智慧家庭信息系統原理剖析

吳晨宇

摘 要 智慧家庭依靠的是以物聯網、云計算、大數據等信息技術為手段，在日常家庭生活中實現設備的互聯互通，為人們提供舒適、簡便、安全、綠色、健康的生活方式。文章主要研究智慧家庭的概況和結構，以及智慧家庭中信息技術的應用原理，最后通過對智慧家庭信息系統原理的剖析，深刻解讀了智慧家庭的技術仍存在許多問題，從而使智慧家庭的技術在未來可以得到全面實現與優化，盡可能得消除技術風險，從而得到廣泛的應用。

關鍵詞 智慧家庭；信息系統；物聯網；云平臺；大數據

中圖分類號 TP3 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2019）237-0118-02

智慧家庭概念[1-2]的提出，是家庭信息化、自動化與智能化的一種表達，本文正是基于對學校與家庭的聯網電器設備的關注，圍繞智能家庭電器，對智慧家庭進行較為全面的整理與總結，對智慧家庭采用的信息技術進行重點分析與研究，為深入理解信息技術提供基礎。

1 智慧家庭概況

1.1 概念

智慧家庭作為智慧城市概念的衍生理念，其最終目的是充分利用信息技術實現家庭設備的聯網、家庭環境的感知，并借助網絡平臺實現家用設備的自動操作與智能控制，并實現人與設備的智慧交互等[2-3]。智慧家庭的載體是物聯網，借助人們常用的電子信息產品（手機、電腦、iPad）實現家庭成員之間、人與電器設備的實時交互，為社會創造一個先進、舒適、低碳、便捷與安全的現代化居住環境。

1.2 智慧家庭的結構

智慧家居信息系統是基于家居生活的智能化信息管理系統，該信息系統的核心是物聯感知與信息交互，建立在高速的無線通信、智能的信息感知、智慧的終端交互等技術之上，滿足人們對日常居家生活的娛樂化、自動化與智能化需求，其一般的系統結構如圖1所示[4-5]。

圖1所示的這種智慧家庭信息系統是基于智慧城市框架之下而設計的，是信息技術在人們日常家庭生活中的具體應用，以智慧城市的單元-智慧家庭為載體，實現家庭電器設備的智能控制、家庭環境的智能感知、家庭成員的健康管理，甚至是家庭各種消費的智能監測等。從圖1所示可知，智慧家庭信息系統從下到上依次可以分為狀態感知層、信息傳輸層和應用交互層。

1）狀態感知層。家庭環境的智能感知是智慧家庭的基礎，包括電器設備的智能互聯在內，必須借助信息通信實現家庭設備及應用環節進行信息采集，如常見的有家用智能冰箱、家用智能空調、家用智能洗衣機、智能電表、水表、氣表、門禁，以及家庭監控等對參數的采集與處理。

2）信息傳輸層。也就是圖1的網絡層，目前的主流技術主要是借助移動網絡或家庭無線局域網實現信息的傳輸，另外一個技術是借助電力網絡實現信息傳遞，雖然該技術還不夠完善，但是電力網絡傳輸具有獨特優勢，具有很好的應用潛力，傳輸層是智慧家居系統的中間環節，為感知層和應用層提供了信息紐帶。

3）應用交互層。智慧家庭的最終目的是相互交互，必須借助應用層加以實現，主要采用智能計算等手段實現智慧家庭信息的綜合計算與分析，如通過對家庭電器設備的狀態感知可以實現對應的智能控制、能耗分析和環境健康監測等，甚至可以將相關家庭信息數據融合到智慧城市體系中，加以更高層次的價值挖掘。

2 智慧家庭信息技術分析

2.1 智慧家庭信息系統中的物聯網

物聯網技術[3]是借助網絡通信技術，如無線傳感器網絡、無線局域網、無線射頻識別（RFID）、藍牙、紅外等實現設備與設備之間、設備與互聯網之間的通信，以實現對環境狀態的感知、控制與管理。作為互聯網技術深入應用的產物，具有廣泛的應用前景，據相關的市場報告分析，我國物聯網市場規模十分龐大，將成為信息產業的重要支柱。

正是物聯網技術的靈活方便、組網穩定、信息數字化特點，可以通過感測、采集、運輸、整合、分析的技術來控制智能家庭信息系統。常見的家用物聯網技術主要有無線射頻識別（RFID）、低功耗藍牙和無線局域網等技術。

無線射頻識別（RFID）：利用無線電波對特定目標進行識別，常稱為電子標簽，它可應用于安全門禁、身份認證、庫存跟蹤、汽車防盜等，其具有快速掃描、抗污染能力強、可重復使有等優點。

低功耗藍牙技術：是一種無線通信技術標準，與WiFi類似，適用于短距離低功耗場合，如通過藍牙連接可以控制電視、空調、冰箱、洗衣機等，也可以控制智能門鎖、窗戶、窗簾、家務機器人等。

無線局域網：作為智慧家庭的主流網絡連接，逐步取代其他通信連接方式，通過手機、電腦和各個電器之間在連接WiFi的情況下，實現從云端或App對電器設備的靈活操控。

2.2 智慧家庭信息系統中的云計算

在智慧家庭信息系統[5]中，云計算具有重要的意義。云計算的出現離不開云平臺的建立。云平臺是一個超大規模的平臺，可以將所接受的所有信息進行匯集整理、分析，還可以分布式儲存匯集到的信息，然后借助云計算強大的計算能力，計算并分析各種輸入的數據，再制定個性化的策略，進行智能化控制，是智慧家庭的智慧手段。作為云計算的服務模式，平臺服務（PaaS）、軟件服務（SaaS）與基礎設施服務（IaaS）在智慧家庭信息系統中都有所應用。

平臺服務（PaaS）：可以借助已有成熟的云平臺實現智慧家庭的控制，目前市場上一些成熟的智能家居均是采用這種平臺服務，主要優勢是方便各個廠商的技術融合應用。

軟件服務（SaaS）：通過云計算來制作與智慧家庭各用電器相對應的App，直接使用相配套的應用不需要擔心服務器、應用開發等問題。如：安全防衛系統、空氣檢測系統等。

基礎設施服務（IaaS）：通過云計算的IaaS來建立自己的基礎設施服務平臺，如借助常用的阿里云基礎設施服務，實現自身平臺搭建，進而實現物聯網中對電器的智能化控制。

2.3 智慧家庭信息系統中的大數據

通過物聯網實現家用設備的連接[6]，進而達到對家庭環境與設備狀態的實時監控，獲得的信息規模巨大，常規的數據處理技術難以勝任，尤其是當提升到智慧城市層次，往往需要與云存儲、云計算相結合。

借助大數據技術，以在成千上萬的混亂數據中快速分析出并優化目標方案。如：大數據可以精準的測定大氣環境質量、氣壓、溫濕度等，從而通過云計算的SaaS層來告訴客戶；在智慧家庭之中，大數據還體現在可以在人們出門前尋找躲避擁堵的上班路線。并且大數據還具有歷史記憶功能，可以通過第一次的行為產生記憶，為第二次甚至是最后一次提供幫助。如：在未來的智能家庭當中，網購、快遞、外賣肯定會成為更多人的首選，這時智慧家庭的大數據便會在第一次選擇之后，設定常購物的網店、或是可能喜歡的優惠信息、喜歡的飯菜口味等，極大方便了客戶的選擇。

3 結論

智慧家庭在大數據時代的背景下，具有廣闊的發展空間，智慧家庭的信息系統中主要利用了物聯網、云計算、云儲存、大數據、智能交互等技術，是各項技術相互結合、利用，構建起一個智慧家庭的框架。物聯網通過藍牙等技術將各個電器相互聯系起來，再在云平臺的骨架下，通過云計算、大數據等技術將信息匯集分析、整理并輸出。但云計算仍具有一些弊端，如：個人隱私存在泄露的風險；云計算的身份認證還不健全，易使黑客潛入；云平臺本來客戶較多，會出現管理問題。但還是希望未來這些弊端都會被解決，讓智慧家庭布滿整個地球村，讓人們享受大數據時代。

參考文獻

[1]金樺，陳才.我國智慧家庭多媒體發展現狀與趨勢[J].電視技術，2014，38（s1）：26-29.

[2]黃文鳳.智慧家庭中的智能家居產業發展現狀及趨勢[J].集成電路應用，2013（10）：16-18.

[3]楊業令.基于物聯網的智慧家庭系統設計與實現[D].成都：電子科技大學，2013.

[4]張紅.智慧家庭標準體系建設[J].電視技術，2015，39（4）：86-88.

[5]李稚萱.云計算在基于NGB的智慧家庭業務平臺上的應用[J].物聯網技術，2012（7）：83-85.

[6]張磊，顧景民.基于大數據的未來智慧家庭系統[J].科技視界，2016（25）：15.