浅议手机客户端的智能家居远程控制系统设计与研发

摘 要： 随着信息技术的飞速发展，与人们的居家环境之间的联系也愈发紧密。基于此，以手机客户端为基础的智能家居远程控制系统便应运而生。文章对于iOS和android软件系统，从无线传感技术、视频压缩编码技术、HTTP/TCP传输控制信息、RTP/UDP传输实时多媒体数据四个核心技术点对智能家居远程控制系统进行设计。

关键词： 智能家居;无线传感技术;视频压缩编码技术;HTTP/TCP和RTP/UDP传输技术

一、 引言

所谓智能家居远程控制指的是当户主因某些原因家中无人时，通过使用手机客户端的方式连接到各种智能家具家电运行的底层系统之中，从而进行控制。当今社会，手机已经是人们手中必备生活工具，通过把手机和智能家居联系起来组成一整套完整的控制系统，使人们的生活方式更加安全和简洁，尤其是针对那些有遗忘症的人群。此项技术具有广泛的发展前景，在未来组建智能家庭时是至关重要的环节。

二、项目概况

2017年1月，应用在河北乐创智能科技公司的一套基于手机客户端的智能家居远程控制系统，在iOS和安卓软件系统下都可兼容使用，经测试也未发现系统错误，在全屋智能家居的硬件升级和场景组合中都起到了降低成本和提高稳定性的作用。

三、技术知识与原理

（一）无线传感技术

无线传感技术又可称为无限传感器网络，是一种把大量的不同类型传感器节点，通过无线通信技术有机的联系在一起，形成一种特定的网络结构。汇聚节点是无线传感器网络节点的重中之重。汇聚节点指系统中某个节点发生错误后将产生错误的数据报告，删除错误的报告数据，对这些生成的错误报告进行数据整理，最后做出评断，生成对应的数据文件。汇聚节点与用户节点两者可以相互之间进行信息交流，其方法是借助局域网或者是卫星信号。

无线传感技术的其工作原理是：使用无线电通信与大量无线传感器进行信息交换。无线传感器节点可以看成一个收集工具，对其感应到的信息进行数据收集，数据收集完毕后经过系统处理传递给网关，最后，对应的网关在确定检测接收到的数据信息是否为是系统的输入数据，确认无误，再由网关传输到观测工具上。

（二）视频压缩编码技术

视频压缩编码技术，简单理解就是将初始的视频格式的文件通过重新编码，再压缩，最后形成另一种视频格式文件的方式。由于连续的画面之间相似性极高，为便于数据信息传递与交流，需要对其进行相应的数据编码和压缩，达到以去冗余，空间冗余、时间冗余、视觉冗余都属于冗余。其中冗余信息在业界可以大致分为两大类：空间域冗余信息和时间域冗余信息。视频压缩编码技术就是将数据中的冗余信息去掉也就是把各个相关的图像信息都忽略掉，只分析其中一个要素。压缩技术有很多种其中最常使用的是，熵重新编码，图像数据的压缩、帧间数据压缩。当需要去除空域冗余信息的情况下，可使用熵编码的压缩技术，当需要去除时域冗余信息，建议使用，画面帧与帧之间的压缩技术。

（三）HTTP/TCP传输技术与RTP/UDP传输技术

应用层（HTTP），为了简单理解把它看成一个客户端，应用层（HTTP）与传输层（TCP）之间是可以相互之间进行信息交换的，HTTP/TCP传输技术简单来说，客户端即应用层（HTTP）想发送一个想要看到的HTTP请求的网页，为了可以顺利且快捷的传输到传输层（TCP），应用层接收到的信件数据再到传输层（TCP）时会进行一定程度的包装整理分割，并在每个报告数据上标记序列号。接着为后续信息的传递做好准备，在传输层之后就会到达网络层即人们常说的IP地址，网络层将会接收到在传输层整理好的报告数据，在网络层将会在这些信息數据上添加一通信为目的MAC地址，然后再把这些数据打包一并传给下一层结构，链路层即网络。这样一个从上到下的传输过程就结束了，在链路层信息处理后会按照原路宝整理好的数据，在传回给应用层（HTTP）。

RTP作为一种协议，主要是用来实时同步传输音频、视频等数据流。它包含两个紧密相连的协议：实时数据传输的RTP协议、网络错误判断和服务监控的RTCP协议。RTP通常不具备数据包的顺序传输，也没有相应可靠的传输手段，也不负责对数据流的管理，这些功能都得靠 RTCP的支持来解决产生的困难。RTCP的反馈速度十分有效且迅速，可以花费最少的做功，来达到最快的传输效率，特别适用于的实时数据交换和信息传输。TCP和UDP，它们都是为了使数据以及所需的信息流能够快捷便利的传送到应用层，从而为相应的应用程序提供网络服务。当需要可靠数据流传输时，选择TCP传输最为妥当，当不重视可靠数据流传输，只想获得较快的数据传输速度，选择UDP的传输方式最佳。

四、技术应用

首先在各个智能家居上安装相对应的传感器，采用无线传感技术，感知、采集和转发网络覆盖的感知对象的各种信息，并发送给家居拥有者本人，用户则可使用自身携带的终端设备也就是手机App与智能家居系统网络互连，进而可实现手机端的远程控制。用户在手机端可视化操控界面点击相应的特定按钮来控制智能家居系统对应功能的运转;其次在智能家居与用户进行信息交换时，为了避免出现不可控的外界干扰等因素，采用视频压缩编码技术，它引入了一种特殊的编码机制即针对IP编码，这种编码机制会在网络中事先进行分组，然后在进行传输动作传，同时视频流媒体传输的方式也同样兼容。不仅如此，它的抗误码特性十分强大，在丢包率高、干扰严重的无线通信传输的情况下也有良好的发挥;另外为了使用户与智能家居之间可以实现同步控制，本套系统采用HTTP/TCP传输控制信息，RTP/UDP传输实时多媒体数据等两项先进技术方法。最后，由于此系统大部分应用场景主要以手机智能设备来发出系统的控制指令以及与智能家居系统的实时交互，这将会产生大量的数据信息，为了对这些庞大数据进行存储、管理以及维护，系统将通过互联网，直接传输到“云端数据”，从而缓解整个智能家居系统需要存储大量数据信息的负荷与压力。

五、 结论

文章对基于手机客户端的智能家居远程控制系统的设计进行了研究。对于iOS和android软件系统，从无线传感技术、视频压缩编码技术、HTTP/TCP传输控制信息、RTP/UDP传输实时多媒体数据四个核心技术点对智能家居远程控制系统进行设计，并通过使用这些技术，在河北乐创智能科技公司开发的一套手机客户端的智能家居远程控制系统进行初步的技术应用，检测其可行性。希望文章可以更好促进手机客户端的智能家居远程控制系统的设计与研发，从而为我国信息化产业发展贡献一份力。

参考文献：

[1]陈锐.基于树莓派和Arduino智能家居控制系统研究和设计[D].天津：天津职业技术师范大学，2018.

[2]匡海健，胥布工，李伟胜，黎善斌.基于Web的智能建筑节能监控系统的设计[J].计算机应用，2017，37（S1）：344-346.

作者简介：  倪勇，江苏乐驰智能科技有限公司。