物联网技术在智能家居环境中的应用研究

李志明

智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、 安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。从智能家居的这个定义上看，即是在住宅环境的整体背景之下，通过多种信息化数字化技术，来实现对于家庭环境中诸多物体的有效控制。而当前通信技术和网络环境构建已经趋于成熟，因此智能家居的实现，在很大程度上，会呈现出对于物联网技术的依赖特征。因此物联网与智能家居的融合，成为未来应用的重要方向和必然趋势。

一、物联网技术在智能家居环境中的应用分析

想要深入了解智能家居领域中物联网的应用价值，首先应当对其应用具体环境和着力点有一个比较深刻的了解，才能有的放矢地发现物联网在这样的体系之中扮演的角色价值。当前，安防控制系统、环境监测系统、灯光以及家电控制系统、能耗监控系统，和医疗监测系统是物联网能够在家居环境中发挥重要价值的几个突出方面。

从功能实现的角度看，安防控制系统是智能家居体系中最为突出，应用最早也是受到关注最多的领域。该领域的应用主要是将家庭控制设备与报警装置相连，并且通过对房屋门窗的持续监控，来实现安防功能。而环境检测系统则更多关注室内环境的保持，利用温湿度传感器，以及空气质量传感器、光线传感器等设备来确定出当前住居环境的相关状态数据，并且形成对于空间状态的整体判断，为展开进一步的控制提供依据。环境监测系统不同于安防控制系统，安防系统更多是用以实现告警，触发告警装置，但是环境检测系统需要实现对于环境的调节，因此对于温湿度、光线等方面的数据获取，主要用于实现对于空调、地暖、窗帘以及灯光等方面的控制。对于室内环境的诸多控制，其依据的基础数据从环境监测系统中获取，但是实现控制动作却依赖于灯光以及家电控制系统。其中对于灯光的控制，多利用电力线及X-10传输协议，实现电话远程控制、集中控制、无线遥控、计算机控制、手机控制、定时控制、网络控制等多种控制方式。而对于家电方面的控制，则大多通过个人智能设备来实现。对于这两个方面的控制，前者的操作更简单，但是为了提供完善的室内照明环境，灯光的模式设置和记忆功能成为突出重点。而对于后者而言，则多通过个人智能设备实现对于相关家电的更复杂操作。除了对于灯光以及家电的控制以外，其他包括窗帘、窗户以及供暖等方面的控制也应当包括在这一范围内。而能耗监控系统，则负责承担起居民住宅能耗的监督，并且综合数据来在相关人类指令的帮助之下实现对于能耗的优化。最后，医疗监测系统，是智能家居发展的一个重要方向，迄今为止仍然在积极的尝试和发展阶段。这一方面主要是利用ZigBee 短距离无线通信技术，实现人体生理参数的定时或者连续监测，并且反馈到相应的数据接收端，对于家庭中有病人或者老人，无法独立生活的情况具有不容忽视的积极意义。

通过上述分析可以发现，物联网在智能家居中的应用十分广泛，其价值主要聚集于两个方面，即数据的获取以及对具体环境的控制。只有将物实现联网，物本身的状态数据才能被测量和记录，才能反馈在网络环境中展开传输以及进一步的判断，才能形成展开控制的依据。而同样只有将物实现联网，物本身才能接收到网络环境中，来源于智能家居系统或者人类的相关指令，这些指令才能以数字的形式影响到家居环境中的物这一集合。

二、智能家居环境下的物联网实现

物联网在智能家居领域中，遵从数据获取→数据传输→数据处理与决策→数据传输→控制的规则，实现周而复始的工作。从智能家居物联网构建框架的角度看，可以大体分为五层，自下而上分别为感知层、接入层、传输层、服务管理层以及应用层。在这样的框架之下，传输层服务管理层以及应用层基本保持了既有网络环境的特征，即实现数据安全传输、有效对网络资源以及应用软件展开管理，以及面向人类实现交互，而感知层和接入层，则是物联网重点发挥作用的两个层面。

感知层的作用主要用于实现对于环境参数以及电气设备工作状态数据的获取，同时接收对应的数据命令，实现对于相关物的控制。在智能家居環境中，理想状态之下，基本所有的物品都可以处于控制和感知的范畴中，甚至于人类本身也可以被感知。比较典型的设备包括各类环境感知设备、智能开关以及插座、各类红外遥控装置、智能水电表等计量设备，以及煤气探测、烟感探测等。这些设备均具有Zigbee无线接口与位于接入层的物联网网关通信，除此以外，某些智能设备本身会将通信接口集成在设备内部，直接与互联网框架之下的家庭路由设备实现数据传输。而接入层，其主要包括物联网网关，负责将感知控制层的众多终端接入互联网。物联网网关面向感知层，通过诸如Zigbee、Bluetooth以及射频识别（RFID，Radio Frequency Identification）等相关接口保持数据传输，而面向传输层，则通过有以太网、Wi-Fi 或GPRS 等各种通信接口接入小区局域网，从而与远程服务器通信。最为承上启下的重要环节，物联网网关可谓物联网在智能家居领域中的灵魂所在。因此想要实现对智能家居应用领域之下物联网技术的分析，物联网网关成为首当其冲的核心所在。

首先对物联网网关的主要职能进行确定，参见表1。

在物联网网观的实际选用方面，产品可以依据实际的需要进行选择，但是对于处理器芯片，多采用Atmel 公司的AT91SAM7X256，并且为了能够实现与ZigBee的数据传输，还需要外置一个AT86RF230配合工作。除此以外，因为物联网网关本身需要执行多项任务，尤其是与多个不同的端口保持数据传输，因此多采用嵌入式操作系统μC/OS-II 作为其软件平台。表1中的优先级依据任务自身的重要程度，以及是否具有硬实时性来进行分配。例如某些数据必须立即传输出去才具有价值，一旦无法实现实时传输，就会被覆盖或者降低其价值，诸如医疗监控系统等；又例如在通信任务重，以太网的传输速率最高，数据包长度也最长，因此其优先级别也较高。

三、结论

物联网技术在智能家居环境中发挥着不容忽视的重要作用，上文中仅对其应用领域、工作框架展开了必要的分析，在职能方面仅仅讨论了物联网网关的配置和职能内容。实际工作中，物联网建设的每一个细节都需要引起重视，除了物联网网关以外，Web服务器以及相关的安全手段同样不容忽视。当前物联网的应用，在智能家居环境中还尚不成熟，很多电气设备并未实现有效控制，尤其是医疗监控，也未能全面实现。未来的研究和技术应用，必然会围绕这些细节展开，不断推动物联网应用的同时，完善智能家居体系构建，为人类打造更为理想的生活环境。