小米智能家居的技术与应用研究

朱建雷

摘要：物理网（IoT，Internet of things）的概念從首次提出，至今已经有近20年的时间。智能家居（Smart Home）的概念出现的更早，但物联网技术的出现让智能家居从“数字家庭”向“智慧家居”转变。小米智能家居以性价比高、安装容易和使用简单的特点，便捷了人们的生活，提高了人们的生活质量。小米智能家居产品丰富，通过智能网关或家庭无线网络，能够轻松接入网络，实现远程访问和控制。不同的产品通过简单的组合和巧妙的应用，能够给生活带来很多方便与乐趣。

关键词： 智能家居; 物联网; 小米; 智能网关; ZigBee; 6LoWPAN

中图分类号：TP393        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）14-0191-02

Abstract：The concept of IoT （Internet of things） has been put forward for nearly 20 years. The concept of Smart Home appeared earlier， but the emergence of IoT makes Smart Home change from digital to intelligent. With the features of cost-effective， easy-installation， easy-use， the Mi Smart Home greatly facilitates people's life. The Mi Smart Home has lots of products， remote access and remote control can be easily achieved with the help of intelligent gateway and home wireless network. By simple combination and ingenious application， the Mi Smart Home can provide lots of convenience and fun.

Key words：Smart home; Internet of Things; Mi; Smart gateways; Zigbee; 6LoWPAN

1 引言

物联网（IoT，Internet of things）的概念最初由麻省理工学院的Kevin Ash-ton教授在1999年首次提出，至今已经有近20年的时间。物联网，即物物相连的互联网，基于智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，主要用于网络融合，被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮[1]。

物联网在物流、教育、医疗、智能家居（Smart Home）等领域有着十分广阔的发展空间，基于物联网的智能家居的研究已成为当前最热门的研究方向之一[1]。在人们的日常生活中，在家中度过的时间是最长的，家庭场景不仅有着巨大的入口价值，而且未来可能有许多潜在的服务收入。目前各互联网巨头已经纷纷加码平台布局，推出了越来越多高性价比的产品。智能家居在物联时代已经真正从高端走向平民，打开千家万户之门[2]。

智能家居的概念起源很早，1984年美国联合科技公司（United Technologies Building System）用建筑设备的信息化、整合化概念，建造了世界上首栋“智能型建筑”，从此揭开了世界各地建设智能家居的序幕[3]。智能家居是利用综合布线、网络通信、自动控制、音视频、自动检测等多种技术，通过家庭内部的传感器网络，把家居环境中的传感器和各种家电等设备接入到网络中，实现对物理设备进行远程监控和管理，为用户提供具有安全性、舒适性、高效性、节能性和智能化的居住环境[1，4]。

传统的智能家居普遍具有价格贵、安装难和使用难的特点，而小米智能家居以性价比高、安装容易、使用简单以及平台开放创新的特点，吸引了大量合作伙伴和消费者的青睐。根据小米2018年最新财报，截至2018年第三季度，小米IoT消费级物联网连接设备数已经达1.32亿台（不含手机、平板和笔记本电脑），环比增长13.8%，拥有5台以上智能设备的用户超过了198万，环比增长16.5%[5]。

2 小米智能家居的应用

智能家居的精髓，是通过极其简单的几步预设，从而达到在今后的使用中，在不需要做任何动作或简单的一次按键之后，规律性地为你执行预期动作的效果。就像一个贴心而又可靠的智能管家，智能家居能读懂你下一步想要做的事，并且帮你提前做了。

小米生态系统的智能家居产品类型丰富多彩，包括智能门锁、智能音响、智能摄像头、扫地机器人、传感器套装、智能插座、空气净化器、无线开关等等，通过简单的组合和巧妙的应用，能够给生活带来很多方便与乐趣。小米智能家居价格亲民、使用简单，搭配不同的产品能组合出不同的效果，解决各种生活需求。表1总结了一些比较常常见且实用性较强的应用场景。

3 小米智能家居的分类

在小米智能家居系统中的各种设备，根据所用的无线协议的不同，可分为以下三类：

3.1 基于ZigBee的设备

一般传感器设备，例如门窗传感器、温湿度传感器、人体传感器等，使用的是ZigBee协议。为了能远程控制此类设备，必须要结合小米的ZigBee网关，由网关连接家中的无线路由器，从而达到手机APP通过互联网远程访问与控制的目的。

3.2 基于蓝牙的设备

使用蓝牙的设备一般是不需要控制，主要目的是单向为手机提供相关数据的设备，例如蓝牙温度计、智能手环、小米体重秤、花花草草检测仪等。该类设备大多不需要与其他设备交互，只是简单的采集数据，并将数据通过蓝牙推送至手机。

3.3 基于WiFi的设备

基于WiFi连接的设备，主要是以小家电为主，例如扫地机器人、空气净化器等，可以直接通过家中的无线路由器接入网络，在手机APP上可以通过互联网进行远程控制。

3.4 基于多协议的设备

也有一些小米智能家居产品使用了多种协议，集成了ZigBee网关和蓝牙网关的功能，详见表2。

4 小米智能家居的通信协议

仔细看表1中的解决方案，可以发现一个共性特征，即小米智能家居不同解决方案，均离不开智能网关（ZigBee网关和蓝牙网关）的支持。智能网关是为了解决远程访问的问题，因为ZigBee和蓝牙都是近距离无线通信技术，不兼容IP网络。使用WiFi协议的智能家居设备可以直接接入互联网，但为了兼顾成本、功耗和安全等因素，在小米智能家居产品中，ZigBee、蓝牙和WiFi三种协议均有运用。

6LoWPAN是在IEEE802.15.4的链路上建立起IPv6通信协议，除了具备ZigBee协议的技术特点以外，通信节点在不需要特殊网关的情况下就能接入IPv6的互联网，具有海量的地址空间、无缝集成TCP/IP协议，可以很容易融合到互联网中[6-8]。

6LoWPAN 技术目前还存在一些不足之处，虽然学术界做了大量理论研究和实验测试，但目前暂未形成有效且成熟的技术对策[8]。当前所用的IPv4 （Internet Protocol Version 4）地址已经严重不足，但由于NAT（Network Address Translation，网络地址翻译）和DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机设置协议）等技术的出现，暂时缓解了IPv4地址资源紧缺的问题，人们对于IPv6的需求变得没那么强烈，导致了IPv6取代IPv4的過程变得既艰难又缓慢。IPv6网络普及缓慢，从一定程度上也限制了6LoWPAN 技术的发展。而ZigBee协议因为得到了ZigBee联盟的支持，目前是更为流行的物联网技术，得到了更多主流厂商的支持。

5 结论

智能家居是以家庭居住场景为载体，融合了多种技术，实现多种功能，为人们的生活提供了更多方便和便捷，是物联网最生活化的应用之一。Strategy Analytics报告指出，智能家居将成为未来十年内物联网中最大的细分市场之一，智能家居将可能成为物联网进一步发展的主要驱动力[9]。在国家政策支持和行业巨头争相布局的背景下，智能家居产品的价格门槛和使用门槛都变得非常低。以小米为代表的国内互联网企业的智能家居产品，以性价比高、安装容易、使用简单以及平台开放创新的特点，吸引了大量合作伙伴和消费者的青睐。用户不但可以以非常低的入门成本体验智能家居，还能循序渐进的根据自身需求进行个性化搭配，组合出不同的应用效果。

参考文献：

[1] 钱蕾. 基于物联网的智能家居控制系统的研究[D].华北理工大学，2018.

[2] 广发家电. 智能家居系列1：物联时代智能家居崛起正当时[R/OL]. [2018-11-25].http：//www.sohu.com/a/277755070_763386.

[3] 项吴曙. 面向智慧家庭的互联网+WiFi传感器的远程监控技术研究[D].中国科学技术大学，2018.

[4] 李秀. 基于知识图谱的智能家居设备控制冲突检测技术研究[D].浙江大学，2018.

[5] IT之家. 小米集团2018年第三季度财报：手机销量逆势增长达3330万台[R/OL]. https：//www.ithome.com/ html/it/395756.htm

[6] 徐军委. 下一代互联网中无线传感器网络协议理论与技术的研究[D].中国科学技术大学，2007.

[7] 马仟. 基于6LoWPAN协议的路灯通信安全问题应用与研究[D].湖北大学，2017.

[8] 杨强强. 6LoWPAN网络优化技术研究[D].哈尔滨工业大学，2017.

[9] David Mercer. Strategy Analytics： Connected World： Smart Home Is Key To Tomorrow's Internet Of Things[R/OL]. [2017-10-24]. https：//www.strategyanalytics.com/access-services/devices/connected-home/smart-h ome/reports/report-detail/connected-world-smart-home-is-key-to-tomorrow's-internet-of-things.

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