物联网时代的智能家居与智能住宅小区建设46

感知物联感知万物——兼谈物联网时代的智能家居与智能住宅小区建设主讲：刘振洲导言…“物联网”从去年开始就是一个热门的话题。随着互联网的普及，物联的概念嵌入了互联领域，开始时被视为是互联网的拓展应用，最近则高格地把物联网称为是继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。何谓“物联”？顾名思义，就是“物物相联”，就是通过某种形式的链接把物体进行有目的的、具有实质性意义的相连。“感知社会、智慧生活”。物联的目的是让人们了解、管理、监控和控制物体，让物体“说话、听话并按需行（自）动”，亦即把物体智能化、智慧化，这就是物联的主题——其实，许多系统已经是准物联网或具备了物联网的雏形，如现代工业自动控制系统、楼宇自控系统等。物联网是把传感技术、网络技术、自动控制及智能化技术等进行综合运用，并利用网络的广域、普及等优势在互联网上搭建和实施，因此，相对于现有的系统，物联网具有“四更”——涉及面更广、规模更大、物体品类更多、流动性更强。下面，我们就一起来“感知物联”●物联网，即“TheInternetofThings”，简称IOT。国内对物联网的标准定义尚未统一。●目前最常见的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。一、物联网的定义上述定义略嫌繁杂、对信息采集技术又描述不足（如生物识别、视频识别等均属于信息采集技术，均可应用于物联网）、对控制信息未作明确的叙述、“监控”一词表述含糊（如“视频监控”，此时的“监控”与实际的物体控制含义不同）。笔者的定义是（供参考）：物联网就是通过采用某种物体信息采集技术（含本体信息以及控制信息采集），实现物体与互联网的相连，从而达到对物体进行监测、监管和监控的一种网络。无论如何定义，物联网均显示出其虽源于互联网、但其内涵高于广于互联网，具体表现在“延伸和扩展”及“感知及控制”两方面——●感知及控制：从原来的人-人链接扩展为物与物、物与人的泛在链接，进而可实现了对物甚至是人的感知及控制。●延伸和扩展：在互联网基础上，采用非IT技术延伸和扩展了网络，用户端从原来的PC延伸和扩展到了任何物体与物体之间；二、物联网的“三特征”、“两属性”——●属性：属性1物体可流动性属性2物识的唯一性●特征：1、互联网特征2、识别及通信特征3、智能化特征网的“三特征”、物的“两属性”感知传输三、物联网的几个环节处理包括两层意思——•一是对物体信息的探测或是物体信息的采集，即让物体“说话”，说明“我是谁？”、“我在那里？”等等，这就首先需要对物体进行统一的唯一的标识（如条码、电子标签等），然后再通过识别设备对物体信息进行接触或非接触式的读取，并将信息转换为适合网络传输的数据格式，完成对物体的感知。这是一种基本层面的感知。•二是要让物体能感知外部的信息，即让物体“听话”，从而使物体懂得“我应该做什么？”、“如何做？”等等。外部的信息包括人的指令、环境的变化等。这是一种深层次的感知。感知主要以互联网为基础进行传输，融合多种传输模式如其它有线、无线、移动通信等。☞这里应该注意，虽然物联网是互联网的延伸，但物联网并不是物的完全开放、全部互连、全部共享的互联网平台，现实中没必要也不可能使全部物品联网、也没必要使专业网、局域网都连接到互联网。类似物流、交通、电网等专业网及智能小区等局域网才是物联最佳的应用空间。所以传输网络应按需配置和组建，形成自身的局域物联网、专业物联网。传输处理，换言之就是应用，处理环节就是物联网的应用层。感知了物体的信息和状态，系统应采取的应对措施就是处理。对物体而言，处理模式有监测、监管、监控等几种。何谓监测、监管、监控？可以结合智能交通管理来说明：处理☆监测：实时感知物体及其状态，不作任何针对物体的控制措施，这时的处理仅是作相关的记录，作为事后处理的依据。智能交通应用——车辆超速的监测：在车辆中镶嵌电子标识并安装GPS定位测速仪，即可实时监测车辆速度并可记录其超速的数据，作为事后处罚的依据。☆监管：实时感知物体及其状态，不是直接地而是通过其他方法间接地实现对物体的管控。智能交通应用——十字路口车辆通行的监管：在所有车辆中均镶嵌电子标签，同时在路口附近各方向路段安装相应的车辆探测器，即可感知各方向路段车辆的多寡，并据此合理调节个方向红绿灯开闭时间，从而提高路口的通行率。☆监控：实时感知物体及其状态，对物体进行直接控制。智能交通应用——被盗车辆的监控：在车辆中镶嵌电子标识、GPS定位仪及某种行驶锁定装置（如关闭油路、电路等），当感知车辆被盗时即可遥控锁定其行驶。四、物联网函待解决的问题物联网既然要“感知万物”，带来“万难”也就不足为奇了。目前物联网尚处在较低的初级阶段，某些应用甚至只是一种概念，但已可预见到存在诸多问题需要解决，对此必须有清醒的认识。例如——安全层面：系统安全、物体安全……互联网沟通的是信息、安全问题损失的是信息，信息可备份以避免损失、备份成本低廉；而物联网联的物，大多数的物是很难备份的，一旦出现问题就会涉及到生命财产的损失，特别是对需控制的物体，危险将会更大。当物联网把互联网与现实连在一起时，也把虚拟世界存在的危险带到了现实世界。在所有存在的问题中，安全问题最为突出，在应用中应予于高度重视。标准层面＆法律层面＆……标准层面：关于物联网的标准现是一片空白，连定义都尚未统一，更谈不上接口的标准化和数据模型标准化等等……法律层面：知识产权、个人隐私…………五、物联网时代的工程设计应对——兼谈智能家居与智能小区建设诸多方面的问题让物联网蒙上一层阴影，但诱人的应用前景和巨大的潜在市场令其方兴未艾——配套的专业产品不断涌现；小区域、专业应用的小范围物联网正在不断展开……那么，在一方面热潮涌动、层层推进，而另一方面又是标准缺失、产品不全，作为一个设计师，该如何应对呢？首先，我们不敢奢谈如何去设计建立一个物联网系统，但至少应——•分析物联网应用的需求、可能性、当前与今后的应用范围；•充分考虑当前局部应用的安全可靠性；•为未来物联网的扩展应用预先铺设物联基础。以下就智能住宅小区的建设为例，分析探讨智能住宅小区与物联网相关的几个问题……内外通信实现一种“外引内联”的双网型通信结构。家居安防这是最需要物联的项；综合娱乐这是可物联的项；①关于智能家居家电控制这是有选择物联的项。☆内外通信家居通信应该包括外部和内部的通信，实现一种“外引（设置网关与外部通信、实现远程互访）内联（设置管理平台，实现内部各信息终端设备的联络和管理）”的双网型通信结构。这样的通信结构除了能满足家庭日常的多点上网及家庭娱乐的要求外，更重要的是能为安防报警、设备控制等提供物联平台；☆家居安防家居安防是目前需求最为迫切的一项功能，其最基本的内容应包括探测（非法入侵／火灾燃气探测）、报警（紧急手动／自动探测报警）、视频监控三项功能。这是最需要物联的项；☆综合娱乐综合娱乐在每一个家庭里都是使用最为频繁的功能，常见的家庭娱乐项目包括视频、音频、教育、游戏等，节目来源渠道有广播、有线电视、互联网、数码存储（碟机、硬盘和各种卡）。可供使用的节目源都集中整合在智能家居设备中，各使用点通过内网平台共享资源、按需调用。这是可物联的项；☆家电控制智能家居时代的电器控制最少应有三种模式：远程遥控、现场遥控、电器原有的独立控制。智能家居控制功能的研发应侧重于设法用最直接、最简单的办法兼容和取代电器原有的独立控制以实现远程遥控，进而开发一种可现场设置（可读写）的“一主机多副机”的数码遥控器，实现对所有入网电器的现场遥控。这是可选择物联的项。②关于智能小区从小区的管理组织模式分析智能小区，才清楚小区物联的内容、范围和深度随便询问任一个业内人士，他都能例举一堆关于智能小区的相关内容和系统，如物业管理系统、停车场管理系统、门禁及楼宇对讲系统、小区安防监控系统、ITV系统(向用户提供直播、点播、回看以及资讯、理财、游戏等综合服务)、信息发布系统、电子支付系统、数据交换系统……林林总总，让住户、物管乃至建设方（开发商）很难弄出个头绪。其实，只要从小区的管理组织模式去分析，这个“头绪”很快就能理清。这就跟要作出一个项目自动控制系统的设计、事先必须了解该项目的工艺流程是同样的道理。小区的管理组织模式参见下图。它分为四层，由于小区管理的综旨是服务，住户位于最高层，服务带来了权利和义务，智能小区的建设内容首先应紧紧围绕“权利和义务”来配置；明了智能小区的配置，也就基本知悉了物联的内容、范围和深度。③关于物联系统结构的安全、基于网络的应用系统均可根据前端系统的状况划分为“有前端系统的系统”和“无前端系统的系统”两类――这样的概念及划分是我在2009年“第九届中国安防论坛”之《视频安防监控系统的系统设计分析》一文中提出来的。、有前端系统的系统（简称“有前端系统”）：其主要特点是系统中仅有一个与外部连接的接口，并由控制管理中心对该接口进行控制，这就象给前端系统设置了一道防护闸门，使前端系统不易受到外部攻击并可保证内部信息的安全，因而系统安全性、可靠性较高；无前端系统的系统（简称“无前端系统”）：前端设备直接入网构成的系统，系统安全性、可靠性低。、物联网应尽量按“有前端系统”的模式来构架。而要这样做的关键在于：控制管理中心除须具备专业应用的相关功能外，同时须具有内网（内部交换机）管理、外网接入的网络功能——如前述“智能家居”中内外通信采用“外引内联”的双网型通信结构，就是这类结构的典型案例。④关于住宅小区布线系统结构的两点建议☆一要考虑三网合一，亦即要按“光纤到户”的思路去做设计；☆二要考虑小区物联，不要留下网络“盲区”造成将来某些设备难于入网。☆三网合一亦即要按“光纤到户”的思路去做设计；现在许多住宅电气设计，常见的是埋3～4根弱电线管到户或者加一个说明“由建设方与XXX部门协商处理”就完事了，这最少可以说有点不负责任或推卸责任。试想，布线结构都不清楚，竖向线管怎样敷设？有无共管的可能？这些管应选多大？住宅小区的网络布线模式：建议按光纤到户（FTTH——FiberToTheHome）来考虑，实现FTTH的首选技术是采用基于PON技术的无源光网络，主流的应用趋势是EPON（以太网无源光网络）和GPON（通用帧协议无源光网络），目前其商用最大分光比可达1：32和1：64，特别适用于单元式的一梯多户住宅楼的应用。☆小区物联即要考虑为某些设备将来的入网作出网络链路及终端的预留，避免留下网络“盲区”，以免造成将来某些设备难于入网。在设计中易被忽视的地方如配电房、水泵房、停车场等。在设备选用上，应坚持“以我为主”、择适选用。系统设计方案以某些技术和设备作为参考前提来进行，但不是消极被动地依赖设备、生搬硬套，而是根据系统功能对设备提出相应的要求，设备服从于系统。这就是所谓的“以我为主”而非“以设备为主”。⑤关于住宅小区某些设备的选用♣典型案例：监狱双工对讲呼叫及报警系统——要求相关产品厂商把模拟系统设备改造为可直接入网的数字／模拟兼融的系统设备，这样可省去大量的总平布线，同时形成物联、方便管理；♣住宅案例：楼宇对讲系统——要求厂商提供可网联的数字系统以利物联，这样可节约布线、优化楼道环境；同时按网络的应用特点，要求其扩展和完善某些应用功能（如定向、定范围、全范围广播或视频传送等）以使居住环境更安全可靠、管理更方便。互联网的发展和普及，造就了今天的信息型社会；而物联网将使未来变成智慧型社会。从互联网走向物联网，就是从信息型社会走向智慧型社会的过程。结束语…古有对联，今有互联，将有物联。我就以一副对联结束今天的话题——横批：弄假成真上联：无处不网络下联：有物皆智能欢迎探讨，共创未来广西壮族自治区工业设计院刘振洲手机：[phone]邮箱：[e-mail]：1262935821