智慧社區(qū)與物聯(lián)網(wǎng)智能家居

文｜南京工業(yè)大學(xué) 朱順兵全國(guó)智能建筑及居住區(qū)數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì) 張永剛

智慧社區(qū)是智慧城市的基本構(gòu)成單位，是集城市管理、公共服務(wù)、社會(huì)服務(wù)、居民自治和互助服務(wù)于一體的新技術(shù)應(yīng)用。它是以互聯(lián)網(wǎng)為依托，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將家庭中的智能家居系統(tǒng)、社區(qū)的物聯(lián)系統(tǒng)和服務(wù)整合在一起，使社區(qū)管理者、用戶和各種智能系統(tǒng)形成各種形式的信息交互，以達(dá)到更加方便快捷的管理，給用戶帶來(lái)更加舒適的“數(shù)字化”生活體驗(yàn)。由于智慧社區(qū)的構(gòu)建領(lǐng)域零散、應(yīng)用水平不高，沒有形成“面”上的整體推動(dòng)態(tài)勢(shì)，沒有有效的商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式和盈利模式，亟待研究解決這些問題。物聯(lián)網(wǎng)智能家居工程涉及解決家庭網(wǎng)關(guān)、中間件與應(yīng)用平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用代理、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與互操作等技術(shù)集成，如何在應(yīng)用示范工程的實(shí)施過程中突破制約的關(guān)鍵技術(shù)問題非常重要和迫切。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智慧社區(qū)

1.1 智慧社區(qū)系統(tǒng)架構(gòu)

依據(jù)智慧社區(qū)物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)，可將其分為設(shè)備層、應(yīng)用層和增值服務(wù)層。智慧社區(qū)系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 智慧社區(qū)系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

設(shè)備層由社區(qū)內(nèi)所有的電氣設(shè)備和智能家居系統(tǒng)的電氣設(shè)備共同組成，包括社區(qū)數(shù)字照明設(shè)備、攝像頭監(jiān)控設(shè)備、周界報(bào)警設(shè)備、停車場(chǎng)管理設(shè)備、可視對(duì)講終端設(shè)備、家庭自動(dòng)化設(shè)備、家庭安防設(shè)備、家庭能耗計(jì)量裝置和家庭智能終端等。

應(yīng)用層分為智慧社區(qū)系統(tǒng)和智能家居系統(tǒng)兩個(gè)部分。智慧社區(qū)系統(tǒng)主要完成智能社區(qū)的任務(wù)，包括照明管理、安防管理、停車場(chǎng)管理、小區(qū)環(huán)境管理和物業(yè)管理等。智能家居系統(tǒng)是每一戶智能家居的功能單元，包括家庭娛樂、場(chǎng)景管理、安防聯(lián)動(dòng)、能量管理和定制服務(wù)等方面的內(nèi)容。

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

1.2 智慧社區(qū)云系統(tǒng)

構(gòu)建社區(qū)的計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理兼顧的綜合云計(jì)算平臺(tái)，可以有效提升社區(qū)生活的智慧程度，服務(wù)云重點(diǎn)為各子系統(tǒng)提供能力支撐以及數(shù)據(jù)來(lái)源。

云計(jì)算平臺(tái)主要為智能家居、智慧養(yǎng)老、智慧安防、智慧商務(wù)提供數(shù)據(jù)服務(wù)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

社區(qū)云系統(tǒng)主要由三部分組成，按照云計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)分為三層：基礎(chǔ)設(shè)施及服務(wù)層（IaaS）包括家庭智能化和社區(qū)智能化，它是云社區(qū)的基礎(chǔ)，承擔(dān)了基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、基礎(chǔ)設(shè)備及智能化系統(tǒng)；軟件及服務(wù)層（SaaS）體現(xiàn)各種服務(wù)，為用戶提供生活、娛樂、教育、安全各種各樣的服務(wù)；平臺(tái)及服務(wù)層（PaaS）是系統(tǒng)的核心，承接互聯(lián)網(wǎng)的各種服務(wù)，同時(shí)把網(wǎng)絡(luò)的各種服務(wù)資源呈現(xiàn)給社區(qū)居民。

2 基于家庭智能終端的物聯(lián)網(wǎng)智能家居

2.1 物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居從體系架構(gòu)上來(lái)看，由感知、傳輸和信息應(yīng)用三部分組成。感知指家居末端的感應(yīng)、信息采集以及受控等設(shè)備，傳輸包括家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和公共外部網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的匯集和傳輸，信息應(yīng)用主要是指智能家居應(yīng)用服務(wù)運(yùn)營(yíng)商提供的各種業(yè)務(wù)。其系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

圖2 社區(qū)云系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖3 智能家居系統(tǒng)的架構(gòu)圖

2.2 基于家庭智能終端的智能家居及智慧社區(qū)解決方案

圖4是一個(gè)具有Web服務(wù)的家用電子系統(tǒng)平臺(tái)，也是以統(tǒng)一網(wǎng)關(guān)為核心的智能家居系統(tǒng) ；它含有一個(gè)三網(wǎng)融合的、帶有Web服務(wù)器的家庭網(wǎng)關(guān)，是在智慧社區(qū)和家庭內(nèi)實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)融合的技術(shù)方案。

如圖4所示，智慧社區(qū)集成管理系統(tǒng)可通過寬帶或無(wú)線通信接入互聯(lián)網(wǎng)；社區(qū)內(nèi)部網(wǎng)可采用快速以太網(wǎng)或無(wú)線局域網(wǎng)，使用TCP/IP協(xié)議；系統(tǒng)底層網(wǎng)為智慧社區(qū)的各類子網(wǎng)，包括監(jiān)控系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)和通信系統(tǒng)，它們通過各自的網(wǎng)關(guān)接入社區(qū)網(wǎng)，組成智慧社區(qū)管理系統(tǒng)。每戶家庭的家庭網(wǎng)關(guān)是一種控制網(wǎng)、通信網(wǎng)和AV網(wǎng)三網(wǎng)融合的家庭網(wǎng)關(guān)。社區(qū)內(nèi)的所有聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都具有服務(wù)描述和發(fā)布機(jī)制，可以實(shí)現(xiàn)即插即用。網(wǎng)關(guān)具有Web服務(wù)器功能，以及設(shè)備發(fā)現(xiàn)和遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)傳輸?shù)哪芰Γ洚?dāng)Web服務(wù)的平臺(tái)。家庭控制網(wǎng)使用家庭局域網(wǎng)和無(wú)線個(gè)域網(wǎng)的通信協(xié)議規(guī)范及多種傳輸媒體。

3 物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)集成技術(shù)與服務(wù)體系

3.1 家庭網(wǎng)關(guān)規(guī)范

（1）家庭網(wǎng)關(guān)的接入技術(shù)

目前家庭網(wǎng)關(guān)可以支持xDSL、PON等有線接入方式和GPRS、EDGE、TDHSDPA等無(wú)線接入方式，將內(nèi)部家庭網(wǎng)絡(luò)連接到外部網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)和家庭網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)功能，家庭網(wǎng)關(guān)的接入技術(shù)如表1所示。

（2）家庭無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)

近 幾 年 來(lái)，WLAN、UWB、ZigBee、HomeRF、Bluetooth等技術(shù)快速發(fā)展，引領(lǐng)著數(shù)字化家庭的發(fā)展進(jìn)程。WLAN技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)電腦同時(shí)上網(wǎng)，UWB、ZigBee、HomeRF等技術(shù)可以將各種數(shù)字娛樂設(shè)施進(jìn)行互聯(lián)，而藍(lán)牙技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)不同終端之間的信息數(shù)據(jù)同步等，家庭無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)如表2所示。

（3）家庭有線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

現(xiàn)在對(duì)家庭組網(wǎng)比較一致的看法是，如果不是非常必要，盡量不用無(wú)線，也不用新的布線，而是使用家庭現(xiàn)有的布線，包括網(wǎng)線、電話線、有線電視電纜和電力線。一些有線聯(lián)網(wǎng)方式將逐漸蠶食當(dāng)前的無(wú)線局域網(wǎng)，如HomePNA、HomePlug和MOCA，家庭網(wǎng)絡(luò)有線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)如表3所示。

圖4 智慧社區(qū)集成系統(tǒng)圖

表1 家庭網(wǎng)關(guān)的接入技術(shù)

3.2 終端服務(wù)規(guī)范

建立運(yùn)營(yíng)服務(wù)體系，探索可持續(xù)的運(yùn)營(yíng)模式，提供面向家庭的安防、健康、節(jié)能和家庭移動(dòng)多終端協(xié)同信息交互等運(yùn)營(yíng)服務(wù)，可考慮的模式：家庭智能終端制造商、運(yùn)營(yíng)商、增值服務(wù)提供商。

3.3 智能家居標(biāo)準(zhǔn)體系

智能家居標(biāo)準(zhǔn)體系由基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、通用規(guī)范和專用規(guī)范三個(gè)部分組成。針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部及設(shè)備間互聯(lián)互通相關(guān)的技術(shù)要求及驗(yàn)證測(cè)試，需要制定：智能家居安全體系、智能家居樓宇交換機(jī)設(shè)備技術(shù)要求；對(duì)自動(dòng)抄表及能源管理、家庭安防監(jiān)控、信息家電管理、遠(yuǎn)程健康管理、遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)控等智能家居物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化工作，同時(shí)開展系統(tǒng)架構(gòu)研究；制定智能家居應(yīng)用層統(tǒng)一設(shè)備管理協(xié)議，在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)不同協(xié)議之間的融合轉(zhuǎn)換。

3.4 物聯(lián)網(wǎng)智能家居設(shè)備研發(fā)

具體工作包括：

表2 家庭無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)

表3 家庭網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

（1）突破家庭異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)融合、基于自主標(biāo)識(shí)認(rèn)證的信息服務(wù)、家庭移動(dòng)多終端協(xié)同等關(guān)鍵技術(shù)。家庭無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)等設(shè)備支持多種無(wú)線手段組網(wǎng)，無(wú)線發(fā)射功率低，不干擾家用電器和電子產(chǎn)品，傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)備支持的傳感器種類多。

（2）研發(fā)家庭無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備、家用電器無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)接口、低功耗傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)備等。開發(fā)智能家居物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及網(wǎng)關(guān)和接口模塊及節(jié)點(diǎn)等設(shè)備，支持跨平臺(tái)互聯(lián)，提供對(duì)安全、健康、節(jié)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(shí)、互動(dòng)和高效的信息服務(wù)，具有信息安全和隱私保護(hù)措施，具備產(chǎn)業(yè)化能力，應(yīng)用規(guī)模大。

（3）提出家庭無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用和運(yùn)營(yíng)方案，開展應(yīng)用驗(yàn)證。建立面向智能家居無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)的社區(qū)大容量運(yùn)行維護(hù)管理系統(tǒng)，系統(tǒng)具備對(duì)智能家居無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)的多層次、多維度綜合運(yùn)行態(tài)勢(shì)監(jiān)控功能。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）智慧社區(qū)建設(shè)依賴于物聯(lián)網(wǎng)智能家居，物聯(lián)網(wǎng)智能家居要成功應(yīng)用，首先要構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)集成技術(shù)與服務(wù)體系，智能家居系統(tǒng)集成技術(shù)與服務(wù)體系包括智能家居網(wǎng)關(guān)與終端服務(wù)規(guī)范、智能家居標(biāo)準(zhǔn)體系及設(shè)備研發(fā)。

（2）需要針對(duì)我國(guó)智慧城市建設(shè)中提出的智能家居綜合組網(wǎng)、安全接入控制和智能家居信息服務(wù)需求，通過智能家居無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備和傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)備等建立面向家居的無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)，全面感知家居安全、健康、節(jié)能等信息，通過信息的聚合、融合、分析、處理和控制，支持社區(qū)為家庭開發(fā)并提供及時(shí)、互動(dòng)和高效的信息服務(wù)。