物联网应用的概念设计之5G模式下的智能家居的初步探讨

霍芥廷 杨亚喜

摘要：近年来，在人们需求的引领，智能软硬件、大数据、5G、人工智能等技术的驱动以及“十三五”规划期间国家各项政策的支持下，智能家居产业进入极速发展期。通过综合概括我们将以住宅为单位，基于物联网技术，由软硬件系统以及大数据云计算平台构成的家居产品统称为智能家居。文章主要将从物联网技术层面分析和研究在5G大背景下如何将5G技术与自动控制系统结合并对构想实现智慧家居进行初步探讨。

关键词：5G;NB-IoT;物联网;智能家居

引言

物联网的发展使得全球定位系统、红外感应器、射频识别等传感器技术越发完善，而且智能照明系统、语音控制系统、家庭影音系统、智能监控安防系统等都已经从概念到落地。最主要的是5G的不断发展与成熟使得智能家居迎来新的发展契机。

5G拥有更大的带宽，能够支持物联网、AR、VR、人工智能等应用。和传统的家电产品相比，智能家电产品的独特之处在于利用计算机技术、传感器技术、数字信息技术使得设备之间能够提供信息交互功能，并根据海量数据自主地、合理地进行调整。网络和网关是智能家电、互联网信息交换的关键技术，是智能家居产品性能提升的重点和难点。5G大连接、高速率、低功耗以及低延时的特点将改善网络状况，使得家电产品性能获得进一步的提升。目前我国智能家居中主要运用的无线技术有Wi-Fi、蓝牙以及Zigbee，受技术水平限制，这些无线技术常会因为墙等物体的隔离或者传输距离太远，导致远程控制不灵敏。连接设备较多的情况下，经常发生数据包易丢失。在5G环境下智能家居设备系统将会更加稳定安全，因为将来会大量建设5G基站，也因为5G会拥有更加完善的质量管理系统。

一、概述

首先商家层面，传统家电产品性能已发展到极限，难有大幅度上升。传统家电行业急需创新产品，时下最热门的人工智能便成了行业突破口。因此，智能家居成为了家电大厂和互联网巨头的必争红海。其次国家层面，我国致力于环境保护和能源节约工作，2017年住建部印发的《建筑业发展“十三五”规划》中明确提出我国城镇建筑的节能标准，要求大力发展绿色建筑，绿色建筑要求智能化控制建筑节能、发展环境监测及能源系统。此外，国家大力推进物联网的发展，根据2019物联网产业行业分类排行新趋势报告显示，智能家居是物联网中应用最为频繁的领域之一。

最后用户层面，我国老龄化现象严重，需要把人们从繁琐复杂、高重复率的日常家务中解放出来，让年轻人专注更有价值、更具创造性的事务。随着物质水平的提高，人们对于美好生活需求也日益增长，消费主力军“80 后”、“90后”更易于接受新事物，乐于提高家居生活的品质。

二、物联网的发展现状

自1985年以来，发达国家观察到智能家居行业所充满的巨大商业价值和市场的未来趋势，已在智能家居系统的研发中投入了物质和人力资源。国外对智能住房的研究也有一些差异，美国公司侧重于保护功能的测试和应用，欧洲公司侧重于使用远程控制，亚洲三星级公司也非常深入地探索智能家居，以开展相关的研究产品。专家预测未来两三年全球家庭自动化市场将出现大幅度增长。美国作为第一个进入全球智能家居市场的国家，约有32%的美国家庭都配备了家庭自动化系统，预计到2022年用户数量将到达53.1%。国内状况是巨头频频进入智能家居领域，政策扶持促进行业发展。基于广阔的市场空间、5G、LOT、AI等技术快速迭代、新基建的政策红利以及新消费形势的需求，智能家居产业发展提速。国内各家巨头公司也纷纷涌入这个赛道。整体采用“云+端”概念，以5G网络作为载体，利用嵌入式技术将家电器具智能化，组成无线智能传感器网络，采取NB-IoT通信技术连接组网，最终实现将家庭自动化系统连接到互联网。

三、5G技术的运用

5G速度快的背后：（1）毫米波，5G网络是通过无线电波进行通讯的，无线电波拥有一个特点，那就是低频率无线电波带宽窄、信息量小，高频率无线电波带宽高、信息量大。只要讓我们的设备能够接收并“解读”高频率电波，带宽和承载的信息量增大，网速就能够提上去。5G网络就找到了一种频率很高的无线电波传播信息，实现网速飞跃，由于这种波的波长仅为毫米级故称“毫米波”。（2）微基站，毫米波也有缺点，“穿墙”能力弱，信号覆盖范围小。如果5G要用毫米波高频信号就要建很多的基站保证覆盖范围。针对这个问题，5G技术的解决方案就是建立微基站，微基站很小，随处可装。（3）波束赋形，基站发射信号就像灯泡发光。大多数人都往光亮的地方挤，但灯泡确实射向四周，这就意味着很多光没有为人所用造成资源浪费。我们能不弄找到一只无形的手把散开的光束收集起来，再将它们发送给需要的人呢？于是产生了波束赋形的概念和技术。波束赋形能使电磁波指向它所提供服务的设备，而且能根据设备的移动而改变方向。这样每束“光”都能照亮一个人，大家就不用去担心信号干扰问题。（4）D2D，目前两个人面对面打电话传照片等信号都是通过基站进行中转的。5G网络用了一个新招数D2D（设备到设备），也就是两个设备直接传数据。效率大大提升。

结语

物联网产业发展是信息化发展的未来趋势，随着我国国际化进程的不断加快，要求我们必须进一步探索并利用物联网技术，通过制定全国统一的技术标准，促进技术创新，形成并保护自主知识产权，实现物联网产业可持续发展，完善相关法律制度等策略促进我国各领域现代智能化的形成。

参考文献：

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[2]熊泽明.大数据平台下电镀企业的物联网信息化建设[J].电镀与环保，2020，40（3）：105-106.