翟翌立 王健 方麗華 郭慶穩(wěn)

1 青島海爾電子有限公司 青島 266101

2 中國海洋大學信息學院 青島 266100

引言

物聯(lián)網的發(fā)展為智能家居引入新的概念及發(fā)展空間，智能家居可以被看作是物聯(lián)網的一種重要應用。當前，ITU-T、3GPP、ETSI、OMA等國際標準化組織紛紛加大標準化力度，先后啟動物聯(lián)網功能架構及應用的相關標準化研究，旨在推動物聯(lián)網的應用研發(fā)與產業(yè)化進程，建立可擴展的交互模型，并通過Web技術的引入使得物聯(lián)網與物聯(lián)網絡能有機地結合起來，形成物聯(lián)網，并成為物聯(lián)網(Internet of Things，IoT)領域之中的研究新熱點。

研究者對智能家庭系統(tǒng)做了大量研究，提出各種智能家庭系統(tǒng)，如設備管理系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、健康監(jiān)測系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)等。文獻[1]設計了一個智能家庭管理平臺，采用分層結構、區(qū)域管理的方式對家電進行管理；文獻[2]設計并實現(xiàn)了一種基于APP的智能家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，可用于實時監(jiān)測室內CO、CO2、O3及PM2.5的濃度，可以讓用戶方便及時地了解室內環(huán)境狀況，并進行相應處理；文獻[3]提出一種新型醫(yī)療健康監(jiān)測系統(tǒng)，可對用戶的身體狀況進行全面監(jiān)測；文獻[4]提出一個電力負載的集成解決方案，以預測和重新設計電力需求(例如峰值負載減少和轉變)，從而有效減少能耗。

智能家庭系統(tǒng)網關問題也得到了廣泛研究，文獻[5]提出一種智能家庭網關設計方案，基于改進的用戶數(shù)據(jù)報(UDP)協(xié)議，搭建智能家庭信息處理平臺。利用現(xiàn)有的網絡設施，將采集到的家電終端信息進行處理和控制，達到智能聯(lián)網與信息處理的效果；文獻[6]設計了一種智能家居網關模型，對智能家居設備利用一個多級路由機制進行數(shù)據(jù)包的發(fā)送，傳輸和接收；文獻[7]研究云環(huán)境下的智能媒體等信息的調度策略，為家庭網關等的信息監(jiān)測、控制數(shù)據(jù)發(fā)送提供了更高效的解決策略；文獻[8]給出了一種基于ARM的智能家庭網關的實現(xiàn)方法，實現(xiàn)對各種家電設備的遠程監(jiān)控，同時，也可以在本地實現(xiàn)同樣的操作。

本文在相關研究的基礎上，圍繞智能家居無線物聯(lián)網的相關問題，研究適應三網融合發(fā)展的家居物聯(lián)網體系，在充分分析論證智能家庭的綜合組網、安全接入和用戶服務需求的基礎上，建立了以智能網關為中心的家居無線物聯(lián)網系統(tǒng)，實現(xiàn)了針對用戶服務需求的動態(tài)信息感知，完成了基于用戶個性化定制的服務支撐和運營體制的建立，達到為家庭提供安全、健康和節(jié)能信息服務的目的。本研究可推動國內外家電廠商、各級服務運營商等相關標準制定及產業(yè)發(fā)展，為智能家居無線物聯(lián)網設備的產業(yè)化及大規(guī)模應用和建設面向家庭的物聯(lián)網運營服務模式奠定基礎。

1 智能電視作為物聯(lián)網網關的智能家居應用場景

圖1是以智能電視為物聯(lián)網網關的智能家居應用場景。對于已經購買智能電視的用戶，只增加少量傳感器及外圍設備的支出，就可搭建一套典型家庭安防系統(tǒng)，也可實現(xiàn)諸如燈光窗簾等家居控制，這些外圍設備可來源于第三方。該場景通過中心節(jié)點適應不同的無線傳輸協(xié)議。同時，通過物聯(lián)網網關和云端的連接及相關設備類型的協(xié)議定義，可提供支持HTML5的URI標識的設備管理和接入，并通過用戶管理系統(tǒng)實現(xiàn)安全認證。

圖1 智能電視為物聯(lián)網網關智能家居應用場景

作為物聯(lián)網網關，重點需解決和物聯(lián)網傳感器的互聯(lián)問題，考慮到無線物聯(lián)網協(xié)議的多樣性，本系統(tǒng)利用智能電視相應的硬件開放接口通過中心節(jié)點架構來適應協(xié)議的多樣性。同時，對于智能家居應用個性化的特點，本系統(tǒng)利用智能電視標準的應用接口(應用商店、HTML5引擎)來實現(xiàn)智能家居個性化應用的開發(fā)。

2 基于智能電視的開放式物聯(lián)網網關

目前，智能電視所具備的硬件資源、軟件資源、互聯(lián)接口、交互方式等都非常適合作為智慧家庭中心。以智能電視為中心，通過其所具備的交互接口(如USB接口等)連接各種傳感器、白色家電、小家電、健康醫(yī)療設備及家居控制等設備，即可構建各種智慧家庭解決方案。而對于消費者而言，利用已有的智能電視設備，只需少量投資即可按需定制智慧家庭應用，非常有利于智慧家庭業(yè)務的開展及普及。

智能電視網關的原理框圖如圖2所示，該產品視頻部分支持1路AV信號輸出，1路YPbPr視頻信號、3路HDMI、1路YPbPr音頻、2路高清流媒體USB_2.0輸入、1路USB_3.0、1路TV，并帶有TF-SAMLL卡，支持數(shù)字電視DTMB，其可通過以太網絡接口或內置的Wi-Fi實現(xiàn)物聯(lián)網的連接。

圖2 基于智能電視的開放式物聯(lián)網網關硬件方案圖

該方案中可通過2.4G或藍牙接口連接多種物聯(lián)網設備。同時，通過其通用的USB接口和相應的中心節(jié)點模塊，可連接ZigBee、紅外或其他無線物聯(lián)網設備。

該產品的軟件系統(tǒng)除采用標準的Android之外，還采用海爾和阿里聯(lián)合開發(fā)的YunOS操作系統(tǒng)，YunOS是一個自主研發(fā)的可控的操作系統(tǒng)，為保證產品的可擴展性，其兼容Android應用和Web應用，通過HTML5引擎提供一個兼容WEB的應用開發(fā)平臺，通過一個JAVA虛擬機提供兼容Android應用的開發(fā)平臺。目前，其已可提供賬號、支付、購物、視頻、音樂、游戲等服務。

3 智能家居無線物聯(lián)網系統(tǒng)平臺

智能家居用戶服務平臺包括門戶系統(tǒng)、應用商店系統(tǒng)和電子商務系統(tǒng)，具體如圖3所示。

圖3 智能家居用戶服務平臺架構圖

門戶系統(tǒng)支持移動智能終端以及電腦端的接入，方便用戶使用，并完成用戶的身份認證以及設備認證。

應用商店系統(tǒng)主要承載各種智慧家庭的應用服務。已具備的應用包括視頻點播、家庭安防、老人看護、健康管理、智慧家庭、云存儲等便民服務。在應用商店后臺可實現(xiàn)用戶管理、系統(tǒng)監(jiān)控、存儲管理等相關服務。

目前，針對電子商務服務，主要以阿里的電子商務系統(tǒng)為主流應用系統(tǒng)，該系統(tǒng)接入了阿里電子商務平臺。其可實現(xiàn)支付服務、信息服務、計費管理、服務管理等功能。

以上系統(tǒng)都具備用戶行為分析功能，利用用戶行為大數(shù)據(jù)，依據(jù)大數(shù)據(jù)分析模型對數(shù)據(jù)信息實現(xiàn)聚合、融合、分析、處理和控制，生成家居安全、個人健康、家電節(jié)能等信息，為用戶提供及時、互動和高效的信息服務。

4 結束語

本論文針對智能家電無線綜合組網、家電安全接入和智能家電信息服務需求，介紹了以智能電視為中心的智能家居物聯(lián)網網關，通過不同種類的家電傳感設備，建立以智能電視為中心的無線網關，實現(xiàn)家庭安全、健康和節(jié)能等信息的感知。據(jù)此，設計了智能家居無線物聯(lián)網系統(tǒng)平臺，通過信息聚合、融合、分析、處理和控制，為家庭提供及時、互動和高效的信息服務。本系統(tǒng)研究成果的進一步推廣應用可促進智能家居產業(yè)的發(fā)展。隨著智能家庭應用的不斷推廣和創(chuàng)新，如何針對家庭物聯(lián)網大數(shù)據(jù)進行智能獲取、處理和挖掘，進而提高用戶服務質量和有效綜合利用服務資源，提高用戶體驗，將是未來研究的重點。

參考文獻

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