一種基于物聯網技術的智慧辦公系統設計

李璐

摘要：隨著物聯網技術的飛速發展，各種各樣的物聯網應用不斷涌現，將物聯網技術引入辦公環境中可以大大提高工作效率。基于此，設計開發了一種基于物聯網的智慧辦公系統，在充分考慮非功能性需求的基礎上綜合運用各種物聯網技術對辦公環境進行智能管理，在提高工作效率的同時滿足用戶的個性化需求。

關鍵詞：物聯網;用戶體驗質量;服務質量

中圖分類號：TP311? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）34-0066-02

1 引言

物聯網的概念最初來源于麻省理工學院的Auto-ID Labs在1999年提出的網絡無線射頻識別系統，即把所有的物品通過射頻識別等信息傳感設備與互聯網連接起來，實現智能化識別和管理[1]。2005年11月17日，國際電信聯盟（ITU） 在突尼斯舉行的信息社會世界峰會上發布了題為“ITU Internet reports 2005-the Internet of things”的報告，正式提出了物聯網這一概念[2]。隨著物聯網的飛速發展，物聯網被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業的第三次浪潮[3]。

在物聯網應用中，用戶的需求可以分為功能性需求和非功能性需求，功能性需求用于描述物聯網應用所應提供的功能，非功能性需求則用于描述物聯網應用提供的服務或功能所受到的約束。隨著物聯網廣泛應用于各行各業，用戶對物聯網應用的需求不僅僅局限于實現特定功能，還希望得到良好的用戶體驗，非功能性需求開始越來越受到業界的重視。

本文首先介紹了物聯網的概念和體系結構，對體系結構中每層的功能進行了分析。接著，對物聯網應用的非功能性需求進行了研究，介紹了兩種非功能性需求度量標準。在對傳統辦公環境的缺陷進行深入剖析的基礎上，將物聯網技術引入辦公環境，設計開發了一種基于物聯網技術的智慧辦公系統，在提高工作效率的同時滿足用戶的個性化需求。

2 物聯網和非功能性需求

2.1 物聯網

通常認為，物聯網是指各種信息傳感設備，如傳感器、條碼、RFID等，通過各種接入網和互聯網結合起來形成的實現人與人、人與物、物與物交互的巨大智能網絡。

根據國際電信聯盟的建議，物聯網自底向上可以分為以下五層[4]：感知層，該層的主要功能是通過各種傳感設備收集物體信息、環境情況等數據;接入層，該層的主要功能是通過無線局域網、衛星網等基礎設施將感知層收集的數據傳輸到互聯網中;互聯網層，該層的主要功能是以IPv4/IPv6為核心構建互聯網平臺整合信息資源;服務管理層，該層的主要功能是基于云計算等技術對海量信息進行管理并為上層應用提供用戶接口;應用層，該層的主要功能是集成系統底層功能，構建面向各行各業的具體物聯網應用。通過對上述各層進行整合，通常認為物聯網的體系結構可分為感知層、網絡層和應用層三層，其中，感知層實現對物理世界的智能識別、信息采集，涵蓋上述五層中的感知層;網絡層實現信息的傳遞、路由和控制，涵蓋上述五層中的接入層和互聯網層;應用層包括應用基礎設施和各種物聯網應用，涵蓋上述五層中的服務管理層和應用層。

2.2 非功能性需求

目前，非功能性需求最常用的度量標準是服務質量（Quality of Service，QoS）。QoS的定義最初由CCITT給出：QoS是一個綜合指標，用于衡量使用一個服務的滿意程度，描述關于一個服務的某些性能特點。物聯網應用涉及感知層、網絡層和應用層三層，每層的QoS都會對整個應用的QoS產生影響。

隨著對QoS研究的不斷深入，研究者發現QoS忽略了用戶的主觀因素，并不能準確反映用戶對物聯網應用的認可程度，而用戶體驗質量（Quality of Experience，QoE）以用戶認可程度為標準，綜合了服務層面、用戶層面和環境層面的影響，能夠直接反映用戶對物聯網應用的認可程度。

QoE最初被定義為用戶對提供給OSI模型不同層次的QoS機制整體感知的度量[5]。之后，國際電信聯盟等擴展了QoE的定義，將其定義為：終端用戶主觀上對服務或者應用的整體可接受程度[6]。通過上述分析不難看出，QoE實際上是用戶在與應用交互過程中的一種主觀感受，用于描述用戶對應用的認可程度。

由于用戶與應用的交互必然是處在一定的環境之中，故可將QoE的影響因素分為用戶、服務和環境三個方面，如圖1所示。用戶方面的影響因素包括用戶的期望、體驗經歷、身心狀態以及教育程度、價值觀等自身背景。服務方面的影響因素涉及傳輸層，應用層和服務層，傳輸層反映網絡的傳輸狀況;應用層反映應用本身的性能，如數據轉換應用中的正確率、視頻業務中的分辨率等。服務層描述應用的重要性、成本等內容，如優先級等。環境方面的影響因素包括應用的物理環境和外部環境，其中，物理環境指服務運行的軟硬件環境，外部環境指自然環境和社會人文環境，如溫度、道德規范等。

3 基于物聯網技術的智慧辦公系統

隨著物聯網的飛速發展，物聯網廣泛應用于各行各業，大大改善了人們的生活。隨著人們生活品質的提高，人們對辦公環境也有了更高的要求。在傳統辦公環境中，各種設備相互獨立，需用戶控制，智能化程度較低。通過在辦公環境中引入物聯網技術，在充分考慮非功能性需求的基礎上對辦公環境中的各種設備進行統一管理，可實現辦公環境的智能調節，既能提高工作效率又能提供良好的用戶體驗。

3.1 體系結構

基于物聯網技術的智慧辦公系統體系結構如圖2所示，整個系統主要包括環境監控、智能安防和門禁系統三個部分。環境監控模塊通過溫度傳感器、濕度傳感器和光照傳感器采集環境信息，基于Zigbee技術將環境數據經由Zigbee協調器傳至服務器，服務器根據預設的溫濕度、光照數值控制照明系統、通風系統和空調設備，當溫度過高時自動開啟空調降溫;濕度過大時自動開始通風;光線過暗時自動開啟照明。智能安防模塊通過煙霧傳感器、火焰傳感器、CO傳感器采集環境信息，監測是否發生火災、濃煙、CO泄漏，一旦發生危險，將報警信息通過數字量采集器、串口鏈路服務器和無線路由器傳至服務器端，同時報警燈報警。下班后將紅外對射設備開啟，對辦公環境進行布防，當有人非法進入時，紅外對射設備將報警信息通過數字量采集器、串口鏈路服務器和無線路由器傳至服務器端，同時報警燈報警，服務器端還可以通過攝像頭對辦公環境進行視頻監控。門禁系統包括兩個部分，一是刷卡簽到，員工上班時通過RFID技術使用射頻卡進行簽到，數據經串口鏈路服務器存入服務器端的數據庫中保存。二是刷卡上電，通過射頻卡來控制辦公環境的供電，并且可通過Zigbee技術實現電表數據的智能讀取，實現自動抄表和繳費。在這套系統中，服務器與網絡相連，個人電腦、移動設備隨時隨地可通過網絡查詢相關信息和對系統進行控制。

3.2 非功能性需求

在基于物聯網技術的智慧辦公系統中，使用QoE作為非功能性需求的度量標準。系統根據用戶反饋的用戶體驗質量智能調節辦公環境，在滿足功能性需求的同時滿足用戶的個性化需求。為此，需要對QoE進行量化，以便通過主成分回歸的方法研究QoE與其影響因素之間的函數模型來準確反映QoE與其影響因素之間的關系。

根據QoE的特征，可采用類別量表、等距量表和順序量表對QoE進行量化。目前，廣泛采用的量化方法是國際電信聯盟建議的Mean Opinion Score（MoS）評分法，如表1所示。該方法是一種順序量表法，將QoE分為5個層次，較為細致地描述了用戶的主觀感受，且工作量適中。

由于不同的樣本數據具有不同的量綱和數量級，因此需要對MoS評分法收集到的樣本數據進行正規化處理，以便消除量綱和數量級對樣本數據的影響。在數據標準化處理中，常用的方法有如下三種：Z-Score 標準化、最大最小標準化和小數定標法。在此，使用Z-Score標準化來處理樣本數據，將不同量級的樣本數據轉化為統一量度的Z-Score分值進行比較。

4 結論

本文首先從概念和體系結構兩個方面對物聯網進行了深入研究，分析了物聯網體系結構中每層的功能。接著，從物聯網應用的非功能性需求入手，研究了兩種非功能性需求的度量標準，分析了其優劣。在對傳統辦公環境的缺陷進行分析的基礎上，提出了一種基于物聯網的智慧辦公系統，使用QoE對非功能性需求進行度量，在提高工作效率的同時提升用戶體驗。

參考文獻：

[1] 文浩，林闖，任豐原，等.無線傳感器網絡的QoS體系結構[J].計算機學報，2009，32（3）：432-440.

[2] Auto-ID Labs homepage[2021-04-25]. http： / /www. autoidlabs.org/page.html.

[3] 陳海明，崔莉，謝開斌.物聯網體系結構與實現方法的比較研究[J].計算機學報，2013，36（1）：168-188.

[4] ITU NGN-GSI Rapporteur Group. Requirements for support of USN applications and services in NGN environment[R].Geneva： International Telecommunicati on Union （ ITU） ，2007.

[5] Siller M，Woods J.QoE improvement of multimedia transmission[C]. Proceedings of the IADIS International Conference，2003，II： 821-825.

[6] ITu-T：Definition of quality of experience（QoE）[Z].International TelecommunicationUnion， Liaison Statement， Ref.：TD 109rev2（PLEN/12），2007.

【通聯編輯：梁書】