隨著通信技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)和傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展和日益成熟，具有感知能力、計(jì)算能力和通信能力的微型傳感器開(kāi)始在世界范圍內(nèi)出現(xiàn)，由這些微型傳感器構(gòu)成的傳感器網(wǎng)絡(luò)（WirelessSensor Network 簡(jiǎn)稱WSN） 引起了人們的極大關(guān)注。這種傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和通信技術(shù)，能夠協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行處理，獲得詳盡而準(zhǔn)確的信息，傳送到需要這些信息的用戶。隨著傳感器技術(shù)、半導(dǎo)體制作技術(shù)、嵌入式處理技術(shù)等的發(fā)展使無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)控、工業(yè)控制、智能城市和智能家庭等領(lǐng)域取得了實(shí)際可行的應(yīng)用成果。本文把無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)引入到智能家居系統(tǒng)中，給出了一套基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能家居系統(tǒng)解決方案。

1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的基本組成和功能包括如下幾個(gè)單元：傳感單元（由傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能模塊組成）、處理單元（由嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成，包括CPU、存儲(chǔ)器、嵌入式操作系統(tǒng)等）、通信單元（由無(wú)線通信模塊組成）、以及電源部分。此外，可以選擇的其它功能單元包括：定位系統(tǒng)、移動(dòng)系統(tǒng)以及電源自供電系統(tǒng)等。在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，大量的節(jié)點(diǎn)部署在感知對(duì)象內(nèi)部或者附近。這些節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織方式構(gòu)成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，并以協(xié)作的方式感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中特定的信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)任意地點(diǎn)信息在任意時(shí)間的采集、處理和分析。這種以自組織形式構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)多跳中繼方式將數(shù)據(jù)傳回sink 節(jié)點(diǎn)（接收發(fā)送器），最后借助sink 鏈路將整個(gè)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程控制中心進(jìn)行集中處理。在傳感器網(wǎng)絡(luò)中絕大多數(shù)的節(jié)點(diǎn)只有很小的發(fā)射范圍，而sink 節(jié)點(diǎn)的發(fā)射能力較強(qiáng)，具有較高的電能，可以把數(shù)據(jù)發(fā)回遠(yuǎn)程控制節(jié)點(diǎn)。

智能家居

隨著近年來(lái)科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和普及，我們的工作、生活觀念也發(fā)生了巨大的改變，現(xiàn)代家庭生活追求的新方向———智能化生活己經(jīng)悄然走進(jìn)我們的生活，“智能家居”已成為家庭信息化和智能化的一種表現(xiàn)。智能家居是指在小區(qū)內(nèi)部寬帶網(wǎng)絡(luò)己經(jīng)普及的基礎(chǔ)上利用小區(qū)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境搭建的以家庭為單位的控制系統(tǒng)，其目的是為住戶提供以住宅為平臺(tái)，兼?zhèn)浣ㄖ⒕W(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、設(shè)備自動(dòng)化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理于一體的高效、舒適、安全、便利的居住環(huán)境。智能家居是個(gè)復(fù)雜的綜合體。首先，在一個(gè)家居中建立一個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò)，為家庭信息提供必要的通路，在家庭網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的控制下，通過(guò)相應(yīng)的硬件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有家庭網(wǎng)絡(luò)上的家電和設(shè)備的控制和監(jiān)測(cè)。其次，通過(guò)一定的媒介，構(gòu)成與外界的通訊通道，以實(shí)現(xiàn)與家庭以外的世界溝通信息，滿足遠(yuǎn)程控制/監(jiān)測(cè)和交換信息的需求。最后，智能家居的最終實(shí)現(xiàn)目的都是為滿足人們對(duì)安全、舒適、方便和符合綠色環(huán)境保護(hù)的需求。智能家居從功能上來(lái)說(shuō)，主要分為家庭安防功能、家庭數(shù)據(jù)采集功能、家電及家庭電子設(shè)備控制、家庭信息管理平臺(tái)和家庭能源控制功能等五大功能。

基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的門鎖網(wǎng)

由智能家居系統(tǒng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖可見(jiàn)。無(wú)線網(wǎng)關(guān)（sink 節(jié)點(diǎn)）是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的核心，各個(gè)不同協(xié)議子網(wǎng)之間的互連和信息共享都需要通過(guò)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行，它可以接收各種家電、燈具、安防監(jiān)控設(shè)備、居室環(huán)境監(jiān)控單元以及通用遙控器等無(wú)線發(fā)送上來(lái)的信息，也可以對(duì)這些信息進(jìn)行智能處理后反饋給相應(yīng)的設(shè)備。另一方面，無(wú)線網(wǎng)關(guān)還可以同局域網(wǎng)/互聯(lián)網(wǎng)、公用電話網(wǎng)、短信系統(tǒng)等連接，在非現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域?qū)彝ゾW(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遙控和監(jiān)測(cè)。在家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)中，通用遙控設(shè)備上有GUI（Graphical User interface，圖形用戶接口），它不僅可以控制各種家用電器以及各種監(jiān)測(cè)控制單元的運(yùn)行狀態(tài)，還可以對(duì)各種受控設(shè)備進(jìn)行設(shè)備添加、刪除、參數(shù)設(shè)置等操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的現(xiàn)場(chǎng)控制。在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)中，各種網(wǎng)絡(luò)家電設(shè)備，例如電視、冰箱、空調(diào)、熱水器等，形成了一個(gè)應(yīng)用平臺(tái)。這些

設(shè)備可以接受無(wú)線網(wǎng)關(guān)或通用遙控器的控制，也可以把自身的工作狀態(tài)、甚至故障告警信息上傳到無(wú)線網(wǎng)關(guān)，進(jìn)而通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或電話網(wǎng)告知相關(guān)人員。安防監(jiān)控子網(wǎng)用來(lái)對(duì)家庭的門、窗等監(jiān)測(cè)和控制。一旦有人非法入侵，安防單元就會(huì)立即啟動(dòng)報(bào)普系統(tǒng)，并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)關(guān)把安防告普信息傳遞給相關(guān)人員或部門。圖像采集裝置可以記錄非法入侵人員的資料。居室環(huán)境監(jiān)控子網(wǎng)對(duì)家庭內(nèi)的各種有害氣體、火災(zāi)等進(jìn)行監(jiān)視和控制。這個(gè)單元采用了模糊智能控制技術(shù)，一旦預(yù)測(cè)到有災(zāi)情發(fā)生，會(huì)立即進(jìn)行關(guān)聯(lián)控制。例如，啟動(dòng)通風(fēng)設(shè)備減小有害氣體濃度，啟動(dòng)滅火裝置消除隱患。燈光控制子網(wǎng)可以提供舒適的光源和有效的節(jié)能措施，方便用戶的生活和工作。

在此電路中，用戶在戶外撥通家庭電話，客廳內(nèi)電話接口模塊根據(jù)振鈴次數(shù)決定是否摘機(jī);如果摘機(jī)，該模塊通過(guò)語(yǔ)音反饋到戶外電話，提示用戶輸入系統(tǒng)操作密碼;待輸入的密碼得到確認(rèn)后，用戶獲取智能家居系統(tǒng)執(zhí)行權(quán)，在語(yǔ)音提示下，分別對(duì)家用電器進(jìn)行控制。戶外控制信息經(jīng)過(guò)電話接口模塊進(jìn)入家庭以太網(wǎng)，并發(fā)送到分布在家庭內(nèi)部的各個(gè)終端節(jié)點(diǎn);終端節(jié)點(diǎn)分析控制信息，判斷是否為發(fā)送到本地的信息，以及是否需要執(zhí)行相關(guān)操作。例如，用戶在下班回家途中，撥通家庭電話，輸入正確密碼后，在語(yǔ)音提示下有選擇地打開(kāi)衛(wèi)生間內(nèi)的熱水器（操作由衛(wèi)生間內(nèi)自動(dòng)控制模塊執(zhí)行），打開(kāi)客廳內(nèi)的電燈（操作由客廳內(nèi)自動(dòng)控制模塊執(zhí)行），再打開(kāi)廚房?jī)?nèi)的電飯鍋，開(kāi)始煮飯（操作由廚房?jī)?nèi)自動(dòng)控制模塊執(zhí)行）。利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)加上zigBee 協(xié)議構(gòu)成的低數(shù)據(jù)率無(wú)線家庭網(wǎng)絡(luò)個(gè)性化明顯，用戶通常會(huì)選擇符合自己個(gè)性化需求的產(chǎn)品。

目前的產(chǎn)品主要有：具備遠(yuǎn)程遙控技術(shù)、配有電話、無(wú)線通訊等接口的空調(diào)、熱水器等數(shù)字家電;配有無(wú)線接口、可遠(yuǎn)程報(bào)警的家用安防報(bào)警設(shè)備;具備無(wú)線接口的家庭燈光控制器材;可進(jìn)行防盜、報(bào)普、記錄的小型攝像機(jī);照顧料理家庭成員的攝像頭或可視電話等等?？梢?jiàn)，用戶的個(gè)性化家庭網(wǎng)絡(luò)配置源于相關(guān)產(chǎn)品的多樣化。用戶對(duì)家庭網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的安放位置在一定程度上也影響家庭網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浜瓦B通性。因此，家庭網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具備自行組織的能力，真正實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部的自動(dòng)化。

4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在智能家居中應(yīng)用的展望雖然現(xiàn)在構(gòu)造普適計(jì)算的各種構(gòu)件都存在，如嵌入式技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（包括移動(dòng)計(jì)算和自組織網(wǎng)絡(luò)）、中間件技術(shù)和傳感器技術(shù)，但將其無(wú)縫集成仍是很大的挑戰(zhàn)。考慮到大量日常和消費(fèi)類設(shè)備的接入，由于設(shè)備智能程度的差別（如：家里的PC 機(jī)與小區(qū)的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)），普適計(jì)算系統(tǒng)的中間件必須找到途徑以屏蔽這種不均衡。智能家居環(huán)境是普適計(jì)算的先決條件，依應(yīng)用不同，需要感知的可以是用戶位置、環(huán)境溫度、光線、甚至用戶的動(dòng)作、表情、心跳、血壓等等。

這個(gè)目標(biāo)引入了更多的復(fù)雜性：位置監(jiān)控、不確定建模、實(shí)時(shí)信息處理和融合來(lái)自不同傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，這些均構(gòu)成了技術(shù)瓶頸。智能家居是一個(gè)新興的研究領(lǐng)域，其功能可以隨著用戶的需求無(wú)限擴(kuò)展。智能家居也是一個(gè)快速發(fā)展的領(lǐng)域，其市場(chǎng)前景廣闊。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在智能家居中的應(yīng)用，極大的提高了傳統(tǒng)智能家居系統(tǒng)的人性化自動(dòng)化水平，必將隨著智能家居的發(fā)展而不斷進(jìn)步。