浅谈基于物联网的智能家居

梁星

一、 物联网的概念及体系结构

1.1物联网的定义

物联网（Internet of Things）是在互联网基础上的延伸和扩展的网络，利用通过射频识别（RFID电子标签）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

1.2物联网的架构

从物联网在当下的应用需求分析，分为以下三个层次：感知层、网络层、应用层。

1、感知层：数据的采集和感知。该层的主要功能是通过各种类型的传感器对物品静态/动态的信息进行信息获取与状态辨识，在线计算与控制，并通过接入设备将获取的信息与网络中的其它单元进行资源共享与交互。

2、网络层：该层的主要功能是以IPv6/IPv4为核心建立的互联网平台，通过现有的互联网、广电网、通信网或者下一代网络NGN，远距离无缝传输来自传感网所采集的巨量数据信息；它负责对传感器采集的信息进行安全无误的传输，并对收集到的信息进行分析处理，并将结果提供给应用层将网络内的信息资源整合成一个可以互联互通的大型智能网络。

3、应用层：主要包含应用支撑平台子层和应用服务子层。应用支撑平台子层用于支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享互通的功能；应用服务子层包括智能交通、智能家居、智能物流、智能电力、远程医疗与健康监护等行业应用。

二、智能家居

智能家居是以住宅为平台，兼备建筑、网络家电、通信、家电设备自动化、远程医疗、家庭办公、娱乐等功能，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。

2.1 物联网智能家居的发展背景

智能家居是在互联网影响之下物联化的体现。智能家居通过物联网技术将家中的各种设备（如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、网络家电等）连接到一起，提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，提供全方位的信息交互功能，甚至为各种能源费用节约资金。

2.2物联网和智能家居的发展

物联网通过利用传感、网络与通信等多种最新的技术，物联网技术实现了物与物、物与人之间的智能化连接与沟通。智能家居作为一个新生产业，处于一个导入期与成长期的临界点，市场消费观念还未形成，但随着智能家居市场推广普及的进一步落实，培育起消费者的使用习惯，智能家居市场的消費潜力必然是巨大的，物联网的智能家居的发展产业前景光明。

三、智能家居系统功能

3.1智能控制功能

智能控制功能主要包括家电控制、灯光窗帘控制、背景音乐控制、空调控制、地采暖控制和家庭影院等系统的控制，具体包括集中控制、远程控制、条件控制、情景控制和自动控制等功能。

3.2家庭安防功能

家庭安防功能主要包括闭路监控电视系统、门禁系统、报警系统三个方面。

一些先进的智能家居系统中，可以由远程集中录像服务器进行录像，发生报警情况时可进行远程调用录像资料，起到防破坏的作用，多见于大型报警运营商的监控系统。家庭门禁系统多应用与住宅楼的楼栋出入口，集成在门口主机之内。家庭防盗报警系统是一种最常见、最实用的智能家居应用，被广泛应用与住宅环境中。适合住宅实用的安防探测器主要包括门窗磁、被动红外探测器、微波探测器、烟感探测器、燃气泄漏探测器、紧急按钮和玻璃破碎探测器等。

3.3智能家居系统的特点

智能家居系统特点主要是有这么几点：一、随意照明，也就是说可以控制任何一盏照明，智能家居系统还具有软启动的功能，可以使得灯光按照自己的需要来调节，具有节能环保的功能。二、简单安装，这种智能家居系统安装很简单，不需要进行复杂的布线以及破墙等，智能家居系统可以跟灯具以及家电、网络、电话等相连接，可以将所有的子系统连接起来进行控制，可以实现远程控制；三、具有扩展性，智能家居系统除了跟家里面现有的设备相连接之外，也可以对其他的设备相连接。

四、系统开发工具

该部分主要介绍系统所采用的技术及开发工具，涉及采用的架构包括ZigBee技术的模块、无线传感器网络（WSN）、GPRS通信模块等。

4.1 ZigBee技术

ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。ZigBee协议从下到上分别为物理层（PHY）、媒体访问控制层（MAC）、传输层（TL）、网络层（NWK）、应用层（APL）等。物理层分别是2.4GHz物理层和868/915MHz物理层，它们都基于DSSS（直接序列扩频）技术，使用相同的物理层数据包格式，区别在于工作频率、调制技术、扩频码片长度和传输速率。数据链路层分为逻辑链路控制子层（LLC）和介质访问控制子层（MAC）。网络层采用基于ad hoc技术的网络协议，功能包括拓扑管理、MAC管理、路由管理和安全管理根据节点的不同角色。应用汇聚层负责把不同的应用映射到ZigBee网络层上，包括安全与鉴权、多个业务数据流的汇聚、设备发现和业务发现。应用层定义了各种类型的应用业务是协议栈的最上层用户。

4.2 无线传感器网络

无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。

无线传感器网络所具有的众多类型的传感器，可探测包括地震、电磁、温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等周边环境中多种多样的现象。基于MEMS的微传感技术和无线联网技术为无线传感器网络赋予了广阔的应用前景。这些潜在的应用领域可以归纳为：军事、航空、反恐、防爆、救灾、环境、医疗、保健、家居、工业、商业等领域。

4.3 GPRS通信模块

GPRS经常被描述成“2.5G”，也就是说这项技术位于第二代（2G）和第三代（3G）移动通讯技术之间。它通过利用GSM网络中未使用的TDMA信道，提供中速的数据传递。

通过GSM网络实现了手机终端与智能家居系统远距离双向通讯，突破了对传统有线距离的约束，达到远距离接收、发送通讯信息，并且具有很高的模块化程序和可扩展性，智能化程度高。物联网智能家居系统是嵌入式控制终端系统，模块的嵌入式智能产品，它很好的改善了家居的环境，满足了家庭的娱乐需求。

五、结束语

物联网说到底是为人类服务的，而人类的家居生活已经形成了几千年并在可预见的未来人类将继续和长时间生活的居所中。仅从这一点来看，一个离开智能家居的物联网将成为无水之源，无本之木。智能家居是所有物联网应用中最重要最基础的应用已成为全球共识！综上所述，将物联网用于我们生活中，使我们生活在一种更加放心、舒心、安心的生活里，把被动静止的事物结构转变成具有能动和智慧的工具，提供全方位的信息交换功能，使信息交流更加畅通，优化了我们的生活方式，提高了生活的质量。endprint