【摘要】智能家居随着物联网的普及受到了国内外的广泛关注，它能够将家庭中的各种电子设备进行连接，并进行信息交换，从而达到智能控制家居生活的目的。本文在智能家居的背景下，对其中的无线传感器网络技术进行研究；并在此基础上对其中的短距离无线通信技术进行分析与对比，指出各种无线通信技术的优缺点，并对其在智能家居中的应用提出建议，对其发展前景进行展望。
【关键词】智能家居；无线传感器网络；无线通信技术
一、引言
随着物联网的普及，智能家居作为其中的一种重要应用受到人们的关注。物联网可以看做是能够进行物物相连的互联网。传统的互联网通常重点关注于人与人之间的沟通，而忽视了人与物以及物与物之间的信息交换，物联网的出现弥补了这一空缺。物联网是将各种传感设备及系统（如房间的温度、湿度信息等）通过短距离的通信技术与互联网相连接，从而将各个地方的信息进行汇总并进行相应的处理。也就是说，物联网是互联网在物理方面上的扩展，它通过各种通信感知技术将信息进行传递与融合。智能家居系统是以人们居住的住宅作为平台，将家中的各个设备连接到一起，并通过设备之间的有效配合实现家庭生活的自动化管理。智能家居不仅仅能够将家庭内部的设备进行有效的连接，也能够通过家庭网关将得到的信息与Internet相连，从而与家庭外部的设备进行相互交流。智能家居系统由许多子系统组成，包括控制系统、网络通信系统等，其中网络通信系统是将家居中各种设备以及设备与外部进行连接的关键，是智能家居中的关键子系统。随着技术的发展以及人们需求的增多，目前的网络通信技术正在逐渐向无线高速数据传输的方向发展，从而有效的解决海量数据的传输问题[1]。
二、智能家居的系统结构
目前智能家居已经受到人们的关注，而大量的智能家居产品也随之产生，逐渐渗入人们的生活。目前室内安装的智能家居产品通常由控制节点以及终端设备两部分组成。其中终端设备就是直接能够用来服务用户、与用户进行交互的产品，例如电视等；而控制节点则用来对终端设备进行控制，使其产生能够满足用户需求的反应，例如机顶盒等。其中，控制通信通常可分为两部分，分别是与终端设备进行通信以及与上层的互联网进行通信，因此对于设备的控制命令可在室内发出，也可在室外通过Internet等远程控制方式发送到相应设备中。在传统智能家居系统中各种应用系统内部可以实现信息的传递，而未来的智能家居需要各个设备之间进行有效的连接，因此需要进行大量的信息传输，传统的信息传输采用的都是有线的方式，缺点有两方面，一是需要布线，安装复杂；二是当系统中的设备数目不断增多时，所需要的传输线数目也随之增多，从而导致成本变高。因此，传统的有线数据传输已经无法满足要求，无线传感器网络兴起。
三、无线传感器网络技术
无线传感器网络技术主要由传感器技术、无线通信技术、远程控制技术构成。无线传感器网络由多个传感器协调配合，以获得大量的信息，通过无线传输协议对这些信息进行无线传输，最终进行相应的处理，其结构通常包括传感器节点、汇聚节点以及终端设备三大部分[2]。传感器节点分布于网络的各个部分，用于收集数据，并且将数据传送到相应的汇聚节点中。通常由于传感器节点要随机的布置在面积很大的检测区域中，不能始终保持在充电的状态，而汇聚节点由于所处位置固定，可以随时补充能量。因此，目前大部分的信息处理工作都是在汇聚节点中进行的。汇聚节点将传感器检测到的信息进行收集和处理之后，可以通过常用的Internet网络或者卫星网络传输到终端设备，并进行后续的处理工作。1.传感器技术传感器能够检测到对应的信息，并且将该信息转化为电信号或者其它容易测量的信号进行输出。通过传感器能够快速准确的获得需要的信息，它有时甚至比人的感官更加灵敏。在智能家居系统中，需要用到大量的信息，如环境的温度、湿度、有害气体浓度等，而传感器可以检测到这些信息，并将这些信息转化为电信号。最后通过模数转换电路将这些模拟的电信号转化为数字信号传递到计算机中进行进一步的处理，从而实现对家用电器等设备的控制。2.远程控制技术远程控制技术就是利用一台终端（如电脑、手机等）远距离控制另一台终端的技术，在智能家居系统中通常采用互联网方式，其具有强大的网络功能，通过电脑或手机等终端能够连接到家庭网关中，而家中各个设备的信息可以通过通信技术与家庭网关相连，最终实现了终端与设备之间的连接，从而进行信息获取以及远程的控制[3]。3.无线通信技术在智能家居系统的家庭内部网络中，通过家庭网关交互的信息主要分为控制信息和数据信息两大类。控制信息指的是对于某些设备的控制信号，例如电灯的开关、窗帘的开合等，由于需要传送的信息较简单，因此对信号的传输速率要求较低，但是它要求传输信息的可靠性较高。而数据信息主要指的是一些多媒体信息，如图像、视频等，由于此时传输的信息较为复杂，因此与控制信息相比，它对信息的传输速率要求高，而在传输的可靠性上并没有那么高。无线通信技术目前在各个方面已经有了很多应用，而在智能家居中，所用的无线通信距离不需要太长，因此接下来对常见的短距离无线通信技术进行比较与分析。1）红外通信技术利用红外线来进行无线传输，目前其信息传送速率可达到16Mbps[4]。由于红外线具有直射的性质，因此当两设备之间不存在遮挡时，能够达到较好的通信效果，但是当两设备之间存在障碍时，则无法进行正常的信息传输。红外通信技术能够进行通信的距离通常较短，只有1m左右。因此它具有成本低、抗干扰能力强等优点，但同时也存在通信距离段以及对于遮挡物的要求较高等缺点，智能家居中仅用该技术无法满足信息传输的要求，但是可以用其进行一些家电（如电视、电脑等）的控制。2）蓝牙能够进行一对一或者一对多DOI:10.19353/j.cnki.dzsj.2017.04.105的设备通信，其中，1个主设备最多能够与7个子设备通过蓝牙进行信息传递，目前它的传输速率可达到30Mbps，它在一定程度上克服了红外通信技术无法满足的障碍物遮挡问题，当设备之间存在一定的障碍物时，仍可以进行信息交流，但是它的成本较高并且功耗大，因此在智能家居中智能用于部分设备的通信。3）Zigbee技术是在蓝牙技术上的发展，一个主设备中可以连接255个设备，组网规模较大，能够支持大量智能家居中各种设备的接入。Zigbee技术的工作频段为2.4GHz、868MHz（欧洲）、915MHz（美国），其中在2.4GHz频段的通信速率为10~250kbit/s，通信距离在10~100米[5]。由于Zigbee功耗低、可靠性较强等优点，适合用于智能家居，同时由于其通信速率的限制，可以进行控制信息的发送与传输。4）Wi-Fi是一种允许电子设备连接到一个无线局域网的技术，连接到无线局域网通常是有密码保护的，但也可是开放的，这样就允许任何在WLAN范围内的设备可以连接上。虽然Wi-Fi技术的通信质量较差，但传输速度高达54Mbps，由于其通信速率的优势，适合用于智能家居中数据信息的传输。对以上四种短距离的无线通信技术进行对比分析可以得出，在智能家居方面控制信息适合采用Zigbee技术；而对于数据信息，由于数据量较大适合采用Wi-Fi方式进行传输。因此，对于一般家庭用户，由于对信息安全要求不是特别高，可采用wifi技术；对于数据质量、信息安全要求较高的用户可采用基于多种通信技术融合的方式。
四、结束语
随着物联网的快速发展，智能家居已经逐渐成为现实。由于在智能家居中将多个设备进行互联，因此需要进行海量的数据传输。在此基础上，无线传感器网络技术得到迅猛的发展，其中无线通信技术是重要的组成部分。本文对常用的短距离无线通信技术进行了研究及对比，总结了它们的优点及缺点，并以此为基础讨论了其在智能家居中的应用。在使用过程中，如何融合不同的通信技术，增强无线传送信号的传输速率、安全性以及稳定性是未来应用中的主要研究内容。
参考文献
[1]徐东方,胡仁杰.基于无线网络的职能节点设计[J],电气时代.
[2]王园,刘宝霞.基于无线传感器网络的智能家居安防系统探讨[J].科技创新与应用,2016,(20):46.
[3]包衣勤.基于物联网技术的智能家居系统的研究与探讨[J].物联网技术,2013,(7):38-41.
[4]文俊峰,张文爱,王成等.多接口数据通讯模块的研究与设计[J].微计算机信息,2007(11):143-145.
计算机管理论文 [5]潘伟,黄东.基于Zigbee技术的无线传感网络研究[J].计算机技术与发展,2008,18(9):244-247.
作者：张云豪 单位：郑州市第一中学
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