基于物联网六域模型的智慧酒店系统设计及应用

关世友，刘晓辉

（1.芯海科技有限公司，广东 深圳 518000；2.深圳恒宇智达，广东 深圳 518000）

0 引 言

随着物联网的迅猛发展及其应用邻域的不断扩大，各新兴市场对物联网的发展需求急剧增加，推动着物联网技术不断发展的同时也加快了物联网技术标准化的进程。2018年，由我国主导的ISO/IEC JTC 1/SC41（物联网及相关技术分技术委员会）标准项目《物联网参考体系结构》（ISO/IEC 30141：2018）正式发布。该标准将诸多物联网应用行业的各关键要素进行了系统级抽象，以业务功能为主要划分依据，提出了物联网六域概念模型，为有效构建物联网生态和业务关联设计提供顶层的架构设计思路和行业应用参考。另外，伴随着酒店行业竞争日益激烈，各酒店运营管理者希望能够打造差异化、智慧化的酒店系统，提升服务质量，极大地满足酒店入住者的期望。因此，借助物联网技术的发展，打造一款多功能的智慧酒店控制系统越来越符合酒店管理者和酒店入住者的期望和需求。鉴于此，本文参考物联网六域模型顶层架构设计思路，搭建了基于物联网六域模型的智慧酒店系统。

1 物联网六域模型

2018年由我国主导的《物联网参考体系结构》（ISO/IEC 30141：2018）国际标准正式发布。该参考体系结构如图1所示，其中包含用户域、资源交换域、服务提供域、运维管控域、感知控制域和目标对象域。

图1 物联网系统参考体系结构

用户域：标识不同物联网类型用户，可以通过该域完成对实际物理对象的感知和操控任务；从用户总体分类来看可以包括政府用户、企业用户和公众用户等。

资源交换域：实现物联网系统与其他系统的信息资源交换与共享；按照功能可分为信息资源交换系统和市场资源交换系统。

服务提供域：基于硬件设备端的大量数据信息，进行深层次的数据处理和加工，例如云计算、人工智能算法等，为用户域内不同的用户提供各类服务接口。

运维管控域：管理和保障物联网系统的可靠性和安全运行，并保障相应的应用系统符合法律规范和按照行业规范运行。

感知控制域：采用一定的技术手段实现对目标对象的感知和控制，通过不同的感知和执行功能单元实现对目标对象的控制操作和信息采集；在现有技术下，感知控制域包括传感器网络系统、标签识别系统、位置信息系统、音视频采集系统和智能化设备接口系统；其中智能化设备接口系统具有通信、协议转换、数据处理等功能，在实际应用中智能化设备接口系统可以集成在目标对象之中。

目标对象域：即物联网用户所关注的物联的“物体”是构建区别于传统产品服务的全新价值的源头、感知控制域的信息资源的来源、信息获取和控制对象的实体集合（包括感知对象和控制对象）；感知对象和控制对象可以采用通信接口或者非通信接口的方式与感知控制域进行关联，实现物理实际与虚拟世界的接口绑定。

2 基于六域模型的智慧酒店系统设计

基于上述物联网六域模型设计原理，按照该体系标准结构构建基于物联网技术的智慧酒店系统，如图2所示。

图2 基于物联网体系结构的智慧酒店系统框图

相对于传统酒店管理系统，智慧酒店除了包括传统酒店PMS（酒店管理系统）系统的基本功能，还增加了让旅客通过微信、APP、公众号等手段办理自助入住、选房退房等一系列手续的功能；提供智能客控系统进行多元化场景设定和用户习惯设定，客户可以通过AI语音识别、APP操作等手段控制客房灯光、窗帘、空调等，为客户提供量身定制的个性化服务，大大提升入住体验；由于客户需要实时对客房内设备进行监控，所以通过智能算法实现对房间设备的功耗进行检测和智能控制，以达到节能减排、降低运营成本的效果；智慧酒店系统可以通过资源交换域与第三方的周边美食、休闲娱乐、交通系统进行数据的对接，通过大数据进行定向营销，拓宽酒店营销渠道，降低营销成本的同时增加酒店运营收益。

3 智能酒店客控系统设计

3.1 云端智能平台设计

如图3所示，构建云端智能平台，实现酒店房间客控系统智能化、自动化统一管理，包括酒店管理、客房管理、设备管理、场景管理、权限管理、系统管理、天猫精灵对接、微信小程序接口和MQTT客户端。RCU控制器通过WiFi连接MQTT服务器，使RCU与云端智能平台以消息订阅和发布的方式实现交互和控制功能；云端智能平台按照第三方对接协议标准，将第三方智能产品接入系统平台，并能够与各个房间的RCU系统进行绑定控制，实现第三方智能产品自由扩展，如对接天猫精灵实现AI语音控制酒店房间中各种设备；用户管理模块设计实现了对酒店人员、系统管理员、酒店入住用户进行分级权限管理；API扩展接口提供用户APP、微信小程序和对接PMS。

图3 云端智能平台系统框图

云智能平台系统业务流程（如图4所示）如下：

图4 云端智能平台系统业务流程

（1）登录系统管理员账号，创建酒店，例如创建一个汉庭酒店，保存并退出。

（2）登录酒店管理系统账号，选择上一步创建的汉庭酒店并登录该酒店管理账号。

（3）创建房型，比如该酒店包含大床房、标间等；不同的房型对应的RCU设备所包含的设备集合不同，需要对RCU逻辑模块进行重构和配置，生成配套的RCU设备集合和控制逻辑。

（4）用户将天猫精灵和酒店客控系统RCU通过WiFi网络接入互联网，打开天猫精灵APP绑定对应的AI音响；然后打开智能酒店客控系统后台，登录酒店管理员账号，点开酒店客控管理界面；根据之前保存的房型创建客房，输入房间号并将房间号与系统中扫描到的RCU进行绑定，同时将天猫精灵与RCU设备进行绑定，配置语音识别词条以及用户执行场景，与RCU指令进行关联，配置完成后发布该房间并保存到数据库；通过MQTT服务器发布RCU配置主题，RCU通过订阅该主题接收配置数据进行本地设备和逻辑设备的重构和升级并重启生效。酒店管理平台后台软件界面如图5所示。

图5 酒店管理平台后台软件界面

（5）至此酒店入住用户可以通过天猫精灵语音控制房间里的设备，比如灯具、窗帘、场景等；酒店用户也可以登录微信小程序，如图6所示，通过手机端界面控制房间里的设备；酒店管理人员还可以通过智能云系统后台，如图7所示，控制和检测房间RCU中各设备的逻辑状态。

图6 微信小程序控制软件界面

图7 客房管理平台后台软件界面

3.2 智能客房控制器（RCU）设计

为了满足智慧酒店个性化定制以及多元化的场景配置和应用，需要RCU也能够根据定制化需求进行可配置及逻辑可重构。设计中应尽可能穷举酒店场合所使用的设备，并按照设备属性和功能事件将各个设备原子化，这些原子设备会根据设备实际需求进行增加和删除，实现自由扩展；各原子设备直接通过构建功能事件动态交叉表并配置交叉表，实现本地控制逻辑重构功能。

（1）硬件设计

RCU主控采用乐鑫公司设计的超高性价比ESP32 WiFi SOC。该芯片集成2.4 GHz WiFi和蓝牙的双模SOC芯片以及专用DMA的以太网MAC控制器；集成Xtensa32 bit LX6单/双核处理器，运算能力高达600 MIPS，最高CPU主频可达240 MHz，具有丰富的外设资源，片上集成最大448 KB ROM和520 KB SRAM，支持外扩最大16 MB FLASH存储器；并且软件资源支持丰富的例程，比如Modbus例程、MQTT例程等，能够加快产品开发周期。RCU硬件结构如图8所示。对于各酒店房间设备，如弱电开关面板、灯光继电器板、门磁、窗帘、门牌、音乐面板，通过Modbus接入和无线RF技术，用户可以采用ZigBee、蓝牙等2.4 GHz频段的设备接入。本设计还考虑到穿墙和信号干扰等原因采用Sub1G来接入无线设备。

图8 RCU硬件结构

（2）软件逻辑设计

RCU软件层由Free-RTOS系统软件包、WiFi配网管理进程（Smart-Config）、异常守护进程、MQTT客户端服务进程、设备管理配置进程、设备逻辑控制进程、设备表、设备场景表、设备绑定表、Modbus适配接口、无线设备适配接口、各外设模块（WiFi、KEY、LED、串口）驱动程序组成，软件结构如图9所示。其中MQTT客户端服务进程实现RCU与云端MQTT服务器进行通信，通过消息订阅发布的方式接收来自云端智能平台的控制和配置指令，进行相应的设备控制和设备状态上报，软件运行流程如图10所示。设备逻辑控制进程周期性地对系统中的设备进行扫描和硬件设备状态的读取，当某个设备状态发生变化后，该进程根据设备表和设备绑定表逻辑产生相应的控制逻辑，并发布设备状态更新的上行消息队列给MQTT客户端服务进程；同时该进程需要处理来自MQTT客户端服务进程的下行消息队列，如果收到的下行消息是设备控制指令，则直接进行硬件设备的控制动作，如果收到的消息队列是设备配置，则会启动设备配置管理进程进行本地设备的修改和逻辑重构，如图11所示。异常守护进程将对上述各进程进行监测控制，一旦出现异常错误则触发相应的错误处理机制，确保系统的稳定性。

图9 RCU软件结构

图10 RCU软件设计流程

图11 设备逻辑控制进程

4 结 语

基于物联网六域模型的智慧酒店系统实现了通过云端智能平台完成酒店系统的智能化统一管理，包括酒店管理、客房管理、设备管理、场景管理、权限管理、系统管理、天猫精灵对接、微信小程序接口和MQTT客户端；酒店用户可以通过微信小程序、云后台、AI语音识别等手段控制客房灯光、窗帘、空调等，为客户提供量身定制的个性化场景服务，大大提升入住体验；另外，统一的管理平台也能够帮助酒店管理者更加方便地完成酒店日常运营的管理工作，节约人力财力成本。目前，基于本设计体系结构的智慧酒店系统已经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，应用性能良好。