【物聯(lián)網(wǎng)智能家居發(fā)展應(yīng)用與趨勢淺析9700字】

物聯(lián)網(wǎng)智能家居發(fā)展應(yīng)用與趨勢淺析目錄TOC\o"1-3"\h\uTOC\o"1-3"\h\u16979一、引言 427589二、智能家居在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 415147（一）智能家居在國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀 413622（二）智能家居在國外的發(fā)展現(xiàn)狀 527666三、物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù) 632629（一）物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺架構(gòu) 626769（二）物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)分層架構(gòu) 786711.構(gòu)建網(wǎng)關(guān)系統(tǒng) 7155542.構(gòu)建網(wǎng)關(guān)分層架構(gòu) 827045（三）物聯(lián)網(wǎng)平臺的通信協(xié)議 913447四、物聯(lián)網(wǎng)在智能家居方面的應(yīng)用 1016562（一）網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議 1029033（二）CoAP可靠傳輸機制 1019601（三）設(shè)備數(shù)據(jù)上傳和更新 10277481.數(shù)據(jù)操作流程 10198352.數(shù)據(jù)上傳與更新消息定義 1111058（四）物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集 111797（五）智能家居平臺數(shù)據(jù)推送 12278611.智能家居平臺推送流程 1217892.推送消息定義 1328518五、結(jié)語 141149【參考文獻】 1516760致謝 17

【摘要】近些年來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為信息通信技術(shù)領(lǐng)域的重大突破，它以前所未有的發(fā)展速度促進社會生產(chǎn)力的提高，改變著我們的生活方式，逐漸成為了世界各國領(lǐng)導(dǎo)人和學(xué)者關(guān)注的焦點。目前，雖然物聯(lián)網(wǎng)在物流、交通、醫(yī)療等方面有了廣泛的應(yīng)用。但是對于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居的應(yīng)用來說，仍然存在一些問題，這些問題主要有：一是底層傳感涉及智能家居設(shè)備的接入類型較少，實現(xiàn)的都是比較小的數(shù)據(jù)的傳輸；二是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)與智能家居平臺之間通信的問題，傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議HTTP只能滿足數(shù)據(jù)的單次傳輸，不能在物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)中建立實時雙向通信通道，那么就不能滿足底層智能家居設(shè)備數(shù)據(jù)的實時更新；三是當(dāng)有大量的數(shù)據(jù)同時涌入時，傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計不能夠解決數(shù)據(jù)高并發(fā)的問題。本文針對上述存在的問題，進行了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居平臺運用中的研究，主要是為了能夠通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)在智能家居平臺中多種類型設(shè)備處理以及對于海量數(shù)據(jù)的存儲。【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)，智能家居，通信協(xié)議一、引言依據(jù)傳統(tǒng)電信網(wǎng)以及互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等消息承載體，可以使得具備獨立尋址的普通物體去實現(xiàn)相互連通的網(wǎng)絡(luò)就是物聯(lián)網(wǎng)(Internetofthings,IOT)。物聯(lián)網(wǎng)是根據(jù)一定的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，將項目、物體等對象設(shè)置輸入輸出等硬件，然后利用軟件系統(tǒng)和硬件信號去實現(xiàn)信息之間的交互以達到可以智能控制的目的。20世紀(jì)以后人們對于信息技術(shù)的應(yīng)用進行拓展的主要核心，就是在計算機。在2019年，我國對物聯(lián)網(wǎng)的連接環(huán)境更是進行了進一步的優(yōu)化，推動了5G、Ipv6、NB-IoP等多種網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，促進了物聯(lián)網(wǎng)的實質(zhì)性發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)的概念提出始于1999年，并且隨著IBM的加入，更是得到了美國政府的支持，在全球引起了廣泛關(guān)注，許多國家更是將物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)成該國家的發(fā)展戰(zhàn)略，也是因此物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展得到了進一步的推廣。在中國，起步相對較早的物聯(lián)網(wǎng)也得到了廣泛的興起，新世紀(jì)以后新的信息化技術(shù)的具體體現(xiàn)主要在物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展上面。更會成為我國戰(zhàn)略性的一些新興產(chǎn)業(yè)鏈的重要一員，產(chǎn)業(yè)發(fā)展一定會帶動我們國家整個國民經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，并且我國國家領(lǐng)導(dǎo)人在政府報告里也提到要加快物聯(lián)網(wǎng)的研究，因此，物聯(lián)網(wǎng)的潛力是巨大無比的。隨著其產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，目前物聯(lián)網(wǎng)被應(yīng)用在多個領(lǐng)域，包括智能物流、智能家居、智能交通、醫(yī)療保健等各個領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)可以被分為由協(xié)議適配層、數(shù)據(jù)模型同步層、感知接口層和平臺通信層組成的，其中協(xié)議適配層主要負(fù)責(zé)對搜集的數(shù)據(jù)進行封裝并完成上傳工作；數(shù)據(jù)模型同步層主要負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進行傳輸和更新；感知接口層負(fù)責(zé)提供設(shè)備接入的接口；平臺通信層負(fù)責(zé)和云平臺之間的對接。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是作為連接網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的橋梁，將各自分散到不同應(yīng)用、不同地域的感知網(wǎng)絡(luò)的信息孤島通過網(wǎng)絡(luò)進行連接，并且實現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間的通信和信息交換，推動了物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。為了解決物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}和需求，本文在研究物聯(lián)網(wǎng)在智能家居的實際應(yīng)用中，設(shè)計了基于多通信協(xié)議的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)與平臺之間雙向通信系統(tǒng)。首先，設(shè)計了基于Node.js+Socket.IO+Redis的通信系統(tǒng)模塊化的設(shè)計與實現(xiàn)，采用一致的資源描述方式，安全高效的完成底層傳感設(shè)備的接入、數(shù)據(jù)上傳和數(shù)據(jù)模型的實時更新。其次，為了滿足物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的可拓展性，實現(xiàn)更多類型設(shè)備資源的加入，因此CoAP協(xié)議就出現(xiàn)了，在對于完成客戶端與服務(wù)器雙方都可以主動進行溝通，同時也能夠?qū)崟r分享數(shù)據(jù)的雙向傳輸，CoAP協(xié)議對此功能有了很好的表現(xiàn)方式。因此，完成了基于CoAP通信協(xié)議的物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)的設(shè)計，從而更好地實現(xiàn)多種智能家居設(shè)備的接入、管理和數(shù)據(jù)交互的功能。二、智能家居在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢智能家居的發(fā)展最早是從1980年左右開始的，到目前為止大概已經(jīng)有了30年左右的歷程了，智能家居在國外的研究要先于中國，下面對國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀一一介紹。（一）智能家居在國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)智能家居的發(fā)展在成長的過程中經(jīng)歷了許多坎坷，如今已經(jīng)取得了很大的進步，下面對國內(nèi)智能家居的發(fā)展做具體介紹。萌芽時期（1994-1999年）這個時期由于在中國剛起步，所以各方面經(jīng)驗還不是很成熟。在智能家居的銷售業(yè)務(wù)中，只有外國的一兩個品牌在中國銷售，更有甚者并沒有銷售給我們?nèi)A人，而是銷售給了歐美用戶。開創(chuàng)期（2000—2005年）這個時期國內(nèi)智能家居行業(yè)慢慢開始有了進展，在國內(nèi)大約成立了家企業(yè)。智能家居在技術(shù)培訓(xùn)體系和在市場銷售業(yè)務(wù)方面逐步完善起來，由于此時技術(shù)還有形成良好的技術(shù)體系，因此未能大規(guī)模投入市場供人們大規(guī)模使用。徘徊期（2006—2010年）本世紀(jì)初以后，由于前期智能家居企業(yè)的在國內(nèi)的激烈競爭反而給智能家居行業(yè)帶來了很大的打擊。大概從2005年開始，一半以上的企業(yè)退出了智能家居行業(yè)，轉(zhuǎn)而做其他他們認(rèn)為有前途的事去了。雖然還有很多企業(yè)堅持下來了，但或多或少遭受到了一定了打擊，總體規(guī)模還是呈下降的趨勢。融合演變期（2011—2020年）這個時期有了好轉(zhuǎn)的勢頭，但這是房地產(chǎn)行業(yè)這一大背景作為支撐站起來的。據(jù)統(tǒng)計，我國的智能家居市場已達到5.8萬億元左右，當(dāng)時估計2018年會突破225萬億元，因此具有無限的發(fā)展?jié)摿?。然而電器類智能家居穩(wěn)居榜首。據(jù)報道我國智能家居在這個時期有高達13.2％的佳績，或許可以取得更大的進展。國內(nèi)的常用產(chǎn)品有以下幾種：（1)海爾移動電話。將海爾電腦的芯片作為其主控制器，將各種家電設(shè)備聚集作為監(jiān)控終端設(shè)備，控制中心采取移動數(shù)字的方式。在技術(shù)方面上，海爾和微軟結(jié)合，發(fā)揮各自的特長，如海爾的家電和微軟的Window系統(tǒng)，使“e家庭”暫露頭腳，當(dāng)時推出的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品主要有空調(diào)、冰箱和洗衣機等。（2)移動數(shù)字家園，該系列智能家居外觀設(shè)計和中國家庭用戶十分符合，按照國際法的標(biāo)準(zhǔn)，采取嵌入式和硬件技術(shù)相結(jié)合，提供網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和總端的設(shè)備。產(chǎn)品在開發(fā)功能上有很大的突破，家居標(biāo)準(zhǔn)采用一些歐洲國家的成熟的技術(shù)。控制系統(tǒng)分為以下三部分：A系列：采用EIB協(xié)議的方式，安裝于中高檔住宅區(qū)。B系列：采用X-10協(xié)議的方式，安裝在中檔住宅區(qū)。易家三代：采用配電箱的安裝方式。（引用基于STM32的小型智能家居系統(tǒng)設(shè)計）為了智能家居能有一個好的未來，國內(nèi)各大公司都做出了不懈努力，希望能研制出屬于我們自己的產(chǎn)品，以解決我國智能化產(chǎn)品在價格昂貴、實用性差和使用復(fù)雜等種種問題，各項指標(biāo)都在向國際化靠攏，包括創(chuàng)新性和實用性等，然后突破自己，這樣的中國未來一片光芒。（二）智能家居在國外的發(fā)展現(xiàn)狀隨著1984年的到來，通過不懈努力終于建立了世界上的第一座智能大廈，這棟大廈的建成有著非同凡響的影響，但這座大廈也是在舊式大樓的智慧的基礎(chǔ)上建成的。2000年的時候，新加坡的智能家居有了很大的起色，在新加玻約有5000個家庭開始使用家庭智能化系統(tǒng)，美國的智能家居行業(yè)也在挫折中走了出來，當(dāng)時已高達4萬用戶使用智能家居系統(tǒng)。截止到2003年底，智能家居行業(yè)贏得了高達的4500億美元的盈利，但大部分還是來自于硬件產(chǎn)品，其有將近3700億美元的盈利，其余的部分包括技術(shù)服務(wù)、軟件費用等各方面共盈利800億美元左右。迄今為止，智能家居經(jīng)歷了大起大落的經(jīng)歷后也開始日益成熟。鑒于技術(shù)等各方面隨著時代的發(fā)展愈發(fā)趨于成熟，其前景也十分可觀。和那些幾萬美元的高端別墅相比，這些智能家居環(huán)境性價比極高，不僅耗資少，而且住的舒適，得到了住戶也十分肯定。在智能家居在研制方面，不得不承認(rèn)歐洲國家比我們要好得多，這正得益于他們起步早，投入了很大的成本，對我們來說想趕超他們不是件容易的事，因此他們處于領(lǐng)先地位也理所當(dāng)然。但近些年來，在國外的一批知名其他企業(yè)也開始轉(zhuǎn)向智能家居行業(yè)，如摩托羅拉和微軟兩家公司，摩托羅拉公司的“居所之門”、微軟的“夢幻之家”以及BM的“家庭主任”等，都開始慢慢占據(jù)家居市場的主導(dǎo)地位。除了美國的一些企業(yè)，與此同時，日韓新等一些國外國家的的好企業(yè)也進入了智能家居的開發(fā)行業(yè)中，智能家居早已成為人們的焦點話題。在國外的常用產(chǎn)品有以下幾種：(1)美國生產(chǎn)的X-10系統(tǒng)，該系統(tǒng)的電力線搭建在基礎(chǔ)線平臺上，采取集中控制的方式。這套系統(tǒng)不僅功能強大，而且與ABBC_BU等智能家居相比之下，更容易被接收，結(jié)構(gòu)相對來說也比較簡單。在功能的實現(xiàn)上，X-10系統(tǒng)采取先接受來自電力線路的信號，然后將接受的數(shù)據(jù)傳輸給接收器，從而達到控制的目的，由于不需要額外布線，所以因此也節(jié)省了許多功夫，也成為了本套設(shè)計系統(tǒng)最大的亮點，相比之下其它系統(tǒng)都是需要進行額外布低壓線路的，有的是走墻上、有的是地面鉆孔或開槽布線等，施工費用高、對施工人的考驗大而且消耗時間長，因此該方案在國內(nèi)幾乎沒有市場。(2)德國生產(chǎn)的EIB系統(tǒng)，該系統(tǒng)采取新穎獨特的控制方式：預(yù)埋總線以及中央控制。但由于工作難度大、控制精度高，因此要求極其嚴(yán)苛，既然如此，價格必然十分昂貴，很難打開中國的國門。(3)新加坡生產(chǎn)的8X系統(tǒng)，控制方式是預(yù)處理總線以及集中控制。其最大的好處在于可以對產(chǎn)品進行擴展，且具有較為完善的系統(tǒng)，但也存在一些技術(shù)問題，如活性不能滿足市場要求，性價比低等，所以也不能很好地進入國內(nèi)市場。三、物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)（一）物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺架構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)，使用基于平臺+網(wǎng)關(guān)的開放設(shè)備體系，完成對底層傳感設(shè)備數(shù)據(jù)的接入、傳輸和處理等，最終通過前端界面展現(xiàn)給個人電腦用戶（personalcomputer,PC）或著移動端用戶。服務(wù)器選用Node.js，用javascript語言來進行程序的實現(xiàn)，完成平臺對于底層設(shè)備的接入和數(shù)據(jù)的傳輸?shù)裙δ?。利用Node.js的非阻塞機制、事件循環(huán)機制特性，使得平臺在處理大量并發(fā)I/O請求，在向客戶端發(fā)出響應(yīng)之前，不需要進行復(fù)雜的計算的時候，可以進行快速的傳輸，不會產(chǎn)生數(shù)據(jù)高并發(fā)的問題。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)如圖3.1所示。圖3-1物聯(lián)網(wǎng)開放平臺架構(gòu)圖3-1中，利用底層設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、物聯(lián)網(wǎng)云平臺以及瀏覽器組成物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)。其中物聯(lián)網(wǎng)云平臺又把可以解決不同需求的部分劃分出來，物聯(lián)網(wǎng)事件平臺和資源平臺便是其中的兩部分。事件平臺主要針對事件進行操作處理，資源平臺則將物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備的一些操作例如模型的創(chuàng)建以及管理作為一部分功能來實現(xiàn)。在需要將底層設(shè)備的實時數(shù)據(jù)和圖片數(shù)據(jù)通過建立連接進行傳輸時，則可以通過對于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的網(wǎng)關(guān)和平臺之間建立一個連接，完成這些數(shù)據(jù)到平臺的一個傳輸過程，并加入數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)平臺對底層設(shè)備數(shù)據(jù)的接入、管理和存儲等。在此基礎(chǔ)上，平臺可也對于底層設(shè)備有一個操作和管理的過程實現(xiàn)，主要是為了完成在物聯(lián)網(wǎng)平臺已經(jīng)注冊好的虛擬的實體數(shù)據(jù)的模型與上傳到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的實時的數(shù)據(jù)模型的一個同步更新的過程；與此同時，可以通過對于物聯(lián)網(wǎng)平臺創(chuàng)建接口來實現(xiàn)與用戶瀏覽器的連接，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)角岸诉M行顯示，供用戶去查看和訪問。（二）物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)分層架構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中為了完成底層設(shè)備的認(rèn)證、數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)更新等管理以及應(yīng)用，對于連接云平臺和底層設(shè)備的橋梁采用物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)完成。為了實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)對設(shè)備的協(xié)議的轉(zhuǎn)換、管理與廣泛接入，因此我們對網(wǎng)關(guān)進行分層架構(gòu)和系統(tǒng)模塊設(shè)計。1.構(gòu)建網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)用來完成傳感設(shè)備數(shù)據(jù)快速存取、加快事件處理速度，減輕平臺壓力，實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)對設(shè)備的管理，網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)模塊如圖3-2所示。圖3-2網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)模塊圖3.2中，網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)模塊主要由Socket.IO通信模塊、網(wǎng)關(guān)和設(shè)備模型模塊、網(wǎng)關(guān)和設(shè)備管理與事件處理模塊、設(shè)備通信模塊以及網(wǎng)關(guān)心跳、加密處理5部分組成。Socket.IO通信模塊實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)平臺和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的雙向通信系統(tǒng)的建立，用于實現(xiàn)設(shè)備的接入等一系列操作；網(wǎng)關(guān)和設(shè)備模型模塊在網(wǎng)關(guān)上電后自動與平臺通信，按平臺注冊模型建立網(wǎng)關(guān)和設(shè)備物理模型，并維持與平臺實時同步更新；網(wǎng)關(guān)和設(shè)備管理與事件處理模塊完成對網(wǎng)關(guān)和設(shè)備的狀態(tài)管理、網(wǎng)關(guān)的配置管理和設(shè)備的位置及操作管理，同時實現(xiàn)對網(wǎng)關(guān)設(shè)備模型事件處理模塊和事件監(jiān)測模塊的處理；設(shè)備通信模塊通過Tcp通信來實現(xiàn)底層設(shè)備的接入，完成傳感設(shè)備數(shù)據(jù)和物理網(wǎng)關(guān)設(shè)備模型數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換；網(wǎng)關(guān)心跳管理模塊需要定時上傳心跳信息到機器服務(wù)器，否則機器服務(wù)器認(rèn)為網(wǎng)關(guān)關(guān)機，并上傳狀態(tài)到平臺數(shù)據(jù)庫；加密處理模塊采用MD5加密方式對網(wǎng)關(guān)接入認(rèn)證時分配的userkey和網(wǎng)關(guān)ID進行認(rèn)證授權(quán)網(wǎng)關(guān)。2.構(gòu)建網(wǎng)關(guān)分層架構(gòu)在網(wǎng)關(guān)分層架構(gòu)中，可將其分為由平臺通信層和數(shù)據(jù)模型管理同步層組成的網(wǎng)關(guān)內(nèi)部模塊，由協(xié)議適配層和感知接口層組成的設(shè)備接入模塊兩部分組成，并且在兩個模塊之間采用TCP進行通信，來完成我們對于設(shè)備的接入認(rèn)證，設(shè)備的管理以及設(shè)備數(shù)據(jù)的協(xié)議轉(zhuǎn)化。網(wǎng)關(guān)分層架構(gòu)如圖3-3所示。圖3-3網(wǎng)關(guān)分層架構(gòu)圖圖3.3中，感知接口層、協(xié)議適配層、數(shù)據(jù)模型同步與處理層以及平臺通信層是被分層了的網(wǎng)關(guān)的架構(gòu)。感知接口層主要是用來連接底層傳感設(shè)備，并且接收來自設(shè)備的消息先經(jīng)過協(xié)議適配層的通用協(xié)議進行轉(zhuǎn)化以后再將其上傳到平臺去，對于大多數(shù)通用設(shè)備，提供通用適配程序；對于非標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備來說，可以通過專門開發(fā)程序來實現(xiàn)。協(xié)議適配層用來實現(xiàn)對來自下層接口的的各種協(xié)議類型的數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化，利用已經(jīng)定義好的格式，完成設(shè)備數(shù)據(jù)模型與實際設(shè)備間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)平臺對各類設(shè)備的接入。數(shù)據(jù)模型管理同步層主要的功能是對于不管是平臺下發(fā)還是設(shè)備上傳的數(shù)據(jù)進行一個解析和處理的過程。其中對于來自設(shè)備的數(shù)據(jù)，要進行上傳和更新；而對于平臺下發(fā)的需要對設(shè)備進行操作的消息，要按照一定的協(xié)議方式來下發(fā)處理給設(shè)備；模型同步則是需要實時完成的一個動作，只要有更新，便必須進行平臺中的模型與網(wǎng)關(guān)中的模型的一個同步更新，并發(fā)送同步消息。平臺通信層的功能是既要完成下層即數(shù)據(jù)模型管理同步層發(fā)來的同步消息的接收，進行同步操作，同時也要給網(wǎng)關(guān)下發(fā)數(shù)據(jù)模型同步更新的消息。通過構(gòu)建Socket.IO客戶端，以及在機器服務(wù)器中構(gòu)建服務(wù)器端，來完成物聯(lián)網(wǎng)平臺雙向通信系統(tǒng)的實現(xiàn)。（三）物聯(lián)網(wǎng)平臺的通信協(xié)議在遵循一定原則的基礎(chǔ)上進行物聯(lián)網(wǎng)平臺通信協(xié)議和資源抽象定義，主要有一下三個方面：一是資源的統(tǒng)一抽象，由于各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺缺少統(tǒng)一的資源抽象描述，進行對各種資源的統(tǒng)一的管理比較難，因此統(tǒng)一的資源抽象要被安排好；二是設(shè)備即插即用，一種對設(shè)備可以隨時接入、隨時刪除的機制，從而使得設(shè)備能夠自動的接入、配置以及刪除操作；三是要滿足物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的可拓展性，通過建立接口API，實現(xiàn)更多的設(shè)備與資源的接入，從而實現(xiàn)更加智能的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。通過調(diào)查研究及資料查詢，本文將資源抽象描述分為三部分：網(wǎng)關(guān)（gateway）、設(shè)備（device）、設(shè)備數(shù)據(jù)點（datapoint）。（1）網(wǎng)關(guān)：基本信息進行抽象描述以及管理該網(wǎng)關(guān)下的所有設(shè)備。同一個網(wǎng)關(guān)內(nèi)設(shè)備組成區(qū)域，不需通過平臺，可實現(xiàn)本網(wǎng)關(guān)內(nèi)設(shè)備間互操作，但需與平臺同步。為了讓網(wǎng)關(guān)的接口協(xié)議具有擴展性，所以本文中使用字段信息version來進行網(wǎng)關(guān)的版本控制，平臺可以根據(jù)版本號來選擇不同的數(shù)據(jù)解析方式。網(wǎng)關(guān)模型按JSON格式定義。（2）傳感設(shè)備：主要對傳感設(shè)備基本信息進行抽象描述。由于設(shè)備類型的豐富性和設(shè)備數(shù)量的海量性，所以規(guī)定每個設(shè)備只有一個數(shù)據(jù)點輸入，但是可以進行多個設(shè)備操作以及設(shè)備事件操作。對設(shè)備進行操作主要描述包括設(shè)備操作的參數(shù)、設(shè)備參數(shù)的所屬單位、設(shè)備操作的命令以及設(shè)備操作的事件。設(shè)備事件分為數(shù)據(jù)點事件、聯(lián)合事件、位置觸發(fā)事件、狀態(tài)觸發(fā)事件。設(shè)備模型按JSON格式定義。（3）傳感設(shè)備數(shù)據(jù)點：主要是對采集到的設(shè)備數(shù)據(jù)進行抽象描述。所有的數(shù)據(jù)類型（比如圖像型數(shù)據(jù)、視頻型數(shù)據(jù)、音頻型數(shù)據(jù)等）都必須有數(shù)據(jù)點采樣時間。圖像設(shè)備數(shù)據(jù)點包括時間、序號、縮略圖、原圖、位置坐標(biāo)。一般設(shè)備數(shù)據(jù)點包括時間、序號、傳感數(shù)據(jù)或字符串、位置坐標(biāo)；傳感設(shè)備數(shù)據(jù)點模型按JSON格式定義。通過以上分析，定義開放性物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺的數(shù)據(jù)模型如表2-1所示。表3-1網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)模型參數(shù)描述同步源version版本號(V1.0)固定name網(wǎng)關(guān)名稱固定userkey網(wǎng)關(guān)操作key固定GID網(wǎng)關(guān)ID固定status網(wǎng)關(guān)狀態(tài)網(wǎng)關(guān)type網(wǎng)關(guān)類型固定protocol網(wǎng)關(guān)通信協(xié)議固定Loc網(wǎng)關(guān)[經(jīng)度,緯度]固定parameter{網(wǎng)關(guān)參數(shù)}網(wǎng)關(guān)Configures_Name網(wǎng)關(guān)配置名稱平臺Configures_value網(wǎng)關(guān)配置參數(shù)值平臺Configures_unit參數(shù)值單位平臺Configures_op網(wǎng)關(guān)配置命令或者消息平臺Devices_DID設(shè)備ID固定四、物聯(lián)網(wǎng)在智能家居方面的應(yīng)用（一）網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議為可以實現(xiàn)比較遠(yuǎn)距離的訪問，智能家居系統(tǒng)連接到Internet網(wǎng)絡(luò)，在Internet上交換客戶端和服務(wù)器數(shù)據(jù)，在物理網(wǎng)絡(luò)和互連層之間接收和發(fā)送IP數(shù)據(jù)包，實現(xiàn)設(shè)備的公共網(wǎng)絡(luò)。為了實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信的功能，必須通過TCP/IP協(xié)議棧進行干預(yù)，形成對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的交互功能。系統(tǒng)的TCP協(xié)議采用了一系列簡化機制，在系統(tǒng)功能的前提下，大大提高了利用率。（二）CoAP可靠傳輸機制物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)中，服務(wù)器的作用就是為了完成所有設(shè)備的連接，這時的平臺壓力很大，因此減少平臺服務(wù)器的連接量是主要目的，CoAP協(xié)議的連接與傳輸可以通過不可靠的協(xié)議（UDP）來實現(xiàn)。所以消息會有很多可能，也許亂序到達、也許沒有回應(yīng)、或也許數(shù)據(jù)丟失、重復(fù)接收等等。這些現(xiàn)象如果通過TCP協(xié)議進行消息傳輸?shù)脑?，是不會出現(xiàn)以上情況的。可以通過模仿模仿TCP協(xié)議的辦法，使作為應(yīng)用層協(xié)議的CoAP協(xié)議對于數(shù)據(jù)的傳輸質(zhì)量有保證，在內(nèi)部就可以實現(xiàn)輕量級的傳輸機制可靠，避免了上述現(xiàn)象的發(fā)生，以便提供可靠的智能家居設(shè)備傳輸?shù)姆?wù)。CoAP協(xié)議可靠性有以下特點：（1）通過使用停等協(xié)議來完成對于一個需要確認(rèn)的消息進行響應(yīng)，一直等到第一條消息有回應(yīng)時在發(fā)送下一條。（2）通過采取對于通信雙方的待處理消息的限制，來預(yù)防通信擁堵的現(xiàn)象的產(chǎn)生。（3）不管一條消息是否需要進行確認(rèn)，都要通過對于消息的反復(fù)排查來阻止消息的反復(fù)發(fā)送。（三）設(shè)備數(shù)據(jù)上傳和更新1.數(shù)據(jù)操作流程智能家居設(shè)備需要而且必須要與物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)建立連接，在設(shè)備認(rèn)證成功以后。對于底層設(shè)備數(shù)據(jù)的模型同步需要與設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡脚_端的過程同步進行。底層設(shè)備的數(shù)據(jù)先由TCP協(xié)議傳送至網(wǎng)關(guān)端，然后完成模型的一個同步過程。也就是說需要保持物理的數(shù)據(jù)模型與平臺的數(shù)據(jù)模型一致，也就是說，每當(dāng)平臺模型發(fā)生更改時，相應(yīng)的物理模型就必須更改。然后完成智能家居設(shè)備實際數(shù)據(jù)與設(shè)備數(shù)據(jù)模型的同步轉(zhuǎn)換，其中包括狀態(tài)更新數(shù)據(jù)和設(shè)備的實際數(shù)據(jù)等。開始數(shù)據(jù)上傳流程前，我們首先要進行初始化工作，智能家居網(wǎng)關(guān)中的Socket.IO客戶端要先開始監(jiān)聽智能家居設(shè)備上傳的數(shù)據(jù)，然后對于數(shù)據(jù)的類型要做出判斷和處理。若監(jiān)聽到的為設(shè)備認(rèn)證消息，則通過智能家居設(shè)備認(rèn)證流程對設(shè)備完成認(rèn)證過程的實現(xiàn)并且將物理網(wǎng)關(guān)設(shè)備模型返回；若監(jiān)聽到的消息為需要對設(shè)備數(shù)據(jù)更新，則需通過數(shù)據(jù)上傳流程同步更新數(shù)據(jù)至平臺端，完成底層設(shè)備數(shù)據(jù)的實時更新過程。2.數(shù)據(jù)上傳與更新消息定義（1）上傳實際數(shù)據(jù)實際數(shù)據(jù)指的是底層傳感設(shè)備傳輸給網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)，包括來自溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)以及攝像機采集到的圖片數(shù)據(jù)，具體消息定義如下：{msgType:“deviceData”;//設(shè)備數(shù)據(jù)消息gwid:“gwid”;//網(wǎng)關(guān)標(biāo)識符devid:“devid;//設(shè)備標(biāo)識符dataType:“dataType”;//數(shù)據(jù)類型，如溫濕度傳感數(shù)據(jù)、圖片數(shù)據(jù)等dataTime:“dataTime”;//數(shù)據(jù)獲取時間點binaryData:“binaryData”;//圖片數(shù)據(jù)的格式為二進制}（2）更新狀態(tài)數(shù)據(jù)包設(shè)備可能存在被使用和不被使用的情況，因此，要將設(shè)備現(xiàn)在的實時狀態(tài)更新情況傳輸給平臺端，平臺則會根據(jù)收到的數(shù)據(jù)包進行一個同步更新的過程。具體狀態(tài)更新消息定義如下：{msgType:“devstateUpdate”;//進行狀態(tài)更新的消息gwid:“gwid”;//網(wǎng)關(guān)標(biāo)識符devid:“devid;//設(shè)備標(biāo)識符devState:“devState”;//設(shè)備狀態(tài)gwState:“gwState”;//網(wǎng)關(guān)狀態(tài)}（四）物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集“數(shù)據(jù)采集傳輸層”的主要內(nèi)容是對于上層來說接收物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯層下發(fā)的操作命令和對于下層來說完成感知層的智能家居傳感設(shè)備數(shù)據(jù)采集工作并將數(shù)據(jù)上傳?？梢圆捎肨CP/IP協(xié)議、Modbus協(xié)議以及其他的一些傳輸服務(wù)實現(xiàn)設(shè)備的接入，并通過CoAP協(xié)議的客戶端完成設(shè)備數(shù)據(jù)的傳輸與交互。為了更好地完成數(shù)據(jù)的交互以及CoAP協(xié)議在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用，對于智能家居客戶端進行工作流程設(shè)計。客戶端工作流如圖3-1所示。圖3-1客戶端軟件流程圖為了方便底層智能家居傳感設(shè)備數(shù)據(jù)的上傳請求，首先，智能家居客戶端要根據(jù)服務(wù)器確定連接需求，然后隨時等待向服務(wù)器發(fā)送需要上傳的數(shù)據(jù)，等待服務(wù)器接收數(shù)據(jù)，并返回相應(yīng)的信息。首先需要對接收到的信息進行分類處理：假如客戶端這邊是要獲取設(shè)備數(shù)據(jù)的指令，那么另一邊即服務(wù)器端會把設(shè)備的數(shù)據(jù)進行接收，并且還需要將其為了方便用戶查看在前端界面顯示出來；假如獲取到的信息是服務(wù)器端要獲取當(dāng)前設(shè)備狀態(tài)的指令，則會接收設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，并在界面上顯示；如果發(fā)送的是對于底層設(shè)備的操作控制指令，則會收到智能家居設(shè)備操作控制的信息反饋，整個流程結(jié)束，反之則需要繼續(xù)發(fā)送操作控制指令或者對于當(dāng)前設(shè)備的工作狀態(tài)進行查詢。（五）智能家居平臺數(shù)據(jù)推送1.智能家居平臺推送流程在智能家居平臺端構(gòu)造JSON格式的關(guān)于對設(shè)備需要進行操作的指令，設(shè)備便會收到來自網(wǎng)關(guān)的反饋，進行相應(yīng)的一個操作過程。操作流程如圖3-2所示。當(dāng)平臺需要對設(shè)備進行操作時，進行初始化，對于智能家居平臺下發(fā)的JSON消息數(shù)據(jù)進行監(jiān)聽，對于接收到的消息類型進行判斷和對應(yīng)處理，并通過Socket.IO協(xié)議由平臺下發(fā)給網(wǎng)關(guān)。若監(jiān)聽到的為指令消息，則通過網(wǎng)關(guān)下發(fā)給具體的底層傳感設(shè)備，對其進行具體的操作；若監(jiān)聽到的為模型消息，平臺端則會返回認(rèn)證完成時相應(yīng)的設(shè)備模型和網(wǎng)關(guān)模型到網(wǎng)關(guān)中，至此，智能家居設(shè)備數(shù)據(jù)下發(fā)過程結(jié)束。圖3-2數(shù)據(jù)下發(fā)圖2.推送消息定義（1）指令數(shù)據(jù)包如果用戶再通過前端界面進行底層設(shè)備數(shù)據(jù)查看的過程中，發(fā)現(xiàn)需要對智能家居設(shè)備進行一些相關(guān)參數(shù)配置的操作，那么平臺就要將這個操作指令打包成數(shù)據(jù)包通過網(wǎng)關(guān)發(fā)送個設(shè)備；與此同時，當(dāng)我們的底層設(shè)備的實時數(shù)據(jù)超過我們網(wǎng)關(guān)設(shè)定數(shù)據(jù)最大容量值時，也給給智能家居底層設(shè)備一個反饋告知。具體數(shù)據(jù)下發(fā)消息定義如下：{msgType:“devControl”;//指令消息devid:“devid;//設(shè)備IDname:“name”;//字符串，設(shè)備操作名value:“value”;//設(shè)備操作參數(shù)，數(shù)值opration:“opration”;//對設(shè)備進行操作消息}（2）數(shù)據(jù)模型包就如登錄某個系統(tǒng)一樣，首先要先進行注冊和認(rèn)證的一個過程，設(shè)備接入網(wǎng)關(guān)也是一樣，只有當(dāng)設(shè)備成功完成了注冊和認(rèn)證以后，物聯(lián)網(wǎng)平臺就會發(fā)送對應(yīng)的數(shù)據(jù)模型給網(wǎng)關(guān)端。其中設(shè)備模型和網(wǎng)關(guān)模型都包含在內(nèi)。具體模型消息定義如下：{msgType:“dataModel”;//數(shù)據(jù)模型消息gwid:“gwid”;//網(wǎng)關(guān)