物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的概念設(shè)計(jì)之5G模式下的智能家居的初步探討

霍芥廷 楊亞喜

摘要：近年來(lái)，在人們需求的引領(lǐng)，智能軟硬件、大數(shù)據(jù)、5G、人工智能等技術(shù)的驅(qū)動(dòng)以及“十三五”規(guī)劃期間國(guó)家各項(xiàng)政策的支持下，智能家居產(chǎn)業(yè)進(jìn)入極速發(fā)展期。通過(guò)綜合概括我們將以住宅為單位，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，由軟硬件系統(tǒng)以及大數(shù)據(jù)云計(jì)算平臺(tái)構(gòu)成的家居產(chǎn)品統(tǒng)稱(chēng)為智能家居。文章主要將從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)層面分析和研究在5G大背景下如何將5G技術(shù)與自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)合并對(duì)構(gòu)想實(shí)現(xiàn)智慧家居進(jìn)行初步探討。

關(guān)鍵詞：5G;NB-IoT;物聯(lián)網(wǎng);智能家居

引言

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展使得全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、射頻識(shí)別等傳感器技術(shù)越發(fā)完善，而且智能照明系統(tǒng)、語(yǔ)音控制系統(tǒng)、家庭影音系統(tǒng)、智能監(jiān)控安防系統(tǒng)等都已經(jīng)從概念到落地。最主要的是5G的不斷發(fā)展與成熟使得智能家居迎來(lái)新的發(fā)展契機(jī)。

5G擁有更大的帶寬，能夠支持物聯(lián)網(wǎng)、AR、VR、人工智能等應(yīng)用。和傳統(tǒng)的家電產(chǎn)品相比，智能家電產(chǎn)品的獨(dú)特之處在于利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)字信息技術(shù)使得設(shè)備之間能夠提供信息交互功能，并根據(jù)海量數(shù)據(jù)自主地、合理地進(jìn)行調(diào)整。網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)關(guān)是智能家電、互聯(lián)網(wǎng)信息交換的關(guān)鍵技術(shù)，是智能家居產(chǎn)品性能提升的重點(diǎn)和難點(diǎn)。5G大連接、高速率、低功耗以及低延時(shí)的特點(diǎn)將改善網(wǎng)絡(luò)狀況，使得家電產(chǎn)品性能獲得進(jìn)一步的提升。目前我國(guó)智能家居中主要運(yùn)用的無(wú)線(xiàn)技術(shù)有Wi-Fi、藍(lán)牙以及Zigbee，受技術(shù)水平限制，這些無(wú)線(xiàn)技術(shù)常會(huì)因?yàn)閴Φ任矬w的隔離或者傳輸距離太遠(yuǎn)，導(dǎo)致遠(yuǎn)程控制不靈敏。連接設(shè)備較多的情況下，經(jīng)常發(fā)生數(shù)據(jù)包易丟失。在5G環(huán)境下智能家居設(shè)備系統(tǒng)將會(huì)更加穩(wěn)定安全，因?yàn)閷?lái)會(huì)大量建設(shè)5G基站，也因?yàn)?G會(huì)擁有更加完善的質(zhì)量管理系統(tǒng)。

一、概述

首先商家層面，傳統(tǒng)家電產(chǎn)品性能已發(fā)展到極限，難有大幅度上升。傳統(tǒng)家電行業(yè)急需創(chuàng)新產(chǎn)品，時(shí)下最熱門(mén)的人工智能便成了行業(yè)突破口。因此，智能家居成為了家電大廠(chǎng)和互聯(lián)網(wǎng)巨頭的必爭(zhēng)紅海。其次國(guó)家層面，我國(guó)致力于環(huán)境保護(hù)和能源節(jié)約工作，2017年住建部印發(fā)的《建筑業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中明確提出我國(guó)城鎮(zhèn)建筑的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，要求大力發(fā)展綠色建筑，綠色建筑要求智能化控制建筑節(jié)能、發(fā)展環(huán)境監(jiān)測(cè)及能源系統(tǒng)。此外，國(guó)家大力推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，根據(jù)2019物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)行業(yè)分類(lèi)排行新趨勢(shì)報(bào)告顯示，智能家居是物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用最為頻繁的領(lǐng)域之一。

最后用戶(hù)層面，我國(guó)老齡化現(xiàn)象嚴(yán)重，需要把人們從繁瑣復(fù)雜、高重復(fù)率的日常家務(wù)中解放出來(lái)，讓年輕人專(zhuān)注更有價(jià)值、更具創(chuàng)造性的事務(wù)。隨著物質(zhì)水平的提高，人們對(duì)于美好生活需求也日益增長(zhǎng)，消費(fèi)主力軍“80 后”、“90后”更易于接受新事物，樂(lè)于提高家居生活的品質(zhì)。

二、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀

自1985年以來(lái)，發(fā)達(dá)國(guó)家觀(guān)察到智能家居行業(yè)所充滿(mǎn)的巨大商業(yè)價(jià)值和市場(chǎng)的未來(lái)趨勢(shì)，已在智能家居系統(tǒng)的研發(fā)中投入了物質(zhì)和人力資源。國(guó)外對(duì)智能住房的研究也有一些差異，美國(guó)公司側(cè)重于保護(hù)功能的測(cè)試和應(yīng)用，歐洲公司側(cè)重于使用遠(yuǎn)程控制，亞洲三星級(jí)公司也非常深入地探索智能家居，以開(kāi)展相關(guān)的研究產(chǎn)品。專(zhuān)家預(yù)測(cè)未來(lái)兩三年全球家庭自動(dòng)化市場(chǎng)將出現(xiàn)大幅度增長(zhǎng)。美國(guó)作為第一個(gè)進(jìn)入全球智能家居市場(chǎng)的國(guó)家，約有32%的美國(guó)家庭都配備了家庭自動(dòng)化系統(tǒng)，預(yù)計(jì)到2022年用戶(hù)數(shù)量將到達(dá)53.1%。國(guó)內(nèi)狀況是巨頭頻頻進(jìn)入智能家居領(lǐng)域，政策扶持促進(jìn)行業(yè)發(fā)展?；趶V闊的市場(chǎng)空間、5G、LOT、AI等技術(shù)快速迭代、新基建的政策紅利以及新消費(fèi)形勢(shì)的需求，智能家居產(chǎn)業(yè)發(fā)展提速。國(guó)內(nèi)各家巨頭公司也紛紛涌入這個(gè)賽道。整體采用“云+端”概念，以5G網(wǎng)絡(luò)作為載體，利用嵌入式技術(shù)將家電器具智能化，組成無(wú)線(xiàn)智能傳感器網(wǎng)絡(luò)，采取NB-IoT通信技術(shù)連接組網(wǎng)，最終實(shí)現(xiàn)將家庭自動(dòng)化系統(tǒng)連接到互聯(lián)網(wǎng)。

三、5G技術(shù)的運(yùn)用

5G速度快的背后：（1）毫米波，5G網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波進(jìn)行通訊的，無(wú)線(xiàn)電波擁有一個(gè)特點(diǎn)，那就是低頻率無(wú)線(xiàn)電波帶寬窄、信息量小，高頻率無(wú)線(xiàn)電波帶寬高、信息量大。只要讓我們的設(shè)備能夠接收并“解讀”高頻率電波，帶寬和承載的信息量增大，網(wǎng)速就能夠提上去。5G網(wǎng)絡(luò)就找到了一種頻率很高的無(wú)線(xiàn)電波傳播信息，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)速飛躍，由于這種波的波長(zhǎng)僅為毫米級(jí)故稱(chēng)“毫米波”。（2）微基站，毫米波也有缺點(diǎn)，“穿墻”能力弱，信號(hào)覆蓋范圍小。如果5G要用毫米波高頻信號(hào)就要建很多的基站保證覆蓋范圍。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，5G技術(shù)的解決方案就是建立微基站，微基站很小，隨處可裝。（3）波束賦形，基站發(fā)射信號(hào)就像燈泡發(fā)光。大多數(shù)人都往光亮的地方擠，但燈泡確實(shí)射向四周，這就意味著很多光沒(méi)有為人所用造成資源浪費(fèi)。我們能不弄找到一只無(wú)形的手把散開(kāi)的光束收集起來(lái)，再將它們發(fā)送給需要的人呢？于是產(chǎn)生了波束賦形的概念和技術(shù)。波束賦形能使電磁波指向它所提供服務(wù)的設(shè)備，而且能根據(jù)設(shè)備的移動(dòng)而改變方向。這樣每束“光”都能照亮一個(gè)人，大家就不用去擔(dān)心信號(hào)干擾問(wèn)題。（4）D2D，目前兩個(gè)人面對(duì)面打電話(huà)傳照片等信號(hào)都是通過(guò)基站進(jìn)行中轉(zhuǎn)的。5G網(wǎng)絡(luò)用了一個(gè)新招數(shù)D2D（設(shè)備到設(shè)備），也就是兩個(gè)設(shè)備直接傳數(shù)據(jù)。效率大大提升。

結(jié)語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展是信息化發(fā)展的未來(lái)趨勢(shì)，隨著我國(guó)國(guó)際化進(jìn)程的不斷加快，要求我們必須進(jìn)一步探索并利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)制定全國(guó)統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，形成并保護(hù)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，完善相關(guān)法律制度等策略促進(jìn)我國(guó)各領(lǐng)域現(xiàn)代智能化的形成。

參考文獻(xiàn)：

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