基于移动通信网络的智能家居通信设计

邵俊嘉

（西北民族大学，兰州 730100）

智能家居这一概念从提出到应用，已经经历了20多年，其所涉及到的相关技术得到了全面的发展。从目前的发展形式来，其本身的表现形式已经趋于良性，开始进入爆发阶段。但由于通信技术的快速发展，使得更为成熟的通信技术应用形式来不及系统化沉淀。这就要求智能家居布局过程中，需要对其移动通信设计进行更为深入的思考。

1 智能家居的核心

现阶段，智能家居的核心内容主要在于信息化处理上，这和传统智能系统电器技术之间有着本质区别。这一核心，使得电器本身成为了独立的一部分，并建立起自动化、智能化、系统化的物联网。这实际上也就是家庭网络的另一种表现，家庭网络本身不仅是大量单元的集合，同时也是远程网络的一部分。通常理解来看，家庭网络将家庭网关作为管理核心，通过不同的组网覆盖，使得家庭中的家电、PC、智能终端、安防系统、照明系统都与移动通信网络连接起来，形成一个整体[1]。该技术也与运营商网络有着紧密的联系，属于宽带网络的重要延伸形式。而在这一过程中，主要涉及到智能家居的单元通信，在确保智能家居之间互相通信的同时，能够对外联系。我们利用广域网的大数据分析、数据库资源、模型运算资源等，使得今天的智能家居完成的任务远超出当初概念提出的相关内容。

2 智能家居通信业务需求分析

依据智能家居对于通信网络呈现出的不同需求，智能家居系统实际上可以划分为数据网络、控制网络两个环节。其中的数据网络，主要涉及到监控信息传输、影音共享、设备上网需要等，这就需要移动网络，来保障其高速通信的需要；控制网络，则主要通过移动终端的形式，来对家庭安防、环境、照明、温控等环节进行实时的控制和查询，这其中涉及到的是高频次、小包的数据业务。从大量实践经验总结来看，智能家居系统搭建过程中，对于移动通信需求有着以下的需求特征。

低移动性：智能家居设备通常是长期固定的，只有少部分设备会进行移动，但也只是低速性的移动。而针对其低移动特点，网络管理时可以大幅的延长移动性管理周期，进而促使网络开销得以降低，并减少终端的功耗，最大限度的利用无线资源。

延时：人们在智能家居控制需求上，需要的是随心所欲，也就是当主人发布命令后，控制网络便立即开始执行；安防系统，则是要实时的对于任何异常状况进行反馈。这些需要，都对通信网络的延时有着前提条件，必须尽可能低和快。

突发性和宽带化：智能终端需要能够全天候的发起业务，例如安防系统这一环节，就需要网络有着极大的覆盖范围，并保持高效素具传输，这就需要网络宽带化、移动通信化。

3 两种移动通信下的智能家居通信设计

相较于有线形式的网络，移动通信所呈现出的信道容量，是考虑的首位[2]。智能家居的移动数据通信时，其数据传输形式，是利用移动终端来与通信网络临时信道达成的传输目的。智能家居实际应用过程中，大量的应用了数据业务，其中，非实时业务环节，对于传输过程中的时延、误码率并没有太高的要求，并且能以信道共享的形式进行，虽然其中同样有数据突发性，但数据分组时也需要排队进行发送。处在这一要求下，其所应用的通信网络，原则上只要队列缓存充足，即使智能家居的移动终端应用数量多倍提升，也不会发生信息阻塞的现象。而应用已经极为成熟的4G、即将布局的5GLTE技术，其带宽能够充分满足智能家居数据业务需要。基于移动通信的智能家居，其在网络拓扑上，主要有以下两种设计形式：

3.1 中央控制模式

其本身与有线宽带相同，也就是利用移动通信的空中接口，接入到对应的家庭网关中，这个网关能够利用Wi-Fi的形式，对于智能家居系统下各个不同的单元进行无线控制，网关在这一过程中相当于以一个无线热点的形式存在。该网关本身也属于中央控制单位，完全符合单一电器的统一、分开控制。当应用这一形式的通信形式时，仅仅只需要一个SIM卡、一个空中信道。并且即便是移动通信与家庭网关断开，其依然可以对智能家居单元进行相应的管理。但这一形式智能家居形式，虽然说节省了移动通信信道容量要求，但也对于家居单元的快速反应需要形成了影响，尤其是在某单元存在大量数据交换的情况下。中央形式的控制网管，从本质上来说，适用于大规模的智能家居体系构建，其对于家庭电器有统一的设计、制造要求，不太适用与个人家居。

3.2 单元控制模式

这一通信设计下，家居单元之间是完全独立起来的，但同时也能够形成一个整体，虽然每个单元都采取独立SIM卡、独立空中信道，可能会对于信道容量有着较高的要求，但在如今移动通信技术飞速发展、带宽网络不断提升的情况下，其压力会不断的缩小。

日常的通知，可以利用单元控制器来实现，其家庭网络完全可以利用移动通信，在云服务器上去进行控制，利用云服务器，家庭中各个网络单元都能够实现统一化的管理。某种程度上来说，这一形式的应用，使得智能家居云服务器的专业化发展空间也开始不断扩大。智能家居单元所涉及到的简单控制策略，能够通过单元控制器就加以实现，但在一些更更为复杂的模型建立、运算上，就需要利用大数据来对控制的策略进行优化，这使得云服务器有着不可想象的优势。比如说，智能家居单元的语音识别、图像拍摄等分析，甚至于冰箱内部食物新鲜度的识别、空调组节能运行策划、智能家居单元电器的运行逻辑关系策划等，都可以利用移动通信体系下的云服务器来加以完成。

4 结束语

综上所述，虽然智能家居已经发展了多年，但物联网智能家居的爆发期，是近几年无线通信技术的飞速发展下，所支撑并成熟起来的。4G移动通信网络实现了各种不同的无线接入融合、互联网无缝连接、高速吞吐、QoS保障，移动通信网络下的智能家居必然会得到空前的发展。虽然说目前的移动网络智能家居通信形式还较为单一，但随着技术的成熟，相信其应用形式会不断的拓展和加深。

[1] 吴川.智能家居系统的嵌入式家庭网关的研究与设计[D].江南大学，2015.

[2] 胡静.基于ZigBee和GSM技术的智能家居系统设计与研究[D].宁波大学，2013.