物聯(lián)網(wǎng)IoT(Internet of Things)是指在物理世界的實體中部署具有一定感知能力、計算能力和執(zhí)行能力的各種信息傳感設(shè)備，通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)施實施信息傳輸、協(xié)同和處理，從而實現(xiàn)廣域或更大范圍的人與物、物與物之間的信息交換和互換。其目的是實現(xiàn)物與物、物與人、所有的物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識別、管理和控制。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在國防、工業(yè)、城市管理、公共安全、遠程醫(yī)療、智能交通、智能家居、智能電網(wǎng)、環(huán)境監(jiān)測和綠色農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。在當(dāng)前大力提倡節(jié)能減排、延緩全球氣候變暖的新形勢下，物聯(lián)網(wǎng)適時地提供了實現(xiàn)“高效、節(jié)能、安全、環(huán)保”的和諧社會的“管控營一體化”基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)，因此，該技術(shù)被認(rèn)為掀起了信息革命的第三次浪潮。本文在物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)上，嘗試以家居室內(nèi)環(huán)境為場景，討論了相關(guān)概念，給出了應(yīng)用模型，分析了數(shù)據(jù)感知、處理、舒適度監(jiān)測等實用性關(guān)鍵技術(shù)，并進行了實驗，做出了探索性的結(jié)論。
1 相關(guān)研究
物聯(lián)網(wǎng)概念最早應(yīng)該是1999年由麻省理工學(xué)院研究RFID的Auto—ID中心主任ASHTON K教授提出來的。各國政府部門對物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)進行了廣泛的調(diào)研，制訂了一系列發(fā)展計劃。
2011年7月，我國科學(xué)技術(shù)部發(fā)布了《國家“十二五”科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》，將物聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息技術(shù)納入國家重點發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，同時將物聯(lián)網(wǎng)列入“新一代寬帶移動無線通信網(wǎng)”國家科技重大專項中。但現(xiàn)有的研究成果主要集中在工業(yè)、交通、安防等領(lǐng)域，針對智能家居、廠房環(huán)境監(jiān)控的室內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)研究較少。
近年來，云計算技術(shù)的出現(xiàn)，允許用戶通過互聯(lián)網(wǎng)隨時隨地獲取各類計算資源，如計算能力、存儲能力、應(yīng)用、服務(wù)等，給物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展提供了支撐；同時，人們對家居室內(nèi)環(huán)境越來越關(guān)注，室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的高低直接影響到人類生活質(zhì)量的高低，甚至關(guān)系著人類的生存問題。參考文獻討論了室內(nèi)環(huán)境參數(shù)(溫度、相對濕度、聲環(huán)境和光環(huán)境)與室內(nèi)環(huán)境舒適度的關(guān)系問題。
2 系統(tǒng)模型設(shè)計
在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的初級階段，其標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)一般為3層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，但物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生、分析、處理和管理的數(shù)據(jù)是海量的，原始數(shù)據(jù)若要具備各種實際意義，需要可擴展的巨量計算資源予以支持。而云計算能夠提供彈性、無限可擴展、價格低廉的計算和存儲服務(wù)，滿足物聯(lián)網(wǎng)需求，因此本文在物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)上加入云計算，為物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求提供強大的計算能力和計算智能服務(wù)，構(gòu)成改進的包含感知層、網(wǎng)絡(luò)層、云服務(wù)層和應(yīng)用層4層的家居室內(nèi)環(huán)境在線監(jiān)控模型，如圖1所示。
感知層包括傳感器等數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備以及數(shù)據(jù)輸入網(wǎng)關(guān)前的傳感器網(wǎng)絡(luò)，在模型中這層是基于ZigBee協(xié)議的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)接入、網(wǎng)絡(luò)傳輸以及相應(yīng)的管理與控制，這層由互聯(lián)網(wǎng)、遠程智能監(jiān)控平臺和服務(wù)器集群的網(wǎng)絡(luò)接入程序組成；云服務(wù)層主要負(fù)責(zé)存儲、挖掘、分析已有數(shù)據(jù)，為應(yīng)用層提供及時、可擴展、智能化的服務(wù)，保證應(yīng)用層的可靠性、安全性、可擴展性，可以根據(jù)需要對海量數(shù)據(jù)提供存儲、查詢、分析、挖掘、理解以及基于感知數(shù)據(jù)決策和行為的基礎(chǔ)服務(wù)；應(yīng)用層解決系統(tǒng)需求上的信息處理與人機交互的問題，是以家居室內(nèi)環(huán)境為應(yīng)用場景的Web應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)，監(jiān)控室內(nèi)環(huán)境及終端設(shè)備，可以調(diào)節(jié)、分析和預(yù)測環(huán)境狀態(tài)。
3 系統(tǒng)平臺設(shè)計
3.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
本系統(tǒng)中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件平臺選用美國TI公司的無線通信芯片CC2530開發(fā)平臺，并使用ZigBee協(xié)議棧ZStack-CC2530-2.3.0- 1.4.0和嵌入式開發(fā)集成環(huán)境(IDE)IAR Embedded Workbench進行開發(fā)并管理無線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用工程。
3.1.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
模型中所包含的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部分采用基于ZigBee技術(shù)的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由主協(xié)調(diào)器和多個終端節(jié)點組成，終端節(jié)點只能與對應(yīng)的主協(xié)調(diào)器進行通信，終端節(jié)點之間不能通信。星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單、終端節(jié)點能耗較小等優(yōu)勢，在電池供電情況下主協(xié)調(diào)器和終端節(jié)點可以擁有更長的工作時間。