何驰
摘要：物联网技术是智能家居的核心技术支撑，智能家居是物联网技术在智能家庭中的应用体现。当前网络和智能技术高速发展融合的背景下，智能家居作为具有巨大市场潜力的新兴产业，无论是IT终端制造厂商、互联网运营商、服务商和传统家电制造商均把它视为新的增长爆发点。本文通过对物联网技术在智能家居领域的应用来说明物联网的运用对智能家居系统技术进步、功能扩展、服务、达到满足人们对安全、舒适、方便和绿色环保的需求的作用。
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关键词 ：物联网技术；智能家居；应用
一、物联网概述
物联网的英文描述为“The Internet ofthings”，即“物——物相连的互联网”[1][2]。物联网的基础核心仍旧是互联网，它在传统互联网人与物互通的基础上，实现物与物互通，是互联网发展的应用和业务层面的拓展。其主要特征是全面感知、可靠传递和智能处理。全面感知是指利用RFID、二维码、传感器等随时随地获取和采集物体信息；可靠传递是指通过无线网络和互联网的融合将物体信息准确传递；智能处理是指利用云计算、数据挖掘及智能识别等人工智能技术对海量数据信息进行分析处理，完成对物体的智能化控制。
物联网的概念在1999 年被提出，是在互联网的基础上，利用射频识别技术、无线数据通信技术等构造出的一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网。2005 年11 月17 日国际电信联盟发布《ITU 互联网报告2005：物联网》，重新提出了物联网的概念[3]，并对其进行了扩展，不仅局限于RFID技术。2009年1月28日，IBM 首次提出“智慧地球”的概念。随后，美国将物联网列为振兴经济的一个重点。此外，欧洲、韩国、日本等国家也把物联网产业作为振兴国家经济的一个核心产业[4]。2009年8月，温总理提出了“感知中国”的概念，自此物联网被列为国家五大新兴战略性产业之一，在中国受到了极大的关注[5]。
物联网是在网络技术、传感技术及通信技术日趋成熟的条件下出现的，它是一种体现物与物之间新型关系，将所有物品通过射频识别、二维码、无线数据通信等智能感知技术与互联网连接起来，的具有智能化识别、控制与管理功能的网络系统，其中可能涉及多种信息传感设备，比如射频识别装置、二维码扫描装置、红外感应装置、各种传感器等。
物联网从产生之初到现在，已经被应用到众多领域，如智能交通、智能消防、工业检测、老人护理、食品溯源和情报搜集等。毫无疑问，物联网也将对智能家居领域产生深远影响。基于物联网的智能家电必将为人们提供未来生活方式的全新解决方案。将物联网技术应用到家用电器中，可以使家电具有智能感知及信息网络功能，能使家庭中的家电设备之间信息交互、家电设备与产品和用户之间也可以进行信息交互，方便人们的日常家居生活，使生活方式更加合理，生活模式更舒适、健康、环保。
关于物联网的概念，目前没有统一的标准。但是综合来看，物联网是一种实现物-物相连的智能网络，它主要依赖于智能感知技术、无线通信技术、遥感技术、智能数据处理技术[5]等，是在互联网的基础上发展起来的。物联网从产生之初到现在已经被应用在越来越多的领域，如物流、交通、产品安全监测、路灯管理、智能电力[6]、医疗[7]等。智能家电与智能家庭的发展，用户新增的需求，使广大厂商和研究人员发现，智能家居也是物联网发展的一个重要领域。[8]IT终端制造厂商、互联网运营商、服务商和传统家电制造商正在进行此方面的研究，也逐渐推出基于物联网技术的产品。物联网技术使得家电在智能化控制的基础上，实现了商品与设备的关联及设备之间的关联，展现出了一种更加智能化的便捷、健康、环保的家居场景。
二、智能家居系统概述
目前，智能家居系统没有一个统一的定义或者概念，百度百科的解释是：“智能家居（英文：smart home, home automation）是以住宅为平台，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、音视频技术将与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。能提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。”
2012年4月5日中国室内装饰协会智能化委员会《智能家居系统产品分类指导手册》把智能家居系统产品共分为二十个分类包含了：控制主机（集中控制器）、智能照明系统、电器控制系统、家庭背景音乐、家庭影院系统、对讲系统、视频监控、防盗报警、电锁门禁、智能遮阳（电动窗帘）、暖通空调系统、太阳能与节能设备、自动抄表、智能家居软件、家居布线系统、家庭网络、厨卫电视系统、运动与健康监测、花草自动浇灌、宠物照看与动物管制。
由此可知，智能家居是一个系统的概念，融合了网络信息技术（有线、无线）、智能家电技术、自动控制技术等技术，将家庭平台上与信息相关的信息设备、智能家电和家庭安保装置，通过综合布线技术连接到一个家庭智能化系统上进行集中的或异地的监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调。这些功能都是通过智能家居系统中的家庭网络控制来实现的，通过家庭总线系统提供各种服务功能、并和住宅以外的外部世界相通连。智能家居系统通过网络化的综合管理家中设备，来创造一个优质、高效、舒适、安全、便利、节能、健康、环保的居住生活环境空间。[9]
笔者认为智能家居强调的是整体的环境，包括健康环境、人机互动的环境、安全的环境、经济的环境，以用户体验为核心的整体环境的创造。
健康的环境包含舒适的温度、优质的空气、适宜的水温等；人机互动的环境主要指智能化的体验、便捷的人机互动的界面和高集成度的人工智能应用；安全的环境包括家庭安防监控和网络环境自身的安全；经济的环境主要体现在系统本身的经济合理（如系统价格）及家庭应用的经济合理（如节水、节电、扩展方便）。
三、物联网技术在智能家居领域的应用
物联网技术主要包含三个层面，即感知层面、网络层面和应用层面。物联网常见的感知技术包括RFID 技术、二维码技术、传感器技术、摄像头、GPS 等；进行网络传输的技术主要包括3G、Wi-Fi、蓝牙、接入网等；计算技术主要是指进行海量数据处理的技术包括数据挖掘和数据推送。网络层面包含电信运营（移动、有线、卫星通信网络等）、物联网运营（信息中心、管理中心等）、平台、软件、系统设备、系统集成及终端设备。应用层面包含环境监测、智能交通、智能建筑、智能家居、远程医疗、城市管理、公共安全、工业监控、绿色农业、资源管理等。
物联网技术在智能家居的应用包含了家居环境控制、家庭安防、智能家电等多个领域，一个完全的智能家居系统按照前文所述包含了20个子系统。在物联网技术支撑下，用户可以将家用电器之间组成一个物物相连的网络，然后在互联网的基础上，对家庭中的设备、产品进行监控；在家电或者产品发生故障时能够通过网络自动进行短信、电话等智能报警；家用电器能够智能地记录用户的生活习惯和生活方式，利用数据挖掘、情境感知等技术为用户进行合理的信息推送，实现人与家电、环境、产品的自然交互。
物联网技术贯穿智能家居从终端设备的研发、系统集成及运行到用户使用的全过程。从技术角度来看，物联网智能家居技术的核心技术是通讯或控制协议，涉及硬件接口和软件协议两部分，可以简单的划分为无线与有线技术。
有线技术包含了RS485、IEEE802.3(Ethernet)、EIB/KNX、LonWorks、X- 10、PLC-BUS、CresNet，AXLink 等。其中X-10，PLC-BUS 是专门针对智能家居行业制定的通讯技术。X-10电力线载波技术在上世纪70年代产生，在我国2000年前后引入并开始推广，该技术可以在电力线上通讯，免于智能家居系统部署的时候另外布线。该技术对电网运行环境依赖性较高，由于设备成本、技术稳定性及信息安全等问题市场局面一直难于打开。PLC-BUS 提高了一定的通讯稳定性，但是难以保证持续稳定的质量，对电网环境的依赖性仍旧很强，使用成本和信息安全的问题无法根本性解决。尽管电力线载波技术已经有40多年的技术积淀，但是由于成本和技术瓶颈，智能家居产品在有线技术开发方面不断地进行新的尝试，各种技术的优缺点暂时不能满足客户的需求，也许这也是今天多种有线技术并存的原因。
无线技术包含了RFID 智能识别技术、蓝牙(Bluetooth)、WiFi、Zigbee、ZWave、Enocean等。RFID是一种通过无线电波进行数据传输的非接触式的自动识别计技术，它通过无线电信号进行数据读写并识别特定目标，具有无接触、识别速度快、自动化程度高、抗干扰、识别多个物体等优点。RFID 是20 世纪90 年代兴起的，发展至今被认为是自动识别领域中应用最广泛的、识别效果最好、最重要的一项技术。[8] WiFi作为低成本、最易与互联网连接的智能家居技术解决方案被广为应用。ZigBee ZigBee 技术的特点包括：低功耗、成本低、低速率、时延短、高容量、工作可靠、高安全等。ZigBee的设计可用于支持特定应用软件的开发和部署。应用规范和ZigBee 的堆栈相连，让制造商更快、更容易地推出特别针对某些应用的无线产品。可用的应用规范包括家庭自动化、智能能源、通信、医疗、远程控制（RF4CE,或称消费电子射频）、建筑自动化和零售服务。Z-Wave主要针对家庭和小型商用建筑的监控和控制，广泛适用于照明控制、安全和气候控制。其它应用包括烟雾探测器、门锁、安全传感器、家电和远程控制。[10]
物联网智能家居系统从技术和应用的角度来说稳定性、可拓展性（灵活性）、安全性及经济性都是重要衡量指标。目前为止，无论是有线技术还是无线技术都没有一个得到广泛认可的技术标准。有线技术基于专用通讯线缆，某种程度上来说其稳定性较好，但是可拓展性较差（系统扩展、改良需要重新布线）、成本高也是其难以跨越的门槛。与之相比无线技术的高速发展在可拓展性（灵活性）及经济性方面都具有优势。稳定性和安全性方面两者各有千秋，都在不断发展完善。
四、国内智能家居的现状和问题
智能家居在中国经历了近6 年的起步阶段，发展速度缓慢，主要是因为没有投入大量的资金，开发技术短期内也不成熟。[9]目前整个智能家居行业发展主要的成果还是反映在智能化的摄像头、电视、电冰箱、传感器、手机、空调、医疗设备、穿戴设备等一系列终端产品，及一些分散的智能家庭控制子系统的研究上，比如，三表抄送系统、门禁系统、可视对讲系统、灯光控制系统、窗帘控制系统等。以“智能家居”系统作为产品目前仍没有在市场上大规模出现，基本停留在概念阶段。
随着物联网技术的日趋成熟，不断融入智能家居，其内容发展越来越丰富，想象空间越来越大。但由于早期开发技术的不成熟，智能家居发展至今仍没有普及，在技术、需求、经济适用性等方面仍有诸多的问题有待解决。
1．技术层面
如上文所述，由于稳定性、经济性、安全性、可拓展性等原因，当前无论有线技术还是无线技术都没有一个得到广泛认可的技术标准，处于百家争鸣的阶段。由于没有开放的协议、统一的接口和数据库，使得技术协调和系统整合比较困难。各设备之间、子系统之间难以实现互联、互通和互操作，使得各个子系统之间形成“信息孤岛”，且兼容性和可拓展性较差，难以实现真正智能化，也给系统集成商、服务运营商和客户使用带来困扰。
笔者认为，当前网络和智能技术高速发展融合背景下，智能家居作为具有巨大市场潜力的新兴产业，互联网相关企业无论IT终端制造厂商、互联网运营商，还是服务商和传统家电制造商均把它视为新的增长爆发点。在巨大的市场利益驱动下，各种技术创新、改良都向着好的方向发展。但相关标准的建立、接口的统一，需要一个适应淘汰的过程。它无法由哪个组织或部门单独完成，需要在市场竞合过程中由相关企业、科研院所、相关协会等组织在用户的认可下共同努力实现。
2．需求和经济适用层面
目前，智能家居产品在满足用户需求和经济适用方面存在的主要问题是，产品较为单一（受技术等原因限制）且价格高昂。笔者认为任何产品成功最核心的原因，是建立在满足客户需求的基础之上。对于智能家居而言，客户的需求具有多样性、时效性、经济合理性等特点。如前文所述，智能家居强调的是整体的环境，包括健康环境、人机互动的环境、安全的环境、经济的环境，以用户体验为核心的整体环境的创造。要满足上述需求，智能家居产品在技术满足的前提下，要能够做到解决方案多样化、系统扩展便利化、用户体验简单化、产品成本最低化。解决方案多样化与系统扩展便利化是指，系统方案灵活多样，既可以提供整体解决方案，也可以分部、分步提供。从客户角度来说，最好能够与不同品牌的系统解决方案兼容。客户经过初步体验后能有更大的选择空间，同时在增加新系统或改良现有系统时不会给客户造成过多不便。用户体验简单化是指产品的控制界面或人机交互界面应想用户所想，尽可能的“傻瓜”与智能，尽最大可能的从用户角度出发。产品成本最低化是指在保证质量和功能完整性的前提下，尽可能降低生产、开发成本，在合理的利润空间下投放市场。否则完美但溢价过高的产品是很难得到用户认同的。
五、结论
本文通过对物联网技术在智能家居领域应用的简要分析认为，智能家居强调的是整体的环境，包括健康环境、人机互动的环境、安全的环境、经济的环境，以用户体验为核心的整体环境的创造。基于物联网技术的智能家居需要从技术层面、满足用户需求和经济适用改善提高着手。技术层面的提高目前主要需要完成标准的建立和接口的统一，在市场竞合的过程中由相关企业、科研院所、相关协会等组织在用户的认可下共同努力实现。需求和经济适用层面，需要企业在以用户体验为核心的基础上不断努力提高。使物联网的运用在智能家居系统技术进步、功能扩展、服务方面，最终达到满足人们对安全、舒适、方便和绿色环保的需求。
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（作者单位：南京工程咨询中心）