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1、基于物联网技术的数字家居研究及产业化以安全性、便利性、舒适性的理念研发数字家居系统，引入神经单元模糊算法提升多传感器监测可靠性；基于云服务的家居数字娱乐系统，实现从“云”到“端”的视频互动；在无线跳频算法中设计积分式信道质量评估算法；实现无线功率调节控制算法，降低对邻网干扰。一、项目立项依据（包括国内外技术发展现状、技术瓶颈和发展趋势，知识产权情况，项目对福建科技、经济和社会发展的作用及产业化前景，字内）1、国内外发展概况和趋势 自从IBM提出的“智慧地球”被列为美国国家战略后，“物联网”(the internet of things，IOT)在世界各地蓬勃发展。继计算机、互联网之后，“物联网
2、”已经被称为世界信息产业的第三次浪潮，美国、欧盟、日本、韩国等发达国家都在投入巨资深入研究、探索物联网，我国也抓住机遇，推出了“感知中国”发展战略，大力发展物联网技术，各级政府及相关部门也相继出台了各种扶持政策。可以说，物联网已经成为全球经济复苏的强大技术动力之一。福建省政府制定了的“数字福建”重要战略方针，加强以福建省为对象的数字化、网络化、可视化和智能化的信息集成及应用系统。近年来，物联网的研究与应用也成为“数字福建”的主题，各高校与企业纷纷加大物联网的研究力度。作为物联网的重要应用，智能家居市场是一个非常有发展前景的朝阳产业。该系统致力于提升家居安全性、便利性和舒适性，智能家居基于成熟的
3、网络控制和无线交互技术，实现网络智能家庭安防、网络智能照明、网络智能环境控制等，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，帮助全球家庭实现环保节能的居住环境。1984年，美国第一幢智能建筑落成，此后欧美国家也相继提出了各种智能家居方案。美国电子工业协会(AEIA)于1988年编制了第一个适用于家庭住宅的电气设计标准家庭自动系统与通信标准。目前，国际有代表性的厂家有美国的x-10、CEBus和Lonwork，日本的HBS，欧洲的EIB和EHS等。近年来，国际上有影响力的IT巨头也纷纷开始瞄准这块市场。在国际消费类电子产品展上，比尔盖茨向IT专业人士展示了“微软智慧之家”；今年5月，谷歌借助“A
4、ndroid Home”发布会向外界传达了“家庭自动化”的理念，打造面向家庭智能化的Android系统。与国外相比，我国对智能家居起步较晚，但是政府部门在政策和标准等方面，不断加大扶持力度，指导行业发展。近年来，传统家电类企业也瞄准这一市场，如TCL、海尔分别推出miHome和U-home智能家居概念产品；以福建冠林为代表的传统安防企业也转向该产业，而数千家中小企业也正日益成为行业中的生力军。星网锐捷集团公司是福建省著名的IT企业，其子公司星网视易在多媒体数字娱乐有较强的实力，是中国娱乐行业解决方案领跑者，其中数字娱乐点播系统、经营性KTV方案、银行网点信息发布系统都属于国内或行业第一；数字标
5、牌产品、数字楼宇对讲系统也做到全国领先。星网视易公司制定了公司未来发展战略，明确将“数字家居”定位为公司未来最重要的产品与服务，正式宣示向“数据家居物联网”进军。2. 主要的技术瓶颈及研究优势虽然“智能家居”的概念炒得炙手可热，但是它离普通百姓家庭却很遥远。住建部、全国智能建筑及居住区数字化标准化技术委员会在京发布的中国城市居民e家生活指数研究报告显示，中国城市居民e家水平目前尚处于初级阶段，指数各个指标呈现“三高两低”的特点，即认知程度高，对生活影响的程度高，未来依赖程度高，拥有程度低，使用程度低。分析主要原因有：一、智能家居产业国家还没有统一的行业标准，企业相互间的产品不具兼容性；二、由于
6、市场调研不够，开发的产品实用性差，操作复杂，与市场需求脱节；三、由于技术上需要投入大量研发资金，一些中小企业没有能力持续创新，更难形成规模生产，造成产品价格居高不下。当前的市场局势为星网锐捷公司创造很大的机遇。首先相比一般的中小型公司，公司具有较高的知名度，较充足的资金链和较完善的研发队伍；其次公司拥有多媒体数字娱乐、楼宇安防、视频监控等优势产品，相比于TCL、海尔等公司具有更大的安防方面的市场经验，相比于冠林等公司更具有家庭数字娱乐方面的优势。此外，本项目融合了高校的探索能力和企业的创造能力，福建师范大学与星网锐捷公司共同创建了“系统集成创新平台”，由二三十名师生组成的创新平台全面推进与企业
7、的产、学、研合作。近年来，平台为星网锐捷公司培养并输送了大批优秀科研人才；在项目上，校企双方以此平台为基础，共同开发完成了星网锐捷公司“数字背景音乐”等多个项目。在本项目中，团队师生已经完成了项目前期的技术探索工作，在传感器技术、通讯技术等方面已经完成了理论分析及实验，为本项目奠定了扎实的基础。3、项目意义及产业化前景统计表明，在未来5年内，全球家庭智能化市场的年平均增长率为8%，到去年底，家庭网络市场总额为57亿美元，智能家居产品销售额达到140亿美元。随着人们生活水平的不断提高，人们不断的对居住环境提出更高的要求，越来越注重家庭生活中每个成员的舒适、安全与便利，因此从市场需求的角度看，智能
8、家居必然是前景广阔。借助“系统集成创新平台”加强校企合作，用科技创造效益，推进科技创新人才培养是政府、企业、高校共同的目标，同时也将会推进福建科技的发展。二、研究开发内容及主要创新点（字内）1、具体研究开发内容和重点解决的关键技术2、 项目的特色或创新之处一、研究的具体内容项目组及合作单位已在数字家居方面开展了多年的研究，在对技术及市场需求的分析基础上，确定本项目的目标，即构建控制、监控、娱乐为一体，体现安全性、便利性、舒适性的数字家居系统。项目开发主要分为三部分内容：1、将星网锐捷公司优势技术家庭数字娱乐、数字楼宇对讲、数字视频监控等融合到数字家居项目中，实现一体化平台管理；2、开发系列上位
9、操作软件，包括计算机windows系统的操作软件，安卓系统的操作软件，苹果系统的操作软件，互联网服务器及WEB操作软件。3、开发网络智能综控设备、遥控开关插座、环境感应器、数据背景音乐设备。项目将整合公司及学校各自的技术优势，共同完成开发任务，星网锐捷公司负责第一、第二部分的开发；福建师范大学完成第三部分内容开发。如图1所示，数字家居项目将围绕以下内容开发： 1. 研制网络智能综控盒：支持对空调、灯光、电器、音响等电气设备进行远程统一管理；可编程，可联网；通过情景模式的选择，一键完成电器/灯光的通断和调光，在节能降耗的同时，提供人性化的温度和照明环境。2开发智能遥控插座：控制电源定时开断，可对
10、关键电器远程控制，热水器、空调等无需全天开启，洗衣机可在电价便宜时启动工作；支持监测电器的用电状态，统计单位时间耗电情况。在提供便利的生活的同时，帮助节能降耗。3实现数字视频监控系统：全数字社区视频监控解决方案，无缝覆盖社区各个角落，为构筑和谐社区提供可靠的技术保障。4融合家庭数字娱乐系统：将KTV、高清影院和互联网娱乐多能合一，高画质MTV，拼音、语种等多种先进点歌方式，专业原伴唱效果；支持1080P高清播放，支持局域网和互联网播放，为家庭用户提供卓越的高画质影音享受。5整合数字楼宇对讲系统：实现行业领先的高清双向可视对讲功能， UCOS系统高度稳定，组网方案精简可靠；以性能和功能优势，带来
11、高清视频交互的全新可视对讲体验。二、项目组重点解决的关键技术： 1. 适应于家居应用的自组网络通讯技术研究从智慧地球、智慧城市、智慧社区、智慧楼宇，最后到家庭中各种设备的控制，智慧的本质在于能够互相交流信息，并作出正确的判断和执行。智能家居系统通讯架构的设计及通讯路由的开发为本项目的技术关键点，同时也是难点。在通讯系统构架中应充分考虑各种通讯网络的特性，因尽可能的包容多种通讯介质。从目前家居组网来看，以下几种通讯方式各具优势，以太网、电力线载波、无线通讯。本项目将拟采用以太网技术作为主干通讯网，子网采用无线跳频通讯方式进行自组网。2. 研究无线跳频通讯在多突发通讯节点中的应用在家居传感网中存在
12、着子节点数量多，突发、并发通讯情况较经常。除此之外，系统的不同子网的也会相互干扰，另外在一幢楼中的上下左右邻里的无线网也会相互干扰，这些都会使无线通讯的情况变得很糟。为提高无线通讯的可靠性，引入跳频技术 (Frequency-Hopping Spread Spectrum； FHSS)是非常必要的，跳频系统要求实现载波同步、位同步、帧同步。此外，由于跳频系统的载频按伪随机序列变化，为了实现电台间的正常通信，收发信机必须在同一时间跳变到同一频率，因此跳频系统还要求实现跳频图案同步。采用跳频的多址通信网具有很多优点：抗干扰能力强，低截获概率，低检测概率，对频率选择性衰落有很好的抑制作用等。但跳频通
13、讯的信道质量评估及路由选择，自适应功率控制算法都是系统的难点。三、特色与创新 1. 创新性引入神经单元模糊算法实现多传感器融合，消除传感异常数据、矛盾数据的干扰，提升传感监测的稳定可靠性。实现有智慧的家居系统，感知是系统前提和基础。在本项目中，融合了二氧化碳浓度传感器、烟雾传感器、光照传感器、人体红外感应传感器、声音传感器、温度传感器、湿度传感器、摄像头等感知终端，甚至还实现一个户外气象传感器。传感体系让系统能感知着家里甚至户外的情况，为我们提供贴心服务。传感器在不同的时期可以起到不同的感知作用，如主人在家时，人体红外传感器感应主人的动向，如果主人想上卫生间，系统便自动启用排气扇，开启灯光等；
14、当主人离家时，它又成了家中的安全卫士，起到安防作用。2. 独创设计了基于云服务的数字家居多媒体娱乐系统，将KTV、高清影院和互联网娱乐多能合一，高画质MTV，拼音、语种等多种先进点歌方式，专业原伴唱效果；支持1080P高清播放，支持局域网和互联网播放，为家庭用户提供卓越的高画质影音享受。整合电脑终端、电视终端、掌机终端三个细分市场，提供从“云”到“端”的视频互动解决方案，为用户提供丰富的节目和个性服务。 3. 采用积分统计方式分析通讯信道质量，实现可靠的信道质量评估算法，判定了干扰频点后，如何自动寻找更好的通讯中继路由；在无线跳频系统中引入功率控制算法以实现比特误码率最小原则，算法为各个跳频信
15、道选择适当的功率，使得接收方收到的数据比特误码率达到预定的误码门限。 三、研究开发方案和技术路线（字内）一、项目组织机构福建师范大学与福建星网锐捷公司组成项目组，由双方电子信息工程、计算机技术、美术、管理等专业技术人员构成产、学、研联合体，具体分工如下：福建师范大学负责智能家居产品网络智能综控设备、遥控开关插座、环境感应器、数据背景音乐等设备的开发及相关技术的攻关，福建星网锐捷公司负责数字娱乐系统，视频监控系统，数字楼宇对讲系统和上位机软件系统的开发，并对整个智能家居项目进行需求分析、产品整合开发、产品的中试、生产和市场推广。二、开发方案与技术路线如图2所示，项目从技术架构上来分析，系统可分为
16、三层：感知层、网络层和应用层。感知层由各种传感器以及传感器网关构成，包括二氧化碳浓度传感器、光照传感器、人体红外感应传感器、声音传感器、温度传感器、湿度传感器、摄像头等感知终端。感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢，它是家居物联网获取识别物体，采集信息的来源，其主要功能识别物体，采集信息。网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成，相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层获取的信息。应用层是家居物联网和用户（包括人、组织和其他系统）的接口，主要是由各种上位机软件构成，用户通过手机、电脑对家居物联网实现控制及监视。下面将从几个技术单元进行分析。1. 系统从网络架构来看，系统将分为主干网和无线传感网。主干网是中心控制器为中心，上行连接着PC机、智能手机、平板电脑以及互联网服务器，下行连
