基于物联网的家居室内环境在线监控系统研究

　　物联网IoT(Internet of Things)是指在物理世界的实体中部署具有一定感知能力、计算能力和执行能力的各种信息传感设备，通过网络设施实施信息传输、协同和处理，从而实现广域或更大范围的人与物、物与物之间的信息交换和互换。其目的是实现物与物、物与人、所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。物联网技术在国防、工业、城市管理、公共安全、远程医疗、智能交通、智能家居、智能电网、环境监测和绿色农业等领域拥有广阔的应用前景。在当前大力提倡节能减排、延缓全球气候变暖的新形势下，物联网适时地提供了实现“高效、节能、安全、环保”的和谐社会的“管控营一体化”基础和关键技术，因此，该技术被认为掀起了信息革命的第三次浪潮。本文在物联网的架构上，尝试以家居室内环境为场景，讨论了相关概念，给出了应用模型，分析了数据感知、处理、舒适度监测等实用性关键技术，并进行了实验，做出了探索性的结论。

　　1 相关研究

　　物联网概念最早应该是1999年由麻省理工学院研究RFID的Auto—ID中心主任ASHTON K教授提出来的。各国政府部门对物联网相关技术和产业进行了广泛的调研，制订了一系列发展计划。

　　2011年7月，我国科学技术部发布了《国家“十二五”科学和技术发展规划》，将物联网作为新一代信息技术纳入国家重点发展的战略性新兴产业，同时将物联网列入“新一代宽带移动无线通信网”国家科技重大专项中。但现有的研究成果主要集中在工业、交通、安防等领域，针对智能家居、厂房环境监控的室内物联网研究较少。

　　近年来，云计算技术的出现，允许用户通过互联网随时随地获取各类计算资源，如计算能力、存储能力、应用、服务等，给物联网发展提供了支撑；同时，人们对家居室内环境越来越关注，室内环境质量的高低直接影响到人类生活质量的高低，甚至关系着人类的生存问题。参考文献讨论了室内环境参数(温度、相对湿度、声环境和光环境)与室内环境舒适度的关系问题。

　　2 系统模型设计

　　在物联网发展的初级阶段，其标准体系结构一般为3层：感知层、网络层和应用层，但物联网产生、分析、处理和管理的数据是海量的，原始数据若要具备各种实际意义，需要可扩展的巨量计算资源予以支持。而云计算能够提供弹性、无限可扩展、价格低廉的计算和存储服务，满足物联网需求，因此本文在物联网体系结构上加入云计算，为物联网业务需求提供强大的计算能力和计算智能服务，构成改进的包含感知层、网络层、云服务层和应用层4层的家居室内环境在线监控模型，如图1所示。

　　感知层包括传感器等数据采集终端设备以及数据输入网关前的传感器网络，在模型中这层是基于ZigBee协议的无线传感器网络；网络层主要负责网络接入、网络传输以及相应的管理与控制，这层由互联网、远程智能监控平台和服务器集群的网络接入程序组成；云服务层主要负责存储、挖掘、分析已有数据，为应用层提供及时、可扩展、智能化的服务，保证应用层的可靠性、安全性、可扩展性，可以根据需要对海量数据提供存储、查询、分析、挖掘、理解以及基于感知数据决策和行为的基础服务；应用层解决系统需求上的信息处理与人机交互的问题，是以家居室内环境为应用场景的Web应用服务系统，监控室内环境及终端设备，可以调节、分析和预测环境状态。