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无线传感网络课程设计作业
物联网之未来的智能家居系统
——House Stage
不知不觉中时光在悄悄的流逝，转眼之间，我选择这个专业已经两年了。从一开始的不知物联网为何物的懵懂少年，成长为了一名热爱物联网技术并坚定的以它为未来目标职业的物联网发烧友。这其中经历了太多太多。今天就接着这个机会，来谈一谈我内心中对智能家居系统的一种设计理念。
目前在全球范围内，都有一股对物联网技术的推崇，其中以智能可穿戴设备，智能家居，车联网为主导方向。而在其中，谷歌与苹果相继发布了关于Self-Driving Car与IWatch的相关信息后，关于物联网技术的应用更是达到了一个白热化的阶段，各种各样的智能设备也随之活跃起来。但是智能家居系统却始终处在一个较为尴尬的局面，市场上主要以智能家居单品为代表。究其根源，一方面有用户体验方面的原因，另一方面也有在安全方面的原因。而我的House Stage主要设计是出于用户体验方面的考量。
首先，用户在使用智能家居系统时，首要的考量便是完全性的问题，因此我设计的House Stage使用的协议为ZigBee协议。之所以选择这样的协议主要是对比WiFi协议，ZigBee协议具有低功耗，成本低，短时延，组网能力强，安全性能高等优势，而它的缺点也比较明显，那就是对于数据传输的速率比较低。但是对于实现家庭自动化的智能家居系统来说，这并不是问题。目前市场上的智能家居系统主要是采用WiFi协议，一方面WiFi协议开发成本高，导致后期智能系统价格不够亲民，群众接受度不高，而且安全性差，达不到群众内心中对智能系统的最基本要求；另一方面，WiFi组网能力不强，能够接受的有效节点数只有32个，这对于普通用户家庭中所拥有的家电数目显然是不太够的。同时，用户在使用智能家居系统时也会考虑到平时的功耗问题，而ZigBee不仅工作时耗电少，而且支持休眠模式。平时不用工作时可以处于休眠状态，用户需要使用时直接唤醒即可，另外ZigBee从休眠状态转换到工作状态所花费的时间非常的短，具有较好的用户体验。考虑到用户家中可能设置有无线路由器并使用WiFi接入网络，所以在House Stage中会引入抗干扰机制，采用非协作方式，通过动态信道分配，来减少ZigBee与家庭WiFi的冲突。同时使用ZigBus总线协议，添加多级无线信号的有线中继，解决了多楼层多单元之间的信号覆盖问题。对于家庭中平时采集的数据则存放在后台数据库中，采用一套轻量级数据库加密技术，并且通过物理网络地址绑定，允许绑定多个物理地址。只有通过事先设置好的终端才能进行查看，并且用户可自行设置数据的最大存活周期。这都大大提高了系统的安全性，满足了用户对系统安全性的需求。其次在功能方面，整个系统可分为安防监控系统和智能操控系统。在安防监控系统中，使用了系统集成的无线网络摄像头以及各种安防传感器如红外线探测器，烟感/煤气传感器，智能门锁控制等。同时安防系统支持3G网络，当用户不在家时，可以通过手机等移动终端查看家中的情况。当有小偷或是发生火灾等重大紧急情况，在向用户发送紧急信息的同时，也会接入到当地公安机关和消防部门等。如果家中有老人或者小孩发生意外，系统还会发送警告信息给用户，帮助用户妥善处理这类问题。不仅如此，当有访客来访时，系统也会对访客进行拍照，并且发送到用户手机上，用户可以考虑是否接待客人。如果用户选择接待，则系
统开门迎接，并打开部分娱乐性的家电供访客打发时间。如果用户此时不方便接待，则可以选择不接待，此时系统会自动播放录音，可以是用户自行设定的录音，也可以是系统默认的录音。同时支持黑名单功能，用户一旦将来访者列入黑名单后，系统今后将自动拒绝来访者的来访请求。而智能操控系统则包括了智能灯光控制，智能家电控制，智能家居情景模式切换，智能环境监控等。在智能灯光控制方面，支持手机电脑远程控制，兼容多种情景模式，如会客，家庭影院，派对等，同时也支持智能感应。在晚上的时候，当有人起夜时，系统通过传感器检测到有人夜间活动，便会亮起电灯，当人离开时又会自动关闭。当然此时的安全监控系统是开启的，门磁也处于工作状态，所以能够识别盗贼。另外在智能家电控制功能中，用户不仅可以通过移动网络对家里的家电进行操控，在没有网络的情况下，也可以通过将手机短信发送到家里的系统控制终端来达到操控目的。打个比方，在夏天酷热难耐时，你正好在赶回家的路上。此时的你想必是希望快点回到家中躲避这样的酷暑吧。但是，即便回到家中，打开空调到室内温度达到一个舒适温度也需要数分钟的时间。如果拥有这样的一个系统，你只需要设定好温度和时间并将信息发送回家，系统终端接收到信息后便会通过相应的智能开关打开空调进行制冷。这样一方面即可实现用户远程控制家电的想法，另一方面，使用智能开关更加具有灵活性，即便不是智能家电设备也可以进行轻松调控。可如果你在家想看一场电影而又苦于没有在电影院看的那种感觉，亦或是你想开一场派对却又懒得布置环境，那么拥有这套系统就可以轻松帮你搞定。用户只需要在系统终端中选择到智能家居情景模式切换，并选择相应的模式即可。比如用户选择了影院模式，灯光便会自动调整为影院模式，同时窗帘自动拉上，各种音频视频设备自动打开，DVD机智能选择播放用户喜欢的电影。又或者用户选择派对模式，系统会将普通灯光换成彩色闪灯，在打开各类音频视频设备的同时，还能智能调控音量大小，让用户既能玩的尽兴又不用担心噪声扰民。另外用户只需准备好相应的食材，并在网上下载相应的烹饪算法，然后将这一切交给智能家居便可。而对于智能环境监控这个功能来说，它通过调用分布在家中各处的温度湿度传感器对家居环境进行检测，并自动控制中央空调调节温度和湿度，还可通过光传感器，在白天的时候检测家中的采光情况，并控制窗帘和窗户进行光线调节，给用户营造一个舒适的家居环境。
以上便是我对智能家居系统的一个设想，其中部分功能已经现世，但仍然不完善，有一些功能则尚未开发出来。另一方面在系统组成架构上是按照课本上及其相应的一些专业知识进行合理的构想组合，并认为有一定可能可以实现的，并且我认为这样的一套系统在未来10~20年内有可能被开发出来。因为其中的大部分技术与协议是现今所有的，只是通过重新的组合，以一种新的方式呈现出来。但是由于某些协议中的技术标准尚不完善，并且大部分市场尚未打开，所以需要一定的时间来完善。同时这也是我对无线传感器网路技术及其应用这门课程学习后的心得体会的缩影，绝大部分资料来源于课本和之前的物联网导论及其自己平时经常关注的一些国外较成熟产品的功能，整片文章纯手打，来源于互联网的资料少之又少，无任何抄袭复制的成分。
学习心得
经过了一个学期的无线传感网络技术及其应用的课程学习，我对物联网的了解更加深入了一点，从以前只知道事物之间可以互联互通，到现在对相应技术及
其相应的协议算法等都有了一个比较初级的了解，从物理层，数据链路层，网络层，传输层，应用层具有涉猎。单从课程角度来讲，课程内容比较偏理论化，个人感觉缺乏相应的实验教学导致所学的内容与实操偏离较远。但老师的教学相当不错，能够尽可能的以生动形象的比喻来说明，这点是非常好的。