淺議手機客戶端的智能家居遠程控制系統設計與研發

摘 要： 隨著信息技術的飛速發展，與人們的居家環境之間的聯系也愈發緊密。基于此，以手機客戶端為基礎的智能家居遠程控制系統便應運而生。文章對于iOS和android軟件系統，從無線傳感技術、視頻壓縮編碼技術、HTTP/TCP傳輸控制信息、RTP/UDP傳輸實時多媒體數據四個核心技術點對智能家居遠程控制系統進行設計。

關鍵詞： 智能家居;無線傳感技術;視頻壓縮編碼技術;HTTP/TCP和RTP/UDP傳輸技術

一、 引言

所謂智能家居遠程控制指的是當戶主因某些原因家中無人時，通過使用手機客戶端的方式連接到各種智能家具家電運行的底層系統之中，從而進行控制。當今社會，手機已經是人們手中必備生活工具，通過把手機和智能家居聯系起來組成一整套完整的控制系統，使人們的生活方式更加安全和簡潔，尤其是針對那些有遺忘癥的人群。此項技術具有廣泛的發展前景，在未來組建智能家庭時是至關重要的環節。

二、項目概況

2017年1月，應用在河北樂創智能科技公司的一套基于手機客戶端的智能家居遠程控制系統，在iOS和安卓軟件系統下都可兼容使用，經測試也未發現系統錯誤，在全屋智能家居的硬件升級和場景組合中都起到了降低成本和提高穩定性的作用。

三、技術知識與原理

（一）無線傳感技術

無線傳感技術又可稱為無限傳感器網絡，是一種把大量的不同類型傳感器節點，通過無線通信技術有機的聯系在一起，形成一種特定的網絡結構。匯聚節點是無線傳感器網絡節點的重中之重。匯聚節點指系統中某個節點發生錯誤后將產生錯誤的數據報告，刪除錯誤的報告數據，對這些生成的錯誤報告進行數據整理，最后做出評斷，生成對應的數據文件。匯聚節點與用戶節點兩者可以相互之間進行信息交流，其方法是借助局域網或者是衛星信號。

無線傳感技術的其工作原理是：使用無線電通信與大量無線傳感器進行信息交換。無線傳感器節點可以看成一個收集工具，對其感應到的信息進行數據收集，數據收集完畢后經過系統處理傳遞給網關，最后，對應的網關在確定檢測接收到的數據信息是否為是系統的輸入數據，確認無誤，再由網關傳輸到觀測工具上。

（二）視頻壓縮編碼技術

視頻壓縮編碼技術，簡單理解就是將初始的視頻格式的文件通過重新編碼，再壓縮，最后形成另一種視頻格式文件的方式。由于連續的畫面之間相似性極高，為便于數據信息傳遞與交流，需要對其進行相應的數據編碼和壓縮，達到以去冗余，空間冗余、時間冗余、視覺冗余都屬于冗余。其中冗余信息在業界可以大致分為兩大類：空間域冗余信息和時間域冗余信息。視頻壓縮編碼技術就是將數據中的冗余信息去掉也就是把各個相關的圖像信息都忽略掉，只分析其中一個要素。壓縮技術有很多種其中最常使用的是，熵重新編碼，圖像數據的壓縮、幀間數據壓縮。當需要去除空域冗余信息的情況下，可使用熵編碼的壓縮技術，當需要去除時域冗余信息，建議使用，畫面幀與幀之間的壓縮技術。

（三）HTTP/TCP傳輸技術與RTP/UDP傳輸技術

應用層（HTTP），為了簡單理解把它看成一個客戶端，應用層（HTTP）與傳輸層（TCP）之間是可以相互之間進行信息交換的，HTTP/TCP傳輸技術簡單來說，客戶端即應用層（HTTP）想發送一個想要看到的HTTP請求的網頁，為了可以順利且快捷的傳輸到傳輸層（TCP），應用層接收到的信件數據再到傳輸層（TCP）時會進行一定程度的包裝整理分割，并在每個報告數據上標記序列號。接著為后續信息的傳遞做好準備，在傳輸層之后就會到達網絡層即人們常說的IP地址，網絡層將會接收到在傳輸層整理好的報告數據，在網絡層將會在這些信息數據上添加一通信為目的MAC地址，然后再把這些數據打包一并傳給下一層結構，鏈路層即網絡。這樣一個從上到下的傳輸過程就結束了，在鏈路層信息處理后會按照原路寶整理好的數據，在傳回給應用層（HTTP）。

RTP作為一種協議，主要是用來實時同步傳輸音頻、視頻等數據流。它包含兩個緊密相連的協議：實時數據傳輸的RTP協議、網絡錯誤判斷和服務監控的RTCP協議。RTP通常不具備數據包的順序傳輸，也沒有相應可靠的傳輸手段，也不負責對數據流的管理，這些功能都得靠 RTCP的支持來解決產生的困難。RTCP的反饋速度十分有效且迅速，可以花費最少的做功，來達到最快的傳輸效率，特別適用于的實時數據交換和信息傳輸。TCP和UDP，它們都是為了使數據以及所需的信息流能夠快捷便利的傳送到應用層，從而為相應的應用程序提供網絡服務。當需要可靠數據流傳輸時，選擇TCP傳輸最為妥當，當不重視可靠數據流傳輸，只想獲得較快的數據傳輸速度，選擇UDP的傳輸方式最佳。

四、技術應用

首先在各個智能家居上安裝相對應的傳感器，采用無線傳感技術，感知、采集和轉發網絡覆蓋的感知對象的各種信息，并發送給家居擁有者本人，用戶則可使用自身攜帶的終端設備也就是手機App與智能家居系統網絡互連，進而可實現手機端的遠程控制。用戶在手機端可視化操控界面點擊相應的特定按鈕來控制智能家居系統對應功能的運轉;其次在智能家居與用戶進行信息交換時，為了避免出現不可控的外界干擾等因素，采用視頻壓縮編碼技術，它引入了一種特殊的編碼機制即針對IP編碼，這種編碼機制會在網絡中事先進行分組，然后在進行傳輸動作傳，同時視頻流媒體傳輸的方式也同樣兼容。不僅如此，它的抗誤碼特性十分強大，在丟包率高、干擾嚴重的無線通信傳輸的情況下也有良好的發揮;另外為了使用戶與智能家居之間可以實現同步控制，本套系統采用HTTP/TCP傳輸控制信息，RTP/UDP傳輸實時多媒體數據等兩項先進技術方法。最后，由于此系統大部分應用場景主要以手機智能設備來發出系統的控制指令以及與智能家居系統的實時交互，這將會產生大量的數據信息，為了對這些龐大數據進行存儲、管理以及維護，系統將通過互聯網，直接傳輸到“云端數據”，從而緩解整個智能家居系統需要存儲大量數據信息的負荷與壓力。

五、 結論

文章對基于手機客戶端的智能家居遠程控制系統的設計進行了研究。對于iOS和android軟件系統，從無線傳感技術、視頻壓縮編碼技術、HTTP/TCP傳輸控制信息、RTP/UDP傳輸實時多媒體數據四個核心技術點對智能家居遠程控制系統進行設計，并通過使用這些技術，在河北樂創智能科技公司開發的一套手機客戶端的智能家居遠程控制系統進行初步的技術應用，檢測其可行性。希望文章可以更好促進手機客戶端的智能家居遠程控制系統的設計與研發，從而為我國信息化產業發展貢獻一份力。

參考文獻：

[1]陳銳.基于樹莓派和Arduino智能家居控制系統研究和設計[D].天津：天津職業技術師范大學，2018.

[2]匡海健，胥布工，李偉勝，黎善斌.基于Web的智能建筑節能監控系統的設計[J].計算機應用，2017，37（S1）：344-346.

作者簡介：? 倪勇，江蘇樂馳智能科技有限公司。