CN107979641B - 一种基于云计算的智能家居系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于云计算的智能家居系统，包括云服务器、环境数据采集装置、家电控制装置和智能终端；所述的环境数据采集装置、家电控制装置、智能终端均与云服务器通信连接；所述的环境数据采集装置用于对家居环境进行监测，采集室内环境数据并发送至云服务器；所述的云服务器用于对室内环境数据进行处理，向家电控制装置发送控制指令，家电控制装置根据控制指令控制对应的智能家电运作；所述的智能终端访问云服务器获得室内环境数据，并发送控制请求至云服务器。本发明能够实时获取室内环境数据，并基于云计算技术对室内环境数据进行分析处理，根据分析处理结果智能化控制或者远程控制智能家电的运作，从而实现节能控制。

Description

一种基于云计算的智能家居系统

技术领域

本发明涉及智能家居领域，具体涉及一种基于云计算的智能家居系统。

背景技术

智能家电是将微处理器、传感器技术和网络通信技术引入家电设备后形成的家电产品，智能家电能够接收用户在住宅内或者远程的控制指令。目前在用户家庭中出现的智能家电的种类和数量越来越多，如智能电视、智能冰箱、智能空调等。如何实现对智能家电的节能控制，是亟待解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于云计算的智能家居系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了一种基于云计算的智能家居系统，包括云服务器、环境数据采集装置、家电控制装置和智能终端；所述的环境数据采集装置、家电控制装置、智能终端均与云服务器通信连接；所述的环境数据采集装置用于对家居环境进行监测，采集室内环境数据并发送至云服务器；所述的云服务器用于对室内环境数据进行处理，判断室内环境数据是否满足预设的家居环境参数条件，当某一室内环境数据不满足预设的环境参数条件时，向家电控制装置发送控制指令，家电控制装置根据控制指令控制对应的智能家电运作；所述的智能终端访问云服务器获得室内环境数据，并发送控制请求至云服务器，云服务器根据控制请求向家电控制装置发送相应的控制指令。

本发明的有益效果为：能够实时获取室内环境数据，并基于云计算技术对室内环境数据进行分析处理，根据分析处理结果智能化控制或者远程控制智能家电的运作，从而实现节能控制，具备高度的信息化和智能化，操作简便。

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本发明的结构框图；

图2是本发明云服务器的连接框图。

附图标记：

云服务器1、环境数据采集装置2、家电控制装置3、智能终端4、数据存储模块10、数据分析模块20、指令发送模块30。

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、图2，本实施例提供的一种基于云计算的智能家居系统，包括云服务器1、环境数据采集装置2、家电控制装置3和智能终端4；所述的环境数据采集装置2、家电控制装置3、智能终端4均与云服务器1通信连接；所述的环境数据采集装置2用于对家居环境进行监测，采集室内环境数据并发送至云服务器1；所述的云服务器1用于对室内环境数据进行处理，判断室内环境数据是否满足预设的家居环境参数条件，当某一室内环境数据不满足预设的环境参数条件时，向家电控制装置3发送控制指令，家电控制装置根据控制指令控制对应的智能家电运作；所述的智能终端4访问云服务器1获得室内环境数据，并发送控制请求至云服务器1，云服务器1根据控制请求向家电控制装置3发送相应的控制指令。

优选地，所述室内环境数据包括家居内温湿度、光照强度；所述智能家电包括空调设备、加湿设备、灯光设备，当所述温湿度小于预设的最低温湿度时，家电控制装置3控制所述空调设备和加湿设备开启，当所述光照强度小于预设的最低光照强度时，控制所述灯光设备开启。

优选地，所述的云服务器1包括：

数据存储模块10，用于存储所述环境数据采集装置采集的室内环境数据，

数据分析模块20，用于对室内环境数据进行处理，判断室内环境数据是否满足预设的家居环境参数条件，并将判断结果发送至指令发送模块30；

指令发送模块30，与所述家电控制装置无线通讯连接，用于根据判断结果生成相应的控制指令，并向所述家电控制装置发送所述控制指令。

本发明上述实施例通过数据采集装置实时获取室内环境数据，并基于云计算技术对室内环境数据进行分析处理，根据分析处理结果智能化控制或者远程控制智能家电的运作，从而实现节能控制，具备高度的信息化和智能化，操作简便。

优选地，环境数据采集装置2包括多个布设于室内的传感器节点，还包括无线传感器网络汇聚节点，所述的传感器节点用于对室内环境进行监测，采集室内环境数据，并将室内环境数据发送至无线传感器网络汇聚节点，无线传感器网络汇聚节点用于接收传感器节点发送的室内环境数据并进行处理转发至云服务器1。

在一个实施例中，所有传感器节点在网络运行初期都处于激活状态，将网络运行时间划分为不同的轮，在每一轮网络运行初期时满足设定的休眠条件的传感器节点进入休眠，剩余的传感器节点进行室内环境数据的采集工作。

在一个实施例中，所述的剩余的传感器节点通过分簇路由协议进行组簇，从中动态地产生簇头节点，其余传感器节点作为成员节点，选择最近的簇头节点加入簇；其中，由簇头节点负责收集簇内成员节点采集的室内环境数据，进行融合后多跳通信转发给所述无线传感器网络汇聚节点。

在一个实施例中，所述设定的休眠条件具体为：

当传感器节点的被邻居节点冗余覆盖率大于预设的覆盖率门限值时，传感器节点进入休眠，其中邻居节点为位于传感器节点通信范围内的其他传感器节点；设U_i表示传感器节点i的被邻居节点冗余覆盖率，定义U_i的计算公式为：

其中

式中，H_i∩j为传感器节点i与其第j个未休眠的邻居节点的相交感知区域面积，j＝1,2,…,k，H_i为传感器节点i的感知区域面积，其中传感器节点i共有k个未休眠的邻居节点，L_i为传感器节点i的通信半径，R_ij为传感器节点i根据接收到的信号强度近似计算出的与其邻居节点j的距离，cos^-1为反余弦函数，ρ为设定的调节因子，取值范围为[0.95,1)。

本实施例定义了被邻居节点冗余覆盖率的计算公式，该计算公式能够较为精确地计算出传感器节点的被邻居节点冗余覆盖率，为确认传感器节点是否需要休眠提供了一个较好的衡量机制。

本实施例在无线传感器网络运行初期根据冗余覆盖情况对传感器节点的状态进行调度，对符合休眠条件的传感器节点进行休眠，能够在保证一定的网络覆盖质量的同时有效降低传感器节点密集区域的工作节点数目，从而能够减少冗余室内环境数据的传输，有效节约能量，均衡由传感器节点所构建的网络的能耗，有利于保障室内环境数据采集工作的稳定性。

在一个实施例中，所述的覆盖率门限值的设定范围为[75％,85％]。

在一个实施例中，每个传感器节点在网络初始化时确定自己的最小能量消耗代价值，具体为：

(1)每个传感器节点在初始时将自身的能量消耗代价值设置为无穷大，无线传感器网络汇聚节点在初始时将自身的能量消耗代价值设置为0，无线传感器网络汇聚节点首先广播一个包含自身的能量消耗代价值的代价值确认消息，当传感器节点X从邻居节点处监听到代价值确认消息后，启动监听计时器，在预设的监听时间内继续对各邻居节点进行监听，超时后，传感器节点X按照下列公式计算自己的能量消耗代价值：

式中，S_x表示传感器节点X的能量消耗代价值，N_x为传感器节点X监听到广播代价值确认消息的邻居节点的个数，S_Z为传感器节点X监听到广播代价值确认消息的邻居节点集中第Z个邻居节点所广播的能量消耗代价值，R_XZ为传感器节点X根据接收到的信号强度近似计算出的与其邻居节点Z的距离；

(2)传感器节点X将计算出的能量消耗代价值与自己原来的能量消耗代价值进行比较，如果新计算的能量消耗代价值大于自己原始的最小能量消耗代价值，则设自己的最小能量消耗代价值为新计算的能量消耗代价值，然后将包含了自己新的最小能量消耗代价值的代价值确认消息继续广播出去。

本实施例提供了一种传感器节点最小能量消耗代价值的确定机制，通过该机制来确定每个传感器节点的最小能量消耗代价值，使得传感器节点无需进行定位就能根据自己确定的最小能量消耗代价值粗略地估计自身到无线传感器网络汇聚节点的远近，为后续簇头节点建立到无线传感器网络汇聚节点的通信路由奠定良好的基础。

在一个实施例中，若簇头节点与无线传感器网络汇聚节点为多跳距离，该簇头节点在建立到无线传感器网络汇聚节点的通信路由时，从各邻居簇头节点中选择状态值最大的邻居簇头节点作为下一跳，设该簇头节点为G_y表示的第y个邻居簇头节点的状态值，定义G_y的计算公式为：

式中，W_y、W_y0分别为所述第y个邻居簇头节点的当前剩余能量值、初始能量值，S_ymin为所述第y个邻居簇头节点的最小能量消耗代价值，为的最小能量消耗代价值，f₁、f₂为人为设定的权重因子，满足0<f₁≤f₂<1。

本实施例设定了状态值的计算公式，并利用状态值来考量传感器节点的优劣，进一步提出了簇头节点到无线传感器网络汇聚节点的路由建立机制，由于本实施例的状态值是根据能量以及最小能量消耗代价值进行定义的，因此状态值的大小反映了邻居簇头节点的工作能力，状态值越大的邻居簇头节点具有较多的能量去进行室内环境数据的收集及转发工作，并且距离无线传感器网络汇聚节点较近，因此，簇头节点从各邻居簇头节点中选择状态值最大的作为下一跳，能够保证室内环境数据转发的可靠性，并且降低室内环境数据转发的能量消耗，从而能够节约智能家居系统的整体能耗。

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 (3)

1.一种基于云计算的智能家居系统，其特征在于，包括云服务器、环境数据采集装置、家电控制装置和智能终端；所述的环境数据采集装置、家电控制装置、智能终端均与云服务器通信连接；所述的环境数据采集装置用于对家居环境进行监测，采集室内环境数据并发送至云服务器；所述的云服务器用于对室内环境数据进行处理，判断室内环境数据是否满足预设的家居环境参数条件，当某一室内环境数据不满足预设的环境参数条件时，向家电控制装置发送控制指令，家电控制装置根据控制指令控制对应的智能家电运作；所述的智能终端访问云服务器获得室内环境数据，并发送控制请求至云服务器，云服务器根据控制请求向家电控制装置发送相应的控制指令；所述的环境数据采集装置包括多个布设于室内的传感器节点，还包括无线传感器网络汇聚节点，所述的传感器节点用于对室内环境进行监测，采集室内环境数据，并将室内环境数据发送至无线传感器网络汇聚节点，无线传感器网络汇聚节点用于接收传感器节点发送的室内环境数据并进行处理转发至云服务器；所有传感器节点在网络运行初期都处于激活状态，将网络运行时间划分为不同的轮，在每一轮网络运行初期时满足设定的休眠条件的传感器节点进入休眠，剩余的传感器节点进行室内环境数据的采集工作；所述的剩余的传感器节点通过分簇路由协议进行组簇，从中动态地产生簇头节点，其余传感器节点作为成员节点，选择最近的簇头节点加入簇；其中，由簇头节点负责收集簇内成员节点采集的室内环境数据，进行融合后多跳通信转发给所述无线传感器网络汇聚节点；所述设定的休眠条件具体为：

当传感器节点的被邻居节点冗余覆盖率大于预设的覆盖率门限值时，传感器节点进入休眠，其中邻居节点为位于传感器节点通信范围内的其他传感器节点；设U_i表示传感器节点i的被邻居节点冗余覆盖率，定义U_i的计算公式为：

其中

式中，H_i∩j为传感器节点i与其第j个未休眠的邻居节点的相交感知区域面积，j＝1,2,…,k，H_i为传感器节点i的感知区域面积，其中传感器节点i共有k个未休眠的邻居节点，L_i为传感器节点i的通信半径，R_ij为传感器节点i根据接收到的信号强度近似计算出的与其邻居节点j的距离，cos^-1为反余弦函数，ρ为设定的调节因子，取值范围为[0.95,1)；

每个传感器节点在网络初始化时确定自己的最小能量消耗代价值，具体为：

(1)每个传感器节点在初始时将自身的能量消耗代价值设置为无穷大，无线传感器网络汇聚节点在初始时将自身的能量消耗代价值设置为0，无线传感器网络汇聚节点首先广播一个包含自身的能量消耗代价值的代价值确认消息，当传感器节点X从邻居节点处监听到代价值确认消息后，启动监听计时器，在预设的监听时间内继续对各邻居节点进行监听，超时后，传感器节点X按照下列公式计算自己的能量消耗代价值：

式中，S_X表示传感器节点X的能量消耗代价值，N_X为传感器节点X监听到广播代价值确认消息的邻居节点的个数，S_Z为传感器节点X监听到广播代价值确认消息的邻居节点集中第Z个邻居节点所广播的能量消耗代价值，R_XZ为传感器节点X根据接收到的信号强度近似计算出的与其邻居节点Z的距离；

(2)传感器节点X将计算出的能量消耗代价值与自己原来的能量消耗代价值进行比较，如果新计算的能量消耗代价值大于自己原始的最小能量消耗代价值，则设自己的最小能量消耗代价值为新计算的能量消耗代价值，然后将包含了自己新的最小能量消耗代价值的代价值确认消息继续广播出去。

2.根据权利要求1所述的基于云计算的智能家居系统，其特征在于，所述的云服务器包括：

数据存储模块，用于存储所述环境数据采集装置采集的室内环境数据；

数据分析模块，用于对室内环境数据进行处理，判断室内环境数据是否满足预设的家居环境参数条件，并将判断结果发送至指令发送模块；

指令发送模块，与所述家电控制装置无线通讯连接，用于根据判断结果生成相应的控制指令，并向所述家电控制装置发送所述控制指令。

3.根据权利要求1所述的基于云计算的智能家居系统，其特征在于，若簇头节点与无线传感器网络汇聚节点为多跳距离，该簇头节点在建立到无线传感器网络汇聚节点的通信路由时，从各邻居簇头节点中选择状态值最大的邻居簇头节点作为下一跳，设该簇头节点为G_y表示的第y个邻居簇头节点的状态值，定义G_y的计算公式为：

式中，W_y、W_y0分别为所述第y个邻居簇头节点的当前剩余能量值、初始能量值，S_ymin为所述第y个邻居簇头节点的最小能量消耗代价值，为的最小能量消耗代价值，f₁、f₂为人为设定的权重因子，满足0<f₁≤f₂<1。