基于M2M的智能家居关键问题研究

冯英伟 范晶晶 王庆福

（1.河北建筑工程学院，河北 张家口075000；2.辽宁行政学院，辽宁 沈阳110161）

0 引 言

智能家居是围绕建筑学理论、整体控制技术、网络通讯技术、自动化技术等技术理论而展开的新型住宅模式，通过灵活运用以上理论和智能化控制和管理相关设备，从而营造出安全、便捷、节能环保的家庭生活环境.智能家居不仅具有传统家居的居住功能，而且还把传统家庭结构转换为具有思考能力的智能家居.使之能够帮助人们合理安排生活，提高了家庭生活的质量与安全，保证了家庭与外部的信息交流，实现了安全环保的家居生活.

1 智能家居系统的实现技术

1.1 M2M技术

M2M是Machine－to－Machine／Man的简称，是通过机器与终端设备智能交互、信息网络的应用.它以嵌入式技术将通信模块植入机器中，利用通信网络，把模块感知到的数据提供给数据分析端，为智能化操作提供依据.

M2M应用非常广泛，各种应用的特点各不相同.它具有获取周围信息的环境感知能力，自动修复动态节点自组织能力，多种结构无缝结合的异构接入能力，支持无缝的切换及移动性管理，网络各个层次的开放性，各种设备的可管可控能力，信息和服务融合／协同能力等多种优势和特点.

1.2 ZigBee技术

ZigBee是一种定义了短距离、低数据传输速率无线通信所需要的一系列通信协议的标准，主要应用于自动和远程控制领域，可以与各种设备组合.ZigBee技术具有低速、低功耗、低功率、覆盖范围广等众多优点，并且ZigBee模块的生产应用上技术已经成熟，容易模块扩展和管理控制.

1.3 WiFi技术

WiFi可以把电脑、手机等终端以无线的形式连接在一起.WiFi适用范围广，传播迅速，可靠性高，在干扰弱的情况下实现带宽自动调整，有效地保障了网络的可靠性.

2 关键问题阐述

2.1 ZigBee节点设计

智能家居系统的ZigBee节点主要由ZigBee射频模块，控制芯片和传感器以及摄像头组成.系统刚刚开始运行时，要进行参数标志位的自检，如果该标志位为1，表示该终端ZigBee节点的参数已经设置好，则进入正常运行环节.节点收集的参数接收完毕后就保存在FLASH里，并把ZigBee模块的工作模式重新配置为发送模式.控制芯片控制信息收集的时间间隔以及排错纠错，用户可以通过摄像头观察到家居内部的环境，给用户以直观的感受.

2.2 多终端感知系统模块

传感器信息主要分为两部分：识别信息和校准信息.传感器校准信息是传感器实施数据校准运算所必须要具备的信息.传感器校准信息是用来修正传感器的输出随输入的变化关系，可以通过调整设置使两者满足特定要求.在模块化设计理念的基础上，传感器信息能够按照其具体的用途划分成四个部分：基本模块、校准模块、模板模块和用户自定义模块.

3 关键技术实现

M2M包括M2M硬件设备、机器设备、中间件设置、通信网络配置、应用控制管理这5个核心技术.

3.1 M2M硬件设备

M2M硬件设备是使机器获得远程通信和联网能力的部件.主要进行信息的提取，从各种机器设备那里获取数据，并传送到通信网络.

3.2 机器设备

首先实现M2M就是从机器设备中获得收集的数据，然后把它们通过网络连接发送出去.实现这一功能的手段有两种：生产时，把M2M硬件嵌入到机器设备中；对已有机器设备进行改装改造，使其具备通信联网传输能力.

3.3 中间件设置

中间件设置包括网关、数据收集两部分.网关获取来自通信网络的数据，将数据传送给信息处理系统.

3.4 通信网络配置

将信息传送到目的地.通信网络是机器设备和终端互相连接的主要通道，在整个M2M技术结构框架中处于核心地位，包括广域网、局域网和个域网.

3.5 应用控制管理

数据收集部件是为了将数据转变成有价值的信息.对原始数据进行筛选、加工和处理，并将结果呈现给需要这些信息使用者.

4 智能家居系统总体设计方案

4.1 感知层

在智能家居中，感知对象包括人本身在内的家庭环境中的各个实物，通过传感器，实现对家庭内部环境的全面感知.智能家居系统应用了许多典型的感知技术，这些技术都是比较成熟并应用到生活中的技术，比如温湿度传感器，异常气体传感器等.

4.2 网络层

网络层是各种通信网络与互联网形成的融合网络，作用于机器之间的相互通信.在智能家居中，网络层不但要具备网络运营的能力，还要具备数据分析与筛选的能力.在网络层中，可靠传送和智能处理是网络层主要处理的问题.

4.3 应用层

利用云计算技术，把大量的信息处理放在了家庭外部，为家庭内部的复杂计算提供了可能，降低智能家居的硬件投资成本.利用仿生学等各种智能感应技术，建立起智能家居感知模型，实现家庭内部的语言感知、物品感知、用户习惯感知、用户行为感知等一系列感知.

本智能家居主要包括外部网络和家居网络两级网络，两级网络通过网关互连，分别基于ZigBee技术和WiFi技术，通过家庭感应网关实现家居网络内部的互连.系统网络拓扑图如图1所示.系统网络示意图如图2所示.

5 结 语

M2M是一种以机器终端设备智能交互为核心的、网络化的应用与服务.通过低成本，高可靠性，低功耗的ZigBee和WiFi无线网络技术，组建了免布线，高可靠性和高扩展性的智能家居网络.将通信模块植入机器中，并与通信网络互连，把模块采集到的数据提供给智能处理中心，以满足家居智能化的需求.智能家居涵盖了计算机软件技术，硬件技术，网络通讯技术等，作为新型家居模型，不仅继承了传统家居的生活环境构造，还提供了更加安全、便捷和舒适的智能生活空间.