基于云計算的智能家居管理系統的研究

張小琳，何 青，李 雯，韋 龍

（河南師范大學 計算機與信息工程學院，河南 新鄉 453007）

基于云計算的智能家居管理系統的研究

張小琳，何 青，李 雯，韋 龍

（河南師范大學 計算機與信息工程學院，河南 新鄉 453007）

智能家居憑借其智能化和信息化等優勢，在一定程度上，提高了人們的生活質量。利用云計算部署智能家居系統，建立高度智能化的云家庭，可以較好地解決傳統智慧家居系統中儲存空間小、運算速度慢、資源利用率低、使用成本高等問題。文章從數據源、數據處理方式及智能化服務3個方面著手，采用Hadoop技術創建云平臺，利用分布式文件系統和MapReduce分布式計算技術處理海量數據，開發的智能應用軟件，能夠高效提供舒適、便捷的智能居家服務。

智能家居；云計算；智能化服務；云平臺

日新月異的的科學技術的進步使得人們開始更多地關注生活質量的提升，智能家居已然成為時代發展的必然趨勢，而物聯網技術、控制技術及人工智能等領域的發展也為建設智能化社會提供了可能性。早在30年前，比爾蓋茨就展示了智能家居的美好場景，將移動互聯網融入智能建筑也使得智能的概念進行了很大程度的更新與深化，但在火熱的市場中，大部分消費者仍處于觀望狀態，智能家居仍有著廣闊的市場前景[1]。

利用Hadoop技術搭建云平臺，將云計算應用于智慧家居系統，從而建立高度智能化的云家庭，解決了傳統智慧家居系統中儲存空間小、運算速度低、資源利用率低、使用成本高等問題，達到了一站式服務的目的[2]。本文將從智能家居與云計算的概念、智能家居云平臺的搭建以及智能化服務等方面進行闡述。

1 智能家居與云計算

1.1 智能家居

智能家居是指在現有智能家居系統的基礎上，利用先進的物聯網、無線電以及IT技術，通過家庭信息管理平臺，將與家居生活緊密連接的出入門、家庭聯網、場景控制、遠程操作等各子系統聯系起來[3]。引入云計算的技術，改變了早期獨立的家庭數據處理模塊，簡化了智能處理終端，能夠由云計算中心為每個家庭提供更加安全、可靠、方便、快捷的家居體驗服務。

加強對智能家居系統的研究，利用云計算的運算結果為用戶制定合理的智慧家居方案，并通過安卓技術設計一款APP來為用戶提供“一站式”服務，保障了智能家居服務、降低了建設與運營投入、提高了用戶滿意度和市場競爭力，解決了智能終端的低穩定性、擴展性、可靠性以及數據處理能力不強等問題[4]，如圖1所示。

1.2 云計算架構Hadoop

云計算是一個分布式處理框架，可以對大量數據進行分布式處理，提高了對于海量數據的處理能力。云計算架構能夠針對失敗的節點重新進行處理，可以在大量廉價的硬件設備組成的集群上運行應用程序，為應用程序提供了一組穩定可靠的接口，它主要有以下幾個優點： 可靠性高、可拓展性高、容錯性高、效率高和成本低等[5]。Hadoop技術已經比較成熟，應用也已經較為廣泛，其中的核心技術是分布式文件系統（Hadoop Distributed File System，HDFS）和映射/規約引擎（Map/Reduce）。

圖1 系統框圖

1.3 分布式文件系統

在這個信息數據量呈指數形式增長的時代，通過單純的增加CPU、內存、磁盤等方式擴展計算機文件系統的存儲容量從而提高計算機的處理能力，在容量大小、容量增長速度、數據備份、數據安全等方面的表現都差強人意[6]。而擁有主從結構的HDFS，可以經由目錄路徑對其采取CRUD操作為整個系統提供了準確性高的的底層存儲支持，因此，HDFS可以有效解決數據的存儲和管理難題。分布式文件系統作為云計算架構存儲的底層，能增強云計算架構的安全、效率以及實用方面的性能[7]。

1.4 MapReduce分布式計算

將分布式計算運用于對海量數據進行并行分析和處理時，體現了高性能的批處理分布式計算框架所具有的特點。傳統的數據處理工具已經無法恰當處理TB和PB級別的巨大數據量，而分布式計算不僅適合處理結構化、半結構化和非結構化數據等各種類型的數據，而且當處理復雜的數據和超大規模的數據時，將其分成并行Map任務和Reduce匯總任務兩類，實現了低成本處理海量數據。MapReduce框架的優點如表1所示。

表1 分布式計算優點

2 智能家居云架構

2.1 數據源

利用安裝在室內的各類傳感器、攝像頭等傳感設備直接采集到的信息及云計算中心存儲的歷史信息。包括：①安裝在室內的傳感器、攝像頭等傳感設備直接采集到的信息；②云計算中心存儲的歷史信息，包括歷史傳感信息和處理產生的結果；③用戶身份信息等。

2.2 數據的處理方式

利用云平臺采用分布式并行方法處理傳感信息，主要分為以下3層：第一層數據感知層，包括對原始數據的采集和通信格式轉換兩方面內容，通過對傳感信息進行通信和數據格式的轉換，提高云計算平臺對數據的處理效果。第二層數據存儲層，采用“Oracle +Hadoop”的混合配置模式，對不同類型的數據分類處理。用Hadoop分布式系統HDFS存儲大型數據和大量非結構化數據HBase存放少量實時性要求高的數據，將小數據集存放于Oracle數據庫中，這樣可以兼顧實時性、穩定性和文件規模的不同情況[6]。第三層數據處理層對海量的傳感信息采用分布式計算并行處理模型進行處理，它具有較好的擴展性，可以對傳感信息進行隨機訪問，數據庫中的信息都可導入到數據處理層作為MapReduce的輸入，如圖2所示。

圖2 分布式處理系統結構

云計算架構是在服務器集群上編寫和執行應用程序的開源軟件，可以用任何編程語言編寫，在可靠和擴展方面有著極大的優勢。Hadoop是以Hadoop和MapReduce為核心，當程序員使用Map和Reduce函數編寫應用程序時，Hadoop自動并行執行這些函數[7]。Hadoop允許用戶使用任意可用的Map和Reduce函數創建和執行任務，如圖3所示。

圖3 Hadoop解決方案

2.3 智能化服務

利用云平臺處理、分析信息，為用戶制定合理的智慧居家方案，并開發相應的APP，實現方案的實時推送，能夠主動辨識并滿足用戶的各種需求，提供智能化服務[6]。傳感器接受信息，通過通信和數據格式轉換上傳至云端數據庫，同時將用戶身份信息和歷史數據上傳至云平臺進行分析處理，并傳送相關指令到移動終端，如圖4所示。

圖4 技術路線

3 結語

由于科學技術的發展以及國家政策的大力支持，智能家居行業取得了顯著的進步，而用Hadoop技術搭建云平臺，將云計算應用于智慧家居系統，形成高度智能化的云家庭，有效地解決了傳統智慧家居系統中儲存空間小、運算速度低、資源利用率低、使用成本高等問題，達到了一站式服務的目的。用Hadoop技術創建云平臺，利用分布式文件系統和MapReduce分布式計算技術處理海量數據，并開發相應智能應用軟件，為用戶提供舒適、便捷的智能居家服務，滿足了人們對于高質量高水平的家居生活的需求。本文闡述了智能家居與云計算的概念，提出了用Hadoop技術部署云平臺，指明了Hadoop并行式處理數據的方式給智能家居行業發展帶來的便利與快捷，點出了智能家居的發展對于提升人民幸福感的重要性。

[1]孟曉麗.物聯網平臺下基于云計算的智能家居系統設計[J].科技通報，2016（6）：67-71.

[2]裴龍龍.基于云計算的智能家居控制系統的研究與設計[D].哈爾濱：東北林業大學，2016.

[3]郭廣明.淺談云計算技術在物聯網智能家居系統中的應用[J].電子測試，2016（9）：99-100.

[4]索偉.基于ZigBee技術的智能家居控制系統的管理與實現[D].北京：電子科技大學，2015.

[5]郭廣明.基于物聯網和云計算的智能家居系統的設計[J].數字技術與應用，2015（5）：165-166.

[6]陳俊翔.基于云計算的智能家居系統設計[D].西安：西安電子科技大學，2014.

[7]王海永，王東艷.基于云計算的智能家居系統[J].電子技術與軟件工程，2015（13）：84.

Research on intelligent home furnishing management system based on cloud computing

Zhang Xiaolin, He Qing, Li Wen, Wei Long
（School of Computer and Information Engineering, Henan Normal University, Xinxiang 453007, China）

Intelligent home furnishing has improved people's life to a certain extent because of its intelligence and information and other advan tages. The deployment of intelligent home furnishing system based on cloud computing, a highly intelligent cloud family, can solve the problems of small storage space, slow operation speed, low resource utilization, high cost of use in traditional intelligent home furnishing. This paper sets about from the data source, data processing and intelligent service in order to create a cloud platform by using Hadoop technology and deal with abundant data employing a distributed file system, distributed MapReduce and develop intelligent application software. It will efficiently provide comfortable, intelligent and convenient home service.

intelligent home furnishing; cloud computing; intelligent service; cloud platform

河南師范大學“國家大學生創新創業訓練計劃”校級一般項目；項目編號：20160180。河南師范大學“國家大學生創新創業訓練計劃”國家級項目；項目編號：201510476054。

張小琳（1997— ），女，河南信陽。