第一節(jié) 簡介

　　在過去的幾年中，無線通信和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的鏈接網(wǎng)絡(luò)發(fā)展成為一個新的模式，以及獲得學術(shù)界和工業(yè)界更多的關(guān)注。物聯(lián)網(wǎng)大量的潛在應(yīng)用實現(xiàn)在日常生活中的應(yīng)用，以及潛在用戶的行為。

　　物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)施到 2020 年將增長至約器 2 兆 120 億的設(shè)備，包括 300 億連接的設(shè)備，其中智能生活應(yīng)用中占有很高的比率。 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的智能生活是集合設(shè)備和服務(wù)，提供通知、安全、節(jié)能、自動化、通訊、計算器和娛樂為一個單一的生態(tài)系統(tǒng)，共享用戶界面。

　　本節(jié)討論通過智能生活的應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)造的機會。 智能生活包含了許多面向，生活質(zhì)量文化、衛(wèi)生、安全、住房、旅游 ……等。 物聯(lián)網(wǎng)在生活應(yīng)用，包括智能購物應(yīng)用，能源和水的使用，遠程控制家電，氣象站，氣體監(jiān)測，安全監(jiān)控，智能珠寶，智能家居，智能建筑，生活輔助……等。

　　第二節(jié) 物聯(lián)網(wǎng)在智能家居的應(yīng)用

　　一、物聯(lián)網(wǎng)智能家居的一般應(yīng)用：

　　智能家居是一棟房子或生活環(huán)境，包含多種不同類型的傳感器的聚集(如圖1 所示)的技術(shù)，以允許家庭設(shè)備和系統(tǒng)進行自動控制。 智能家居提供的舒適、休閑、安全和衛(wèi)生保健，因此，智能家居可以提高居民的生活水平。 智能家居的概念與家庭自動化的領(lǐng)域密切相關(guān)，也被稱為家庭自動化，和最近的領(lǐng)域智慧環(huán)境。

　　對 Wi-Fi 的家庭自動化角色的興起，主要是配置的電子產(chǎn)品的聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)，其中電子設(shè)備已開始成為家庭 IP 網(wǎng)絡(luò)的一部分，以及采用了速度越來越快的移動計算設(shè)備。 一些組織正在使用技術(shù)裝備的家園，讓住戶能夠用一臺設(shè)備來控制所有的電子設(shè)備和電器。 該解決方案最初運用在環(huán)境監(jiān)測、能源管理、輔助生活、舒適和方便。

　　圖 3.1：智能家居物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

　　智能家居讓我們的居家舒適度提升了一個層次，保持均勻的溫度、控制燈光和娛樂、確保安全，并幫助節(jié)省資金。 特別是，冰箱裝有液晶顯屏幕，能夠顯示內(nèi)容物、即將到期的食物、你需要購買的原料，且所有的訊息可以從智能手機應(yīng)用程序里得到。 可以遠程監(jiān)控洗衣房里的洗衣機，并在電費最低的情況下自動運行。 廚房的范圍接口可以連接到智能手機應(yīng)用程序，允許遠程調(diào)節(jié)溫度和監(jiān)視烤箱的自潔功能。

　　在文獻綜述，有智能家居的四大應(yīng)用領(lǐng)域，如老年/老齡化/家庭護理; 能源效率; 舒適/娛樂; 安全/保安。

　　一、對于老年/老齡化/家庭護理 ：

　　此應(yīng)用領(lǐng)域的出現(xiàn)，以解決在全球中許多已開發(fā)國家迫切需求。 其實，這個應(yīng)用程序的趨勢是大家一般都有興趣的一部份，發(fā)展一個新的智慧技術(shù)，為了解決與長者健康、孤獨、殘疾、長者的認知問題。在這領(lǐng)域內(nèi)有主要有兩個子領(lǐng)域：

　　(1)隨時隨地的援助是專注于在長者的日?；顒訁f(xié)助任務(wù)級別，以及協(xié)助他們的殘疾和認知局限。

　　(2)無處不在的看照網(wǎng)絡(luò)是幫助解決長輩的社交限制，為他們提供的服務(wù)和設(shè)施，社會包容性，以減少他們的孤獨感。

　　二、能源效率

　　降低能耗成為了一個非常迫切渴望能在現(xiàn)代社會有新的技術(shù)突破，這對人類的未來發(fā)展有重大的影響。而技術(shù)發(fā)展過程中需要越來越多的能量，該能量資源也越來越有限。電網(wǎng)正在發(fā)展成為一個新的更聰明的網(wǎng)絡(luò)被稱為智能電網(wǎng)。 它以訊息和通訊技術(shù)的進步增強了傳統(tǒng)的電力輸送系統(tǒng)，以平衡供需的用電量，以及用于開發(fā)可再生能源。以下是有關(guān)效能的兩個主要應(yīng)用領(lǐng)域：

　　(1)節(jié)能：旨在利用智能家居中的傳感器和執(zhí)行器，來控制節(jié)能，判定目前還沒有使用或根據(jù)用戶首選項設(shè)置，關(guān)閉或低功耗模式。

　　(2)智能電網(wǎng)整合將智能家居的能源意識融入到智能電網(wǎng)。

　　三、舒適/娛樂

　　一個智能家居的典型和特殊的功能是解決用戶的舒適性和娛樂。 例如，智能家居往往環(huán)境控制的功能(例如燈光和背景音樂)，先進的用戶接口(根據(jù)語音或手勢為例)，增加日常活動……等的自動化水平。

　   四、安全

　　安全性是偵測智能家居里的異常情況，例如像火災(zāi)、水災(zāi)、意外事故(如：身體障礙者或老人跌倒)。 安全性是指偵測智能家居里的惡意行為，例如竊賊，非法入侵……等。在安全或安全違規(guī)的情況下，智能家居都配有子系統(tǒng)，屏幕監(jiān)控，遠程監(jiān)控，報警和急救鈴能夠發(fā)出訊號和響應(yīng)安全狀況。

　　智能家居結(jié)構(gòu)

　　智能家居的組成如下：家庭自動化系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和家庭自動化網(wǎng)絡(luò)。開放式平臺的技術(shù)，擁有智能傳感器網(wǎng)絡(luò)，提供有關(guān)家庭的狀態(tài)消息。 這些傳感器監(jiān)控系統(tǒng)，如能量的產(chǎn)生與計量; 加熱，通風和空調(diào)(HVAC); 照明;安全; 環(huán)境關(guān)鍵績效指標。訊息是處理過的且可透過多個接口取得，如觸摸屏、移動電話，和 3D 的瀏覽器。 在網(wǎng)絡(luò)方面帶來在線流媒體服務(wù)或網(wǎng)絡(luò)回放，成為控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功能到達平均。 同時行動設(shè)計確保消費者能夠獲得一種攜帶式控制器，用于連接到網(wǎng)絡(luò)的電子設(shè)備。

　　(一)家庭自動化系統(tǒng)

　　該家庭自動化系統(tǒng)可以含有大量的各種取決于具體應(yīng)用的家用電器。 家電產(chǎn)品的技術(shù)和市場的進展非常快速，且在文獻中，智能對象的新理念，出現(xiàn)了對先進的設(shè)備包括家電更準確地描述。 智能對象是由三個重要部分所組成：

　　(i)在真實世界中，實體的部分能夠代表此對象;

　　(ii)對象對象的該硬件基礎(chǔ)設(shè)施必須擁有智慧能力;

　　(iii)所述軟件層實際上提供了對象的智能功能。

　　(二)家庭自動化網(wǎng)絡(luò)

　　家庭自動化網(wǎng)絡(luò)的特點是實體技術(shù)和通訊協(xié)議。 家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被分為三大類：電力線、公交線路和無線。 電力線家庭網(wǎng)絡(luò)是重復(fù)使用內(nèi)部電網(wǎng)。 他們是歷史上最古老的、較便宜、有些不可靠的、可擴展的。公交線路的家庭網(wǎng)絡(luò)使用一個單獨的物理介質(zhì)用于傳輸電信號。 它們較難以配置且因為布線系統(tǒng)的原因，讓家庭住戶感到不舒服。 無線家庭網(wǎng)絡(luò)是使用無線通信，例如，紅外線或調(diào)頻，并且具有令用戶更加愉快的優(yōu)勢，因為它們不需要任何電纜。

　　用于家庭網(wǎng)絡(luò)有許多通訊協(xié)議。 它們大致可分為：

　　(一)專有協(xié)議，由私人公司擁有，不向公眾披露;

　　(二)公共協(xié)議，通常由一家公司或財團維護，向公眾開放;

　　(三)是由標準化機構(gòu)認可的標準協(xié)議。 一些最普遍的標準，家庭網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：IEEE 802.15.4 / ZigBee、EIB / KNX ISO / IEC 14543-3、IEEE 802.11/ 無線網(wǎng)絡(luò)連接。

　　(四)控制系統(tǒng)

　　控制系統(tǒng)可能是一個智能家居的最復(fù)雜的部分。 它的功能可以很簡單，比如提供對特定事件的反應(yīng)行為，像煙霧探測、溫度變化、或更復(fù)雜的策略，通過混合被動和主動的行為，以實現(xiàn)家庭住戶的高層次目標，比如最大化的舒適和降低成本，或者在社會，最大限度地減少污染和環(huán)境保護。在文獻中提出的種類繁多的計算方法是為了復(fù)雜控制系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)，其中不乏采用人工智能，多智能體系統(tǒng)和自動化控制的結(jié)果。

　　第三節(jié) 物聯(lián)網(wǎng)在智能建筑的應(yīng)用

　　在過去的幾年中，許多公司正在考慮將建筑平臺整合為將自動化與娛樂、醫(yī)療監(jiān)控、節(jié)能監(jiān)測和無線傳感器監(jiān)測為一體。

　　物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用程序使用傳感器收集有關(guān)運行狀態(tài)和云端托管的分析軟件的訊息，用于分析不同的數(shù)據(jù)點，幫助設(shè)施經(jīng)理用最佳效率主動管理建筑物。 從技術(shù)角度，它可以更詳細地識別智能建筑中的不同樓層，去了解系統(tǒng)、服務(wù)和管理操作的相關(guān)性。 對于每一層，重要的是要了解隱含的參與者，利益相關(guān)者和最積極者，以實現(xiàn)不同的技術(shù)解決方案。

　　以下有一些建筑擁有人、經(jīng)理或用戶之間建筑所有權(quán)的議題，如誰付了初始系統(tǒng)的成本和誰在這段時間得到了好處。 如果這些問題沒有完全解決，新技術(shù)不能迅速的運用在建筑行業(yè)。 具體而言，缺乏建筑行業(yè)的分部門之間的合作會降低新技術(shù)的采用，且會阻止新的建筑，完成能源、經(jīng)濟和環(huán)境績效目標。

　　在這一研究領(lǐng)域的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN 中)功能的開發(fā)，以促進在建筑的智能能源管理以增加用戶的舒適性，同時降低能源需求，他們是高度相關(guān)的。除了從引進這種智慧化能源管理的建筑物顯而易見的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，其他正面的影響將得以實現(xiàn)。 建筑控制的意義并非最不重要; 作為配售監(jiān)測、訊息回饋設(shè)備和控制能力在一個單獨位置將使建筑物的能源管理系統(tǒng)，讓決策者，大樓經(jīng)理，維修人員及建筑物的其他用戶，更加容易操作。

　　與能源管理系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)還提供了一個機會，可以在全球的任何位置，從一臺筆記本計算機或智能手機連接建筑物的能源訊息和控制系統(tǒng)。 這有巨大的潛力，給管理者、決策者和居民提供建筑能源消耗的回饋和根據(jù)訊息采取行動的能力。

　　在未來物聯(lián)網(wǎng)的背景下，智能建筑管理系統(tǒng)可以被認為是一個更大的訊息系統(tǒng)的一部分。 該系統(tǒng)被設(shè)備經(jīng)理所使用去建筑管理能源的利用和能源的采購以及維護建筑系統(tǒng)。 它是根據(jù)現(xiàn)有的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施，因此，利用此標準作為其它 IT 設(shè)備的標準。 根據(jù)本文，降低成本和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可靠性正在將建筑轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣踊?，通過能量效率、健康的維持。 在建筑中，富有成效的工作場越來越具有成本效益。

　　第四節(jié) 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用可在環(huán)境輔助生活

　　物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和服務(wù)將在獨立生活產(chǎn)生重要影響，提供支持老年人利用的可穿戴和環(huán)境傳感器檢測日常生活的活動，使用可穿戴和環(huán)境傳感器的監(jiān)督社交互動，使用可穿戴式的重要訊號傳感器監(jiān)控慢性疾病，和人體感應(yīng)。 隨著模式檢測和機器學習算法的出現(xiàn)，這件事情發(fā)生在患者的環(huán)境里，將能夠注意和照顧病人。 此應(yīng)用可以學習規(guī)律的日程和發(fā)出警報或發(fā)送異常情況的通知。 這些服務(wù)可以被整合為醫(yī)療技術(shù)服務(wù)。 物聯(lián)網(wǎng)正在改變著我們的工作和生活的方式，能夠節(jié)省時間和資源，并打開新的機會。

　　在輔助生活的領(lǐng)域，一些研究活動試圖在某段時間去追蹤用戶的活動并監(jiān)測其健康，通常會假設(shè)一個給定的情況(分類任務(wù))，或分析特定的序列(時間序列分析的任務(wù))。環(huán)境輔助生活包括技術(shù)系統(tǒng)，以支持老人在他們的日常工作，能夠盡可能長時間的，有獨立和安全的生活方式。 通過物聯(lián)網(wǎng)，中央環(huán)境輔助生活模式，可實現(xiàn)老人住在自己家中擁有智能對象，因此智能家居可以透過智能和目標導(dǎo)向的方式連絡(luò)外界。

　　環(huán)境輔助生活和“智慧環(huán)境”有很強的關(guān)系，這是一種物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)領(lǐng)先。為了使提高自家的安全性和福祉，家中要有智能對象的幫助，成為智能家居，這是智慧環(huán)境的愿景。 環(huán)境輔助生活場景的特征在于，可被鏈接，情況敏感的，個人的，適應(yīng)的和預(yù)期的。 物聯(lián)網(wǎng)被認為能夠提供所有必要的環(huán)境特征去輔助環(huán)境。透過物聯(lián)網(wǎng)，便可能去完成上述所有老人的需求。 監(jiān)控慢性疾病(健康)、按照需求提供新鮮食品(安全)、報警系統(tǒng)(安全性)、提醒服務(wù)(安心)、人們對人們的通訊，例如親戚(社交)到技術(shù)的背后只是透過幾個提到的 AAL 的應(yīng)用。

　　一、環(huán)境輔助生活的技術(shù)

　　保持聯(lián)系技術(shù)(KIT)和閉環(huán)醫(yī)療服務(wù)的結(jié)合，導(dǎo)致環(huán)境輔助生活場景的應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施。 這些應(yīng)用程序是有用的且為老人所接受的，他們發(fā)展了讓人與人溝通的新模式的基礎(chǔ)建設(shè)，叫做 P2P 溝通。 在老人、所處環(huán)境和照料者相關(guān)團體之間的個人通訊是 AAL 的一個重要方面。 保持聯(lián)系(KIT)使用智能對象和技術(shù)(近距離通訊和無線射頻識別)，方便遠程監(jiān)控流程。 閉環(huán)醫(yī)療服務(wù)需要使用 KIT 技術(shù)，并能夠處理相關(guān)數(shù)據(jù)，建立老人和他們的環(huán)境和不同群體的照顧者(醫(yī)生，親戚，移動服務(wù)提供商)之間的溝通渠道。

　　二、保持聯(lián)系(KIT)

　　保持聯(lián)系(KIT)已發(fā)展為一種技術(shù)，用于收集和轉(zhuǎn)發(fā)必要的(健康)數(shù)據(jù)給慢性病患者和老年人以監(jiān)測健康狀況和治療的完成。KIT 是根據(jù) RFID 技術(shù)，結(jié)合近距離通訊(NFC)和移動電話。 NFC 是一種基于磁、電感耦合的無線連接技術(shù)，且在 13.56MHz 頻段工作。這使得僅僅通過把他們緊密的放在一起就能讓智能物體之間可以短距離通訊使用 KIT NFC 配備手機能夠僅通過觸摸相應(yīng)的對象，收集特定應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)，其也配備有 RFID 標簽或 NFC 技術(shù)。 移動電話因此成為幾個醫(yī)療設(shè)備或智能對象的通用通訊終端。

　　三、閉環(huán)醫(yī)療服務(wù)

　　閉環(huán)醫(yī)療被指定用于收集數(shù)據(jù)的過程和獲取回饋。圖 3.2 顯示了在醫(yī)療閉環(huán)的原則。 從病人收集到的數(shù)據(jù)被發(fā)送到服務(wù)中心，這是由治療醫(yī)生看診而得到的。 醫(yī)生監(jiān)測病人的健康狀況，如果需要的話，可能給予遠程醫(yī)療咨詢，并因此提高待遇。

　　圖 3.2：醫(yī)療閉環(huán)原則

　　KIT(智能對象)和閉環(huán)醫(yī)療保健服務(wù)的結(jié)合，導(dǎo)致對環(huán)境輔助生活的應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施。

　　圖 3.3 顯示了這兩種技術(shù)相結(jié)合的結(jié)果。 一方面，它包括通過物聯(lián)網(wǎng)來獲得年長者環(huán)境的數(shù)據(jù)也鏈接到相關(guān)照護團體。因此，另一方面，此連接能夠聯(lián)絡(luò)治療醫(yī)生為慢性疾病和藥物的適當監(jiān)控; 親屬或行動護理人員關(guān)心他們的社會和個人需求。

　　圖 3.3：物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)境輔助生活

　　第五節(jié) 物聯(lián)網(wǎng)在生活的其他應(yīng)用程序

　　物聯(lián)網(wǎng)在生活中的應(yīng)用不僅在智能家居、智能建筑和輔助生活，還應(yīng)用在購物;能源和水的利用;遙控設(shè)備;氣象站;氣體監(jiān)測;安全監(jiān)控;智能飾品;旅游服務(wù)。

　　一、 在智能購物的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，根據(jù)客戶的習慣、偏好、他們的成分、或到期日來得到建議銷售點。

　　二、 能源和供水消耗監(jiān)測，以獲得關(guān)于如何節(jié)約成本和資源的建議。透過引進照明和取暖的產(chǎn)品，如燈泡，恒溫器和空調(diào)來提高能效。

　　三、 打開和關(guān)閉的遠程設(shè)備，以避免事故的發(fā)生和節(jié)約能源

　　四、 透過遠距離傳輸數(shù)據(jù)的能力，顯示室外的天氣條件，如濕度、溫度、氣壓、風速和用公尺來測量降雨水平。

　　五、 有關(guān)燃氣使用和煤氣管道的狀態(tài)的真實訊息可以通過連接小區(qū)域煤氣表，以網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(IP)網(wǎng)絡(luò)提供。 至于水的監(jiān)測，可能的結(jié)果可以是降低勞動和維護成本，提高精確度和降低儀表讀數(shù)成本，并且可能減少氣體消耗。

　　六、 嬰兒監(jiān)控，攝影機和家庭報警系統(tǒng)，使人們感到安全的家中生活。

　　七、 穿著一件裝有藍牙技術(shù)的首飾，可以提高個人的安全，透過一個簡單的按鍵與你的智能手機建立聯(lián)系，上手機APP可以發(fā)送警報到你在社交圈中選定的人，告知你需要幫助的消息和你的位置。

　　八、 訊息和通訊技術(shù) (ICT 技術(shù))的使用和應(yīng)用，提供創(chuàng)新的方法和技術(shù)解決方案，以提升旅游行業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)，可以提供整個城市有趣和有用的旅游訊息。 這些訊息可能包括博物館、美術(shù)館、圖書館、旅游景點、觀光局、古跡、商店、公交車、出租車、花園……等。

　　第六節(jié) 物聯(lián)網(wǎng)在生活應(yīng)用的局限性

　　物聯(lián)網(wǎng)在生活應(yīng)用的限制是:智慧設(shè)備的內(nèi)存、資源和計算能力的限制;這阻礙了物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的安全的生活記錄應(yīng)用成熟的安全算法和技術(shù)機會。