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  • 智慧家居体系结构

     

    这两年跟“智慧”有关的东西都很火,“智慧城市”“智慧交通”“智慧水利”“智慧地球”等等,现在“智慧家居”又开始火起来了,查了一下网上已有的智慧家居的体系结构图,都跟我想象的不太一样,所以想,作为一个GISer的小菜,结合自己学到的一点东西画一个自己理解的智慧家居体系结构图,了解有限,如有错误,欢迎斧正。如下图:

     

    图1 智慧家居体系结构图

    个人觉得智慧家居系统应该包括传感器、输出设备、家居设备、控制中心、数据库、系统安全保护层、中间件、传输层、应用层及物理应急设备。

    传感器:从生物的角度来说,智慧家居系统理应跟一个人体机理一样,首先会有外部刺激,然后传感器跟人体感受器类似,接收到外部刺激,并将信号通过反射弧反馈给大脑,待大脑处理事务。而传感器就起到了接收外部刺激的作用。在图中已经列出了几个传感器的例子。

    表1 传感器举例列表

    传感器名称

    作用

    用途

    摄像头

    上传视频数据

    安防监控、身份识别等

    光照感应

    感应室内光照强度及紫外线等强度

    调节室内光照等

    温度感应

    感应室内温度

    调节室内温度等

    水表/电表等

    上传能耗信息

    智能缴费等

    电路感应

    检查电路,及时排除故障、预报危险

    家居安全等

    语音识别

    上传音频文件

    语音口令控制家居,安防监控等

    面部识别

    上传人员面部特征

    安防监控,智能医疗等

    穿戴设备

    上传用户身体状况信息

    智能医疗等

    控制中心:作为智慧家居的大脑,控制中心是整个系统的核心,是智能化的关键,它的职能应当相当于一个智能机器人。控制中心包括了类似于服务器的所有功能,例如接收传感器上传数据,数据处理,对家居设备下达指令,数据存储到数据库等操作。并且在现在的大数据时代中,还可以对全部的数据进行数据挖掘,挖掘出知识,并对相关趋势作出预测后采取相应的行动。同时,还可以进行可视化分析及语音对话等操作。控制中心还需具备自我恢复能力,当系统出现故障导致系统瘫痪停滞时,需要有相应处理机制,自动唤醒控制中心,人为按照正确流程停止系统除外。

    数据库:智能家居的数据库需要满足许多条件,例如它的存储内容、检索效率、数据安全性等一系列条件。首先由于传感器的多种多样,上传的数据具有异构性,即格式不同,结构不同,字节大小不同、维度不同等,而传统的结构化数据库并不能很好地满足这些需求,并且由于数据的时间性、空间性及其根据数据产生出的分析数据,致使数据产生海量性,数据库需要有大的容量,并且处于安全方面的考虑,需要对家居系统中的数据进行加密处理。

    系统安全保护:系统保护层不言而喻即是对整个智慧家居系统起保护作用的模块,其中包括对控制中心的的保护,对数据库的保护等,防范非法用户的非法操作,确保用户隐私不被窃取。这一点个人觉得非常重要,由于家居系统监控的全面性,存在极严重的隐私保护问题,如果出现用户隐私数据被窃取,将出现意想不到的问题,甚至会造成整个智慧家居系统全面瘫痪。想像一下黑客入侵家居系统,并且调用房间内的各个监控设备,你的一举一动均在其观察范围内。所以系统安全保护模块至关重要。

    输出设备:该模块是控制中心与用户进行交互操作的关键,控制中心通过输出设备,如可视化设备,将系统中各个部件的运行状态,及需要用户处理的信息显示在可视化设备中;而语音设备则是控制中心可以通过语音输出,及传感器中的语音识别,实现控制中心与用户的语音交流,用户可以喊出语音口令即可完成相应操作,详细功能与Iphone的SIRI语音功能类似。

    家居设备:从生物的角度说,家居设备相当于反射弧中的效应器,控制中心下达控制命令,将命令信息传递给指定家居设备,家居设备接收到指令后执行相应操作,如果操作执行出现错误被中断,则将错误信息反馈回控制中心。这里特别需要提到的是控制中心与家居设备间传输数据的协议,目前还没有出现这一方面的研究,但相信有HTTP协议等作为参考,这一方面的实现应该不难。而数据格式方面,相信XML(eXtensible Makeup Language 可扩展性标记语言)以其结构化、可扩展等的各项特点,在此方面发展潜力很大。控制命令传递给指定家居设备后,家居设备需要能够正确接收指令及正确理解指令并且执行指令操作,涉及到嵌入式程序设计问题,对此不熟悉,不做详细说明。

    中间件:中间件作为有效处理资源异构问题,很好完成不同技术之间共享资源的解决方案。家居系统高级应用程序应该具有跨平台、跨系统的优点,说通俗即是,不光要在windows系列上运行,还需要能在Linux等系统上运行,不光要在电脑上运行,还要能在移动设备上运行,将来还回出现各种各样的设备,智慧家居系统应该具备兼容这些设备的能力。为了实现这一功能,需要运用此方法。并且在此为应用程序开发人员提供各类操作接口。

    传输层:该模块用于系统的网络连接,这是获取信息和发送信息都必须通过这个渠道,该模块包括各种进行网络连接的方式。

    应用层:应用层即是直接面向用户的应用程序,用户通过应用程序来感受到智慧家居系统的优越性。开发人员也主要在此开发出应用软件。该类程序举例:

    应用程序名称

    用途

    智慧家电

    操纵家里基本家电,比如打开电视机,空调开到23度,微波炉开始加热等等

    智慧养生

    通过穿戴设备上传的人体状况信息,系统推荐养生方法

    安防监控

    保护室内财产物品安全,防火防盗等等

    智能缴费

    通过联网,用户将可以足不出户办理相关缴费工作

    智能社交

    用户在室内即可完成社交活动

    物理应急设备:当出现意外情况,如断电等情况时,将导致系统不能正常运行(如小偷来偷东西直接切断电源),所以有必要装备一个物理应急设备,以应对出现的特殊情况,保障系统能够在被物理环境被破坏的情况下,仍能坚持执行任务。

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