基于5G和霧計算的智能家居系統的討論與研究

石嘉皓

摘 要 文章介紹了智能家居的研究背景，分析了目前智能家居的現狀及存在的問題。從5G，霧計算，智能安防技術出發，分析了這些技術如何與智能家居結合。從智能化、自動化、人性化方面出發，對現有的智能家居進行分析，提出新型智能家居的方案。以期對未來智能家居的發展起到一定的引導和推動作用。

關鍵詞 霧計算;5G技術;智能家居;智能安防

引言

（1）研究背景及意義：智能家居使用無線通信技術，把各種信息傳輸設備、家用電器、家用安防設備連接用戶的手機或其他終端設備并進行集中監控、管理，盡可能減少能耗，節約資源，使家居中的設施與住宅環境保持協調，為用戶提供更加優質、舒適，更加人性化的家庭環境。在數據大量產生的今天及未來，云計算的延時將不再能夠滿足用戶的需要，而霧計算的推出正好解決了這一難題，霧計算通過設置眾多分散的中心節點，不需要將數據傳到中央服務器，大大增加了處理速度，減少了傳輸的延時，符合未來用戶的需要。

（2）目前智能家居的問題：隱私一直以來都是用戶最為重視但又很難得到解決的問題。目前，隱私仍然是智能家居一個經常出現的弊端，因為智能家居到處都有攝像頭，并且已經接入互聯網，因此任何人都有可能入侵網絡，導致隱私權受到侵害。高延遲是另一個存在的問題，處于網絡使用高峰期的時候，會因為網絡用量大，導致智能家居與終端之間的連接緩慢甚至卡頓，極大的影響用戶使用體驗?，F代社會更倡導健康運動的生活方式，用手機控制智能家居系統會導致久坐不動的生活方式。使用者可以通過智能家居完成大部分事情，這嚴重限制了已經懶惰的人群的身體活動。所以有必要對智能家居系統的使用和設計進行更全面的考慮[1]。

1研究內容

智能家居作為物聯網的一部分和人們的生活息息相關，是 人們感受物聯網最直接的方式。通過智能家居系統，人們將充分感受到物聯網革命帶給人們的方便、快捷與智能化。

1.1 通過5G連接使自動化控制系統、網絡系統和通信技術一體化

5G技術相比于過去的4G網絡，5G將擁有更快的速度，更低的延遲和更多的連接設備。在4G時代，設備以低功耗模式串聯，以不同的方式交換信息。存在傳輸延遲較高和帶寬不夠等問題，會導致不能同時運行多個設備，而網絡信號會因為穿墻能力弱和房屋空間較大而難以覆蓋整個家庭空間，難以滿足智能家居網絡的要求。目前所使用的4G與Zigbee結合的技術雖然具有較高的穩定性，但國內技術對其開源程度不高，必然也存在著不少的缺點，例如目前國內Zigbee技術主要采用了ISM頻段中的2.5G頻率，其衍射能力較差，穿墻力弱。低功耗傳輸是該技術的優點，但也有著低傳輸速率的缺點。隨著5G的迅速發展，網絡切片技術也有了巨大改善，這項技術可能給Zigbee技術帶來很大的改變，把5G的低延遲與Zigbee的多節點的優點結合起來，可以解決低傳輸率的缺點，大大提高通信的效率和穩定性[2]。

1.2 霧計算和智能家居的結合

霧計算起初是由美國紐約哥倫比亞大學的斯特爾弗教授提出，后來美國的思科公司把霧計算重新定義和應用，成為一種面向物聯網的分布式計算基礎設施。它使用戶能夠在本地分析和管理數據，從而通過連接以獲得即時答復。云計算是以運營商服務，公有云為主的，霧計算是以個人云，私有云，企業云等為主。云計算把數據全部傳到云端，通過云端的大型計算機運算再傳給用戶，它的計算能力強，但是存在延遲較高的問題。相比于云計算，霧計算支持實時互動，有更低的時延，還能大大減少云端的計算壓力，降低能耗。

霧計算能識別更加靠近網絡邊緣的分布式計算基礎設施，它使處于邊緣的小型的設備可以在本地運行計算并立即做出決策，在網絡連接斷開時，也可以使物聯網設備繼續運行，提高了恢復能力。因為沒有把數據上傳到云端，只在獨立對網絡系統中進行與算，能防止將敏感數據傳輸到外面，提高了安全性[3]。

1.3 5G如何與智能安防設備進行結合，增加系統的安全性

5G技術的發展使得智能家居中引入人工智能和大數據成為可能，智慧安防在傳統安防的基礎上引入了人工智能和大數據分析，而與霧計算結合不需要把畫面上傳到云端，直接在設備中實現只能判斷，提高了判斷的速度，并能及時通知用戶。

所有設備通過網絡連接，網絡的安全性和穩定性是重中之重，通過增加備用的網絡系統能提高網絡的穩定性。在網絡中斷時發送最后記錄的畫面到用戶，使用戶提高警惕。

1.4 通過記憶學習功能提供更人性化的設定

智能家居是以住宅為核心載體，將設備的自動控制技術、物聯網技術、人工智能技術等為基礎，將安防系統，照明系統，智能家居和智能娛樂設備有機結合 ，給用戶提供一個舒適、便捷、安全的智能家居環境。智能家居的人性化研究是在研究智能干預生活的邊界，找到適合不同用戶的對智能設備對自己生活的干預程度的要求，這需要對用戶的行為做深入的分析，還包括用戶的思維、心理和情感分析等等。在充分了解用戶之后，才可能對用戶日常的行為做出合理的分析，從中尋找出用戶的真正需求，并在用戶手動控制之前實現自動化控制。這需要每個設備記錄并分析用戶的使用習慣，通過霧計算在各個設備之間共享用戶的數據，分析用戶的使用習慣，給予用戶實時反饋，并不斷根據用戶的使用習慣改變設定[4]。

2結束語

隨著互聯網技術，通信技術的發展，智能化將會是未來的發展趨勢，智能家居將逐漸成為越來越多的家庭的標配。越來越多的電子設備將會對儲存和傳輸形成巨大的考驗，霧計算的發展為將來各個終端之間的互聯提供支持。本文對基于5G和霧計算的智能家居系統的討論與研究，分析了5G技術和霧計算的特點，提出了適合新時代的智能家居的方案。基于5G技術和霧計算，人工智能的新型智能家居具有傳統智能家居所不具備的智能化、自動化、人性化的新特征，是未來發展的趨勢。

參考文獻

[1] 龔皓.對5G時代下Zigbee構建智能家居的探析[J].電腦知識與技術，2019（27）：26-27.

[2] 包依勤.基于物聯網技術的智能家居系統的研究與探討[J].物聯網技術，2013（7）：38-41.

[3] 佚名.5G+智慧安防必然會結合[J].https：//www.sohu.com/a/290945119_99912026，2019-1-23.

[4] 馬曉藝.智能家居的人性化設計研究[D].北京：北方工業大學，2019.