面向智能家居应用的物联网安全防护系统设计分析

曹方明

（广东培正学院数据科学与计算机学院 广东·广州 510830）

0 引言

在物联网技术及移动通信等现代网络信息技术的发展带动下，智能家居朝专业化、整体化、低成本的方向发展，其应用水平得到显著提升。为解决传统智能家居中安全防护系统设计中存在的功能单一、误报率高等问题，相关部门必须着手应用并优化物联网技术，不断提高智能家居安全性能。

1 智能家居安全防护系统存在问题

1.1 业主的隐私性与安全性得不到保障

智能家居应用的基本原则是提升业主居住感受，安全防护系统不仅要实现安防报警点的等级布防、遇到危急情况时自动报警等，更要为业主提供良好的保密服务。以物联网技术为基础的智能家居安全防护系统，为住户提供优质化的网络共享平台，可利用物联网技术实现对智能家居的远程操控和监测的同时，也因其涉及联网、视频监控等技术设备，提高了保护使用者隐私权的难度。如何有效防止使用者隐私通过网络渠道流出，避免视频图像在业主不知情的情况下泄露，从根本上保护业主隐私，成为智能家居安全防护系统设计中首要考虑的问题[1]。此外，智能家居安全防护系统的安全可靠性有待商榷，例如烟雾传感器具有一定的检测误差性，其可能在有人抽烟的时候触发烟雾报警器，但在真正发生火灾时报警不及时，影响火灾救援，造成严重的经济损失，危害住户人身安全。

1.2 设备控制和价格问题

智能家居安全防护系统集信息技术、网络技术、传感技术、无线电技术等于一体，由探测器、传输通道、报警控制器等结构组成。摄像设备、监控设备、遥感控制设备等是以物联网技术为支撑的智能家居安全防护系统中必不可少的工具。但是目前市场上有关于这一方面的设备研究和生产应用仍不成熟，不具备灵活的控制功能，例如摄像头不能够定时工作，业主在家休息或需要暂时中断设备时不具有可操作性，影响业主使用感受。并且目前智能家居安防系统一体化建设，不利于对某一部分进行单独操作，造成功能的单一性。同时，智能家居安全防护系统设备价格也是影响其广泛应用的重要原因之一，其配件精细，系统化建设难度较高，建设和使用成本较高，如何有效降低成本，保证智能家居安全防护系统的实用性和拓展性，成为推动智能家居发展的重要因素之一。

1.3 互联和拓展性问题

目前大部分智能家居的安全防护系统建设采用摄像头加网络硬盘的监控方式，即通过摄像头录像传输储存到网络硬盘中，这一方式不足以满足联控性要求，住户在需要调阅监控视频时较为烦琐，存在视频传输滞后、检索难度大、需要额外利用附加设备等难题，影响使用者感受。[2]在科学技术水平飞速发展的当下，传统的智能家居安全防护系统技术应用优势不显著，存在技术和硬件应用问题，不能够顺应时代改革发展。

2 面向智能家居应用的物联网安全防护系统设计分析

2.1 系统模块硬件设计

立足于物联网技术的智能家居安全防护系统设计，对模块硬件的设计要求较高，模块硬件设计的安全性和智能性，直接影响物联网技术在智能家居安全防护系统中的应用效果，加强系统模块硬件设计，能够从根本上提升智能家居安全防护系统的稳定性。

以ZigBee家庭设备控制网络为例展开说明。ZigBee通信技术是智能家居物联网安全防护及控制系统的主要应用技术之一，能够有效实现室内组网，通过联通家庭设备控制网络，有助于实现对智能家居的远程监控。ZigBee家庭设备控制网络由协调器、路由器及终端节点构成，即由监控探头对智能家居进行监控，并通过传感器节点对智能家居工作情况进行监督，并将有关信息采集并上传至协调器，报告节点接收协调器发送指令后再进行控制，如温度控制器在感受到室内温度过高或过低情况时，通过传感器节点反馈信息，由家庭网络控制器对其进行温度调节，实现了智能家居的智能化、多样化发展[3]。在智能家居物联网安全防护系统中建设ZigBee家庭设备控制网，需要注意无线通信模块、ZigBee处理器硬件即终端节点硬件的设计，例如在 ZigBee处理器硬件设计方面，一般采用CC2530芯片作为核心处理器支撑家庭设备控制器网络节点工作，其具有增强型8051微控机器内核、32kHz睡眠定时器、SMA接口的陶瓷天线的先进元件，能够很好的满足智能家居安全防护需求，提高家庭控制网络的稳定性，有效保护业主隐私。除此之外，智能家居物联网安全防护系统设计人员还要考虑GPRS通信模块的设计，通信模块的设计关系着智能家居在使用过程中遇到突发障碍或紧急情况时能够及时联网反馈，设计人员需采用M35 GSM或GPRS无线通信模块，保证其能够支持GPRS多时隙编码格式，完成指令和数据的双向传输，在智能家居出现使用问题或危险情况时，利用无线通信能够迅速及时的报警，实现远程报警功能，有助于提升智能家居的安全性和稳定性。

2.2 系统软件设计

智能家居物联网安全防护系统软件设计由两个部分构成，分别是云平台设计和云服务系统结构设计，其关系到能否实现智能家居数据互联，影响用户服务感受和隐私保障。云平台设计的根本目的是实现数据存储和分析服务，设计人员需要针对性建立云计算服务系统平台、智能家居家庭内部网络和用户移动系统，满足住户的数据分析需求，利用监控探头对智能家居数据进行采集传输，通过物联网接收环境数据信息，再由用户终端进行控制，能够对海量数据进行精确的收集、分析和控制，进一步研究出符合用户需求的智能家居服务，从而提升住户居住和使用满意度。而对于云服务系统结构的设计，设计人员可利用虚拟化技术进行资源透明化管理，以为住户提供基础设施和服务为立足点，根据住户需求，优化资源管理功能，增设故障检测、图片创建等功能，满足客户需求，并针对智能家居物联网安全防护系统中可能存在的数据系统入侵问题，采取限制用户访问和认证方式，实现对系统数据的安全管理，从根本上提高智能家居物联网安全防护系统的安全性和智能性，保障使用者安全。

2.3 建立健全门禁系统

建立健全门禁系统，严格控制智能家居进入权限限制和条件允许，能够有效解决影响智能家居安全的不稳定因素。门禁系统是智能家居物联网安全防护系统的核心功能，设计人员可利用摄像头、麦克风、指纹识别器、人脸识别器等，与小区安保系统联网，住户选择身份识别时启用一个或多个生物特征进行验证，识别验证成功则允许进入，在多次验证失败后，通过物联网技术直接向小区安保系统发出预警信号，能够从源头截断发生智能家居被入侵的可能性，保护使用者隐私和财产安全。同时，设计人员还可考虑优化移动物体定位系统，即利用GPS定位技术，对人或智能家居中的某一物体进行实时跟踪和定位，在GIS地图中确定移动物体实际位置，及时的找出移动物体或发出警报，能够有效解决智能家居设备丢失问题，避免不必要的经济损失，实现智能家居物联网安全防护系统的工作目的。

2.4 无线传感器网络系统

智能家居提高了住宅的智能性和科技感，但其发展仍不完善，在使用过程中需要对其动态变化情况进行监测感知并反馈，以便在出现异常情况时进行及时的报警处理。在无线传感器网络系统设计方面，设计人员可以ZigGee家庭控制网络为基础，搭建WSN，由各类传感器组成传感系统，采集家庭环境之的烟雾、温度、噪音等信息，并反馈到ZigGee家庭控制网络系统中，方便进一步的处理[4]。例如，在遇到厨房内火灾情况时，烟雾传感器和火焰传感器共同作用，检测出家庭环境中含有过量的烟雾和天然气成分，将此信息传输至家庭网络控制系统中，再由ZigGee网络根据实际情况发出相应控制指令，进行各种报警处理，或采取安全防护措施，形成完善健全的数据采集、传输和处理系统，有效解决智能家居使用过程中出现的各项难题，保障使用者人身安全和财产安全。

3 总结

智能家居是一个复杂且庞大的系统，具有较强的应用性和实践性，在科学技术提升和国民经济水平提高的双重影响下，得到广泛应用。以物联网技术为基础，结合高新技术设备的应用，建立并完善智能家居安全防护系统设计，解决设计中存在的缺陷，立足于保证使用者安全和隐私，切实提升使用者感受，满足住户的基本需求和功能服务，推动智能家居产业不断发展。