基于软件定义和情境感知的智能家居系统的研究与实现

作     者：刘丰生 

作者单位：河北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：沈西挺

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：智能家居 软件定义 系统架构 本体 推理规则 情境感知 

摘      要：我国已进入老龄化社会,养老问题日益成为政府和社会关注的焦点。社区养老是机构养老和居家养老相结合的养老模式,它是解决养老问题的新途径。在社区养老模式下构建适合老人生活起居的智能家居系统,能够为老人提供更加便捷、舒适、安全、节能的生活环境。现有的智能家居系统存在着两大问题。1)设备和数据的异构性问题:智能家居行业没有形成统一的标准,导致智能设备之间互相孤立、不兼容,无法实现信息共享和协调工作。2)情境感知问题:现有的智能家居系统没有实现真正意义上的智能化,即不能自动感知用户的需求,并主动提供服务。本课题针对这些问题展开研究,提出了基于软件定义和情境感知的智能家居系统。本课题主要完成了以下几个方面的工作:1)针对异构设备接入问题,研究了智能家居的系统架构。首先,研究了基于Web of Things的智能家居系统架构,其将异构设备抽象为Web资源并运用Web技术实现设备互操作,然而该系统架构无法适应快速变化的用户需求。依据软件定义网络的核心思想——控制和管理功能与业务功能分离,本文提出了一种基于软件定义的智能家居系统架构。其次,研究了软件定义网络环境下物联网设备流量的特性,并提出一种改进的流表预安装机制,该方法能够大大降低流表失配的概率,降低物联网设备流量的网络延迟。最后,分析了基于软件定义智能家居的优势。2)针对智能家居系统中情境感知问题,研究了基于规则推理的情境感知系统。首先,对智能家居领域进行分析,构建了领域本体模型。其次,将传感器数据和设备状态等底层数据进行语义标注。再次,使用规则推理引擎将情境信息与预设的推理规则进行规则推理,得到高层次的情境信息和设备控制方案。最后,服务调用模块根据控制方案调用相应的设备功能以满足用户需求。3)在上述研究的基础上,实现了智能家居系统原型。本研究对该系统原型进行了测试,验证了基于软件定义智能家居系统架构的有效性以及情境感知服务的自动感知、主动服务的特性。最后,总结了本研究存在的不足之处,并对下一步的研究工作进行了展望。