现代智慧家庭及其物联网模式的实现

摘要：物联网被称作是计算机和互联网之后的第三次信息革命浪潮，“感知中国”战略的提出让我国在這次技术变革中勇立潮头。而以物联网和互联网为基础的智慧家庭理念正在成为现实，悄悄改变着我们的生活。广大家庭消费者以及各大知名企业如海尔、TCL、美的、海信、华为、中国电信、中国移动等企业纷纷推出智慧家庭解决方案，帮助人们实现“身在外，家在身边；人在家，世界在眼前”的生活理念。本文就从智慧家庭的概念说起，详细介绍了物联网的工作原理及其主要技术、智慧家庭的分层结构和功能实现，让人们对智慧家庭服务系统有了一个简单认识，最后对基于物联网的现代智慧家庭的未来提出了展望。

关键词：智慧家庭；物联网；智能服务

1 智慧家庭简介

1.1智慧家庭的概念

随着科技发展和人民可支配收入的增加，智慧家庭逐渐走入了人们的视野。智慧家庭就是利用相关技术让各种家居设施为我们提供智能服务的居住环境，这些技术包括互联网技术、物联网技术、无线网络技术、人工智能和云计算技术等新一代信息技术，据此建立一个安全舒适、高效智能的家庭网络和服务系统。利用通信网络连接主要家居设备以及服务的智慧家庭是以服务于人为最终落脚点，通过家庭远程控制和家庭自动化，创造出健康、安全、舒适、便捷的个性化家居生活。

1.2智慧家庭的发展和现状

物联网从提出到现在经过近20年的发展，已经广泛渗透到社会各个领域，也被称为继计算机、互联网之后的第三次信息革命浪潮。紧随其后，以互联网和物联网为基础、依赖于新一代信息技术的智慧家庭出现在人们的视野。国外在这方面发展较早，但我国追赶的脚步非常快，，从出现部分行业标准到施行国家标准以至于相互兼容，从开发智能家居设备到现代家庭智能服务的品质升级，我们仅仅用了不到十年的时间。

据预测，到2020年，我国智慧家庭潜在市场规模将达到5.8万亿元，发展空间巨大，专业人才紧缺。智慧家庭在科幻大片中描述的场景已经成为现实：下班之后坐上能够智能识别回家路程的私家车，进门前家中空调自动开启调节室内温度，进门后电视打开并转到新闻频道，饭菜已经做好，雨天能自动关窗户，还可以随时随地监控家庭内部情况。可以说，“智慧家庭”正在悄悄改变着我们的生活。

2 物联网技术简介

2.1物联网概念

物联网（Internet of Things，IoT）是在互联网的背景下，人们利用各种信息传感设备把需要的各种有关物体或过程的信息采集上来，实现物品与网络连接，以方便人们对物品的识别、管理和控制。它是在RFID、互联网和现代通信技术的基础上发展而来，是互联网的拓展应用，大到全世界，小到家庭中的每一个物品都能够通过一定的技术连接到网络之中，进行信息交换和通信。

2.2物联网结构

物联网的基本结构体系分为感知层、网络层、服务层及应用层，如图1所示。

感知层是由各种传感器组成感知终端，这些终端设备就如同人的“五官”，利用RFID、传感技术、多媒体信息采集和实时定位等典型技术，感知识别物体，采集各种传感信息、物品属性或者地理位置等信息。网络层则像人的“神经系统”，通过各种有线网络和无线网络，把传感器获得的海量信息安全可靠和无障碍的向上传送，担当了协调传输的职责。服务层就像人的“大脑”，综合运用各种计算技术和数据库等技术，对网络层传输来的各种数据进行智能计算并存储，实现物联网数据的挖掘、处理、利用、安全和隐私保护，为应用层提供智能决策。应用层是物联网和用户的接口，在系统结构中处于最高层，它类似人的“四肢”，在经过收集、传递和分析处理信息的基础上完成某项任务，它与行业需求高度结合，实现物联网的智能应用。

2.3物联网应用的主要技术

2.3.1传感器技术

传感器是一种能够感知识别被测量物体的信息，并将获得的信息，按一定规律加以转化和输出的电子设备。传感器可划分为五大类：光敏传感器（视觉），声敏传感器（听觉），气敏传感器（嗅觉），化学传感器（味觉），压力、温度、流体传感器（触觉）。传感器在工作中对自身的灵敏度、精度、稳定性与可靠性等指标都有较高的要求，它是物联网的“眼睛和耳朵”，是物联网获取准确真实信息必不可少的组件。

2.3.2无线通信技术

通信技术在网络层中起着重要作用，而物联网应用的主要通信技术是WiFi、4G、蓝牙（Bluetooth）、红外线等无线通信技术。

（1）WIFI：Wireless Fidelity的缩写，是允许电子设备连接到无线局域网的技术，又称802.11b标准。目前WIFI的工作频段主要有2.4GHz和5.0GHz两种，理论上的传输速度最高分别可达150Mbps和800Mbps，覆盖范围从100m-300m。

（2）4G：指第四代移动通信技术。4G集合了3G与WLAN的优势，以100Mbps以上的速度传输数据、音频、视频和图像等，比目前的家用宽带ADSL快几十倍。4G是当前智能手机的主要通信方式，其后还会出现5G。

（3）ZIGBEE：是一种基于IEEE802.15.4标准的短距离无线通讯技术。它具有低功耗、低成本、低速率、近距离、短延时、高容量和高安全的特性。这一技术能够嵌入到各种设备中，广泛应用到工农业生产和人们生活的各个领域，比如车辆自动控制、家庭和楼宇自动化、医用设备控制等。

3 智慧家庭的组成和原理

3.1智慧家庭的组织结构

根据物联网的四层架构，智慧家庭相应分为终端层、网络层、平台层和业务层，如图2所示。

终端层主要包括电脑、智能电视、智能手机、平板电脑和智能可穿戴设备等电子产品，它们既是系统结构中的信息感知设备的交互端，又是智慧家庭服务发挥作用的场所和呈现端。网络层指的是各种有线宽带网络和无线通信技术，它是连接各终端设备与服务器平台的桥梁，是各类设备展开通信的基础。平台层是智慧家庭业务支撑与管控的中心，对上支撑各类家庭应用，对下统一管理各种智能家居设备及终端，既是未来智慧家庭业务的统一入口，又是多方合作的接入平台。智慧家庭服务最终目的是满足人们的需求，因此，业务层直接体现了智慧家庭在智能家居、信息服务、健康管理、远程教育和家庭安防等方面的功能与服务。由以上四层结构组成的智慧家庭将给用户带来一个全新的家，当你对新家不满意时，只需对原有设备做些变动而不用做重新“装修”，它就可以为我们提供更加舒适、健康和高品质的生活享受。endprint

3.2智慧家庭运作模式以及相关技术

3.2.1智慧家庭的运作模式

几乎所有的智慧家庭应用都会涉及到平台、网络与终端的联动，并共同构成一个完整的业务体系。首先，智慧家庭中的传感器侦测到某种条件变化，然后通过网络层传输到应用平台，应用软件结合用户的要求作出判断和决策，反馈给平台层进行数据的处理，最后，通过网络传输给应用端的终端，终端根据所接受的信息来执行各种智慧家庭的功能和服务，从而形成了智慧家庭的闭环生态。例如当早上天亮时，智能窗帘控制系统根据用户设定的光照强度值通过感光器采集光照，当光照大于阈值时，其传感器将电信号通过网络层传输到平台层进行处理，处理后的结果被传输到窗帘控制器终端（服务层）来控制窗帘自动开启，整个过程无需用户控制即可自动化完成。而智慧家庭系统

3.2.2智慧家庭应用的相关技术

智慧家庭虽然基于物联网而产生，但是除了应用物联网最基本的技术外，还需要人工智能、云计算、大数据等相关技术的支持。

（1）人工智能是一门新的技术科学，是让机器像人一样去思考和行动，使之能够胜任甚至超过一些通常需要人类智能才能完成的复杂任务。人工智能可以将智慧家庭中的各种智能设备连接在一起，通过其强大的智能来更人性化地服务于人类。

（2）云计算最终要实现的就是将人们需要的各种服务作为一种公共设施免费或者有偿提供给大家，使人们能够像使用水、电、煤气那样使用计算机资源。在云计算模式下，用户所需要的应用和服务都存放在服务器上，我们仅需要一部智能手机或者其他智能设备通过互联网就可以实现按需使用，这就为实现智慧家庭的各種功能与服务创造了条件和提供了便利。

（3）大数据具有数量大、种类多、传播速度快等特点。大数据通常和云计算结合在一起，通过对海量的数据进行挖掘、分析和整理，提取出有价值的数据进行专业化处理，实现数据的“增值”。在大数据的推动下，智慧家庭领域的应用更加丰富快速，功能更多，个性化需求也更加突出。

4 智慧家庭的功能与服务

现代智慧家庭系统主要由智能家电、家居设备、安防监控和远程服务等子系统组成，如图3所示。未来的家用电器和家居设备通过嵌入智能模块，与家庭智能中心连接，根据自身的需求管理和使用设备。

在探索智慧家庭商业模式方面，国内外许多企业和研究机构展示出自己的设计方案。比如海尔建设U+智慧生活3.0，中国移动推出“和家庭”，科大讯飞与中兴微电子开发出能用东北话等7种不同方言控制的智慧家庭语音识别系统，创造出独具中国特色的智慧家庭方案。日本研究者更是把厕所变成诊疗室，只需在卫生间排尿，就可筛查与糖尿病、痛风等疾病相关的17项指标，再利用设在便器内的传感器检测尿液成分，通过无线方式将检测数据发送到云服务器进行收集和分析，然后反馈给用户。

如今的智慧家庭应用已经进入了全交互的场景生活时代，新技术与大数据为千万个家庭提供更精准的个性化服务创造了无限可能。未来的智慧家庭将会更智慧，生活也会更加美好。

5 智慧家庭的未来发展

智慧家庭的发展刚刚起步，还存在着诸如人工智能识别交流水平有待提高，智慧家居设备成本较高和个人安全隐私保护等问题。但是，它已经为我们描绘出了一个美好的未来。国家要加快基础领域的理论与应用研究，制定智能家居设备的统一标准，把智能模块作为家用电器、家居设备的固有组成，通过设备量产降低成本，推广使用。特别还要针对个人安全隐私制定相关规定，研发智能软件加强加密保护，预防病毒入侵。随着技术的发展和成熟，现代智慧家庭会给全体人民带来更加舒适的生活环境和高品质的生活服务。

参考文献：

[1] 戴刚， 刘沅杰， 郝俊华. 基于RFID的物联网研究与应用. 广东通信技术， 2010（10）： 15-17.

[2] 金桦， 陈才. 我国智慧家庭多媒体发展现状与趋势. 电视技术， 2014，38（S1）： 26-29.

[3] 王力生. 智慧家庭解决方案与生态链研究. 电信技术. 2015（4）： 46-49.

[4] 中国电子技术标准化研究院. 智能终端与智慧家庭标准化白皮书. 2015，7.

作者简介：

郑一鸣：2000年生，河北省迁安市人，河北省唐山市第一中学。endprint