《物联网发展趋势展示内容》研究报告:物联网生活上的应用

[导读] 物联网的设施到 2020 年将增长至约器 2 兆 120 亿的设备,包括 300 亿连接的设备,其中智能生活应用中占有很高的比率。 物联网应用的智能生活是集合设备和服务,提供通知、安全、节能、自动化、通讯、计算器和娱乐为一个单一的生态系统,共享用户界面。

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第一节 简介

在过去的几年中,无线通信和物联网(IoT)的链接网络发展成为一个新的模式,以及获得学术界和工业界更多的关注。物联网大量的潜在应用实现在日常生活中的应用,以及潜在用户的行为。

物联网的设施到 2020 年将增长至约器 2 兆 120 亿的设备,包括 300 亿连接的设备,其中智能生活应用中占有很高的比率。 物联网应用的智能生活是集合设备和服务,提供通知、安全、节能、自动化、通讯、计算器和娱乐为一个单一的生态系统,共享用户界面。

本节讨论通过智能生活的应用物联网创造的机会。 智能生活包含了许多面向,生活质量文化、卫生、安全、住房、旅游等。 物联网在生活应用,包括智能购物应用,能源和水的使用,远程控制家电,气象站,气体监测,安全监控,智能珠宝,智能家居,智能建筑,生活辅助等。

第二节 物联网在智能家居的应用

一、物联网智能家居的一般应用:

智能家居是一栋房子或生活环境,包含多种不同类型的传感器的聚集(如图1 所示)的技术,以允许家庭设备和系统进行自动控制。 智能家居提供的舒适、休闲、安全和卫生保健,因此,智能家居可以提高居民的生活水平。 智能家居的概念与家庭自动化的领域密切相关,也被称为家庭自动化,和最近的领域智慧环境。

对 Wi-Fi 的家庭自动化角色的兴起,主要是配置的电子产品的联网的本质,其中电子设备已开始成为家庭 IP 网络的一部分,以及采用了速度越来越快的移动计算设备。 一些组织正在使用技术装备的家园,让住户能够用一台设备来控制所有的电子设备和电器。 该解决方案最初运用在环境监测、能源管理、辅助生活、舒适和方便。

图 3.1:智能家居物联网的应用

图 3.1:智能家居物联网的应用

智能家居让我们的居家舒适度提升了一个层次,保持均匀的温度、控制灯光和娱乐、确保安全,并帮助节省资金。 特别是,冰箱装有液晶显屏幕,能够显示内容物、即将到期的食物、你需要购买的原料,且所有的讯息可以从智能手机应用程序里得到。 可以远程监控洗衣房里的洗衣机,并在电费最低的情况下自动运行。 厨房的范围接口可以连接到智能手机应用程序,允许远程调节温度和监视烤箱的自洁功能。

一、对于老年/老龄化/家庭护理 :

此应用领域的出现,以解决在全球中许多已开发国家迫切需求。 其实,这个应用程序的趋势是大家一般都有兴趣的一部份,发展一个新的智慧技术,为了解决与长者健康、孤独、残疾、长者的认知问题。在这领域内有主要有两个子领域:

(1)随时随地的援助是专注于在长者的日常活动协助任务级别,以及协助他们的残疾和认知局限。

(2)无处不在的看照网络是帮助解决长辈的社交限制,为他们提供的服务和设施,社会包容性,以减少他们的孤独感。

二、能源效率

降低能耗成为了一个非常迫切渴望能在现代社会有新的技术突破,这对人类的未来发展有重大的影响。而技术发展过程中需要越来越多的能量,该能量资源也越来越有限。电网正在发展成为一个新的更聪明的网络被称为智能电网。 它以讯息和通讯技术的进步增强了传统的电力输送系统,以平衡供需的用电量,以及用于开发可再生能源。以下是有关效能的两个主要应用领域:

(1)节能:旨在利用智能家居中的传感器和执行器,来控制节能,判定目前还没有使用或根据用户首选项设置,关闭或低功耗模式。

(2)智能电网整合将智能家居的能源意识融入到智能电网。

舒适/娱乐

一个智能家居的典型和特殊的功能是解决用户的舒适性和娱乐。 例如,智能家居往往环境控制的功能(例如灯光和背景音乐),先进的用户接口(根据语音或手势为例),增加日常活动……等的自动化水平。

三、安全/安全

安全性是侦测智能家居里的异常情况,例如像火灾、水灾、意外事故(如:身体障碍者或老人跌倒)。 安全性是指侦测智能家居里的恶意行为,例如窃贼,非法入侵……等。在安全或安全违规的情况下,智能家居都配有子系统,屏幕监控,远程监控,报警和急救铃能够发出讯号和响应安全状况。

二、智能家居结构

智能家居的组成如下:家庭自动化系统、控制系统和家庭自动化网络。开放式平台的技术,拥有智能传感器网络,提供有关家庭的状态消息。 这些传感器监控系统,如能量的产生与计量; 加热,通风和空调(HVAC); 照明;安全; 环境关键绩效指标。讯息是处理过的且可透过多个接口取得,如触摸屏、移动电话,和 3D 的浏览器。 在网络方面带来在线流媒体服务或网络回放,成为控制网络设备的功能到达平均。 同时行动设计确保消费者能够获得一种携带式控制器,用于连接到网络的电子设备。

(一)家庭自动化系统

该家庭自动化系统可以含有大量的各种取决于具体应用的家用电器。 家电产品的技术和市场的进展非常快速,且在文献中,智能对象的新理念,出现了对先进的设备包括家电更准确地描述。 智能对象是由三个重要部分所组成:

(i)在真实世界中,实体的部分能够代表此对象;

(ii)对象对象的该硬件基础设施必须拥有智慧能力;

(iii)所述软件层实际上提供了对象的智能功能。

(二)家庭自动化网络

家庭自动化网络的特点是实体技术和通讯协议。 家庭网络技术被分为三大类:电力线、公交线路和无线。 电力线家庭网络是重复使用内部电网。 他们是历史上最古老的、较便宜、有些不可靠的、可扩展的。公交线路的家庭网络使用一个单独的物理介质用于传输电信号。 它们较难以配置且因为布线系统的原因,让家庭住户感到不舒服。 无线家庭网络是使用无线通信,例如,红外线或调频,并且具有令用户更加愉快的优势,因为它们不需要任何电缆。

用于家庭网络有许多通讯协议。 它们大致可分为:

(一)专有协议,由私人公司拥有,不向公众披露;

(二)公共协议,通常由一家公司或财团维护,向公众开放;

(三)是由标准化机构认可的标准协议。 一些最普遍的标准,家庭网络协议:IEEE 802.15.4 / ZigBee、EIB / KNX ISO / IEC 14543-3、IEEE 802.11/ 无线网络连接。

(三)控制系统

控制系统可能是一个智能家居的最复杂的部分。 它的功能可以很简单,比如提供对特定事件的反应行为,像烟雾探测、温度变化、或更复杂的策略,通过混合被动和主动的行为,以实现家庭住户的高层次目标,比如最大化的舒适和降低成本,或者在社会,最大限度地减少污染和环境保护。在文献中提出的种类繁多的计算方法是为了复杂控制系统的设计和开发,其中不乏采用人工智能,多智能体系统和自动化控制的结果。

第三节 物联网在智能建筑的应用

在过去的几年中,许多公司正在考虑将建筑平台整合为将自动化与娱乐、医疗监控、节能监测和无线传感器监测为一体。

物联网的应用程序使用传感器收集有关运行状态和云端托管的分析软件的讯息,用于分析不同的数据点,帮助设施经理用最佳效率主动管理建筑物。 从技术角度,它可以更详细地识别智能建筑中的不同楼层,去了解系统、服务和管理操作的相关性。 对于每一层,重要的是要了解隐含的参与者,利益相关者和最积极者,以实现不同的技术解决方案。

以下有一些建筑拥有人、经理或用户之间建筑所有权的议题,如谁付了初始系统的成本和谁在这段时间得到了好处。 如果这些问题没有完全解决,新技术不能迅速的运用在建筑行业。 具体而言,缺乏建筑行业的分部门之间的合作会降低新技术的采用,且会阻止新的建筑,完成能源、经济和环境绩效目标。

在这一研究领域的无线传感器网络(WSN 中)功能的开发,以促进在建筑的智能能源管理以增加用户的舒适性,同时降低能源需求,他们是高度相关的。除了从引进这种智慧化能源管理的建筑物显而易见的经济效益和环境效益,其他正面的影响将得以实现。 建筑控制的意义并非最不重要; 作为配售监测、讯息回馈设备和控制能力在一个单独位置将使建筑物的能源管理系统,让决策者,大楼经理,维修人员及建筑物的其他用户,更加容易操作。

与能源管理系统利用网络还提供了一个机会,可以在全球的任何位置,从一台笔记本计算机或智能手机连接建筑物的能源讯息和控制系统。 这有巨大的潜力,给管理者、决策者和居民提供建筑能源消耗的回馈和根据讯息采取行动的能力。

在未来物联网的背景下,智能建筑管理系统可以被认为是一个更大的讯息系统的一部分。 该系统被设备经理所使用去建筑管理能源的利用和能源的采购以及维护建筑系统。 它是根据现有的内部网络和网络的基础设施,因此,利用此标准作为其它 IT 设备的标准。 根据本文,降低成本和无线传感器网络的可靠性正在将建筑转变为自动化,通过能量效率、健康的维持。 在建筑中,富有成效的工作场越来越具有成本效益。

第四节 物联网的应用可在环境辅助生活

物联网应用和服务将在独立生活产生重要影响,提供支持老年人利用的可穿戴和环境传感器检测日常生活的活动,使用可穿戴和环境传感器的监督社交互动,使用可穿戴式的重要讯号传感器监控慢性疾病,和人体感应。 随着模式检测和机器学习算法的出现,这件事情发生在患者的环境里,将能够注意和照顾病人。 此应用可以学习规律的日程和发出警报或发送异常情况的通知。 这些服务可以被整合为医疗技术服务。 物联网正在改变着我们的工作和生活的方式,能够节省时间和资源,并打开新的机会。

在辅助生活的领域,一些研究活动试图在某段时间去追踪用户的活动并监测其健康,通常会假设一个给定的情况(分类任务),或分析特定的序列(时间序列分析的任务)。环境辅助生活包括技术系统,以支持老人在他们的日常工作,能够尽可能长时间的,有独立和安全的生活方式。 通过物联网,中央环境辅助生活模式,可实现老人住在自己家中拥有智能对象,因此智能家居可以透过智能和目标导向的方式连络外界。

环境辅助生活和“智慧环境”有很强的关系,这是一种物联网的技术领先。为了使提高自家的安全性和福祉,家中要有智能对象的帮助,成为智能家居,这是智慧环境的愿景。 环境辅助生活场景的特征在于,可被链接,情况敏感的,个人的,适应的和预期的。 物联网被认为能够提供所有必要的环境特征去辅助环境。透过物联网,便可能去完成上述所有老人的需求。 监控慢性疾病(健康)、按照需求提供新鲜食品(安全)、报警系统(安全性)、提醒服务(安心)、人们对人们的通讯,例如亲戚(社交)到技术的背后只是透过几个提到的 AAL 的应用。

一、环境辅助生活的技术

保持联系技术(KIT)和闭环医疗服务的结合,导致环境辅助生活场景的应用物联网基础设施。 这些应用程序是有用的且为老人所接受的,他们发展了让人与人沟通的新模式的基础建设,叫做 P2P 沟通。 在老人、所处环境和照料者相关团体之间的个人通讯是 AAL 的一个重要方面。 保持联系(KIT)使用智能对象和技术(近距离通讯和无线射频识别),方便远程监控流程。 闭环医疗服务需要使用 KIT 技术,并能够处理相关数据,建立老人和他们的环境和不同群体的照顾者(医生,亲戚,移动服务提供商)之间的沟通渠道。

二、保持联系(KIT)

保持联系(KIT)已发展为一种技术,用于收集和转发必要的(健康)数据给慢性病患者和老年人以监测健康状况和治疗的完成。KIT 是根据 RFID 技术,结合近距离通讯(NFC)和移动电话。 NFC 是一种基于磁、电感耦合的无线连接技术,且在 13.56MHz 频段工作。这使得仅仅通过把他们紧密的放在一起就能让智能物体之间可以短距离通讯使用 KIT NFC 配备手机能够仅通过触摸相应的对象,收集特定应用程序的数据,其也配备有 RFID 标签或 NFC 技术。 移动电话因此成为几个医疗设备或智能对象的通用通讯终端。

三、闭环医疗服务

闭环医疗被指定用于收集数据的过程和获取回馈。图 3.2 显示了在医疗闭环的原则。 从病人收集到的数据被发送到服务中心,这是由治疗医生看诊而得到的。 医生监测病人的健康状况,如果需要的话,可能给予远程医疗咨询,并因此提高待遇。

图 3.2:医疗闭环原则

图 3.2:医疗闭环原则

KIT(智能对象)和闭环医疗保健服务的结合,导致对环境辅助生活的应用基础设施。
图 3.3 显示了这两种技术相结合的结果。 一方面,它包括通过物联网来获得年长者环境的数据也链接到相关照护团体。因此,另一方面,此连接能够联络治疗医生为慢性疾病和药物的适当监控; 亲属或行动护理人员关心他们的社会和个人需求。

图 3.3:物联网在环境辅助生活

图 3.3:物联网在环境辅助生活

第五节 物联网在生活的其他应用程序

物联网在生活中的应用不仅在智能家居、智能建筑和辅助生活,还应用在购物;能源和水的利用;遥控设备;气象站;气体监测;安全监控;智能饰品;旅游服务。

一、 在智能购物的物联网应用,根据客户的习惯、偏好、他们的成分、或到期日来得到建议销售点。

二、 能源和供水消耗监测,以获得关于如何节约成本和资源的建议。透过引进照明和取暖的产品,如灯泡,恒温器和空调来提高能效。

三、 打开和关闭的远程设备,以避免事故的发生和节约能源。

四、 透过远距离传输数据的能力,显示室外的天气条件,如湿度、温度、气压、风速和用公尺来测量降雨水平。

五、 有关燃气使用和煤气管道的状态的真实讯息可以通过连接小区域煤气表,以网络协议(IP)网络提供。 至于水的监测,可能的结果可以是降低劳动和维护成本,提高精确度和降低仪表读数成本,并且可能减少气体消耗。

六、 婴儿监控,摄影机和家庭报警系统,使人们感到安全的家中生活。

七、 穿着一件装有蓝牙技术的首饰,可以提高个人的安全,透过一个简单的按键与你的智能手机建立联系,上手机APP可以发送警报到你在社交圈中选定的人,告知你需要帮助的消息和你的位置。

八、 讯息和通讯技术 (ICT 技术)的使用和应用,提供创新的方法和技术解决方案,以提升旅游行业的技术基础,可以提供整个城市有趣和有用的旅游讯息。 这些讯息可能包括博物馆、美术馆、图书馆、旅游景点、观光局、古迹、商店、公交车、出租车、花园等。

第六节 物联网在生活应用的局限性

物联网在生活应用的限制是:智慧设备的内存、资源和计算能力的限制;这阻碍了物联网领域的安全的生活记录应用成熟的安全算法和技术机会。

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