現代智慧家庭及其物聯網模式的實現

摘要：物聯網被稱作是計算機和互聯網之后的第三次信息革命浪潮，“感知中國”戰略的提出讓我國在這次技術變革中勇立潮頭。而以物聯網和互聯網為基礎的智慧家庭理念正在成為現實，悄悄改變著我們的生活。廣大家庭消費者以及各大知名企業如海爾、TCL、美的、海信、華為、中國電信、中國移動等企業紛紛推出智慧家庭解決方案，幫助人們實現“身在外，家在身邊；人在家，世界在眼前”的生活理念。本文就從智慧家庭的概念說起，詳細介紹了物聯網的工作原理及其主要技術、智慧家庭的分層結構和功能實現，讓人們對智慧家庭服務系統有了一個簡單認識，最后對基于物聯網的現代智慧家庭的未來提出了展望。

關鍵詞：智慧家庭；物聯網；智能服務

1 智慧家庭簡介

1.1智慧家庭的概念

隨著科技發展和人民可支配收入的增加，智慧家庭逐漸走入了人們的視野。智慧家庭就是利用相關技術讓各種家居設施為我們提供智能服務的居住環境，這些技術包括互聯網技術、物聯網技術、無線網絡技術、人工智能和云計算技術等新一代信息技術，據此建立一個安全舒適、高效智能的家庭網絡和服務系統。利用通信網絡連接主要家居設備以及服務的智慧家庭是以服務于人為最終落腳點，通過家庭遠程控制和家庭自動化，創造出健康、安全、舒適、便捷的個性化家居生活。

1.2智慧家庭的發展和現狀

物聯網從提出到現在經過近20年的發展，已經廣泛滲透到社會各個領域，也被稱為繼計算機、互聯網之后的第三次信息革命浪潮。緊隨其后，以互聯網和物聯網為基礎、依賴于新一代信息技術的智慧家庭出現在人們的視野。國外在這方面發展較早，但我國追趕的腳步非常快，，從出現部分行業標準到施行國家標準以至于相互兼容，從開發智能家居設備到現代家庭智能服務的品質升級，我們僅僅用了不到十年的時間。

據預測，到2020年，我國智慧家庭潛在市場規模將達到5.8萬億元，發展空間巨大，專業人才緊缺。智慧家庭在科幻大片中描述的場景已經成為現實：下班之后坐上能夠智能識別回家路程的私家車，進門前家中空調自動開啟調節室內溫度，進門后電視打開并轉到新聞頻道，飯菜已經做好，雨天能自動關窗戶，還可以隨時隨地監控家庭內部情況?？梢哉f，“智慧家庭”正在悄悄改變著我們的生活。

2 物聯網技術簡介

2.1物聯網概念

物聯網（Internet of Things，IoT）是在互聯網的背景下，人們利用各種信息傳感設備把需要的各種有關物體或過程的信息采集上來，實現物品與網絡連接，以方便人們對物品的識別、管理和控制。它是在RFID、互聯網和現代通信技術的基礎上發展而來，是互聯網的拓展應用，大到全世界，小到家庭中的每一個物品都能夠通過一定的技術連接到網絡之中，進行信息交換和通信。

2.2物聯網結構

物聯網的基本結構體系分為感知層、網絡層、服務層及應用層，如圖1所示。

感知層是由各種傳感器組成感知終端，這些終端設備就如同人的“五官”，利用RFID、傳感技術、多媒體信息采集和實時定位等典型技術，感知識別物體，采集各種傳感信息、物品屬性或者地理位置等信息。網絡層則像人的“神經系統”，通過各種有線網絡和無線網絡，把傳感器獲得的海量信息安全可靠和無障礙的向上傳送，擔當了協調傳輸的職責。服務層就像人的“大腦”，綜合運用各種計算技術和數據庫等技術，對網絡層傳輸來的各種數據進行智能計算并存儲，實現物聯網數據的挖掘、處理、利用、安全和隱私保護，為應用層提供智能決策。應用層是物聯網和用戶的接口，在系統結構中處于最高層，它類似人的“四肢”，在經過收集、傳遞和分析處理信息的基礎上完成某項任務，它與行業需求高度結合，實現物聯網的智能應用。

2.3物聯網應用的主要技術

2.3.1傳感器技術

傳感器是一種能夠感知識別被測量物體的信息，并將獲得的信息，按一定規律加以轉化和輸出的電子設備。傳感器可劃分為五大類：光敏傳感器（視覺），聲敏傳感器（聽覺），氣敏傳感器（嗅覺），化學傳感器（味覺），壓力、溫度、流體傳感器（觸覺）。傳感器在工作中對自身的靈敏度、精度、穩定性與可靠性等指標都有較高的要求，它是物聯網的“眼睛和耳朵”，是物聯網獲取準確真實信息必不可少的組件。

2.3.2無線通信技術

通信技術在網絡層中起著重要作用，而物聯網應用的主要通信技術是WiFi、4G、藍牙（Bluetooth）、紅外線等無線通信技術。

（1）WIFI：Wireless Fidelity的縮寫，是允許電子設備連接到無線局域網的技術，又稱802.11b標準。目前WIFI的工作頻段主要有2.4GHz和5.0GHz兩種，理論上的傳輸速度最高分別可達150Mbps和800Mbps，覆蓋范圍從100m-300m。

（2）4G：指第四代移動通信技術。4G集合了3G與WLAN的優勢，以100Mbps以上的速度傳輸數據、音頻、視頻和圖像等，比目前的家用寬帶ADSL快幾十倍。4G是當前智能手機的主要通信方式，其后還會出現5G。

（3）ZIGBEE：是一種基于IEEE802.15.4標準的短距離無線通訊技術。它具有低功耗、低成本、低速率、近距離、短延時、高容量和高安全的特性。這一技術能夠嵌入到各種設備中，廣泛應用到工農業生產和人們生活的各個領域，比如車輛自動控制、家庭和樓宇自動化、醫用設備控制等。

3 智慧家庭的組成和原理

3.1智慧家庭的組織結構

根據物聯網的四層架構，智慧家庭相應分為終端層、網絡層、平臺層和業務層，如圖2所示。

終端層主要包括電腦、智能電視、智能手機、平板電腦和智能可穿戴設備等電子產品，它們既是系統結構中的信息感知設備的交互端，又是智慧家庭服務發揮作用的場所和呈現端。網絡層指的是各種有線寬帶網絡和無線通信技術，它是連接各終端設備與服務器平臺的橋梁，是各類設備展開通信的基礎。平臺層是智慧家庭業務支撐與管控的中心，對上支撐各類家庭應用，對下統一管理各種智能家居設備及終端，既是未來智慧家庭業務的統一入口，又是多方合作的接入平臺。智慧家庭服務最終目的是滿足人們的需求，因此，業務層直接體現了智慧家庭在智能家居、信息服務、健康管理、遠程教育和家庭安防等方面的功能與服務。由以上四層結構組成的智慧家庭將給用戶帶來一個全新的家，當你對新家不滿意時，只需對原有設備做些變動而不用做重新“裝修”，它就可以為我們提供更加舒適、健康和高品質的生活享受。endprint

3.2智慧家庭運作模式以及相關技術

3.2.1智慧家庭的運作模式

幾乎所有的智慧家庭應用都會涉及到平臺、網絡與終端的聯動，并共同構成一個完整的業務體系。首先，智慧家庭中的傳感器偵測到某種條件變化，然后通過網絡層傳輸到應用平臺，應用軟件結合用戶的要求作出判斷和決策，反饋給平臺層進行數據的處理，最后，通過網絡傳輸給應用端的終端，終端根據所接受的信息來執行各種智慧家庭的功能和服務，從而形成了智慧家庭的閉環生態。例如當早上天亮時，智能窗簾控制系統根據用戶設定的光照強度值通過感光器采集光照，當光照大于閾值時，其傳感器將電信號通過網絡層傳輸到平臺層進行處理，處理后的結果被傳輸到窗簾控制器終端（服務層）來控制窗簾自動開啟，整個過程無需用戶控制即可自動化完成。而智慧家庭系統

3.2.2智慧家庭應用的相關技術

智慧家庭雖然基于物聯網而產生，但是除了應用物聯網最基本的技術外，還需要人工智能、云計算、大數據等相關技術的支持。

（1）人工智能是一門新的技術科學，是讓機器像人一樣去思考和行動，使之能夠勝任甚至超過一些通常需要人類智能才能完成的復雜任務。人工智能可以將智慧家庭中的各種智能設備連接在一起，通過其強大的智能來更人性化地服務于人類。

（2）云計算最終要實現的就是將人們需要的各種服務作為一種公共設施免費或者有償提供給大家，使人們能夠像使用水、電、煤氣那樣使用計算機資源。在云計算模式下，用戶所需要的應用和服務都存放在服務器上，我們僅需要一部智能手機或者其他智能設備通過互聯網就可以實現按需使用，這就為實現智慧家庭的各種功能與服務創造了條件和提供了便利。

（3）大數據具有數量大、種類多、傳播速度快等特點。大數據通常和云計算結合在一起，通過對海量的數據進行挖掘、分析和整理，提取出有價值的數據進行專業化處理，實現數據的“增值”。在大數據的推動下，智慧家庭領域的應用更加豐富快速，功能更多，個性化需求也更加突出。

4 智慧家庭的功能與服務

現代智慧家庭系統主要由智能家電、家居設備、安防監控和遠程服務等子系統組成，如圖3所示。未來的家用電器和家居設備通過嵌入智能模塊，與家庭智能中心連接，根據自身的需求管理和使用設備。

在探索智慧家庭商業模式方面，國內外許多企業和研究機構展示出自己的設計方案。比如海爾建設U+智慧生活3.0，中國移動推出“和家庭”，科大訊飛與中興微電子開發出能用東北話等7種不同方言控制的智慧家庭語音識別系統，創造出獨具中國特色的智慧家庭方案。日本研究者更是把廁所變成診療室，只需在衛生間排尿，就可篩查與糖尿病、痛風等疾病相關的17項指標，再利用設在便器內的傳感器檢測尿液成分，通過無線方式將檢測數據發送到云服務器進行收集和分析，然后反饋給用戶。

如今的智慧家庭應用已經進入了全交互的場景生活時代，新技術與大數據為千萬個家庭提供更精準的個性化服務創造了無限可能。未來的智慧家庭將會更智慧，生活也會更加美好。

5 智慧家庭的未來發展

智慧家庭的發展剛剛起步，還存在著諸如人工智能識別交流水平有待提高，智慧家居設備成本較高和個人安全隱私保護等問題。但是，它已經為我們描繪出了一個美好的未來。國家要加快基礎領域的理論與應用研究，制定智能家居設備的統一標準，把智能模塊作為家用電器、家居設備的固有組成，通過設備量產降低成本，推廣使用。特別還要針對個人安全隱私制定相關規定，研發智能軟件加強加密保護，預防病毒入侵。隨著技術的發展和成熟，現代智慧家庭會給全體人民帶來更加舒適的生活環境和高品質的生活服務。

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作者簡介：

鄭一鳴：2000年生，河北省遷安市人，河北省唐山市第一中學。endprint