基于物聯網大數據和5G背景下的智能家居應用場景模式構建

佛山市順德區美的洗滌電器制造有限公司 魏娜

我國現在正處于數據化時代,互聯網技術在發展過程中也推動著物聯網技術、5G技術、人工智能、大數據技術的發展,這些技術更是對智能家居產生了直接影響?；?G技術和物聯網大數據技術的支持,智能家居得到了飛速發展,同時人工智能的出現則為智能家居指明了新的發展道路。智能家居為人們帶來的便捷、舒適的生活體驗,使人們對智能家居未來的發展充滿了期待。

0 引言

5G技術、人工智能技術、物聯網技術的迅速發展,離不開大數據技術的支持,其為各項基礎的發展提供了數據支持,讓各項技術在發展過程中更具合理性和科學性。大數據技術不僅為信息收集提供了便利,而且也為信息處理提供了分析和計算功能,使計算的數據更加具有價值。智能家居將生活環境作為平臺,通過控制技術、傳感器、通信技術等將生活設備進行集成管理和控制,在提高家居的便利性、安全性、舒適性的同時,也實現了節能環保的生活環境。

1 5G技術與物聯網技術發展現狀

隨著科學技術的快速發展,物聯網技術和5G技術已經在各個領域中有了廣泛的應用。物聯網技術是基于互聯網誕生的產物,兩者存在的一定的差別。與互聯網終端服務區和電腦相比,互聯網具備的傳感器和智能硬件是讓物聯網快速發展的根本。目前,我國以NB-IoToT、LoRa技術為代表的物聯網已經進入了廣大人民群眾的日常生活中,并且推動著5G技術走向成熟。隨著我國社會經濟的飛速發展,我國已經建立了大量的5G基站以及連接終端[1]。

在人工智能的不斷發展下,智能家居也得到了一定的發展機會。但想要智能家居普及到人民的日常生活中必須解決兩大問題:(1)智能家居語音識別問題。智能家居關鍵技術在于對語音的處理和識別?，F階段,語音處理和識別技術已經有了重大突破,隨著語音識別準確率的不斷提高,該項技術已經可以用于日常的交流。(2)智能家居圖像處理問題。人工智能中重要的一項技術就是圖像處理,其可以快速和自動對目標分類、識別、分割、檢測等。這兩項技術應用于智能家居,將會為人們的日常生活帶來極大便利。

2 智能家居系統架構

2.1 系統架構

智能家居系統是由多項技術綜合而成,其中包括通信傳輸協議、自動化技術、無線組網技術等,同時其也包含控制終端管理設備的軟件。從系統結構上來看,智能家居系統是由接入網關、用戶終端、家電設備、云平臺四部分組成。(如圖1所示)

圖1 智能家居系統架構圖Fig.1 Smart home system architecture diagram

(1)用戶終端。用戶終端是幫助用戶控制家居的重要設備。在智能家居的不斷發展下,用戶終端的控制方式也逐漸多元化,用戶可以通過多個終端對不同家居進行控制。(2)云平臺。云平臺是智能家居系統的核心部分,云平臺通常與接入網關和用戶終端性連接。功能方面,云平臺具備存儲、計算等的能力,可以協調家居網關和用戶終端之間的交互指令,并為用戶提供API接口。(3)接入網關。網關作為智能家居系統的心臟,是連接互聯網與家電之間的重要橋梁,同時也是控制智能機電的樞紐。網關具備添加、提供組網功能,如部分智能家居使用WiFi、ZigBee等網關,將WiFi或者ZigBee模塊設置與網關內,可以作為協調器,主要負責組建網絡和接受終端入網請求[2]。(4)家電設備。家電設備是終端系統的基礎組建,也是用戶使用終端控制的對象。對于家電控制一般采用有線或者無線通信模塊,讓家電具備傳輸數據的功能,便于組建局域網絡,為家電控制提供入口,同時也為家電設備之間的聯動提供條件。

2.2 智能家居系統設計原則

在智能家居不斷發展中,出現了魚龍混雜的問題,因此在智能家居系統設計時一般需要堅持以下原則:

(1)實用性原則。智能家居開發的主要目的就是為創造方便、舒適、自動化生活環境,設計智能家居系統時,需要結合用戶和市場的需求,通過找到用戶實際需求改善點和提升點,去除華而不實的系統功能。(2)便利性原則。便利原則首先應當考慮智能家居系統開發的成本和難度,設計系統時盡量使用無線傳輸技術,避免因布線問題為施工工作增加難度。其次,對于智能家電的控制可以采用多終端交互模式,如智能家電可以通過語音控制、自動控制、中控面板控制、人工控制、手機控制等,這樣設計主要目的是讓用戶可以在任何地點和任何時間對智能家電進行管理,提高智能家電利用率。(3)擴展性。擴展性一般是指智能家電在硬件和軟件方面具有較強的兼容性,可以實現智能家電之間的無縫連接。在設計智能家電系統時需要遵守相關標準,平臺、終端與網關設計為標準化接口、統一協議;在系統硬件結構設計方面需保留數據端口,如GPIO口、通信接口、空中升級技術(OTA),實現智能家居的升級[3]。

3 基于物聯網場景應用

(1)智能門鎖:作為家庭安防重要防線,智能家居為人們帶來生活便利的同時,也是家庭安全變得更加可靠,因此智能家居應用到門鎖上,只要打開門鎖,開鎖信息便會同步到手機終端,以便用戶實時掌握情況。智能門鎖與其他智能家居相互聯動,可以實現在打開門鎖時,其他智能設備自動開啟,為用戶的日常生活提供便利。比如用戶下班回家時,通過智能門鎖信號觸發熱水器的加熱和照明燈的開啟。(2)智能照明:基于ZigBee無線技術開發的智能為控制面變,安裝即可實現智能照明。另一種方式是通過將普通發光燈源更換為自帶聯網模塊的智能燈。不管哪一種方式,照明實現網絡控制后,用戶就能自行設定照明系統的開關、亮度以及照明燈的冷暖參數設置,讓傳統照明系統能更好地服務于用戶的需求的同時,還具有趣味性。(3)智能安防:若用戶家中出現非法入侵者,智能安防會及時將監控反饋的用戶手機終端上,并發出報警信息,以便用戶及時掌握情況[4]。(4)智能監控:用戶無論在任何時間或者地點都可以通過監控查看家庭情況,若有人獨自在家,可以通過終端遠程對講。若出現非法入侵情況,智能監控會記錄入侵者面部信息。(5)智能家電:用戶可以通過手機終端遠程控制智能家電,讓用戶在回家后即可享受智能家電帶來的便利。比如智能燃氣灶,打破傳統燃氣灶只能開關火、調火的局限,智能燃氣灶能自動協助用戶進行自動調火、自動關火,甚至是具備營養價值的智能烹飪曲線,讓用戶無需為中途調火而擔心。

在物聯網大數據與5G技術背景下,家居不只是一件單一產品,其可以與其他家電或者設備聯動,實現對生活環境的實施監控。5G技術的成熟,為智能家居帶了更多發展機會,5G技術有效更好的解決了智能家居信息網絡問題。5G技術的快速發展意味著智能門鎖、智能監控、智能家電、智能照明、智能安防等設備可以互通互聯,實現極速互控、互聯,不再需要擔心網絡延遲問題。

4 基于大數據場景應用

云計算平臺是智能家居的核心,沒有大數據的后臺支撐,所有的單個智能家居硬件都是沒有靈魂的。要讓產品真正地為人服務,為某個時間點、某個需求的服務,云平臺要提前自動預設好各種變化,這種方式也將是今年的核心模式[5]。

4.1 智能家居功能設置

智能家電要想發揮其最大價值,就需要提供超出用戶預期的價值。當單智能產品與5G大數據結合時,單臺的價值就會得以發揮。當一臺吸油煙機未接入物聯網時,僅僅只是提供功能服務,比如調風力大小、照明開關。一旦接入物聯網,通過對傳感大數據、用戶操作大數據進行模式運算后,就能預判用戶在開機時是否需要照明、在烹飪時是重油還是輕油煙并匹配最佳的風力檔位;當產品與物聯網5G技術、大數據結合,這臺智能產品就能發揮出遠超其本身的價值。

4.2 智能家居場景設置

智能家居主要業務場景集中在家庭娛樂,廚房家務,能源控制和家庭安防等細分領域,核心是通過多個家電產品的聯動服務來滿足用戶同一情景的多個需求智能家居通過與用戶的交互過程以及其自身傳感獲取的數據,不斷對用戶生活習慣、生活方式等信息進行整理分析,并在后續與用戶日常交互中,逐漸完善更豐富的信息,然后通過智能算法模型對用戶行為進行標簽分類。在獲得用戶的需求畫像后,服務器就會推送給用戶更合適的智能情景。比如識別到用戶經常出差,云端就推薦用戶選擇假日模式,在這種場景下,用戶家里的洗碗機會啟動干燥通風功能、門窗系統啟動實時漏雨監測、門禁系統啟動陌生人識別報警等;用戶在書房閱讀學習時,智能燈光會根據不同的使用場景調整燈光效果、空調系統會實時監測室內溫度,為用戶帶來舒適體驗;在用戶休息時,環境監測系統會自動凈化臥室空氣,保證用戶睡眠質量、睡眠監測系統會實時監測用戶的睡眠情況,作為健康數據參考[6]。

5 5G技術未來應用場景

以往的通信技術解決了人們進行溝通和交流的問題,這一技術在全新的5G網絡下將發生應用場景的變化,對于人、場、景等發生了徹底改變,能夠利用全新的科學技術改善人類的原有生活,并對原有的生活習慣進行全面顛覆。5G技術的發展仍然保留著原有的基本功能,但是在原有功能基礎上發生了較大改變,能夠利用網速的傳輸解決更多的應用問題。而且,5G技術的普及從應用場景上來看將對人類的部分生活發生較大改變,一方面物聯網讓信息得到更好的采集和分發,經過高速的網絡傳輸能夠更為便捷的指導和服務我們的生活。

5G技術的不斷成熟,在逐漸給人類生活帶來巨大的改變,通過網絡與科技的融合能夠讓人們的日常生活更加便利,也為智能家居領域帶來較大的利好。通過技術變革能夠促進家電行業變革,從而進行技術創新和產品的迭代升級,通過不斷完善產品功能來滿足消費者的應用需求。

比如:可以與用戶進行語言的交流和溝通,對于當下的獨居老人來說可謂是內心寬慰不少,能夠及時通知老人吃藥,并且能夠及時通過數據傳遞告知緊急聯系人關于老人的突發狀況等。通過高速的數據信息傳遞能夠讓使用更加高效,切實解決了科技精準觸達的作用,并且讓智能家居的應用性進一步放大。

6 結語

綜上所述,物聯網技術、5G技術的迅速發展以及在各個領域中廣泛的應用,使生活中的設備、家電以及通信等變得更加便捷和高效。在網絡通信技術迅速發展影響下,各種通信協議和系統架構不斷涌現,新產品、新技術琳瑯滿目。智能家居的開發為人們的日常生活帶來了極大的便利,同時也改變了傳統的生活方式。人工智能、5G技術、物聯網技術等在智能家居中的應用,不僅是社會需求的重要體現,而且也是智能家居不斷發展的需求。

引用

[1] 陳鑫.移動互聯網時代5G技術應用與發展趨勢研究[J].中國新通信,2018,20(22):162.

[2] 龔皓.對5G時代下Zigbee構建智能家居的探析[J].電腦知識與技術:學術版,2019,15(27):26-27.

[3] 趙少娟,朱正鍵,龔學源.智能家居發展研究與運營商發展策略建議[J].電信快報:網絡與通信,2019(5):29-32.

[4] 馬躍.基于物聯網技術的智能家居安防控制系統[J].信息與電腦,2020,32(17):124-126.

[5] 譚華,馬靜莉.基于物聯網與大數據的智慧校園建設研究[J].無線互聯科技,2019,16(11):25-27.

[6] 肖尚立.基于物聯網的智能家居安防監控系統設計與實現探討[J].現代制造技術與裝備,2019(7):122-123.