基于无线物联网技术的智能家居系统

参考文献
[1] Shen V R L,Yang C Y,Chen C H.A smart home management system with hierarchical behavior suggestion and recovery mechanism[J].Computer Standards & Interfaces,2015,41:98-111
本文在相关研究的基础上，围绕智能家居无线物联 网的相关问题，研究适应三网融合发展的家居物联网体 系，在充分分析论证智能家庭的综合组网、安全接入和 用户服务需求的基础上，建立了以智能网关为中心的家 居无线物联网系统，实现了针对用户服务需求的动态信 息感知，完成了基于用户个性化定制的服务支撑和运营 体制的建立，达到为家庭提供安全、健康和节能信息服 务的目的。本研究可推动国内外家电厂商、各级服务运
系统与方案 Systems & Solutions
基于无线物联网技术的智能家居系统
翟翌立1 王健2 方丽华2 郭庆稳2 1 青岛海尔电子有限公司 青岛 266101 2 中国海洋大学信息学院 青岛 266100
摘 要 对家居产品制造厂商来讲，为用户提供智能、互联互通的家庭物联网，需要解决如何建立以关键节点为中 心的家居无线物联网，并提供家庭智能综合信息感知等的网络服务。文章结合现有家庭环境，构建适应三网融合发 展的家居物联网智能体系，介绍基于智能电视的开放式物联网网关和无线物联网系统平台的设计，为家电厂商智能 家居解决方案提供理论指导和实践支持。 关键词 物联网；智能家居；无线物联网系统；物联网网关
方丽华
硕士研究生在读，主要研究方向为智能媒体优化。
郭庆稳
硕士研究生在读，主要研究方向为图形图像处理。
Smart Home System Based on Wireless IoT Technologies
Zhai Yili1 Wang Jian2 Fang Lihua2 Guo Qingwen2
1 Haier Electronics Co., Ltd., Qingdao 266101, China 2 College of Information Science & Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266100, China
[2] 刘练,周凤星.基于APP的智能家居环境监测系统的设计 与实现[J].计算机测量与控制,2014,22(7):2018-2020
[3] 赵远东,田颖颖.基于无线网络的医疗健康监测系统探究 [J].计算机与现代化,2011(5):104-106
[4] Ozturk Y,Senthilkumar D,Kumar S,et al.An intelligent home energy management system to improve demand response[J].Smart Grid,IEEE Transactions on,2013, 4(2):694-701
2 基于智能电视的开放式物联网网关
目前，智能电视所具备的硬件资源、软件资源、互 联接口、交互方式等都非常适合作为智慧家庭中心。以
图2 基于智能电视的开放式物联网网关硬件方案图 该方案中可通过2.4G或蓝牙接口连接多种物联网 设备。同时，通过其通用的USB接口和相应的中心节点 模块，可连接ZigBee、红外或其他无线物联网设备。 该产品的软件系统除采用标准的Android之外，还 采用海尔和阿里联合开发的YunOS操作系统，YunOS是 一个自主研发的可控的操作系统，为保证产品的可扩展 性，其兼容Android应用和Web应用，通过HTML5引擎提 供一个兼容WEB的应用开发平台，通过一个JAVA虚拟机 提供兼容Android应用的开发平台。目前，其已可提供账 号、支付、购物、视频、音乐、游戏等服务。
图3 智能家居用户服务平台架构图百度文库门户系统支持移动智能终端以及电脑端的接入，方 便用户使用，并完成用户的身份认证以及设备认证。 应用商店系统主要承载各种智慧家庭的应用服务。 已具备的应用包括视频点播、家庭安防、老人看护、健 康管理、智慧家庭、云存储等便民服务。在应用商店后 台可实现用户管理、系统监控、存储管理等相关服务。 目前，针对电子商务服务，主要以阿里的电子商 务系统为主流应用系统，该系统接入了阿里电子商务平 台。其可实现支付服务、信息服务、计费管理、服务管 理等功能。 以上系统都具备用户行为分析功能，利用用户行为大 数据，依据大数据分析模型对数据信息实现聚合、融合、 分析、处理和控制，生成家居安全、个人健康、家电节能 等信息，为用户提供及时、互动和高效的信息服务。
智能电视为中心，通过其所具备的交互接口(如USB接 口等)连接各种传感器、白色家电、小家电、健康医疗 设备及家居控制等设备，即可构建各种智慧家庭解决方 案。而对于消费者而言，利用已有的智能电视设备，只 需少量投资即可按需定制智慧家庭应用，非常有利于智 慧家庭业务的开展及普及。
智能电视网关的原理框图如图2所示，该产品视 频部分支持1路AV信号输出，1路YPbPr视频信号、3 路HDMI、1路YPbPr音频、2路高清流媒体USB_2.0输 入、1路USB_3.0、1路TV，并带有TF-SAMLL卡，支 持数字电视DTMB，其可通过以太网络接口或内置的 Wi-Fi实现物联网的连接。
基金项目：国家科技重大专项(2013ZX03005011)
测和重新设计电力需求(例如峰值负载减少和转变)，从 而有效减少能耗。
智能家庭系统网关问题也得到了广泛研究，文献[5] 提出一种智能家庭网关设计方案，基于改进的用户数 据报(UDP)协议，搭建智能家庭信息处理平台。利用现 有的网络设施，将采集到的家电终端信息进行处理和 控制，达到智能联网与信息处理的效果；文献[6]设计 了一种智能家居网关模型，对智能家居设备利用一个多 级路由机制进行数据包的发送，传输和接收；文献[7] 研究云环境下的智能媒体等信息的调度策略，为家庭网 关等的信息监测、控制数据发送提供了更高效的解决策 略；文献[8]给出了一种基于ARM的智能家庭网关的实 现方法，实现对各种家电设备的远程监控，同时，也可 以在本地实现同样的操作。
引言
物联网的发展为智能家居引入新的概念及发展空 间，智能家居可以被看作是物联网的一种重要应用。当 前，ITU-T、3GPP、ETSI、OMA等国际标准化组织纷 纷加大标准化力度，先后启动物联网功能架构及应用的 相关标准化研究，旨在推动物联网的应用研发与产业化 进程，建立可扩展的交互模型，并通过Web技术的引 入使得物联网与物联网络能有机地结合起来，形成物联 网，并成为物联网(Internet of Things，IoT)领域之中的 研究新热点。
[5] 章坚武,颜欢,包建荣.智能家庭网关设计及其物联网应用 [J].计算机工程,2011,37(18):246-248
[6] Yang D,Zhang H.A Design of the Model for Smart Home Gateway[C]//Proceedings of the 2012 International Conference on Computer Application and System Modeling Atlantis Press,2012
[7] Tang Rui-chun,Yue Yuan-zhen,Ding Xiang-qian,et al.Credibility-based cloud media resource allocation algorithm[J].Journal of Network and Computer Applications,2014,46:315-321
4 结束语
本论文针对智能家电无线综合组网、家电安全接入 和智能家电信息服务需求，介绍了以智能电视为中心的 智能家居物联网网关，通过不同种类的家电传感设备， 建立以智能电视为中心的无线网关，实现家庭安全、健 康和节能等信息的感知。据此，设计了智能家居无线 物联网系统平台，通过信息聚合、融合、分析、处理
[8] 靳力,李慧.基于ARM的智能家庭网关[J].电子测试,2009 (2):83-86
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Systems & Solutions 系统与方案
作者简历
翟翌立
青岛海尔电子有限公司总工程师，工程技术研究员。主要研究方向为数字音视频、 通讯电子、工业自动化。
王健
硕士研究生在读，主要研究方向为机器学习和大数据处理。
图1 智能电视为物联网网关智能家居应用场景 作为物联网网关，重点需解决和物联网传感器的 互联问题，考虑到无线物联网协议的多样性，本系统利 用智能电视相应的硬件开放接口通过中心节点架构来适 应协议的多样性。同时，对于智能家居应用个性化的特 点，本系统利用智能电视标准的应用接口(应用商店、 HTML5引擎)来实现智能家居个性化应用的开发。
研究者对智能家庭系统做了大量研究，提出各种 智能家庭系统，如设备管理系统、环境监测系统、健 康监测系统、能源管理系统等。文献[1]设计了一个智 能家庭管理平台，采用分层结构、区域管理的方式对 家电进行管理；文献[2]设计并实现了一种基于APP的 智能家居环境监测系统，可用于实时监测室内CO、 CO2、O3及PM2.5的浓度，可以让用户方便及时地了解 室内环境状况，并进行相应处理；文献[3]提出一种新 型医疗健康监测系统，可对用户的身体状况进行全面监 测；文献[4]提出一个电力负载的集成解决方案，以预
3 智能家居无线物联网系统平台
智能家居用户服务平台包括门户系统、应用商店系 统和电子商务系统，具体如图3所示。
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系统与方案 Systems & Solutions
和控制，为家庭提供及时、互动和高效的信息服务。本 系统研究成果的进一步推广应用可促进智能家居产业的 发展。随着智能家庭应用的不断推广和创新，如何针对 家庭物联网大数据进行智能获取、处理和挖掘，进而提 高用户服务质量和有效综合利用服务资源，提高用户体 验，将是未来研究的重点。
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Systems & Solutions 系统与方案
营商等相关标准制定及产业发展，为智能家居无线物联 网设备的产业化及大规模应用和建设面向家庭的物联网 运营服务模式奠定基础。
1 智能电视作为物联网网关的智能家居 应用场景
图1是以智能电视为物联网网关的智能家居应用场 景。对于已经购买智能电视的用户，只增加少量传感器及 外围设备的支出，就可搭建一套典型家庭安防系统，也可 实现诸如灯光窗帘等家居控制，这些外围设备可来源于第 三方。该场景通过中心节点适应不同的无线传输协议。同 时，通过物联网网关和云端的连接及相关设备类型的协议 定义，可提供支持HTML5的URI标识的设备管理和接入， 并通过用户管理系统实现安全认证。
Abstract In terms of domestic manufacturers, to provide intelligent and interconnected home networking, they need to address how to build the center of the home wireless networking based on key nodes and provide family intelligent integrated information perception and other network services. With the purpose of constructing home networking intelligent system which fits the tripleplay development combining with existing home environment, this paper introduces the design of the open internet gateway based on smart TV and the design of the wireless IoT platform, which provides theoretical guidance and practical support for the smart home appliance manufacturers. Keywords Internet of things(IoT); Smart Home; Wireless IoT System; IoT Gateway