一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧辦公系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李璐

摘要：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種各樣的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入辦公環(huán)境中可以大大提高工作效率。基于此，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧辦公系統(tǒng)，在充分考慮非功能性需求的基礎(chǔ)上綜合運(yùn)用各種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)辦公環(huán)境進(jìn)行智能管理，在提高工作效率的同時(shí)滿足用戶的個(gè)性化需求。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);用戶體驗(yàn)質(zhì)量;服務(wù)質(zhì)量

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）34-0066-02

1 引言

物聯(lián)網(wǎng)的概念最初來(lái)源于麻省理工學(xué)院的Auto-ID Labs在1999年提出的網(wǎng)絡(luò)無(wú)線射頻識(shí)別系統(tǒng)，即把所有的物品通過(guò)射頻識(shí)別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理[1]。2005年11月17日，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU） 在突尼斯舉行的信息社會(huì)世界峰會(huì)上發(fā)布了題為“ITU Internet reports 2005-the Internet of things”的報(bào)告，正式提出了物聯(lián)網(wǎng)這一概念[2]。隨著物聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)被稱(chēng)為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮[3]。

在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)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(lián)網(wǎng)應(yīng)用所應(yīng)提供的功能，非功能性需求則用于描述物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供的服務(wù)或功能所受到的約束。隨著物聯(lián)網(wǎng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，用戶對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的需求不僅僅局限于實(shí)現(xiàn)特定功能，還希望得到良好的用戶體驗(yàn)，非功能性需求開(kāi)始越來(lái)越受到業(yè)界的重視。

本文首先介紹了物聯(lián)網(wǎng)的概念和體系結(jié)構(gòu)，對(duì)體系結(jié)構(gòu)中每層的功能進(jìn)行了分析。接著，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的非功能性需求進(jìn)行了研究，介紹了兩種非功能性需求度量標(biāo)準(zhǔn)。在對(duì)傳統(tǒng)辦公環(huán)境的缺陷進(jìn)行深入剖析的基礎(chǔ)上，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入辦公環(huán)境，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧辦公系統(tǒng)，在提高工作效率的同時(shí)滿足用戶的個(gè)性化需求。

2 物聯(lián)網(wǎng)和非功能性需求

2.1 物聯(lián)網(wǎng)

通常認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)是指各種信息傳感設(shè)備，如傳感器、條碼、RFID等，通過(guò)各種接入網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來(lái)形成的實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物交互的巨大智能網(wǎng)絡(luò)。

根據(jù)國(guó)際電信聯(lián)盟的建議，物聯(lián)網(wǎng)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(guò)各種傳感設(shè)備收集物體信息、環(huán)境情況等數(shù)據(jù);接入層，該層的主要功能是通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施將感知層收集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)中;互聯(lián)網(wǎng)層，該層的主要功能是以IPv4/IPv6為核心構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)整合信息資源;服務(wù)管理層，該層的主要功能是基于云計(jì)算等技術(shù)對(duì)海量信息進(jìn)行管理并為上層應(yīng)用提供用戶接口;應(yīng)用層，該層的主要功能是集成系統(tǒng)底層功能，構(gòu)建面向各行各業(yè)的具體物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。通過(guò)對(duì)上述各層進(jìn)行整合，通常認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)可分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三層，其中，感知層實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界的智能識(shí)別、信息采集，涵蓋上述五層中的感知層;網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)信息的傳遞、路由和控制，涵蓋上述五層中的接入層和互聯(lián)網(wǎng)層;應(yīng)用層包括應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施和各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，涵蓋上述五層中的服務(wù)管理層和應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)是服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）。QoS的定義最初由CCITT給出：QoS是一個(gè)綜合指標(biāo)，用于衡量使用一個(gè)服務(wù)的滿意程度，描述關(guān)于一個(gè)服務(wù)的某些性能特點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用涉及感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三層，每層的QoS都會(huì)對(duì)整個(gè)應(yīng)用的QoS產(chǎn)生影響。

隨著對(duì)QoS研究的不斷深入，研究者發(fā)現(xiàn)QoS忽略了用戶的主觀因素，并不能準(zhǔn)確反映用戶對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的認(rèn)可程度，而用戶體驗(yàn)質(zhì)量（Quality of Experience，QoE）以用戶認(rèn)可程度為標(biāo)準(zhǔn)，綜合了服務(wù)層面、用戶層面和環(huán)境層面的影響，能夠直接反映用戶對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的認(rèn)可程度。

QoE最初被定義為用戶對(duì)提供給OSI模型不同層次的QoS機(jī)制整體感知的度量[5]。之后，國(guó)際電信聯(lián)盟等擴(kuò)展了QoE的定義，將其定義為：終端用戶主觀上對(duì)服務(wù)或者應(yīng)用的整體可接受程度[6]。通過(guò)上述分析不難看出，QoE實(shí)際上是用戶在與應(yīng)用交互過(guò)程中的一種主觀感受，用于描述用戶對(duì)應(yīng)用的認(rèn)可程度。

由于用戶與應(yīng)用的交互必然是處在一定的環(huán)境之中，故可將QoE的影響因素分為用戶、服務(wù)和環(huán)境三個(gè)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(yàn)經(jīng)歷、身心狀態(tài)以及教育程度、價(jià)值觀等自身背景。服務(wù)方面的影響因素涉及傳輸層，應(yīng)用層和服務(wù)層，傳輸層反映網(wǎng)絡(luò)的傳輸狀況;應(yīng)用層反映應(yīng)用本身的性能，如數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換應(yīng)用中的正確率、視頻業(yè)務(wù)中的分辨率等。服務(wù)層描述應(yīng)用的重要性、成本等內(nèi)容，如優(yōu)先級(jí)等。環(huán)境方面的影響因素包括應(yīng)用的物理環(huán)境和外部環(huán)境，其中，物理環(huán)境指服務(wù)運(yùn)行的軟硬件環(huán)境，外部環(huán)境指自然環(huán)境和社會(huì)人文環(huán)境，如溫度、道德規(guī)范等。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧辦公系統(tǒng)

隨著物聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，大大改善了人們的生活。隨著人們生活品質(zhì)的提高，人們對(duì)辦公環(huán)境也有了更高的要求。在傳統(tǒng)辦公環(huán)境中，各種設(shè)備相互獨(dú)立，需用戶控制，智能化程度較低。通過(guò)在辦公環(huán)境中引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在充分考慮非功能性需求的基礎(chǔ)上對(duì)辦公環(huán)境中的各種設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，可實(shí)現(xiàn)辦公環(huán)境的智能調(diào)節(jié)，既能提高工作效率又能提供良好的用戶體驗(yàn)。

3.1 體系結(jié)構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧辦公系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖2所示，整個(gè)系統(tǒng)主要包括環(huán)境監(jiān)控、智能安防和門(mén)禁系統(tǒng)三個(gè)部分。環(huán)境監(jiān)控模塊通過(guò)溫度傳感器、濕度傳感器和光照傳感器采集環(huán)境信息，基于Zigbee技術(shù)將環(huán)境數(shù)據(jù)經(jīng)由Zigbee協(xié)調(diào)器傳至服務(wù)器，服務(wù)器根據(jù)預(yù)設(shè)的溫濕度、光照數(shù)值控制照明系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)和空調(diào)設(shè)備，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟空調(diào)降溫;濕度過(guò)大時(shí)自動(dòng)開(kāi)始通風(fēng);光線過(guò)暗時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟照明。智能安防模塊通過(guò)煙霧傳感器、火焰?zhèn)鞲衅鳌O傳感器采集環(huán)境信息，監(jiān)測(cè)是否發(fā)生火災(zāi)、濃煙、CO泄漏，一旦發(fā)生危險(xiǎn)，將報(bào)警信息通過(guò)數(shù)字量采集器、串口鏈路服務(wù)器和無(wú)線路由器傳至服務(wù)器端，同時(shí)報(bào)警燈報(bào)警。下班后將紅外對(duì)射設(shè)備開(kāi)啟，對(duì)辦公環(huán)境進(jìn)行布防，當(dāng)有人非法進(jìn)入時(shí)，紅外對(duì)射設(shè)備將報(bào)警信息通過(guò)數(shù)字量采集器、串口鏈路服務(wù)器和無(wú)線路由器傳至服務(wù)器端，同時(shí)報(bào)警燈報(bào)警，服務(wù)器端還可以通過(guò)攝像頭對(duì)辦公環(huán)境進(jìn)行視頻監(jiān)控。門(mén)禁系統(tǒng)包括兩個(gè)部分，一是刷卡簽到，員工上班時(shí)通過(guò)RFID技術(shù)使用射頻卡進(jìn)行簽到，數(shù)據(jù)經(jīng)串口鏈路服務(wù)器存入服務(wù)器端的數(shù)據(jù)庫(kù)中保存。二是刷卡上電，通過(guò)射頻卡來(lái)控制辦公環(huán)境的供電，并且可通過(guò)Zigbee技術(shù)實(shí)現(xiàn)電表數(shù)據(jù)的智能讀取，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表和繳費(fèi)。在這套系統(tǒng)中，服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)相連，個(gè)人電腦、移動(dòng)設(shè)備隨時(shí)隨地可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查詢相關(guān)信息和對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。

3.2 非功能性需求

在基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧辦公系統(tǒng)中，使用QoE作為非功能性需求的度量標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)根據(jù)用戶反饋的用戶體驗(yàn)質(zhì)量智能調(diào)節(jié)辦公環(huán)境，在滿足功能性需求的同時(shí)滿足用戶的個(gè)性化需求。為此，需要對(duì)QoE進(jìn)行量化，以便通過(guò)主成分回歸的方法研究QoE與其影響因素之間的函數(shù)模型來(lái)準(zhǔn)確反映QoE與其影響因素之間的關(guān)系。

根據(jù)QoE的特征，可采用類(lèi)別量表、等距量表和順序量表對(duì)QoE進(jìn)行量化。目前，廣泛采用的量化方法是國(guó)際電信聯(lián)盟建議的Mean Opinion Score（MoS）評(píng)分法，如表1所示。該方法是一種順序量表法，將QoE分為5個(gè)層次，較為細(xì)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(shù)據(jù)具有不同的量綱和數(shù)量級(jí)，因此需要對(duì)MoS評(píng)分法收集到的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行正規(guī)化處理，以便消除量綱和數(shù)量級(jí)對(duì)樣本數(shù)據(jù)的影響。在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理中，常用的方法有如下三種：Z-Score 標(biāo)準(zhǔn)化、最大最小標(biāo)準(zhǔn)化和小數(shù)定標(biāo)法。在此，使用Z-Score標(biāo)準(zhǔn)化來(lái)處理樣本數(shù)據(jù)，將不同量級(jí)的樣本數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一量度的Z-Score分值進(jìn)行比較。

4 結(jié)論

本文首先從概念和體系結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面對(duì)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行了深入研究，分析了物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中每層的功能。接著，從物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)，分析了其優(yōu)劣。在對(duì)傳統(tǒng)辦公環(huán)境的缺陷進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧辦公系統(tǒng)，使用QoE對(duì)非功能性需求進(jìn)行度量，在提高工作效率的同時(shí)提升用戶體驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

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