物联网智慧家庭关键技术及应用

物联网智慧家庭关键技术及应用

王建国

中国移动通信集团设计院有限公司新疆分公司新疆乌鲁木齐830011

摘要：本文描述了智慧家庭的概念及应用、技术基础、未来发展等问题。

关键词：智慧家庭；智能家居；ZigBee等；

引言

智慧家庭又称为智慧家庭服务平台，是综合运用物联网、云计算、移动互联网和大数据技术，结合自动控制技术，将家庭设备智能控制、家庭环境感知、家人健康感知、家居安全感知以及信息交流、消费服务等家居生活有效地结合起来，创造出健康、安全、舒适、低碳、便捷的个性化家居生活。

1智慧家庭的兴起

物联网是继互联网之后下一代网络的发展方向，其核心概念是将人们周围的事物通过各种通信媒介连入到网络中以达到感知它们以及控制它们的目的。作为物联网领域的子研究方向，智慧家庭使用通信网络将家中的各种电子设备以及服务连入网络，以达到用户能够远程感知以及控制甚至是系统自动控制家庭的目的，从而为用户提供一个更加舒适、健康以及安全生活环境。

2智慧家庭架构

一个典型的智慧家庭的系统框架包括：

（1）家庭物联感知网。指由各类家庭电气电子设备终端组成的物联网络，如环境感知器、智能开关插座、智能水电气表、煤气探测器、烟感探测器、紧急报警按钮、照明设备、冰箱等其他家电等等组成的近距离低速传感通信网络。

（2）家庭IP局域网。由各种以太网终端及智能家庭网关组成。智能家庭网关是这该部分的核心部件，是家庭网络内部传输与控制的中心，同时也是家庭内部局域网与外部通信网进行通信的主要接口，实现家庭传感网的数据采集、汇聚及上传；远程化的控制与页面浏览；以及作为家庭多媒体中心，实现音视频信息的传输与处理。

（3）云平台云应用。实现智慧家庭的远程访问和管理，包括图像和各种报警信号的远程采集、传输、存储、处理等。数据经过判断和处理后以短信、微信即时消息、自动语音电话、互联网网页信息推送等多种方式通知给用户，并且供用户查询。

3智慧家庭的关键技术

（1）家庭物联感知网组网技术。ZigBee是一种新兴的短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本、网络容量大、低时延、安全、传输可靠的无线网络技术。主要用于近距离无线连接。它依据IEEE802.15.4标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。ZigBee可使用的频段有3个，分别是2.4GHz的ISM频段、欧洲的868MHz频段、以及美国的915MHz频段，而不同频段可使用的信道分别是16、1、10个。ZigBee2.4GHz频段被划分为16个信道，信道间隔5MHz，每个信道带宽是2MHz。ZigBee规范是由ZigBeeAlliance所主导的标准，定义了网络层（NetworkLayer）、安全层（SecurityLayer）、应用层（ApplicationLayer）、以及各种应用产品的资料（Profile）；数据传输速率低：20Kb/秒~250Kb/秒，专注于低传输应用。

ZigBee无线网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立。因此它具备简单、方便、稳定和低成本等特点。ZigBee是组建传感控制网络比较成熟的技术，广泛应用于照明/窗帘的自动控制、煤气计量控制、家用电器的远程控制、监控器的自动化控制、烟雾探测器/智慧型标签的信息采集管理等场合。ZigBee无线网络将各种传感器采集到的住宅内环境、设备等信息接入到家庭物联感知网网关，与智能家庭网关通信。采用zigBee作为内部网络可以很方便地将各种原先不具有通信接口的设备连接至物联网网关，不需要复杂的布线或者购买昂贵的带通信接口的家电。

（2）家庭IP局域网组网技术。家庭IP局域网分无线和有线两种组网方式。无线组网主要通过Wi-Fi技术，单点式的Wi-Fi已经无法保证好的体验，未来家庭网络覆盖将是分布式的多AP成网模型。有线组网可以有两种实现方式，一是通过小型以太网交换机实现，这种方式不足之处在于需要在家庭各个房间单元内布置网线，组网施工麻烦；另一种有线组网技术是EoC，这种组网不需要额外布置网线，利用家庭现有的数字电视同轴网络和EoC适配器终端，即可组建家庭局域网。

（3）云平台云应用。云计算是实现云平台云应用的关键技术。人们把数据中心的软件和硬件统称为云，所有的服务均放置于服务器端（云端），用户通过互联网应用系统按需使用。各种应用系统能够根据需要获取计算能力、存储空间和软件服务。云计算的主要服务形式有IaaS基础设施服务，PaaS平台服务，SaaS软件服务。IaaS的核心是资源虚拟化，PaaS提供平台可伸缩化，SaaS实现软件服务租赁化。云计算技术用于智慧家庭业务平台，能使该平台具有云存储、大数据分析以及资源共享、动态分配等优点，带来更好体验。

4智慧家庭的应用-智能家居

智能家居（英文：smarthome，homeautomation）是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。

智能家居可以定义为一个过程或者一个系统。利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、将与家居生活有关的各种子系统，有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间；还由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。

5智慧家庭的未来展望

智慧化的浪潮正席卷着各行各业，使得综合了互联网、计算处理、网络通讯、感应与控制等技术的智慧家庭将成为下一个蓝海市场。未来智慧家庭的发展趋势如何，总结如下几点：

（一）智慧家庭的一大卖点就是为客户提供安全的居住环境，其集成的安防系统就实现了这一目标，可以预见，智慧家庭系统安全将成为未来智慧家庭产品发展所需要解决的课题。

（二）系统能否接入更多的设备实现自身功能，能否与市场中的每个产品兼容，这是未来智慧家庭产品和系统关注的重点。此外，系统的升级能力也是用户关注的重点。

（三）作为“智慧家庭”中的重要组成部分，“智能家居”的概念虽然一直存在，近两年，智能手机、平板电脑开始普及，智能电视受到热捧，在物联网、云计算等新概念、新技术兴起之后，“智能家居”受到火爆关注。

（四）4G、5G等新一代信息技术驱动智慧家庭的发展及应用，国家对云计算、三网融合等的促进推动，这些都成为发展智慧家庭产业的强大驱动力，给智慧家庭产业的发展带来了机遇。智慧家庭作为下一个蓝海市场，应该开发出交互性更强、成本更低的智能终端产品和智能化系统去占领用户各种碎片化的时间，要让用户感受到智慧家庭产品是一个充满乐趣的、丰富交互的、智能的、简单实用的产品，新的商业模式能给用户带来全新的时尚、舒适、智能的生活体验。

参考文献：

（1）申斌，张桂青等，基于物联网的智能家居设计与实现，自动化与仪表，2013，28（2）；

（2）张飞舟，物联网应用与解决方案；

（3）葛广英，葛菁等，ZigBee原理、实践及应用。