智慧社區與物聯網智能家居

文｜南京工業大學 朱順兵全國智能建筑及居住區數字化標準化委員會 張永剛

智慧社區是智慧城市的基本構成單位，是集城市管理、公共服務、社會服務、居民自治和互助服務于一體的新技術應用。它是以互聯網為依托，運用物聯網技術將家庭中的智能家居系統、社區的物聯系統和服務整合在一起，使社區管理者、用戶和各種智能系統形成各種形式的信息交互，以達到更加方便快捷的管理，給用戶帶來更加舒適的“數字化”生活體驗。由于智慧社區的構建領域零散、應用水平不高，沒有形成“面”上的整體推動態勢，沒有有效的商業運營模式和盈利模式，亟待研究解決這些問題。物聯網智能家居工程涉及解決家庭網關、中間件與應用平臺、網絡應用代理、異構網絡互聯與互操作等技術集成，如何在應用示范工程的實施過程中突破制約的關鍵技術問題非常重要和迫切。

1 基于物聯網架構的智慧社區

1.1 智慧社區系統架構

依據智慧社區物聯網的特點，可將其分為設備層、應用層和增值服務層。智慧社區系統物聯網架構如圖1所示。

圖1 智慧社區系統物聯網架構

設備層由社區內所有的電氣設備和智能家居系統的電氣設備共同組成，包括社區數字照明設備、攝像頭監控設備、周界報警設備、停車場管理設備、可視對講終端設備、家庭自動化設備、家庭安防設備、家庭能耗計量裝置和家庭智能終端等。

應用層分為智慧社區系統和智能家居系統兩個部分。智慧社區系統主要完成智能社區的任務，包括照明管理、安防管理、停車場管理、小區環境管理和物業管理等。智能家居系統是每一戶智能家居的功能單元，包括家庭娛樂、場景管理、安防聯動、能量管理和定制服務等方面的內容。

增值服務的接口由社區綜合服務器提供。增值服務提供商可以是物業，也可以是外部的專門提供商。增值服務層可使智慧社區更好地支持智慧城市的建設，更有助于智慧社區成為智慧城市的必要功能單元。

1.2 智慧社區云系統

構建社區的計算和數據存儲處理兼顧的綜合云計算平臺，可以有效提升社區生活的智慧程度，服務云重點為各子系統提供能力支撐以及數據來源。

云計算平臺主要為智能家居、智慧養老、智慧安防、智慧商務提供數據服務，其結構如圖2所示。

社區云系統主要由三部分組成，按照云計算的標準架構分為三層：基礎設施及服務層（IaaS）包括家庭智能化和社區智能化，它是云社區的基礎，承擔了基礎網絡、基礎設備及智能化系統；軟件及服務層（SaaS）體現各種服務，為用戶提供生活、娛樂、教育、安全各種各樣的服務；平臺及服務層（PaaS）是系統的核心，承接互聯網的各種服務，同時把網絡的各種服務資源呈現給社區居民。

2 基于家庭智能終端的物聯網智能家居

2.1 物聯網智能家居系統

基于物聯網的智能家居從體系架構上來看，由感知、傳輸和信息應用三部分組成。感知指家居末端的感應、信息采集以及受控等設備，傳輸包括家庭內部網絡和公共外部網絡數據的匯集和傳輸，信息應用主要是指智能家居應用服務運營商提供的各種業務。其系統架構如圖3所示。

圖2 社區云系統架構圖

圖3 智能家居系統的架構圖

2.2 基于家庭智能終端的智能家居及智慧社區解決方案

圖4是一個具有Web服務的家用電子系統平臺，也是以統一網關為核心的智能家居系統 ；它含有一個三網融合的、帶有Web服務器的家庭網關，是在智慧社區和家庭內實現三網融合的技術方案。

如圖4所示，智慧社區集成管理系統可通過寬帶或無線通信接入互聯網；社區內部網可采用快速以太網或無線局域網，使用TCP/IP協議；系統底層網為智慧社區的各類子網，包括監控系統、信息管理系統和通信系統，它們通過各自的網關接入社區網，組成智慧社區管理系統。每戶家庭的家庭網關是一種控制網、通信網和AV網三網融合的家庭網關。社區內的所有聯網設備都具有服務描述和發布機制，可以實現即插即用。網關具有Web服務器功能，以及設備發現和遠程動態傳輸的能力，充當Web服務的平臺。家庭控制網使用家庭局域網和無線個域網的通信協議規范及多種傳輸媒體。

3 物聯網智能家居系統集成技術與服務體系

3.1 家庭網關規范

（1）家庭網關的接入技術

目前家庭網關可以支持xDSL、PON等有線接入方式和GPRS、EDGE、TDHSDPA等無線接入方式，將內部家庭網絡連接到外部網絡，實現接入網和家庭網絡的網關功能，家庭網關的接入技術如表1所示。

（2）家庭無線組網技術

近 幾 年 來，WLAN、UWB、ZigBee、HomeRF、Bluetooth等技術快速發展，引領著數字化家庭的發展進程。WLAN技術可以實現多臺電腦同時上網，UWB、ZigBee、HomeRF等技術可以將各種數字娛樂設施進行互聯，而藍牙技術可以實現不同終端之間的信息數據同步等，家庭無線組網技術如表2所示。

（3）家庭有線聯網技術

現在對家庭組網比較一致的看法是，如果不是非常必要，盡量不用無線，也不用新的布線，而是使用家庭現有的布線，包括網線、電話線、有線電視電纜和電力線。一些有線聯網方式將逐漸蠶食當前的無線局域網，如HomePNA、HomePlug和MOCA，家庭網絡有線聯網技術如表3所示。

圖4 智慧社區集成系統圖

表1 家庭網關的接入技術

3.2 終端服務規范

建立運營服務體系，探索可持續的運營模式，提供面向家庭的安防、健康、節能和家庭移動多終端協同信息交互等運營服務，可考慮的模式：家庭智能終端制造商、運營商、增值服務提供商。

3.3 智能家居標準體系

智能家居標準體系由基礎標準、通用規范和專用規范三個部分組成。針對物聯網系統內部及設備間互聯互通相關的技術要求及驗證測試，需要制定：智能家居安全體系、智能家居樓宇交換機設備技術要求；對自動抄表及能源管理、家庭安防監控、信息家電管理、遠程健康管理、遠程環境監控等智能家居物聯網應用需求進行標準化工作，同時開展系統架構研究；制定智能家居應用層統一設備管理協議，在應用層實現不同協議之間的融合轉換。

3.4 物聯網智能家居設備研發

具體工作包括：

表2 家庭無線組網技術

表3 家庭網絡聯網技術

（1）突破家庭異構傳感器網絡融合、基于自主標識認證的信息服務、家庭移動多終端協同等關鍵技術。家庭無線物聯網網關等設備支持多種無線手段組網，無線發射功率低，不干擾家用電器和電子產品，傳感器節點設備支持的傳感器種類多。

（2）研發家庭無線物聯網網關設備、家用電器無線物聯網接口、低功耗傳感器節點設備等。開發智能家居物聯網系統及網關和接口模塊及節點等設備，支持跨平臺互聯，提供對安全、健康、節能等感知信息，通過信息聚合、融合、分析、處理和控制，為家庭提供及時、互動和高效的信息服務，具有信息安全和隱私保護措施，具備產業化能力，應用規模大。

（3）提出家庭無線物聯網的應用和運營方案，開展應用驗證。建立面向智能家居無線物聯網的社區大容量運行維護管理系統，系統具備對智能家居無線物聯網的多層次、多維度綜合運行態勢監控功能。

4 結束語

（1）智慧社區建設依賴于物聯網智能家居，物聯網智能家居要成功應用，首先要構建物聯網智能家居系統集成技術與服務體系，智能家居系統集成技術與服務體系包括智能家居網關與終端服務規范、智能家居標準體系及設備研發。

（2）需要針對我國智慧城市建設中提出的智能家居綜合組網、安全接入控制和智能家居信息服務需求，通過智能家居無線物聯網網關設備和傳感器節點設備等建立面向家居的無線物聯網，全面感知家居安全、健康、節能等信息，通過信息的聚合、融合、分析、處理和控制，支持社區為家庭開發并提供及時、互動和高效的信息服務。