基于4G通信技术的智能家居系统

文/汤光耀

3G风潮还没过去，4G似乎就已经到来了。4G是第四代移动通信及其技术的简称，融合LTE、WiMAX以及“演进的3G技术”为一体，能够传输高质量视频图像，以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。4G系统能够以100Mbps的速度下载，比拨号上网快2000倍，上传的速度也能达到20Mbps，并能够满足几乎所有用户对无线服务的要求。它将构造出一个比3G通信更完美的新无线世界，推动物联网和云计算技术的紧密结合，借助有线方式和无线方式相结合给广大用户带来智能化的家居体验生活。

4G技术的特点

第四代移动通信系统（4G）目前还没有确切的定义，但它将是一个基于全IP的移动通信网络，可以实现不同类型的接入系统和通信网络之间的无缝连接，给客户提供更为广泛的业务，使运营商管理更加方便、灵活。相比于3G，4G将在多个方面更加完善，具体归纳如下：

具有很高的数据传输速率

对于大范围的高速移动用户（250km/h）,数据速率为2Mbit/s；对于中速移动用户(60km/h),数据速率为20Mbit/s；对于低速移动用户（室内或步行者）,数据速率为100Mbit/s。

实现真正的无缝漫游

4G移动通信系统实现全球统一的标准，能使各类媒体、通信主机及网络之间进行“无缝连接”，真正实现一部手机在全球的任何地点都能进行通信。用户可以随时随地通过移动接入的方式获取话音、高速信息系统、广播和娱乐等业务。

高度智能化的网络

采用智能信号处理技术对信道条件不同的各种复杂环境进行结合的发送与接收，有很强的智能性、适应性和灵活性，可以自动管理、动态改变自己的结构，以满足系统变化和发展的要求，实现移动终端在不同小区之间跨越和不同频率之间的通信。

支持各式各样的移动终端设备

接入终端设备多样化，设备与人之间的交流除了听、说、看外，还会有其他途径。

如果说3G能为人们提供一个高速传输的无线通信环境的话，那么4G通信会是一种超高速无线网络，一种不需要电缆的信息超级高速公路，这种新网络可使电话用户以无线及三位空间虚拟实境连线。未来的4G通信将使得人与人之间的交流更加流畅，特别是构建一条人与机器之间自由交流通道，推动整个智能家居系统朝着综合化、智能化、全球化、个性化方向发展。

云计算技术和物联网在智能家居领域的应用

目前智能家居领域仅仅局限在人与物之间的交流，一定程度上满足了人们文化、生活与娱乐需求。更多的智能家居领域应用伴随着不断涌现的便捷性、多元化需求而日益发展，基于物联网的智能家居应用已经成为未来的发展趋势，而云计算基础设施为采用物联网技术带来的更多海量数据的计算与存储问题奠定了基础，已经成为推动智能家居应用更加智能化的核心动力。

智能家居在当今社会经济水平发展阶段，更多地要求加强物与物之间的自由沟通，物联网技术就解决了这样一个问题，为实现高度智能化提供了实现手段。物联网与我们熟悉的互联网相比，从一定程度上解决了物与物、人与物的链接与通讯问题，而4G技术则为他们之间的通讯与交流打造一个更为高效宽阔的平台。

近年来，智能家居领域的发展趋势，除了原有的一些灯光控制、红外控制、窗帘控制、远程控制等相关技术，特别是以RFID为代表的更多物联网感应技术、识别技术的广泛应用，创造出人们所需的智能手段。这些技术之所以可以高度发展、广泛应用，其根本在于现今阶段有了支撑这些技术的基础设施。这个基础设施是针对应用物联网技术带来的更多海量数据的问题而产生。

在4G时代下，云计算技术和物联网将是智能家居的重要支撑。基于4G技术网络系统的后台服务需要大量的计算、存储资源，如视频网站、图片类网站和更多门户网站。伴随着物联网行业的高度发展和应用，将来每个物品都可能存在自己的识别标识，都需要传输到后台系统进行大量逻辑处理，不同程度级别的数据，各类行业应用的数据皆需要计算存储资源，这就是海量数据。而海量数据的存储和计算，以及海量数据的挖掘和分析，皆需要强大的系统后台支撑，只能通过云计算来实现。通过云计算整合一切可以整合的计算资源、存储资源，来共同处理全球化智能家居业务的请求，并通过按需使用方式灵活扩展相应的计算、存储资源，联合物联网资源，作为智能家居领域的重要支撑平台。

内外网信息流的高效传输

智能家居系统集成家庭内部网络与外部网络，通过家庭网关作为互通的桥梁，实现本地集中控制与远程异地控制的有效结合。4G技术将为智能家居系统中的外部网络构建一条信息超级高速公路，保证信息流在外网中高速有效地传输。因此需要借鉴无线网络和现场总线控制技术，将高效传输的信息技术应用在家庭内部网络上，用实时、全面、有效的信息流来驱动家居系统的运动，以分布式控制系统为基础构建家庭内部网络，实现大量信息流的实时交换，保证内外网信息流的高效传输。

目前智能家居的应用主要采用有线方式和无线方式两种，智能化程度不高，主要体现以下两点：

就地控制、功能应用简单、使用不方便

很多设备包括灯光、窗帘、电视、空调等，可通过就地的面板进行控制，实现简单的操作，对于需要智能控制如调光情景、环境联动、电动窗帘调节等地方不易发挥其相应的优势和创造便捷的操作环境。特别是目前的控制一般均为一对一控制，当出现异地或多点控制方式的要求时，解决不方便。

装饰不美观、难以总体规划

目前的控制方式经常在墙上出现一排开关，如照明、空调、风扇等就地现场开关，操作不便的同时，也显得不美观，精简而功能强大的面板已被越来越多的人所喜欢。同时由于不同制造厂商均采用不同的实现方式、通信协议、接口标准，因此系统整合，增加安装成本，造成结构复杂、系统混乱，不便资源共享与整合。

因此未来的智能家居系统应该是有线方式和无线方式的有效结合，着重于应用方案的可选择性，保证高速外网数据通道的环境下内网信息流高效、灵活地传递，具体如下：

模块化设计需求

系统应采用模块化结构，各个厂商使用统一的接口标准和通信协议，用户的需求可通过增加模块或更改应用程序即可实现，即使在使用阶段，当功能发生更改时，如空间分隔等，只需调整应用程序即可，适用于家居智能化的各种应用模型。

灵活地进行系统配置与管理

正确地管理家庭内部网络资源，允许不同节点上运行的部分分布式应用之间逻辑链接与绑定，通过综合配置模式实现上述功能。系统通信时，由通信媒介、报文协议和通信模型为节点的通信服务，支持和管理设备所需的任何网络。

集中管理与分散控制结合

家庭内部网络信息流通过家庭网关与4G网络进行有效地交互，实现系统管理，保证内外网信息流高速有效地控制。未来家居智能化程度决定该系统的优越性，因此为了保证各种场景的智能化控制，将采用家庭网关对各个控制节点进行统一管理，而各个节点对节点上所有电器设备进行分散控制，构建家庭内部层次化网络结构，实现集中管理与分散控制有效结合。

大量采用Wi-Fi Direct技术

面对未来智能家居全面接入Internet，全面引入“云”服务概念的时代，有线信息流传输难以满足这些要求，唯有当前主流的WIFI技术特别是Wi-Fi Direct技术能够全面应对家居控制和多媒体应用以及各种在线服务的要求。各种Wi-Fi设备，从电脑到手机、到电脑外设、到家电等等，符合Wi-Fi Direct标准的设备无需热点和路由器，就可以方便的和其他设备实现直接连接，传输数据或共享应用，为家庭内部信息流传输构建另一条高速的通道。

结束语

4G技术目前还只是一个基本概念，4G网络的定义仍然还不明确，IEEE等标准化组织仍处于制定标准和规范的过程中。但是融合现有各种无线接入技术的4G系统将成为一个无缝连接的统一系统，实现跨系统的全球漫游及业务的可携带性，是满足未来市场需求的新一代移动通信系统。在4G技术的推动下，通过云计算技术和物联网作为重要的支撑平台，采用有线方式和无线方式传输相结合，未来的智能家居将使我们的生活更加美好。