基于移動通信網絡的智能家居通信設計

邵俊嘉

（西北民族大學，蘭州 730100）

智能家居這一概念從提出到應用，已經經歷了20多年，其所涉及到的相關技術得到了全面的發展。從目前的發展形式來，其本身的表現形式已經趨于良性，開始進入爆發階段。但由于通信技術的快速發展，使得更為成熟的通信技術應用形式來不及系統化沉淀。這就要求智能家居布局過程中，需要對其移動通信設計進行更為深入的思考。

1 智能家居的核心

現階段，智能家居的核心內容主要在于信息化處理上，這和傳統智能系統電器技術之間有著本質區別。這一核心，使得電器本身成為了獨立的一部分，并建立起自動化、智能化、系統化的物聯網。這實際上也就是家庭網絡的另一種表現，家庭網絡本身不僅是大量單元的集合，同時也是遠程網絡的一部分。通常理解來看，家庭網絡將家庭網關作為管理核心，通過不同的組網覆蓋，使得家庭中的家電、PC、智能終端、安防系統、照明系統都與移動通信網絡連接起來，形成一個整體[1]。該技術也與運營商網絡有著緊密的聯系，屬于寬帶網絡的重要延伸形式。而在這一過程中，主要涉及到智能家居的單元通信，在確保智能家居之間互相通信的同時，能夠對外聯系。我們利用廣域網的大數據分析、數據庫資源、模型運算資源等，使得今天的智能家居完成的任務遠超出當初概念提出的相關內容。

2 智能家居通信業務需求分析

依據智能家居對于通信網絡呈現出的不同需求，智能家居系統實際上可以劃分為數據網絡、控制網絡兩個環節。其中的數據網絡，主要涉及到監控信息傳輸、影音共享、設備上網需要等，這就需要移動網絡，來保障其高速通信的需要；控制網絡，則主要通過移動終端的形式，來對家庭安防、環境、照明、溫控等環節進行實時的控制和查詢，這其中涉及到的是高頻次、小包的數據業務。從大量實踐經驗總結來看，智能家居系統搭建過程中，對于移動通信需求有著以下的需求特征。

低移動性：智能家居設備通常是長期固定的，只有少部分設備會進行移動，但也只是低速性的移動。而針對其低移動特點，網絡管理時可以大幅的延長移動性管理周期，進而促使網絡開銷得以降低，并減少終端的功耗，最大限度的利用無線資源。

延時：人們在智能家居控制需求上，需要的是隨心所欲，也就是當主人發布命令后，控制網絡便立即開始執行；安防系統，則是要實時的對于任何異常狀況進行反饋。這些需要，都對通信網絡的延時有著前提條件，必須盡可能低和快。

突發性和寬帶化：智能終端需要能夠全天候的發起業務，例如安防系統這一環節，就需要網絡有著極大的覆蓋范圍，并保持高效素具傳輸，這就需要網絡寬帶化、移動通信化。

3 兩種移動通信下的智能家居通信設計

相較于有線形式的網絡，移動通信所呈現出的信道容量，是考慮的首位[2]。智能家居的移動數據通信時，其數據傳輸形式，是利用移動終端來與通信網絡臨時信道達成的傳輸目的。智能家居實際應用過程中，大量的應用了數據業務，其中，非實時業務環節，對于傳輸過程中的時延、誤碼率并沒有太高的要求，并且能以信道共享的形式進行，雖然其中同樣有數據突發性，但數據分組時也需要排隊進行發送。處在這一要求下，其所應用的通信網絡，原則上只要隊列緩存充足，即使智能家居的移動終端應用數量多倍提升，也不會發生信息阻塞的現象。而應用已經極為成熟的4G、即將布局的5GLTE技術，其帶寬能夠充分滿足智能家居數據業務需要。基于移動通信的智能家居，其在網絡拓撲上，主要有以下兩種設計形式：

3.1 中央控制模式

其本身與有線寬帶相同，也就是利用移動通信的空中接口，接入到對應的家庭網關中，這個網關能夠利用Wi-Fi的形式，對于智能家居系統下各個不同的單元進行無線控制，網關在這一過程中相當于以一個無線熱點的形式存在。該網關本身也屬于中央控制單位，完全符合單一電器的統一、分開控制。當應用這一形式的通信形式時，僅僅只需要一個SIM卡、一個空中信道。并且即便是移動通信與家庭網關斷開，其依然可以對智能家居單元進行相應的管理。但這一形式智能家居形式，雖然說節省了移動通信信道容量要求，但也對于家居單元的快速反應需要形成了影響，尤其是在某單元存在大量數據交換的情況下。中央形式的控制網管，從本質上來說，適用于大規模的智能家居體系構建，其對于家庭電器有統一的設計、制造要求，不太適用與個人家居。

3.2 單元控制模式

這一通信設計下，家居單元之間是完全獨立起來的，但同時也能夠形成一個整體，雖然每個單元都采取獨立SIM卡、獨立空中信道，可能會對于信道容量有著較高的要求，但在如今移動通信技術飛速發展、帶寬網絡不斷提升的情況下，其壓力會不斷的縮小。

日常的通知，可以利用單元控制器來實現，其家庭網絡完全可以利用移動通信，在云服務器上去進行控制，利用云服務器，家庭中各個網絡單元都能夠實現統一化的管理。某種程度上來說，這一形式的應用，使得智能家居云服務器的專業化發展空間也開始不斷擴大。智能家居單元所涉及到的簡單控制策略，能夠通過單元控制器就加以實現，但在一些更更為復雜的模型建立、運算上，就需要利用大數據來對控制的策略進行優化，這使得云服務器有著不可想象的優勢。比如說，智能家居單元的語音識別、圖像拍攝等分析，甚至于冰箱內部食物新鮮度的識別、空調組節能運行策劃、智能家居單元電器的運行邏輯關系策劃等，都可以利用移動通信體系下的云服務器來加以完成。

4 結束語

綜上所述，雖然智能家居已經發展了多年，但物聯網智能家居的爆發期，是近幾年無線通信技術的飛速發展下，所支撐并成熟起來的。4G移動通信網絡實現了各種不同的無線接入融合、互聯網無縫連接、高速吞吐、QoS保障，移動通信網絡下的智能家居必然會得到空前的發展。雖然說目前的移動網絡智能家居通信形式還較為單一，但隨著技術的成熟，相信其應用形式會不斷的拓展和加深。

[1] 吳川.智能家居系統的嵌入式家庭網關的研究與設計[D].江南大學，2015.

[2] 胡靜.基于ZigBee和GSM技術的智能家居系統設計與研究[D].寧波大學，2013.