物联网与智能建筑

物联网与智能建筑（通用12篇）

物联网与智能建筑 篇1

无论物联网还是传感网,本质上都是为了解决信息感知和获取的问题。

物联网是附加值高、低能耗、污染小、潜力大、成长快、爆发力强的战略性新兴产业,将带动计算机、通信、智能控制、新材料以及其它前沿技术的整体提高,是IT技术提升改造传统产业,促进产业结构调整和升级的重要手段。与此同时,由于物联网在智能网络中承担着核心数据采集、传输和处理工作,过分依赖国外技术将给国家安全带来重大隐患。因此,物联网基础核心技术创新和研发成为首当其冲的任务。

如何认识物联网、物联网产业和技术如何与智能建筑相结合,以促进智能建筑产业的持续发展,这是大家关心的重要问题。下面笔者谈一点看法,以便与各位同仁共同探讨。

1 物联网的概念和特征

1.1 什么是物联网

上世纪90年代中期,比尔.盖茨就在《未来之路》中提及“物联网”,但是到目前为止,业界还没有一个明确通用的定义。为了阐述下面的问题。我们可以这样理解物联网:

通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,通过传感网把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

这里的“物”要满足以下条件才能被纳入“物联网”的范围:

(1)要有相应信息的接收器;

(2)要有数据传输通路;

(3)要有一定的存储功能;

(4)要有CPU;

(5)要有操作系统;

(6)要有专门的应用程序;

(7)要有数据发送器:

(8)遵循物联网的通信协议;

(9)在世界网络中有可被识别的唯一编号。

剥去物联网的神秘外衣,我们会发现,其实物联网实质上就是在诸多行业和领域已有应用的无线传感网(Wireless Sensor Networks,缩写为WSN)。无线传感网的定义是:随机分布的集成有传感器,数据处理单元和通信单元的微小节点,通过自组织方式构成的无线网络。无线传感网按其功能可以分为五个层次:基础层(传感器集合)、网络层(通信网络)、中间件层、数据处理和管理层以及应用开发层。其中,基础层以研究新型传感器和传感系统为核心,包括应用新的传感原理、使用新的材料以及采用新的结构设计等,以降低能耗,提高敏感性、选择性、响应速度、动态范围、准确度、稳定性以及在恶劣环境条件下工作的能力。

无线传感网通过节点中内置的不同传感器检出被测环境中的温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的速度和方向等信息,并通过内置的数据处理及通信单元完成相关处理与通信任务。传统的传感器正逐步实现微型化、智能化,信息化、网络化,正经历着一个从传统传感器向智能传感器,再向嵌入式Web传感器不断发展的过程。正是这种变化,加速了物联网的普及,让人们对物联网的前景充满期待。所以我们可以这样理解物联网:

(1)狭义上讲,传感网就是物联网;

(2)广义上讲,传感网与互联网的结合称作为物联网。

1.2 物联网基本特征

我们首先来分析一下传感网。

1.2.1 无线传感网的主要特征

(1)环境感知网络

它具有对外部环境和物体的感知能力,是实现“物与物、人与物”之间的信息交互的关键,并把感知信息接入骨干网的感知网络,是未来物联网的神经末梢。

(2)无线自组织网络

实现无线短距离通信传输,感知信息通过自组织联网实现信息传输,无线自组织网络具有自主管理、自主修复的能力。

(3)资源受限网络

它具有低成本、低功耗的特点;但其存在计算、通信能力弱,节点电源供给困难,节点易失效或者被破坏等问题。

1.2.2从技术理解物联网特征

物联网是指物体通过智能感应装置,经过传输网络,到达指定的信息处理中心,最终实现物与物、人与物之间的自动化信息交换与处理的智能网络,是多种通信手段融合的一种新兴网络。

1.2.3 从应用理解物联网特征

物联网是指把世界上所有的物体通过传感器联接到一个网络中,形成“传感网”,然后又与现有的互联网结合,实现人类社会与物理系统的整合,以更加精细、动态、智能的方式管理生产和生活,实现信息的开放与共享。

见图1物联网体系结构图。

2 研究物联网技术与建筑技术融合的有关问题

物联网被称为第三次IT技术革命,我们都知道智能建筑是建筑技术与IT技术融合的结果,因而“物联网”这个第三次IT技术变革,也必然要实现与建筑结合、促进智能建筑技术和建设思想观念的变革。

2.1生命期的技术融合

建筑是有生命期的,不管它是八十年还是一百年或更长,形象地讲其也有青年,中年和老年,因而利用一些传感器或把传感器嵌入到建筑中实时地感知建筑的各种变化,如温度、湿度、空气质量、震动、摆动、裂变等一系列问题,就可以及早发现和预防建筑可能出现的各种灾害、达到智能管理的目标。物联网时代遵循IT技术、传感技术在建筑中应用的思路,当然也要把建筑“长寿命”理念运用到、智能传感设备的设计制造中,使运用在建筑中的IT产品可靠、长寿命。举个例子,电子设备的寿命一般为十年,如果用到建筑中的传感器达到三十年,那么就节省了三倍的原材料和加工制造的能耗,也实现了节能减排和绿色建筑。所以我们要研究建筑与IT全生命期的融合。

2.2 网络的融合

目前建筑自动化设备控制与管理,信息传输与交互主要使用有线网,如果把无线传感网的技术思想用于建筑设备的自动控制与管理中,同样可以节省材料和成本,实现环境保护的宗旨,并在建筑中实现无线传感网和现有网络的广泛应用。

2.3 智能传感、管理与控制的融合

目前智能建筑处在设备自动化时期,利用物联网智能网络的思想实现智能建筑,通过嵌入在建筑内的多种传感器使建筑自己知道,什么时候开灯、开空调、关灯、关空调等,如人到灯开、空调开,人多多开,人少少开,人走就关,一切都通过传感网进行智能管理与控制,就能实现真正意义上的“智慧建筑”,把智能建筑发展到一个新的阶段。

2.4重视技术路线和技术思想的融合

物联网的基本特征是一切皆智能,利用物联网把感知技术结合到建筑各层面,例如在墙体中嵌入智能温度感知装置.在不同的时间,虽然室外温度相同,但墙体温度不同,空调温度调整策略也不相同,这样精确全面感知,会更节能,环境控制会更舒适。所以融合要重视技术路线和思想的融合,发展和创造新的产品、智能管理和控制理念,推进持续发展。

2.5 利用感知技术挖掘建筑本身的潜能,实现智慧建筑

开发、研制各种不同的感知设备,嵌入到建筑的各个部位,无论是建筑体还是建筑内、外发生任何变化都会被感知,这些信息送到智能管理控制中心,根据信息发展趋势,预测和防范可能出现的问题,防止灾害的发生。这个时期一定会到来,这才是真正意义上的建筑技术与IT技术的融合,这才是真正意义的智能建筑,虽然达到实现的路很长,但只要我们去努力,就会前进。

2.6 融合是两个行业的结合

建筑技术与物联网信息技术的融合,必然会带动与行业有关的技术发展和产品的开发革新,形成一个新兴融合后的行业和产业链。这正是行业发展战略所期待的。

以上只是列举了几个方面的融合,实际上真正的融合还有许多方面的问题,其实世上万事万物本来就是一体的、融合的,只是我们不知道,未能感知而已。

3 应用物联网技术,促进智能建筑的持续发展

3.1 研究智能探测识别技术,使智能建筑传感器升级换代

目前智能建筑用的传感器绝大多数功能单一,没有智能化。例如摄像机,它只具有摄像功能,如果摄像机内内置识别功能,那么把犯罪嫌疑人的体貌特征存在摄像机里,并进行识别比对.发现问题就可报警。把信息发送出去,传送到控制节点,控制节点把不同位置信息、不同的预案信息进行智能排查,分析挖掘,那么就可以帮助我们实时掌握更多的信息,加快监控识别工作的进行。

智能建筑中用的传感器很多,应利用微系统研究成果改造现有的传感器,从根本上提高建筑电气智能化水平。

3.2无线传感技术融入智能建筑,改善传统布线方法

无线传感网技术与现有智能建筑有线网技术相结合进行有线传感与无线传感相融合,能方便接入各种不同的无线传感器。

可以更准确地对环境进行感知,实现智能的环境检测与控制,实现节能与减排,成就智能化的绿化建筑,当然无线传感在智能建筑的应用还要涉及到一些传输、链接、协议、标准的制定和应用,这都需要解决。

无线网融入应用于智能建筑,就会改善传统布线方式,就可大量节约布线材料。

3.3 研究集成系统的系统集成技术,促进智能建筑集成系统的发展

系统集成已经发展到集成系统的系统集成时期。现在集成系统的集成正在向两个方向发展,一是在物联网时代,假如楼控系统中许多传感器都已经发展成带有智能的微系统,传感器本身都带有感知、处理、识别、分析、通信传输功能,就是一个功能很多的“微系统”,众多的微系统都要集成到系统中来。二是由于集成系统的智能化水平越来越高,管理控制的智能化大大增加了系统的管控范围,实现整个园区乃至整个城市的建筑都可统一智能管理,大大降低了管理成本,提高了效率。逐步把智能建筑集成到智慧城市中去,实现大集中、大集成。目前,在笔者看到的几个物联网示范项目中,都开始将园区智能交通、虚拟围栏.园区设备控制、停车管理等内容集成在一个综合管理平台上,实现园区大集成,见图2物联网某示范工程体系结构。

3.4人工辅助决策向智能辅助决策发展

目前,智能建筑的控制与管理都是在人工辅助决策环境下进行的。在物联网时期,由于传感.通信传输都智能化了,要求管理与控制也要智能化,需研究模糊识别和有关智能决策所涉及到的有关技术和领域。这些技术的研究、突破和应用,促进建筑设备自动化向建筑设备智能化发展,使系统管理和控制进入到智能管控时期。

3.5 系统的智能诊断与维护技术

物联网是一个世界范围内无处不在的巨大系统工程,而在某一领域、某一行业的系统也非常庞大。有的系统是不可中断的,智能建筑中的系统也是一样,因而研究系统的智能诊断、智能恢复的技术和方法是保障系统正常运行的必要措施,必须长远规划,现在就要开始研究、探索。

3.6 要重视标准、信息安全和应用的研究

3.6.1 标准制定

物联网将来会扩展到各个行业,现在各行各业都有自己的标准、规范,要实现“物与物”相连和交换信息,标准就是首当其冲的大事,没有标准,物联网就只能是概念和设想,达不到实际应用。

3.6.2信息安全技术

物联网目前的传感技术主要是RFID,植入这个芯片的产品,是有可能被任何人进行感知的,对于产品的主人而言,有这样的一个体系,可以方便地进行管理。但是,它也存在着一个巨大的问题,其它人也能进行感知,比如产品的竞争对手。那么如何做到在感知、传输、应用过程中,使这些有价值的信息可以为我们所用,却不被别人所用,尤其不被竞争对手所用?这就需要在安全上下功夫,形成一套强大的安全体系。会有哪些安全问题出现,如何应对这安全问题,怎么进行屏蔽都是一些非常复杂的问题,甚至是不清晰的,但是这些问题一定要引起重视,尤其是如果这个管理平台的提供者的安全问题解决不好,那么可能有价值的物联网会成为给竞争对手提供信息的平台。

3.6.3 应用开发技术

物联网的价值不只是一个可传感的网络,必须是各个行业参与进行应用,不同行业会有不同的应用,也会有各自不同的要求,这些必须根据行业的特点进行深入的研究和有价值的开发。应用开发不能只依靠运营商。

也不能仅仅依靠所谓物联网企业、因为运营商和技术企业都无法理解行业的要求和特点,所以推进行业应用一定是行业本身。智能建筑行业应用要靠我们自己,靠大家用物联网的技术来推动行业发展。

其次是社会广泛的应用,物联网时代必然会引起人们的生产、生活方式的深刻变化,开发更加为民、惠民的应用,使人们真正生活在智慧的虚实合一、天人合一的环境中,应用是广泛且无限的。

以上讲了六个方面的问题,除此以外,还有物联网网站以及管理平台的开发、形成和应用等问题,这里就不再阐述了。总之,物联联网技术的开发和应用,必将会大大地促进智能建筑的持续发展和变革。

4 结束语

上面简要叙述了物联网的概念以及与智能建筑行业应用的一些问题,实质上物联网技术在智能建筑行业的应用,一定要根据行业要求和特点。很大程度上,这是非常艰难的一步,需要时间来研究和实践,需要物联网的应用体系基本形成,需要更广泛的应用形式示范,使更多的传统行业感受到物联网的价值,这样才能使人们看清楚物联网的意义,看清楚物联网有可能带来的商业价值,也会把自己的应用和业务与物联网结合起来,促进行业发展,促进社会和谐与稳定。

本文只是抛砖引玉,请批评指正。

参考文献

[1] 物联网与智能建筑张公忠

[2] 智慧地球.IBM报告

[3] “智能”的建筑.裘栋

物联网与智能建筑 篇2

工业物联网依托自动化、信息化和业务智能化技术，它的建立使经营管理层与车间执行层实现了双向信息流交互，消除了信息孤岛与断层现象[1]。但信息网络与控制网络实现互联时，如何保证过程控制网络的安全就成了一个严峻的问题。特别是对于石油、电力、钢铁等行业，对连续生产的安全性和可靠性有着极高的要求。控制网络一旦受到了恶意攻击，感染了病毒、蠕虫，很可能导致整个控制网络瘫痪。因此，在网络互联的同时必须采取有效的手段保护控制网络，防止来自外网的各种威胁。

传统的方式是选择网络防火墙等设备来解决网络安全问题。网络防火墙虽然具有较强的抗攻击能力，但它是提供信息安全服务、实现网络和信息安全的一种基础设施，用于满足各种通用的网络应用。防火墙只能做网络四层以下的控制，对于应用层内的病毒、蠕虫都没有办法，不能满足工业网络较高的防护要求[2]。智能网闸的原理

智能网闸是专为工业网络应用设计的安全设备，用于解决工业控制系统的数据如何快捷、安全传输到信息网络的问题。它与防火墙等网络安全设备本质不同的地方是它阻断网络的直接连接，只完成特定工业应用数据的交换。由于没有了网络的连接，攻击就没有了载体，如同网络的“物理隔离”。由于目前的安全技术，无论防火墙、UTM等防护系统都不能保证攻击的强制阻断，入侵检测等监控系统也不能保证入侵行为完全捕获，所以最安全的方式就是物理的分开。智能网闸可以实现在物理层、链路层和应用层不同级别的隔离。根据不同的网络隔离，即保证数据传输的效率，也保证足够的安全等级。物理层隔离是通过专门电路，在物理层实现电信号的单向传输，确保被保护一方的绝对安全。智能网闸的架构

3.1 智能网闸的硬件架构

如图1所示，智能网闸内部两端由两个独立主机系统组成，每个主机系统分别具有独立

图1 智能网闸的硬件架构图的运算单元和存储单元，各自运行独立的操作系统和核心程序。连接保护网络的一端为控制端，负责接入到SCADA控制网络;另一端为信息端，负责接入到信息网络。

每端主机的硬件均采用高性能嵌入式计算机芯片，底板上各有多个以太网接口用来连接要隔离的两个网络。每侧主机的总线上各安装一块专用隔离通信卡实现双机之间的数据传输，数据流向为内网数据单向流向外网。设计了专门的硬件看门狗时刻监视系统状态，保证装置的稳定、可靠运行。

3.2 智能网闸的软件架构

如图2所示，智能网闸的控制端与信息端主机分别运行嵌入式高性能工业通信软件。智能网闸隔离设备中运行独立的通讯数采软件，控制端提供基本的设备数据采集，如主流PLC、智能仪表、智能设备、各种标准协议(如Modbus，DNP，IEC-104，Bacnet，OPCClient)，实现对各种设备数据的接入。

信息端主机提供数据服务，支持以标准协议将数据转发给第三方系统或各种数据库。并且具有一系列高附加值的功能模块，如报警服务，存储系统，断线缓存，脚本引擎，触发器等。

图1 智能网闸的软件架构图技术特点

4.1微内核技术

智能网闸采用ARM+Linux/RT-Thread平台，内核中除了与工业标准通信的服务与端口外，裁剪掉了其它所有无关的网络服务、系统功能，屏蔽了无关端口，进一步提高了系统安全性和抗攻击能力，免于hacker对操作系统的攻击，并有效抵御Dos/DDos 攻击。

4.2 网络隔离技术

智能网闸采用截断TCP连接的方法，彻底割断穿透性的TCP连接。智能网闸的控制端与信息端主机之间采用专有的网络隔离传输技术。物理层采用专用隔离硬件，链路层和应用层采用私有通信协议，数据流采用128 位以上加密方式传输，更加充分保障数据安全。

通过物理隔离与专有隔离传输技术，实现了数据完全自我定义、自我解析、自我审查，传输机制具有彻底不可攻击性，从根本上杜绝了非法数据的通过，确保控制端不会受到攻击、侵入。

4.3 数据点访问控制

智能网闸实现了对工业现场通信协议的解析，可以实现工业控制系统具体测点的安全控制，更可以实现现场设备具体寄存器地址的安全控制。

4.4 单向控制

数据的流向完全是由控制端单向传输到信息端，这种限制保障了控制端的数据可及时、完整的传到信息网，又可完全杜绝外网的错误数据、恶意数据、病毒等传向控制端。

4.5 可靠性技术

智能网闸采用基于RISK架构，采用低功耗、无飞线、无风扇设计，具备断电保护、链路冗余、多层看门狗(硬件看门狗+软件看门狗)等功能，最大限度的提高了可靠性，是一种真正的工业级设备，4.6平台开放技术

智能网闸是一个完全开放的平台，任何开发者都可使用智能网闸提供的开放接口来开发相关的应用，如采集驱动，数据应用等，支持C/C++、WebService等多种开发形式。开发者可通过这些接口快速方便的访问智能网闸中的任何信息，并可扩展智能网闸的功能。结语

物联网与智能建筑 篇3

【关键词】物联网；物联网架构；智能信息处理；

一、前言

随着我国科技的不断进步与发展，物联网的相关研究越来越受到研究人员的重视，本文就物联网架构和只能信息处理部分内容进行了探讨。

二、物联网概述

“物联网”（Internet of Things）， 指的是将各种信息传感设备， 如射频识别（RFID）装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。其目的是让所有的物品都与网络连接在一起， 系统可以自动的、实时的对物体进行识别、定位、追踪、监控并触发相应事件。”物联网”是继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业第三次浪潮。”物联网”概念的问世，打破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和 IT 基础设施分开：一方面是机场、公路、建筑物， 而另一方面是数据中心， 个人电脑、宽带等。而在”物联网”时代， 钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施，在此意义上，基础设施更像是一块新的地球工地，世界的运转就在它上面进行，其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活。

“物联网”的概念是在 1999 年提出的，它的定义很简单：把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。也就是说， 物联网是指各类传感器和现有的互联网相互衔接的一个新技术。2009年8月7日温家宝总理到无锡微纳传感网工程技术研发中心视察并就、发表了重要讲话。8月24 日，中国移动总裁王建宙赴台首次发表公开演讲， 提出了”物联网”理念。王建宙指出，通过装置在各类物体上的电子标签（RFID），传感器、二维码等经过接口与无线网络相连，从而给物体赋予智能，可以实现人与物体的沟通和对话，也可以实现物体与物体互相間的沟通和对话。这种将物体联接起来的网络被称为”物联网”。王建宙同时指出，要真正建立一个有效的”物联网”，有两个重要因素。一是规模性，只有具备了规模，才能使物品的智能发挥作用；二是流动性，物品通常都不是静止的，而是处于运动的状态，必须保持物品在运动状态，甚至高速运动状态下都能随时实现对话。

三、物联网体系架构

为了达到了解物联网技术的目的，首先应该了解物联网的网络体系架构，然后又整体到部分，具体了解物联网用到的关键技术。智能信息处理是物联网技术的核心内容之一，物联网所处理的是海量的异构数据，采用传统的方法进行处理会耗费大量的资源，智能信息处理能够很好的解决这个问题，而物联网的知识表达与情景感知等相关技术是物联网智能信息处理的核心内容。

物联网使用开放性的协议工作，所以他是一个开放型的架构，除了支持互联网所能使用的各种技术之外，物联网还具有很强的扩展能力，可以通过安全、语义表示等中间键最终实现海量数据与互联网的融合。通过具体实践经验以及总结物联网在各方面的应用，总结出物联网体系架构主要可分为以下五层体系结构，感知控制层、网络互联层、资源管理层、信息处理层、应用层。

感知控制层：它是物联网使用和扩展的基础所在，所用到的具体设备包括2RP1 读写器、智能传感节点和接入网关等。各个设备通过自己获得的信息，利用网络传递汇总到网关，在有互联网提交到后台进行信息处理。

网络互联层：该层的主要工作是实现各个接入设备以及不同类型网络的融合，另外还负责路由、格式、地址转换的相关功能。

资源管理层：将资源进行初始化工作，监测资源在运行过程中的状况，协同负责多个资源的稳定快速工作，实现跨域资源间的交互。

信息处理层：实现感知数据，并对数据进行分析理解，以及提供数据的查询处理等具体操作。云计算的知识应用是不可缺少的技术，云计算为物联网提供了良好的应用平台，是信息处理层必须应用到的技术。

应用层：物联网应用层主要完成的工作是为用户提供不同类型的服务，它通过对数据进行分析处理，对数据进行感知控制，最终完成工作。物联网的应用主要分为一下几种类型：监控型（物流监控、污染监控），控制型（智能交通、智能家居），扫描型（手机钱包、高速公路不停车收费）等。

四、智能信息处理理论与关键技术

物联网是利用多种接入技术实现了大量的电子器件和海量数据的大规模虚拟网络。通过上述对物联网基本结构的分析，了解物联网应用到的关键技术实则包括识别技术、传感技术、网络技术、信息处理技术等。在以物联网的知识表达与情景感知等相关技术为核心的物联网智能信息处理，是体现人工智能信息处理的一个分支，不仅在情报学的范围内，也是计算机领域的前沿范畴。通过连接中的多种类型的设备，检测事物发生的时间，根据获取物体发生事件的类型，对其数据进行合适的处理，使得处理后的数据能够判断出事件的类型，然后再将这种转化为能被计算机是别的数据存储在计算机中。

物联网智能信息处理的目标是将RFRD、传感器和执行器信息收集起来，通过数据挖掘等手段从原始信息中提取有用的信息，为用户提供创新性服务技术的支持。从信息流程来着，物联网智能信息处理分为信息获取、表达、量化、提取和推理等阶段。智能信息处理本质是将从各种设备上获取过来的海量信息进行自动化处理，通过数据挖掘的手段提取出有用的信息，并对这些信息进行多方面的处理，按照用户设定的需求得出用户能够理解的问题。所以用户可以通过智能处理技术，将存储在计算机中的数据以及所包含的所有的信息一一呈现出来，使得用户了解所发生的事件，这样用户就能与事件相交流，并及时的做出与事件相关联的反应，完成物联网所要求的终极任务。物联网可以使智能信息处理后收集到的数据实现数据的价值。

五、智能信息处理方法

目前，智能信息处理的应用已经从单纯军事上的应用渗透到其他应用领域：医学图像处理与诊断系统、智能交通、智能建筑等。智能信息处理的应用范围日益广泛，在一些实际应用中也取得了相应的成效。随着人工智能技术的发展，智能信息处理在朝着智能化、集成化的趋势发展。信息处理的目的是将选择出来的信息集作为输入，通过各种信息处理方法以后，达到某事件的发生概率。当前智能信息处理的研究主要集中在动态贝叶斯网络、扩展的卡尔曼滤波、证据理论和粗集理论。

基于动态贝叶斯网络的智能信息处理是从贝叶斯网络演变而来。贝叶斯网络可以很好地处理各事件之间的概率关系，通过条件概率来建立各隐藏变量之间的关系。动态贝叶斯网络在原有贝叶斯网络的基础上新增了时间轴，因此前一时刻的事件发生概率会直接影响下一时刻该事件的发生概率。根据应用准确生成贝叶斯网络以及根据不断丰富的训练集实现网络的自学习，是贝叶斯网络高效工作的关键。动态贝叶斯网络属于一个稍微复杂的动态空间模型，与之相似但较为简单的还有隐马尔科夫链和卡曼滤波模型。智能信息处理需要自动完成整个网络的创建和各变量之间的概率分布。

六、结束语

加强对物联网架构和智能信息处理理论的研究，可以使物联网研究更加完善，是非常具有现实意义的研究。

参考文献：

[1] 王涛.浅析物联网架构和智能信息处理理论与关键技术[J].产业聚焦.2013（3）：166-168.

[2] 盛文仲.浅谈物联网架构和智能信息处理理论与关键技术[J].信息技术.2012（3）：16-18.

物联网与智能建筑 篇4

物联网时代的到来, 标志着信息化推动工业化发展到了一个新的阶段, 促进了数字城市建设的深入发展, 也给智能建筑技术未来发展和应用指明了方向。

1.1 物联网产生的背景

物联网 (The Internet of things) 是信息化和工业化发展和融合的必然结果;是信息技术和传感/控制技术两者融合的产物;是物理基础设施 (例如光、机、电设备) 和IT基础设施融合一体的架构。

20世纪90年代中期开始, 信息化进入到“互联网计算模式”时代, 计算机信息从此摆脱“孤岛”环境, 越向全球, 进入到全面开放的时代, 促进了各行各业的发展, 极大地满足了人类的需求。

工业化的需求, 促进了传感/控制技术的飞速发展, 物件 (设备) 通过传感器和 (或) 执行器按一定的协议 (规程) 连接起来构成了传感/控制网络, 进入到“工业自动化“时代。随着传感/控制技术以及工业化和数字城市需求的不断发展, 控制领域信息的应用也必须面向开放, 从“孤岛”迈向城市和区域乃至全球。因此, 一种既包括互联网协议, 又具有传感/控制网协议的结构在互联网计算模式中脱颖而出。这就是新的计算模式——“物联网计算模式”。

物联网计算模式是继互联网后的第四代计算模式, 它是互联网计算模式的进一步发展。

1.2 物联网的定义

综上, 物联网就是利用开放的互联网协议以及该协议所支持的应用, 搭载了工业化的传感、控制信息, 从“孤岛”迈向城市和区域, 乃至全球的一种应用架构, 这种应用架构既可适用于“孤岛”, 又可面向“群”和“远”的应用环境。

因此, 可以确切地认为:物联网是通过传感、控制设备, 按约定的协议, 将物件信息或 (和) 物件间互动的信息与互联网连接起来, 进行信息交换和通信, 实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等功能的一种应用架构。

1.3 物联网关键组成与应用架构

物联网是物物相连的互联网, 在物联网中具有两类网络协议:互联网协议和传感/控制网协议。包括以下三层内容:物联网是在互联网基础上延伸和扩展的应用架构;物联网的用户终端面向物件 (设备) , 实现物件与物件之间的信息交换和通信;物联网也实现了人与物件的联系。

对于智能建筑物联网主要由以下三部分组成:

(1) 物件通过传感或 (和) 执行设备联网, 构成传感/控制网。

(2) 互联网协议栈 (包括TCP/IP网络平台、互联网应用协议) 。

(3) 基于Web浏览器应用。

感知层、联接层和应用层构成了智能建筑物联网应用架构, 如图1所示。

2 物联网发展概况

1995年, 比尔·盖茨在《未来之路》中提及“物联网”, 但当时这个新概念没有引起太多的关注。

1999年, 在美国召开的移动计算和网络国际会议提出, 传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇。

2005年, 国际电信联盟 (ITU) 发布《ITU互联网报告2005:物联网》, 并预测, 物联网的建立将会带来10亿量级的信息设备、30亿量级的智能电子设备、5000亿级的微处理器、万亿以上传感器需求, 是下一个万亿级信息产业引擎, 为继计算机、互联网后的第三次信息产业浪潮。

美国权威咨询机构FORRESTER预测, 到2020年, 世界上物物互联的业务, 跟人与人通信的业务相比, 将达到30:1, 因此, “物联网”被称为是下一个万亿级的通信业务网络。

奥巴马就任美国总统后, 于2009年1月28日与美国工商业领袖举行了一次圆桌会议, IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”。此概念一经提出, 即得到美国各界的高度关注, 甚至有分析认为, IBM公司的这一构想极有可能上升为美国的国家战略。

该战略具体地说, 就是把传感器嵌入或装备到电网、铁路、公路、建筑、交通运输工具、供水系统、大坝、油气管道等各种基础设施中, 并且相互通信连接, 形成所谓的“物联网”。

IBM前任首席执行官郭士纳曾提出一个重要的观点, 认为计算模式每隔15年发生一次变革。而物联网确是继互联网后的第四代计算模式 (20世记60年代中期开始的“终端—主机”称第一代计算模式;80年代初发展的“微机—服务器”称第二代计算模式;90年代中期以后发展的“互联网”称第3代计算模式) 。

在中国, 《国家中长期科学与技术发展规划纲要 (2006~2020年) 》中已把物联网列入重点研究领域。若干年来, 相关的高等院校、研究所和企业已经承担了物联网的有关课题 (着重于传感器和传感器联网的产品) , 并获得了一定的成果, 但未形成自主产业链。

“物联网”真正引起中国公众关注, 则是从2009年8月开始。2009年8月7日, 温家宝总理到中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心考察时表示, 在传感网发展中, 要早一点谋划未来, 早一点攻破核心技术。温家宝总理于同年11月3日发表了题为《让科技引领中国可持续发展》的重要讲话, 物联网被列为国家五大新兴战略性产业之一。

2010年3月5日, 温家宝总理在政府工作报告中指出, 要加快物联网的研发应用。“物联网”首次被写进政府工作报告, 物联网的发展进入了国家最高层的视野。

据悉, 中国已经规划2020年之前投入近4万亿元资金用于物联网研发。工业和信息化部已把物联网发展作为2010年我国信息产业确定的三大发展目标之一。

2010年以来, 为了加速形成物联网产业链, 推动物联网应用, 国内有关物联网的动作主要如下:

(1) 由工信部和国标委领导, 6月8日正式成立物联网标准联合工作组。

(2) 北京、上海、广州、深圳等各大城市相继举行了物联网应用高峰论坛, 并成立了物联网中心或相应的机构。以建设“感知城市”或“智慧城市”命名的项目陆续展开。

(3) 国家相关的部、委相继举行了物联网应用高峰论坛, 成立相应机构, 结合本部门实际开展物联网的研发和应用, 实现信息化推动工业化发展的目标。

(4) 三大电信运行商、国家广电总局等均制定了物联网发展规划, 并相继在各大城市中成立有关机构。

3 物联网时代智能建筑技术特征

3.1 当前智能建筑技术现状

(1) 智能建筑包括了20~30个子系统。

(2) 子系统分成两大类:常规与专业应用。

(3) 绝大部分常规类、几乎全部专业应用类子系统均为网络化或IP网络化架构。

(4) 建筑设备监控、安防、一卡通等已构建成TCP/IP网络架构上的集成融合子系统。

(5) 智能建筑技术遍及各个行业, 从传统“弱电”发展成融合信息和控制等技术的“综合应用系统”。

(6) 智能建筑遍及整个城市, 是构建数字城市的重要组成部分。

(7) 智能建筑技术是构建绿色建筑的重要技术。

(8) 标准与规范日趋完善。

3.2 物联网对智能建筑技术发展的影响

物联网对智能建筑技术的影响无处不在, 表现如下:

(1) 设备经传感器联网比比皆是。

(2) TCP/IP网络平台支撑了大部分子系统。

可以说, 很多子系统已经是准物联网形态或已是物联网形态, 例如智能家居、建筑设备监控、安防、一卡通、三表远传、电子配线管理、智能照明、公共广播、会议以及专业应用等系统。

智能建筑设备传感/控制联网方式涉及以下五个因素:

(1) 开关量/模拟量。

(2) 单向/双向。

(3) 单路/多路。

(4) TCP/IP支持的网, TCP/IP不直接支持的网。

(5) 设备间无互动/设备间互动。

不同的子系统设备传感/控制联网方式可能不同, 其中模拟量、双向、多路、非TCP/IP网、设备间互动的联网方式比较复杂, 建筑设备监控、智能家居等系统涉及的传感/控制联网就归于此类情况。

3.3 建筑设备监控系统的物联网结构

建筑设备监控系统目前常用的是三层结构:管理层—控制层—现场总线层。系统机电设备经传感器联网的特点如下:

(1) 物与物、人与物互动。

(2) 多IO、实时、面向现场总线, 如Lonwork/BACnet/Modbus/……其中包括互联网协议栈不能直接支持的网络。

建筑设备监控系统的物联网结构如图2所示。要实现物联网应用, 必须完成以下几项工作:

(1) 控制器是核心设备, 内嵌Web Server功能。

(2) 首先在控制器中形成设备互动的物理功能。

(3) 转换成互联网协议栈上运行的逻辑功能。

(4) 基于浏览器B通过Web Server实现管理和监控功能。

4 智能建筑展望

4.1 智能建筑物联网框架的变迁

基于物联网B/S访问模式, 建筑设备监控系统物联网框架如图3所示。在浏览器上对系统进行故障分析、能耗管理、设备监控和物业管理等。

智能建筑集成系统的物联网框架如图4所示。浏览器通过互联网协议栈对各个子系统进行监控和管理。

4.2 智能建筑与数字城市融合

数字城市的物联网框架如图5所示。

数字城市按物联网架构实施, 浏览器通过互联网协议栈对城市各个行业的物联网 (包括智能建筑) 进行监控和管理。

4.3 自主创新和产业发展大好机遇

中国物联网产业链产值2009年已突破1000亿元, 据预测, 2010年产值将超过2000亿元。据悉, 中国已经规划2020年之前投入近4万亿元资金用于物联网研发。这些行情必定会促进我国物联网产业的大发展。

近一年来, 国内几起自主的智能家居的物联网系统已推向市场。但是我国智能建筑物联网标准应该先行, 需要住建部、工信部、公安部、广电总局等各个相关部门共同努力。

物联网时代的来临, 这是产品、系统结构、维管模式等自主创新的大好机遇, 具体体现在:

(1) 传感器微芯化, 特别是中高档的传感器, 嵌入到设备中。

(2) 产品数字化, 就可实现系统TCP/IP网络的支撑, 最终实现物联网结构。

(3) 资源网站化, 控制器、一体化终端等设备可内嵌Web Server, 采用B/S访问模式, 开发物联网应用。

(4) 物联网应用架构支持了维管服务社会化, 有助于发展智能建筑第三产业。

(5) 物联网搜索引擎产业得到发展。

摘要：本文介绍了物联网产生的背景、定义、关键组成、国内外发展概况, 以及物联网时代智能建筑技术特征, 并讨论了建筑设备监控系统的物联网结构以及智能建筑展望等内容。

(物联网)智能家居方案 篇5

编辑：薛慧

南京物联传感技术

一、智能家居带您进入梦幻生活

当您下班回家时，随着门锁打开，家中的安防系统自动解除警戒，廊灯缓缓点亮，空调、通风系统自动启动，动听的背景交响乐轻轻奏起；

当您坐在家中沙发上，手拿一个外观精美的遥控器，就能控制家中所有的电器。晚上，您上床休息，在他躺下的一刻，所有的窗帘都自动关闭，入睡前，床头边的面板上，“晚安”的灯光按钮亮起，所有需要关闭的灯光和电器设备自动关闭，同时安防系统自动开启处于警戒状态；

当您外出的时候，只要按一个键就可以关闭家中所有的灯和电器；

„„

（智能家居带来的理想生活，着实令人神往）

在科技高速发展的今天，这已经不仅仅是在科幻电影中看到的情景了。随着智能家居逐渐走进大众生活，这样的场景将在您的身边变成现实。其实，现代科技进入家居的带来的变化令人啧啧称奇，给人们的家居生活带来了极大的便利。刚刚描绘的场景，都是是智能家居将要带给您的“神奇”体验，不过是智能家居控制系统能为您做的事情中的一小部分。

二、智能家居性概念和内涵

通常认为，智能家居就是以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。智能家居系统可以为您提供家电控制、照明控制、窗帘控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、以及可编程定时控制等多种功能和手段，使您的生活更加舒适、便利和安全。

与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间，还由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。

当前，国家电网公司正在积极推进智能小区建设，很多类似于上文的智能家居方案也正在逐步实践中，相信不久的将来，更多的市民能够享受到这种智能家居带来的方便、舒适、安全和乐趣。

（图为：手机操控智能家居的流程）

实现智能化的家居，可以给您的生活带来以下便利：

节省费用：不需要时，家中能源消耗设备可以自动关闭，这样可以降低您的生活费用。

使用方便：智能化系统提供远程遥控接口，在您外出时，还可以通过手机或上网来调整和控制家电设备。

安全性高：套家庭智能化系统在紧急情况时可以防御坏人侵入并及时报警，有效保证您的家居安全。

改变生活方式：你可以在家办公，在家炒股、炒汇、做期货以及进行远程会议、在家购物、在家培训等。

三、远拓智能家居应用实例

新一代智能家居整体解决方案致力于打造舒适、便捷的现代家居生活体验，是南京远拓科技有限公司近年来自主创新之路的杰出成果。

该款智能家居整体解决方案将智能灯光窗帘控制系统、电器控制系统、远程控制系统、影音娱乐系统、可视对讲系统、背景音乐系统、3G智能安防系统、社区信息管理系统等多个系统集合在一个操作平台上，用户可通过移动综合控制器实现一键式操作，还可利用手机、电脑等移动终端，对这些子系统进行远程控制。

远拓智能家居系统的最大特点在于，掌握最先进的核心无线通信技术，控制器通过Zigbee模块，实现家庭系统与外部网络的通讯为系统核心部分，解决以前智能家居系统瓶颈的关键技术，省掉了繁琐的布线，实现远程控制，让主人一部手机随身就能搞定。

具体来说，智能家居系统的家电、照明、窗帘的无线控制子系统，通过Zigbee无线收发模块可以主动发送数据对各家电进行有效的控制；也可以被动接收烟雾探测器和煤气探测器等发出的数据，实现对家居的监控。当家居出现了异常情况时，系统将立即发出报警信号，并在第一时间通知用户。

（图演为示无线遥控窗帘）

系统实现的主要功能如下：

(1)友好的人机交互图形界面；

(2)通过Zigbee模块转红外接收器，实现遥控系统；

(3)通过网关与互联网连接，用户可以通过互联网远程访问该系统，实现基于Web的系统控制；

(4)采用无线方式控制各家电（包括日光灯，空调，电脑，电视机等）的电源开关或监测家电运行状态；

(5)烟雾探测器探测到烟雾时，系统将自动切断家居中的电源，并发出火警提示；(6)煤气探测器探测到煤气时，系统将自动切断家具中的气源，并且发出报警信号；(7)

当有人进入家中时，系统将自动报警并拍摄此刻的场景并发给主人；(8)

系统的报警类型包括拨打指定的电话号码，发送短信到指定的手机，输出音频信号等。

下面列举常见的三处应用实例：

（一）手机遥控空调

当您在下班前半小时，只要拨动手机按键，就可让电饭锅煮饭，洗衣机洗衣服，热水器烧水，尤其是可以开启空调，慢慢调节，升到适宜人体温度。

要实现手机遥控空调，在手机发出指令给智能家居的网关，再传输到用于空调系统的zigbee网络化改造的无线控制模块。无线控制模块内嵌在空调系统中，通过无线网络对空调进行操纵。

（图为远拓开发的YT-110ZigBeeRF模块）

YT-110是一款表面贴片安装的模块，用户可以利用该模块以最快的产品上市速度和低开发成本创建IEEE802.15.4兼容的系统。采用该系统可以免去射频设计环阶段的复杂的，高成本的开发和测试过程。

YT-110附带外部内存。目前已经有三种不同型号的模块：YT-110TC内置天线，YT-110TS内置一个SMA界面的RF发射板，YT-110TI内置i-PEX天线连接接口。

（二）智能控制窗帘

早上一觉醒来，可以拨动床边的移动控制器，或手机，让窗帘慢慢打开，迎接清晨的阳光；晚上睡觉时，刚刚要打个哈欠，准备进入梦乡，您的窗帘也在随后关闭。这些都是智能控制窗帘的神奇体验，让人感觉省心省事。

（图为远拓开发的YT-D01A-B无线幕帘控制器）

YT-D01是无线幕帘控制设备，可与具有开关功能/级别控制功能的控制设备绑定，通过控制设备控制ZD-01的开关/级别控制功能。安装YT-D01之后，您可以用遥控器，场景控制和定时控制等方式控制帘幕的开闭，减少了每日手动操作的繁琐。

（三）智能照明

当您下班时走近光线昏暗的过道时，过道照明自动缓慢点亮，在人员离开入口区域后2分钟后，该照明自动缓慢关闭；当您进入客厅时，室内灯光自动开始照明，人一旦离开2分钟内，灯光将会慢慢熄灭。

（图为远拓开发的Z-801R无线开关控制器）

支持ZigBee智能家居协议;电池供电，并可持续工作数月 ；与电源负载控制器，智能钥匙，墙壁开关等产品兼容;可做为网状拓补网络的路由器。拓展范围： 3V – 24V 直流

Z-801Rx具有3输出信道可用以驱动继电器

让物联网更加智能 篇6

在河南，就有一家这样的公司正在让河南的城市实现物联网的普及。它以云计算及大数据中心为依托，结合物联网技术优势，推动促进物联网与云计算的融合创新，将这个被坊间频频称之为噱头的技术领域十足地接上了“地气”。

事实上，物联网的应用还不止上面的描述场景。它可以广泛地应用于经济社会的诸多方面，是经济社会发展的倍增器，是实现经济发展方式转变的根本推动力。

2010年，翟建国和他的团队在郑州经济技术开发区成立了公司，命名为河南中原物联网产业基地。项目占地5000亩，用于建立中原经济区范围内的云计算中心，坐落于郑州航空港经济综合实验区，总投资200亿元。

“现在，物联网可以在工业、农业、物流、交通、电网、环保、安防、健康、家居等九大领域重点突破，与市场接轨。”翟建国说。

翟建国对于他的物联网事业，做了一系列的项目规划和商业设想。

首先，根据项目需要，在土地、资金、建设等方面，分三期完成。第一期以智慧城市民生工程作为主体投资建设项目；第二期结合中原经济区的发展以配套互联网扩展应用（多个智能物流配套园区、农业普及智慧体系、智慧交通体系）作为主题投资项目；第三期全面覆盖中原经济区30个地级城市为导向，建成中原经济区一体化的物联网网络体系，形成全方位的智能物联网应用。

现在，翟建国已经把南阳作为试点，投资12亿元，建立一个云计算中心，全面覆盖南阳区域，其团队所研发的相关物联网产品也得到了局部应用。

现在，已有大唐移动、天云科技、IBM3家实力企业与中原物联网产业基地有限公司展开战略性合作，并分别在各自擅长领域投资5亿元、10亿元、10亿元。按照翟建国的预计，项目建成后，在庞大的云计算及大数据中心基础上，与云计算相连接的感知部分，共同构成物联网的整体。

翟建国说，物联网的应用系统是庞大的。对于物联网在实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学生物等各种需要的信息，通过通讯网络和数据传输与互联网形成一个超级巨大网络，实现物与物、人与人、机器与机器、所有物品与网络的连接，方便识别、管理和控制等。

在这种云计算中心紧密相连的信息识别采集传感设备，如传感器、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术、建立不同需求的产品生产线，形成高产经济集聚群。

翟建国表示，现在公司基本上处于试运营阶段，主要是做好资金、项目之间的匹配工作。“只有做好了充分的准备，将基地、产品与市场做好有机融合，才能最大限度地释放出第4次产业革命所迸发出的能量。”

专 家 点 评

李明 河南华夏海纳投资发展有限公司董事长

物联网是智慧城市概念的基础和技术支撑，将是下一个万亿级的振兴产业，其前景十分广阔，同时也是一个发散的产业链结构，其整个产业链及产业链的延伸，会带动很多相关行业的发展，有很大的投资机会。

物联网与智能物流 篇7

物联网概念是怎样兴起的

物联网的概念最初来自“传感网”, 是作为重大IT技术提出来的。1999年, 在美国召开的移动计算和网络国际会议提出, 传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇。2003年, 美国《技术评论》杂志提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。

到了2005年, 在突尼斯举行的信息社会世界峰会 (WSIS) 上, 国际电信联盟 (ITU) 发布了《互联网报告2005:物联网》一文, 正式提出了物联网的概念。射频识别技术 (RFID) 、传感器技术将是其中的关键技术。

可以说相当长的一个时期, 物联网的概念还只是在技术界受到关注, 情况的变化出现在奥巴马就任美国总统后。2009年初, 在奥巴马与美国工商业领袖举行的一次会议上, IBM首席执行官彭明盛提出“智慧地球”的概念, 并建议新政府投资新一代的智慧型基础设施。从此物联网的概念进入了国家的战略层, 发达国家也纷纷效仿, 提出相应的战略对策。

随即物联网概念也在中国升温。2009年8月, 温家宝总理在江苏无锡访问微纳传感器研发中心时指出:在国家重大科技专项中, 加快推进传感网发展, 尽快建立中国的传感信息中心, 或者叫感知中国中心。温总理的这段讲话表明物联网进入了我国最高决策层的视野, 也被称为是“引爆”了中国物联网的标志性事件。2010年物联网进入了人代会的政府工作报告, 中国的“物联网元年”开始了。

物联网时代的“智能”应该是基于网络的, 或者说是依托“基于网络的集中式数据处理和服务中心”的。

物联网概念的基本要点

关于物联网的概念已经有很多的解释, 也有很多的争论。目前对物联网的关注, IT界比较热情, 因为有专家估计, 到2020年世界上物-物互联的业务, 跟人与人通信的业务相比, 将达到30:1, 因此IT产业对物联网寄予厚望。

物流的应用驱动可以概括为“物联网促进物流智能化”。这里包含三个基本要点:一是如何部署更加广泛、及时、准确的信息采集技术, 如射频识别 (RFID) 、各类传感器、地理定位系统、视频采集系统等;二是如何把这些信息实现互联互通, 既满足专用的要求, 也能实现方便的开放和共享;三是信息如何管理、加工、应用, 解决各种现实问题, 把虚拟世界的信息转化到实体世界的应用中来, 也就是进入到IBM称之为“智慧地球”的时代。在物流领域看来, 物联网只是技术手段, 目标是物流的智能化。

在发展物联网的进程中会存在许许多多的困难, 从我从事的物流信息化和RFID的工作经历来看, 在采集信息、互联互通、智能应用三个环节中, 各有其主要矛盾。在采集信息的环节中, 一般认为技术标准和投资成本是主要矛盾, 这方面技术界有较多的发言权, 也是目前讨论最多的部分。但是从应用角度来看, 成本和标准在特定的应用目标面前可能都不是问题。在互联互通的环节中碰到的矛盾是具有挑战性的, 我称之为“开放性的整合”, 即在信息的整合中既要满足开放性要求, 是各种信息很方便、成本很低地互联互通, 又要满足安全性要求, 这样才能用于商务、管理、控制, 也就是要解决好专网与公网的关系。物联网必须身兼二职, 作为公网具有交换信息, 互联互通的职能, 开放、低成本、便利为方向;作为专网是为特定功能服务的, 要安全, 要固化管理职能, 要体现所有者的目标。处理开放性和安全性之间的矛盾, 在以往的互联网应用实践中已经有过许多探索, 大体上会涉及技术和管理两个方面。但是物联网的引入, 提高了问题的复杂性, 主要是冲击了公共服务与商业服务的边界。

至于说到智能应用环节, 情况更为复杂, 难度更大, 并因为在三个环节中处在核心的位置, 应用的部署和发展会直接影响到采集信息技术、互联互通的解决方案的发展轨迹。所以有必要单独加以说明, 这样有利于把应用研究放在驱动力的位置上来, 有利于改变目前产业界的旁观态度, 把物联网的发展战略实实在在地推进起来。

什么是物联网时代的智能

从应用入手, 就要先说清“智能”应用究竟是什么。我研究了“智慧地球”始作俑者IBM的一份报告“智慧供应链”。该报告说明了供应链的智慧需求是如何引出来的。

金融危机中, IBM在对全球400余位供应链高管的调查中发现:对供应链压力最大的因素是成本控制、可视化、客户需求变化、风险控制和全球化等五项, 但由于环境越来越复杂, 变化越来越快, 不确定因素越来越多, 高管们原来供应链设计时所遵循的原则如“高效、需求驱动、整合优化”等已经不够用了, 还必须添加“智能”的要求, 才能以不变应万变。但是IBM的报告就此打住了, 并没有清晰地点出来这里的“智能”在今天的环境下究竟意味着什么?与我们以往理解的“智能”有什么差异吗?

我以前写过一篇涉及“智能”的文章, 曾形象地定义过这样一个公式:智能=信息化+自动化。现在来看有些惭愧了, 因为它还不足以说明“智能”的新发展。物联网时代的“智能”应该是基于网络的, 或者说是依托“基于网络的集中式数据处理和服务中心”的。这里有必要强调“集中”的特点, 因为智能的网络也称为“神经网”, 可分为功能简单的“末梢”、功能复杂的“中枢”和连接两端的网络三部分。末梢相当于传感器、R F I D等采集信息的网络, “中枢”相当于集中式数据处理和服务的中心, 把采集的信息经过复杂的深加工, 再反馈到系统的各部分, 作出协调、优化的应对措施, 这是基于网络的智能发展趋势。这样的智能不同于“傻瓜相机”式的独立智能解决方案, 而一定要基于网络和集中的数据处理和服务中心 (以下简称数据中心) 。这应该是物联网时代的智能化最重要的特征。

物联网带来的智能物流

如果确认了数据中心是物联网时代智能的主要特征, 那么“智能物流”的发展从某种程度上来说就是物流的数据中心的发展历史了。研究物流领域的数据中心建设问题依然要遵循物流产业自身的发展规律:一是如何做大, 二是如何做专。所谓做大, 主要指横向整合, 实现同类资源集约化, 例如利用信息网络整合分散的货主和车辆进行优化匹配、多式联运平台整合各种运输方式、物流枢纽和物流园区对各种资源的整合和有效管理等等;所谓做专是指纵向整合, 按专业化类别进行物流流程的信息采集, 深加工后使流程得以整合、优化。两类数据中心都是整合数据的“平台”, 但前者提供的是物流中的标准化服务, 如仓储、运输、货代、快递等;后者提供的是专业化、个性化的服务, 如汽车供应链、家电供应链、服装供应链等的整体解决方案。

实际上在我们的现实中已经有很多的数据中心了, 把它们作为物联网时代智能化的萌芽, 去发现、总结, 是十分重要的, 因为最终还是要把推广应用物联网时代的智能物流落实为促进各种数据中心的建设。现在的数据中心已经很多了, 有服务于企业内部的, 有服务于地区或行业的, 有服务于全国的, 还有服务于国际之间的。现在是到了把数据中心作为一个新的经济主体来研究的时候了, 从经济主体的脚色来看, 不管哪一类数据中心, 核心问题是商业模式, 也就是整合信息靠行政还是靠服务?由此决定了功能定位、市场定位、流程设计、技术方案等等一系列问题。可以断言的是, 物流能否智能化, 就看物流数据中心的体系建设是否成功。

智能物流的机遇与挑战

数据中心作为物联网时代智能化的主要特征, 也是未来网络经济社会的一个创新的经济主体, 必然凝聚了各种矛盾, 也带来了前所未有的机遇和挑战, 使得只习惯于传统理念和管理方式的我们产生迷惘或失误。

——数据中心是实体企业还是虚拟企业, 按行业管理还是按属地管理?要有准入制度吗?企业登记管理还有效吗?

——数据中心是信息技术服务商, 还是内容服务商、通讯运营商、咨询服务商、物流商?传统的行业分类还有效吗?

——数据中心提供的是商业服务还是公共、公益服务?如何确定收费的合理性?商业服务和公共服务之间有界限吗?

——数据中心如何保证客户信息安全, 能否承担因安全问题带来的客户损失?我们原来的安全观念和技术还适用吗?

这只是信手拈来的几个疑问, 已经可以看出网络时代的冲击有多大了, 甚至可以说正在冲击所有已经定型的格局和边界。物联网时代对于生产、商贸、物流、行政监管、公共服务、百姓生活等等方方面面的影响更具有无限的想象空间, 只是已经有许多人论及, 就不再重复了。总之, 把物联网称之为一个新时代是不为过的。

这样大的一个时代变革正在悄悄地来临, 机遇和挑战并存。现在围绕物联网的讨论还以务虚为主, 一旦涉及到数据中心的建设就会务实起来, 此文就是要提醒大家这样一个视角。

物联网与智能家务 篇8

物联网的兴起, 为智能家务提供了条件。

对于物联网的说法, 有不同的解释。一般来说, 物联网是指将各种信息传感设备, 如射频识别 (RFID) 装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。其主要宗旨是让所有物品与网络连接在一起, 系统可以自动的、实时的对物体进行监控、识别、定位、追踪并触发相应事件[1]。“物联网”是继计算机、互联网与移动通信网之后的信息产业第三次浪潮。“物联网”概念的问世, 打破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开:一边是电饭煲、冰箱、洗衣机等, 一边是电脑、打印机、宽带等, 我们在IT技术不断发展的情况下, 大大提高了工作效率, 但很少将它与家庭物理设施联系起来。物联网的兴起, 使得我们有理由相信, 在不久的将来, 当我们坐在办公室内, 点击或移动鼠标, 就可以打开电饭煲煮饭、控制洗衣机洗衣、指挥吸尘器在家中打扫卫生, 如果安装射频识别装置, 可以显示电冰箱中有哪些食物、提醒最佳菜谱组合、告知哪些食物即将过期。这样的前景, 使得很多办公室女性即使加班到深夜, 也无需担心回家后, 面对的是冰冷的灶台, 脏乱的衣物和地板, 感觉家中就像一个钟点工光顾过一样, 这对工作压力日益严重的今天, 提高在业人群的生活质量、改善她们的心理健康等都有着重要意义。

在早期的物联网概念中, 主要由传感网和互联网结合, 传感网由部署在观察区域内大量的微型传感器节点组成, 主要通过无线通信方式形成多跳的自组织网络系统, 目的是协作感知、采集网络覆盖区域中感知对象的信息, 并通过现有的互联网进行信息传送[2], 如图1所示:

但是, 这种模式的物联网, 受到一定的限制, 主要是传感节点处理能力低、内存小, 能力有限;环境条件相对苛刻, 节点故障或互联出问题的几率较大;动态网络拓扑, 传感节点会比较频繁地进入或脱离拓扑, 使得网络拓扑发生变化。更重要的是, 传感网络中的节点可能又要占用一定的IP地址。

早在90年代末, 研究人员就预测, 现有互联网IPV4的地址到2010年将会枯竭, 但是由于子网编址、无类编址以及NAT地址转换等技术的出现, 一定程度上缓解了IP地址的紧缺, 但是即使这样, IP地址到2012年也将全部告罄, 传统意义的物联网必将受到IP地址的限制及现有互联网本身局限的限制, 新型的物联网, 应该会把传感器、甚至物理设备直接和IP地址绑定。譬如, 冰箱内的传感器内置一个IP地址, 电饭煲只要插上电源, 它就被赋予一个IP地址……。

IPv6是新一代的计算机网络, 是IPv4的升级版本, 每个IP地址由128位的二进制数构成, 到时全球每个人可分到将近100万个IP地址[3], 即使以后家里的所有家用电器都接入因特网, IP地址都是取之不尽用之不竭的。IPv6除了可以解决IP地址匮乏之外, 还有许多优势, 譬如IPV6地址自动配置, 可实现即插即用功能, 减少网络管理的困难和复杂性;提供了对移动性的更好支持;提供了对Internet协议安全性的更好支持等。

从上世纪90年代末开始, 中国就及时开始了下一代互联网研究, 并且在2003年启动了下一代互联网示范工程的建设。经过几年的努力已建成了目前世界上最大的骨干网络, 实施了一系列的应用, 培育了具有一定规模的用户群和研究团队。在2009年的全球IPV6暨移动互联网峰会上, 胡启恒院士说“在全球金融危机的背景下, 中国政府进一步有了物联网和IPV6的支持, 加大了对应用以及推进下一代互联网的力度, 已经把下一代互联网纳人了国家电子信息产业振兴规划, 并且正在进一步制定行动计划。”[4]

有了物联网和IPV6的支持, 智能家务的蓝图可以用如图2显示:

虽然智能家务受到企业纪律、思想观念等的限制, 但是还是会让很多职业女性看到了家庭工作两不误的有效方法。物联网的兴起, 给农业、工业等各个领域带来了技术革新, 直至形成“智慧地球”, 在这“智慧地球”上, 工作和家务不再是矛盾的, 而是协调统一的。

参考文献

[1]王保云.物联网技术研究综述[J].电子测量与仪器学报, 2009, 23 (12) :1-2

[2]解冲锋, 孙颖, 高歆雅.物联网与电信网融合策略探讨[J].专题:M2M与物联网, 2009:10-11

物联网与智能建筑 篇9

无人驾驶, 生活方式的改变缘于智能的延伸

以物联网技术的日臻成熟及广泛推广, 大量传感器钩织成的物联网将各种天气条件、路况变化、各种行人和其他车辆并存的情况拟人化地将汽车中驾驶者融于其中, 驾驶者在获取信息的作用上, 已显得可有可无了。另外, 人工智能技术为内核的自适应巡航控制系统在逻辑层面真正实现了无人驾驶:依据预设逻辑安全及时地做出转弯、加速和刹车的决定, 让汽车与前车保持安全距离, 同时维持匀速行驶。

无人驾驶汽车前些年还显得那么不可思议的事情现在已经变得十分可行, 大多数汽车厂商正在赛道上测试自动驾驶汽车, 并将测试引向真实路况。

奥迪A7搭载了一套“堵车辅助系统”, 在严重拥堵的车流中以每小时不超过40英里的时速自动驾驶, 人在车上的身份完全是乘客。这不是在炫耀技术, 而是有着实际意义——能帮助老年人和盲人, 以及那些宁可在车上读书的人的自动驾驶汽车。

有人驾驶的一辆车上装了各种摄像头、传感器和一套特殊设备, 能监测驾驶者眼睛的情况, 以确保司机开车时不要睡着。如果司机真的睡着了, 这辆车就会稳稳地减速、停止行驶, 请求援助。用了动态车道辅助系统, 车辆无意中偏离车道时能发出预警, 同时轻轻地让车回到正确的车道上。

以上两个例子, 足以让我们信服:通过物联网和人工智能的契合完全能够驾驭“无人驾驶汽车”的。更为可喜的是新技术已过了价格高昂的研发期, 相关的软硬件以及处理所有这些信息的算法现在都日益便宜、小型化并且运算速度更快。去年奥迪试验车辆的后备箱里还塞满了控制系统;而今年, 作为车辆大脑、位于仪表板上的定制芯片只有一本书那么大。

但令人尴尬的是, 技术发展的迅猛正在无情挑战着我们原有的法律框架——“如果一辆没有驾驶者的车出了事故, 到底该谁负责:司机?车主?还是奥迪?”没人有确切答案。人类自身约束体系的滞后更加彰显新技术的活力:无人驾驶汽车出事的概率会比传统汽车要低——否则干嘛要研发它们呢?物联网如此、人工智能亦如此。无人驾驶汽车作为改变人了生活方式的物联网智能化的典范, 绝不仅是“就事论事”, 因为还会带动新的工业产业、服务产业的涌现。

智慧的物联网已将直接改变人类自身

原有的物联网是指物与物相连, 其实我们人类也是可以“物化”到其中, 嵌入人类的智能物联网拓扑模式为“物——人——物”, 这一貌似简单的嵌入式链接有着现实意义——人类的躯体部分缺失或损毁, 以嵌入神经系统、听从大脑指令的装置来替代。这种生物电子装置也称作神经义肢, 是物联网与人工智能技术契合引发了人类自身某种意义的“再造”。

此类例子比比皆是, 我们机体的部分与“外界”物联后最初的智能缘于模仿和学习借以恢复功能, 残肢经外科手术重新接驳神经后, 肌肉仍可产生运动, 并被传感器阵列记录下来。下一代的义肢能听命于转接的肌肉信号, 行动越来越接近天生的血肉肢体。活生生的例子就是因伤致残的阿曼达。即便筋肉骨骼损毁或丧失, 曾经控制着它们的大脑区域及神经也会继续存活, 与断肢对应的脑区和神经都在静候联络, 如同话机被扯掉的电话线。医生们已开始利用神乎其技的外科手术, 为患者把这些人体构造与照相机、话筒、马达之类的装置连接起来。这个物联网构成是这样的, 在胸部插入八根微细的电极, 在右臂的皮下一路走到手指肌肉。他胸前的肌肉收缩时, 会引发一个信号, 经由无线发射器传给挂在他轮椅上的小型电脑, 后者将信号解读后传回植入他胸部的接收器, 再由导线顺着手臂传到手上, 于是信号命令手指的肌肉收紧、握拢——这一切都在1微秒内完成。于是, 阿曼达能双手操持家务了。

进一步向“模块化”技术方向发展, 直接引导再造器官——人工耳蜗就是实现换能毛细胞的功能的替代性装置, 通过微电子技术, 把声音信号有序地转换为电信号传入植入体内的刺激器, 接收后通过解码, 有序地根据声音信号的强度、频率以及时程把它送入耳蜗, 从而产生听觉。

智慧的“物—人”相联更是夸张地延伸到了我们的大脑, 眼皮在麻醉状态下被拉开, 一位来自得克萨斯的盲人79岁高龄的乔·安·路易斯眼球内部及四周植入了新的硬件, 它们与一台计算机协同运作, 把影像传给她的大脑。电子装置绕过损毁的感光细胞, 让他眼中找回了些许光明——闪烁不定的线条, 模糊的形状, 色晕的团块。虽然患者表示“我没法像你们那样看清东西”, 但这种技术还只是刚刚起步, 给予我们了极大的信心。甚至更为大胆的设想是人与机器实现嫁接把人类引向永生, 即把电子信息和动物的意识连在一起, 打破人脑和电脑的界限, 实现人脑与电脑的连通, 用人的思维直接控制机器的运行。

地外文明探索也要靠物联网

人类作为智能动物身居地球, 对外面世界的好奇驱使其走出地外, 星际相连。其实星际物联早已存在, 原始的宇宙物联网就是光和波连接着各星体。这种久远的“被动式”星际物联网如能对其进行智能性地升级, 就是通过宇宙中的最原始的物联网传感器——望远镜。基于计算机技术的物联网和人工智能让我们观看宇宙的视野起了革命性的改变, 就以最著名的哈勃太空望远镜为例, 接收到地外信息, 接入计算机网络使终端个人使用者不受时间和空间的限制, 就可结合全球 (甚至外层空间中) 的观测望远镜进行远方遥控观测, 哈勃的对地外信息也能拟人化处理, 使得光承载的信息得以分析与数据处理。更有甚者, 有人都打起了太空物联网的商业价值的主意:英国《新科学家》杂志10日报道, 登录www.Talk To Aliens.com网站, 网民就可以打一个“太空电话”, 他们的电话信号将通过架设在美国康涅狄格州中部、一个直径为3.2米的发射器发送到太空。该网站的负责人说, 如果遥远星球上有一个与直径超过300米的射电望远镜类似的接收器, 就能“听”到来自地球的声音。

其实, 人类欲物联地外的想法由来已久。早在1977年美国先后发射旅行者1号和旅行者2号, 担负了探测地外文明的任务。我们完全有理由把那两颗孤帆远航的飞船理解成伸向宇宙深处的网线, 初步织起已接近太阳系边缘物联网雏形。因为旅行者1号已在2009年飞临太阳系与其他星际交界地带, 还再继续前行。美中不足的是这张网, 只有去没有回, 仅是单向、单程。不要小觑物联网向宇宙迈出的一小步, 她的智能性的起点就很高——承载着搜寻地外生命和文明的任务:一张镀金铜板声像片和一枚金刚石唱针, 它可以在宇宙中保存10亿年, 上面记录了用54种人类语言向外星智慧生物发出的问候语, 还有117种地球上动植物的图形, 以及长达90分钟的各国音乐录音, 其中包括中国传统古琴名曲《高山流水》。这些地球之声将带着人类的期望回荡在宇宙空间。人们希望它在宇宙中漂流的漫长岁月里能遇上地外生命, 而这张唱片则传达了来自地球的信息。如果有幸旅行者能被地外异类所接纳, 并向其所有者发出“失物招领”, 我们编织的宇宙物联网就会成为真正意义的“双向、互联”。

遗憾的是, 旅行照飞船的所携能量预计2020年耗尽, 将与地球失去联系, 但她还会在漫漫漂流。这种漫游式的宇宙物联网建设受时空的局限较大, 我们看不到宇宙物联网的尽头!为了弥补浩瀚宇宙中孤独的智能生物——人类的遗憾, 智能物联网的方案有了更为实际的加强版——随后发射的探测器都携带了物联网装备, 他们具有类似人类的脑、手、体、足, 在外星体着陆, 由近渐远地建立外星——地球“点对点式”网络。最为典型的就是, “勇气”号和“机遇”号火星探测器。勇气号火星探测器于2004年1月3日着陆到火星表面的一侧, 作为它姊妹探测器的“机遇”号则在1月25日着陆到这颗“红色星球”的另一侧。这两个完全模拟人类智慧火星物联网“传感器”向地球传送回了大量数据, 拍摄很多极富科学价值的火星近照, 开展了大量科学考察。

早在1999年, 比尔盖茨在他的《未来之路》里就给提出了物物相连的概念, 人工智能的融入物联网犹如人类智慧搭乘高速载体, 使任何一个感知都将通过这条通道传达到云端的“泛”大脑 (此脑可是人的, 亦可是物的) , 而大脑的指令也会随后传输回去, 让人与信息、人与物的交流中, 人的核心要素作用逐渐淡化。

物联网技术与智能家居分析 篇10

1 物联网技术

1.1 射频识别技术

射频识别技术 (RFID) 主要是被当作电子标签附于各类物品上, 并且, 能够被自动识别。其普遍适用于零售或供应链管理当中。

1.2 无线传感器网络技术

无线传感器网络技术 (WSN) 是物联网的核心技术, 其主要负责数据收集、信息生成以及环境探知等。

1.3 Internet技术

Internet技术是物联网的重要基础性核心技术, 其主要负责物联网中各个节点的信息传输以及共享。

2 物联网在智能家居的技术支持

2.1 智能代理

代理是运行在计算机中的, 能对外界环境进行主动感知并且能自运行的一段计算机程序。智能Agent的实际推理过程涉及到三个重要环节: (1) 选择目标; (2) 确定怎样获得这些目标; (3) 当环境发生变化时, 如何调整所追求的目标以适应变化了的环境按照BDI框架结构的设计, 实现具体流程。

智能代理技术作为一项开放的研究科目, 仍然有许多是能良好解决的问题。比如涉及到多代理之间协商、交互和共同制订一个计划时会遇到数学中的NP-hard问题, 同时在多代理协商中, 也会遇到在经济学中出现的博奕论的问题。针对这些问题的产生新的思考和方法, 将对多代理技术产生重大的影响。

2.2 Web服务器

物联网是建立在互联网的基础上的。

W3C把Web服务定义为“一个软件系统, 用于支持网络间不同机器的互动操作”。Web服务是一项纯粹的、基于Web的分布式技术, 该技术充分利用标准化的通信框架来桥接组织之间和组织内部所存在的巨大差异。典型的Web服务由三个实体组成:服务提供者, 服务注册服务器和服务消费者。Web服务是被作为一种远程执行操作的最佳解决方案而提出的。随着网络在规模和表现形式多样性上的极大发展, 越来越需要能自动化处理Web服务。这些自动化处理过程包括:自动网络服务发现、自动网络服务执行、自动网络服务选择、组合和互操作等。事实上, Web服务一个重要的优势就是使用独立的、可重用的软件组件实现动态服务组合。实现Web服务需要一套标准来支持, 学术界已经提出了一种良好的组合, 而且也被工业所广泛接收。

3 智能家居中的物联网

现代信息化时代的新型建筑, 多数的房屋都具有专业化的电器对相关的家务进行系统管控。例如, 自动洗衣机的高效开发替代了传统的手工洗衣服程序;热水器的出现, 其具有的保温功能使得人们能直接享受热水。气体或液体燃料的使用以及随后电力的使用增加了加热的自动化程度, 减轻了手工的劳动力。恒温器的发展允许对加热和制冷给予更多的自动控制。其他传统的家务, 比如食品保存和准备已经在很大程度上被转移到工厂来完成。在美国这样的国家, 随着预制作、预包装食品的发展, 增加了人们对商业准备食物服务的依赖, 如快餐餐厅。

智能家居是未来生活的重要发展趋势。随着居民家中的可控制电器设备数量的增加, 设备间的沟通与联系已经成为了人们期待的发展状态。比如:人们希望家用电器在需要清洗时自动地发出信息, 让主人知道并及时进行处理。房间的智能化管理, 能够可以确保在有非主人“进入”的时候自动发生报警信号, 及时地通知主人, 从而有效地确保家中财产安全。在简单的系统配置中, 自动化可能意味着当一个人进入房间时照明系统将自动打开。在高级的系统配置中, 房间将不仅仅可感知到房间内人的存在, 还可以识别出主人的身份并考虑到是一周中的第几天、一天中的什么时间等因素来为其设置合适的灯光、温度、音乐或电视频道。

智能家居照明控制方面, 不同的产品进行简单性的功能集成能够有效地降低系统的能源消耗量, 进而达到环保、节能。比如, 可以将运动探测传感器安装到房屋内的自动化系统, 这样能够节约大量的不必要能源。比如, 城市中的办公建筑在晚上10点以后就会自动进行照明开关控制, 如果没有探测到任何“动静”, 就会自动进行照明系统关闭, 避免了因无人看管而通宵亮灯状况。而其他自动执行的任务可能包括在房间空置时将空调设置成节能模式, 当居住者即将返回时将其恢复成正常的设置。更复杂的系统可以维持产品的库存, 通过条形码或RFID标签记录它们的使用状况, 为主人准备一个购物清单甚至自动下单更新库存。家庭自动化也可以提供一个远程接口到家用电器或自动化系统本身, 通过电话、无线传输或互联网, 用户利用随手可得的智能手机或Web浏览器就可以对其进行监控和控制。举个远程监控的典型例子:当烟雾报警器探测到明火或者发烟情况时, 就会触发智能家居的远程监控功能, 通过房间里面灯光的不停闪烁来警告任何居住者房屋可能存在的危险。如果房屋装有家庭影院, 家庭自动化系统可以先关闭所有的音频和视频组件或者做一个语音播报。该系统也可以通过移动电话来给房屋主人报警或者打电话给消防队或报警监控公司。

随着IT技术的飞速发展, 智能小区的建设将是大势所趋。目前, 我国已将建设智能化小康示范小区列入国家重点发展方向。按照国家建设部计划, 2013年75%以上的新房就具有一定的“智能型家居”功能。目前, 我国有高档收入家庭接近2900万, 其他城镇家庭19600万。这些都是智能家居的重要需求来源, 其在未来的智能家居构建过程中势必会起到了极大的推动效果。

4 结束语

改革开放以来, 我国的经济建设发展迅速, 人们的工作和生活环境质量也是得到了大幅度的提高。物联网技术的快速创新促动了智能家居的建设速度, 进而为更多的居民提供了更为舒适、便利的生活。

参考文献

[1]李成大, 张京, 倪继烈.基于ZigBee无线通信技术的智能家居系统[J].电讯技术, 2007 (05) .

[2]徐伟, 姜元建, 王斌.智能插座在智能家居系统中的设计和应用[J].中国仪器仪表, 2010 (10) .

[3]吴铁洲, 周慧军, 李飚.基于ZigBee技术的智能家居系统设计[J].湖北工业大学学报, 2010 (01) .

[4]张军, 刘广益.ZigBee短程无线通讯技术在智能家居系统中的应用[J].科技信息 (学术研究) , 2008 (34) .

物联网将推进智能家居 篇11

著名智能家居企业南鹏科技总经理，资深智能家居专家，CEDIA中国区执委。

一般而言，有足够多的需要控制的产品和设备，才需要智能家居。因此，在豪宅，在影音室，才会用到智能家居。但在物联网的概念下，智能电饭煲、洗衣机、电视机等生活必需品的智能化出炉，也许会让智能家居变得更大众化、更普及？那要看待物联网和智能家居的关系？

目前在豪宅的环境中，由于子系统较多，而各个子系统本身需使用不同的控制手段及界面去进行控制，对用户的操作来说增加了不少难度，智能家居系统的整体应用正好为豪宅这种典型环境解决了操作的困难，让用户可以轻松的体验科技为生活带来的便利及舒适。

但在目前市场上，一套设计周全、功能完善的智能家居系统造价较高，因此令智能家居的应用主要局限在豪宅的市场。

在物联网的概念下，家里的所有电子及电器产品都会具有互联互通的功能，能通信的设备多了，自然需要有适当的手段去对这些互联的设备作统一管理，协调工作。我相信当物联网的应用逐渐普及后，将进一步带动智能家居的市场，最终目的是将智能家居的概念从豪宅应用的奢侈品转换为每个人生活中不可或缺的必需品，智能家居的造价及系统也会有更多选择，越来越多的便携终端如手机及平板电脑等都会加入智能家居的功能，让智能变得无处不在。

当前智能家居有很多不同的实现方式，不同的方式又各自更适合不同的应用环境，但大家当前最关心的是最适合中产普及的又是哪一种？

智能家居中有非常多的子系统，包括环境控制 (如灯光场景、暖通空调、地热、新风、热水、按摩浴缸)，电子娱乐媒体的分配及控制 (背景音乐、家庭影院、全宅音视频共享)、安防监控、门禁、网络、电话等非常多的子系统，消费者应该在所能负担的预算内，尽量满足自身对以上各子系统的需求及优先顺序，搭配出一套令家庭成员最满意的产品组合，其中需顾及产品功能及造价之间的平衡。由于每个用户的喜好及生活方式都不一样，我们很难定义最适合中产普及的是哪一种，简单来说能带给家人生活便利、愉快、提升生活素质，同时满足用户的预算就是最适合的系统。

众所周知，智能家居系统不是一次性的投入，后续的维护显得很必要、很重要。但当下智能小区里物业维修装备和维修资源无法匹配的问题依然困扰着很多智能家居用户，成为智能家居普及的绊脚石。这块我们需要做长远的考量，未雨绸缪。

物联网与智能家居教学系统 篇12

物联网是指通过射频识别、无线传感器网络等信息传感设备,按约定协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络[1]。2010年3月5日,温家宝总理在政府工作报告中,明确将“加快物联网的研发应用”纳入战略性新兴产业发展的任务[2]。2010年初教育部下达了高校开设物联网专业申报通知,众多高校争相申报。物联网专业的开设热潮带来了对物联网教学工具的迫切需求,但目前市面上合适的物联网实验系统很少。同时,智能家居作为物联网的重要应用已得到政府和企业的支持[3]。本文结合Zig Bee无线通信技术、3G移动通信技术、传感器技术及C#编程技术,研发一个以智能家居为依托的物联网教学系统。

2 系统结构设计

图1为物联网框架图,它分为感知层、网络层和应用层[4]。其中,感知层是网络与物品直接接触层,负责数据采集、传感器网络组网和协同信息处理;网络层通过互联网、移动通信网等网络把信息无障碍、高可靠性地传送;应用层实现物与人的交互。基于智能家居需求以及物联网结构层次,设计出图2所示的物联网与智能家居教学系统。感知层采用Zig Bee技术进行传感器网络组网,众多Zig Bee节点与传感器、执行器相连,负责上传信息给Zig Bee协调器,同时接收协调器下发的命令控制家居设备。网络层支持互联网和移动通信网,PC用户可通过本地PC主控软件对家居设备进行状态查询和控制;手机用户可通过短信对家居设备进行状态查询和控制,移动通信设备选用3G模块;网络用户可通过网页对家居设备进行状态查询和控制。

3 系统关键技术

实现此系统的关键主要有感知层的家居设备组网、网络层的移动通信和应用层的用户交互界面,三者分别对应Zig Bee无线通信技术、3G移动通信技术、主控软件编程技术。

3.1 感知层的Zig Bee无线通信技术

Zig Bee是一种低功耗、低传输速率、低成本、低复杂度、短距离的无线通信技术,尤其适合传输数据量小、功耗要求低、网络节点要求多的场所。而智能家居设备密集、传感器通信距离短、数据量不大,符合Zig Bee特点。Zig Bee建立在IEEE 802.15.4协议基础上,增加网络层和应用层,支持星型、树状、网状等自组织网络类型,网络可容纳多达64000个设备,组网距离可由几十米扩展到上千米。Zig Bee节点可分网络协调器、全功能设备(FFD)和简化功能设备(RFD)三种,网络协调器实际上是一种FFD设备,负责启动整个Zig Bee网络,FFD比RFD拥有更强大计算能力和更丰富系统资源,可作为网络建立者、管理者或终端设备;RFD常作为终端设备,从FFD接收信息或将信息传递给FFD[5]。

本系统Zig Bee设备选用JENNIC公司JN5139系列模块,使用一个全功能设备JN5139-Z01-M02R1作为Zig Bee网络协调器,用于接收上位机指令及发送网络节点信息给上位机;使用三个简化功能设备JN5139-Z01-M01R1作为网络节点,用于控制家居设备及上传状态信息。整个网络工作于星型网络结构。图3为Zig Bee节点组网流程图。

3.2 网络层的3G移动通信技术

手机用户与智能家居网络的联系纽带是移动通信网,这里选用3G技术。3G模块选用华为EM560模块,它支持TD-SCDMA(3G)和GSM(2G)两种网络,是目前业界唯一同时支持A频段(1880MHz～1920MHz)和B频段(2010MHz～2025MHz)的TD模块,它支持mini PCI-Express和UART接口,支持短信、语音、电话本、补充业务等功能,对它驱动由AT命令实现。表1列出了短信收发的几条重要AT命令。

根据GSM 07.05的定义,SMS短信有Block、Text和PDU等三种模式。Block模式需模块生产厂家提供驱动;Text模式只支持英文短信息;PDU模式支持中英文短信息,本系统采用PDU模式。

接收短信的PDU串格式与发送短信的PDU串格式不同,需要编写特定的PDU编码程序。例如,向13680337931号码发送一条短信,内容是“节日”,则PDU串为:0891 683108200005F0 11000D916831863073 39F1 0008FF04 828265E5。其中,683108200005F0表示服务中心号码8613800200500,邻位对调,补‘F’凑双数;683186307339F1表示对方号码8613680337931,邻位对调,补‘F’凑双数;828265E5表示短信内容“节日”的Unicode编码。收到13680337931号码发来的一条短信,内容是“节日”,则PDU串为:0891 683108100005F0 040D91683186307339F1 0008 11604201530523 04 828265E5。其中,683108200005F0表示服务中心号码8613800200500;683186307339F1表示对方号码8613680337931;11604201530523表示短信时间2011-06-24 10:35:50 UTC+8时区;828265E5表示短信内容“节日”的Unicode编码。

3.3 主控软件编程技术

主控软件用C#语言在Visual Studio 2008环境下开发,C#是.NET框架重点推出的面向对象开发语言,具备C++语言安全性和VB语言快速开发特点,适合用户界面开发[6]。主控软件与Zig Bee协调器通过串口连接,.NET平台提供Serial Port类操作串口。主控软件与3G模块EM560通过USB连接,PC操作系统的注册表会创建一个虚拟串口,对虚拟串口写AT命令即可控制EM560。使用Serial Port一般先配置Port Name、Baud Rate、Parity、Data Bits、Stop Bits,然后用Open()打开串口,用Close()关闭串口,用Read()读串口,用Write()写串口。串口接收采用事件触发方法,只需重载Serial Port.Data Received事件。

4 系统实现

4.1 系统工作流程

系统工作流程如图4所示。首先,手机用户通过短信把控制命令发送到3G模块,收到短信后通过USB传给主控中心PC,主控中心解释命令并通过串口发给Zig Bee协调器,协调器通过Zig Bee无线网络把命令发给指定分控终端Zig Bee节点,节点根据命令控制继电器,从而实现手机用户对家电的控制;其次,Zig Bee节点执行命令后,向Zig Bee协调器返回状态,协调器把状态传送给主控中心,主控中心通过3G模块以短信方式发送到用户手机上,从而实现家居对手机用户的回答。此外,PC用户还可通过主控中心PC机的主控软件直接控制家电和查询家电状态。

4.2 系统主控软件

主控软件主要考虑以下问题:(1)界面美观得体、色彩柔和、内容简洁、布局均匀;(2)控制图与实物相似,形象生动。如开灯则灯的图标和按钮变亮色,关灯则变暗色;(3)界面给出物联网智能家居原理图,导引清晰,易教易学;(4)自动搜索,软件启动后会读取PC操作系统的串口注册表,自动搜索Zig Bee协调器和3G模块设备,无需手动设置串口参数和人工搜索;(5)联动控制,控制家电的三种方式(短信控制、软件控制、手动控制)可单独控制,也可联合控制,短信控制的命令和状态会在软件的状态栏显示。图5为主控软件界面。

4.3 系统可开设的实验

根据物联网专业的教学科研需求,在此系统基础上可设计多种实训实验,如传感器信息采集实验、无线信号收发实验、Zig Bee网络通讯实验、上位机软件交互控制实验等等。

(1)Zig Bee节点组网实验协调器上电,系统自动播报欢迎语音;节点1上电,1秒钟后与协调器组网成功,节点1的绿灯闪;节点2上电,1秒钟后节点2加入节点1与协调器的网络成功,节点2的绿灯闪,同样依次启动其他节点加入网络。

(2)软件控制电灯电扇实验点击软件的开灯按钮,被控灯亮,软件的灯图标变亮、按钮文字变成“关”;再按此按钮,被控灯灭,软件的灯图标变暗、按钮文字变成“开”;点击软件的开风扇按钮,被控风扇转,软件的按钮文字变成“关”;再按此按钮,被控风扇停,软件的按钮文字变成“开”。

(3)短信控制电灯(或电扇)实验手机编辑短信“L1ON”(开灯1)发到3G模块的SIM卡号码,被控灯亮,软件的灯图标变亮、按钮文字变成“关”,同时收到3G模块的短信回复“L1ON:OK”(开灯1成功);手机编辑短信“L1OFF”(关灯1)发到3G模块的SIM卡号码,被控灯灭,软件的灯图标变暗、按钮文字变成“开”,同时收到3G模块的短信回复“L1OFF:OK”(关灯1成功)。

5 结束语

物联网和智能家居技术是当前研究热点,本文结合二者为物联网相关专业开发教学工具。本教学系统实现了短信、软件、手动三种方式控制家电。系统具有自动搜索下位机设备、自动组网的特点,系统启动播报欢迎语音,软件界面形象生动,并且可进行多种全面的实验,满足物联网专业的教学和科研需求。

摘要：物联网相关专业的开设热潮带来了对物联网教学工具的迫切需求。本文结合ZigBee无线通信技术、3G移动通信技术及C#编程技术,研发了一个以智能家居为依托的物联网教学系统,实现了短信、软件、手动三种方式控制家电的目标,具有自动搜索设备、自动组网的特点;并设计了基于此系统的多项实训实验。

关键词：物联网,智能家居,ZigBee,3G,教学系统

参考文献

[1]Atzori Luigi,Iera Antonio,Morabito Giacomo.The Internet of Things:A survey[J].COMPUTER NETWORKS,2010,54(15):2787-2805.

[2]温家宝.政府工作报告[R].北京:第十一届全国人民代表大会第三次会议,2010.

[3]张云勇,房秉毅.基于物联网的智能家居技术标准化现状及发展建议[J].移动通信,2010,(15):25-29.

[4]张晖.物联网技术框架与标准体系[N].中国计算机报,2010-03-15(32).

[5]周怡頲,凌志浩,吴勤勤.ZigBee无线通信技术及其应用探讨[J].自动化仪表,2005,26(6):5-9.