關(guān)世友，劉曉輝

（1.芯?？萍加邢薰?，廣東 深圳 518000；2.深圳恒宇智達(dá)，廣東 深圳 518000）

0 引 言

隨著物聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展及其應(yīng)用鄰域的不斷擴(kuò)大，各新興市場(chǎng)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需求急劇增加，推動(dòng)著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展的同時(shí)也加快了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程。2018年，由我國(guó)主導(dǎo)的ISO/IEC JTC 1/SC41（物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)技術(shù)分技術(shù)委員會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目《物聯(lián)網(wǎng)參考體系結(jié)構(gòu)》（ISO/IEC 30141：2018）正式發(fā)布。該標(biāo)準(zhǔn)將諸多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用行業(yè)的各關(guān)鍵要素進(jìn)行了系統(tǒng)級(jí)抽象，以業(yè)務(wù)功能為主要?jiǎng)澐忠罁?jù)，提出了物聯(lián)網(wǎng)六域概念模型，為有效構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)和業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)提供頂層的架構(gòu)設(shè)計(jì)思路和行業(yè)應(yīng)用參考。另外，伴隨著酒店行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，各酒店運(yùn)營(yíng)管理者希望能夠打造差異化、智慧化的酒店系統(tǒng)，提升服務(wù)質(zhì)量，極大地滿足酒店入住者的期望。因此，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，打造一款多功能的智慧酒店控制系統(tǒng)越來(lái)越符合酒店管理者和酒店入住者的期望和需求。鑒于此，本文參考物聯(lián)網(wǎng)六域模型頂層架構(gòu)設(shè)計(jì)思路，搭建了基于物聯(lián)網(wǎng)六域模型的智慧酒店系統(tǒng)。

1 物聯(lián)網(wǎng)六域模型

2018年由我國(guó)主導(dǎo)的《物聯(lián)網(wǎng)參考體系結(jié)構(gòu)》（ISO/IEC 30141：2018）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布。該參考體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中包含用戶域、資源交換域、服務(wù)提供域、運(yùn)維管控域、感知控制域和目標(biāo)對(duì)象域。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)參考體系結(jié)構(gòu)

用戶域：標(biāo)識(shí)不同物聯(lián)網(wǎng)類(lèi)型用戶，可以通過(guò)該域完成對(duì)實(shí)際物理對(duì)象的感知和操控任務(wù)；從用戶總體分類(lèi)來(lái)看可以包括政府用戶、企業(yè)用戶和公眾用戶等。

資源交換域：實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的信息資源交換與共享；按照功能可分為信息資源交換系統(tǒng)和市場(chǎng)資源交換系統(tǒng)。

服務(wù)提供域：基于硬件設(shè)備端的大量數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行深層次的數(shù)據(jù)處理和加工，例如云計(jì)算、人工智能算法等，為用戶域內(nèi)不同的用戶提供各類(lèi)服務(wù)接口。

運(yùn)維管控域：管理和保障物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性和安全運(yùn)行，并保障相應(yīng)的應(yīng)用系統(tǒng)符合法律規(guī)范和按照行業(yè)規(guī)范運(yùn)行。

感知控制域：采用一定的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)對(duì)象的感知和控制，通過(guò)不同的感知和執(zhí)行功能單元實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)對(duì)象的控制操作和信息采集；在現(xiàn)有技術(shù)下，感知控制域包括傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、標(biāo)簽識(shí)別系統(tǒng)、位置信息系統(tǒng)、音視頻采集系統(tǒng)和智能化設(shè)備接口系統(tǒng)；其中智能化設(shè)備接口系統(tǒng)具有通信、協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理等功能，在實(shí)際應(yīng)用中智能化設(shè)備接口系統(tǒng)可以集成在目標(biāo)對(duì)象之中。

目標(biāo)對(duì)象域：即物聯(lián)網(wǎng)用戶所關(guān)注的物聯(lián)的“物體”是構(gòu)建區(qū)別于傳統(tǒng)產(chǎn)品服務(wù)的全新價(jià)值的源頭、感知控制域的信息資源的來(lái)源、信息獲取和控制對(duì)象的實(shí)體集合（包括感知對(duì)象和控制對(duì)象）；感知對(duì)象和控制對(duì)象可以采用通信接口或者非通信接口的方式與感知控制域進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)物理實(shí)際與虛擬世界的接口綁定。

2 基于六域模型的智慧酒店系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于上述物聯(lián)網(wǎng)六域模型設(shè)計(jì)原理，按照該體系標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧酒店系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2 基于物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的智慧酒店系統(tǒng)框圖

相對(duì)于傳統(tǒng)酒店管理系統(tǒng)，智慧酒店除了包括傳統(tǒng)酒店P(guān)MS（酒店管理系統(tǒng)）系統(tǒng)的基本功能，還增加了讓旅客通過(guò)微信、APP、公眾號(hào)等手段辦理自助入住、選房退房等一系列手續(xù)的功能；提供智能客控系統(tǒng)進(jìn)行多元化場(chǎng)景設(shè)定和用戶習(xí)慣設(shè)定，客戶可以通過(guò)AI語(yǔ)音識(shí)別、APP操作等手段控制客房燈光、窗簾、空調(diào)等，為客戶提供量身定制的個(gè)性化服務(wù)，大大提升入住體驗(yàn)；由于客戶需要實(shí)時(shí)對(duì)客房?jī)?nèi)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，所以通過(guò)智能算法實(shí)現(xiàn)對(duì)房間設(shè)備的功耗進(jìn)行檢測(cè)和智能控制，以達(dá)到節(jié)能減排、降低運(yùn)營(yíng)成本的效果；智慧酒店系統(tǒng)可以通過(guò)資源交換域與第三方的周邊美食、休閑娛樂(lè)、交通系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的對(duì)接，通過(guò)大數(shù)據(jù)進(jìn)行定向營(yíng)銷(xiāo)，拓寬酒店?duì)I銷(xiāo)渠道，降低營(yíng)銷(xiāo)成本的同時(shí)增加酒店運(yùn)營(yíng)收益。

3 智能酒店客控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 云端智能平臺(tái)設(shè)計(jì)

如圖3所示，構(gòu)建云端智能平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)酒店房間客控系統(tǒng)智能化、自動(dòng)化統(tǒng)一管理，包括酒店管理、客房管理、設(shè)備管理、場(chǎng)景管理、權(quán)限管理、系統(tǒng)管理、天貓精靈對(duì)接、微信小程序接口和MQTT客戶端。RCU控制器通過(guò)WiFi連接MQTT服務(wù)器，使RCU與云端智能平臺(tái)以消息訂閱和發(fā)布的方式實(shí)現(xiàn)交互和控制功能；云端智能平臺(tái)按照第三方對(duì)接協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，將第三方智能產(chǎn)品接入系統(tǒng)平臺(tái)，并能夠與各個(gè)房間的RCU系統(tǒng)進(jìn)行綁定控制，實(shí)現(xiàn)第三方智能產(chǎn)品自由擴(kuò)展，如對(duì)接天貓精靈實(shí)現(xiàn)AI語(yǔ)音控制酒店房間中各種設(shè)備；用戶管理模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)酒店人員、系統(tǒng)管理員、酒店入住用戶進(jìn)行分級(jí)權(quán)限管理；API擴(kuò)展接口提供用戶APP、微信小程序和對(duì)接PMS。

圖3 云端智能平臺(tái)系統(tǒng)框圖

云智能平臺(tái)系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程（如圖4所示）如下：

圖4 云端智能平臺(tái)系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

（1）登錄系統(tǒng)管理員賬號(hào)，創(chuàng)建酒店，例如創(chuàng)建一個(gè)漢庭酒店，保存并退出。

（2）登錄酒店管理系統(tǒng)賬號(hào)，選擇上一步創(chuàng)建的漢庭酒店并登錄該酒店管理賬號(hào)。

（3）創(chuàng)建房型，比如該酒店包含大床房、標(biāo)間等；不同的房型對(duì)應(yīng)的RCU設(shè)備所包含的設(shè)備集合不同，需要對(duì)RCU邏輯模塊進(jìn)行重構(gòu)和配置，生成配套的RCU設(shè)備集合和控制邏輯。

（4）用戶將天貓精靈和酒店客控系統(tǒng)RCU通過(guò)WiFi網(wǎng)絡(luò)接入互聯(lián)網(wǎng)，打開(kāi)天貓精靈APP綁定對(duì)應(yīng)的AI音響；然后打開(kāi)智能酒店客控系統(tǒng)后臺(tái)，登錄酒店管理員賬號(hào)，點(diǎn)開(kāi)酒店客控管理界面；根據(jù)之前保存的房型創(chuàng)建客房，輸入房間號(hào)并將房間號(hào)與系統(tǒng)中掃描到的RCU進(jìn)行綁定，同時(shí)將天貓精靈與RCU設(shè)備進(jìn)行綁定，配置語(yǔ)音識(shí)別詞條以及用戶執(zhí)行場(chǎng)景，與RCU指令進(jìn)行關(guān)聯(lián)，配置完成后發(fā)布該房間并保存到數(shù)據(jù)庫(kù)；通過(guò)MQTT服務(wù)器發(fā)布RCU配置主題，RCU通過(guò)訂閱該主題接收配置數(shù)據(jù)進(jìn)行本地設(shè)備和邏輯設(shè)備的重構(gòu)和升級(jí)并重啟生效。酒店管理平臺(tái)后臺(tái)軟件界面如圖5所示。

圖5 酒店管理平臺(tái)后臺(tái)軟件界面

（5）至此酒店入住用戶可以通過(guò)天貓精靈語(yǔ)音控制房間里的設(shè)備，比如燈具、窗簾、場(chǎng)景等；酒店用戶也可以登錄微信小程序，如圖6所示，通過(guò)手機(jī)端界面控制房間里的設(shè)備；酒店管理人員還可以通過(guò)智能云系統(tǒng)后臺(tái)，如圖7所示，控制和檢測(cè)房間RCU中各設(shè)備的邏輯狀態(tài)。

圖6 微信小程序控制軟件界面

圖7 客房管理平臺(tái)后臺(tái)軟件界面

3.2 智能客房控制器（RCU）設(shè)計(jì)

為了滿足智慧酒店個(gè)性化定制以及多元化的場(chǎng)景配置和應(yīng)用，需要RCU也能夠根據(jù)定制化需求進(jìn)行可配置及邏輯可重構(gòu)。設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能窮舉酒店場(chǎng)合所使用的設(shè)備，并按照設(shè)備屬性和功能事件將各個(gè)設(shè)備原子化，這些原子設(shè)備會(huì)根據(jù)設(shè)備實(shí)際需求進(jìn)行增加和刪除，實(shí)現(xiàn)自由擴(kuò)展；各原子設(shè)備直接通過(guò)構(gòu)建功能事件動(dòng)態(tài)交叉表并配置交叉表，實(shí)現(xiàn)本地控制邏輯重構(gòu)功能。

（1）硬件設(shè)計(jì)

RCU主控采用樂(lè)鑫公司設(shè)計(jì)的超高性價(jià)比ESP32 WiFi SOC。該芯片集成2.4 GHz WiFi和藍(lán)牙的雙模SOC芯片以及專(zhuān)用DMA的以太網(wǎng)MAC控制器；集成Xtensa32 bit LX6單/雙核處理器，運(yùn)算能力高達(dá)600 MIPS，最高CPU主頻可達(dá)240 MHz，具有豐富的外設(shè)資源，片上集成最大448 KB ROM和520 KB SRAM，支持外擴(kuò)最大16 MB FLASH存儲(chǔ)器；并且軟件資源支持豐富的例程，比如Modbus例程、MQTT例程等，能夠加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。RCU硬件結(jié)構(gòu)如圖8所示。對(duì)于各酒店房間設(shè)備，如弱電開(kāi)關(guān)面板、燈光繼電器板、門(mén)磁、窗簾、門(mén)牌、音樂(lè)面板，通過(guò)Modbus接入和無(wú)線RF技術(shù)，用戶可以采用ZigBee、藍(lán)牙等2.4 GHz頻段的設(shè)備接入。本設(shè)計(jì)還考慮到穿墻和信號(hào)干擾等原因采用Sub1G來(lái)接入無(wú)線設(shè)備。

圖8 RCU硬件結(jié)構(gòu)

（2）軟件邏輯設(shè)計(jì)

RCU軟件層由Free-RTOS系統(tǒng)軟件包、WiFi配網(wǎng)管理進(jìn)程（Smart-Config）、異常守護(hù)進(jìn)程、MQTT客戶端服務(wù)進(jìn)程、設(shè)備管理配置進(jìn)程、設(shè)備邏輯控制進(jìn)程、設(shè)備表、設(shè)備場(chǎng)景表、設(shè)備綁定表、Modbus適配接口、無(wú)線設(shè)備適配接口、各外設(shè)模塊（WiFi、KEY、LED、串口）驅(qū)動(dòng)程序組成，軟件結(jié)構(gòu)如圖9所示。其中MQTT客戶端服務(wù)進(jìn)程實(shí)現(xiàn)RCU與云端MQTT服務(wù)器進(jìn)行通信，通過(guò)消息訂閱發(fā)布的方式接收來(lái)自云端智能平臺(tái)的控制和配置指令，進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)備控制和設(shè)備狀態(tài)上報(bào)，軟件運(yùn)行流程如圖10所示。設(shè)備邏輯控制進(jìn)程周期性地對(duì)系統(tǒng)中的設(shè)備進(jìn)行掃描和硬件設(shè)備狀態(tài)的讀取，當(dāng)某個(gè)設(shè)備狀態(tài)發(fā)生變化后，該進(jìn)程根據(jù)設(shè)備表和設(shè)備綁定表邏輯產(chǎn)生相應(yīng)的控制邏輯，并發(fā)布設(shè)備狀態(tài)更新的上行消息隊(duì)列給MQTT客戶端服務(wù)進(jìn)程；同時(shí)該進(jìn)程需要處理來(lái)自MQTT客戶端服務(wù)進(jìn)程的下行消息隊(duì)列，如果收到的下行消息是設(shè)備控制指令，則直接進(jìn)行硬件設(shè)備的控制動(dòng)作，如果收到的消息隊(duì)列是設(shè)備配置，則會(huì)啟動(dòng)設(shè)備配置管理進(jìn)程進(jìn)行本地設(shè)備的修改和邏輯重構(gòu)，如圖11所示。異常守護(hù)進(jìn)程將對(duì)上述各進(jìn)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制，一旦出現(xiàn)異常錯(cuò)誤則觸發(fā)相應(yīng)的錯(cuò)誤處理機(jī)制，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖9 RCU軟件結(jié)構(gòu)

圖10 RCU軟件設(shè)計(jì)流程

圖11 設(shè)備邏輯控制進(jìn)程

4 結(jié) 語(yǔ)

基于物聯(lián)網(wǎng)六域模型的智慧酒店系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了通過(guò)云端智能平臺(tái)完成酒店系統(tǒng)的智能化統(tǒng)一管理，包括酒店管理、客房管理、設(shè)備管理、場(chǎng)景管理、權(quán)限管理、系統(tǒng)管理、天貓精靈對(duì)接、微信小程序接口和MQTT客戶端；酒店用戶可以通過(guò)微信小程序、云后臺(tái)、AI語(yǔ)音識(shí)別等手段控制客房燈光、窗簾、空調(diào)等，為客戶提供量身定制的個(gè)性化場(chǎng)景服務(wù)，大大提升入住體驗(yàn)；另外，統(tǒng)一的管理平臺(tái)也能夠幫助酒店管理者更加方便地完成酒店日常運(yùn)營(yíng)的管理工作，節(jié)約人力財(cái)力成本。目前，基于本設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)的智慧酒店系統(tǒng)已經(jīng)在多家智慧酒店部署成功，如格林豪泰、希岸、涂派等快捷酒店，應(yīng)用性能良好。