智慧社区与物联网智能家居

2012-09-20南京工业大学朱顺兵全国智能建筑及居住区数字化标准化委员会张永刚

智能建筑与智慧城市 2012年12期

文｜南京工业大学朱顺兵全国智能建筑及居住区数字化标准化委员会张永刚

智慧社区是智慧城市的基本构成单位，是集城市管理、公共服务、社会服务、居民自治和互助服务于一体的新技术应用。它是以互联网为依托，运用物联网技术将家庭中的智能家居系统、社区的物联系统和服务整合在一起，使社区管理者、用户和各种智能系统形成各种形式的信息交互，以达到更加方便快捷的管理，给用户带来更加舒适的“数字化”生活体验。由于智慧社区的构建领域零散、应用水平不高，没有形成“面”上的整体推动态势，没有有效的商业运营模式和盈利模式，亟待研究解决这些问题。物联网智能家居工程涉及解决家庭网关、中间件与应用平台、网络应用代理、异构网络互联与互操作等技术集成，如何在应用示范工程的实施过程中突破制约的关键技术问题非常重要和迫切。

1 基于物联网架构的智慧社区

1.1 智慧社区系统架构

依据智慧社区物联网的特点，可将其分为设备层、应用层和增值服务层。智慧社区系统物联网架构如图1所示。

图1 智慧社区系统物联网架构

设备层由社区内所有的电气设备和智能家居系统的电气设备共同组成，包括社区数字照明设备、摄像头监控设备、周界报警设备、停车场管理设备、可视对讲终端设备、家庭自动化设备、家庭安防设备、家庭能耗计量装置和家庭智能终端等。

应用层分为智慧社区系统和智能家居系统两个部分。智慧社区系统主要完成智能社区的任务，包括照明管理、安防管理、停车场管理、小区环境管理和物业管理等。智能家居系统是每一户智能家居的功能单元，包括家庭娱乐、场景管理、安防联动、能量管理和定制服务等方面的内容。

增值服务的接口由社区综合服务器提供。增值服务提供商可以是物业，也可以是外部的专门提供商。增值服务层可使智慧社区更好地支持智慧城市的建设，更有助于智慧社区成为智慧城市的必要功能单元。

1.2 智慧社区云系统

构建社区的计算和数据存储处理兼顾的综合云计算平台，可以有效提升社区生活的智慧程度，服务云重点为各子系统提供能力支撑以及数据来源。

云计算平台主要为智能家居、智慧养老、智慧安防、智慧商务提供数据服务，其结构如图2所示。

社区云系统主要由三部分组成，按照云计算的标准架构分为三层：基础设施及服务层（IaaS）包括家庭智能化和社区智能化，它是云社区的基础，承担了基础网络、基础设备及智能化系统；软件及服务层（SaaS）体现各种服务，为用户提供生活、娱乐、教育、安全各种各样的服务；平台及服务层（PaaS）是系统的核心，承接互联网的各种服务，同时把网络的各种服务资源呈现给社区居民。

2 基于家庭智能终端的物联网智能家居

2.1 物联网智能家居系统

基于物联网的智能家居从体系架构上来看，由感知、传输和信息应用三部分组成。感知指家居末端的感应、信息采集以及受控等设备，传输包括家庭内部网络和公共外部网络数据的汇集和传输，信息应用主要是指智能家居应用服务运营商提供的各种业务。其系统架构如图3所示。

图2 社区云系统架构图

图3 智能家居系统的架构图

2.2 基于家庭智能终端的智能家居及智慧社区解决方案

图4是一个具有Web服务的家用电子系统平台，也是以统一网关为核心的智能家居系统；它含有一个三网融合的、带有Web服务器的家庭网关，是在智慧社区和家庭内实现三网融合的技术方案。

如图4所示，智慧社区集成管理系统可通过宽带或无线通信接入互联网；社区内部网可采用快速以太网或无线局域网，使用TCP/IP协议；系统底层网为智慧社区的各类子网，包括监控系统、信息管理系统和通信系统，它们通过各自的网关接入社区网，组成智慧社区管理系统。每户家庭的家庭网关是一种控制网、通信网和AV网三网融合的家庭网关。社区内的所有联网设备都具有服务描述和发布机制，可以实现即插即用。网关具有Web服务器功能，以及设备发现和远程动态传输的能力，充当Web服务的平台。家庭控制网使用家庭局域网和无线个域网的通信协议规范及多种传输媒体。

3 物联网智能家居系统集成技术与服务体系

3.1 家庭网关规范

（1）家庭网关的接入技术

目前家庭网关可以支持xDSL、PON等有线接入方式和GPRS、EDGE、TDHSDPA等无线接入方式，将内部家庭网络连接到外部网络，实现接入网和家庭网络的网关功能，家庭网关的接入技术如表1所示。

（2）家庭无线组网技术

近几年来，WLAN、UWB、ZigBee、HomeRF、Bluetooth等技术快速发展，引领着数字化家庭的发展进程。WLAN技术可以实现多台电脑同时上网，UWB、ZigBee、HomeRF等技术可以将各种数字娱乐设施进行互联，而蓝牙技术可以实现不同终端之间的信息数据同步等，家庭无线组网技术如表2所示。

（3）家庭有线联网技术

现在对家庭组网比较一致的看法是，如果不是非常必要，尽量不用无线，也不用新的布线，而是使用家庭现有的布线，包括网线、电话线、有线电视电缆和电力线。一些有线联网方式将逐渐蚕食当前的无线局域网，如HomePNA、HomePlug和MOCA，家庭网络有线联网技术如表3所示。

图4 智慧社区集成系统图

表1 家庭网关的接入技术

3.2 终端服务规范

建立运营服务体系，探索可持续的运营模式，提供面向家庭的安防、健康、节能和家庭移动多终端协同信息交互等运营服务，可考虑的模式：家庭智能终端制造商、运营商、增值服务提供商。

3.3 智能家居标准体系

智能家居标准体系由基础标准、通用规范和专用规范三个部分组成。针对物联网系统内部及设备间互联互通相关的技术要求及验证测试，需要制定：智能家居安全体系、智能家居楼宇交换机设备技术要求；对自动抄表及能源管理、家庭安防监控、信息家电管理、远程健康管理、远程环境监控等智能家居物联网应用需求进行标准化工作，同时开展系统架构研究；制定智能家居应用层统一设备管理协议，在应用层实现不同协议之间的融合转换。

3.4 物联网智能家居设备研发

具体工作包括：

表2 家庭无线组网技术

表3 家庭网络联网技术

（1）突破家庭异构传感器网络融合、基于自主标识认证的信息服务、家庭移动多终端协同等关键技术。家庭无线物联网网关等设备支持多种无线手段组网，无线发射功率低，不干扰家用电器和电子产品，传感器节点设备支持的传感器种类多。

（2）研发家庭无线物联网网关设备、家用电器无线物联网接口、低功耗传感器节点设备等。开发智能家居物联网系统及网关和接口模块及节点等设备，支持跨平台互联，提供对安全、健康、节能等感知信息，通过信息聚合、融合、分析、处理和控制，为家庭提供及时、互动和高效的信息服务，具有信息安全和隐私保护措施，具备产业化能力，应用规模大。

（3）提出家庭无线物联网的应用和运营方案，开展应用验证。建立面向智能家居无线物联网的社区大容量运行维护管理系统，系统具备对智能家居无线物联网的多层次、多维度综合运行态势监控功能。