簾、家務機器人等。

無線局域網：作為智慧家庭的主流網絡連接，逐步取代其他通信連接方式，通過手機、電腦和各個電器之間在連接WiFi的情況下，實現(xiàn)從云端或App對電器設備的靈活操控。

2.2 智慧家庭信息系統(tǒng)中的云計算

在智慧家庭信息系統(tǒng)[5]中，云計算具有重要的意義。云計算的出現(xiàn)離不開云平臺的建立。云平臺是一個超大規(guī)模的平臺，可以將所接受的所有信息進行匯集整理、分析，還可以分布式儲存匯集到的信息，然后借助云計算強大的計算能力，計算并分析各種輸入的數(shù)據(jù)，再制定個性化的策略，進行智能化控制，是智慧家庭的智慧手段。作為云計算的服務模式，平臺服務（PaaS）、軟件服務（SaaS）與基礎設施服務（IaaS）在智慧家庭信息系統(tǒng)中都有所應用。

平臺服務（PaaS）：可以借助已有成熟的云平臺實現(xiàn)智慧家庭的控制，目前市場上一些成熟的智能家居均是采用這種平臺服務，主要優(yōu)勢是方便各個廠商的技術融合應用。

軟件服務（SaaS）：通過云計算來制作與智慧家庭各用電器相對應的App，直接使用相配套的應用不需要擔心服務器、應用開發(fā)等問題。如：安全防衛(wèi)系統(tǒng)、空氣檢測系統(tǒng)等。

基礎設施服務（IaaS）：通過云計算的IaaS來建立自己的基礎設施服務平臺，如借助常用的阿里云基礎設施服務，實現(xiàn)自身平臺搭建，進而實現(xiàn)物聯(lián)網中對電器的智能化控制。

2.3 智慧家庭信息系統(tǒng)中的大數(shù)據(jù)

通過物聯(lián)網實現(xiàn)家用設備的連接[6]，進而達到對家庭環(huán)境與設備狀態(tài)的實時監(jiān)控，獲得的信息規(guī)模巨大，常規(guī)的數(shù)據(jù)處理技術難以勝任，尤其是當提升到智慧城市層次，往往需要與云存儲、云計算相結合。

借助大數(shù)據(jù)技術，以在成千上萬的混亂數(shù)據(jù)中快速分析出并優(yōu)化目標方案。如：大數(shù)據(jù)可以精準的測定大氣環(huán)境質量、氣壓、溫濕度等，從而通過云計算的SaaS層來告訴客戶；在智慧家庭之中，大數(shù)據(jù)還體現(xiàn)在可以在人們出門前尋找躲避擁堵的上班路線。并且大數(shù)據(jù)還具有歷史記憶功能，可以通過第一次的行為產生記憶，為第二次甚至是最后一次提供幫助。如：在未來的智能家庭當中，網購、快遞、外賣肯定會成為更多人的首選，這時智慧家庭的大數(shù)據(jù)便會在第一次選擇之后，設定常購物的網店、或是可能喜歡的優(yōu)惠信息、喜歡的飯菜口味等，極大方便了客戶的選擇。

3 結論

智慧家庭在大數(shù)據(jù)時代的背景下，具有廣闊的發(fā)展空間，智慧家庭的信息系統(tǒng)中主要利用了物聯(lián)網、云計算、云儲存、大數(shù)據(jù)、智能交互等技術，是各項技術相互結合、利用，構建起一個智慧家庭的框架。物聯(lián)網通過藍牙等技術將各個電器相互聯(lián)系起來，再在云平臺的骨架下，通過云計算、大數(shù)據(jù)等技術將信息匯集分析、整理并輸出。但云計算仍具有一些弊端，如：個人隱私存在泄露的風險；云計算的身份認證還不健全，易使黑客潛入；云平臺本來客戶較多，會出現(xiàn)管理問題。但還是希望未來這些弊端都會被解決，讓智慧家庭布滿整個地球村，讓人們享受大數(shù)據(jù)時代。

參考文獻

[1]金樺，陳才.我國智慧家庭多媒體發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].電視技術，2014，38（s1）：26-29.

[2]黃文鳳.智慧家庭中的智能家居產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J].集成電路應用，2013（10）：16-18.

[3]楊業(yè)令.基于物聯(lián)網的智慧家庭系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].成都：電子科技大學，2013.

[4]張紅.智慧家庭標準體系建設[J].電視技術，2015，39（4）：86-88.

[5]李稚萱.云計算在基于NGB的智慧家庭業(yè)務平臺上的應用[J].物聯(lián)網技術，2012（7）：83-85.

[6]張磊，顧景民.基于大數(shù)據(jù)的未來智慧家庭系統(tǒng)[J].科技視界，2016（25）：15.