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1、基于无线传感网的平安家居服务系统 技术方案中国移动通信集团上海有限公司中国移动通信集团研究院2010年11月目 录第一部分 概述11.1 方案名称11.2 参编单位11.3 研究背景11.4 研究意义11.5 技术发展现状21.6 技术方案目标3第二部分 系统架构42.1 系统架构42.2 系统组成5第三部分 前端传感测控和视频系统83.1 系统概述83.2 前端传感测控和视频系统组网方式93.3 前端传感测控和视频系统功能要求123.4 前端传感测控和视频系统性能要求163.5 前端传感测控和视频系统通信协议设计193.6 前端传感测控和视频系统的节点管理与维护233.7 接口要求24第四部
2、分 家居通信网关264.1 系统概述264.2 网关功能要求284.3 网关的通信协议314.4 网关的管理维护和参数334.5 网关性能和安全性要求354.6 接口要求36第五部分 M2M管理平台395.1 系统结构395.2 各网元功能描述395.3 应用模式465.4 各接口功能描述48第六部分 平安家居信息服务平台506.1 服务平台系统架构506.2 服务平台各功能模块506.3 服务平台提供的功能546.4 服务平台性能要求576.5 服务平台安全性616.6 接口要求63第七部分 系统提供主要业务657.1 系统通知用户657.2 用户主动使用系统业务67第八部分 系统施工建议8
3、08.1 平安家居信息服务平台施工建议808.2 前端传感测控和视频系统施工建议812基于无线传感网的平安家居服务系统技术方案第一部分 概述1.1 方案名称基于无线传感网的平安家居服务系统技术方案。1.2 参编单位中国移动通信集团上海有限公司中国移动通信集团研究院1.3 研究背景随着我国国民经济的发展、“小康社会”建设步伐的加快和人民生活水平的不断提高，市民住宅小区的数量和品质均得到很大的提升。由于城市人口膨胀、外来人口的增加及煤气和大量家用电器设备使用中的不安全因素，对小区居民的生命和财产造成了很大威胁。现阶段，居民的日常生活中主要的安全威胁包括以下几个方面。首先，随着社会贫富差距拉大，人口
4、的流动性的不断增加，使得社会结构和社会治安都日趋复杂，社会犯罪率也持上升趋势，由此所导致的恶意侵害（如入室偷窃）所带来的威胁；其次，伴随着高科技产品的应用，相应地也带来了一系列不安全因素，如煤气管道、热水器的使用以及其他许多大容量的家用电器的使用，都明显地增加了发生火灾的可能性、触电的不安全性以及煤气中毒、爆炸的危险。另外，在社会和生活中的各方面，诸如无人值守而特别需要加以警戒、保护之类的许多场所，单独居住的老人、无人看护的病人、婴幼儿童，都促使人们对安全保障的要求越来越强烈。因此，人们越来越迫切的需要有效的措施，以满足日益增长的安全防范要求。为更有效地保证居民的生命和财产安全，可通过在住宅和
5、住宅小区内引入平安家居系统进行安全防范管理。平安家居系统是家庭、住宅小区等环境防范外来侵害、安全事故的一种最重要的、最有效的手段，它将提高居民自身的安全感，成为社会治安的一个重要组成部分。1.4 研究意义随着市民住宅小区数量、品质的提升和人们生活水平的不断提高，促使人们在家庭住宅的观念上逐步发生变化。人们不仅需要宽敞、豪华的住宅，同时也希望有一个安全生活空间。所谓安全，就是有一个快速、有效、连动的防火、防盗、防爆的体系，同时要求家庭、社区管理中心及其有关单位部都能及时获得相关信息并采取相应措施。这就要求家庭不再是一个孤立的场所，而是一个能与外界进行信息交流的单元。平安家居系统是一种预防犯罪、防
6、止灾害、隐患进一步扩大危害的高新科技产品，它能满足现代社会对高度安全防范的需求，发挥强大的威慑作用和快速反应能力，降低发案率，做到防患于未然，使用户无后顾之忧，满足人民安全的需要。创造安全就是创造财富，因此，“安全消费”或“花钱买平安”已是“健康消费”之后又一大经济增长点。基于无线传感网的平安家居系统主要通过红外、雷达、气体、温度、声音等多种探测器来感应异常的变化，当感应器感应到异常情况时，自动将警情发送至网关，网关智能信息识别、融合技术做出最终判断，并结合图像传输技术，将报警信息和图像信息发送至相关部门和人员，以便得到及时的处理，减少人员伤亡和财产损失。因此平安家居系统的开发与推广非常有意义
7、，它既能保证人民生命和财产安全，又可提升服务水平，推动能源供给商、物业管理、通信网络商、房地产及其它相关行业的发展，为它们带来新的机遇和利润。随着经济的发展，安全将越来越为现代人重视，对于安全的投资也越来越多。可以预见，平安家居行业的发展将会十分迅速，我国平安家居产品的市场前景非常看好，平安家居产品即将走入千家万户的生活。1.5 技术发展现状随着智能家居的发展，安防系统在智能家居中显得越来越重要，国外的许多大公司己进入到该领域中，如微软公司投资一家Itran公司，专业从事家庭安防和家庭自的开发设计；IBM公司与建筑商合作，为用户提供装备有先进的安防系统的智能宅。美国联邦政府和IBM、AT&T等
8、大型IT企业，联合投资4000亿美元，为500万个小区和9000万个家庭提供全面的小区和家庭的安全防护和信息服务。在美国关于智能家居系统相关的示范工程和研究有IBM的网络化家居和梦幻空间(dream space)工程、HoneyWell的家庭自动化工程、Cisco的网络社区工程、Motorola的智能家居工程、Invensys的网大学的WAVES和I2SEE项目等。我国安防行业是随着社会主义市场经济的发展而逐步成长起来的，改革开放以来，在国民经济迅速发展，人民生活水平日益提高的推动下，安防行业出现了蓬勃发展的势头。尤其九五期间，我国住宅产业异军突起，极大地促进了安防产业的发展规模。国内做无线平
9、安家居系统的公司有一些，大部分分散在广东、福建一带，以民营企业为主，在技术及产品品质上还存在不少问题，整体而言，平安家居市场开发还远远不够。目前平安家居市场中知名品牌大多是进口的有线型产品，广泛运用于一些新建小区。有线型产品因为专线专用、性能稳定、不存在电源供应不足等问题而较少产生误报。但有线型产品在整体结构和局部都遇到严峻问题。工程商因布线难度大，不得不放弃部分工程，甚至废弃原有的有线系统重新安装无线系统，造成工程造价昂贵。用户反映的问题更为棘手，用户家中已安装有有线系统，且家中装修精美，此时要求增加需要重新布线的探头（如烟感、气感等）就会破坏原有装修，代价太高。此时可以解决以上所有问题的无
10、线产品的优势就体现出来，市场就应运而生。但目前的无线产品技术上还不成熟，除不能提供稳定可靠的无线网络外，也缺少智能信息识别技术和图像传输技术的支撑。1.6 技术方案目标本项目将研究开发一种集报警检测技术、无线传感网技术、信息识别技术和视频传输技术为一体的平安家居系统，满足人们日益增长的对产品性能的要求。该系统利用传感器网络，将家庭内部的各种设备通过无线自组织通信技术连接起来，实现信号检测、无线传输、信息处理、视频监控、远程报警等功能。平安家居系统包含服务平台、M2M平台、网关、前端传感测控和视频系统。基于无线传感器网络的前端信息采集节点，用于监控家居环境的当前状态，当监控区域出现异常情况，网络
11、中将会有多个传感器共同探测信息，发出报警信号并启动视频监控功能，帮助监控人员快捷有效的做出防范警备措施。3第二部分 系统架构2.1 系统架构平安家居系统架构如图2.1-1所示。图2.1-1 平安家居系统架构平安家居系统主要包括前端传感测控和视频系统、网关、M2M管理平台、平安家居信息服务平台四个部分。 前端传感测控和视频系统前端传感测控和视频系统包含无线测控系统和家居视频系统两个部分。无线测控系统主要完成传感信息采集、信息汇聚、设备控制等功能。该部分通过在家居环境中布设温湿度、光强、烟雾、燃气、红外、浸水等传感器检测节点，采集各种传感信息，系统通过无线传感网将以上信息汇聚至网关。该部分具有信息
12、采集功能的同时，也可对家居环境中的设备如窗帘、燃气阀门开关等进行控制。视频系统主要完成视频信息采集、摄像头设备控制、本地视频存储等功能。该系统通过3G网络将视频信息实时发送至用户。 网关网关是接入M2M管理平台和平安家居信息服务平台的统一接口，完成对前端传感测控和视频系统的管理和控制、信息的处理与传输、非移动通用协议到标准通用协议的数据格式转换、本地管理信息设置及现场设备故障管理。 M2M管理平台M2M管理平台是一个综合管理平台。主要完成网关与平安家居信息服务平台之间信息传送、对网关设备的控制和管理、对平安家居信息服务平台的管理等功能，并完成对平安家居网关进行认证、鉴权、计费等功能。 平安家居
13、信息服务平台平安家居信息服务平台是提供平安家居信息服务的综合管理平台。主要完成平安家居传感信息处理、视频监控、综合信息查询、事件告警通知、设备故障告警通知、用户远程控制、用户设置远程管理和用户权限认证等多种相关功能。2.2 系统组成2.2.1 前端传感测控和视频系统前端传感测控和视频系统主要包括以下节点，各节点功能如下： 测控节点测控节点完成信息感知和设备控制两种功能。测控节点可利用各种无线传感器节点感知家居环境中的信息，通过无线传感网传送至路由节点，完成家居环境的信息感知和传输；同时测控节点按照用户的指令对设备（如窗帘、燃气阀门开关等）进行控制。 家居视频节点家居视频节点负责视频与图像的采集
14、，可通过3G视频电话与用户之间实现视频监控和本地视频存储。并且用户可远程对家居视频节点中的摄像头进行远程控制。 路由节点路由节点完成测控节点和家居视频节点与网关间的信息传输。测控节点将收集到的信息通过路由节点发送至网关，同时网关将用户的控制指令通过路由节点发送至测控节点和家居视频节点。其中，测控节点和路由节点共同组成了前端传感测控和视频系统的无线测控系统部分，家居视频节点和路由节点共同组成了前端传感测控和视频系统的家居视频系统部分。2.2.2 网关平安家居服务系统M2M家居网关主要包含以下模块，各个模块及具体功能如下： MCU中心处理单元网关的指挥调度中枢，各个相关单元对于总线内存电源等的资源
15、使用均有它来进行分配。 M2M模组负责通信传送，通过无线网络和移动通信网络连接，可以使用的形式有GPRS/EDGE/TD等。 家居无线模块单元负责家居环境里面的通信，一方面将来自前端传感网络的信息进行解析和解码，然后将信息打包封装传送到MCU。同时，完成反向的信息解析工作。 接口单元支持RS485接口协议，可以和支持相同协议的设备进行对接。 电源单元负责将220V市电转换成各个单元需要的电源，稳定向各个单元供电。2.2.3 M2M管理平台M2M平台包括通信接入模块、终端接入模块、业务处理模块、管理模块、EC接入模块、数据库模块、WEB模块等，各模块具体功能如下： 通信接入模块包括行业网关接入模块、GPRS接入模块。行业网关接入模块负责完成行业网关的接入，通过行业网关完成与USSDC/USSDG、SMSC/ISMG、MMSC的接入，最终完成与行业终端的通信。GPRS接入模块通过GPRS方式与行业终端传送数据，根据消息流量可配置多个GPRS接入模块。 终端接入模块终端接
