基于5G和霧計算的智能家居系統(tǒng)的討論與研究

石嘉皓

摘 要 文章介紹了智能家居的研究背景，分析了目前智能家居的現(xiàn)狀及存在的問題。從5G，霧計算，智能安防技術(shù)出發(fā)，分析了這些技術(shù)如何與智能家居結(jié)合。從智能化、自動化、人性化方面出發(fā)，對現(xiàn)有的智能家居進行分析，提出新型智能家居的方案。以期對未來智能家居的發(fā)展起到一定的引導和推動作用。

關(guān)鍵詞 霧計算;5G技術(shù);智能家居;智能安防

引言

（1）研究背景及意義：智能家居使用無線通信技術(shù)，把各種信息傳輸設(shè)備、家用電器、家用安防設(shè)備連接用戶的手機或其他終端設(shè)備并進行集中監(jiān)控、管理，盡可能減少能耗，節(jié)約資源，使家居中的設(shè)施與住宅環(huán)境保持協(xié)調(diào)，為用戶提供更加優(yōu)質(zhì)、舒適，更加人性化的家庭環(huán)境。在數(shù)據(jù)大量產(chǎn)生的今天及未來，云計算的延時將不再能夠滿足用戶的需要，而霧計算的推出正好解決了這一難題，霧計算通過設(shè)置眾多分散的中心節(jié)點，不需要將數(shù)據(jù)傳到中央服務(wù)器，大大增加了處理速度，減少了傳輸?shù)难訒r，符合未來用戶的需要。

（2）目前智能家居的問題：隱私一直以來都是用戶最為重視但又很難得到解決的問題。目前，隱私仍然是智能家居一個經(jīng)常出現(xiàn)的弊端，因為智能家居到處都有攝像頭，并且已經(jīng)接入互聯(lián)網(wǎng)，因此任何人都有可能入侵網(wǎng)絡(luò)，導致隱私權(quán)受到侵害。高延遲是另一個存在的問題，處于網(wǎng)絡(luò)使用高峰期的時候，會因為網(wǎng)絡(luò)用量大，導致智能家居與終端之間的連接緩慢甚至卡頓，極大的影響用戶使用體驗。現(xiàn)代社會更倡導健康運動的生活方式，用手機控制智能家居系統(tǒng)會導致久坐不動的生活方式。使用者可以通過智能家居完成大部分事情，這嚴重限制了已經(jīng)懶惰的人群的身體活動。所以有必要對智能家居系統(tǒng)的使用和設(shè)計進行更全面的考慮[1]。

1研究內(nèi)容

智能家居作為物聯(lián)網(wǎng)的一部分和人們的生活息息相關(guān)，是 人們感受物聯(lián)網(wǎng)最直接的方式。通過智能家居系統(tǒng)，人們將充分感受到物聯(lián)網(wǎng)革命帶給人們的方便、快捷與智能化。

1.1 通過5G連接使自動化控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和通信技術(shù)一體化

5G技術(shù)相比于過去的4G網(wǎng)絡(luò)，5G將擁有更快的速度，更低的延遲和更多的連接設(shè)備。在4G時代，設(shè)備以低功耗模式串聯(lián)，以不同的方式交換信息。存在傳輸延遲較高和帶寬不夠等問題，會導致不能同時運行多個設(shè)備，而網(wǎng)絡(luò)信號會因為穿墻能力弱和房屋空間較大而難以覆蓋整個家庭空間，難以滿足智能家居網(wǎng)絡(luò)的要求。目前所使用的4G與Zigbee結(jié)合的技術(shù)雖然具有較高的穩(wěn)定性，但國內(nèi)技術(shù)對其開源程度不高，必然也存在著不少的缺點，例如目前國內(nèi)Zigbee技術(shù)主要采用了ISM頻段中的2.5G頻率，其衍射能力較差，穿墻力弱。低功耗傳輸是該技術(shù)的優(yōu)點，但也有著低傳輸速率的缺點。隨著5G的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)也有了巨大改善，這項技術(shù)可能給Zigbee技術(shù)帶來很大的改變，把5G的低延遲與Zigbee的多節(jié)點的優(yōu)點結(jié)合起來，可以解決低傳輸率的缺點，大大提高通信的效率和穩(wěn)定性[2]。

1.2 霧計算和智能家居的結(jié)合

霧計算起初是由美國紐約哥倫比亞大學的斯特爾弗教授提出，后來美國的思科公司把霧計算重新定義和應用，成為一種面向物聯(lián)網(wǎng)的分布式計算基礎(chǔ)設(shè)施。它使用戶能夠在本地分析和管理數(shù)據(jù)，從而通過連接以獲得即時答復。云計算是以運營商服務(wù)，公有云為主的，霧計算是以個人云，私有云，企業(yè)云等為主。云計算把數(shù)據(jù)全部傳到云端，通過云端的大型計算機運算再傳給用戶，它的計算能力強，但是存在延遲較高的問題。相比于云計算，霧計算支持實時互動，有更低的時延，還能大大減少云端的計算壓力，降低能耗。

霧計算能識別更加靠近網(wǎng)絡(luò)邊緣的分布式計算基礎(chǔ)設(shè)施，它使處于邊緣的小型的設(shè)備可以在本地運行計算并立即做出決策，在網(wǎng)絡(luò)連接斷開時，也可以使物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備繼續(xù)運行，提高了恢復能力。因為沒有把數(shù)據(jù)上傳到云端，只在獨立對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中進行與算，能防止將敏感數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵饷妫岣吡税踩訹3]。

1.3 5G如何與智能安防設(shè)備進行結(jié)合，增加系統(tǒng)的安全性

5G技術(shù)的發(fā)展使得智能家居中引入人工智能和大數(shù)據(jù)成為可能，智慧安防在傳統(tǒng)安防的基礎(chǔ)上引入了人工智能和大數(shù)據(jù)分析，而與霧計算結(jié)合不需要把畫面上傳到云端，直接在設(shè)備中實現(xiàn)只能判斷，提高了判斷的速度，并能及時通知用戶。

所有設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接，網(wǎng)絡(luò)的安全性和穩(wěn)定性是重中之重，通過增加備用的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。在網(wǎng)絡(luò)中斷時發(fā)送最后記錄的畫面到用戶，使用戶提高警惕。

1.4 通過記憶學習功能提供更人性化的設(shè)定

智能家居是以住宅為核心載體，將設(shè)備的自動控制技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)等為基礎(chǔ)，將安防系統(tǒng)，照明系統(tǒng)，智能家居和智能娛樂設(shè)備有機結(jié)合 ，給用戶提供一個舒適、便捷、安全的智能家居環(huán)境。智能家居的人性化研究是在研究智能干預生活的邊界，找到適合不同用戶的對智能設(shè)備對自己生活的干預程度的要求，這需要對用戶的行為做深入的分析，還包括用戶的思維、心理和情感分析等等。在充分了解用戶之后，才可能對用戶日常的行為做出合理的分析，從中尋找出用戶的真正需求，并在用戶手動控制之前實現(xiàn)自動化控制。這需要每個設(shè)備記錄并分析用戶的使用習慣，通過霧計算在各個設(shè)備之間共享用戶的數(shù)據(jù)，分析用戶的使用習慣，給予用戶實時反饋，并不斷根據(jù)用戶的使用習慣改變設(shè)定[4]。

2結(jié)束語

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通信技術(shù)的發(fā)展，智能化將會是未來的發(fā)展趨勢，智能家居將逐漸成為越來越多的家庭的標配。越來越多的電子設(shè)備將會對儲存和傳輸形成巨大的考驗，霧計算的發(fā)展為將來各個終端之間的互聯(lián)提供支持。本文對基于5G和霧計算的智能家居系統(tǒng)的討論與研究，分析了5G技術(shù)和霧計算的特點，提出了適合新時代的智能家居的方案。基于5G技術(shù)和霧計算，人工智能的新型智能家居具有傳統(tǒng)智能家居所不具備的智能化、自動化、人性化的新特征，是未來發(fā)展的趨勢。

參考文獻

[1] 龔皓.對5G時代下Zigbee構(gòu)建智能家居的探析[J].電腦知識與技術(shù)，2019（27）：26-27.

[2] 包依勤.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng)的研究與探討[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2013（7）：38-41.

[3] 佚名.5G+智慧安防必然會結(jié)合[J].https：//www.sohu.com/a/290945119_99912026，2019-1-23.

[4] 馬曉藝.智能家居的人性化設(shè)計研究[D].北京：北方工業(yè)大學，2019.