曹方明

（廣東培正學(xué)院數(shù)據(jù)科學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)院 廣東·廣州 510830）

0 引言

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及移動(dòng)通信等現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)下，智能家居朝專業(yè)化、整體化、低成本的方向發(fā)展，其應(yīng)用水平得到顯著提升。為解決傳統(tǒng)智能家居中安全防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的功能單一、誤報(bào)率高等問題，相關(guān)部門必須著手應(yīng)用并優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，不斷提高智能家居安全性能。

1 智能家居安全防護(hù)系統(tǒng)存在問題

1.1 業(yè)主的隱私性與安全性得不到保障

智能家居應(yīng)用的基本原則是提升業(yè)主居住感受，安全防護(hù)系統(tǒng)不僅要實(shí)現(xiàn)安防報(bào)警點(diǎn)的等級布防、遇到危急情況時(shí)自動(dòng)報(bào)警等，更要為業(yè)主提供良好的保密服務(wù)。以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的智能家居安全防護(hù)系統(tǒng)，為住戶提供優(yōu)質(zhì)化的網(wǎng)絡(luò)共享平臺，可利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對智能家居的遠(yuǎn)程操控和監(jiān)測的同時(shí)，也因其涉及聯(lián)網(wǎng)、視頻監(jiān)控等技術(shù)設(shè)備，提高了保護(hù)使用者隱私權(quán)的難度。如何有效防止使用者隱私通過網(wǎng)絡(luò)渠道流出，避免視頻圖像在業(yè)主不知情的情況下泄露，從根本上保護(hù)業(yè)主隱私，成為智能家居安全防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中首要考慮的問題[1]。此外，智能家居安全防護(hù)系統(tǒng)的安全可靠性有待商榷，例如煙霧傳感器具有一定的檢測誤差性，其可能在有人抽煙的時(shí)候觸發(fā)煙霧報(bào)警器，但在真正發(fā)生火災(zāi)時(shí)報(bào)警不及時(shí)，影響火災(zāi)救援，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，危害住戶人身安全。

1.2 設(shè)備控制和價(jià)格問題

智能家居安全防護(hù)系統(tǒng)集信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)、無線電技術(shù)等于一體，由探測器、傳輸通道、報(bào)警控制器等結(jié)構(gòu)組成。攝像設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、遙感控制設(shè)備等是以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支撐的智能家居安全防護(hù)系統(tǒng)中必不可少的工具。但是目前市場上有關(guān)于這一方面的設(shè)備研究和生產(chǎn)應(yīng)用仍不成熟，不具備靈活的控制功能，例如攝像頭不能夠定時(shí)工作，業(yè)主在家休息或需要暫時(shí)中斷設(shè)備時(shí)不具有可操作性，影響業(yè)主使用感受。并且目前智能家居安防系統(tǒng)一體化建設(shè)，不利于對某一部分進(jìn)行單獨(dú)操作，造成功能的單一性。同時(shí)，智能家居安全防護(hù)系統(tǒng)設(shè)備價(jià)格也是影響其廣泛應(yīng)用的重要原因之一，其配件精細(xì)，系統(tǒng)化建設(shè)難度較高，建設(shè)和使用成本較高，如何有效降低成本，保證智能家居安全防護(hù)系統(tǒng)的實(shí)用性和拓展性，成為推動(dòng)智能家居發(fā)展的重要因素之一。

1.3 互聯(lián)和拓展性問題

目前大部分智能家居的安全防護(hù)系統(tǒng)建設(shè)采用攝像頭加網(wǎng)絡(luò)硬盤的監(jiān)控方式，即通過攝像頭錄像傳輸儲存到網(wǎng)絡(luò)硬盤中，這一方式不足以滿足聯(lián)控性要求，住戶在需要調(diào)閱監(jiān)控視頻時(shí)較為煩瑣，存在視頻傳輸滯后、檢索難度大、需要額外利用附加設(shè)備等難題，影響使用者感受。[2]在科學(xué)技術(shù)水平飛速發(fā)展的當(dāng)下，傳統(tǒng)的智能家居安全防護(hù)系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢不顯著，存在技術(shù)和硬件應(yīng)用問題，不能夠順應(yīng)時(shí)代改革發(fā)展。

2 面向智能家居應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)安全防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

2.1 系統(tǒng)模塊硬件設(shè)計(jì)

立足于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居安全防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對模塊硬件的設(shè)計(jì)要求較高，模塊硬件設(shè)計(jì)的安全性和智能性，直接影響物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居安全防護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用效果，加強(qiáng)系統(tǒng)模塊硬件設(shè)計(jì)，能夠從根本上提升智能家居安全防護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

以ZigBee家庭設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)為例展開說明。ZigBee通信技術(shù)是智能家居物聯(lián)網(wǎng)安全防護(hù)及控制系統(tǒng)的主要應(yīng)用技術(shù)之一，能夠有效實(shí)現(xiàn)室內(nèi)組網(wǎng)，通過聯(lián)通家庭設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)，有助于實(shí)現(xiàn)對智能家居的遠(yuǎn)程監(jiān)控。ZigBee家庭設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)由協(xié)調(diào)器、路由器及終端節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，即由監(jiān)控探頭對智能家居進(jìn)行監(jiān)控，并通過傳感器節(jié)點(diǎn)對智能家居工作情況進(jìn)行監(jiān)督，并將有關(guān)信息采集并上傳至協(xié)調(diào)器，報(bào)告節(jié)點(diǎn)接收協(xié)調(diào)器發(fā)送指令后再進(jìn)行控制，如溫度控制器在感受到室內(nèi)溫度過高或過低情況時(shí)，通過傳感器節(jié)點(diǎn)反饋信息，由家庭網(wǎng)絡(luò)控制器對其進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了智能家居的智能化、多樣化發(fā)展[3]。在智能家居物聯(lián)網(wǎng)安全防護(hù)系統(tǒng)中建設(shè)ZigBee家庭設(shè)備控制網(wǎng)，需要注意無線通信模塊、ZigBee處理器硬件即終端節(jié)點(diǎn)硬件的設(shè)計(jì)，例如在 ZigBee處理器硬件設(shè)計(jì)方面，一般采用CC2530芯片作為核心處理器支撐家庭設(shè)備控制器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)工作，其具有增強(qiáng)型8051微控機(jī)器內(nèi)核、32kHz睡眠定時(shí)器、SMA接口的陶瓷天線的先進(jìn)元件，能夠很好的滿足智能家居安全防護(hù)需求，提高家庭控制網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，有效保護(hù)業(yè)主隱私。除此之外，智能家居物聯(lián)網(wǎng)安全防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員還要考慮GPRS通信模塊的設(shè)計(jì)，通信模塊的設(shè)計(jì)關(guān)系著智能家居在使用過程中遇到突發(fā)障礙或緊急情況時(shí)能夠及時(shí)聯(lián)網(wǎng)反饋，設(shè)計(jì)人員需采用M35 GSM或GPRS無線通信模塊，保證其能夠支持GPRS多時(shí)隙編碼格式，完成指令和數(shù)據(jù)的雙向傳輸，在智能家居出現(xiàn)使用問題或危險(xiǎn)情況時(shí)，利用無線通信能夠迅速及時(shí)的報(bào)警，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警功能，有助于提升智能家居的安全性和穩(wěn)定性。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

智能家居物聯(lián)網(wǎng)安全防護(hù)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)由兩個(gè)部分構(gòu)成，分別是云平臺設(shè)計(jì)和云服務(wù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其關(guān)系到能否實(shí)現(xiàn)智能家居數(shù)據(jù)互聯(lián)，影響用戶服務(wù)感受和隱私保障。云平臺設(shè)計(jì)的根本目的是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲和分析服務(wù)，設(shè)計(jì)人員需要針對性建立云計(jì)算服務(wù)系統(tǒng)平臺、智能家居家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和用戶移動(dòng)系統(tǒng)，滿足住戶的數(shù)據(jù)分析需求，利用監(jiān)控探頭對智能家居數(shù)據(jù)進(jìn)行采集傳輸，通過物聯(lián)網(wǎng)接收環(huán)境數(shù)據(jù)信息，再由用戶終端進(jìn)行控制，能夠?qū)Ａ繑?shù)據(jù)進(jìn)行精確的收集、分析和控制，進(jìn)一步研究出符合用戶需求的智能家居服務(wù)，從而提升住戶居住和使用滿意度。而對于云服務(wù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員可利用虛擬化技術(shù)進(jìn)行資源透明化管理，以為住戶提供基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)為立足點(diǎn)，根據(jù)住戶需求，優(yōu)化資源管理功能，增設(shè)故障檢測、圖片創(chuàng)建等功能，滿足客戶需求，并針對智能家居物聯(lián)網(wǎng)安全防護(hù)系統(tǒng)中可能存在的數(shù)據(jù)系統(tǒng)入侵問題，采取限制用戶訪問和認(rèn)證方式，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全管理，從根本上提高智能家居物聯(lián)網(wǎng)安全防護(hù)系統(tǒng)的安全性和智能性，保障使用者安全。

2.3 建立健全門禁系統(tǒng)

建立健全門禁系統(tǒng)，嚴(yán)格控制智能家居進(jìn)入權(quán)限限制和條件允許，能夠有效解決影響智能家居安全的不穩(wěn)定因素。門禁系統(tǒng)是智能家居物聯(lián)網(wǎng)安全防護(hù)系統(tǒng)的核心功能，設(shè)計(jì)人員可利用攝像頭、麥克風(fēng)、指紋識別器、人臉識別器等，與小區(qū)安保系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，住戶選擇身份識別時(shí)啟用一個(gè)或多個(gè)生物特征進(jìn)行驗(yàn)證，識別驗(yàn)證成功則允許進(jìn)入，在多次驗(yàn)證失敗后，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)直接向小區(qū)安保系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警信號，能夠從源頭截?cái)喟l(fā)生智能家居被入侵的可能性，保護(hù)使用者隱私和財(cái)產(chǎn)安全。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員還可考慮優(yōu)化移動(dòng)物體定位系統(tǒng)，即利用GPS定位技術(shù)，對人或智能家居中的某一物體進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和定位，在GIS地圖中確定移動(dòng)物體實(shí)際位置，及時(shí)的找出移動(dòng)物體或發(fā)出警報(bào)，能夠有效解決智能家居設(shè)備丟失問題，避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失，實(shí)現(xiàn)智能家居物聯(lián)網(wǎng)安全防護(hù)系統(tǒng)的工作目的。

2.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

智能家居提高了住宅的智能性和科技感，但其發(fā)展仍不完善，在使用過程中需要對其動(dòng)態(tài)變化情況進(jìn)行監(jiān)測感知并反饋，以便在出現(xiàn)異常情況時(shí)進(jìn)行及時(shí)的報(bào)警處理。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)人員可以ZigGee家庭控制網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，搭建WSN，由各類傳感器組成傳感系統(tǒng)，采集家庭環(huán)境之的煙霧、溫度、噪音等信息，并反饋到ZigGee家庭控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，方便進(jìn)一步的處理[4]。例如，在遇到廚房內(nèi)火災(zāi)情況時(shí)，煙霧傳感器和火焰?zhèn)鞲衅鞴餐饔?，檢測出家庭環(huán)境中含有過量的煙霧和天然氣成分，將此信息傳輸至家庭網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，再由ZigGee網(wǎng)絡(luò)根據(jù)實(shí)際情況發(fā)出相應(yīng)控制指令，進(jìn)行各種報(bào)警處理，或采取安全防護(hù)措施，形成完善健全的數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理系統(tǒng)，有效解決智能家居使用過程中出現(xiàn)的各項(xiàng)難題，保障使用者人身安全和財(cái)產(chǎn)安全。

3 總結(jié)

智能家居是一個(gè)復(fù)雜且龐大的系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的應(yīng)用性和實(shí)踐性，在科學(xué)技術(shù)提升和國民經(jīng)濟(jì)水平提高的雙重影響下，得到廣泛應(yīng)用。以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合高新技術(shù)設(shè)備的應(yīng)用，建立并完善智能家居安全防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，解決設(shè)計(jì)中存在的缺陷，立足于保證使用者安全和隱私，切實(shí)提升使用者感受，滿足住戶的基本需求和功能服務(wù)，推動(dòng)智能家居產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展。