CN107612797A - 一种智能家居系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能家居系统，包括设备控制模块、数据存储模块、数据分析处理模块、智能终端、智能网关和家居环境监测无线传感器网络，设备控制模块通过智能网关与数据存储模块连接，家居环境监测无线传感器网络、智能终端和数据分析处理模块分别与数据存储模块相连；所述的家居环境监测无线传感器网络用于对智能家居环境进行监测并收集家居环境传感数据；所述数据存储模块存储家居环境监测无线传感器网络收集的家居环境传感数据，并与智能终端和数据分析处理模块进行数据交换。本发明能够实现对家居情况的实时监测和远程控制。

Description

一种智能家居系统

技术领域

本发明涉及智能家居领域，具体涉及一种智能家居系统。

背景技术

相关技术中，智能家居系统一般由智能控制终端连接各个终端设备，用户可通过监控计算机以有线的方式控制终端设备的工作，或者通过智能控制终端进行人机交互操作，对系统进行控制。此种方式软硬件较为固定，系统扩展性、移植性较差、智能控制终端与各个终端设备间的通信方式大多为有线网络或者WIFI，存在需要额外布线或距离远时信号会减弱或被遮挡等问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种智能家居系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了一种智能家居系统，包括设备控制模块、数据存储模块、数据分析处理模块、智能终端、智能网关和家居环境监测无线传感器网络，设备控制模块通过智能网关与数据存储模块连接，家居环境监测无线传感器网络、智能终端和数据分析处理模块分别与数据存储模块相连；所述的家居环境监测无线传感器网络用于对智能家居环境进行监测并收集家居环境传感数据；所述数据存储模块存储家居环境监测无线传感器网络收集的家居环境传感数据，并与智能终端和数据分析处理模块进行数据交换。

本发明的有益效果为：利用数据存储模块强大的存储能力和计算能力，存储智能家居的相关信息，用户能够利用智能终端，根据数据存储模块对各种数据的分析和处理结果，实现对家居情况的实时了解和远程控制。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1本发明一个实施例的结构连接框图；

图2是本发明一个实施例的设备控制模块的结构框图。

附图标记：

设备控制模块1、数据存储模块2、数据分析处理模块3、智能终端4、智能网关5、家居环境监测无线传感器网络6、通信单元10、控制单元20。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，本实施例提供的一种智能家居系统，包括设备控制模块1、数据存储模块2、数据分析处理模块3、智能终端4、智能网关5、家居环境监测无线传感器网络6，设备控制模块1通过智能网关5与数据存储模块2连接，家居环境监测无线传感器网络6、智能终端4和数据分析处理模块3分别与数据存储模块2相连；所述的家居环境监测无线传感器网络6用于对智能家居环境进行监测并收集家居环境传感数据；所述数据存储模块2存储家居环境监测无线传感器网络6收集的家居环境传感数据，并与智能终端4和数据分析处理模块3进行数据交换。

在一个实施例中，所述设备控制模块1通过与数据存储模块2相连，获取智能家居设备的运行指标，并根据智能终端4所发送的控制命令对智能家居设备进行控制。

在一个实施例中，如图2所示，所述的设备控制模块1包括通信单元10和控制单元20。

本发明上述实施例利用数据存储模块2强大的存储能力和计算能力，存储智能家居的相关信息，用户能够利用智能终端4，根据数据存储模块2对各种数据的分析和处理结果，实现对家居情况的实时了解和远程控制。

在一个实施例中，家居环境监测无线传感器网络6包括用于采集家居环境传感数据的传感器节点、用于收集传感器节点发送的家居环境传感数据的基站，其中各传感器节点以设定的密度λ泊松分布部署于设定的家居环境监测区域内；所述基站汇聚家居环境传感数据后，将汇聚的家居环境传感数据发送至数据存储模块。

在一个实施例中，网络初始化时，家居环境监测区域被划分为多个家居环境监测子区域，属于同一个家居环境监测子区域内的传感器节点通过簇头竞选确定簇头节点，剩余的传感器节点作为该簇头节点所在簇内的成员监测节点，其中簇头节点用于接收并处理所在簇内各成员监测节点采集的家居环境传感数据，并将处理后的家居环境传感数据传输到下一跳节点或基站。

在一个实施例中，具有相同区域属性的传感器节点属于同一个家居环境监测子区域，定义基站为D_s，任意传感器节点D_i的坐标为(x_i,y_i)，i＝1,…,r，r为传感器节点个数，传感器节点D₀∈D_i，且x₀＝max_i＝1,…,rx_i，连接D_s与D₀，D_s与D_i，定义该两条直线的夹角为D_i与D₀的夹角，每个传感器节点在簇头竞选前按照下列公式计算自身的区域属性值，区域属性值相同的传感器节点则属于同一个家居环境监测子区域：

式中，表示传感器节点D_i的区域属性值，为D_i与D₀的夹角，G_fs为传感器节点的通信模型采用自由空间模型时的功率放大损耗，G_N8为传感器节点的通信模型采用多路径衰减模型时的功率放大损耗，int{·}表示取整运算，Nod为求余函数，η为设定的调节因子，取值范围为(0.01,0.05)。

相对于随机选取簇头节点的方式，本实施例定义了区域属性值的相关计算公式，将区域属性值相同的传感器节点分配到同一个家居环境监测子区域，通过区域属性值进行传感器节点的区域划分，实现了对家居环境监测区域划分规模的控制，由于属于同一个家居环境监测子区域内的传感器节点通过簇头竞选确定簇头节点，通过家居环境监测区域的划分控制，能够使得形成的簇分布均匀、合理，能够避免因簇的分布不合理造成的网络损耗，保障家居环境传感数据的收集。

在一个实施例中，属于同一个家居环境监测子区域内的传感器节点进行簇头竞选时，具体执行：

(1)传感器节点在其通信范围内向其他传感器节点广播自身的位置信息，所有收到该信息的传感器节点被视为该传感器节点的邻居节点，且在收到该信息后更新自身的邻居信息列表，设定能量阈值Q_T，矩形家居环境监测子区域内所有剩余能量大于能量阈值Q_T的传感器节点选举成为候选节点；

(2)每个候选节点计算自身的簇头竞争权值，设表示候选节点D_j的簇头竞争权值，按照下列公式计算：

式中，Q_j为候选节点D_j的当前剩余能量，E_x为设定的传感器节点发送一个家居环境传感数据包的能量开销，P_x设定的传感器节点接收一个家居环境传感数据包的能量开销，R_j为候选节点D_j所属家居环境监测子区域具有的传感器节点个数，P_jmax为候选节点D_j的最大通信半径，L(D_j,D_s)为候选节点D_j与基站D_s之间的距离，L(D_j,D_jk)为候选节点D_j与其第k个邻居节点之间的距离，r_j为候选节点D_j的邻居信息列表包含的邻居节点个数，μ₁、μ₂为设定的权重系数且满足1>μ₁>μ₂>0；

(3)簇头竞争权值最大的候选节点竞选为簇头节点。

本实施例综合考虑传感器节点的能量消耗和距离，提出了簇头节点的路由竞选机制，一方面使得选举出的簇头节点在满足能量消耗要求的同时能够与成员监测节点之间的距离较近，有利于降低传感器节点间的通信能耗；

另一方面，本实施例还使得选举出的簇头节点在保证能量消耗要求的前提下尽量靠近基站，有利于降低家居环境传感数据的转发通信成本，该路由竞选机制在整体上能够节省家居环境监测无线传感器网络6的通信成本，保障家居环境监测无线传感器网络6可靠运行。

在一个实施例中，设簇头节点D_h的最大通信半径为P_h-max，与基站的距离为L(D_h,D_s)，若0.8P_h-max≥L(D_h,D_s)，则该簇头节点与基站直接通信，若0.8P_h-max<L(D_h,D_s)，则该簇头节点通过多跳形式与基站通信。

其中，簇头节点通过多跳形式与基站通信时，其从与基站距离更近的邻居簇头节点中选择一个最优的作为下一跳节点，具体包括：

簇头节点根据与基站距离由大到小的顺序对各邻居簇头节点进行排序，选择前两个邻居簇头节点，设为D_α、D_β，若满足下列条件，D_h选择D_β作为下一跳节点，否则选择D_α作为下一跳节点：

式中，Q_α为D_α的当前剩余能量，Q_β为D_β的当前剩余能量，W_α为D_α所在簇内包含的成员监测节点的数目，W_β为D_β所在簇内包含的成员监测节点的数目，E_x为设定的传感器节点发送一个家居环境传感数据包的能量开销，P_x设定的传感器节点接收一个家居环境传感数据包的能量开销，ΔE为设定的比例阈值。

本实施例提供了下一跳节点的选择策略，以邻居簇头节点的生命周期以及与基站的距离作为下一跳节点选择的权衡因素，优先选择距离基站最近的邻居簇头节点作为下一跳节点，只有在生命周期远远大于距离基站最近的邻居簇头节点时才选择距离基站次近的邻居簇头节点作为下一跳节点，因此能够降低家居环境传感数据传输的能耗；

本实施例对下一跳节点的选择策略从整体上有益于提高传感器节点能量的利用率，均衡家居环境监测无线传感器网络6的总能耗，从而为家居环境在线监测系统的稳定运行奠定良好的基础。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种智能家居系统，其特征是，包括设备控制模块、数据存储模块、数据分析处理模块、智能终端、智能网关和家居环境监测无线传感器网络，设备控制模块通过智能网关与数据存储模块连接，家居环境监测无线传感器网络、智能终端和数据分析处理模块分别与数据存储模块相连；所述的家居环境监测无线传感器网络用于对智能家居环境进行监测并收集家居环境传感数据；所述数据存储模块存储家居环境监测无线传感器网络收集的家居环境传感数据，并与智能终端和数据分析处理模块进行数据交换。

2.根据权利要求1所述的一种智能家居系统，其特征是，所述设备控制模块通过与数据存储模块相连，获取智能家居设备的运行指标，并根据智能终端所发送的控制命令对智能家居设备进行控制。

3.根据权利要求2所述的一种智能家居系统，其特征是，所述的设备控制模块包括通信单元和控制单元。

4.根据权利要求1所述的一种智能家居系统，其特征是，家居环境监测无线传感器网络包括用于采集家居环境传感数据的传感器节点、用于收集传感器节点发送的家居环境传感数据的基站，基站汇聚家居环境传感数据后，将汇聚的家居环境传感数据发送至数据存储模块。

5.根据权利要求4所述的一种智能家居系统，其特征是，网络初始化时，家居环境监测区域被划分为多个家居环境监测子区域，属于同一个家居环境监测子区域内的传感器节点通过簇头竞选确定簇头节点，剩余的传感器节点作为该簇头节点所在簇内的成员监测节点，其中簇头节点用于接收并处理所在簇内各成员监测节点采集的家居环境传感数据，并将处理后的家居环境传感数据传输到下一跳节点或基站。

6.根据权利要求5所述的一种智能家居系统，其特征是，设簇头节点D_h的最大通信半径为P_h-max，与基站的距离为L(D_h,D_s)，若0.8P_h-max≥L(D_h,D_s)，则该簇头节点与基站直接通信，若0.8P_h-max<L(D_h,D_s)，则该簇头节点通过多跳形式与基站通信；

其中，簇头节点通过多跳形式与基站通信时，其从与基站距离更近的邻居簇头节点中选择一个最优的作为下一跳节点，具体包括：

簇头节点根据与基站距离由大到小的顺序对各邻居簇头节点进行排序，选择前两个邻居簇头节点，设为D_α、D_β，若满足下列条件，D_h选择D_β作为下一跳节点，否则选择D_α作为下一跳节点：

<mrow> <msqrt> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>Q</mi> <mi>&amp;beta;</mi> </msub> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msub> <mi>E</mi> <mi>x</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>P</mi> <mi>x</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>W</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> </msub> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> <mrow> <msub> <mi>Q</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> </msub> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msub> <mi>E</mi> <mi>x</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>P</mi> <mi>x</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>W</mi> <mi>&amp;beta;</mi> </msub> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> </mfrac> </msqrt> <mo>-</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>E</mi> <mo>&amp;GreaterEqual;</mo> <mn>0</mn> </mrow>

式中，Q_α为D_α的当前剩余能量，Q_β为D_β的当前剩余能量，W_α为D_α所在簇内包含的成员监测节点的数目，W_β为D_β所在簇内包含的成员监测节点的数目，E_x为设定的传感器节点发送一个家居环境传感数据包的能量开销，P_x设定的传感器节点接收一个家居环境传感数据包的能量开销，ΔE为设定的比例阈值。