试论家庭智能安防系统及其与网络互连的研究与设计

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　　内容摘要：随着4G技术成熟发展，伴随着的是物联网科技的新兴发展。物联网相关的解决方案也得了很多的应用，在这些基础应用中，管理越来越多的物联网设备，显得尤为重要。智能家居越来越多元化，管理方式也千奇百怪，这样大大降低了智能家居的效率。本文提出面向互联网络管理的智能家庭安防系统，主要进行智能家庭安防系统内部的组网、信息处理等方面的探索，虽然系统实现的功能相对较为简单，但是在智能家庭安防系统协调方面进一步的研究有一定的借鉴意义。
　　关键字：物联网;智能家庭;安防系统。
　　1.本课题的重要研究意义
　　目前市场上的众多家居安防产品，因为品牌和产品型号限制，导致功能单一，往往都只能对家庭灾害中的一两类来进行针对防护，无法做到整体全面的监控，更无法做到多个智能家居间的互相协调。传统的安防系统都是一个安防硬件一个软件，这样导致了用户的体验不佳，并且各个灾害的报警系统都相互独立，误报和漏报警的情况也时有发生。因此，高效的利用智能家居，通过合理调配监控资源，才可以有效避免类似情况的发生，从而有效的保护人们的生命财产安全，减少损失。无论从安全还是经济的角度来看，为家庭营造出一个智能的全方位家居环境迫在眉睫，因此开发出一套兼容市面多数智能家居的家庭安防系统对于集群市场上繁杂的安防产品具有深远意义。
　　2.智能家庭安防系统设计
　　本套智能家庭安防系统是基于智能家居的硬件的，并且在安防的资源调度方面考虑较多。本文针对智能家庭安防系统主要涉及系统的设计、系统中探测器的管理和数据传输加密。在前文的基础上，在系统设计的基础上，总结设计原理、系统功能、系统总体框架和无线通信技术应用等理论，为探测器的分类管理和实时动态监测提供了系统支持。
　　2.1智能家庭安防系统的功能
　　为保证对探测器基本信息、状态、位置等信息的存储，本文根据需求设计了数据库管理系统，实现对各类信息存储，以方便以后对这些信息的调用和分析。本文基于本体理论为不同的探测器建立本体，方便对其进行表示和管理，本文设计了针对探测器的分类算法，此算法基于领域本体的相关理论。基本思路为首先将具有代表性的几类不同的探测器进行抽象化，提取出它们中对此类探测器概念影响较大的重要信息，并对这些信息进行抽象形成对应本体的关键特征。此后基于这些特征设计本体、数据库，确定不同本体间的关系，比如：门窗震动探测器与热红外幕帘探测器属于协同工作型，对有无人入侵的判定是对这两种探测器状态的综合分析的结果。还设计了本体结构在数据库中的保存结构，将本体相关信息保存在数据库中。
　　其中大部分子系统功能与普通安防系统功能类似，这里重点强调破坏报警系统、远程监控系统、联动系统和数据库管理系统，这些子系统是智能家庭安防系统所特有的。
　　（1）破坏报警子系统主要应用于系统中任何地方被破坏时发出声光报警信号，通知物业或者向住户发送破坏报警信息，得到住户或物业管理人员的相应响应后解除报警状态，恢复正常状态。也可以在系统发出破坏报警报告时由系统网关自主的进行相应处理，处理完之后再将相关信息反馈给物业或住户。
　　（2）远程监控子系统即通过PC或手机终端连接网络，查看、监督和管理家居安防系统，本文设计、开发了远程监控子系统，以图形化界面展示给住户，以方便住户对家居环境的监管。
　　（3）联动子系统一般与其他报警系统连接提供服务，实现对系统自动化管理，如：家居环境中发生火灾，家居网关在向住户、物业等发出信息的同时采取必要联动措施，如启动房间内的淋水装置，关闭房间的窗户等，为消防人员的到来争取时间。
　　（4）数据库管理系统主要存储系统中各个子系统监控到的探测器状态信息、住户或物业发送的命令信息，不同状态下的临界条件，住户身份的相关信息等，这些信息不仅为智能家庭安防系统的管理提供便利，而且也为住户的查询或公安人员破案提供依据。
　　2.2智能家庭安防系統的整体架构
　　采用高可靠性、低功率、低成本的无线传感器网络构建的安防网络在性能、价格、可操作性方面的竞争优势不断扩大。在外部采用TD-LTE通信网络进一步扩展了家居安防系统的覆盖范围，只要可以连接上网的地方就可以实现对智能安防系统中各种状态的监控。
　　智能家庭安防系统中主要的处理流程是探测器采集监控数据后处理数据，并且后台对这些数据进行实时监控和处理，当出现紧急情况时产生报警信号通知家居住户并及时处理事件，同时住户可以对安防事件进行远程监控，当发现问题时可以远程控制和处理。根据无线传感技术和智能家庭安防系统的特点，本文设计的基于无线传输技术的智能家庭安防系统主要包括探测器节点、路由器节点、家居安防协调器节点和家庭网关以及一些执行机构组成。
　　2.3智能家庭安防系统的网络选择
　　经过无线传感器网络、物联网等领域的发展，无线通信技术已经在多领域被广泛的使用。不同的无线传输技术有其不同的应用领域和优势，正是因为它们都存在不同程度、不同方面的局限，才会多种无线技术并存。
　　根据系统中信息传输的不同内容可以将这些信息分为数字信息、控制信息、音频信息。本文中研究的网络主要应用于数据通信子网、控制子网等低速网络。ZigBee技术优点多，并且ZigBee模块的生产工艺已经成熟，在模块上实现扩展也比较容易以及可以实现可靠的控制性能。
　　3.总结与展望
　　目前中国有4亿家庭，随着人们生活水平的不断提高，人们逐渐适应于高科技产品在家居生活中所带来的舒适感，从煤气、天然气到各种用电器。但是，大量的家居产品在带给人们生活便利的同时也给人们带来了更多的家庭安全隐患。系统设计中应用了各类探测器，包括对火灾、煤气、人为灾害等进行监测，并将其与实际的联动装置进行联合调动，实现家居环境出现异常自动报警、自动处理和联合调度以减少损失，提高智能家居的效率。由于该系统需要大量的各类探测器，而在实验室环境下无法得到满足，故本文以智能家庭安防系统总体设计和一些虚拟数据为蓝本建立了小范围的测试环境，模拟了温度探测器、CO探测器、感光探测器等，还在用户操作系统中设计了对各种探测器状态模拟使其产生不同提示信息的功能。随着社会向着高质量高品质的发展，以及5G技术的成熟，该系统将会在智能家居的设计上起到很好的规范作用。
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