物联网时代—智能家居的诞生

郑改成

(太原理工大学 信息工程学院，山西 晋中 030600)

2017-10-06

郑改成(1963- ),男，山西永济人，副教授,研究方向：计算机测量与控制。

1674- 4578(2017)05- 0094- 03

物联网时代—智能家居的诞生

郑改成

(太原理工大学 信息工程学院，山西 晋中 030600)

阐述了智能家居的概念，国内外发展现状。重点介绍了智能家居的体系架构、电气功能组成，以及智能家居的三大关键技术(人工智能、云计算、大数据)，最后介绍了智能家居的功能和使用要求。

智能家居;物联网;体系架构;关键技术

1 智能家居的起源与定义

智能家居(Smatr home)的概念最早起源于美国。1984年美国联合科技公司推出了建筑设备信息化、整合化的概念，并应用于康涅狄格州城市建筑中，诞生了世界上第一座“智能型建筑”，由此拉开了全球智能家居的序幕。如今小到智能手表、智能眼镜，大到智能厨房、智能安防(指纹开锁、人脸识别等)已经融入到我们的生活之中了。世界首富比尔·盖茨的住宅堪称是智能家居的经典和豪华之作，既华丽壮观，又神密莫测。

智能家居，是以住宅为平台，兼备建筑设备，通过物联网技术将家中的音视频设备、照明系统、窗帘控制、安防系统、空调、数字影院、三表抄送等联接到一起，实现联网通信、自动控制、人机远近程交互等。是集系统、结构、服务、管理于一体的高效、舒适、安全、便利、环保、艺术的居住环境。在保持传统居住功能基础上，摆脱了其被动模式。

2 国内外智能家居市场的发展现状

目前，智能家居在美国、德国、日本等国家已实现了广泛的应用。美国家居的智能化和自动化系统发展最快，以谷歌、苹果等为首的巨头在该领域领跑全球。如谷歌在2011年就推出了Android@home智能家居计划，用户在安卓手机或平板电脑上就能远程控制家中的照明、家电等产品，2015年又推出了名为Brillo的物联网RTOS实时操作系统，可方便地嵌入门铃、监控摄像头、烤箱等智能家居硬件中。硬件上，谷歌收购和联合其它企业于2016年推出Goole home，其作为智能家居的硬件控制中心，内部集成搜索引擎、语音助手、机器学习及人工智能技术。其它的还有谷歌路由(onHub)、Wifi等。可以说谷歌是“从软到硬”、步步为营，要逐渐占领智能家居市场。

我国的智能家居现今进入融合发展期。但仍存在布局缓慢、重量级产品少的劣势。如中国移动和电信的“灵犀语音助手3.0”、“悦me”仍处于初级阶段，中国移动的“和家庭”也未成型。而民营企业发展较快，如2014年阿里巴巴推出的由阿里云OS(YunOS)联合各大智能家居厂家共同打造的“智能客厅”，内容包括阿里云智能电视、天猫魔盒、智能空调、热水器等。在2017世界物联网无锡峰会上，马云又提出了“智联网”概念，同时公布其全新操作系统—AliOS，并提出新的口号：推动万物智能。其主要是瞄准汽车市场，实现“车联网”系统的操作及其与智能家居的对接，这一举措领先了行业现状3年的时间。2016年7月，已于上汽合作联合推出了新一代互联网汽车—荣威RX5(搭载YunOS Auto互联网汽车操作系统)，上市一年销量高达23万辆。日前上汽已经在其多款车型上搭载该系统。

3 基于物联网下的智能家居架构与分析

智能家居是与大众生活密切相关的物联网系统，是提高人们生活质量、改善生活品质的基本实现。在物联网架构下，其组成如图1所示。

图1 智能家居体系架构

可见一个完整的智能家居系统也是一个不小的物联网系统，从电气功能上可将其划分为八大系统。分别是：1)家居布线系统；2)家庭网络系统；3)中央管理与控制系统；4)照明控制系统；5)安全防护系统；6)背景音乐控制系统；7)家庭影院与多媒体系统；8)家庭环境控制系统。其中，3),4),5)为智能家居的必备系统，其余为可选。在认定上只有完善地安装了必备系统，并且至少选装一种及以上的可选系统，才可称之为智能家居系统。

①中央控制与管理系统。属于中控或总控，是总指挥，能够对所有的智能家居(物联网产品)进行控制与管理，以减少成本，使功能最大化。使住家通过中控台就能实现灯光控制、电器控制、远程通信、安防报警、背景音乐、视频共享等。

②家庭安防系统。安全防盗是住家高度重视的一个问题，在任何时间、任何地点可通过网络对室内外进行远程监控、拍照和通话；对燃气泄漏、火灾烟雾等能够及时发出报警信号，并通知主人和物业，同时启用联动开关关闭水电和燃气。

③数据适时监测，并进行组合联动，以调节空气质量及温度、湿度等参数，增加安全性和舒适性。

其它系统不再介绍。以上系统通过云计算等中间件软件，使我们的家庭变为一个开放性的云平台，可用手机、平板电脑、PC终端机实现信息分享、焦点锁定，以满足住家关于安防、舒适乃至社交等需求。

4 智能家居的三大关键技术

1)人工智能信息技术(Artificial intelligent，AI)。就本质而言，人工智能主要是用计算机来模拟人的某些思维和智能行为，如学习、推理、分析、判断、思考、规划等。因此，真正的智能家居是要具备人类的智能和智慧的，就像一个贴心的佣人一样，能感知和读懂主人的心思，根据年龄、性别、学历、兴趣等信息，分析其生活习惯，并形成一种思维而提供适时称心和准确的服务。比如说主人想到要开门，门就自己开了；想到要开灯，灯就自动亮了等。这些行为是不需要人工设定或者通过智能终端控制的，是在人工智能行为下，家电自动进行的。

2)智能家居与云计算(Cloud Computing)。云计算，即基于互联网的计算方式(云，即网络，互联网)。智能家居中的所有功能均是建立在互联网或者移动互联网之上的，其庞大的硬件群势必要提供庞大的数据信息，而且在不断更新，因此存储和处理是一个很棘手的问题，利用云计算资源共享可方便地解决此问题，它是通过网络将计算处理程序拆分为无数个小的子程序，再交由多部服务器进行分析、计算和处理，以达到高效处理、存储等目的。“云”的规模是比较庞大的，比如Goole的云计算就拥有100多万台服务器，微软、IBM、Yohoo的“云”服务器也有几十万台。

3)智能家居与大数据(Big Data)。Big Data，亦称巨量资料，是对海量数据进行挖掘，并与云计算的分布式架构密切配合，才能被快速处理。其特点是4V，即Volume(大量)、Velocity(高速)、Variety(多样)、Value(价值)。利用其对海量数据的挖掘、存储和分析能力，在智能家居中，通过采集取暖器、空调、风扇、灯光等积累下的数据，来探索如何降低能源浪费、节约资源，同时可分析用户的消费习惯和喜好，并从用户的评价中对家居产品或服务进行有针对性的改进。

5 结束语

智能家居关乎到住家的切身利益和生活品质，在产品的设计、制造等环节上一定要切实考虑其实用性、方便性和安全性等。如果在设计上稍有疏忽，就会出现诸多问题，尤其是数据的安全性。实际运行中，系统会产生大量的家庭和个人隐私数据上报至云服务端，一旦有黑客入侵，数据就会被篡改、销毁，隐私也随之泄漏，轻则对用户造成精神和物质损害，重则使人身安全受到威胁。因此，在享受智能家居的高品质时，网络安全则是我们必须面对的一个问题，这也是对业界的一个挑战。

目前各大物联网硬、软件产业巨头的产品仍是各自为政，通讯协议和标准均不统一，需要行业主管部门推出标准，以推进智能家居产品的互通性、兼容性、可操作性和维护性等。相信用不了若干年，普通民众也能够体验到比尔·盖茨式的生活品质。

[1] 陈国嘉.智能家居.北京：人民邮电出版社,2016(5).

中国工控网.智能家居已经进入了我们的日常生活.16-05-13〗.http://www.gongkong.com.

电子工程世界网.阿里操作系统新战略，为啥看中了汽车这个行当？.17-10-02〗.http://www.eeworld.com.cn/qrs/article_2017100239191.html.

智能家居网.从软到硬，谷歌如何在智能家居市场步步为营.16-12-07〗.http://smarthome.ofweek.com/2016-12/ART-91006-8460-30076007_2.html.

TheBirthofSmartHomeintheAgeofInternetofThings

Zheng Gaicheng

(TheCollegeofInformationEngineering，TaiyuanUniversityofTechnology，JinzhongShanxi030600，China)

This paper expounds the concept of smart home, and its development status at home and abroad. The system framework, electrical functional components of smart home are mainly introduced as well as the three key technologies of smart home (artificial intelligence, cloud computing, big data), finally the paper introduces the function and use requirements of smart home.

smart home; internet of things; architecture; key technologies

TP393

A