物联网智能家居的研究

王淑华

摘 要：阐述智能家居系统的基本功能，以智能家居为核心，简述了相关的物联网技术。在模块架构方面详细说明了家居物联网的系统组成框架，并且分析了当前智能家居发展的主要瓶颈问题，表明物联网系统对于智能家居行业发展具有的重要意义。

关键词：物联网技术；家居物联网；智能家居；云计算

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）01-0126-03

智能建筑1984年诞生于美国，是世界上最早的智能建筑，其后，一些相对发达国家（如澳大利亚、欧洲、加拿大等）开始研究和开发智能家居和智能建筑产品。在国外智能家居已经发展了近30年，尤其是在经济发达的国家和地区，智能家居的普及率已经很高了，而在国内，智能家居还处于起步阶段，仅仅经历了10年左右的缓慢发展。发展缓慢最主要的原因是开发技术不成熟，尤其是在系统解决方案上，没有完整的、全面的系统解决方案，仅仅只是把工作的重点放在一些控制子系统的研究上。

就物联网而言，可解释为“物物相连的互联网”。其意思有两层：①其核心和基础仍然是互联网，它是建立在互联网基础上的延伸和扩展网络；②通过用户端延伸和扩展，可实现任何物品和物品之间进行信息交换和通讯。现今，物联网已被广泛应用于污染监控、物流监控、智能检索、智能交通、远程医疗和智能家居等领域，尤其是物联网技术在智能家居领域拥有巨大的市场和广泛的应用范围后，被开发商和业主所关注。可是，控制智能家居的方式仅仅是图形界面控制，实在不够“智能”的互联网层面。因为有些研究要对参数范围进行设定，从而达到自动控制的目的，其应用类型也是有限的，所以针对可自控的智能家居系统作全面的研究是非常必要的。

1 智能家居主要应用服务和对象

关于物联网智能家居的主要应用是针对产业市场方面的成熟度，用户强烈的需求，科技、社会发展趋势等方面进行考虑，主要集中在社区服务、低碳节能、跨屏娱教、健康监护、家居管控、安防监控等六类应用中。

1.1 社区服务

物联网智能家居的最小单位是家庭。物联网智能家居服务平台能够提供服务的主要有社区居家养老服务，设备、器材管理服务，社区支付、管理服务，社区医疗、卫生服务，等等，如送餐、购物等派送类服务、网上家政服务等。

1.2 低碳节能

针对节能降耗的目的，通过物联网智能家居的服务平台可以在保证用户便利和舒适的基础上协同管理室内家电设备，从而达到高效使用能量资源的目的。例如，针对人员的室内位置，对热能、电能、水资源和燃气资源进行系统的管控，通过节能算法对节能方式进行评估并生成报表。这样，家庭服务器和家庭所有的智能设备联动，可有效减少能源的浪费。

1.3 跨屏娱教

物联网智能家居技术和闪联标准化体系可以应用在娱教等方面，达到各种屏幕设备的优劣势互补，实现一种传统独立终端无法达到的应用模式，为家居用户提供全新的体验。

1.4 健康监护

将健康管理信息技术融入物联网智能家居技术，即可在家庭中建立一种全新的健康管理模式，提供一种为所有家庭成员健康监护的应用。通过家庭网管的多传感器健康生理指标信息采集系统和标准应用层接口、健康管理服务（或第三方专业医疗服务）所建立的家庭健康医疗体系，可以为家庭提供远程健康管理，健康监护等一系列综合性健康保健和治疗服务。

1.5 家居的管理和控制

通过各种监控终端，如计算机、平板电脑或电视上嵌入智能家居微处理器，完成用户和智能家居间的交互界面应用，准确、全面地获取智能家居的信息，通过分析家庭预警状态，从而实现对所有家居设备的管理和控制。

1.6 安防监控

物联网智能家居安防系统主要在物联网智能家居平台的基础上添加多类异构安防传感器、网关和执行器，同时和安防服务部门相互配合，共同组成综合安防系统。根据安防系统分析结果对家居设备进行远程控制、管理和服务机自动管理，同时基于家居状态智能感知和分析策略，筛选典型异常事件，提供安防服务，从而实现智能安防。

2 物联网技术

物联网和互联网信息产业和计算机产业被并称为三次革命性创新，物联网技术的层次主要分为感知层、传输层和应用层三个层级。其中，感知层是由传感器等传感技术元件构成的，以实现对环境、材质、物体状态等一系列“物”的识别和信息采集；传输层的功能是保障数据的传输和计算；应用层是针对所感知信息的应用服务。

2.1 M2M

M2M（machine to machine）强调机器间的互联传输是在广域网络中进行的。与此同时，对末端设备的互联、两化融合系统和集控管理等都有所关注。M2M 业务是电信运营商向外扩展的物联网业务，起因是不甘只提供通信信道业务。由于专家和通信运营商的积极推动，M2M成为现阶段物联网较普遍的应用形式，同时也得到了工业界的广泛关注。MTC（机器类通信，machine type communication）和H2H（人和人通信，human to human）这两种不同的业务系统的业务特性差别非常大。其中，新型的MTC具有小数据业务特征，可概括为时间容忍、低移动性、小数据传输、大业务数量、分组交换。

2.2 RFID（射频识别技术）

为了监控和管理“物”，为它们嵌入射频识别技术，即RFID（Radio Frequency Identification）智能标签，结合已有的中间件技术、数据库技术等，构建由一系列电子标签等集中构成的物联网。除RFID以外，这个体系中还包括二维码、条码等识别码，标识物体是其最终目的。

2.3 传感器网

为了对“物”进行监控和管理，在管控区域部署大量的“Mote”（智能尘埃）或“传感节点”，用于采集大量的物理信息，集中处理实现复杂的、大规模的一系列监测任务。与此同时，这些Mote通过汇聚节点、网关等一系列网络传输设备和互联网连接起来，应用处理中心便能够获得已采集的实时物体信息。endprint

2.4 泛在网络

无所不在的网络和无处不在的计算发展愿景，在某种程度上，与普适计算的核心思想是一致的。

泛在网络可在任何时刻、任何地点、任意物体之间互联，是无所不在的网络，它涵盖了各种应用，是一个比原有电信范畴更加巨大的网络体系，容纳了深度的信息通信技术应用、广泛的网络连接和智能感知、控制等。

3 家居物联网

3.1 智能家居的模块架构

智能家居是众多物联网应用中重要的一部分，与人们的日常生活息息相关。通过智能家居系统，人们能够全方位地享受物联网革命所带来的智能化。图1详细介绍智了能家居系统的基本框架。

下面简要介绍将信息处理模块化并带有集中式信息处理模块的物联网智能家居系统。

图1 智能家居系统框架

3.1.1 信息家电

信息家电是利用电脑、电子技术和电信同传统家电结合所诞生的新型产品。其实用性强、操作简便，带有 PC的主要功能，价格低廉，是数字化和网络技术在家庭日常生活应用的进一步深化，使得家用电器的操作和保养更加方便、实用、简单，家庭生活品质更高。洗衣机、电冰箱、微波炉等也最终会演化成智能化、数字化、集成化、网络化的信息家电。

3.1.2 通信模块

通信模块的布线方式是根据各个家庭的组网特点和各个信息家电的不同属性而选择的。在需要升级改造的传统家居中，通常传统家居已有的布线（如电力载波等）会被利用在通信模块中，无线传输（如ZigBee、蓝牙、Wi-Fi、红外等）是另一种通信方式。因为每一种信息家电所占用的信道带宽各不相同，通常实际工程中会采用多传输方式混合组网来组建通信模块。

3.1.3 信息处理模块

如果说通信模块是实现信息传导的神经，那么信息处理模块就可以被看作是整个智能家居系统的大脑。它能够令每一个不同的信息家电实现协同工作和信息共享，它是智能家居系统中所必需的。它收集家庭中家电的每一条工作状态和服务请求，对大量的数据实时进行处理，同时将处理结果传输到功能驱动模块。采用灵活性更高的分布式控制方式是未来智能家居系统的发展趋势。

3.1.4 外界信息接口模块

该模块是家庭通向外界（如因特网）的网关，它不仅使家庭内部相互独立的家电达到信息共享的目的，而且还使得资源共享基于国际互联网，与此同时，还拓展了共享的广度和深度。今后，此模块同样会是智能家居发展的热点。

3.1.5 功能驱动模块

信息家电通过功能驱动模块和其他设备交换信息。由于家用电器没有一个统一的功能标准，不同的制造商电器功能也是不同的。为了控制这些电器，必须应用功能驱动模块。它能够对那些信息处理模块所发送的指令进行翻译，使其成为电平信号，电器便可以对其识别、执行。同样，信息家电的状态信息也可以被反向翻译成二进制信息，这样信息处理模块便能够理解并对其进行处理。

3.2 家居物联网的层次结构

尽管传统智能家居提供了一些智能应用，但在与感知技术、互联网技术的有机融合方面还有所欠缺。为了实现对智能家居系统控制等方面的全面提升，必须把物联网技术应用在智能家居环境中，其框架如图2所示。

图2 家居物联网的框架图

通常家居物联网的体系结构分为：应用层、网络层和感知层。

3.2.1 应用层

利用云计算技术，可以把大量的处理放在家庭外部。这样做不但能够降低智能家居的硬件成本，而且省去了家庭内部复杂计算过程。借助各种技术，构建智能家居的云感知模型，真正实现家庭内部的物品感知、家庭事件感知、健康感知、用户行为感知、用户习惯感知、舒适度感知、语言感知等。与此同时，家庭服务商会对人们日常生活提供所需的服务；家庭公共服务器能将各种表（包括煤气表、水表、热表、电表）的信号打包传送到各智能部门以便费用的缴纳和收取，具有抄表功能。

3.2.2 网络层

网络层包括物联网的物理通信方式和智能家居原有的家庭网络。根据各个家电和传感器不同的属性，以不同的方式建立通信网络。

3.2.3 感知层

感知层主要包含执行设备和传感器设备。执行设备由传统的智能家居8大子系统承担。感知设备由各种传感器所承担，其对象分为家庭环境和人本身。

4 物联网智能家居发展中的问题

虽然家居行业迈入了智能化领域，但在发展中仍然存在诸多问题，主要有以下几点。

4.1 安装烦琐，使用复杂

整套智能家居的安装在装修的时候就必须完成，否则会破坏原装修效果，影响美观。对于老人和小孩这两类人，操纵复杂的智能家居系统有很大的困难。

4.2 价格太高

现有的智能家居产品价格在几万到几十万元之间不等，高昂的价格令普通家庭无法接受，所以，智能家居产品开发要考虑发展普通家庭用户市场。

4.3 缺乏统一标准

虽然智能家居市场已经发展很多年，但缺乏统一标准，各自为战，不能为用户提供完全解决方案。所以，泛家居已经大势所趋，各个行业应携手共进，促进智能家居产业迅猛发展。

5 结束语

随着人们生活品味的提高和物联网技术的普及，智能家居将打破传统家居的观念，给智能家居走进千家万户带来希望。今后，物联网技术会在智能家居中占有很重要的位置，特别是它强大的感知技术会让智能家居更加“智能”，给人们提供具有黏性的实用服务，甚至在某些方面具备类似人类的一些思维能力，这使得智能家居行业更加迅猛蓬勃地发展。

参考文献

[1]张桂青，鹿曼，汪明.智能家居的“春天”来了[J].计算机科学，2013（06A）：398-402.

[2]赵静，喻晓红，黄波，等.物联网的结构体系与发展[J].通信技术，2010（9）：63-72.

[3]张艳秋，李达，陈琦，等.智能家居产品综述[J].传感器世界，2011（08）：13-17.

[4]宁焕生，徐群玉.全球物联网发展及中国物联网建设若干思考[J].电子学报，2010（11）：2591-2599.

[5]王雅辉，迟学芬.M2M小数据业务的IEEE 802.11WLAN分析模型[J].通信学报，2011（12）：122-130.

[6]刘化君.物联网关键技术研究[J].计算机时代，2010（07）：23-41.

[7]包依勤.基于物联网技术的智能家居系统的研究与探讨[J].物联网技术，2013（7）：38-41.

[8]张永刚，王斌.物联网技术在智能家居中的应用[J].智能建筑与城市信息，2012（2）：27-30.

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2.4 泛在网络

无所不在的网络和无处不在的计算发展愿景，在某种程度上，与普适计算的核心思想是一致的。

泛在网络可在任何时刻、任何地点、任意物体之间互联，是无所不在的网络，它涵盖了各种应用，是一个比原有电信范畴更加巨大的网络体系，容纳了深度的信息通信技术应用、广泛的网络连接和智能感知、控制等。

3 家居物联网

3.1 智能家居的模块架构

智能家居是众多物联网应用中重要的一部分，与人们的日常生活息息相关。通过智能家居系统，人们能够全方位地享受物联网革命所带来的智能化。图1详细介绍智了能家居系统的基本框架。

下面简要介绍将信息处理模块化并带有集中式信息处理模块的物联网智能家居系统。

图1 智能家居系统框架

3.1.1 信息家电

信息家电是利用电脑、电子技术和电信同传统家电结合所诞生的新型产品。其实用性强、操作简便，带有 PC的主要功能，价格低廉，是数字化和网络技术在家庭日常生活应用的进一步深化，使得家用电器的操作和保养更加方便、实用、简单，家庭生活品质更高。洗衣机、电冰箱、微波炉等也最终会演化成智能化、数字化、集成化、网络化的信息家电。

3.1.2 通信模块

通信模块的布线方式是根据各个家庭的组网特点和各个信息家电的不同属性而选择的。在需要升级改造的传统家居中，通常传统家居已有的布线（如电力载波等）会被利用在通信模块中，无线传输（如ZigBee、蓝牙、Wi-Fi、红外等）是另一种通信方式。因为每一种信息家电所占用的信道带宽各不相同，通常实际工程中会采用多传输方式混合组网来组建通信模块。

3.1.3 信息处理模块

如果说通信模块是实现信息传导的神经，那么信息处理模块就可以被看作是整个智能家居系统的大脑。它能够令每一个不同的信息家电实现协同工作和信息共享，它是智能家居系统中所必需的。它收集家庭中家电的每一条工作状态和服务请求，对大量的数据实时进行处理，同时将处理结果传输到功能驱动模块。采用灵活性更高的分布式控制方式是未来智能家居系统的发展趋势。

3.1.4 外界信息接口模块

该模块是家庭通向外界（如因特网）的网关，它不仅使家庭内部相互独立的家电达到信息共享的目的，而且还使得资源共享基于国际互联网，与此同时，还拓展了共享的广度和深度。今后，此模块同样会是智能家居发展的热点。

3.1.5 功能驱动模块

信息家电通过功能驱动模块和其他设备交换信息。由于家用电器没有一个统一的功能标准，不同的制造商电器功能也是不同的。为了控制这些电器，必须应用功能驱动模块。它能够对那些信息处理模块所发送的指令进行翻译，使其成为电平信号，电器便可以对其识别、执行。同样，信息家电的状态信息也可以被反向翻译成二进制信息，这样信息处理模块便能够理解并对其进行处理。

3.2 家居物联网的层次结构

尽管传统智能家居提供了一些智能应用，但在与感知技术、互联网技术的有机融合方面还有所欠缺。为了实现对智能家居系统控制等方面的全面提升，必须把物联网技术应用在智能家居环境中，其框架如图2所示。

图2 家居物联网的框架图

通常家居物联网的体系结构分为：应用层、网络层和感知层。

3.2.1 应用层

利用云计算技术，可以把大量的处理放在家庭外部。这样做不但能够降低智能家居的硬件成本，而且省去了家庭内部复杂计算过程。借助各种技术，构建智能家居的云感知模型，真正实现家庭内部的物品感知、家庭事件感知、健康感知、用户行为感知、用户习惯感知、舒适度感知、语言感知等。与此同时，家庭服务商会对人们日常生活提供所需的服务；家庭公共服务器能将各种表（包括煤气表、水表、热表、电表）的信号打包传送到各智能部门以便费用的缴纳和收取，具有抄表功能。

3.2.2 网络层

网络层包括物联网的物理通信方式和智能家居原有的家庭网络。根据各个家电和传感器不同的属性，以不同的方式建立通信网络。

3.2.3 感知层

感知层主要包含执行设备和传感器设备。执行设备由传统的智能家居8大子系统承担。感知设备由各种传感器所承担，其对象分为家庭环境和人本身。

4 物联网智能家居发展中的问题

虽然家居行业迈入了智能化领域，但在发展中仍然存在诸多问题，主要有以下几点。

4.1 安装烦琐，使用复杂

整套智能家居的安装在装修的时候就必须完成，否则会破坏原装修效果，影响美观。对于老人和小孩这两类人，操纵复杂的智能家居系统有很大的困难。

4.2 价格太高

现有的智能家居产品价格在几万到几十万元之间不等，高昂的价格令普通家庭无法接受，所以，智能家居产品开发要考虑发展普通家庭用户市场。

4.3 缺乏统一标准

虽然智能家居市场已经发展很多年，但缺乏统一标准，各自为战，不能为用户提供完全解决方案。所以，泛家居已经大势所趋，各个行业应携手共进，促进智能家居产业迅猛发展。

5 结束语

随着人们生活品味的提高和物联网技术的普及，智能家居将打破传统家居的观念，给智能家居走进千家万户带来希望。今后，物联网技术会在智能家居中占有很重要的位置，特别是它强大的感知技术会让智能家居更加“智能”，给人们提供具有黏性的实用服务，甚至在某些方面具备类似人类的一些思维能力，这使得智能家居行业更加迅猛蓬勃地发展。

参考文献

[1]张桂青，鹿曼，汪明.智能家居的“春天”来了[J].计算机科学，2013（06A）：398-402.

[2]赵静，喻晓红，黄波，等.物联网的结构体系与发展[J].通信技术，2010（9）：63-72.

[3]张艳秋，李达，陈琦，等.智能家居产品综述[J].传感器世界，2011（08）：13-17.

[4]宁焕生，徐群玉.全球物联网发展及中国物联网建设若干思考[J].电子学报，2010（11）：2591-2599.

[5]王雅辉，迟学芬.M2M小数据业务的IEEE 802.11WLAN分析模型[J].通信学报，2011（12）：122-130.

[6]刘化君.物联网关键技术研究[J].计算机时代，2010（07）：23-41.

[7]包依勤.基于物联网技术的智能家居系统的研究与探讨[J].物联网技术，2013（7）：38-41.

[8]张永刚，王斌.物联网技术在智能家居中的应用[J].智能建筑与城市信息，2012（2）：27-30.

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2.4 泛在网络

无所不在的网络和无处不在的计算发展愿景，在某种程度上，与普适计算的核心思想是一致的。

泛在网络可在任何时刻、任何地点、任意物体之间互联，是无所不在的网络，它涵盖了各种应用，是一个比原有电信范畴更加巨大的网络体系，容纳了深度的信息通信技术应用、广泛的网络连接和智能感知、控制等。

3 家居物联网

3.1 智能家居的模块架构

智能家居是众多物联网应用中重要的一部分，与人们的日常生活息息相关。通过智能家居系统，人们能够全方位地享受物联网革命所带来的智能化。图1详细介绍智了能家居系统的基本框架。

下面简要介绍将信息处理模块化并带有集中式信息处理模块的物联网智能家居系统。

图1 智能家居系统框架

3.1.1 信息家电

信息家电是利用电脑、电子技术和电信同传统家电结合所诞生的新型产品。其实用性强、操作简便，带有 PC的主要功能，价格低廉，是数字化和网络技术在家庭日常生活应用的进一步深化，使得家用电器的操作和保养更加方便、实用、简单，家庭生活品质更高。洗衣机、电冰箱、微波炉等也最终会演化成智能化、数字化、集成化、网络化的信息家电。

3.1.2 通信模块

通信模块的布线方式是根据各个家庭的组网特点和各个信息家电的不同属性而选择的。在需要升级改造的传统家居中，通常传统家居已有的布线（如电力载波等）会被利用在通信模块中，无线传输（如ZigBee、蓝牙、Wi-Fi、红外等）是另一种通信方式。因为每一种信息家电所占用的信道带宽各不相同，通常实际工程中会采用多传输方式混合组网来组建通信模块。

3.1.3 信息处理模块

如果说通信模块是实现信息传导的神经，那么信息处理模块就可以被看作是整个智能家居系统的大脑。它能够令每一个不同的信息家电实现协同工作和信息共享，它是智能家居系统中所必需的。它收集家庭中家电的每一条工作状态和服务请求，对大量的数据实时进行处理，同时将处理结果传输到功能驱动模块。采用灵活性更高的分布式控制方式是未来智能家居系统的发展趋势。

3.1.4 外界信息接口模块

该模块是家庭通向外界（如因特网）的网关，它不仅使家庭内部相互独立的家电达到信息共享的目的，而且还使得资源共享基于国际互联网，与此同时，还拓展了共享的广度和深度。今后，此模块同样会是智能家居发展的热点。

3.1.5 功能驱动模块

信息家电通过功能驱动模块和其他设备交换信息。由于家用电器没有一个统一的功能标准，不同的制造商电器功能也是不同的。为了控制这些电器，必须应用功能驱动模块。它能够对那些信息处理模块所发送的指令进行翻译，使其成为电平信号，电器便可以对其识别、执行。同样，信息家电的状态信息也可以被反向翻译成二进制信息，这样信息处理模块便能够理解并对其进行处理。

3.2 家居物联网的层次结构

尽管传统智能家居提供了一些智能应用，但在与感知技术、互联网技术的有机融合方面还有所欠缺。为了实现对智能家居系统控制等方面的全面提升，必须把物联网技术应用在智能家居环境中，其框架如图2所示。

图2 家居物联网的框架图

通常家居物联网的体系结构分为：应用层、网络层和感知层。

3.2.1 应用层

利用云计算技术，可以把大量的处理放在家庭外部。这样做不但能够降低智能家居的硬件成本，而且省去了家庭内部复杂计算过程。借助各种技术，构建智能家居的云感知模型，真正实现家庭内部的物品感知、家庭事件感知、健康感知、用户行为感知、用户习惯感知、舒适度感知、语言感知等。与此同时，家庭服务商会对人们日常生活提供所需的服务；家庭公共服务器能将各种表（包括煤气表、水表、热表、电表）的信号打包传送到各智能部门以便费用的缴纳和收取，具有抄表功能。

3.2.2 网络层

网络层包括物联网的物理通信方式和智能家居原有的家庭网络。根据各个家电和传感器不同的属性，以不同的方式建立通信网络。

3.2.3 感知层

感知层主要包含执行设备和传感器设备。执行设备由传统的智能家居8大子系统承担。感知设备由各种传感器所承担，其对象分为家庭环境和人本身。

4 物联网智能家居发展中的问题

虽然家居行业迈入了智能化领域，但在发展中仍然存在诸多问题，主要有以下几点。

4.1 安装烦琐，使用复杂

整套智能家居的安装在装修的时候就必须完成，否则会破坏原装修效果，影响美观。对于老人和小孩这两类人，操纵复杂的智能家居系统有很大的困难。

4.2 价格太高

现有的智能家居产品价格在几万到几十万元之间不等，高昂的价格令普通家庭无法接受，所以，智能家居产品开发要考虑发展普通家庭用户市场。

4.3 缺乏统一标准

虽然智能家居市场已经发展很多年，但缺乏统一标准，各自为战，不能为用户提供完全解决方案。所以，泛家居已经大势所趋，各个行业应携手共进，促进智能家居产业迅猛发展。

5 结束语

随着人们生活品味的提高和物联网技术的普及，智能家居将打破传统家居的观念，给智能家居走进千家万户带来希望。今后，物联网技术会在智能家居中占有很重要的位置，特别是它强大的感知技术会让智能家居更加“智能”，给人们提供具有黏性的实用服务，甚至在某些方面具备类似人类的一些思维能力，这使得智能家居行业更加迅猛蓬勃地发展。

参考文献

[1]张桂青，鹿曼，汪明.智能家居的“春天”来了[J].计算机科学，2013（06A）：398-402.

[2]赵静，喻晓红，黄波，等.物联网的结构体系与发展[J].通信技术，2010（9）：63-72.

[3]张艳秋，李达，陈琦，等.智能家居产品综述[J].传感器世界，2011（08）：13-17.

[4]宁焕生，徐群玉.全球物联网发展及中国物联网建设若干思考[J].电子学报，2010（11）：2591-2599.

[5]王雅辉，迟学芬.M2M小数据业务的IEEE 802.11WLAN分析模型[J].通信学报，2011（12）：122-130.

[6]刘化君.物联网关键技术研究[J].计算机时代，2010（07）：23-41.

[7]包依勤.基于物联网技术的智能家居系统的研究与探讨[J].物联网技术，2013（7）：38-41.

[8]张永刚，王斌.物联网技术在智能家居中的应用[J].智能建筑与城市信息，2012（2）：27-30.

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