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基于广电的物联网智能家居平台设计与应用

更新时间：2019-12-24 09:57:44 大小：3M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：物联网智能家居数据处理 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

围绕物联网与广播电视进行了业务及技术层面的分析讨论,提出了基于广电的物联网架构,从系统设计到关键技术逐层对广电物联网智能家居平台进行了分析介绍.该方案建立了以广电网络为基础,以云计算、大数据分析为核心的物联网平台,实现了包含机顶盒在内的多终端的物联网应用,从而建立了一种广电物联网应用发展新模式.

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平台设计与应用[J】．电视技术，2014，38(4)

智能家居平台设计与应用

◎陕西广电网络传媒股份有限公司王钰。杨韬

丰富的应用，极大地推动了感知中国、

摘要：围绕物联网与广播电视进行了业务及技术层面的分析讨论，提出了基于

广电的物联网架构，从系统设计到关键技术逐层对广电物联网智能家居平台

进行了分析介绍。该方案建立了以广电网络为基础，以云计算、大数据分析为

核心的物联网平台，实现了包含机顶盒在内的多终端的物联网应用，从而建立

了一种广电物联网应用发展新模式。

智慧城市的建设。

基于此，陕西广电网络联合清华

物联网实验室共同研发搭建了基于广

电的物联网智能家居平台。该平台以

家庭网关为家庭中心结合各类传感器，

利用云计算、数据分析等技术实现了物

联网应用的远程部署、升级、管控，同时

为用户提供了机顶盒、手机、Pc等多种

终端的访问使用途径。

关键词：物联网；家庭网络；数据处理；广电模式

中图分类号：TN943；TN915

文献标志码：A

。

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一

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物联网，顾名思义，就是物物相连

日趋复杂。在满足功能需求不断增长

的互联网。其有两层意思：第一，物联

网的核心和基础仍然是互联网，是在互

联网基础上延伸和扩展的网络；第二，

其用户端延伸和扩展到了任何物品与

物品之间进行信息交换和通信。因此，

物联网是指运用传感器、射频识别

(RFID)、智能嵌入式等技术，使信息传

感设备感知任何需要的信息，按照约定

的协议，通过可能的网络(如基于wiFi

的无线局域网、2G／3G等)接人方式，把

任何物体与互联网相连接，进行信息交

换通信，在进行物与物、物与人泛在链

接的基础上，实现对物体的智能化识

别、定位、跟踪、控制和管理。

的同时，提高了系统的集成度，进一步

提升系统的性价比，使安装及维护工作

更为简单化，并能保证很好的灵活性，

是现代家居智能化的发展趋势。

系统设计

l设计思路

通过广电已建成的双向网络，在

广电服务器机房搭建一个以智能家居

平台后台管理系统为中心，家电智能控

制、家庭网络、家庭能源智能计量等物

联网应用子系统并行的平台系统，利

用物联网家庭网关作为家庭接入终

端，实现机顶盒、手机、Pc等其他终端

的物联网智能家居的管控，不但保持

了原有广电业务，还可以扩展物联网

智能家居业务，并可以根据不同的用

户需求完成物联网智能家居业务系统

的升级、维护。

对于广电网络来说，其入户网络

在建筑建成时就已布置人户，机顶盒也

已成为每家每户必备的设备。此外，广

电网络不仅拥有极高带宽的下行线路，

可用于高质量视频信息的传输，同时也

部署了数据上行线路，可以用于普通数

据的上传或者下载。广电网路凭借其

得天独厚的优势，在无需重新布线和特

殊设备改造的前提下，便可通过已有的

机顶盒、手机等终端设备实现对室内各

种传感器数据的收集以及对不同智能

家居设备状态的管理和控制。因此，广

电系统无疑是承载智能家居综合控制

和管理的最佳载体，并且能够为将来的

三网融合及与物联网的接人提供更加

随着家居智能化的快速兴起，现

代家居中的监测、对讲、安防、管理及控

制等更多的功能被集成应用，从而使得

可视对讲、家庭安防到家居的灯光、电

器的智能控制等子系统越来越多，线路

其中，作为广电运营商主要建设、

运营的智能家居后台管理系统，可同时

完成与第三方物联网服务提供商相应

的服务子系统的对接工作，从而实现整

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《电视技术》第38卷第4期(总第431期)I投稿网址h廿p：伽MMVideoE．cn

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个智能家居平台系统的建设、运营。

业务层，对下需要对网络资源进行认

知，进而达到自适应传输的目的。本层

主要完成信息数据的表达与处理，最终

达到语义互操作和信息共享的目的。

对上提供统一的接口与虚拟化支撑，虚

拟化主要包括计算虚拟化及存储虚拟

化等内容。

入方式．用户家庭内部以物联网家庭网

关为家庭接人终端，以机顶盒、平板电

脑、手机或者智能主控机作为家庭控制

中心通过zigBee、红外等无线技术与感

知层设备交互，将信息数据通过网络层

传输给支撑层。

2平台架构

结合广电实际情况，陕西广电网

络物联网智能家居平台系统逻辑架构

分为五层(见图1)：

感知层：感知层主要完成信息的

收集与简单处理，该层由传统的wSN、

RFID和执行器组成。

网络层：网络层为原有已建成的

高清双向网络，主要完成信息的远距离

传输等功能。

应用层：应用层主要完成服务发

现和服务呈现的工作，即主要的物联网

服务提供层。

接入层：接人层主要完成各类设

备的网络接入。该层重点强调各类接

支持层：支持层又称中间件，或者

远程教育应用服务器

用户终端设备

承载网络

智能家居后台管理系统

智能家居应用服务子系统

传感器终端

图1 物联网智能家居平台系统架构图

知主要依赖于智能家居内部署的大量

无线传感器节点，这些节点能够采集到

各项室内环境指标的实时信息，数据量

较小，如使用ZigBee通信协议进行数据

传输，则可在保证传输质量的同时降低

功耗；而对于视频监控这类视频数据量

大且实时性要求高的数据则需要通过

w 技术进行数据传输。

关完成协议转换，接收所有智能家居设

备数据。

关键技术分析

l感知层

网络层负责物联网智能家居平台

与数据中心、第三方的通信。物联网智

能家居平台在家庭以物联网家庭网关

为中心，通过已建成的广电双向网络，

实现家庭设备与数据中心的互联；用户

终端通过家庭网关连人广电双向网络，

与数据中心进行数据交互，并经由数据

中心发送指令到需要的控制终端，从而

间接地实现用户终端与智能家居间的

数据交互。

智能家居旨在构建智能、舒适、安

全的家居体验。作为物联网智能家居

平台的基础模块，感知层为整套系统提

供了最低层的数据支持。感知层通过

环境感知、位置感知、RFID感知、控制

感知和体感感知五大子模块，采用异构

的感知设备获取智能家居中的环境信

息、用户信息等数据，并将数据上传支

持层，以支撑高层的数据分享、管理和

控制等功能。

2接入层和网络层

物联网智能家居平台的接人层负

责智能家居中家庭网关与各用户终端

(机顶盒、手机、Pc等)、智能家居感知

设备和智能家居的数据传输。家庭内

各组件和终端之间的通信协议根据设

备不同而不同，包括zi邸ee协议、wiFi

协议和红外协议。通过物联网家庭网

1)无线自组织传感网

由于感知层主要利用原有传感器

进行数据采集，因此，对于不同的数据

源应采取不同的通信协议从而提高系

统的整体性能。例如，针对室内环境感

部署在智能家居中的无线传感器

节点配备有zigBee通信模块，可以通过

zigBee协议相互传输数据。这些节点

投稿网址hnp：／／州vⅥ，．videoEcn I《电视技术》第38卷第4期(总第431期)

万方数据

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控制；(3)数据规模宏大且不能预知其

最大值；(4)数据一经处理，除非特意保

存，否则不能被再次取出处理，或者再

次提取数据时将付出昂贵的代价。

2)数据架构

具有自组网的功能，可自动构成无线传

感网。当周期性地获取到环境采样数

据之后，这些节点经过单跳或多跳，将

获取到的数据传输到所部署的Sink节

点上。sink节点通过家庭网关进行数

据汇集，利用广电网络的上行线路将数

据传输到广电系统的数据中心，进行记

录备份。

号后再将这些信号转换为ZigBee信号

发送至受控设备。同时，sink节点也接

收来自感知设备的zigBee信号，将其中

的感知数据上传至广电网络数据中心，

见图3。

数据库集群：用多台PC server组

3)服务质量(00S)

在陕西广电物联网智能家居平台

系统中，数据随着应用的不同有着很

大的差别。例如，传感器收集到的数

据尺寸往往比较小，且数据产生的频

率并不高。而摄像头采集到的视频数

据尺寸则比较大，且数据产生的频率

非常高。针对不同数据的不同特点，

必须采取合适的策略，以保证数据准

确无误地传输。

成一个存储节点阵列，通过MySQL自

身的RepIication或者应用自身的处理，

可以很好地保证容错(允许部分节点失

效)，保证应用的健壮性和可靠性。在

集群环境中，开启MySQL数据库服务

器的master—slave模式，利用数据库服

务器在主从服务器间进行同步，应用只

把数据写到主服务器，而读数据时则根

据负载选择一台从服务器或者主服务

器来读取，将数据按不同策略划分到不

同的服务器(组)上，以分散数据库压

力。

2)协议转换

由于设备的异构性，平台系统中

使用多种协议进行通信。其中，作为物

联网家庭网关的扩展设备，Sink节点通

过uSB连接到家庭网关；Kinect体感设

备通过uSB连接到Sink节点；视频感知

设备通过wm连接到sink节点；环境

感知设备通过zigBee连接到sink节点；

对家电的控制使用红外进行。

视频数据具有体积大、流量高、实

时性高的特点。传感器数据则与之相

反，具有体积小、流量低、实时性低的特

点。为了实现各项数据高效正确的传

输，本项目采取以下措施来优化数据的

传输方式：

针对传输协议的多样性，陕广智

能家居系统主要可实现以下协议的转

换：第一种是zigBee与红外线转换。该

转换由zigBee红外转换器实现。转换

器接收zigBee数据，根据数据的编码信

息，将信息转换为相应的红外信号，用于

控制电视、空调等家用电器，见图2。

第二种转换为zi邓ee—w 转

换。该转换由Sink节点实现。Sink节

点接收移动设备通过wiFi传送控制信

服务器集群与负载均衡：服务器

群集中每个服务结点运行一个所需服

务器程序的独立拷贝，而网络负载均衡

则将工作负载在这些主机间进行分

配。负载均衡建立在现有网络结构之

上，其提供了一种廉价有效的方法扩展

服务器带宽和增加吞吐量，以加强网络

数据处理能力，提高网络的灵活性和可

用性。其主要完成以下任务：解决网络

拥塞问题，服务就近提供，实现地理位

置无关性；为用户提供更好的访问质

量；提高服务器响应速度；提高服务器

及其他资源的利用效率；避免了网络关

键部位出现单点失效。

在大数据传输时加入间隔，小数

据设备监听传输信道，如果信道上无数

据传输，则利用此间隔传输；

对小数据打包，使它们大小达到

一定尺寸后再发送，提高带宽利用率。

3支持层

1)数据中心

数据中心是平台

红外信号

系统中最为关键的技

，

术之一，最大的特点是

数据成流状形式。流

数据是一组顺序、大

量、快速、连续到达的

数据序列，一般情况

下，数据流可被视为一

个随时间延续而无限

增长的动态数据集

合。流数据具有4个

特点：(1)数据实时到

达；(2)数据到达次序

独立，不受应用系统所

“(◇

＼＼

sink节点

8西号

缓存集群：使用缓存能有效应对

大负载，减少数据库的压力，并显著提

高多层应用程序的性能，如果某个用户

多次请求同一资源，则可以从缓存返回

该资源，从而避免了重新从服务器或数

据库请求该资源而产生的系统开销。

缓存可以通过减少获取请求资源所需

的时间，提高应用程序性能。缓存还可

以通过减少到服务器的往返次数，降低

网络通信量。

zigBee一红外转换器

图2

zigBee-红外线转换示意图

上行链路■●I●

。孟固

数据中．C

图3

ZigBee—WiFi转换示意图

《电视技术》第38卷第4期(总第431期)l投稿网址http：，／wvvvv．VideoE．cn

万方数据

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