基于物聯網六域模型的智慧酒店系統設計及應用

關世友，劉曉輝

（1.芯海科技有限公司，廣東 深圳 518000；2.深圳恒宇智達，廣東 深圳 518000）

0 引 言

隨著物聯網的迅猛發展及其應用鄰域的不斷擴大，各新興市場對物聯網的發展需求急劇增加，推動著物聯網技術不斷發展的同時也加快了物聯網技術標準化的進程。2018年，由我國主導的ISO/IEC JTC 1/SC41（物聯網及相關技術分技術委員會）標準項目《物聯網參考體系結構》（ISO/IEC 30141：2018）正式發布。該標準將諸多物聯網應用行業的各關鍵要素進行了系統級抽象，以業務功能為主要劃分依據，提出了物聯網六域概念模型，為有效構建物聯網生態和業務關聯設計提供頂層的架構設計思路和行業應用參考。另外，伴隨著酒店行業競爭日益激烈，各酒店運營管理者希望能夠打造差異化、智慧化的酒店系統，提升服務質量，極大地滿足酒店入住者的期望。因此，借助物聯網技術的發展，打造一款多功能的智慧酒店控制系統越來越符合酒店管理者和酒店入住者的期望和需求。鑒于此，本文參考物聯網六域模型頂層架構設計思路，搭建了基于物聯網六域模型的智慧酒店系統。

1 物聯網六域模型

2018年由我國主導的《物聯網參考體系結構》（ISO/IEC 30141：2018）國際標準正式發布。該參考體系結構如圖1所示，其中包含用戶域、資源交換域、服務提供域、運維管控域、感知控制域和目標對象域。

圖1 物聯網系統參考體系結構

用戶域：標識不同物聯網類型用戶，可以通過該域完成對實際物理對象的感知和操控任務；從用戶總體分類來看可以包括政府用戶、企業用戶和公眾用戶等。

資源交換域：實現物聯網系統與其他系統的信息資源交換與共享；按照功能可分為信息資源交換系統和市場資源交換系統。

服務提供域：基于硬件設備端的大量數據信息，進行深層次的數據處理和加工，例如云計算、人工智能算法等，為用戶域內不同的用戶提供各類服務接口。

運維管控域：管理和保障物聯網系統的可靠性和安全運行，并保障相應的應用系統符合法律規范和按照行業規范運行。

感知控制域：采用一定的技術手段實現對目標對象的感知和控制，通過不同的感知和執行功能單元實現對目標對象的控制操作和信息采集；在現有技術下，感知控制域包括傳感器網絡系統、標簽識別系統、位置信息系統、音視頻采集系統和智能化設備接口系統；其中智能化設備接口系統具有通信、協議轉換、數據處理等功能，在實際應用中智能化設備接口系統可以集成在目標對象之中。

目標對象域：即物聯網用戶所關注的物聯的“物體”是構建區別于傳統產品服務的全新價值的源頭、感知控制域的信息資源的來源、信息獲取和控制對象的實體集合（包括感知對象和控制對象）；感知對象和控制對象可以采用通信接口或者非通信接口的方式與感知控制域進行關聯，實現物理實際與虛擬世界的接口綁定。

2 基于六域模型的智慧酒店系統設計

基于上述物聯網六域模型設計原理，按照該體系標準結構構建基于物聯網技術的智慧酒店系統，如圖2所示。

圖2 基于物聯網體系結構的智慧酒店系統框圖

相對于傳統酒店管理系統，智慧酒店除了包括傳統酒店PMS（酒店管理系統）系統的基本功能，還增加了讓旅客通過微信、APP、公眾號等手段辦理自助入住、選房退房等一系列手續的功能；提供智能客控系統進行多元化場景設定和用戶習慣設定，客戶可以通過AI語音識別、APP操作等手段控制客房燈光、窗簾、空調等，為客戶提供量身定制的個性化服務，大大提升入住體驗；由于客戶需要實時對客房內設備進行監控，所以通過智能算法實現對房間設備的功耗進行檢測和智能控制，以達到節能減排、降低運營成本的效果；智慧酒店系統可以通過資源交換域與第三方的周邊美食、休閑娛樂、交通系統進行數據的對接，通過大數據進行定向營銷，拓寬酒店營銷渠道，降低營銷成本的同時增加酒店運營收益。

3 智能酒店客控系統設計

3.1 云端智能平臺設計

如圖3所示，構建云端智能平臺，實現酒店房間客控系統智能化、自動化統一管理，包括酒店管理、客房管理、設備管理、場景管理、權限管理、系統管理、天貓精靈對接、微信小程序接口和MQTT客戶端。RCU控制器通過WiFi連接MQTT服務器，使RCU與云端智能平臺以消息訂閱和發布的方式實現交互和控制功能；云端智能平臺按照第三方對接協議標準，將第三方智能產品接入系統平臺，并能夠與各個房間的RCU系統進行綁定控制，實現第三方智能產品自由擴展，如對接天貓精靈實現AI語音控制酒店房間中各種設備；用戶管理模塊設計實現了對酒店人員、系統管理員、酒店入住用戶進行分級權限管理；API擴展接口提供用戶APP、微信小程序和對接PMS。

圖3 云端智能平臺系統框圖

云智能平臺系統業務流程（如圖4所示）如下：

圖4 云端智能平臺系統業務流程

（1）登錄系統管理員賬號，創建酒店，例如創建一個漢庭酒店，保存并退出。

（2）登錄酒店管理系統賬號，選擇上一步創建的漢庭酒店并登錄該酒店管理賬號。

（3）創建房型，比如該酒店包含大床房、標間等；不同的房型對應的RCU設備所包含的設備集合不同，需要對RCU邏輯模塊進行重構和配置，生成配套的RCU設備集合和控制邏輯。

（4）用戶將天貓精靈和酒店客控系統RCU通過WiFi網絡接入互聯網，打開天貓精靈APP綁定對應的AI音響；然后打開智能酒店客控系統后臺，登錄酒店管理員賬號，點開酒店客控管理界面；根據之前保存的房型創建客房，輸入房間號并將房間號與系統中掃描到的RCU進行綁定，同時將天貓精靈與RCU設備進行綁定，配置語音識別詞條以及用戶執行場景，與RCU指令進行關聯，配置完成后發布該房間并保存到數據庫；通過MQTT服務器發布RCU配置主題，RCU通過訂閱該主題接收配置數據進行本地設備和邏輯設備的重構和升級并重啟生效。酒店管理平臺后臺軟件界面如圖5所示。

圖5 酒店管理平臺后臺軟件界面

（5）至此酒店入住用戶可以通過天貓精靈語音控制房間里的設備，比如燈具、窗簾、場景等；酒店用戶也可以登錄微信小程序，如圖6所示，通過手機端界面控制房間里的設備；酒店管理人員還可以通過智能云系統后臺，如圖7所示，控制和檢測房間RCU中各設備的邏輯狀態。

圖6 微信小程序控制軟件界面

圖7 客房管理平臺后臺軟件界面

3.2 智能客房控制器（RCU）設計

為了滿足智慧酒店個性化定制以及多元化的場景配置和應用，需要RCU也能夠根據定制化需求進行可配置及邏輯可重構。設計中應盡可能窮舉酒店場合所使用的設備，并按照設備屬性和功能事件將各個設備原子化，這些原子設備會根據設備實際需求進行增加和刪除，實現自由擴展；各原子設備直接通過構建功能事件動態交叉表并配置交叉表，實現本地控制邏輯重構功能。

（1）硬件設計

RCU主控采用樂鑫公司設計的超高性價比ESP32 WiFi SOC。該芯片集成2.4 GHz WiFi和藍牙的雙模SOC芯片以及專用DMA的以太網MAC控制器；集成Xtensa32 bit LX6單/雙核處理器，運算能力高達600 MIPS，最高CPU主頻可達240 MHz，具有豐富的外設資源，片上集成最大448 KB ROM和520 KB SRAM，支持外擴最大16 MB FLASH存儲器；并且軟件資源支持豐富的例程，比如Modbus例程、MQTT例程等，能夠加快產品開發周期。RCU硬件結構如圖8所示。對于各酒店房間設備，如弱電開關面板、燈光繼電器板、門磁、窗簾、門牌、音樂面板，通過Modbus接入和無線RF技術，用戶可以采用ZigBee、藍牙等2.4 GHz頻段的設備接入。本設計還考慮到穿墻和信號干擾等原因采用Sub1G來接入無線設備。

圖8 RCU硬件結構

（2）軟件邏輯設計

RCU軟件層由Free-RTOS系統軟件包、WiFi配網管理進程（Smart-Config）、異常守護進程、MQTT客戶端服務進程、設備管理配置進程、設備邏輯控制進程、設備表、設備場景表、設備綁定表、Modbus適配接口、無線設備適配接口、各外設模塊（WiFi、KEY、LED、串口）驅動程序組成，軟件結構如圖9所示。其中MQTT客戶端服務進程實現RCU與云端MQTT服務器進行通信，通過消息訂閱發布的方式接收來自云端智能平臺的控制和配置指令，進行相應的設備控制和設備狀態上報，軟件運行流程如圖10所示。設備邏輯控制進程周期性地對系統中的設備進行掃描和硬件設備狀態的讀取，當某個設備狀態發生變化后，該進程根據設備表和設備綁定表邏輯產生相應的控制邏輯，并發布設備狀態更新的上行消息隊列給MQTT客戶端服務進程；同時該進程需要處理來自MQTT客戶端服務進程的下行消息隊列，如果收到的下行消息是設備控制指令，則直接進行硬件設備的控制動作，如果收到的消息隊列是設備配置，則會啟動設備配置管理進程進行本地設備的修改和邏輯重構，如圖11所示。異常守護進程將對上述各進程進行監測控制，一旦出現異常錯誤則觸發相應的錯誤處理機制，確保系統的穩定性。

圖9 RCU軟件結構

圖10 RCU軟件設計流程

圖11 設備邏輯控制進程

4 結 語

基于物聯網六域模型的智慧酒店系統實現了通過云端智能平臺完成酒店系統的智能化統一管理，包括酒店管理、客房管理、設備管理、場景管理、權限管理、系統管理、天貓精靈對接、微信小程序接口和MQTT客戶端；酒店用戶可以通過微信小程序、云后臺、AI語音識別等手段控制客房燈光、窗簾、空調等，為客戶提供量身定制的個性化場景服務，大大提升入住體驗；另外，統一的管理平臺也能夠幫助酒店管理者更加方便地完成酒店日常運營的管理工作，節約人力財力成本。目前，基于本設計體系結構的智慧酒店系統已經在多家智慧酒店部署成功，如格林豪泰、希岸、涂派等快捷酒店，應用性能良好。