羅 曦

閩江學院，福建 福州 350001

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)是智慧家居的基礎設施，正是因為物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展及成熟，促使智慧家居從技術層面逐步轉向應用層面[1-2]。中國照明產業(yè)經多年發(fā)展，已成為全球照明產業(yè)鏈中心，擁有產業(yè)集群、完善的產業(yè)鏈布局。中國照明行業(yè)隨時間推移日益步入高智能、高技術發(fā)展未來，家居智能照明系統(tǒng)在數(shù)字化時代催生下給予照明行業(yè)全新價值[3]。

隨著中國經濟社會不斷發(fā)展、城市化建設加速運行、新農村建設步伐加快，我國居民的家居環(huán)境得到進一步改善，居民對家居環(huán)境的要求也進一步提高，促使家居行業(yè)向更舒適、更便捷、更安全、更高效方向發(fā)展。智能家居屬于人類美好生活愿景的創(chuàng)新性思維技術領域，因其隨技術發(fā)展逐漸具象化消費者需求，而受到人們的信賴與喜愛。智能家居擁有實用性、功能性、易用性等優(yōu)勢，其市值近年來表現(xiàn)出倍速增長態(tài)勢[4]。

智能家居照明系統(tǒng)是智能家居的重要組成部分。隨著傳感器技術、通信技術、自動化技術、互聯(lián)網(wǎng)技術及人工智能技術的不斷發(fā)展，智能家居照明系統(tǒng)將具有更為廣闊的發(fā)展空間。智能家居照明系統(tǒng)將擺脫傳統(tǒng)系照明開關便利性差、照明難調節(jié)、低環(huán)保、高耗能等桎梏，利用ZigBee系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡等網(wǎng)絡通信技術實現(xiàn)燈光的智能控制[5-6]。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術概述

物聯(lián)網(wǎng)起源于2005年信息社會峰會。國際通信聯(lián)盟表示該技術可將各種家居日常生活設備進行短距離移動收發(fā)器安裝，實現(xiàn)智能家居與通信網(wǎng)絡的線上信息交流。

物聯(lián)網(wǎng)技術以射頻識別技術、傳感器網(wǎng)絡技術、M2M技術、Ubiquitous（泛在網(wǎng)絡）為基礎。其中，射頻識別技術的內涵在于控制和管理中帶有射頻識別系統(tǒng)的所有事物。利用網(wǎng)絡通信手段及云端數(shù)據(jù)拾取技術，統(tǒng)籌聯(lián)網(wǎng)讀寫器、無線化可移動式電子標簽兩部分，創(chuàng)建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)基于射頻識別技術，使用條形碼、二維碼對事物進行標記并科學識別。傳感器網(wǎng)絡技術主要控制與管理區(qū)域中安置較多的傳感節(jié)點和Mote，充分整理收集外界數(shù)據(jù)信息，合作合力處理信息收集范圍規(guī)模巨大、工作繁雜的監(jiān)測任務。同時，采用網(wǎng)絡關卡式匯集節(jié)點建立網(wǎng)絡通信連接，并將收集到的數(shù)據(jù)信息分析檢驗，促進網(wǎng)絡通信—家庭家居設備—網(wǎng)絡處理基站—家庭家居設備的四位一體循環(huán)交流。M2M技術是實現(xiàn)設備間相互通信交流的重要信息交換、宏觀把握網(wǎng)絡傳輸?shù)膬?yōu)化通信技術。其中，信息通道由電信運營企業(yè)提供，其附加物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務就是M2M業(yè)務。M2M在通信企業(yè)專業(yè)人員持續(xù)推動、宣傳下受到用戶的廣泛應用。Ubiquitous（泛在網(wǎng)絡）是多維度多空間存在于各處各界的網(wǎng)絡應用，最終達到人與物線上實時的數(shù)據(jù)互通，內含各種應用。Ubiquitous（泛在網(wǎng)絡）屬于智能化響應、互聯(lián)網(wǎng)鏈接、衛(wèi)星數(shù)據(jù)通信的宏觀結合，是對以往電子化通信手段及思維補充創(chuàng)新的網(wǎng)絡結構。Ubiquitous（泛在網(wǎng)絡）實現(xiàn)了人與人、人與物、物與物之間的交流與通信。

智能家居設備通過物聯(lián)網(wǎng)中介技術，將家庭成員生活中使用的電器設備進行鏈接，家庭成員可在戶外通過智能家居實時監(jiān)控住宅內部情況。智能家居設備及傳感器、無線個人終端智能化設備、車輛之間，將通過有線、無線、長短距離通信網(wǎng)絡技術產生相互交流及連接。利用云端網(wǎng)絡技術，為家庭成員帶來以物聯(lián)網(wǎng)為基礎的實時定位、智能化報警機制、可移動性實施家居設備的智能控制等優(yōu)化服務及管理功能。物聯(lián)網(wǎng)屬于較為完善的網(wǎng)絡應用結構，可以實現(xiàn)對所有家居進行安全、節(jié)能環(huán)保高效的管理與控制，便于提高互聯(lián)網(wǎng)及感知技術的結合應用。

2 智能家居照明控制系統(tǒng)概述

智能家居指以住宅為單位，加入諸如萬維網(wǎng)技術、長效互聯(lián)互通技術、宏觀布設網(wǎng)絡技術等智能家居技術，以智能設施設備為載體，對家庭成員的日常生活需要進行綜合評估并處理。智能照明控制系統(tǒng)作為智能家居的重要子系統(tǒng)之一，受到廣泛研究及關注。智能照明控制系統(tǒng)是將各類照明控制手段、電子信息技術、通信技術、網(wǎng)絡科技技術集于一身的控制系統(tǒng)，打破了傳統(tǒng)照明控制方式較分散、難以有效管理的管控藩籬，達到傳統(tǒng)照明方式未曾觸及的高度。

智能家居照明產業(yè)并不屬于新興行業(yè)，其全球市場生態(tài)已初具雛形，各類智能終端已然經歷多重迭代。智能家居照明控制系統(tǒng)的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在兩個方面：一方面是節(jié)能，減少電力資源的消耗；另一方面是對家庭成員身體上的調節(jié)。利用智能家居照明控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)照明的自動開關和亮度調節(jié)功能，并實現(xiàn)照明設備的自主調控，達到保護視力的目的。

3 智能家居照明系統(tǒng)中的物聯(lián)網(wǎng)技術的應用

3.1 智能控制技術

智能控制的常用功能有三個方面，分別是智能化數(shù)據(jù)信息的分析研究、智能化管理決策、智能化信息互通，均屬于智能控制發(fā)展理論應用的高級階段。智能控制以計算機科學、控制理論、人工智能、運籌學等學科為依據(jù)，是對智能控制相關理論及技術的拓展。智能控制中應用較多的是神經性網(wǎng)絡、模糊化邏輯、遺傳式算法等，另外涵蓋自身組織管理決策控制、自身配適環(huán)境控制、自主吸收經驗知識控制等相關技術應用。智能照明利用智能控制技術實現(xiàn)照明燈的開啟與關閉、區(qū)塊化管理、調節(jié)光線光色等目的。

3.2 傳感器技術

傳感器技術是智能設備實現(xiàn)自動化控制、智能化控制的重要途徑。傳感器技術應用范圍廣泛，如采集居室溫度、濕度、氣壓、光照、位移、重力等信息，然后將設備收集到的主要信息轉化為數(shù)據(jù)，以網(wǎng)絡形式傳輸?shù)接嬎銠C進行二次處理。智能照明系統(tǒng)中主要應用人體紅外感應器、雷達聲控感應器、重力感應器、照度感應器等傳感器技術。

3.3 ZigBee技術

ZigBee指工作速率在20～250 kb/s的低速短距離傳輸無線網(wǎng)上協(xié)議，給予用戶設備以250 kb/s、40 kb/s、20 kb/s等3種原始數(shù)據(jù)吞吐率，滿足各層級設備應用，如移動手機、平板電腦、電腦服務器、云中心等。

ZigBee技術的主要優(yōu)勢如下：（1）ZigBee可以低速率傳輸數(shù)據(jù)以滿足應用需求，其傳輸范圍為10～100 m，增加發(fā)射功率后可使傳輸范圍擴大到1～3 km。（2）ZigBee信息數(shù)據(jù)反應響應速度快，進入工作狀態(tài)只需要15 ms，連接并進入網(wǎng)絡僅需30 ms。（3）ZigBee可采用靈活組網(wǎng)方式，利用多種各異的網(wǎng)絡結構，統(tǒng)籌規(guī)劃、管理調控眾多子節(jié)點，子節(jié)點管理上限可達近260個。另外，級別更高的子節(jié)點擁有管轄調節(jié)本節(jié)點的特別權限，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡構成的大網(wǎng)可涵蓋近70 000個節(jié)點。（4）ZigBee具備三級安全供應保證，可對家庭安全進行設定、設置終端訪問數(shù)據(jù)控制權限、設置對稱式高級加密技術標準密碼等。三級安全模式保證ZigBee靈活保障自身安全。（5）ZigBee安裝成本低，適合用于家庭智慧照明系統(tǒng)。

3.4 Matter技術

Matter是近年來業(yè)界聚焦的新型標準，架構于當前所有IP協(xié)議之上，再經過IPv6轉化為核心應用層。Matter協(xié)議以智能家居任一產品擁有全球統(tǒng)一地址為愿景，開發(fā)出任意設備在進入家庭后，能夠實現(xiàn)物與物之間的有效合作、管理；促進各種軟件開發(fā)廠商進行發(fā)掘研究，以研發(fā)出智能家居適配各類應用場景的軟件或應用產品。Matter的主要優(yōu)勢在于統(tǒng)一應用層及基于IP全面開源，即在標準開發(fā)時間里對開源庫內數(shù)據(jù)進行開發(fā)，可使用固定、移動設備進行使用的協(xié)議。Matter與ZigBee的主要區(qū)別在于不同的底層網(wǎng)絡協(xié)議，其中ZigBee擁有其獨屬的網(wǎng)狀網(wǎng)絡協(xié)議；而Matter采用IP作為頂層網(wǎng)絡協(xié)議。Matter協(xié)議定于2022年發(fā)布，未來將有更多的智能家居企業(yè)陸續(xù)對這一新標準進行支持，不斷推進全球智能家居領域的嶄新生態(tài)，建立健全互聯(lián)互通全屋智能照明生態(tài)。

4 結束語

物聯(lián)網(wǎng)布控下，智能家居照明控制系統(tǒng)將滿足更多家庭用戶日常生活中對各種場景的需要。未來，物聯(lián)網(wǎng)智能家居標準將逐漸完善，智能家居系統(tǒng)也將突破傳統(tǒng)，對消費者產生良性影響，促進物聯(lián)網(wǎng)與智能家居照明控制系統(tǒng)協(xié)同發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)與智能家居照明控制系統(tǒng)將日趨結合得更為緊密，利用數(shù)字智能革命效率及場景，為家居環(huán)境營造更加良好的氛圍。