智能家庭網關設計及其物聯網應用研究

吳曉強　 張春友　 史吏

摘要：隨著時代的發展，現代信息技術在人們的日常生活中得到了更大的體現。人們的生活更加信息化了，隨身隨地了解相關信息，網絡化了，使得人們生活離不開網絡，因此，智能家庭網關及其物聯網理念被提了出來。人們可以通過網絡將自己的家庭網絡互連起來，這樣就可以隨時隨地在家或是在外面對家里的情況進行實時操控。智能家庭網關是實現家庭網絡化的核心所在。因此，本文將簡要對智能家庭網關設計進行分析和對其物聯網的應用進行探究。

關鍵詞：智能家庭網關；物聯網

時代和經濟的發展使得人們對居家生活的要求更高了。家居智能系統的提出，使得人們看到未來家居生活的便捷與舒適，因此成為了如今的研究熱點。使得物品的信息實現網絡互連就是物聯網。而家庭網關則是由個人根據自己喜愛所構建的家庭網絡與電腦網絡連接在一起的具有智能化的網絡。家庭網關可以結合物聯網構建起家庭智能網絡應用到家庭上面來，從而實現人與物的交互。

一、家庭網關的設計

（一）設計內容

家庭網關是以由微控制器和以太網模塊作為核心的硬件平臺。由下圖可知其結構。由圖中，我們可以很清晰的看到太網模塊將讀信號發送給微控制器從而使得微控制器接收微控制器將寫信號發送至以太網模塊，而微控制器也會將復位信號傳送至以太網模塊。為了實現網絡數據的發送和接收，以太網模塊中的寄存器則需要相對應的數據端口耦合地址端口來進行配置。以太網模塊通過網線實現和終端的連接。

（二）數據安全處理

為了保證家庭網關在自定義數據上面的安全問題，可以運用一些算法對這些數據進行加密。例如RC4算法。這是一種可以變換隨意變化數字長度的密碼，其原理如下實例：首先初始化一個T數組，長度大約為255左右，接著將0～254中的8位數值賦予到T（0），T（1）....，T（254），然后將密碼鑰匙F輸入，在根據密碼鑰匙的長度特點和其內容建立其一個數組I，使得T數組可以根據I數組的內容進行置換，接著按一定的方式將T數組轉化成密碼鑰匙流P。依據密碼鑰匙流P 在發送端處對原始數據進行加密。那么為了完成對數據的解密，則必須運用和發送端一樣的方式和算法進行處理。

二、智能家庭面臨的問題

（一）成本過高

雖然智能互聯網的實現使得家庭家居生活更加舒適便捷，但是卻不得不考慮一個成本問題。在集合了各種技術和系統之后，智能家庭的實現要求的成本是比較高的。因此，未來在智能家庭方面的發展應該努力去實現成本的降低。

（二）標準化程度低

家庭網絡智能化的實現需要傳感產品來支撐。如今，雖然傳感產品的類別很多，但其標準化的程度卻很低，這很大程度影響了智能家庭的實現。因此在智能家庭的建立過程中，應該使用較高標準化的傳感產品。

（三）隱私安全很重要

雖然智能家庭給我們的生活帶來了便利舒適，但于此同時，我們也應該注重自己的隱私安全。智能家庭的實現使得家庭體統在通過網關與外界互聯網相連接的時候，將自己的家庭系統暴露在了外界中，存在著被侵入的可能性。因此，使用者應該應該使用較好的軟件來設置防火墻，以防網絡被入侵，從而使得自己的隱私暴露在別人面前。

三、智能家庭在現實生活的應用

未來，智能化水平越來越高，物聯網技術的應用也將隨處可見，從一個小小的電燈到實現遠程操控家里房門的開啟與關閉，你將很難找到沒有連接互聯網的設備。

（一）煮飯煮咖啡

你可以想象在煮飯工具或是咖啡機里面裝置無線網絡么？遠程操控電飯鍋進行煮飯、加熱等功能，并且從網上下載一些煮飯、煮湯等菜式，通過網絡對電飯鍋進行遙控，實現任意物品的形成。而且咖啡機可以通過無線網絡根據咖啡店的制作咖啡技巧以及口味，來實現家里的制作。

（二）空調及溫控

在炎炎的夏日中，人們總希望能把自己藏在家里，但在進入家的一段時間，室內的溫度仍然很高。因此實現遠程溫控就很重要了。目前有些空調不僅僅可以通過手機進行遠程的操控來實現控溫，也可以將人們的生活習慣記錄下來，并自動實現控溫的操作。

（三）燈光

燈泡上實現智能化實際上是一種簡單的物聯網家居體驗，這使得任何人都可以輕松體驗。目前有許許多多智能燈泡品牌，這些品牌的燈牌使得人們可以通過手機等來實現對燈光的開關、顏色調節以及亮度進行遠程操控，甚至可以在燈泡中植入音樂感應器，使得燈光雖音樂的進行而不斷閃動，使得在家唱歌也有了KTV的感覺。

四、結語

時代的不斷發展，人們的生活已經離不開互聯網的存在了，智能家庭以及物聯網的應用已經成為了時代發展過程中，必不可少的一部分了。未來，智能家庭的相關技術將越來越成熟，物聯網的應用也將越來越廣泛。智能家庭和物聯網的應用將有望實現人們在任何地點、任何時間內，實現人與物或是物與物之間的交流，實現對家庭進行遠程操控的愿望。

參考文獻：

[1]劉林陽.具有實時特性的WebSocket家庭智能網關技術研究[D].廈門理工學院，2016.

作者簡介：吳曉強（1986），男，內蒙古通遼人，內蒙古民族大學講師，研究方向：機械電子。