基于云计算的智能家居管理系统设计与应用

(北京物资学院 北京 100000)

一、绪论

智能家居是物联网技术的一项应用，它通过传感技术、传输技术、计算机处理技术等物联网技术，将各种家具设备，比如照明、窗帘、空调、冰箱、电视、安防设备等连接到一起，通过传感网络、无线传输网络和智能处理设备，为用户提供智能家电控制、智能灯光控制、智能防盗报警、家居环境监测等智慧化的家居服务。

在现有的智能家居技术中，系统是基于独立的智能处理控制模块，即智能终端，对家居环境中各类信息进行采集、处理，并控制室内的各类传感设备、家用电器等设备。这种技术面临的问题包括以下三类：

(一)智能终端的稳定性和可靠性

智能家居的目的是为用户提供稳定、舒适的智能家居环境，因此智能终端通常情况下处于24小时的工作状态，这就对智能终端的稳定性提出了很高的要求。由于一个家庭只配备一台智能处理终端，该终端负责整套智能家居系统的控制与管理，一旦该设备出现断电、程序崩溃等异常情况，整个智能家居系统便无法正常工作，极大地降低了用户对系统的体验和满意度。

(二)智能终端的数据处理能力

随着智能家居系统的发展，家庭传感设备的增多，智能家居系统需要处理的数据也将成指数级地增长，这些数据不仅包括各种传感器实时监测到的数据，还包括设备的基本信息、对家用电器传送的各类指令、实时的视频监控数据流、在线设备的状态信息等。有些数据需要长期保存，有些数据需要实时处理，这对智能终端的数据处理和存储能力有很高的要求。现有的智能家居的智能终端多是以嵌入式开发平台为基础，大幅度提高数据处理能力需要较强的开发能力和较高的开发成本，这不利于智能家居这项技术的推广以及大规模商业普及。

二、基于Hadoop云平台的智能家居管理系统设计

(一)智能家居系统的云平台框架设计

智能家居系统是在现有智能家居系统的基础上引入了云计算的方法，室内部分沿用传统智能家居的信息感知和传输方式，而在云平台上，智能家居中的各种功能以服务的形式呈现给使用者，服务的使用者可以安全方便地在平台上订阅并使用所需的智慧家居服务。通过云计算平台，将原本千千万万独立的智能家居系统融合成网络，在这个智慧服务网络中，服务提供者的信息是开放、用户信息的私密的，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。

借鉴物联网的模型，本课题将基于云计算的智能家居管理系统从结构上划分为六层[17]。其中，第1层是指家居环境以及其中的设备，第2层是对信息的感知，第3层实现室内资源的共享，第4层完成传感信息的融合和云端的智能处理，第5层是对各类服务和子系统的业务融合，第6层是用户层，完成用户身份的鉴权。

在6层模型中，第4层位于云计算中心，底层将整合后的传感信息送至该层进行集中处理和管理，所以信息融合与处理层是整个智能家居系统的核心。

(二)信息融合与处理系统的设计

信息融合与处理系统需要处理的是三大类传感信息。第一类是安装在室内的传感器、摄像头等传感设备直接采集到的室内环境及监控信息，这些信息实时传送到云计算中心，经过适配和转换成云平台可以处理的格式类型，通过事务处理提供各种智慧化家居服务；第二类是云计算中心存储的历史信息，包括历史传感信息和处理产生的结果，利用历史信息可以通过深度数据挖掘等技术为用户提供更加智慧化的服务；第三类是用户身份信息，因为云计算平台的公用特性以及整个系统的多租户特点，所有使用者平台上都必须有唯一可确定的身份信息，用于身份鉴权和服务订制。

为了能够快速高效地处理这些传感数据，云计算中心配置了与之相应的软硬件，包括虚拟服务器、存储设备等硬件设备和各种所需的软件，对传感信息进行分布式并行处理。

为了满足不同需求，智能家居系统平台需要为用户提供多样的应用和服务，系统既要提供常用的通用服务，又要可以提供个性化的服务，所以在设计信息融合与处理系统时，既要适应不同用户间功能需求的差异，又要实现功能的可配置。为此，我们将整个系统分解成若干个功能上互不重叠的功能单元，每一个功能单元满足用户某一方面的需求，各个功能单元通过接口进行信息传递，这样所有功能单元叠加起来可以尽可能地满足所有用户的多样性需求。用户可以根据需求和经济能力，使用相应的功能单元，支付相应的业务费用。这样既满足了用户需求的多样性，又提高了系统的灵活性和扩展性。

因此，信息融合与处理系统需要包括多个功能单元、服务提供者的服务提供接口，通信适配与转换模块，同时，系统日志和设备管理单元也是必不可少的。

三、基于Hadoop云平台的智能家居管理系统实现与应用

(一)家居服务环境的智能化管理系统

为了保证用户数据的安全性、私密性以及系统运行的高效性，智能家居管理系统的云计算平台按照不同的业务采用不同的方式对信息进行处理。对于涉及用户隐私和安全，并且数据量较大的业务，比如家居安防、监控系统，系统按照用户信息的不同，将每个用户使用的服务打包成一个事务，并且可以保证在处理不同用户的数据不会发生互相干扰；而对于数据量较小的业务，由于Hadoop擅长处理大规模数据，在不涉及用户隐私和安全的情况下，系统按照物理范围对用户数据进行打包分组处理，比如对于数据量较小的室内温湿度监控系统，系统可以将一个小区或者一个城市的所有温湿度传感信息整合后整体处理，根据用户身份识别信息，并控制相应的家庭设备。

结论

通过结合智能家居和云计算这两个热门技术，在现有智能家居系统的基础上，提出并实现了基于云计算的智能家居管理系统。本文研究了现有智能家居系统的各项关键技术，包括智能家居系统中的无线组网技术、信息感知技术和智能控制技术。这些技术，在新的基于云计算的智能家居管理系统中依然适用。并搭建了云计算平台。云平台以Hadoop为基础，结合云计算的分布式集群系统，利用其中的三个节点，搭建了用于智能家居系统的云端平台。在智能家居管理平台的基础上，完成了智能家居管理系统。

【参考文献】

[1]岳成欣.基于普适计算的智能家居系统研究[D].南昌大学,2009.

[2]吴吉义,平玲娣,潘雪增,李卓.云计算:从概念到平台[J].电信科学,2009,10:23～29.

[3]赵强.基于物联网技术的电力设备状态检修[D].华北电力大学(北京).2011.

[4]王晖.IP智能家居产品向家庭电子消费方向发展[J].中国安防,2007,08:84～87.

[5]柳卫林.基于ZigBee技术的智能家居控制系统的设计与实现[D].东华大学.2010.

[6]裴丽群.基于ZigBee的无线照明系统的研究与设计[D].上海交通大学.2008.