基于传感器网络的智慧酒店系统研究

黄崎 康建成 黄晨皓

摘  要： 酒店需要提升其智慧经营、服务和控制的能力。通过对相关企业调研，以及对传感器网络技术的应用研究和实验，得出，在酒店构建ZigBee的应用网络，采用无线传感器网络技术，在多媒体接入控制（MAC）层上执行IEEE802.11e升级标准，可以实现酒店4级优先业务管理模式。使酒店在构建第三方软件信息融合的平台上，进行统一信号处理、存储、计算与反馈，满足智慧服务和控制的应用需求。

关键词： 酒店; 无线传感器网络; 信息融合; 控制技术; 应用需求

中图分类号：TP393          文献标志码：A     文章编号：1006-8228（2015）07-07-03

Research on smart hotel system based on sensor network

Huang Qi1， Kang Jiancheng2， Huang Chenhao3

（1. School of Tourism， Shanghai Normal University， Shanghai 201418， China; 2. Urban Ecology and Environment Research Center， Shanghai Normal University; 3. School of Mechanical Engineering， TongJi University）

Abstract： Through the investigation of relevant enterprises， research and experiment of sensor networks and its application， we can conclude that hotels can achieve the level four priority business management model， after construction of ZigBee networks， implementation of wireless sensor networks and execution of IEEE802.11e standard upgrade on multimedia access control （MAC） layer. Hotels could then process， store， compute and feedback signals on a third-party software integration platform， which will meet the requirement of management intelligence， service intelligence and control intelligence.

Key words： hotel; wireless sensor networks; information fusion; control technology; applications requirements

0 引言

⑴ 研究背景

我国酒店业（Hospitality）经历了持续多年的高速发展，近5年的数据统计表明，全国星级酒店总数均值约12800家[1]，酒店是旅游业的重要支柱产业之一。但目前我国酒店业在经营管理上应用科技含量不足、知识密集程度不高，智慧酒店的建设是酒店业由传统服务业向现代服务业转变的突破口。在业界对智慧酒店发展方向比较公认的有三大应用领域：智慧经营、智慧服务、智慧控制。在经营上酒店充分应用了电子商务和网络技术，市场营销发展迅速，但对入住酒店客人体验和感受较直接的智慧服务和控制，研究和应用还较少。经过对上海地区高星级酒店和相关IT企业调研发现，对于智慧服务和智慧控制的研发和应用推广，在众多技术中，应用无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN），构建智慧酒店控制服务平台是一个可行的技术解决方案。

⑵ 文献综述与调研

鉴于智慧酒店的概念，社会需求与应用迅速发展和扩大，对智慧酒店研究也逐步升温，通过中国知网（CNKI）并以主题词“智慧酒店”的检索，2008年前相关文献几乎为零，2008～2013年期间，以该主题论文篇数均为个位数，2014年以来相关主题词的文献为18篇，但以客人体验为目标的智慧控制文献相对较少。智慧酒店在探索中前行，对酒店管理和服务做系统或者局部的智能化将是今后酒店产品升级换代的必然选择，是酒店业发展的趋势之一[2]。文献[3]通过对南京智慧酒店进行实地调查，认为行业对智慧酒店缺乏共识并存在认识误区，智慧客房建设水平较低，智慧酒店的建设缺乏统一标准。其实市场需求已使我们认识到，发展智慧旅游有利于提高旅游者在旅游活动中的便利性与自主性，使旅游产业发展水平达到新的高度 [4]。作为酒店业发展与信息产业融合的产物，智慧酒店将是集客人体验，酒店和旅游企业上下游之间在信息平台上进行人与人、人与物、物与物之间在协同运作框架下的期望系统，其目标是提升酒店的服务价值和客户良好体验。在探索智慧酒店内涵的同时，要加强研究其酒店企业的应用性、可操作性和体验性。例如，设计基于无线传感器网络的酒店冰箱计费系统等，解决酒店的实际管理控制问题[5]，有助于实现对酒店客房中小酒吧食品质量和数量的控制，达到智慧控制的目的。为此，我们调研了华东地区的高星级酒店26家和相关IT企业9家。84.6%的酒店对此有应用需求，但都对酒店工程系统控制提不出整体解决方案。相关IT企业有整合信息的想法，但需要统一的平台和相应的技术标准。

1 酒店无线传感器网络整体架构

1.1 需求分析

客人进入酒店的体验可以分为物理环境、感情氛围等正/负面的体验，本研究以物理环境的体验为主体，其包含：酒店各个区域温度、湿度、空气清洁度、背景音乐声压、光环境模式等。同样在管理上也有一系列的需求，转化成智慧酒店的控制服务领域，具体见表1。这些领域的控制，给客人带来了便捷，给酒店带来了效益。例如对酒店客房的温/湿度自动控制，即要满足客人的体验舒适度，又要有效控制空调系统的能耗。按标准酒店夏季温控应该在24℃～28℃[6]，但酒店可以根据该客人历史体验温控数据进行个性化地控制，如年龄较高的客人在夏天并不需要太低的温度，控制在27℃～28℃，这样既满足客人体验需求又能节能减排。对酒店综合能耗（Hotels comprehensive energy consumption）的研究，得出酒店的空调和暖通系统是高能耗的工程系统，对酒店的空调和暖通系统的智能控制，可降低其综合能耗[7]，这样既达到了对客人的个性化服务，又降低了酒店的营运成本。

表1  酒店智慧控制的主要需求列表

[需求方＼&需求＼&酒店工程系统＼&客人体验＼&温度、湿度＼&空调、暖通系统＼&背景音乐＼&音频系统＼&光照＼&灯光照明系统＼&水温＼&给排水等系统＼&酒店管理需求＼&火警探测＼&消防报警系统＼&安防监控＼&视频监控系统＼&客房酒吧计费＼&计费系统＼&客房门禁＼&客房磁卡门禁系统＼&入住登记、结账等＼&酒店管理信息系统＼&]

1.2 酒店无线传感器网络整体架构

无线传感器网络（WSN）可以集信息采集、信息传输、信息处理于一体实现智能信息系统，传感器技术可以综合酒店各个工程系统的控制参数和管理系统（MIS）信息，应用网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，对酒店整体和客人个性化服务。此处有几个关键技术的应用。①网络环境：可以采用ZigBee技术，即短距离、低速率、低功耗、低成本的无线传感器网络技术，适应酒店建筑和营运环境多变及灵活的特征。②多传感器技术的应用：为解决酒店应用传感器多品种的问题，需采用多传感器阵列技术、多传感器的管理等，同时解决多传感器技术中静态特性标定、动态特性分析、误差分析等，以实现酒店传感器信息融合，完成基础性技术层的构建。③无线多媒体传感器网络媒体接入控制技术（Medium Access Control，MAC）：采用IEEE802.11 MAC协议[8]，采用二进制指数退避算法，网络中各个用户节点按照分布协调功能（Distributed Coordination Function，DCF）。为了实现区分服务机制的竞争策略，可采用IEEE802.11的升级标准IEEE802.11e[9]。在IEEE802.11e中，采用增强型分布式信道访问，建议优先级业务为4级别，不同优先级业务分配不同的参数值[10-11]。第1级处理酒店安全性信号，如酒店感烟、感温、防盗等传感器信息;第2级处理客人基础性管理信号，如门禁传感器、酒店繁多的计费信息;第3级处理体验式传感器信号，如温湿传感、声压传感、光照、空气清洁度等;第4级为管理信息传递，主要用于为客人服务的RFID技术，如应用于服务接待、入住登记、结账、娱乐、餐饮等。许多服务可以在客人抵达服务区域之前，为客人提供个性化服务的准备，以达到精准服务的目标。④构建第三方软件平台，统一处理信号的处理、存储、计算和反馈。构建多传感器系统如图1所示。在网络控制上，可以对不同类型的传感器进行分级信息传递和控制，通过非协作区域的协同进行统一信号处理，并传输到管理域，最终进行数据处理和反馈控制，达到其控制目标。整个传感器网络控制可以应用客人使用的各种RFID技术，迅速传递客人的需求服务信息，达到智慧服务和控制。如图1所示。

图1  基于多传感器网络技术的智慧酒店控制模型

2 仿真与分析

模拟酒店的公共区域，采用DK-IOT101物联网开发套件，选择感烟、温湿度、磁卡门锁（RFID）、人体照度传感器等相应的传感器进行试验，试验是从管理需求出发，针对可控性、可观测性及响应时间进行测试，其相应时间数据采集如图2所示。如增加传感器和节点数，响应时间会相应的延迟，目前为50节点数，单系统响应时间基本控制在T≤2s。整个系统的算法还需进一步研究以提升算法性能，这样可以在更大范围实现酒店信息的交换和控制。

图2  基于DK-I0T101开发套件的酒店部分传感器实验曲线

3 结束语

本文提出基于传感器技术的智慧酒店构建，是在目前酒店已经部分采用或将要采用的传感器基础上进行整合的技术方案，该通过模型的构建和实验，可以得出可行的框架。在采用ZigBee网络技术和多传感器阵列技术环境下，无线传感器建议执行IEEE802.11e标准，并提出适应酒店增强型分布式信道访问和4级别不同优先级业务分配不同的参数值，通过套件实验，整体节点数在50以内，基本可控响应时间小于等于2s，同时需构建第三方软件平台，实现统一的信号处理，为智慧酒店的构建提供技术层。基于传感器技术的酒店智慧服务与控制的应用推广，为酒店业的转型提供技术基础。

参考资料：

[1] 国家旅游局监督管理司.2014年第四季度全国星级饭店统计公报

[EB/OL].http：//cnta.gov.cn/html/2015-2/2015-2-15-%7B@

hur%7D-47-18780.html

[2] 李臻，朱进.智慧酒店—酒店产品升级换代的必然趋势[J].镇江高专

学报，2013.1.

[3] 蔡蓉蓉，顾婷婷等.南京智慧酒店现状及发展趋势研究[J].对外经贸，

2013.10.

[4] 付业勤，郑向敏.我国智慧旅游的发展现状及对策研究[J]，开发研究，

2013（4）.

[5] 李诚.基于无线传感器网络的酒店冰箱计费系统的设计与应用，

2011.

[6] 旅游饭店星级的划分与评定.中华人民共和国国家标准[S].GB/T

14308-2010.

[7] 黄崎，康建成，黄晨皓.酒店业碳排放评估与节能减排潜力研究[J].资

源科学，2014.36（5）：1013-1020

[8] 汪澄，龚玲等.IEEE802.11e 基于竞争的信道访问机制性能分析[J].

计算机工程，2006.32（6）：124-126

[9] Zhao Qinglin， Tsang D H K. An Equal-spacing-based Design for

QoS Guarantee in IEEE802.11e HCCA Wireless Networks[J]. IEEE Transactions on Mobile Computing，2008.7（12）：1474-1490

[10] Zhang Wei， Sun Jun， Liu Jing， et al. Performance Analysis of

IEEE802.11e EDCA in Wireless LANs[J].Journal of Zhejiang University Science A，2007.8（1）：18-23

[11] Putra E H， Supriyanto E， Din J B， et al. Cross Layer Design of

Wireless LAN Based on H.264/SVC and IEEE802.11e[C]// Proc. Of International Conference on Electrical Engineering and Informatics. Bangung，Indonesia： IEEE Press，2011.