农业信息管理与应用

农业信息化管理与应用

学院名称：信息学院

专业班级：农业信息化学号：20159060504 姓名：刘畅

基于云计算的智能家居管理系统设计与应用

摘要随着人们生活水平的不断提高，以及科技水平的迅猛发展，基于物联网的智能家居技术与产品应运而生，但如今的智能家居系统存在着种种问题，比如重复建设、系统功能和性能受限、扩展性差以及后期维护难度较大等等，这些问题都限制了智能家居的发展和普及。本论文试图采用云计算的方法解决这些问题。本文在数据处理和软件设计等相关技术的基础上，提出了一个基于云计算的智能家居管理系统，并做了示范应用。

本文首先介绍了现有智能家居和云计算中涉及的关键技术。借鉴现有的智能家居系统，本课题采用ZigBee短距离无线通信技术在室内进行无线组网，搭建室内无线局域网络，利用传感器、摄像头等采集室内各项信息，并通过无线网络传输。在此基础上，本文着重分析了云计算技术在智能家居管理系统中的应用，并利用南京邮电大学物联网科技园的现有设备，采用Hadoop的技术，搭建了智能家居系统的云端平台。在云平台设计与实现的过程中，参考物联网的结构模型，提出了基于云计算的智能家居管理系统的六层模型，并对云计算平台的核心部分信息融合与处理层进行了详细设计。

最后，作为对智能家居云平台管理系统的应用与验证，本文设计并实现了基于云计算的智能家居管理系统可以提供的一项服务一一智慧家居花卉管理。在这个子系统的设计与实现中，首先从系统结构出发对系统作了整体规划，然后从软件、硬件和云计算平台三个方面实现了系统功能。通过子系统的实现验证了云计算智能家居管理系统的可行性与先进性。

关键词物联网，智能家居，云计算，Hadoop

一、绪论

1、物联网智能家居概述

智能家居是物联网技术的一项应用，它通过传感技术、传输技术、计算机处理技术等物联网技术，将各种家具设备，比如照明、窗帘、空调、冰箱、电视、安防设备等连接到一起，通过传感网络、无线传输网络和智能处理设备，为用户提供智能家电控制、智能灯光控制、智能防盗报警、家居环境监测等智慧化的家居服务。

智能家居系统一般具有5项基本功能，其中包括家居安防、灯光控制、环境控制、家电控制、多终端管理。用户可以根据自己的实际情况和需求进行功能配置，在这5个基本功能中，家居安防系统可以利用技术手段有效地提高居家环境的安全性，包含防盗、防燃气泄漏、防火等功能，通过远程视频监控，用户可以通过网络随时了解家中情况，做到对家庭安全的保护，灯光控制和家电控制系统是通过传感器检测室内的光照情况、家电的运行情况，然后根据结果控制灯光的强弱、家电设备的开启与关闭，环境控制系统是对室内的各种环境参数进行监测，比如室内的温湿度情况、室内有毒气体的含量等，并且通过智能化的处理后对室内环境进行调节，而多种途径控制功能可以让用户在任何地点通过多种方式对家中的情况进行监控、操作与管理，提高了智能家居系统使用的便捷性。

2、云计算

云计算是一种以传统互联网为基础，通过互联网方式提供动态且易扩展的虚拟化资源等相关服务的使用和交付模式。云计算的概念是对传统互联网和网络的抽象说法，它既包括IT基础设施的交付和使用模式，又包括具体的服务的交付和使用模式。通过云计算，传统意义上的计算能力的性质也发生了变化了，计算能力也可以作为商品进行交换和流通，人们可以利用网络完成一切需要处理的任务，计算能力通过网络传递，从而摆脱硬件和软件资源的限制，真正做到全网协作、按需计算。云计算的核心目的是满足用户对计算能力不断提高的需求。

云计算提供的资源是可以动态生成的虚拟化资源，用户可以通过网络方便地访问这些资源。与传统的IT技术不同，资源的使用者并不需要掌握云计算本身的技术，而是根据实际

的需求，通过网络向云计算技术的提供者租赁、使用资源，并支付相应费用。总而言之，在云计算模式下，用户不需要管理或控制底层的基础设施，只需要控制操作系统以及部署在操作系统上的应用程序。

3、现有智能家居技术面临的问题

在现有的智能家居技术中，系统是基于独立的智能处理控制模块，即智能终端，对家居环境中各类信息进行采集、处理，并控制室内的各类传感设备、家用电器等设备。这种技术面临的问题包括以下三类:

(1)智能终端的稳定性和可靠性。(2)智能终端的数据处理能力。(3)传统的智能家居系统扩展性较差、成本较高。

二、智能家居与云计算中的关键技术研究

1、无线组网技术

目前主流的无线通信技术主要有移动蜂窝通信、蓝牙、WiFi，以及ZigBee等，而目前主要的智能家居系统解决方案都是采用ZigBee技术作为室内的无线组网方案。ZigBee技术是基于OSI协议和IEEE802.15.4协议开发的一种短距离无线通信技术，具有复杂度低、动态路由、通信距离短、数据速率低、可自组网、低功耗、低成本等特点。ZigBee具有很多技术特点，非常适合用于覆盖面积小、低成本开发的智能家居系统。

2、信息感知技术

智能家居系统中涉及到空气质量信息、光照信息、家电状态信息和能耗信息等一系列传感信息，因此信息感知技术是智能家居系统中的关键技术之一。信息感知技术主要依赖于各类传感器，传感器及其相关信息涉及范围较广，包括硬件信息、处理信息、感知目标信息和感知结果信息。每种信息之间的结构各不相同，同一种信息针对不同应用领域的结构又有所不同。如今，传感技术发展迅猛，传感器信息资源复杂多样，本小节主要从传感器的定义及基本特征两个方面进行详细介绍。

3、智能控制技术

智能控制模块是智能家居系统的核心模块，负责整个家庭信息网络的控制据的储存、分析，需要具有通信能力、数据处理与存储能力、高度的稳定性，、管理以及数以及为用户提供友好的交互界面。通常，智能家居系统中的智能控制模块是基于嵌入式技术开发的。

嵌入式系统是在计算机技术的基础上，根据具体应用，对计算机软硬件进行裁剪的专用计算机系统。嵌入式系统对功能、成本、可靠性、功耗有严格的要求。嵌入式系统有着广泛的应用场景，从制造业、工业、汽车制造业、航空装备、船舶制造，到日常生活中用到的通信设备、家电产品等各方面都存在着各种7各样的嵌入式系统的应用。作为一种专用计算机系统，区别于通用计算机系统，嵌入式系统主要有以下几个重要的特点：

(1)专业性强(2)实时性强(3)系统精简(4)集成度高、体积小、功耗低

4、云计算与Hadoop平台

云计算技术是在分布式计算、并行计算、网络技术、虚拟化技术、数据库技术等一系列传统技术的基础上发展起来的一种综合信息技术，它将以前各种异构的、分散的硬件和软件资源进行整合，经过虚拟化处理后，再将这些资源以服务的形式提供给用户，为用户提供更加快捷的信息处理方式。

云计算的基本原理是将服务器集群化，并利用远程服务器集群为互联网用户提供存储、计算、软硬件等服务，用户可以根据需求使用存储系统或服务器。云计算这种信息技术的交付方式实现了“按需计算、按需付费”，避免了软硬件的重复投入，大大提高了软硬件资源的利用效率。云计算可以分为基础设施层、平台层和应用层。

云计算关键技术：云计算是一种以数据为中心的超级计算方式，体系结构复杂，涉及众多技术领域，其中最为关键的技术包含数据存储技术和虚拟化技术等技术。