基于云计算的智能家居管理系统的研究

张小琳，何 青，李 雯，韦 龙

（河南师范大学 计算机与信息工程学院，河南 新乡 453007）

基于云计算的智能家居管理系统的研究

张小琳，何 青，李 雯，韦 龙

（河南师范大学 计算机与信息工程学院，河南 新乡 453007）

智能家居凭借其智能化和信息化等优势，在一定程度上，提高了人们的生活质量。利用云计算部署智能家居系统，建立高度智能化的云家庭，可以较好地解决传统智慧家居系统中储存空间小、运算速度慢、资源利用率低、使用成本高等问题。文章从数据源、数据处理方式及智能化服务3个方面着手，采用Hadoop技术创建云平台，利用分布式文件系统和MapReduce分布式计算技术处理海量数据，开发的智能应用软件，能够高效提供舒适、便捷的智能居家服务。

智能家居；云计算；智能化服务；云平台

日新月异的的科学技术的进步使得人们开始更多地关注生活质量的提升，智能家居已然成为时代发展的必然趋势，而物联网技术、控制技术及人工智能等领域的发展也为建设智能化社会提供了可能性。早在30年前，比尔盖茨就展示了智能家居的美好场景，将移动互联网融入智能建筑也使得智能的概念进行了很大程度的更新与深化，但在火热的市场中，大部分消费者仍处于观望状态，智能家居仍有着广阔的市场前景[1]。

利用Hadoop技术搭建云平台，将云计算应用于智慧家居系统，从而建立高度智能化的云家庭，解决了传统智慧家居系统中储存空间小、运算速度低、资源利用率低、使用成本高等问题，达到了一站式服务的目的[2]。本文将从智能家居与云计算的概念、智能家居云平台的搭建以及智能化服务等方面进行阐述。

1 智能家居与云计算

1.1 智能家居

智能家居是指在现有智能家居系统的基础上，利用先进的物联网、无线电以及IT技术，通过家庭信息管理平台，将与家居生活紧密连接的出入门、家庭联网、场景控制、远程操作等各子系统联系起来[3]。引入云计算的技术，改变了早期独立的家庭数据处理模块，简化了智能处理终端，能够由云计算中心为每个家庭提供更加安全、可靠、方便、快捷的家居体验服务。

加强对智能家居系统的研究，利用云计算的运算结果为用户制定合理的智慧家居方案，并通过安卓技术设计一款APP来为用户提供“一站式”服务，保障了智能家居服务、降低了建设与运营投入、提高了用户满意度和市场竞争力，解决了智能终端的低稳定性、扩展性、可靠性以及数据处理能力不强等问题[4]，如图1所示。

1.2 云计算架构Hadoop

云计算是一个分布式处理框架，可以对大量数据进行分布式处理，提高了对于海量数据的处理能力。云计算架构能够针对失败的节点重新进行处理，可以在大量廉价的硬件设备组成的集群上运行应用程序，为应用程序提供了一组稳定可靠的接口，它主要有以下几个优点： 可靠性高、可拓展性高、容错性高、效率高和成本低等[5]。Hadoop技术已经比较成熟，应用也已经较为广泛，其中的核心技术是分布式文件系统（Hadoop Distributed File System，HDFS）和映射/规约引擎（Map/Reduce）。

图1 系统框图

1.3 分布式文件系统

在这个信息数据量呈指数形式增长的时代，通过单纯的增加CPU、内存、磁盘等方式扩展计算机文件系统的存储容量从而提高计算机的处理能力，在容量大小、容量增长速度、数据备份、数据安全等方面的表现都差强人意[6]。而拥有主从结构的HDFS，可以经由目录路径对其采取CRUD操作为整个系统提供了准确性高的的底层存储支持，因此，HDFS可以有效解决数据的存储和管理难题。分布式文件系统作为云计算架构存储的底层，能增强云计算架构的安全、效率以及实用方面的性能[7]。

1.4 MapReduce分布式计算

将分布式计算运用于对海量数据进行并行分析和处理时，体现了高性能的批处理分布式计算框架所具有的特点。传统的数据处理工具已经无法恰当处理TB和PB级别的巨大数据量，而分布式计算不仅适合处理结构化、半结构化和非结构化数据等各种类型的数据，而且当处理复杂的数据和超大规模的数据时，将其分成并行Map任务和Reduce汇总任务两类，实现了低成本处理海量数据。MapReduce框架的优点如表1所示。

表1 分布式计算优点

2 智能家居云架构

2.1 数据源

利用安装在室内的各类传感器、摄像头等传感设备直接采集到的信息及云计算中心存储的历史信息。包括：①安装在室内的传感器、摄像头等传感设备直接采集到的信息；②云计算中心存储的历史信息，包括历史传感信息和处理产生的结果；③用户身份信息等。

2.2 数据的处理方式

利用云平台采用分布式并行方法处理传感信息，主要分为以下3层：第一层数据感知层，包括对原始数据的采集和通信格式转换两方面内容，通过对传感信息进行通信和数据格式的转换，提高云计算平台对数据的处理效果。第二层数据存储层，采用“Oracle +Hadoop”的混合配置模式，对不同类型的数据分类处理。用Hadoop分布式系统HDFS存储大型数据和大量非结构化数据HBase存放少量实时性要求高的数据，将小数据集存放于Oracle数据库中，这样可以兼顾实时性、稳定性和文件规模的不同情况[6]。第三层数据处理层对海量的传感信息采用分布式计算并行处理模型进行处理，它具有较好的扩展性，可以对传感信息进行随机访问，数据库中的信息都可导入到数据处理层作为MapReduce的输入，如图2所示。

图2 分布式处理系统结构

云计算架构是在服务器集群上编写和执行应用程序的开源软件，可以用任何编程语言编写，在可靠和扩展方面有着极大的优势。Hadoop是以Hadoop和MapReduce为核心，当程序员使用Map和Reduce函数编写应用程序时，Hadoop自动并行执行这些函数[7]。Hadoop允许用户使用任意可用的Map和Reduce函数创建和执行任务，如图3所示。

图3 Hadoop解决方案

2.3 智能化服务

利用云平台处理、分析信息，为用户制定合理的智慧居家方案，并开发相应的APP，实现方案的实时推送，能够主动辨识并满足用户的各种需求，提供智能化服务[6]。传感器接受信息，通过通信和数据格式转换上传至云端数据库，同时将用户身份信息和历史数据上传至云平台进行分析处理，并传送相关指令到移动终端，如图4所示。

图4 技术路线

3 结语

由于科学技术的发展以及国家政策的大力支持，智能家居行业取得了显著的进步，而用Hadoop技术搭建云平台，将云计算应用于智慧家居系统，形成高度智能化的云家庭，有效地解决了传统智慧家居系统中储存空间小、运算速度低、资源利用率低、使用成本高等问题，达到了一站式服务的目的。用Hadoop技术创建云平台，利用分布式文件系统和MapReduce分布式计算技术处理海量数据，并开发相应智能应用软件，为用户提供舒适、便捷的智能居家服务，满足了人们对于高质量高水平的家居生活的需求。本文阐述了智能家居与云计算的概念，提出了用Hadoop技术部署云平台，指明了Hadoop并行式处理数据的方式给智能家居行业发展带来的便利与快捷，点出了智能家居的发展对于提升人民幸福感的重要性。

[1]孟晓丽.物联网平台下基于云计算的智能家居系统设计[J].科技通报，2016（6）：67-71.

[2]裴龙龙.基于云计算的智能家居控制系统的研究与设计[D].哈尔滨：东北林业大学，2016.

[3]郭广明.浅谈云计算技术在物联网智能家居系统中的应用[J].电子测试，2016（9）：99-100.

[4]索伟.基于ZigBee技术的智能家居控制系统的管理与实现[D].北京：电子科技大学，2015.

[5]郭广明.基于物联网和云计算的智能家居系统的设计[J].数字技术与应用，2015（5）：165-166.

[6]陈俊翔.基于云计算的智能家居系统设计[D].西安：西安电子科技大学，2014.

[7]王海永，王东艳.基于云计算的智能家居系统[J].电子技术与软件工程，2015（13）：84.

Research on intelligent home furnishing management system based on cloud computing

Zhang Xiaolin, He Qing, Li Wen, Wei Long
（School of Computer and Information Engineering, Henan Normal University, Xinxiang 453007, China）

Intelligent home furnishing has improved people's life to a certain extent because of its intelligence and information and other advan tages. The deployment of intelligent home furnishing system based on cloud computing, a highly intelligent cloud family, can solve the problems of small storage space, slow operation speed, low resource utilization, high cost of use in traditional intelligent home furnishing. This paper sets about from the data source, data processing and intelligent service in order to create a cloud platform by using Hadoop technology and deal with abundant data employing a distributed file system, distributed MapReduce and develop intelligent application software. It will efficiently provide comfortable, intelligent and convenient home service.

intelligent home furnishing; cloud computing; intelligent service; cloud platform

河南师范大学“国家大学生创新创业训练计划”校级一般项目；项目编号：20160180。河南师范大学“国家大学生创新创业训练计划”国家级项目；项目编号：201510476054。

张小琳（1997— ），女，河南信阳。