一种基于云端的物联网智能家居系统

屈晓平 李立现

摘要：针对目前智能家居设计方案中存在的问题，提出一种新的智能家居解决方案，该智能家居系统主要由环境感知、数据网络传输、云端数据库、用户应用端四个部分组成。由于云端数据存储的的诸多优点，保证了系统数据的稳定和可靠，降低了用户使用的门槛，为智能家居产品快速进入普通家庭消费奠定基础。

关键词：传感器；无线网络；云端数据库；客户端软件

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）03-0238-02

A Smart Home System Based on Cloud Computing

QU Xiao-ping， LI Li-xian

（Information Science and Technology Institute of Jiujiang University， Jiujiang 332005， China）

Abstract： In the current ，the smart home design existing the problems， puts forward a new intelligent home solutions， the system mainly consists of the environmental perception， data network transmission ， cloud database， client software. Due to the advantages of cloud data storage， ensure the data is stable and reliable， lower the threshold for the user， the smart home products go into the ordinary household consumption.

Key words： sensor； wireless network； cloud database； client software

随着社会的发展，技术的进步，人们对家居生活的质量要求越来越高，家庭环境的智能化就是人们家居生活的追求目标之一。随着家用传感器市场的日益成熟，生产成本的降低，为家居生活的环境感知提供了技术保障和经济可行性。无线传感器网络的发展，为感知数据的采集、传输、汇集提供支持。家庭宽带网络的普及，为汇集的数据远程传输提供了保证。大数据环境下的数据云端存储提高了感知数据的可靠性、可用性和共享性，为智能家居系统的标准化，模块化、系统化提供了帮助。互联网终端设备的多样化，提高了用户智能家居的体验，为智能家居市场的繁荣奠定了基础。在过去的一段时间里，智能家居系统主要以产品为主，大部分产品都只兼容自己的设备，各种接口都因产品的不同而不同，缺少统一的管理，产品之间的兼容的差，系统中的模块都是随意集成，缺乏统一的规范，不同公司的产品基本功能相同，但上层和下层的接口都有自己的标准。在智能家居整个行业的发展过程中，这些非标准化、兼容性差、数据孤岛、硬件成本居高不下等问题一直制约着智能家居市场的规模化、普及化。云计算的引入实现了数据共享，建立了可靠的、稳定的、可扩展的智能家居系统，将传统智能家居中的孤岛数据保存到了远程云端数据库，对数据库中数据进行分析处理，为用户提供各种便捷可靠的应用服务。

1 系统总体设计

整个智能家居系统是由四个部分组成，分别是环境感知部分、数据网络传输部分、云端数据库部分、用户应用端部分。环境感知部分主要是由各种传感器和控制器组成，实现环境信息的采集和智能设备的控制。数据传输部分主要实现感应结点数据向云端数据库传输和控制数据由云端数据库向控制设备结点传输。云端数据库部分主要存储来自不同家居环境的感知数据，然后对数据进行分析处理，为用户提供环境控制的最优化方案，保存用户对优化方案的选择和修改。用户应用端主要是按照用户意愿获取相关环境感知基础数据，提供环境控制优化方案，辅助用户选择和修改方案，实现人性化和智能化的家居环境。

2 环境感知模块

环境感知部分主要由感知部分和控制部分组成。感知部分主要根据家庭环境的需要设置相应的传感器，实现环境信息的感知，将感知的数据从传感器以各种形式传送到终端结点，终端结点通过各种方式接口实现各种感应数据的采集，然后将数据数字化，最后按照规范的表述方式将数据标准化，为数据网络传输、云端数据库数据存储、用户应用的规范化奠定基础，为下层传感器厂商设计标准的接口提供依据。控制器部分主要是对各种设备的进行控制，不同的设备也有不同的控制方式，终端结点控制器接口的规范化也为设备控制厂商提供了标准的控制接口，提高了系统的兼容性。

在智能家居系统中，需要感知的环境信息主要有温度、湿度、燃气、烟雾、二氧化碳浓度、光强、甲醛浓度、粉尘浓度及各种家用电器设备的状态等信息。控制器需要控制的设备主要有空调、冰箱、洗衣机、微波炉、电饭锅、加湿器、门禁系统、窗帘系统、灯控系统和各种报警器系统等。在环境信息的感知和家电设备的控制过程中，规范的接口方式是关键。规范的接口能促使企业标准化生产，降低产品成本，为智能家居的普及奠定了良好基础。

3 数据网络传输模块

3.1 无线传感器网络数据传输

无线传感器网络通过自组网实现家庭各终端结点数据在终端结点和网关结点之间传输，数据的传输过程可以是直接由终端结点传输到网关结点，也可以是通过中继结点实现数据在终端结点和网关结点的间接传输。在系统的终端结点数据处理中数据能按照既定的规范格式将数据标准化，这将为数据在结点之间快速的传输提供了便利，提高了传输的效率，方便了各结点对接收数据处理。

数据的传输方向分为上行和下行，上行数据主要是感知状态数据，数据传输的方向是从终端结点到网关结点，下行数据主要是控制数据，数据传输的方向主要由网关结点到终端结点。由于该方案是基于云端实现智能家居系统的，数据的标准化过程中不仅要考虑传感器的种类和编号信息，还要考虑该信息的时空状态，这将会为上层的云端数据应用提供基础。

3.2 家庭无线宽带网络数据传输

无线传感器网络的网关结点通过与家庭无线路由进行数据交换，将环境感知信息传输到远程云端数据库，将远程云端数据库中的控制信息传出到网关结点，实现感知数据云端存储和控制数据终端结点接收。在这个过程中，由于数据的传输经过了无线传感器网络和Internet网络，异构网络的数据传输中应注意网络拥塞和数据一致性问题。

4 云端数据库模块

云端数据库主要是存储智能家居系统获取的基础感知数据，然后按照应用需求对数据进行加工处理，获取优化方案，辅助用户选择和修改，真正实现家居智能优化。例如，家庭燃气泄漏与预警，家庭水路管网预警，家庭空调恒温自平衡系统，家庭防盗预警系统等。引入云计算后，系统能按照用户需求定制用户应用，用户按照自己的需求购买相应的硬件设备装置，提高了用户的主动性，满足了用户个性化的需求，降低了用户使用该智能家居系统的门槛，促进了智能家居产业的正向发展。在这个智能家居系统中，基础数据是开放、家庭用户信息是私密的，业务是集成的，服务是智慧化的，计算处理是分布式的，而用户单元是异构的，体现了服务的个性化和人性化。

云既有公有云，也有私有云，同时还存在一种混合云。公有云一般是面向公众的，私有云一般是面向企业服务的。混合云就是指在用户应用中按照应用需求，需要使用公有云的时候就使用公有云，需要使用私有云的时候就使用私有云，系统中的应用需求是相互独立，但在云平台的内部他们是相互交融，这样就可以充分的发挥混合云的优势，为用户应用需求服务。

5 用户应用端模块

云端按照应用需求对数据进行各种优化，提供各种可行的方案，用户按照自己的需求在应用端进行选择，系统提供相应的服务，在用户应用中，系统按照用户的定制，提供用户需求的基础感知数据，有针对性的提供智能设备的优化控制方案，让智能家居真正智能化。

用户应用终端设计中考虑了用户使用网络的习惯，既能使用PC机终端实现智能家居的应用服务，也能通过手机终端相应的应用APP实现应用服务。

6 结束语

本文主要解决了传统智能家居系统中存在的产品兼容、数据孤岛等问题，通过对传统智能家居系统的改进，通过实现智能家居软硬件模块接口的标准化，引导智能家居产品迈向的标准化。通过在传统的智能家居系统中引入云和大数据，克服了现有智能家居系统重复建设问题，大大提高了智能家居系统的开发效率，使系统更具健壮性。

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