物联网技术及智能家居应用研究

　　如今，家庭内部里的许多家用设备形式越来越多样，有些设备本身就具备遥控能力，比如空调、电视机等，有些则不具备这方面能力，比如热水器、微波炉、电饭煲、冰箱等。而这些设备即使可以遥控，对其控制能力、控制范围都是非常有限的。并且这些设备之间都是相互孤立存在的，不能有效实现资源与信息的共享。随着物联网技术的发展，特别是物联网网关技术的日益成熟，智能家居中各家用设备问互联互通的问题也将得到解决，如图1所示。

　　智能家居集安全防护、方便时尚和健康生活三大生活家居产品为一体，集中在以下应用：

　　(1)家庭安防中心：家庭安防设备，如摄像头、红外探测器、烟雾探测器等，一旦接人物联网，主人就可以在任何时刻任何地点了解家里的安全动态。

　　(2)家庭医疗中心：家庭若有老人和小孩，可在合适位置安放摄像头，了解他们的状况。家用医疗器械，如血压计等连接物联网，与社区医院联网，方便医生实时了解病人的身体状况，及时做出治疗。

　　(3)家庭数据中心：家庭里的大量数据资料，如电影、音乐、游戏等，可以通过物联网，海量存储到网络数据服务器上，方便随时查看。

　　(4)常用的家庭信息，如天气预报、咨询信息等可以通过连接入网的家庭终端设备及时了解到。

　　(5)家庭商务中心：商务中心可以完成一系列的，如缴费、支付、购物的任务，让主人可以足不出户完成各种琐碎的日常生活。

　　智能M2M家用网关负责家用设备的各类信息的采集，同时通过无线网络和Internet把信息上行传送到物联网管理中心，各类用户可以通过物联网管理中心的Web应用服务访问到各自关心的家用设备信息。另一方面，用户可以借助物联网管理中心的设备访问应用服务，实现对各类设备进行远程控制的目的，这些控制包括简单的设备开、关、模式及参数调整等，同时还包括了终端设备嵌入式应用的版本升级、设备远程诊断等。 2、关键技术与待解决问题

　　综合物联网参考模型和智能家居结构(见图2)可以看出，物联网应用的开展需要解决以下技术及问题：

　　(1)物体属性标识：属性包括静态和动态的属性，静态属性可以直接存储在标签中，动态属性需要由传感器实时探测;

　　(2)物体属性识别：需要识别设备实现对物体属性的读取，并将信息转换为适合网络传输的数据格式;

　　(3)物体信息的传输与处理：将物体的信息通过网络传输到信息处理中心(处理中心可能是分布式的，如家里的电脑或者手机，也可能是集中式的，如中国移动的IDC)，由处理中心完成物体通信的相关计算。

　　2.1感知层技术

　　数据采集是物联网实现“物物相联，人物互动”的基础。采集设备一般采用嵌入式系统，为了获得各种客观世界的物理量，如温度、湿度、光照度等等，传感器技术也是数据采集技术中的重要一支。因此，物联网的数据采集技术包括传感器技术、嵌入式系统技术、采集设备以及核心芯片。

　　ECP提供了一套较完善的产品电子代码编码方法，实现对物理对象的惟一标识。RFID作为一种射频自动识别技术，通过物品标签与阅读器之间的配合，可以基于计算机互联网实现物品的自动识别和信息的互联与共享，为物联网中物品的身份标识提供技术支持。ECP标签中存储着数据格式规范的信息即对物品静态信息的描述，通过RFID阅读器将物品的属性信息自动采集到系统中，实现对物品的自动识别并按照一定的要求完成数据格式转换通过无线数据通信网络传递到数据处理中心，便于后续的管理和使用。

　　智能信号处理将对采集设备获得的各种原始数据进行必要的处理，以获得与目标事物相关的信息。首先获得各种物理量的量测值，即原始信号。之后通过信号提取技术筛选有用信号，通过调理提高信号的信噪比;高信噪比的信号通过各类信号变换，在映射空间上可以进行信号的特征提取。借助于信号分析技术，如特征对比、分类技术，可以将各种特征信号对应到某一类的物理事件。在物联网的信号处理技术中，以多物理量检测、信号提取、信号调理、信号变换、信号分析为核心关键技术。

　　2.2网络层技术

　　为了实现物联网的普适性，终端感知网络需要具有多样性，而这种多样性是通过通用物体通信协议来保证的。由于终端感知节点并不是固定组网，为了完成不同的感知任务，实现各种目标，节点组网技术必不可少。终端感知设备之间的通信不能采用传统设备的通信协议，因此需要自适应优化网络协议。同时终端设备的低处理能力、低功耗等特性，决定了必须采用轻量级和高能效的协议。

　　智能家居系统的终端网络通信的数据传输量小，无需太大的传输速度，但是要求信息交换实时性强，延时段，同时还要求网络的容量大，以满足家庭中的各种家电设备。ZigBee的技术特点决定了其能很好地满足智能家居网络的上述需求，特别是具备自组织、自愈能力，这样的无线通信技术是智能家居系统理想的通信方式。

　　物联网以终端感知网络为触角，以运行在大型服务器上的程序为大脑，实现对客观世界的有效感知以及有利控制。其中连接终端感知网络与服务器的桥梁便是各类网络接入技术，包括GSM、TD-SCDMA等蜂窝网络，WLAN、WPAN等专用无线网络，Internet等各种网络。物联网的网络接入是通过网关来完成的。

　　物联网是在现有计算机互联网的基础上，利用RFID技术实现对物品的电子标识，然后再利用无线通信等技术接入互联网，构造一个覆盖世界上万事万物的网络，并实现网络中物品与物品或人与物品之间的“交流”。因此，因特网技术是物联网的技术基础，或者说，物联网是因特网技术在应用范围上的一个由人及物的拓展，因特网主要解决物联网中传感器节点感知信息的传输与共享问题。

　　物联网的最终发展形态一定具有“泛在网络”的特点，方便人们随时、随地与目标对象进行通信，因此，无线通信技术的应用是必不可少的一种通信技术手段。事实上，目前物联网所涉及的RFID或传感器网络等核心技术中都融合了无线通信技术，也只有无线通信技术的应用，才能将物联网的构想变为现实，同时达到其低成本和易于实现的目标。