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智慧家庭信息系统原理剖析

范文

吴晨宇

摘要智慧家庭依靠的是以物联网、云计算、大数据等信息技术为手段，在日常家庭生活中实现设备的互联互通，为人们提供舒适、简便、安全、绿色、健康的生活方式。文章主要研究智慧家庭的概况和结构，以及智慧家庭中信息技术的应用原理，最后通过对智慧家庭信息系统原理的剖析，深刻解读了智慧家庭的技术仍存在许多问题，从而使智慧家庭的技术在未来可以得到全面实现与优化，尽可能得消除技术风险，从而得到广泛的应用。

关键词智慧家庭；信息系统；物联网；云平台；大数据

中图分类号 TP3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2019）237-0118-02

智慧家庭概念[1-2]的提出，是家庭信息化、自动化与智能化的一种表达，本文正是基于对学校与家庭的联网电器设备的关注，围绕智能家庭电器，对智慧家庭进行较为全面的整理与总结，对智慧家庭采用的信息技术进行重点分析与研究，为深入理解信息技术提供基础。

1 智慧家庭概况

1.1 概念

智慧家庭作为智慧城市概念的衍生理念，其最终目的是充分利用信息技术实现家庭设备的联网、家庭环境的感知，并借助网络平台实现家用设备的自动操作与智能控制，并实现人与设备的智慧交互等[2-3]。智慧家庭的载体是物联网，借助人们常用的电子信息产品（手机、电脑、iPad）实现家庭成员之间、人与电器设备的实时交互，为社会创造一个先进、舒适、低碳、便捷与安全的现代化居住环境。

1.2 智慧家庭的结构

智慧家居信息系统是基于家居生活的智能化信息管理系统，该信息系统的核心是物联感知与信息交互，建立在高速的无线通信、智能的信息感知、智慧的终端交互等技术之上，满足人们对日常居家生活的娱乐化、自动化与智能化需求，其一般的系统结构如图1所示[4-5]。

图1所示的这种智慧家庭信息系统是基于智慧城市框架之下而设计的，是信息技术在人们日常家庭生活中的具体应用，以智慧城市的单元-智慧家庭为载体，实现家庭电器设备的智能控制、家庭环境的智能感知、家庭成员的健康管理，甚至是家庭各种消费的智能监测等。从图1所示可知，智慧家庭信息系统从下到上依次可以分为状态感知层、信息传输层和应用交互层。

1）状态感知层。家庭环境的智能感知是智慧家庭的基础，包括电器设备的智能互联在内，必须借助信息通信实现家庭设备及应用环节进行信息采集，如常见的有家用智能冰箱、家用智能空调、家用智能洗衣机、智能电表、水表、气表、门禁，以及家庭监控等对参数的采集与处理。

2）信息传输层。也就是图1的网络层，目前的主流技术主要是借助移动网络或家庭无线局域网实现信息的传输，另外一个技术是借助电力网络实现信息传递，虽然该技术还不够完善，但是电力网络传输具有独特优势，具有很好的应用潜力，传输层是智慧家居系统的中间环节，为感知层和应用层提供了信息纽带。

3）应用交互层。智慧家庭的最终目的是相互交互，必须借助应用层加以实现，主要采用智能计算等手段实现智慧家庭信息的综合计算与分析，如通过对家庭电器设备的状态感知可以实现对应的智能控制、能耗分析和环境健康监测等，甚至可以将相关家庭信息数据融合到智慧城市体系中，加以更高层次的价值挖掘。

2 智慧家庭信息技术分析

2.1 智慧家庭信息系統中的物联网

物联网技术[3]是借助网络通信技术，如无线传感器网络、无线局域网、无线射频识别（RFID）、蓝牙、红外等实现设备与设备之间、设备与互联网之间的通信，以实现对环境状态的感知、控制与管理。作为互联网技术深入应用的产物，具有广泛的应用前景，据相关的市场报告分析，我国物联网市场规模十分庞大，将成为信息产业的重要支柱。

正是物联网技术的灵活方便、组网稳定、信息数字化特点，可以通过感测、采集、运输、整合、分析的技术来控制智能家庭信息系统。常见的家用物联网技术主要有无线射频识别（RFID）、低功耗蓝牙和无线局域网等技术。

无线射频识别（RFID）：利用无线电波对特定目标进行识别，常称为电子标签，它可应用于安全门禁、身份认证、库存跟踪、汽车防盗等，其具有快速扫描、抗污染能力强、可重复使有等优点。

低功耗蓝牙技术：是一种无线通信技术标准，与WiFi类似，适用于短距离低功耗场合，如通过蓝牙连接可以控制电视、空调、冰箱、洗衣机等，也可以控制智能门锁、窗户、窗帘、家务机器人等。

无线局域网：作为智慧家庭的主流网络连接，逐步取代其他通信连接方式，通过手机、电脑和各个电器之间在连接WiFi的情况下，实现从云端或App对电器设备的灵活操控。

2.2 智慧家庭信息系统中的云计算

在智慧家庭信息系统[5]中，云计算具有重要的意义。云计算的出现离不开云平台的建立。云平台是一个超大规模的平台，可以将所接受的所有信息进行汇集整理、分析，还可以分布式储存汇集到的信息，然后借助云计算强大的计算能力，计算并分析各种输入的数据，再制定个性化的策略，进行智能化控制，是智慧家庭的智慧手段。作为云计算的服务模式，平台服务（PaaS）、软件服务（SaaS）与基础设施服务（IaaS）在智慧家庭信息系统中都有所应用。

平台服务（PaaS）：可以借助已有成熟的云平台实现智慧家庭的控制，目前市场上一些成熟的智能家居均是采用这种平台服务，主要优势是方便各个厂商的技术融合应用。

软件服务（SaaS）：通过云计算来制作与智慧家庭各用电器相对应的App，直接使用相配套的应用不需要担心服务器、应用开发等问题。如：安全防卫系统、空气检测系统等。

基础设施服务（IaaS）：通过云计算的IaaS来建立自己的基础设施服务平台，如借助常用的阿里云基础设施服务，实现自身平台搭建，进而实现物联网中对电器的智能化控制。

2.3 智慧家庭信息系统中的大数据

通过物联网实现家用设备的连接[6]，进而达到对家庭环境与设备状态的实时监控，获得的信息规模巨大，常规的数据处理技术难以胜任，尤其是当提升到智慧城市层次，往往需要与云存储、云计算相结合。

借助大数据技术，以在成千上万的混乱数据中快速分析出并优化目标方案。如：大数据可以精准的测定大气环境质量、气压、温湿度等，从而通过云计算的SaaS层来告诉客户；在智慧家庭之中，大数据还体现在可以在人们出门前寻找躲避拥堵的上班路线。并且大数据还具有历史记忆功能，可以通过第一次的行为产生记忆，为第二次甚至是最后一次提供帮助。如：在未来的智能家庭当中，网购、快递、外卖肯定会成为更多人的首选，这时智慧家庭的大数据便会在第一次选择之后，设定常购物的网店、或是可能喜欢的优惠信息、喜欢的饭菜口味等，极大方便了客户的选择。

3 结论

智慧家庭在大数据时代的背景下，具有广阔的发展空间，智慧家庭的信息系统中主要利用了物联网、云计算、云储存、大数据、智能交互等技术，是各项技术相互结合、利用，构建起一个智慧家庭的框架。物联网通过蓝牙等技术将各个电器相互联系起来，再在云平台的骨架下，通过云计算、大数据等技术将信息汇集分析、整理并输出。但云计算仍具有一些弊端，如：个人隐私存在泄露的风险；云计算的身份認证还不健全，易使黑客潜入；云平台本来客户较多，会出现管理问题。但还是希望未来这些弊端都会被解决，让智慧家庭布满整个地球村，让人们享受大数据时代。

参考文献

[1]金桦，陈才.我国智慧家庭多媒体发展现状与趋势[J].电视技术，2014，38（s1）：26-29.

[2]黄文凤.智慧家庭中的智能家居产业发展现状及趋势[J].集成电路应用，2013（10）：16-18.

[3]杨业令.基于物联网的智慧家庭系统设计与实现[D].成都：电子科技大学，2013.

[4]张红.智慧家庭标准体系建设[J].电视技术，2015，39（4）：86-88.

[5]李稚萱.云计算在基于NGB的智慧家庭业务平台上的应用[J].物联网技术，2012（7）：83-85.

[6]张磊，顾景民.基于大数据的未来智慧家庭系统[J].科技视界，2016（25）：15.

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