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物联网智能家居技术
摘要：近年来，物联网因其广阔的行业应用前景而受到了各国政府的重视，物联网产业已经成为推动世界经济增长的重要新兴产业，物联网智能家居技术也受到了人们的广泛关注。本文首先介绍了物联网智能家居技术的基本概念及发展历史，分析了物联网智能家居技术的实现形式，最后结合发展现状提出发展建议，为物联网智能家居技术的发展提供参考。
1 物联网智能家居发展概述
1.1 物联网发展概述
物联网（Internet of things）是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段，它是指将各种信息传感设备，如无线传感器网络节点、射频识别(RFID)装置、红外感应器、移动手机、PDA、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络，使物体变得更加智能化，并借助无线网络，实现人与物以及物与物的对话。
1991年美国麻省理工学院（MIT）的Kevin Ash-ton教授首次提出物联网的概念，1999年美国麻省理工学院建立了“自动识别中心（Auto-ID）”，提出“万物皆可通过网络互联”，阐明了物联网的基本含义。早期的物联网是依托射频识别（RFID）技术的物流网络，随着技术和应用的发展，物联网的内涵已经发生了较大变化；2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布《ITU互联网报告2005：物联网》，引用了“物联网”的概念。物联网的定义和范围已经发生了变化，覆盖范围有了较大的拓展，不再只是指基于RFID技术的物联网；2009年2月24日，2009IBM论坛上，IBM大中华区首席执行官钱大群公布了名为“智慧的地球”的最新策略。此概念一经提出，即得到美国各界的高度关注，甚至有分析认为IBM公司的这一构想极有可能上升至美国的国家战略，并在世界范围内引起轰动。
2009年8月，温家宝“感知中国”的讲话把我国物联网领域的研究和应用开发推向了高潮，无锡市率先建立了“感知中国”研究中心，中国科学院、运营商、多所大学在无锡建立了物联网研究院，无锡市江南大学还建立了全国首家实体物联网工厂学院。自温总理提出“感知中国”以来,物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入“政府工作报告”，物联网在中国受到了全社会极大的关注，其受关注程度是在美国、欧盟、以及其他各国不可比拟的。物联网的概念已经是一个“中国制造”的概念，它的覆盖范围与时俱进，已经超越了1999年Ashton教授和2005年ITU报告所指的范围，物联网已被贴上“中国式”标签。2012年2月14日，中国的第一个物联网五年规划——《物联网“十二五”发展规划》由工信部颁布。《物联网“十二五”发展规划》圈定9大领域重点示范工程，分别是：智能工业、智能农业、智能物流、智能交通、智能电网、智能环保、智能安防、智能医疗、智能家居
如今，物联网被视为继计算机、互联网和移动通信网络之后的第三次信息产业浪潮,因其广阔的行业应用前景而受到了各国政府的重视。
1.2 智能家居发展概述
智能家居（Smart Home），或称智能住宅，是以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。智能家居还可以定义为一个过程或者一个系统，利用先进的计算机技术、网络通信技术、综合布线技术，将与家居生活有关的各种子系统有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、节能。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间，还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换功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，节约各种能源费用。
智能家居概念的起源较早。20世纪80年代初，随着大量采用电子技术的家用电器面市，住宅电子化开始实现；80年代中期，将家用电器、通信设备与安全防范设备各自独立的功能综合为一体，又形成了住宅自动化概念；至80年代末，由于通信与信息技术的发展，出现了通过总线技术对住宅中各种通信、家电、安防设备进行监控与管理的商用系统，这在美国被称为Smart Home也就是现在智能家居的原型。[1]
1.3 物联网智能家居技术
目前智能家居作为家庭信息化的实现方式，已成为社会信息化发展的重要组成部分。物联网成为全球关注的热点领域，被认为是继互联网之后最重大的科技创新，物联网因其巨大的应用前景，将是智能家居产业发展过程中一个比较现实的突破口，对智能家居产业的发展具有重大意义。物联网的发展也为智能家居引入了新的概念及发展空间，智能家居可以被看作是物联网的一种重要应用。
基于物联网的智能家居，表现为利用信息传感设备（同居住环境中的各种物品松耦合或紧耦合）将家居生活有关的各种子系统有机地结合在一起，并与互联网连接起来，进行监控、管理信息交换和通讯，实现家居智能化。其包括：智能家居（中央）控制管理系统、终端（家居传感器终端、控制器）、家庭网络、外联网络、信息中心等。
近几年国家对物联网等新兴产业的支持，加速了基于物联网技术的智能家居迅速扩展。物联网智能家居基于家居内实体（包括设备、人和环境）的信息互联，一方面可以实现对客观环境以及用户主动行为更加全面、准确、智能的感知和判断，并通过各类设备的协同和联动，相互配合地主动为用户提供适用信息及服务，从而真正构建出“以人为中心”的智能家居环境；另一方面家庭的各个子系统与网络也不再是独立的孤岛，可以与社区等外界信息和服务相衔接，从而更加智能地满足用户在家庭中的多种需求，形成更加丰富、方便和更高品质的生活模式。
2 物联网智能家居功能实现
将物联网技术、智能家居系统等智能化科技完美融入现代住宅已经成为未来住宅发展的方向之一。物联网通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议把任何物品与互联网连接起来进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。物联网智能家居技术实现形式包括智能控制、家庭安防、节能减排等方面。
2.1 智能控制
物联网智能家居技术可以通过各种监控终端，如手机、平板电脑、电视、计算机上嵌入物联网智能家居通用管控应用，建立用户与物联网智能家居间的统一访问与交互界面，实时全面地了解家居的所有状态信息，并实现对所有家居设备的操控。
早上醒来，房间内的灯光、窗帘、空调、音响等都相应进入预定的工作状态。上班前，选择外出模式，电器自动关闭，门窗闭合，房子自动开始警戒。在上班时，通过手机或电脑上网管控家中的电器。当家中的电器出现异常时，可通过短信及时通知主人。下班的路上，发个指令让电饭煲开始煮饭，给空调、热水器和洗衣机发个短信，它们立即开始工作。打开家门屋子里已经是舒适宜人的温度，米饭已经熟了，洗澡水烧好了，衣服也洗干净了...... 回到家拿起智能遥控器，随心操控各类设备。畅快的享受数码高清大片带来的震撼；躺在软软的床上，遥控灯光让环境变得温柔；远离一天的嘈杂，享受此时属于自己的静谧；入睡之前，窗帘在遥控器的指令下徐徐拉上，带着刚才满眼的星光一同入梦...... 这些就是物联网生活的一部分体现，这已经不再属于科幻范畴，现代家庭物联网系统已经让这样的生活成为现实，并且预计在五至十年间普及。
2.2 安全防范系统
物联网智能家居技术的安全防范系统包括多类异构安防传感器和执行器、网关以及物联网智能家居平台的物联网智能家居安防系统，可以与服务机构联动形成综合安防系统，根据安防传感结果对家居环境进行自动管理和远程管理；且可以基于家居状态智能感知与分析技术，识别典型异常事件，建设异常事件认知应用服务，实现智能安防。智能安防可以实时监控非法闯入、火灾、煤气泄露、紧急呼救的发生。一旦出现警情，系统会自动向中心发出报警信息，同时启动相关电器进入应急联动状态，从而实现主动防范。[2]
当家中有外人入侵、火灾隐患等情况时，系统会以手机短信等方式第一时间向主人和物业管理中心报警。当主人忘记关闭燃气阀，系统就会发送报警信息至主人手机，主人便可通过手机短信、网络等方式关闭智能燃气阀；如果家中发生燃气泄漏，系统发送报警信息通知主人，并自动关闭燃气阀，能在最大程度上减少人身、财产的损失。视频监控系统对房屋周围进行安全布防，一旦遇到非法入侵，系统会主动拨打电话给物业管理中心报警，留下宝贵的影像资料，并第一时间发送手机短信通知主人。
结合了物联网智能家居技术的一个完整的门禁系统，由读卡器、控制器、电锁、出门开关、门磁、电源、处理中心这八个模块组成，无线物联网门禁将门点的设备简化到了极致：一把电池供电的锁具。除了门上面要开孔装锁外，门的四周不需要设备任何辅佐设备。无线物联网门禁系统的安全与可靠首要体现在无线数据通讯的安全性包管和传输数据的安稳性两个方面。相比于传统安防门禁系统，物联网智能家居门禁系统简洁明了，大幅缩短施工工期，也能降低后期维护的本钱。
2.3 绿色节能功能
通过物联网智能家居的服务平台，面向节能降耗这一目标协同管理各种家电设备服务，可以在保证用户舒适和便利的前提下，实现对能量的高效使用。
如针对家居环境中所涉及的几类主要能源系统，提供能源使用情况的实时监控及管理，并建立节能情境感知服务，由服务机构提供能耗感知和用电设备之间的联动，有效地降低不必要的能源消费。居家过日子，不仅要安全、舒适，还要节能省钱。系统可以通过人走灯灭、电器用电报告等方式来体现节能，省去主人不必要的浪费。当主人回到家，灯光、窗帘将会自动开启，离家时灯光、窗帘自动关闭。当主人在各房间内移动，灯光也会即开即灭，省去手动开关的同时又实现了节能。如果主人想随时了解家中各电器的用电情况，系统还可随时记录各电器的用电情况并给主人提供合理的用电报告，既体现了人性化，又实现了绿色节能，一举多得。[3]
在物联网中，网络连接不再是虚拟的，家电、传感器、任意物体通过互联网连接在一起，随时进行信息交换和远程控制。通过物联网所有的物体将会充满“智慧”，家里的主人就像魔术师，一种新的生活方式即将开启。智能家居的实现，意味着在我们看到或看不到的地方，会有不同的检测采集装置、控制设备、或输出设备，使我们的生活更便捷、更安全。物联网智能家居的出现，让这样的生活场景成为现实：用一台计算机监控器，就能对家中的家电、照明、窗帘、浴缸、报警求助装置进行智能控制。手机一打或计算机一敲，空调会为你调至最佳温度，洗衣机会洗涤你留下的衣物，冰箱会通过网络到超市要求进货…… 我们可以期待的是，不久的将来，物联网智能家居技术的运用将有更广阔的空间。
3 物联网智能家居发展机遇与挑战
目前，物联网智能家居技术虽取得了一定的进展，但到大规模应用还有很长的路要走，诸多环节还有待加强完善。
随着物联网智能家居技术的普及和迅速发展，物联网将广泛用于智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、智能家居、老人护理、个人健康等多个领域，其中在智能家居领域的应用发展将以最快的速度拓展开来。目前国内部分城市在加紧建设物联网项目，而某些通信运营商也将逐步推出相应的智能家居服务，物联网的建设将大大推进智能家居产业化的进程。我国在物联网方面的发展有以下五大优势：
第一，我国早在1999年就启动了物联网核心传感网技术研究，研发水平处于世界前列；
第二，在世界传感网领域，我国是标准主导国之一，专利拥有量高；
第三，我国是能够实现物联网完整产业链的国家之一；
第四，我国无线通信网络和宽带覆盖率高，为物联网的发展提供了坚实的基础设施支持；
第五，我国已经成为世界第二大经济体，有较为雄厚的经济实力支持物联网发展。
我国已将物联网正式列为战略性新兴产业之一，并成为“十二五”规划的重要内容。物联网与家电产业的融合乃大势所趋。近年来，一些智能家居的物联网系统已推向市场。此外，众多科研机构和有实力的公司，也已经看到这个市场的广阔前景，开始研究并相继开发出相关系统和产品，进入物联网智能家居这个全新的领域。但同时我们也不能忽视伴随着机遇而来的挑战，物联网智能家居技术仍旧面临着诸多问题和挑战，需要得到重视。
第一，物联网智能家居技术缺乏统一完整的标准体系。目前从事于物联网研究的企业很多，物联网的相关产品也很多，智能家居市场上相关的产品可以说是多种多样，各家有各家的产品技术。然而市场上还没有一整套统一的行业标准，导致市场上出现了大量互不兼容的产品，这直接影响产品间的相互识别和感应，而最终受害的将是用户，同时也给厂商在生产、推销自己的产品时带来了很大的困扰。统一完善的标准体系的缺乏直接影响到物联网的发展。
第二，跨产业合作。智能家居行业的发展，不仅仅是安防行业的发展，它的发展同时也离不开家电、IT和系统集成商的密切合作，只有这样才可以整合各自特有的优势，开拓出一片新天地。这在某种程度上阻碍了智能家居发展的步伐。面对无限可能的智能家居市场，企业之间应当实现跨产业合作，从真正意义上整合彼此间的优势，尽快做大做强。可以说，谁能从根本上实现跨产业合作，谁就能占领市场。
第三，安全问题。物联网可以将电视机、冰箱、洗衣机、空调、微波炉、灯具等家用电器连接成网，并能通过网络对其进行远程操作，这是一种便捷。但是，随之而来的安全威胁也由网络世界延伸到到物质世界。未来的信息安全威胁，已经不只停留在网络安全的范围，而是已经走进了我们的生活，形成了对物理空间的安全威胁。物联网中非常重要的技术是射频识别RFID 技术，由于物联网感知层嵌入了RFID芯片，一个芯片如果设计不良或没有受到保护， 不仅能方便地被物品主人所感知，同时其他人也能进行跟踪或截获这些感知数据。特别是当成千上万条被感知信息同时通过无线网络进行传输时，节点信息的安全性相当脆弱。确保这些来自不同节点的感知数据在传输过程中得到强大而有效的安全保护，这将是物联网亟待解决的安全问题。
第四，物联网智能家居技术的有效融合。物联网智能家居技术结合了物联网和智能家居的基本技术，但是在两个技术融合的过程中，还需要对物联网智能家居情境感知技术（包含情境信息获取、情境模型与表示、情境信息融合、情境信息查询、解释和发现等技术）、网络融合通信技术（包含家居网关语义融合通信技术、异构网络多协议互操作等技术）、家居智能信息处理和决策支持技术（包含海量信息数据实时挖掘、数据建模和推理等技术）、家居安全技术（多协议层数据安全技术融合）、中间件技术、人性化服务终端软硬件技术等多项技术进行研发，提供可以满足用户真实需求的物联网智能家居技术体系，并引导物联网智能家居产业链的形成和良性发展。
在物联网给智能家居产业带来机遇的同时，物联网和智能家居所面临的问题同样是不可忽视的，挑战与机遇并存。
4 总结
智能家居是人们追求高品质生活的体现，它的存在势必掀起一场人们生活习惯的变革。智能家居行业在中国乃至全世界都有广阔的前景，是一个朝阳行业，就目前的发展趋势分析，预计在今后的几年内全世界将有近亿的家庭构建智能、舒适、高效的家居生活。智能家居正在成为一个大的产业，它蕴含着巨大的市场潜力。物联网大潮下的智能家居行业前途一片光明，未来充满无限机遇与可能，物联网大潮下的智能家居发展迅速，前景不可估量。

参考文献
【1】 童晓渝,房秉毅,张云勇.物联网智能家居发展分析.移动通信,2010,9
【2】张永刚,王斌.物联网技术在智能家居中的应用.智能建筑与城市信息,2012,2
【3】刘丽娜.物联网引领智能家居新生活.智能建筑与城市信息,2011,2