对5G技术、雾计算与智能家居结合的研究

刘笛，秦琪舒

（西安石油大学机械工程学院，陕西 西安 710065）

随着时代的发展，现在的物联网让我们身边冰冷、毫无生气的电器，就像突然被赋予了生命，彼此紧密相连，从而更智能地服务于我们的生活。

智能家居智能在何处？使用者只需通过一个关键的物联网信息技术，就可以构建出整个社会家庭的日常事务并进入管理工作模式。所有家居都可以通过手机应用程序、平板电脑或遥控器进行一键操作，方便控制家居照明、电视等家电。

虽然物联网行业前景光明，发展正处于黄金时代。但是，物联网的发展也面临着诸多问题挑战。第一个是技术挑战，很多适合物联网行业的高端精密传感设备，包括高性能处理器、低功耗处理器等，目前相关技术并未彻底成熟；第二个则是安全挑战，2020年全球物联网连接设备高达126亿台，物联网设备激增也意味着安全漏洞会越来越多，物联网极易成为网络攻击的目标。

1 物联网概述

1.1 物联网相关概念

物联网是新一代信息技术的重要组成部分之一，其英文名称是“the Internet of things”。因此，简单来说，物联网就是物物相互连接，以互联网为支撑，它通过射频识别（RFID）系统、红外传感器、全球定位系统、激光扫描仪等前端传感器，按照既定的标准化协议将物理实体连接在一起，并利用信息的智能处理和战略控制方法实现物理环境和物体识别，是一个包括定位、跟踪、监控和管理功能的综合信息系统。物联网是互联网在物品信息之间的基础上延伸和扩展的网络。得益于客户端的扩大，各设备之间才可以实现信息的交换和沟通。

1.2 统一的物联网概念

物联网概念没有统一且标准的定义，涉及的行业也多种多样，因而提出物联网的统一概念是必要和有意义的。

近年来，随着物联网发展应用研究技术在各行各业的大规模普及，物物互联的业务会比人与人之间通信的业务管理更加轻松便利，物联网定会成为下一个万亿级的信息科学技术创新产业。

随着物联网的概念和各种标准组织的建立，物联网的各种协议和架构正朝着统一标准的方向发展。建立为人服务的物的基础架构和应用体系，是统一物联网概念的核心关注点。只有在统一的标准和架构体系下，才能尽快推动物联网产业链的成熟和大规模商用。

2 智能家居概况

2.1 物联网在智能家居领域的应用

智能家居是在互联网的影响下出现的物联化的产物。智能家居是一种生活环境，它以物联网技术为平台，连接各种家居设备，从而实现智能生活环境。智能家居系统的构筑过程可称为智能家居集成，其将各类家居设备主要通过自己设置程序的手段，使设备能够实现自动化，同时也是为了实现我们对家庭设备的远程操控，借助于综合布线技术、网络通信技术、安全风险防范技术、自动控制科学技术、音视频技术等，构建起一个更加高效的住宅设施和家庭日常事务的管理系统。

智能家居具有主动性和智能性的特点，可以提供全方位的信息交流，帮助家庭与外界保持信息畅通，更好地提供家庭服务，创造舒适宜人的家庭生活空间。智能控制家居的特点之一是强调人的主观意识能动性，重视人与所居环境的协调与平衡，以易用性和人性化管理为主。通过人工智能创造更舒适的居住环境，实现以人为本的生活理念。因而，组成智能家居的基本条件为：拥有一个相当于房子中枢神经系统的家庭网络，能够连接互联网，通过这个网络为用户提供各种服务。

2.2 智能家居现状

当前，我国的智能家居技术尚未彻底成熟，总体还处于发展阶段。从智能家居初步发展至今已经走过十余年的时间，这段时间里，各家智能家具制造商也在不断角逐竞争，一方面确实推动了智能家居的发展，软硬件的升级，加快了智能家居产业化，然而由于智能家居系统规模庞大，产品走向单一化、同质化是不可避免的。虽然现在各厂商对其产品宣传力度很大，人民已经理解并接受智能家居，但是但是大多数智能家居设备还没有实现真正的智能化，智能化程度不是很高，没有达到预期的智能效果。

科技的本质不是炫技，而是要看得见的生活效率。智能家居发展不能止步于对设备的远程控制或者单一设备的使用，而是要将全屋的电子家居设备都纳入智能化控制范围内，既能单独使用又能实现全屋设备联动，人与家的互联互通，做到真正的智能化、一体化，让双手解放，生活更加轻松便捷。

3 5G技术进一步推动智能家居的发展

时代在进步，技术水平不断创新发展，智能家居从最初的构想已经开始到现在实际且广泛的应用于我们的生活环境当中。如今，随着5G技术的日益成熟，加速万物互联，中国的智能家居行业将更上一层楼。

5G技术的特点是，高速度、泛在网、低功耗、低时延。通过5G技术可以作为媒介，可实现自动化控制信息系统、网络进行系统和通讯技术发展一体化。从两个方面分析，一是智能家电和家庭安全数据需求快速稳定，网络传输将作为5G技术商业投资的基础，这意味着这一环节将进一步完善。另一重要方面，随着5G技术的发展，5G技术正变得越来越完善成熟，人工进行智能信息技术和云计算等其他企业技术也将得到有效推广。硬件在智能家居中的有利发展变化，设施及相关信息技术的进步对智能家居生态文明建设起到了一个极大的推动社会作用。

随着5G技术浪潮的到来，房屋住宅将不再是钢筋混凝土建造的冷空间。在传输效率更快的5G时代，消费者对改变人类生活习惯的智能家居只会有更严格、更高的要求。它给家电家居企业产品的类人服务发展提供了通讯技术条件，比如空调系统可以通过自动进行调节环境温度、关启；窗帘可以同时根据昼夜亮度变化或用户的意愿自动开合等等。这些人性化家电智能功能的实现，将使家居更加“人性化”，具有“温度”。

4 雾计算与智能家居的结合

雾计算，英文名称FogComputer，也被称为雾联网。雾计算的概念是2014年由思科公司所提出，可以视为是云计算的一种延伸。通过雾计算的架构，可以把计算的需求分层次、分区域处理，从而避免或到缓解网络拥堵情况。

4.1 雾计算怎样解决物联网挑战

在物联网应用程序中，数据的产生在上万亿兆节，需要快速、大规模的数据处理，但不能反复地传输到云端，雾计算非常适合。随着数以百万计的设备大量连接到物联网，大量数据在以惊人的速度产生，数据正在爆炸。云存储在数据计算、存储和管理方面面临压力。雾计算在这些物联网应用中扮演着重要角色。

雾计算是一种分布式计算结构，它处理、存储和智能控制数据设备。这种心理弹性结构将云计算技术服务进行拓展到互联网的角角落落。雾计算的核心是雾层。在雾层中部署有贴近用户的、高密度的计算和存储设备，极大地降低了传统云计算的时延，同时也能给予用户移动性的支持。因此，缩短了网络之间的距离，提高了工作效率，增加了需要传输到云端进行处理、分析和存储的数据量。能使用雾计算的设备管理目标是对时序要求严格的数据信息进行研究分析，如设备工作状态、故障警报、警告状态等。这可以最大限度地减少延误，提高效率，防止重大危险。

4.2 雾计算在智能家居上的应用

智能家居由多种设备和联接传感器系统组成。但是，这些设备有不同的平台，不易集成。雾计算提供了一个统一的界面，将所有不同的单个设备集合在一起，并为智能家庭应用程序提供灵活的资源，协助物联网后台计算的运作更有效率，以便实时存储、处理和减少延迟。引入雾计算后的物联网系统性能得到改进。

4.3 雾计算的优势

雾计算可以对智能电网、智慧城市等工业物联网应用的数据进行快速处理和分析。为终端设备和云端计算服务器可以提供发展所需信息交互。全球分布式网络可以缩短停机时间。功能计算机更分散，设备位于网络边缘，使实时服务减少数据传输延迟。

雾计算是为大量智能物联网设备提供节能、高效、易于管理的通信的关键因素。凭借诸如低延迟、安全性、位置进行侦测、多服务器节点、实时数据连接和可移动性等突出学生特点。雾计算与物联网的融合将有助于解决与物联网相关的各种问题。

5 结语

在5G和“云”的时代，互联网络已经与我们的生活密不可分。随着各项科学技术的不断发展，无人化和智能化将是未来发展的必然趋势。物联网、5G技术、雾计算与智能控制家居的结合，会让我们的生活、办公环境更加安全、舒适、便捷、高效且具有一定艺术性。希望通过科学管理技术的进步与提升能够为我们带来更多便捷、推动我国经济不断发展，提高人民的生活质量，让每个人都有机会亲身感受科技给我们的生活环境带来的巨大变化。