基于云服務(wù)實現(xiàn)智能家居應(yīng)用控制的探索
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作者：鄭曉敏
1 引言
智能家居業(yè)務(wù)面向互聯(lián)網(wǎng)用戶提供的一站式家居設(shè)備智能化管理服務(wù)，包括：智能家電、家居監(jiān)控、家居環(huán)境檢測、健康醫(yī)療等。如何為用戶提供方便的應(yīng)用控制方式，如何使智能設(shè)備快速接入網(wǎng)絡(luò)以便擴大用戶可操控的智能家居設(shè)備種類及數(shù)量，如何使不同智能家居設(shè)備之間可以聯(lián)動操控，以達到用戶對于特定場景下多種設(shè)備的控制需求，這些問題是智能家居應(yīng)用控制方案需要回答的問題。
2智能家居業(yè)務(wù)應(yīng)用控制方式
在討論智能家居業(yè)務(wù)應(yīng)用控制方式之前，首先需要對涉及應(yīng)用控制的網(wǎng)元進行定義，以便展開進一步的討論。
·智能控制終端：運行于iOS、Android智能手機上的智能應(yīng)用，提供用戶實現(xiàn)平臺登錄、業(yè)務(wù)操作、設(shè)備通信等功能，包括各種手機App。
·智能家居業(yè)務(wù)平臺：實現(xiàn)智能家居應(yīng)用具體業(yè)務(wù)功能的平臺，如家居監(jiān)控、家居環(huán)境檢測、健康醫(yī)療平臺等。
·智能家居云服務(wù)平臺：提供智能家居業(yè)務(wù)應(yīng)用管理功能的平臺，包括用戶管理、設(shè)備管理、消息管理、安全管理、接入控制、數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析等；不同的應(yīng)用控制解決方案下，平臺的功能可能會有較大的不同。
·智能家居設(shè)備：可接入智能家居業(yè)務(wù)平臺，并作為遠程控制的執(zhí)行體。如智能門禁、水位/煙霧報警、智能窗簾、智能家電等設(shè)備。根據(jù)智能家居設(shè)備之間是否可以聯(lián)動控制以及如何實現(xiàn)聯(lián)動控制，智能家居應(yīng)用控制方式可以分為遠程控
制、聯(lián)動控制和智能控制。
2.1 遠程控制方式
遠程控制方式是指用戶利用智能控制終端，通過網(wǎng)絡(luò)遠程發(fā)布控制指令操控智能家居設(shè)備的控制方式，這時，智能家居設(shè)備和智能控制終端需要位于同一個局域網(wǎng)，或者同時連接在互聯(lián)網(wǎng)中。遠程控制方式出現(xiàn)于智能家居應(yīng)用控制的早期階段，這時用戶對智能家居設(shè)備的認知度低需求量不大，設(shè)備廠商生產(chǎn)和發(fā)布的智能家居設(shè)備類型也少，智能家居設(shè)備和智能控制終端的操控軟件均由同一生產(chǎn)廠商提供。
該控制方式的主要特點是針對同一生產(chǎn)廠商的智能設(shè)備，用戶的控制方式由現(xiàn)場擴展到了遠程。如空調(diào)的遠程控制。遠程控制方式下，各網(wǎng)元的關(guān)系圖如圖1所示。
2.2聯(lián)動控制方式
聯(lián)動控制方式是指用戶基于既定的邏輯，在一定場景下遠程控制多個智能家居設(shè)備運行的控制方式。
在這種控制方式下，用戶可在智能控制終端中，根據(jù)不同場景下的具體需求，預(yù)先設(shè)定多個不同類型的設(shè)備操控指令，以便在固定的時間或指定條件下完成一系列的操控動作。如“早上”這個場景，用戶可以設(shè)定為在規(guī)定的時間拉開窗簾、打開電視播放新聞，打開客廳／飯廳／廚房的燈光、打開電飯煲開始煲粥等。
隨著智能家居設(shè)備種類的豐富，智能家居生產(chǎn)廠商的數(shù)量增多，智能家居的產(chǎn)業(yè)鏈分工逐漸細化，遠程控制方式下單個生產(chǎn)廠商提供端到端解決方案的情況被打破。智能控制終端和智能家居設(shè)備的提供商出現(xiàn)分離，單一用戶可以購買不同廠商的智能家居設(shè)備，通過同一個智能控制終端進行控制。智能家居云服務(wù)提供商出現(xiàn)，云服務(wù)提供商或提供基礎(chǔ)設(shè)施如存儲服務(wù)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)的IaaS云服務(wù)，或提供平臺接入、用戶管理、統(tǒng)計分析的PaaS云服務(wù)。
智能家居云服務(wù)平臺為聯(lián)動控制方式的實現(xiàn)提供了關(guān)鍵的系統(tǒng)功能。一方面面向用戶，云服務(wù)平臺提供統(tǒng)一的操作界面風格，另一方面，面向智能家居設(shè)備提供商或者提供云存儲服務(wù)，或者提供用戶管理、設(shè)備管理、數(shù)據(jù)分析等業(yè)務(wù)管理服務(wù)，這些服務(wù)可以有效降低設(shè)備提供商發(fā)展用戶的成本、設(shè)備推廣的成本、智能家居管理平臺的建立成本等，總體來說，降低了智能家居設(shè)備提供商的市場準入門檻。聯(lián)動控制方式下個網(wǎng)元的關(guān)系如圖2所示。
2.3智能控制方式
智能控制方式是指基于場景感知及用戶的行為偏好自動生成控制策略，遠程控制多個智能家居設(shè)備的控制方法。
在聯(lián)動控制方式中，確立了基于云服務(wù)平臺的智能家居應(yīng)用控制架構(gòu)。在智能控制方式中，智能家居云服務(wù)平臺通過不斷擴大的用戶接入量及使用量，積累了大量的用戶使用數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可以了解到用戶對智能家居設(shè)備的使用偏好。同時，隨著感知設(shè)備如煙感、溫控、濕度、人體移動感知等感知設(shè)備的大規(guī)模使用，搜集到家居環(huán)境的實時感知數(shù)據(jù)，云服務(wù)平臺有能力通過感知+用戶偏好+控制策略自動生成的功能，輔助用戶進行設(shè)備控制，從而把應(yīng)用控制的智能化推進到聯(lián)動控制方式下所到達不了的深度。例如秋天早晚涼，中午熱，通過溫度感知、濕度感知等傳感器收集數(shù)據(jù)，比對室內(nèi)外溫度，結(jié)合用戶以往對空調(diào)開關(guān)的控制情況，系統(tǒng)可以判斷是否需要開關(guān)空調(diào)。
2.4控制方式總結(jié)
遠程控制是智能家居設(shè)備應(yīng)用控制的早期控制方式。
由于用戶對于場景控制的需求，要求設(shè)備間實現(xiàn)聯(lián)動控制，因此基于云服務(wù)實現(xiàn)多個設(shè)備提供商之間的設(shè)備聯(lián)動控制方式的是目前應(yīng)用控制的主流方式。
隨著大數(shù)據(jù)分析在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用、環(huán)境感知設(shè)備的普及，智能控制方式是應(yīng)用控制的趨勢。
3 智能家居業(yè)務(wù)應(yīng)用控制的關(guān)鍵邏輯分層結(jié)構(gòu)
目前智能家居主流的應(yīng)用控制方式是聯(lián)動控制，下文重點討論在聯(lián)動控制方式下，智能家居業(yè)務(wù)應(yīng)用控制的關(guān)鍵邏輯分層結(jié)構(gòu)。
基于云服務(wù)實現(xiàn)智能家居應(yīng)用聯(lián)動控制涉及4個關(guān)鍵邏輯功能分層結(jié)構(gòu)：用戶認證及設(shè)備綁定層、操控邏輯及界面層、指令集層、通信連接層。
(1)用戶認證及設(shè)備綁定層
該層提供用戶賬號管理、認證和用戶及設(shè)備綁定關(guān)系維護及認證功能。該層是基于云服務(wù)平臺實現(xiàn)智能家居應(yīng)用控制的基本邏輯層，只有控制了該層，才能將智能家居的用戶和設(shè)備接人情況管理起來。有能力控制該層的服務(wù)提供商一般是已經(jīng)匯聚了大量用戶的已有平臺提供商，他們通過已有的大量用戶中存在可能的智能家居設(shè)備目標用戶群來吸引智能家居設(shè)備商的接人。
(2)操控邏輯及界面層
該層提供智能家居設(shè)備的操作邏輯及用戶的操控界面。該層和智能家居設(shè)備緊密相關(guān)，隨著智能家居設(shè)備種類和功能的不同而不同，這一層一般由智能家居設(shè)備廠商自行定制開發(fā)。
(3)指令集層
該層是智能家居設(shè)備操作標準指令規(guī)范的功能邏輯層。該指令集需要涵蓋智能家居設(shè)備的操作動作，隨著智能家居設(shè)備的種類不斷更新，該指令集需要不斷擴展。只有不同設(shè)備遵循的共同的指令集層，設(shè)備間的聯(lián)動控制才能成為可能。
(4)通信連接層
該層提供智能家居設(shè)備和智能控制終端安全、快速接入智能家居業(yè)務(wù)系統(tǒng)及云服務(wù)平臺的能力。通信連接層一般采用Wi-Fi、藍牙或移動通信技術(shù)(3G、4G)接入互聯(lián)網(wǎng)。通信連接層是智能控制終端和智能家居設(shè)備的必要功能層，它們通過通信連接層和智能家居業(yè)務(wù)系統(tǒng)通信。
以上不同邏輯層面功能的實現(xiàn)，需要智能控制終端、云服務(wù)平臺以及智能家居設(shè)備共同交互完成。
4基于云服務(wù)實現(xiàn)應(yīng)用控制的方案
建立智能家居云服務(wù)平臺，從不同的邏輯層級控制用戶和設(shè)備的接人，將形成不同的應(yīng)用控制方案，方案一：僅從用戶認證及設(shè)備綁定層控制：方案二：從用戶認證及設(shè)備綁定層、指令集層控制。下文中分別詳細講述。
4.1 方案一：從用戶認證及設(shè)備綁定層控制
這種方案下，云服務(wù)平臺進行用戶管理、提供登錄功能完成用戶接入認證，對設(shè)備和用戶的綁定關(guān)系進行管理，同時提供通信接入層能力，不對邏輯操控及界面層和指令集層進行管理。方案一的架構(gòu)如圖3所示。
智能控制終端除了提供用戶操控界面之外，需要集成不同設(shè)備提供商的SDK，通過這些SDK來完成不同設(shè)備的操控邏輯、指令集層功和通信連接層功能。
這種方案下，每個設(shè)備提供商需要獨立開發(fā)SDK以供智能控制終端集成，這將造成以下問題。
·不同設(shè)備提供商間的設(shè)備同質(zhì)化功能的SDK是無法重用的，例如不同冰箱廠商均需要開發(fā)控制冰箱開、關(guān)、溫度調(diào)節(jié)、模式設(shè)置等功能的SDK。
·不同設(shè)備提供商提供的設(shè)備將很難實現(xiàn)聯(lián)動，這是因為為實現(xiàn)聯(lián)動，需要涉及不同廠商SDK之間的聯(lián)動調(diào)測，由于廠商的指令集不統(tǒng)一，調(diào)測的溝通工作量大導(dǎo)致開發(fā)困難。
·由于對于多個設(shè)備的邏輯操控及指令集層功能位于智能控制終端上，故將對智能控制終端的處理能力要求較高。
云服務(wù)平臺完成用戶認證、設(shè)備綁定關(guān)系管理層的功能。
這種方案下，由于云服務(wù)平臺將設(shè)備操控指令透傳給智能家居業(yè)務(wù)平臺，并不對操控指令的內(nèi)容進行解析，因此不涉及用戶設(shè)備操控行為的管理，也無法獲取到相關(guān)數(shù)據(jù)，從而無法提供用戶行為數(shù)據(jù)分析服務(wù)。
這種方案下，云服務(wù)平臺可以利用自有的用戶資源，快速接入智能家居設(shè)備廠商，并把智能家居服務(wù)作為向用戶提供的新服務(wù)功能納入云服務(wù)平臺已有的服務(wù)中。這種方案的典型應(yīng)用案例是微信，圖4是微信智能家居應(yīng)用控制架構(gòu)。
智能家居服務(wù)提供商通過微信后臺申請公眾服務(wù)號，個人用戶關(guān)注智能家居服務(wù)提供商的公眾服務(wù)號．綁定微信賬號和特定智能設(shè)備。
個人進入公眾號之后的交互界面、操控邏輯及指令集均由設(shè)備提供商提供。
不同智能家居服務(wù)提供商使用不同的公眾號，因此，不同服務(wù)提供商之間的智能設(shè)備無法進行聯(lián)動控制。
微信的這種模式對智能家居服務(wù)提供商來說僅僅是多了一個設(shè)備的用戶接入的渠道。
4.2方案二：從用戶認證及設(shè)備綁定層、指令集層控制
這種方案下，云服務(wù)平臺不僅管理用戶認證，設(shè)備和用戶的綁定關(guān)系及通信連接層功能，而且提供統(tǒng)一的操控界面、統(tǒng)一的指令集，并負責對操控指令進行解析，翻譯成設(shè)備提供商的業(yè)務(wù)平臺能夠識別的指令格式，并轉(zhuǎn)發(fā)給業(yè)務(wù)平臺。
本方案系統(tǒng)架構(gòu)如圖5所示。
智能控制終端基于統(tǒng)一的設(shè)備SDK接口進行開發(fā)．SDK接口包括操控邏輯及指令集層、通信連接層的接口功能。由于不同設(shè)備的操控界面和操控邏輯是不一樣的，所以本方案中設(shè)備的操控邏輯和界面由設(shè)備提供商根據(jù)統(tǒng)一的界面風格要求及指令集規(guī)范預(yù)先開發(fā)好，上傳到智能家居云服務(wù)平臺，由云服務(wù)平臺進行管理。用戶通過認證，綁定了相關(guān)的設(shè)備后，智能控制終端從云服務(wù)平臺上動態(tài)下載對應(yīng)設(shè)備的操控邏輯及界面，這樣用戶可以在智能控制終端上操作綁定的智能家居設(shè)備。
操控指令通過統(tǒng)- SDK接口模塊發(fā)往云服務(wù)平臺。智能控制終端僅需集成一套標準SDK，不同品牌、廠商設(shè)備的同質(zhì)化功能通過相同指令與平臺交互，這種情況下，智能控制終端的開發(fā)周期比方案一減少，SDK體積比方案一小，SDK對于智能控制終端的存儲能力和處理能力要求降低。同時，由于遵循同一套標準SDK，不同設(shè)備之間的聯(lián)動控制變成可能。
智能家居云服務(wù)平臺完成用戶認證及設(shè)備綁定層、操控邏輯及界面層、指令集層、通信連接層的功能，提供相關(guān)接口。平臺對從智能控制終端收到的操控指令進行解析，翻譯成設(shè)備提供商的業(yè)務(wù)平臺能夠識別的指令格式，并轉(zhuǎn)發(fā)給業(yè)務(wù)平臺。平臺對用戶的操控行為數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)有詳細的記錄，這為平臺提供數(shù)據(jù)分析服務(wù)打下了基礎(chǔ)。
用戶對智能家居設(shè)備的操控流程如圖6所示。
用戶通過智能控制終端的界面發(fā)出設(shè)備操控要求，智能控制終端根據(jù)統(tǒng)一指令集將操控要求封裝成操控指令發(fā)送到智能家居云服務(wù)平臺上。云服務(wù)平臺將指令集解析成對應(yīng)的智能家居業(yè)務(wù)平臺的指令并轉(zhuǎn)發(fā)到智能家居業(yè)務(wù)平臺上。智能家居業(yè)務(wù)平臺將該指令發(fā)送給需要操控的設(shè)備，設(shè)備執(zhí)行完指令后，將執(zhí)行狀態(tài)返回給業(yè)務(wù)平臺，業(yè)務(wù)平臺通過云服務(wù)平臺，將狀態(tài)返回給智能控制終端，從而展示給用戶。
方案二的典型應(yīng)用案例是京東微聯(lián)，通過京東微聯(lián)超級App、京東云，京東為其上銷售的遵循京東標準能力接口的智能家居設(shè)備提供了“云+端”的整體智能家居云服務(wù)解決方案。京東微聯(lián)智能家居應(yīng)用控制架構(gòu)如圖7所示。
接入京東微聯(lián)的智能家居設(shè)備需要遵循京東規(guī)定標準能力接口。
設(shè)備提供商需要在京東提供的標準規(guī)范下定位設(shè)備的操控邏輯和操控界面放到云端，供京東微聯(lián)超級App動態(tài)下載。
京東作為平臺服務(wù)商，可以為設(shè)備提供商提供設(shè)備管理、用戶管理、數(shù)據(jù)分析、云存儲服務(wù)等服務(wù)。
4.3兩種方案的比較
同方案一進行比較，方案二的優(yōu)點如下：
·減少了智能控制終端的開發(fā)量，方便智能家居設(shè)備接入云服務(wù)平臺；
·減少了對智能控制終端計算能力、存儲能力的要求：
·有利于不同設(shè)備提供商之間設(shè)備聯(lián)動控制的實現(xiàn)；
·云服務(wù)平臺參與用戶操控指令的解析和設(shè)備狀態(tài)的接收，有能力匯聚用戶行為數(shù)據(jù)及設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，有利于提供數(shù)據(jù)分析服務(wù)器。同方案一進行比較，方案二的可能會出現(xiàn)如下問題。
·可能會增加智能控制終端的響應(yīng)時長：智能控制終端的業(yè)務(wù)交互經(jīng)過云服務(wù)平臺到達業(yè)務(wù)系統(tǒng)，比方案一直達業(yè)務(wù)系統(tǒng)的路徑經(jīng)過的網(wǎng)元多：
·可能對云服務(wù)平臺的系統(tǒng)響應(yīng)速度要求提高：方案一的云服務(wù)平臺對設(shè)備操控指令數(shù)據(jù)僅透傳不解析，而方案二需要解析，這要求云服務(wù)平臺具有更
高的并發(fā)性以及實時性的處理能力。
從有利于智能家居設(shè)備的接入、實現(xiàn)聯(lián)動控制，有利于進行用戶行為數(shù)據(jù)分析，提高用戶體驗的角度來看，方案二是較好的解決方案，但是方案二的實現(xiàn)需要統(tǒng)一的操控界面及指令集，制定這些規(guī)范，需要涵蓋多種智能家居設(shè)備，需要得到設(shè)備提供商的認可并實施，這需要一個較長的時間周期。所以，本文認為，短期內(nèi)，方案一可以快速實現(xiàn)，但從長期來看，方案二是未來發(fā)展的趨勢。
5結(jié)束語
智能家居有3種應(yīng)用控制方式：遠程控制、聯(lián)動控制、智能控制；目前聯(lián)動控制方式是主流的控制方式。根據(jù)應(yīng)用控制的邏輯功能分層結(jié)構(gòu)不同，本文討論了基于云服務(wù)實現(xiàn)聯(lián)動控制方式的兩種不同實現(xiàn)方案，并比較了它們的特點，提出了建設(shè)性的建議。
6摘要：
智能家居設(shè)備如何接入網(wǎng)絡(luò)，智能控制終端如何控制智能家居設(shè)備，智能家居設(shè)備及應(yīng)用管理平臺如何對用戶和設(shè)備進行管理，這些問題的解決方案伴隨著智能家居應(yīng)用的快速發(fā)展不斷變化。首先討論了智能家居業(yè)務(wù)的應(yīng)用控制方式，然后引出應(yīng)用控制的關(guān)鍵邏輯分層結(jié)構(gòu)，在關(guān)鍵邏輯分層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，討論基于云服務(wù)的應(yīng)用控制方案，最后給出總結(jié)。
