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基于4G和云计算的智能家居系统相关分析

【摘要】在云计算以及 4G通信技术日益普及的时代背景下,人们也加强了对智能家居系统的研究.基于这种情况本文首先介绍了智能家居系统的设计方案,并在此基础上从家庭内部网的建立、接入网设计、信息处理系统设计以及监控客户端等几个方面对智能家居系统进行了详细分析,具有一定的借鉴意义.【关键词】 4G 云计算智能家居系统

引言：智能家居系统和普通家居不同,它除了具有居住功能之外,还可以提供高品位的、舒适的家庭生活空间,这种极具能动性的智能家居,不仅可以优化人们的生活,而且还能够降低能耗,符合新时期的可持续发展理念.另外,4G网络以及云计算的应用,为智能家居系统的设计创造了便利的条件,因此在这种情形下,对基于 4G和云计算的智能家居系统进行分析就具有一定的时代意义.

一、系统设计方案

该系统主要由家庭内部网、远程接入网、监控客户端以及数据处理系统等四部分构成.利用家庭内部网对家具设备数据进行采集,再利用远程接入网将传感器数据、高清视频数据等传给云计算中心,并通过其数据系统对数据进行存储、分析、融合,同时做出智能决策,最后将分析结果传送给监控客户端.另外,也可以用手机、PC机等对家具设备进行驱动,实现远程访问及控制,具有操作灵活、成本低等优势.

二、家庭内部网的建立

家庭内部网是由家具、影音、资源共享以及安防等众多子系统构成的.比如用户可以利用家具系统对室内环境参数进行了解,可以利用安防系统对家庭安全进行监控等.

1、组网方式.对于家庭内部网而言,其在组网过程中所使用的是 ZigBee技术.ZigBee节点的动态组网能力比较好,网络节点可以对其他节点进行感知,进而建立结构化网络.如果节点发生故障或者是位置发生了改变,网络也可以进行自我修复,并调整网络拓扑结构,确保系统可以正常运行.在本系统当中,可以将温度传感器、湿度传感器以及光照传感器等作为 ZigBee网络子节点,也可以将控制室内照明以及自动窗帘等的执行设备作为子节点,Mesh网络拓扑包含路由器及终端两个部分,在网络中,各个节点可以通过无线多跳方式进行连接,可以将相邻节点作为中继.对于无线骨干网而言,主要是由 Mesh路由器构成,利用家居网关和外部网络进行通信.对于 Mesh终端来说,具有网络互联、分组转发等功能,各个节点都可以和其他节点进行通信.所有数据可以利用家具网关和网络协调器进行通信,最后再通过TD-LTE网络将数据传给云计算中心 [1].

2、网关设计.对于网关体系结构而言,主要包括硬件驱动层、服务层、操作系统层、数据感知及融合层和应用层等五部分构成.各层软件都具有一定功能,同时利用接口函数为其他层提供相应服务.对于硬件驱动层而言,可以对ZigBee模块、TD-LTE模块的驱动进行描述；对于操作系统层来说,移植了 Linux操作系统,其功能包括进程管理调度、内存管理以及进程间通信等；服务层移植了文件系统及 Web服务器,用户可以利用 PC机对系统进行远程控制；应用层具有多种标准应用服务,如环境感知服务、信息存储服务等.

三、4G接入网设计

应用 4G无线网络,可以对信息传输系统进行设计,该系统的稳定性及鲁棒性等都比较强,同时在发生故障时可以进行自我保护.对于家居网关而言,可以利用无线接入距离比较近或者是信号强度比较高的 eNode B基站,利用 4G回传网络将通过相机网络收集到的数据传给 SGW,然后再利用 SGW和 IDC将数据传给 IDC数据处理中心.

四、信息处理系统设计

本文以智能家居中的火灾预警系统为例对信息处理系统进行分析.该系统的主要作用是及时报警、预报火情.火灾预警系统使用的是多传感器的数据融合,通过家居环境中的各个传感器对各种信息数据进行获取,对火灾特征进行提取,通过推理系统推测火灾发生概率,便于家居系统可以对明火进行报警或者是对阴火进行预警.如果满足预警条件,可以利用网络对户主或者是管理人员进行通知.其中对于传感器而言,主要包括温度传感器、湿度传感器、光感应传感器、烟感传感器以及 CO传感器等.传感器可以利用 ZigBee将信息传到网关平台,再通过 4G网络将其传给云计算中心.在处理数据、融合数据等基础上输出决策结果,并对声光报警、主人报警、社区报警等联动执行设备进行启动 [2].

五、监控客户端

本系统所使用的是 B/S模式,可以通过 MySQL数据库、Apache服务器以及 PHP语言进行开发,开发结束后,可以将程序安装在云计算中心里的虚拟主机空间中,在注册域名之后,用户就可以使用了,该系统不仅可以用于智能监控,同时也可以将其视为中心.

结论：总而言之,智能家居系统的研发过程十分复杂,需要研发人员充分利用 4G网络通信、云计算等技术,进而对其进行深层次地研究,挖掘它的潜在价值,本文也是基于相关技术对该系统进行了详细分析,希望可以为研发人员提供一些帮助.

参考文献

[1]宫辰 .基于云计算的智能家居管理系统设计与应用 [D].南京邮电大学 ,2014.

[2]岳敬华 .基于云服务的智能家居系统的研究与设计 [D].杭州电子科技大学 ,2014.

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