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物联网读书报告
关于《物联网在智能家居领域的应用和发展》的读书报告
关于物联网在智能家居领域的应用我读了《基于物联网的智能家居研究》、《物联网智能家居发展分析》、《物联网技术在智能家居中的应用》、《基于物联网的智能家居系统的设计与实现》、《物联网能否激活智能家居市场》、《智能家居的物联网技术及其应用》等文章。
我将从以下几个方面表达我对物联网在智能家居领域应用的看法。
1.物联网为智能家居的发展注入动力
大家都知道这是一个信息的、智能化的时代。
科技发展是日新月异,而人们生活方式也随着科技的发展来了一次全面的革新。
智能家居和物联网就是随着科技的发展产生的,这是人们对生活追求的一种的标新。
智能家居很早就有人提出了,利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成,构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统,提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性,并实现环保节能的居住环境。
智能家居让用户以更方便的手段来管理家庭设备,比如,通过触摸屏、手持遥控器、电话、互联网来控制家用设备,更可以执行情景操作,使多个设备形成联动;另一方面,智能家居内的各种设备相互间可以通讯,不需要用户指挥也能根据不同的状态互动运行,从而给用户带来最大程度的方便、高效、安全与舒适。
所谓智能家居时代就是物联网进入家庭的时代。
它不仅指那些手机、平板电脑、大小家电、计算机、私家车,还应该包括吃喝拉撒睡、安全、健康、交友、甚至家具等家中几乎所有的物品和生活。
其目的是让人们的家庭生活更舒适、更简单、更方便、更快乐。
物联网的出现为智能家居注入了动力。
物联网促进了智能家居应用多元化。
智能家居起源于上个世纪70年代的美国。
从最初的的利用智能家居电力载波协议技术实现家庭各个设备之间的资源共享,到今天的网络化智能家居系统,经过几十年的发展,技术已经逐渐成熟。
物联网的问世让智能家居生活方式逐步发生变化。
智能家居已从一个集中控制系统装变为家庭智能秘书,从一个强调以“控制”为中心装变为以“管理”为中心,它对人们从“衣、食、住、行”等方面进行了全方位的管理和服务。
它可以通过基于物联网的衣物管理系统,方便的为家人提供衣物基本信息跟踪与定位、穿衣顾问以及购物指南,满足人们对于美的追求。
它也可以通过饮食管理系统,为家人方便的提供安全的食物来源信息追踪、合理的饮食搭配及便捷的在线购物服务。
另外,在基于传统的灯光、家电、安防等本地的控制基础上,通过基于物联网的智能家居系统,能够为家人提供对灯光、家电、窗帘的智能联动及远程管控,提供安防报警与视频联动及多种方式的报警通知。
同时,结合智慧电网与家电在线服务系统,为用户提供家电的智慧用电和全时故障信息监测与处理。
2.面向物联网的智能家居运营模式和关键技术
2.1物联网智能家居体系结构
目前,我国智能家居系统内部以房地产开发商为主建设,构建家庭网络及家居控制系统;延伸至智能家居的小区通信网络以通信运营商为主建设,并以公共通信网络互联。
如图1所示物联网智能家居体系结构。
图1物联网智能家居体系结构
2.2运营模式和关键技术
面向物联网的的智能家居应用,首先是在感知层丰富智能家居的感知和控制功能,其次是实现智能家居内外通信控制与各类家居业务的集成管理,最后是提供面向智能家居的各类泛在服务。
综合我国智能家居领域的应用,可将物联网智能家居系统分为智能家居感知层、公共通信网络层、综合业务平台层、智能家居应用层面向物联网的智能家居应用的运营模式如图2所示。
图2面向物联网的智能家居应用的运营模式
智能家居感知层:
智能家居感知层由各种控制设备、终端设备及智能家居网关组成。
从家庭控制业务分类,智能家居控制设备涉及家庭环境感知设备、家用电器设备、多媒体设备、能源监测设备、安防报警设备、家庭医疗设备等。
家庭终端是各类家庭控制设备的控制与管理平台,实现家居传感器信号的采集、控制与传输。
家庭终端应具备各类家庭情景控制模式,具备移动控制终端(如平板电脑、手机等)功能,且平板电脑、手机还可作为智能家居的远程控制终端。
此外,家庭终端还应具备泛在物联服务延伸至智能家居的管理平台功能。
智能家居网关支持家庭内的通过有线/无线方式构成的网络,包括各类现场总线、以太网、G.hn、WAPI、ZigBee、RFID、Bluetooth等;支持公共通信网络接入家庭,其中,有线接入方式可支持FTTH、xDSL、xPON等,无线接入方式可支持2.5G、3G、4G等。
针对家庭网络尤其是现场总线多种协议长期共存的状况,智能家居网关应具备无缝链接智能家居常用标准的接口与协议解析能力,即具备通用网关功能。
公共通信网络层:
公共通信网络层主要具备接入网、核心网和通信服务能力,为智能家居提供泛在服务延伸至智能家居终端及智能家居控制管理功能集成到综合业务平台的网络通道。
该层主要包括光传输、通信与网络设备,其中光传输包括光纤光缆、光器件、光接入设备、光传输设备等,通信与网络设备主要包括
3G/4G、NFC、ZigBee、蓝牙、WiFi/WAPI、M2M等。
综合业务平台层:
以通信运营商的业务平台为核心,为智能家居应用提供泛在服务的支撑和管理,其主要包括综合业务网关、业务管理与运营支撑平台。
该层的业务平台为智能家居物联网的应用层提供支撑和管理能力,上述能力可通过业务开放接口加以实现。
面向智能家居通信与业务管理,该层总体应具备以下技术能力,如智能家居设备接入与管理、业务应用接入与管理、业务能力开放与管理、业务开发部署环境、业务数据管理、网络信息安全等。
智能家居应用层:
为智能家居提供泛在服务,是物联网与智能家居融合的主要技术优势,以各类内容增值服务为支撑的泛在服务是智能家居未来的商业运营
模式创新基础。
智能家居应用层利用业务平台层及其业务开放接口,面向智能家居提供各类具体的智能家居服务。
目前面向智能家居应用主要有家庭安防、家庭控制、多媒体娱乐、家庭医疗智能电网、移动终端、小区商业配送等,其中智能电网应用可为电网与用户互动提供能源监测、主要耗能家电及回路的控制服务,为智能电网的家庭需求侧提供双向互动服务。
随着服务内容的增加与运营模式的创新,今后还会涌现其他各类面向智能家居的增值服务。
基于物联网的智能家居应用终端及其网络服务平台,为上述各类服务延伸至家庭提供了可持续发展的技术与运营模式基础。
智能家居产品融合自动化控制系统、计算机网络系统和网络通信技术,将各种家庭设备(如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、网络家电等)通过智能家庭网络联网实现自动化;通过运营商的宽带、固话和3G无线网络,实现对家庭设备的感知和远程操控。
与普通家居相比,面向物联网的智能家居不仅可提供舒适且高品位的家庭生活空间,实现更智能的家庭安防系统,还将家居环境由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具,提供全方位的信息交互。
如图3所示。
图3智能家居感知与综合业务的一体化集成终端
图5中,桌面多媒体终端可通过Internet、WiFi、3G、4G等多种方式接入业务综合管理平台,可以为用户提供丰富多彩的多媒体信息服务内容;业务接入综合管理平台起着对桌面终端和增值业务的统一接入管理,并实现与运营商对接;运营商的通信能力与增值业务,主要体现在对接运营商的IMS(IP多媒体系统)、计费、客户关系管理(CustomerRelationshipManagement,CRM)、号百、优惠劵、全球眼等。
如图4所示,各种模拟、数字、SIP终端、移动终端等智能家居的控制终端,通过PSTN、LAN或光纤等通信网络,接入智能家居应用层,实现智能家居的移动互联。
这种融合应用具有终端合一(智能感知终端融合门禁对讲产品和普通电话机)、多线合一(音视频信号传输线缆、安防报信息传输线缆融合宽带)、固移合一(普通话机、手机、平板电脑融合)等特点,为用户提供智能、便捷的服务。
图4综合业务与智能家居业务的融合应用
智能家居是“建筑自动化”在个人住宅领域的扩展。
它是以住宅为平台,利用先进的计算机技术、网络通信技术、综合布线技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的各种子系统有机的结合在一起的集成系统。
进而通过统筹管理,构建高效的住宅设施和管理系统,让家居生活更加具有安全
性、舒适性、艺术性。
具体来说,就是在住宅中建立一个通信网络,在家庭网络操作系统的控制下,通过相应的软件和硬件实现对所有家庭网络上的家电和设备的控制和检测。
智能家居关键技术主要是通信或控制协议,包括硬件接口和软件协议两部分,市场上主要分为有线与无线技术两大派别。
1)有线方式:
RS-485;LonWorks;IEEE802.3(Ethernet);X-10;PLC-BUS;CresNet等。
其中各自具有以下特点:
①RS-485总线是工业中使用非常广泛的双向、平衡传输标准接口,支持多点连接,允许创建多达32个节点的网络;最大传输距离1200m,支持1200m时为100kbit/s的高速度传输,抗干扰能力很强,布线仅有两根线很简单。
②现场总线。
国际电工委员会IEC61158对其的定义是:
安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。
现场总线一般具有开放灵活性、互操作性和互用性、对现场环境的适应性以及自身系统结构的高度分散性等,从而使系统具体较高的准确性和可靠性。
但是网络通信中数据包的传输延迟,通信系统的瞬时错误和数据包丢失,发送与到达次序的不一致等都会破坏传统控制系统原本具有的稳定性,使得控制系统的分析与综合变得更复杂,使控制系统的性能受到负面影响。
③IEEE802.3(Ethernet)通常是指以太网。
它是一种网络协议,描述物理层和数据链路层的MAC子层的实现方法,在多种物理媒体上以多种速率采用CS-MA/CD访问方式,对于快速以太网该标准说明的实现方法有所扩展。
④X-10技术虽然早在2000年左右就已经推广应用在家居自动化领域了,但是由于其自身技术存在问题及设备成本与人们需求不匹配导致很难打开市场局面。
⑤PLC-BUS即电力载波技术,其最大特点是不需要重新架设网络,只要有电线,就能进行数据传递。
但是基于其自身稳定性,很难实现在电力线上的可靠通信。
⑥CresNet总线是美国快思聪(CRESTRON)厂商的私有总线和协议,其具有简单灵活的4线网络特点,可以提供CresNet设备的双向通信和24V低压电源,并且其布线电缆长度最高可到1500m的同时还可以具有几乎允许无限种的布线配置。
2)无线方式有:
RF射频技术;蓝牙(Bluetooth);无线宽带(WiFi);ZigBee;Z-Wave;Enocean。
其各自特点如下:
①RF射频技术是通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无须人工干预,可工作于各种恶劣环境;RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便。
②蓝牙技术使用的是2.4GHz的免费频段,且蓝牙技术的程序卸载到一个较小的微芯片中并采用分散网格结构及快调频和短包技术,因此具有低成本和便于使用的特点;同时其收发器采用扩展频谱跳频技术,具有很高的安全性和抗干扰能力;采用时分双工通信,实现了全双工通信;采用调制,保证了通信的可靠性。
③WiFi俗称无线宽带,是一种短程无线传输技术,具有以下特点:
无线电波的覆盖半径可达100m;传输速度很快最高可达54Mbit/s;可以不受现实地理条件的限制,实现无须布线;辐射更小相对健康安全;应用非常普遍。
④ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本、网络容量大的双向无线通信技术,主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。
⑤Z-Wave是一种新兴的基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术。
采用FSK(BFSK/GFSK)调制方式,数据传输速率为9.6kitb/s,信号的有效覆盖范围在室内是30m、室外可超过100m,适合于窄带宽应用场合。
随着通信距离的增大,设备的复杂度、功耗以及系统成本都在增加,相对于现有的各种无线通信技术,Z-Wave技术将是最低功耗和最低成本的技术,有力地推动着低速率无线个人区域网。
⑥Enocean能量采集模块可以进行能量采集和转换,实现真正的无数据线、无电源线、无电池的通信系统;利用西门子的无线通信技术,仅仅用采集的能量来驱动低功耗的芯片组,实现高质量的无线通信技术;在保证通信距离的同时还具有超强的抗干扰能力,通过重复发送多个信号以及加密功能,保证整个通信系统的稳定性、安全性;与同类技术相比,功耗最低,传输距离最远,可以组网并且支持中继等功能。
总之,从总体技术应用角度来看智能家居主要有三类主流技术:
1)总线技术类。
总线技术的主要特点是将所有设备的通信与控制都集中在一条总线上,是一种全分布式智能控制网络技术,其产品模块具有双向通信能力,以及良好的互操作性和互换性,其控制部件也可以编程。
典型的总线技术采用双绞线总线结构,各网络节点可以从总线上获得供电,亦通过同一总线实现节点间无极性、无拓扑逻辑限制的互连和通信。
总线技术类产品比较适合于楼宇智能化以及小区智能化等大区域范围的控制,但一般设置安装比较复杂,造价较高,工期较长,只适用新装修用户。
2)无线通信技术类。
无线通信技术众多,已经成功应用在智能家居领域的无线通信技术方案主要包括:
射频(RF)技术(频带大多为315MHz或433.92MHz)、IrDA红外线技术、HomeRF协议、ZigBee、Z-Wave标准、Z-World标准、X2D技术等。
无线技术方案的主要优势在于无需重新布线,安装方便灵活,而且根据需求可以随时扩展或改装,可以适用于新装修用户和已装用户。
3)电力线载波通信技术。
电力线载波通信技术充分利用现有的电网,两端加以调制解调器,直接以50H交流电为载波,再以数百kHz的脉冲为调制信号,进行信号的传输与控制。
物联网在智能家居中的应用系统大致可以包括以下几种:
1)安防控制系统
现阶段人们对于家居生活的要求不仅仅是一个简单的具有传统居住功能的设施,而是一个温馨、舒适、安全、健康、环保的生活环境。
因此智能家居的发展直接推动了家居安防智能化的发展。
智能家居安防实际上就是把家庭控制设备连接到报警设备上,实现对非法闯入者的非法行为和突发事件进行及时报警、保护和抢救功能。
一旦系统反应,住可以第一时间收到系统的报警信号。
2)环境监控系统
利用温度传感器、湿度传感器、空气质量传感器、光线敏感度仪器等来获取当前居住环境信息资料,分析数据后自动判别并自动完成空调、地暖、窗帘、窗户、灯光等的开关控制。
随着相关技术的不断发展和成熟,智能家居环境监控系统必将有更大的创新,带给住户等多的舒适体验。
3)灯光控制系统
利用电力线及X-10传输协议,实现电话远程控制、集中控制、无线遥控、计算机控制、手机控制、定时控制、网络控制等多种控制方式,该系统一般采用最新的节能型光源(LED、荧光灯)、模块化结构设计方案,可使操作简单灵活、设计安装更方便。
同时可根据不同用户的不同需求设计出具有集中控制和多点操作功能、软启动功能、灯光明暗调节功能、全开全关和记忆功能、场景设置(如回家模式、离家模式、会客模式、就餐模式、影院模式、夜起模式、睡眠模式等)、红外、无线遥控等不同功能的设计方案。
4)家电控制系统
家庭用户可以通过连接互联网的笔记本计算机、智能手机、平板电脑等来访问家居中的家电控制系统进而根据其个人需要对各种家电、门窗、照明、阀门等设备进行无线和手动控制,也可实现在户外对上述家电设备的远程控制。
5)能耗监控系统
鉴于发电过程带来的严重污染问题和各种电能浪费现象,如何有效节能控制能耗问题已刻不容缓。
该系统主要就是通过利用能耗检测仪和智能三表采集器对家庭电器进行实时监控,针对家庭水、电、气三表能耗数据的集中采集,使住户更加清晰明了家中各个用能设备的消耗情况,从而更好地实现节能减排低碳生活。
6)医疗检测系统
利用ZigBee短距离无线通信技术,实现人体生理参数(心电、血压、脉搏)的连续、实时、动态检测,在检测人体参数的同时不影响用户的正常生活,并且具有很高的检测精准性。
家里有病人或者老人的情况下,可以通过摄像头或健康设备与社区医院联网远程进行监控或者检诊。
此外还有电动窗帘控制系统、空调地暖控制系统、家庭背景音乐控制系统、家庭影院娱乐系统等。
3.物联网在智能家居领域发展所面对的问题和应用前景
虽然家居行业顺应时代超前走上了智能化路线,成功创下了家居行业的一朵奇葩,并且在高速前进的趋势过程中经历了一次发展的革命,但是在发展中仍然存在一些问题,主要有以下几方面。
1)缺乏统一标准
智能家居市场虽然发展多年,但是各个软装、墙纸、家具、衣柜厂家还是各自为战,缺乏统一标准,无形中产生一些技术壁垒,无法为用户提供完全解决方案。
因此,在泛家居成为“大势”的时节,各个行业应携手抱团取暖,不仅能共度家居寒冬,更能大力发展智能家居产业。
2)价格太高
现有的智能家居产品价格动辄上万,甚至几十万,产品多集中在别墅和复式住宅等高端家庭,高的价格让普通家庭望而却步。
一些产品一味追求功能的华丽,忽视了普通用户在家居生活中最基本、最朴实的需求。
3)安装繁琐,使用复杂
大部分智能家居系统往往要求用户穿墙打洞,在装修时候就完成整套智能家居的安装。
对于普通家庭来说繁琐的装修令其感到无所适从,担心影响现有的装修,只好打消这个念头。
对于老人与小孩这两类智能家居的使用者,操纵复杂的智能家居系统有相当的困难,更甚者一些复杂的功能还会令青年人大感头痛。
2011年8月25日,由全国智能建筑及居住区数字化标准化技术委员会、住房和城乡建设部IC卡应用服务中心、城市物联网技术研究院主办,秦皇岛尼特智能科技有限公司协办的“物联网智能家居技术研讨会”在河北省秦皇岛市召开。
来自智能家居行业的专家、厂商代表和全国各地的集成商代表共百余人出席了会议。
会议上针对物联网、智能家居和三网融合方面的技术问题,中国电子科技集团第54研究所首席专家孙玉发表了题为《建筑电子中的物联网概念和三网融合问题》的主题讲演;武汉大学自动化系教授周洪详细讲解了基于电力光纤入户的三网合一智能家居系统的研究与开发情况;工业和信息化部电子科技情报研究所霍云福对于物联网及智能家居相关激励政策进行了解读。
总之,物联网在智能家居领域有很大的发展空间,物联网才刚刚敲开智能家居的大门,物联网可以更深入的进入到智能家居领域,发挥更大的作用去改善人们的生活。
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