小康社会农村家庭智能网络应用集成模型研究

孙伟强，赵继忠

（辽宁广播电视大学，辽宁 沈阳 110034）

小康社会农村家庭智能网络应用集成模型研究

孙伟强，赵继忠

（辽宁广播电视大学，辽宁 沈阳 110034）

提出了小康社会农村家庭智能网络互联拓扑模型、集成应用信息系统模型和在此基础上的电子商务新应用模型，对互联和集成过程中遇到的问题进行了分析，并提出了解决办法，最后对这一模型进行了应用前景分析和预测。具有一定的应用前景。

智能家庭；IGRS；网络拓扑；信息系统；电子商务

目前，关于智能家庭网络的研究和应用非常广泛[1-4]，如智能农业[6]、智能水产[7]、智能生产加工[8]、智能养殖[9]、智能仓储等。智能化设备[5]已经被快速应用到生产和生活中，并对生产力和经济的发展提供强大推动力，然而，经过大量的产品、应用实践和理论研究调研发现，存在着应用产品缺乏统一技术标准和接口、应用场景孤立零散[6-9]、相关理论架构有待完善等问题。这必将导致数据孤岛、应用孤岛的产生。研究如何把这些智能设备、网络、应用有机集成，使之成为跨应用的智能网络是解决上述问题的突破口。集成后的网络既是生产经营网络，又是管理控制网络，具有特殊的重要性。在网络融合的大趋势下，多智能网络融合应用具有很强的现实意义和应用价值。笔者以小康社会农村家庭智能化生活、生产和经营网络的集成为模型开展了研究。

1 网络拓扑结构问题及其解决

在小康社会农村家庭生产经营中，这些智能设备、智能生产网络或系统各自独立，无法发挥它们协同互通后的应用潜力，通过研究发现，不能草率地将它们简单接入传统意义上的智能家庭网关实现互联互通，这是因为：

1）未来网络数据压力问题。互联后的网络存在着大量的冗余数据，而且随着3C（Communication，Customer，Comput⁃er）融合应用的深入，这类设备将变得种类繁多、数量庞大，很多行业生产经营的智能设备与信息家电同处一网，势必带来网络容量、数据传输压力等问题。

2）生产经营网络安全问题。黑客入侵进入生产经营网络的破坏性对农村家庭经济的危害将是致命的，只有通过子网形式的互联，才能给网络安全防护带来更大的灵活性和可控性。

3）简化网关复杂性的问题。各生产经营场所的子网通过网关进行互联，可以使各子网专注于单一范围的管理控制，避免全部智能设备向单一智能网关汇集，给网关带来硬件和软件上的高复杂性，便于解决问题，简化控制。

4）基于家庭网关的单点故障问题。如果所有智能设备或智能系统都以家庭网关为通向外网的出口，一旦智能家庭网关出现问题，势必造成全部系统的瘫痪。

基于以上的研究结果，农村生产经营家庭实现多智能网络拓扑互联的拓扑结构如图1所示。

图1 农村生产经营家庭的网络拓扑结构

从图1可以看出，原有各智能家庭网络、各智能生产经营网络和孤立智能设备实现互联后构成了跨应用的智能网络，并进一步通过路由和防火墙与外部网络实现安全互通。从内部看，各生产经营子网通过各自智能网关与交换机相连，通过交换机进一步与家庭生产经营服务器、智能家庭网关相连。其中交换机可以使用安全网关替代，从而增加内网的安全防护能力。网关的访问控制能力和防火墙功能的互补进一步强化了对外网的防护作用。通过配置各子网间的访问控制，可以有针对性地提高对关键链路、关键数据、关键子网和关键智能系统的防护。另外，为了防止家庭服务器成为应用的故障点，可以采用双机热备和心跳互测技术进行架构。

各子网网关之间的互联可以采用TCP/IP、IGRS[10]等协议，而各子网网关[11]上应用之间的通信可以采用如SSL等安全网络协议进行支持。各类信息安全技术和措施都可以应用在各子网网关之间或内外网之间的通信防护中。

通过对以往研究成果的学习，在智能家庭网络中，有人提出了开放式智能家庭网络模型，并在模型中提及家庭主网和家庭子网[12]的概念，但是所提模型仅限于智能家庭领域，没有涉及智能家庭网络与智能生产经营网络的融合。另外，还有研究者提出了基于物联网的多个智能生产网络互联的模型[6]，但是该模型忽略了智能家庭网络的存在，其分析也比较简单。

2 集成网络应用系统架构

各智能子网之间的交互[13]可以通过IGRS的服务调用完成。对农村家庭的各智能子网进行的互联拓扑和应用集成，是出于为用户提供全部智能子网的管控和应用的一体化系统集成。在图1中，应将各子网应用及相关数据通过系统集成形式向服务器端软件系统集成，从而为用户提供具有可视化界面、模块化设计、个性化应用的集成信息系统，这样用户可以利用服务器端简便的人机交互实现对全部接入的智能子网的监控、管理，并能够构建在服务器端的管理系统实现各智能子网之间的协同。

在对各智能子网网关进行互联拓扑之前，家庭主人已经能够通过本地或远程两种方式利用各子网的智能网关对子网实施管控，各智能网关通过调用一系列协同调度接口、功能调用接口和数据操作接口去完成交给子网的任务。为了在服务器上建设统一的管理系统，需要改变智能网关的IGRS服务软件架构，更改后的智能网关软件架构如图2所示。

图2 智能子网网关软件架构

图2中在IGRS服务架构的上层增加了任务集成接口层，通过任务接口的形式将子网完成的每个任务固定下来。每个任务接口被调用执行完毕，意味着一个任务的完成。而每个任务接口程序中将调用一系列协同调度、接口调用和数据操作。任务接口将提供给服务器端的系统使用。

服务器端集成的信息系统架构如图3所示。

图3 服务器端信息系统架构

图3提出了在统一门户、统一数据标准、统一身份认证、统一数据共享与交换支持下的信息系统架构，之所以提出统一数据标准，是因为有些数据贯穿了生产、管理、经营的全部环节，横跨多个子系统。例如，智能农业子系统生产的粮食不仅用于家庭食品供应，而且用作养殖和加工的原料来源，甚至用于基于网络的电子商务，统一数据标准的提出，为各子系统数据共享与交换消除了障碍。

因为网上电子商务为系统创造了潜在的应用场景，为了使系统能够向用户提供个性化服务，必须通过统一身份认证和单点登录来规范用户的访问。

智能发布子系统是为了同步外网电子商务平台的数据和活动而提供的子系统，它能够通过管理员配置，决定将哪些数据和资源发布到互联网交易平台，同时能够按照配置规则获取互联网交易平台上的交易请求，并通过适当的接口及时提供给相应的人员进行响应。

远程控制管理子系统是为了实现管理员的远程访问而设置的，管理员通过配置可以实现利用移动设备安全访问和管理自己的网络和应用，管理员可以对各个智能子网进行面向任务的管理和监控，并跟踪整个系统的实时动态。

由于家庭网络带宽的提升，为远程视频提供了深入应用的机会，目前远程视频已经在电子商务新应用中崭露头角。通过电子商务子系统可以配置登录该系统的用户访问各个系统和子网络的权限，例如某一用户要订购一头生猪，而他要求对订购的生猪的全过程跟踪，通过该子系统的配置，可以使用户随时了解猪的饲料配比情况、猪的进食情况，甚至可以随时远程地观看猪的生活情景，通过这样的活动可以增强消费者食品安全的信心，激发消费者的消费激情。

人机接口子系统给管理者对系统规则、知识、数据提供管理能力，通过图形化的工具支持使抽象的配置过程简单化和直观化，方便了管理者使用。

另外，由于服务器端应用系统的存在，可以将原本集成在各智能子网网关内的包含领域知识的专家系统上移，方便管理员的使用。另外还可以集成数据挖掘的相关技术对操作和数据进行挖掘，通过反馈应用的形式进一步优化系统。

3 集成信息系统的开发

为了使该系统能够满足上述应用情况，系统应采用B/S架构，利用面向对象的模块化设计思想进行设计，利用JA⁃VA语言和MVC三层架构模式进行开发，各系统之间采用基于SOA和消息机制的ESB技术进行架构，采用SOAP协议实现模块间的通信，底层协议采用SSL支持，利用SHA-1数字摘要技术和128位的对称、非对称加密技术为信息安全提供保证，针对数据进行分类的信息安全处理策略优化网络数据传输。

4 创新点和应用前景

由于智能家庭网络与各智能生产经营网络的应用场景不同，网络对信息安全的要求也不同，笔者从网络拓扑结构、系统架构、应用模式提出了农村家庭智能网络融合应用模型，对基于IGRS的智能应用网络网关软件架构进行了改造，提出了跨智能网络的应用管理系统。在保证信息安全的前提下强化了各智能子网之间的协同性，支持家庭主人本地或远程地管理各个智能子网。同时，为从事智能生产经营的农村家庭搭建了新的互动式的电子商务模型，该模型具有协同性好、说服力强、概念先进的特点。结合发达国家的相关发展过程，以及国内农村现代化发展趋势，可以肯定，该应用模型具有一定的应用价值。

5 小结

通过结合信息安全因素的思考，提出了跨应用的现代化农村家庭智能网络拓扑模型，在此基础上提出了基于这种智能网络集成环境的应用系统集成模型，阐述了数据标准化对应用系统集成的重要性。在很好地兼容现有智能家庭行业标准，增强集成后智能网络协同性的同时，提出了农村家庭开展智能化支持的电子商务新应用模型。这些技术能够保证基于网络的农村生产经营活动的安全性、协同性和高效性。

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Research in Application Integration Model of Rural Family’s Intelligent Network under

Well-off Society
SUN Weiqiang,ZHAO Jizhong（Liaoning Radio and TV University,Shenyang 1100034,China）

The interconnection topology model,the information system model of integrated application and internet E-commerce application model are improved for rural household intelligent network under well-off society in this paper.The problems are analyzed and the corresponding solutions are improved for interconnection and integration.The analysis and forecast of this application model are given in the end.It has certain application prospects.

smart home;IGRS;network topology;information system;E-commerce

TN92

A

10.16280/j.videoe.2015.04.026

2014-09-28

【本文献信息】孙伟强，赵继忠.小康社会农村家庭智能网络应用集成模型研究[J].电视技术，2015，39（4）.

孙伟强（1975—），讲师，硕士，主研数据挖掘、信息安全、计算机网络等；

赵继忠（1978—），讲师，硕士，主研仪器仪表。

责任编辑：许 盈