基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

程啟龍 劉凱笛 高楊

摘 要：現(xiàn)階段，在高速移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的影響下，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)本身技術(shù)升級也較為明顯，在新一代RISC處理器出現(xiàn)之后，無線監(jiān)控的內(nèi)容更加豐富，監(jiān)控范圍得到了擴(kuò)展，監(jiān)控質(zhì)量也得到了增強(qiáng)?；诖耍恼聦o線監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了進(jìn)一步的分析和探索，希望為廣大從業(yè)技術(shù)人員提供有效的借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);智能家居;遠(yuǎn)程控制;無線監(jiān)控;系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0? ? 引言

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的部署不僅需要完整的硬件系統(tǒng)，更需要穩(wěn)定的軟件系統(tǒng)。從系統(tǒng)控制層面分析，無線監(jiān)控系統(tǒng)尤為關(guān)鍵，在無線技術(shù)的支持下，用戶可根據(jù)自身需要啟動不同的家居設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對智能家居設(shè)備的運(yùn)程調(diào)控。但從技術(shù)應(yīng)用成本的角度分析，無線監(jiān)控系統(tǒng)并非以設(shè)備或者軟件的數(shù)量取勝，而是依靠與用戶需求精準(zhǔn)對接的無線監(jiān)控系統(tǒng)。這就要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)無線監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)具有成本意識，在構(gòu)建無線監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)合理使用系統(tǒng)協(xié)調(diào)器，高效處理各類系統(tǒng)級別的命令信息。在5G技術(shù)的支持下，技術(shù)人員也應(yīng)積極優(yōu)化無線通信硬件模塊，適配新技術(shù)，提高無線監(jiān)控的整體質(zhì)量。

1? ? 無線監(jiān)控系統(tǒng)的主體構(gòu)成分析

1.1? 移動通信構(gòu)架分析

從系統(tǒng)識別以及系統(tǒng)運(yùn)行的角度分析，現(xiàn)階段，無線監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸主要基于全球性的移動網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，此種技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過程需要相應(yīng)的系統(tǒng)傳輸模塊與系統(tǒng)接收模塊。為了整合系統(tǒng)傳輸流量，提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的傳輸效率以及傳輸準(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)底層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)選擇合適的傳輸協(xié)議以及無線傳播手段。[1]一般而言，常見的無線傳輸協(xié)議為紫峰協(xié)議，此種傳輸協(xié)議適用于無線WiFi的傳輸，也是無線監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)某Ｓ脗鬏斝问?。從用戶的角度分析，用戶主要為系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)的接收者，而系統(tǒng)中的各類智能家具設(shè)備為用戶操作的對象。這樣就構(gòu)建了無線監(jiān)控系統(tǒng)、用戶以及智能家居設(shè)備之間的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)。此間，用戶可利用手機(jī)平板等設(shè)備，完成對各類智能家居設(shè)備的監(jiān)控工作。

1.2? 命令信息執(zhí)行構(gòu)架分析

設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，需要選擇合適的網(wǎng)絡(luò)控制命令集，此種命令需要在PAN協(xié)調(diào)器與監(jiān)控系統(tǒng)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。[2]其中，網(wǎng)絡(luò)傳輸層本身也具有層級性特點(diǎn)，下層結(jié)構(gòu)主要為數(shù)據(jù)收集層，此層級的節(jié)點(diǎn)往往較多，設(shè)備控制器的種類也較多。常見的控制器包括智能燈具控制器、智能顯示設(shè)備控制器（電腦、電視等）以及智能溫控設(shè)備控制器（電冰箱、空調(diào)等）。在進(jìn)行遠(yuǎn)程操作時(shí)，系統(tǒng)會通過無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)將相應(yīng)的信號傳輸至電磁繼電器的控制電路，從而引導(dǎo)電磁繼電器完成相應(yīng)的遠(yuǎn)程動作。繼電器在完成相應(yīng)的動作時(shí)，會形成與此類動作相關(guān)的執(zhí)行信息，并通過無線網(wǎng)絡(luò)返回到用戶的執(zhí)行設(shè)備，從而為用戶提供清晰的監(jiān)控反饋信息。

2? ? 無線監(jiān)控系統(tǒng)的硬件模塊設(shè)計(jì)分析

2.1? 無線通信硬件模塊設(shè)計(jì)分析

首先，設(shè)計(jì)人員應(yīng)合理選擇無線通信硬件模塊之間的傳輸協(xié)議，較為常見的協(xié)議為紫峰協(xié)議。在此種協(xié)議的要求下，設(shè)計(jì)人員在選擇物聯(lián)網(wǎng)中各類智能家居設(shè)備的布置形式時(shí)，可靈活選擇星形、樹形以及網(wǎng)狀等結(jié)構(gòu)。[3]此間，設(shè)計(jì)人員也應(yīng)綜合家用電器之間的實(shí)際距離，如果電器之間的距離較短，設(shè)計(jì)人員應(yīng)就近安排相應(yīng)的傳輸節(jié)點(diǎn)，以短距離通信的形式設(shè)置具體的訪問接入點(diǎn)。此時(shí)，為了提高遠(yuǎn)程傳輸?shù)馁|(zhì)量，減少資源的浪費(fèi)，設(shè)計(jì)人員可選擇星形的組網(wǎng)形式;其次，在使用PAN協(xié)調(diào)器時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)合理控制系統(tǒng)運(yùn)行的功耗參數(shù)。在將計(jì)算機(jī)與協(xié)調(diào)器連接之后，設(shè)計(jì)人員也應(yīng)注重提升家用電器管理數(shù)據(jù)信息的傳輸質(zhì)量。

2.2? 無線視頻監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)分析

設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行無線視頻監(jiān)控模塊的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用合理的辦法將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)通過合理的傳輸協(xié)議傳播到對應(yīng)的系統(tǒng)控制單元。首先，設(shè)計(jì)人員應(yīng)合理使用數(shù)據(jù)鏈路層以及物理層結(jié)構(gòu)，并發(fā)揮協(xié)議簇的安全保障性作用。在選擇無線視頻監(jiān)控模塊的通信協(xié)議時(shí)，一般而言，設(shè)計(jì)人員需要選擇具有多路訪問以及沖突處理能力的信號傳輸協(xié)議，此種協(xié)議也應(yīng)支持集中式以及分布式的通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成形式。另外，設(shè)計(jì)人員還需關(guān)注監(jiān)控模塊的可拓展性，為系統(tǒng)后續(xù)的養(yǎng)護(hù)和升級留存有效接口;其次，從無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組成角度分析，一般而言，系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、無線路由器、無線信號收發(fā)模塊以及核心處理器、攝像設(shè)備組成，不同設(shè)備的功能不同，但內(nèi)部連接較為緊密，負(fù)責(zé)視頻信號采集的攝像設(shè)備與負(fù)責(zé)視頻信號處理的中央處理器之間的信息傳輸頻率非常高。為此，設(shè)計(jì)人員需要選擇處理能力符合智能家居控制要求的處理器，避免出現(xiàn)系統(tǒng)延遲的情況。

3? ? 無線監(jiān)控系統(tǒng)的軟件模塊設(shè)計(jì)分析

3.1? 紫峰協(xié)議無線組網(wǎng)通信模塊分析

在紫峰協(xié)議的約束下，無線組網(wǎng)是否成功需要系統(tǒng)返回固定的反饋信號。一般而言，無線組網(wǎng)通信模塊之間的信息傳輸需要借助PAN協(xié)調(diào)器進(jìn)行，網(wǎng)絡(luò)信號的協(xié)調(diào)管理工作也需要借助協(xié)調(diào)器的信號轉(zhuǎn)換功能。在系統(tǒng)接收激勵信號后，會自動啟動PAN協(xié)調(diào)器，完成相應(yīng)的協(xié)議初始化工作。在此基礎(chǔ)上，依據(jù)協(xié)議內(nèi)容，系統(tǒng)會自動檢測各信號通道的執(zhí)行情況，并將執(zhí)行結(jié)果返回系統(tǒng)。系統(tǒng)在接收相應(yīng)的反饋信息之后，會馬上對反饋信息的內(nèi)容進(jìn)行分析，判斷節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)是否成功，如果節(jié)點(diǎn)數(shù)值大于1，則表明無線信號組網(wǎng)成功，至此在PAN協(xié)調(diào)器的參與下，無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊的組網(wǎng)工作得以完成。在這之后，無線監(jiān)控系統(tǒng)會依據(jù)用戶智能家居的實(shí)際數(shù)量，不斷反復(fù)上述過程，從而依據(jù)用戶需要，啟動對應(yīng)的家用電器，完成電器的入網(wǎng)操作。其中，LIC控制層會依據(jù)系統(tǒng)需求，將數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分解打包，形成比較小的數(shù)據(jù)單元，而數(shù)據(jù)接收端會在接收數(shù)據(jù)包之后對其進(jìn)行重組，這樣整體傳輸效率就會較高，傳輸穩(wěn)定性也較好。

3.2? WiFi視頻監(jiān)控模塊分析

WiFi視頻監(jiān)控模塊的設(shè)計(jì)過程主要需要注意數(shù)據(jù)的存儲空間以及視頻數(shù)據(jù)的壓縮編碼方式。具體而言，視頻數(shù)據(jù)占用的空間往往比較大，設(shè)計(jì)人員在選擇無線監(jiān)控系統(tǒng)的視頻數(shù)據(jù)存儲空間時(shí)，應(yīng)盡量選擇容量大的空間，可為容量大一些的硬盤設(shè)備。但由于大容量硬盤設(shè)備本身成本較高，為此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行的具體要求，合理選擇硬盤設(shè)備的容量大小。為了提升系統(tǒng)整體的速度，強(qiáng)化系統(tǒng)視頻信息的讀取能力，設(shè)計(jì)人員應(yīng)盡量選擇固態(tài)硬盤，這樣可在一定程度上提升系統(tǒng)讀取效率，并可消除系統(tǒng)垃圾對系統(tǒng)運(yùn)行速度的影響。此外，在選擇視頻存儲的格式時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)設(shè)置統(tǒng)一的編碼規(guī)則，以看得清為基本要求，選擇快速的編碼方式，但應(yīng)兼顧視頻大小，不能降低視頻質(zhì)量。

3.3? 紫峰協(xié)議無線組網(wǎng)的圖像編碼分析

在選擇無線組網(wǎng)的圖像編碼實(shí)現(xiàn)形式時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)明確紫峰無線租房的圖像編碼原理，并結(jié)合用戶智能家居系統(tǒng)的布置要求，合理設(shè)置初始編碼參數(shù)。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的要求下，存留在協(xié)議中的圖像編碼技術(shù)需要與物理技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)相適應(yīng)。具體而言，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng)需要具有高效的圖形識別功能，這只有在比較完整的圖形識別模塊的參與下，用戶方可對智能家居系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自由控制。為了提高物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的整體性，強(qiáng)化系統(tǒng)運(yùn)行的整體效率，設(shè)計(jì)人員應(yīng)選擇合適的圖像比例，既要保證圖像的存儲不會占用太大的存儲空間，還要保證圖像可保留真實(shí)畫面的完整信息。為此，結(jié)合上文對圖像文件壓縮編碼的敘述內(nèi)容，設(shè)計(jì)人員在選擇無線組網(wǎng)的圖像編碼模式時(shí)，可選擇離散型的圖像編碼模式，結(jié)合具體的計(jì)算公式，設(shè)計(jì)人員應(yīng)為物聯(lián)網(wǎng)無線監(jiān)控系統(tǒng)選擇合適的編碼參數(shù)。

4? ? 結(jié)語

綜上所述，本文在分析了無線監(jiān)控系統(tǒng)的主體構(gòu)成要素的基礎(chǔ)上，將系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程分為硬件設(shè)計(jì)以及軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面，并針對不同的設(shè)計(jì)過程提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)要求?；谖锫?lián)網(wǎng)的智能家居遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容比較多，設(shè)計(jì)人員需要在結(jié)合用戶實(shí)際要求的基礎(chǔ)上，積極與技術(shù)人員進(jìn)行溝通和交流，盡量控制技術(shù)應(yīng)用成本，做好無線監(jiān)控技術(shù)以及傳輸協(xié)議的適應(yīng)性工作，切實(shí)提升系統(tǒng)的整體運(yùn)行質(zhì)量。

[參考文獻(xiàn)]

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（編輯 王雪芬）