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。