一種基于語義融合的智能家居系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及智能家居【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于語義融合的智能家居系統(tǒng)，其包括：智能家居系統(tǒng)的硬件構(gòu)成、基于Jena的語義融合模型和感知應(yīng)用框架；所述智能家居系統(tǒng)的硬件構(gòu)成包括：家居環(huán)境下的個(gè)域網(wǎng)、智能家居嵌入式網(wǎng)關(guān)和遠(yuǎn)程移動(dòng)監(jiān)控終端。本發(fā)明的基于語義融合的智能家居系統(tǒng)，提出開放式智能家居數(shù)據(jù)空間語義融合與感知應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)家居空間中環(huán)境感知、應(yīng)用執(zhí)行、信息存儲(chǔ)、媒體共享等海量設(shè)備信息的理解、融合和互操作；可為設(shè)備制造商、服務(wù)提供商和終端用戶提供互操作平臺(tái)。
【專利說明】—種基于語義融合的智能家居系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及智能家居【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于語義融合的智能家居系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]智能家居(Smart Home)以家庭住宅為平臺(tái)，利用目前不斷發(fā)展的先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)等將與家居生活有關(guān)的各種實(shí)用功能子系統(tǒng)，有效的結(jié)合成一整套家居系統(tǒng)，并通過控制平臺(tái)的統(tǒng)籌管理，讓我們的家居生活更加舒適、安全和有效。智能家居系統(tǒng)與普通家居相比，除了具有傳統(tǒng)家居的居住功能，還能夠提供舒適安全的、高品位的家庭生活空間；而且原來處于被動(dòng)靜止結(jié)構(gòu)的家居轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇?dòng)性的智慧工具，幫助人們優(yōu)化生活方式和有效安排時(shí)間，并大大降低能耗。
[0003]隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，世界各國(guó)都加快了建設(shè)智能家居的進(jìn)程。無論對(duì)于家電制造商還是消費(fèi)者來說，智能家居的前景無疑是美好的。但是現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)智能家居設(shè)備主要存在著成本偏高，有信息安全隱患，系統(tǒng)應(yīng)用不夠豐富，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等方面的問題，在很大的程度上制約了家庭物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展。針對(duì)家居生活中設(shè)備的種類、結(jié)構(gòu)、信息傳輸模式、通信組網(wǎng)方式的不同，系統(tǒng)會(huì)表現(xiàn)出數(shù)據(jù)格式、符號(hào)以及語法的巨大差異。數(shù)字生活網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟(DLNA)雖然解決了會(huì)員商家設(shè)備間的互聯(lián)互通問題，但具體共享數(shù)據(jù)內(nèi)容的模式需要使用者以面向設(shè)備的方式來操作，并需解決復(fù)雜的內(nèi)容檢索、繁復(fù)的設(shè)備操控等問題。隨著普適計(jì)算、移動(dòng)計(jì)算、虛擬計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，人類和家居環(huán)境之間的關(guān)系產(chǎn)生了微妙的變化。家居數(shù)據(jù)空間的計(jì)算模式正逐漸從面向技術(shù)轉(zhuǎn)化為面向用戶，家居環(huán)境中物理世界和數(shù)字世界正在加速融合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)問題，提供一種通過開發(fā)設(shè)計(jì)的面向現(xiàn)代家庭的物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)，通過低功耗設(shè)計(jì)，體現(xiàn)現(xiàn)代家庭綠色管理的理念，實(shí)現(xiàn)家居空間中環(huán)境感知、應(yīng)用執(zhí)行、信息存儲(chǔ)、媒體共享等海量設(shè)備信息的理解、融合和互操作；最終實(shí)現(xiàn)面向用戶的家居數(shù)據(jù)空間操作方式，使物聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)真正服務(wù)于民的，基于語義融合的智能家居系統(tǒng)。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下:
[0006]一種基于語義融合的智能家居系統(tǒng)，包括:智能家居系統(tǒng)的硬件構(gòu)成、基于Jena的語義融合模型和感知應(yīng)用框架；
[0007]所述智能家居系統(tǒng)的硬件構(gòu)成包括:家居環(huán)境下的個(gè)域網(wǎng)、智能家居嵌入式網(wǎng)關(guān)和遠(yuǎn)程移動(dòng)監(jiān)控終端；
[0008]所述家居環(huán)境下的個(gè)域網(wǎng)可利用ZigBee技術(shù)將各種傳感器的數(shù)據(jù)收集起來并傳送至智能家居嵌入式網(wǎng)關(guān)，組成一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；所述智能家居嵌入式網(wǎng)關(guān)具備以太網(wǎng)關(guān)基本功能，集成多種通訊接口實(shí)現(xiàn)物聯(lián)，可為家居內(nèi)部個(gè)域網(wǎng)和外部遠(yuǎn)程監(jiān)控終端提供互連互通的數(shù)據(jù)鏈路；所述遠(yuǎn)程移動(dòng)監(jiān)控終端可采用2G、3G、有線連接或者W1-Fi無線熱點(diǎn)方式接入智能家居嵌入式網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)與家居環(huán)境的遠(yuǎn)程交互；
[0009]所述基于Jena的語義融合模型和感知應(yīng)用框架通過以下過程建立:
[0010]基于用于創(chuàng)建語義網(wǎng)應(yīng)用的Jena框架，將異構(gòu)家居原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成結(jié)構(gòu)化并富含語義的資源描述框架；創(chuàng)建智能家居領(lǐng)域本體描述智能家居中資源、數(shù)據(jù)、時(shí)空關(guān)系；確定推理規(guī)則，實(shí)現(xiàn)本體推理；發(fā)掘深層次潛在信息，提高所采集數(shù)據(jù)表現(xiàn)出的信息量；通過分析并轉(zhuǎn)化應(yīng)用程序邏輯，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢，推理的智能處理。
[0011]在上述技術(shù)方案中，所述遠(yuǎn)程移動(dòng)監(jiān)控終端設(shè)備包括:智能手機(jī)、云終端以及平板電腦。
[0012]在上述技術(shù)方案中，所述遠(yuǎn)程移動(dòng)監(jiān)控終端的監(jiān)控軟件基于Android4.0.1開源操作系統(tǒng)開發(fā)，該軟件可用于實(shí)現(xiàn)用戶與家居環(huán)境與家居設(shè)備的遠(yuǎn)程交互操作。
[0013]在上述技術(shù)方案中，所述家居環(huán)境下的個(gè)域網(wǎng)中的ZigBee節(jié)點(diǎn)為:溫濕度傳感器、光照傳感器、燃?xì)鈧鞲衅?、電?dòng)窗簾、照明設(shè)備、電表、燃?xì)獗怼⑺?、安防門禁系統(tǒng)以及智能電視中的至少一項(xiàng)。
[0014]在上述技術(shù)方案中，所述家居環(huán)境下的個(gè)域網(wǎng)中的ZigBee節(jié)點(diǎn)可以以Mesh型拓?fù)渥越M織形成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
[0015]在上述技術(shù)方案中，所述智能家居嵌入式網(wǎng)關(guān):采用基于ARMl176JZF-S內(nèi)核的高性價(jià)比的32位微處理器S3C6410 ;存儲(chǔ)器為IGb的NAND FLASH和256Mb的DDR SDRAM。
[0016]在上述技術(shù)方案中，所述智能家居嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)有的外圍擴(kuò)展接口包括:電源/復(fù)位模塊、100M以太網(wǎng)接口、W1-Fi無線網(wǎng)卡、7寸IXD觸摸屏、RS232/485數(shù)據(jù)總線接口以及符合LVTTL標(biāo)準(zhǔn)的GPIO擴(kuò)展接口。
[0017]在上述技術(shù)方案中，所述基于Jena的語義融合模型和感知應(yīng)用框架是基于Web服務(wù)的層次結(jié)構(gòu)，采用HTTP、XML、SOAP、WSDL或TODI技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)而實(shí)現(xiàn)的面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)框架；該結(jié)構(gòu)由水平層次和垂直模塊組成；所述水平層包括信息適配層、本體描述層、語義處理層和應(yīng)用層；所述垂直模塊可提供面向橫向的水平層的服務(wù)，提供安全保障及管理維護(hù)功能。
[0018]本發(fā)明具有以下的有益效果:
[0019]本發(fā)明的基于語義融合的智能家居系統(tǒng)，提出開放式智能家居數(shù)據(jù)空間語義融合與感知應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)家居空間中環(huán)境感知、應(yīng)用執(zhí)行、信息存儲(chǔ)、媒體共享等海量設(shè)備信息的理解、融合和互操作；可為設(shè)備制造商、服務(wù)提供商和終端用戶提供互操作平臺(tái)。
[0020]本發(fā)明的基于語義融合的智能家居系統(tǒng)，支持家居環(huán)境靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的感知及配置，使得家居信息具有了面向服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)范；可為設(shè)備制造商、服務(wù)提供商和終端用戶提供互操作平臺(tái)；解決了家居環(huán)境中物理世界與數(shù)字世界信息的融合問題，從而建立了一個(gè)面向家居信息融合的數(shù)據(jù)描述規(guī)范；解決了異構(gòu)數(shù)據(jù)的理解、融合和互操作問題，可為異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)基于應(yīng)用目的的融合提供參考。
[0021]本發(fā)明的基于語義融合的智能家居系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)了面向用戶的家居數(shù)據(jù)空間操作方式，使得智能家居系統(tǒng)能夠更智慧的服務(wù)于民。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。[0023]圖1為本發(fā)明一種基于語義融合的智能家居系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框示意圖；
[0024]圖2為開放式家居語義融合模型和感知應(yīng)用框架示意圖；
[0025]圖3為家居數(shù)據(jù)空間語義融合與感知應(yīng)用實(shí)現(xiàn)流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]本發(fā)明的發(fā)明思想為:
[0027]—種基于語義融合的智能家居系統(tǒng)，其核心是解決家居數(shù)據(jù)空間語義融合與智能感知應(yīng)用。其基本思想是在不同種類信息接入模式下，建立一個(gè)抽象的公共數(shù)據(jù)表征以及底層設(shè)備適配層，進(jìn)而將不同抽象層次的語義概念附加到原始家居數(shù)據(jù)上，基于家居背景知識(shí)的規(guī)則集合確立推理機(jī)原型，完成語義環(huán)境下的家居數(shù)據(jù)空間基于情境感知的各種應(yīng)用。本發(fā)明包括智能家居系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和基于Jena的語義融合模型和感知應(yīng)用框架的建立兩部分。智能家居系統(tǒng)的功能子系統(tǒng)主要提供多種模式的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用服務(wù)，如家居中環(huán)境的感知服務(wù)、設(shè)備操作服務(wù)、信息存儲(chǔ)的服務(wù)、媒體共享的服務(wù)。
[0028]上文所述智能家居系統(tǒng)的硬件構(gòu)成由家居環(huán)境下的個(gè)域網(wǎng)、智能家居網(wǎng)關(guān)和遠(yuǎn)程移動(dòng)監(jiān)控終端設(shè)備三部分組成。所述家居環(huán)境下的個(gè)域網(wǎng)利用ZigBee技術(shù)將各種傳感器的數(shù)據(jù)收集起來并傳送至嵌入式網(wǎng)關(guān)，對(duì)于各種家具電器設(shè)備，如智能電視、電動(dòng)窗簾、三表(電表、燃?xì)獗?、水?、照明設(shè)備等，均通過ZigBee節(jié)點(diǎn)與之連接，從而將整個(gè)家居環(huán)境組成一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)信息收集以及設(shè)備控制。所述ZigBee節(jié)點(diǎn)主控芯片采用CC2530,由其最小系統(tǒng)構(gòu)成的ZigBee核心模塊通過擴(kuò)展的I/O引腳與轉(zhuǎn)接板連接。其最小系統(tǒng)包括復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、RF射頻天線電路以及電源系統(tǒng)。各種轉(zhuǎn)接模塊負(fù)責(zé)連接ZigBee節(jié)點(diǎn)與家居電氣設(shè)備，連接方式包括:RS-485總線、紅外遙控、315/433MHz射頻無線電遙控以及電平轉(zhuǎn)換后的有線連接。
[0029]智能家居嵌入式網(wǎng)關(guān)除了具備常規(guī)以太網(wǎng)關(guān)基本功能外，還集成了多種通訊接口實(shí)現(xiàn)物聯(lián)，為家居內(nèi)部個(gè)域網(wǎng)和外部遠(yuǎn)程監(jiān)控終端提供互連互通的數(shù)據(jù)鏈路，從而實(shí)現(xiàn)家庭設(shè)備智能化集中統(tǒng)一管理。所述的智能家居網(wǎng)關(guān)采用基于ARM1176JZF-S內(nèi)核的高性價(jià)比的32位微處理器S3C6410，存儲(chǔ)器選用IGb的NAND FLASH和256Mb的DDR SDRAM0此外，有足夠的外圍擴(kuò)展接口:電源/復(fù)位模塊、100M以太網(wǎng)接口、W1-Fi無線網(wǎng)卡、7寸IXD觸摸屏、RS232/485數(shù)據(jù)總線接口以及符合LVTTL標(biāo)準(zhǔn)的GPIO擴(kuò)展接口。
[0030]遠(yuǎn)程移動(dòng)監(jiān)控終端設(shè)備可以是智能手機(jī)、小區(qū)服務(wù)器或者平板電腦等，其可采用2G (GPRS)、3G (WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000)、有線連接或者W1-Fi無線熱點(diǎn)等技術(shù)接入智能家居網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)與家居環(huán)境的遠(yuǎn)程交互。在所述的遠(yuǎn)程移動(dòng)終端設(shè)備上要運(yùn)行監(jiān)控軟件，該軟件基于Android4.0.1開源操作系統(tǒng)開發(fā)，用于實(shí)現(xiàn)用戶與家居環(huán)境與家居設(shè)備的遠(yuǎn)程交互操作。
[0031]所述語義融合模型是指實(shí)現(xiàn)家居數(shù)據(jù)空間的數(shù)據(jù)操作和家居數(shù)據(jù)空間的語義管理，解決家居數(shù)據(jù)空間的數(shù)據(jù)融合及面向用戶的感知應(yīng)用的難題。語義融合模型的建立基于用于創(chuàng)建語義網(wǎng)應(yīng)用的Jena框架，將傳感器的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成結(jié)構(gòu)化并富含語義的資源描述框架(RDF)，創(chuàng)建智能家居領(lǐng)域本體描述智能家居中資源、數(shù)據(jù)、時(shí)空關(guān)系，確定推理規(guī)則，實(shí)現(xiàn)本體推理，發(fā)掘深層次潛在信息，提高所采集數(shù)據(jù)表現(xiàn)出的信息量。通過分析并轉(zhuǎn)化應(yīng)用程序邏輯，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢，推理等智能處理。所述語義融合模型基于Web服務(wù)的層次結(jié)構(gòu)，它采用如HTTP、XML、SOAP、WSDL以及UDDI技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)而實(shí)現(xiàn)的面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)框架。這一結(jié)構(gòu)提供四個(gè)層次的Web服務(wù)，其功能可以分為兩類:(a)家居數(shù)據(jù)空間的數(shù)據(jù)操作。(b)家居數(shù)據(jù)空間的語義管理。該結(jié)構(gòu)由水平層次和垂直模塊組成。水平層包括信息適配層(Home Data Space Adapter)、本體描述層(Ontology Layer)、語義處理層(Semantic Processing Layer)、應(yīng)用層(Application Service Layer)。垂直模塊(Security and Management)提供面向橫向的水平層的服務(wù),提供安全保障及管理維護(hù)功倉(cāng)泛。
[0032]所述語義融合模型具體包括六個(gè)模塊:智能家居異構(gòu)數(shù)據(jù)源的描述、智能家居本體建立與實(shí)例化、智能家居本體推理規(guī)則建立、智能家居本體查詢、智能家居融合算法的建立和智能家居用戶接口的實(shí)現(xiàn)。上述系統(tǒng)中，基于語義融合的智能家居系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo):(1)智能家居網(wǎng)關(guān)的功耗:工作時(shí)10W，待機(jī)時(shí)3W ;(2)系統(tǒng)通信方式與協(xié)議:ZigBee、RF、W1-F1、RS-485、TCP/IP ; (3)系統(tǒng)控制量輸入:14路，可接安防探測(cè)器的開關(guān)量；(4)系統(tǒng)控制量輸出:2路，可驅(qū)動(dòng)音頻報(bào)警器、警燈、警號(hào)；(5)常用傳感器類型:溫度、濕度、光照、煙感、CO濃度等；(6)執(zhí)行設(shè)備:門禁、電動(dòng)窗簾、電燈、開關(guān)和空調(diào)等；(7)環(huán)境:溫度-15°C _50°C度，濕度20-80%; (8)命令執(zhí)行時(shí)延:60-100ms，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新周期:1s ; (9)系統(tǒng)平均無故障工作時(shí)間(MTBF) >200000小時(shí)；(10)支持3種類型以上的數(shù)據(jù)、5種以上家電的數(shù)據(jù)匯聚及展示。
[0033]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做以詳細(xì)說明。
[0034]如圖1所示，本發(fā)明一種基于語義融合的智能家居系統(tǒng)至少包括=ZigBee個(gè)域網(wǎng)、智能家居嵌入式網(wǎng)關(guān)和移動(dòng)終端設(shè)備三部分。
[0035]如圖1，ZigBee個(gè)域網(wǎng)主要包括ZigBee協(xié)調(diào)器、路由節(jié)點(diǎn)以及終端節(jié)點(diǎn)。協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)建立個(gè)域網(wǎng)、維護(hù)網(wǎng)絡(luò)信息以及匯聚路由或終端節(jié)點(diǎn)采集的傳感器數(shù)據(jù)或轉(zhuǎn)發(fā)來自網(wǎng)關(guān)的家居設(shè)備控制指令。路由節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)為其他節(jié)點(diǎn)提供路由路徑，對(duì)于距離較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)，路由可以為其轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。終端節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集各種傳感器數(shù)據(jù)或直接控制各種家居設(shè)備。ZigBee個(gè)域網(wǎng)的傳感器包括是溫度、濕度、光照以及燃?xì)鈧鞲衅鳎揖釉O(shè)備包括:電動(dòng)窗簾、室內(nèi)照明設(shè)備、門禁報(bào)警裝置、空氣加濕器、智能電視以及飲水機(jī)等家電。ZigBee節(jié)點(diǎn)的主控芯片采用CC2530，由該芯片最小系統(tǒng)構(gòu)成的ZigBee核心模塊通過擴(kuò)展的1/0引腳與轉(zhuǎn)接板連接。傳感器轉(zhuǎn)接模塊負(fù)責(zé)處理傳感器輸出的信號(hào)，包括放大、濾波以及電平轉(zhuǎn)換。家居設(shè)備轉(zhuǎn)接模塊負(fù)責(zé)連接ZigBee節(jié)點(diǎn)與各種家居設(shè)備，連接方式包括:紅外線、315/433MHZ射頻無線電以及RS485總線。
[0036]智能家居嵌入式網(wǎng)關(guān)采用基于ARM1176JZF-S內(nèi)核的高性價(jià)比的32位微處理器S3C6410，具有強(qiáng)大的計(jì)算處理能力，并且具有較低的功耗，適合移動(dòng)嵌入式設(shè)備。嵌入式網(wǎng)關(guān)的存儲(chǔ)空間包括256M DDR隨機(jī)存儲(chǔ)器以及IG的Nand Flash只讀存儲(chǔ)器，具體器件型號(hào)為:MT46V16M16CV以及MT29F1G01。其外設(shè)包括7寸LCD顯示屏、LVTTL串口、100M標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)卡、W1-Fi無線網(wǎng)卡、中斷式按鍵、I2C接口的E2PR0M、備份紐扣電池。嵌入式網(wǎng)關(guān)的操作系統(tǒng)Android4.0.1，移植必須驅(qū)動(dòng)程序，并在其基礎(chǔ)上搭建Jena開發(fā)框架，并進(jìn)行語義服務(wù)應(yīng)用開發(fā)。
[0037]遠(yuǎn)程移動(dòng)監(jiān)控終端設(shè)備可以是智能手機(jī)、小區(qū)服務(wù)器或者平板電腦等，其可采用2G (GPRS)、3G (WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000)、有線連接或者W1-Fi無線熱點(diǎn)等技術(shù)接入智能家居網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)與家居環(huán)境的遠(yuǎn)程交互。在所述的遠(yuǎn)程移動(dòng)終端設(shè)備上要運(yùn)行監(jiān)控軟件，該軟件基于Android4.0.1開源操作系統(tǒng)開發(fā)，用于實(shí)現(xiàn)用戶與家居環(huán)境與家居設(shè)備的遠(yuǎn)程交互操作。
[0038]小區(qū)服務(wù)器作用:小區(qū)服務(wù)器主要用于記錄每一個(gè)用戶家庭中的嵌入式網(wǎng)關(guān)發(fā)送來的報(bào)警信息以及每個(gè)家庭中的藥物存儲(chǔ)信息，當(dāng)室內(nèi)發(fā)生火災(zāi)等災(zāi)情或者有藥品即將過期時(shí)，小區(qū)服務(wù)器就會(huì)將報(bào)警信息或者過期信息以短信的方式通報(bào)給用戶。這樣一來用戶就可以及時(shí)地采取相對(duì)應(yīng)的措施，以免遭受重大的經(jīng)濟(jì)生命財(cái)產(chǎn)損失或者因?yàn)檎`食過期藥物而引難以預(yù)料的后果。
[0039]如圖2，所述基于語義融合的智能家居系統(tǒng)的開放式家居語義融合模型和感知應(yīng)用框架包括:底層執(zhí)行設(shè)備、本體描述層(Ontology Layer)、語義處理層(SemanticProcessing Layer)、應(yīng)用服務(wù)層(Application Service Layer),每層軟件都獨(dú)立完成一定的功能，并通過接口函數(shù)為其他層次提供服務(wù)。
[0040]具體實(shí)現(xiàn)過程包括:底層執(zhí)行設(shè)備抽象為各種傳感器與家居設(shè)備的數(shù)據(jù)與控制指令。其以上述智能家居硬件系統(tǒng)為基礎(chǔ)，根據(jù)語義推理后的結(jié)果做出相應(yīng)的反應(yīng)。本體描述層提供開放式模式，由情景感知本體(Context-aware Ontology)、資源描述框架(RDF)和數(shù)據(jù)模型解析模塊組成。這里本體是用于描述或表達(dá)家居數(shù)據(jù)空間的一組概念或術(shù)語。構(gòu)造本體的目的是為了實(shí)現(xiàn)家居數(shù)據(jù)空間不同抽象程度的數(shù)據(jù)共享和重用?；诒倔w理論，通過對(duì)于概念、術(shù)語及其相互關(guān)系的規(guī)范化描述，構(gòu)建出家居數(shù)據(jù)空間的基本知識(shí)體系和描述語言。統(tǒng)一的術(shù)語和概念使知識(shí)共享成為可能。它可用來表征家居數(shù)據(jù)空間的語義內(nèi)含及其操作模式，也可用來組織家居數(shù)據(jù)空間知識(shí)庫(kù)較高層次的知識(shí)抽象。該層是采用RDF(S)技術(shù)規(guī)范描述概念及其關(guān)系，用于描述家居信息空間的領(lǐng)域知識(shí)，描述各類設(shè)備及其信息之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)詞匯表的擴(kuò)展。語義處理層負(fù)責(zé)對(duì)本體描述后的語義家居數(shù)據(jù)、操作模式以及用戶個(gè)性要求進(jìn)行管理。為使人們從復(fù)雜的操作中解放出來而提供智能的感知應(yīng)用框架。通過本層內(nèi)嵌的推理機(jī)、本體模型以及推理規(guī)則，對(duì)于家居空間數(shù)據(jù)的管理和操作提供面向機(jī)器的應(yīng)用。其重要組成部分是推理機(jī)，推理機(jī)是智能家居系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)基于知識(shí)推理的部件，是基于知識(shí)的推理在家居智能化應(yīng)用中的實(shí)現(xiàn)，是知識(shí)系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分。語義處理層需要向上提供一個(gè)規(guī)范的編程邏輯應(yīng)用接口(ProgrammingLogic)。應(yīng)用服務(wù)層提供多種模式的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用服務(wù)，如家居中環(huán)境的感知服務(wù)、設(shè)備操作服務(wù)、信息存儲(chǔ)的服務(wù)、媒體共享的服務(wù)。該層為家居的智能應(yīng)用提供了基本HTTP服務(wù)，為個(gè)性化的客戶端應(yīng)用提供可編程接口，使用戶能建立自己的行為習(xí)慣。此外，該層還提供了一個(gè)或多個(gè)WSDL接口，每個(gè)接口都可以支持UDDI發(fā)布。服務(wù)提供者可發(fā)布自己的服務(wù)，這樣每個(gè)客戶都可找到自己的服務(wù)。為適配接口、本體表征、規(guī)則容器、推理機(jī)原型、編程模式、應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布和測(cè)試提供了開放式的平臺(tái)。這樣的開放式結(jié)構(gòu)為模型的開發(fā)和測(cè)試提供了手段，直至模型達(dá)到實(shí)用的程度，就可以通過集成加以封裝。
[0041]如圖3，一種基于語義融合的智能家居系統(tǒng)的家居數(shù)據(jù)空間語義融合與感知應(yīng)用實(shí)現(xiàn)流程。異構(gòu)家居原始數(shù)據(jù)是來自家居環(huán)境中的真實(shí)設(shè)備。利用語義Web的技術(shù)成果，基于Jena Toolkit工具，建立RDF(S)描述規(guī)范下的家居數(shù)據(jù)空間的描述規(guī)則，基于本體理論確立家居數(shù)據(jù)空間的表征模型，并建立家居數(shù)據(jù)空間語義融合和感知應(yīng)用框架。經(jīng)過信息適配處理加工成包含物理語義內(nèi)容并具有一致性操控?cái)?shù)據(jù)格式及語法規(guī)則的數(shù)據(jù)。在家居數(shù)據(jù)空間本體描述框架下，家居數(shù)據(jù)對(duì)象及其操作模式具有了面向應(yīng)用的規(guī)范語義抽象模型。在家居數(shù)據(jù)空間建立領(lǐng)域本體集合，每個(gè)域有相應(yīng)的類和子類。語義Web處理處理層，主要建立自動(dòng)推理機(jī)原型。編程邏輯實(shí)現(xiàn)主要是以SOA架構(gòu)提供HTTP協(xié)議規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)。每個(gè)層面均采取規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議提供開放式的服務(wù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)家居數(shù)據(jù)空間的語義融合和智能推理，讓家居環(huán)境中原來被動(dòng)靜止結(jié)構(gòu)的家居轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇?dòng)性的智慧工具，幫助人們優(yōu)化生活方式和有效安排時(shí)間，并大大降低能耗。
[0042]對(duì)語義傳感數(shù)據(jù)處理的詳細(xì)流程如下，以智能控制窗簾、燈光等家居設(shè)備為例:
[0043]首先，由ZigBee節(jié)點(diǎn)完成環(huán)境信息采集，包括:
[0044](I )、溫度和濕度由SHTlO傳感器采集，SHTlO通過SPI總線與ZigBee節(jié)點(diǎn)連接，在z-stack協(xié)議棧的應(yīng)用層添加任務(wù)函數(shù)，定期采集溫度和濕度數(shù)據(jù)，并匯聚到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至嵌入式網(wǎng)關(guān)。
[0045](2)、光照強(qiáng)度由BPW34S傳感器采集，傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)過同相比例放大器放大，由ZigBee節(jié)點(diǎn)片上集成的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。采集后的數(shù)據(jù)經(jīng)由協(xié)調(diào)器匯聚至嵌入式網(wǎng)關(guān)。
[0046](3 )、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、天氣情況由小區(qū)服務(wù)器提供
[0047]其次，由嵌入式網(wǎng)關(guān)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)語義化:
[0048](a)首先建立傳感器數(shù)據(jù)語義模型為包含如下信息的結(jié)構(gòu)體:
[0049]
【權(quán)利要求】
1.一種基于語義融合的智能家居系統(tǒng)，其特征在于，包括:智能家居系統(tǒng)的硬件構(gòu)成、基于Jena的語義融合模型和感知應(yīng)用框架； 所述智能家居系統(tǒng)的硬件構(gòu)成包括:家居環(huán)境下的個(gè)域網(wǎng)、智能家居嵌入式網(wǎng)關(guān)和遠(yuǎn)程移動(dòng)監(jiān)控終端； 所述家居環(huán)境下的個(gè)域網(wǎng)可利用ZigBee技術(shù)將各種傳感器的數(shù)據(jù)收集起來并傳送至智能家居嵌入式網(wǎng)關(guān)，組成一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；所述智能家居嵌入式網(wǎng)關(guān)具備以太網(wǎng)關(guān)基本功能，集成多種通訊接口實(shí)現(xiàn)物聯(lián)，可為家居內(nèi)部個(gè)域網(wǎng)和外部遠(yuǎn)程監(jiān)控終端提供互連互通的數(shù)據(jù)鏈路；所述遠(yuǎn)程移動(dòng)監(jiān)控終端可采用2G、3G、有線連接或者W1-Fi無線熱點(diǎn)方式接入智能家居嵌入式網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)與家居環(huán)境的遠(yuǎn)程交互； 所述基于Jena的語義融合模型和感知應(yīng)用框架通過以下過程建立: 基于用于創(chuàng)建語義網(wǎng)應(yīng)用的Jena框架，將異構(gòu)家居原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成結(jié)構(gòu)化并富含語義的資源描述框架；創(chuàng)建智能家居領(lǐng)域本體描述智能家居中資源、數(shù)據(jù)、時(shí)空關(guān)系；確定推理規(guī)則，實(shí)現(xiàn)本體推理；發(fā)掘深層次潛在信息，提高所采集數(shù)據(jù)表現(xiàn)出的信息量；通過分析并轉(zhuǎn)化應(yīng)用程序邏輯，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢，推理的智能處理。
2.如權(quán)利要求1所述的智能家居系統(tǒng)，其特征在于，所述遠(yuǎn)程移動(dòng)監(jiān)控終端設(shè)備包括:智能手機(jī)、云終端以及平板電腦。
3.如權(quán)利要求2所述的智能家居系統(tǒng)，其特征在于，所述遠(yuǎn)程移動(dòng)監(jiān)控終端的監(jiān)控軟件基于Android4.0.1開源操作系統(tǒng)開發(fā)，該軟件可用于實(shí)現(xiàn)用戶與家居環(huán)境與家居設(shè)備的遠(yuǎn)程交互操作。
4.如權(quán)利要求1所述的智能家居系統(tǒng)，其特征在于，所述家居環(huán)境下的個(gè)域網(wǎng)中的ZigBee節(jié)點(diǎn)為:溫濕度傳感器、光照傳感器、燃?xì)鈧鞲衅鳌㈦妱?dòng)窗簾、照明設(shè)備、電表、燃?xì)獗?、水表、安防門禁系統(tǒng)以及智能電視中的至少一項(xiàng)。
5.如權(quán)利要求4所述的智能家居系統(tǒng)，其特征在于，所述家居環(huán)境下的個(gè)域網(wǎng)中的ZigBee節(jié)點(diǎn)可以以Mesh型拓?fù)渥越M織形成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
6.如權(quán)利要求1-5中的任意一項(xiàng)所述的智能家居系統(tǒng)，其特征在于，所述智能家居嵌入式網(wǎng)關(guān):采用基于ARMl176JZF-S內(nèi)核的高性價(jià)比的32位微處理器S3C6410 ;存儲(chǔ)器為IGb 的 NAND FLASH 和 256Mb 的 DDR SDRAM。
7.如權(quán)利要求1-5中的任意一項(xiàng)所述的智能家居系統(tǒng)，其特征在于，所述智能家居嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)有的外圍擴(kuò)展接口包括:電源/復(fù)位模塊、IOOM以太網(wǎng)接口、W1-Fi無線網(wǎng)卡、7寸IXD觸摸屏、RS232/485數(shù)據(jù)總線接口以及符合LVTTL標(biāo)準(zhǔn)的GPIO擴(kuò)展接口。
8.如權(quán)利要求1-5中的任意一項(xiàng)所述的智能家居系統(tǒng)，其特征在于，所述基于Jena的語義融合模型和感知應(yīng)用框架是基于Web服務(wù)的層次結(jié)構(gòu)，采用HTTP、XML、SOAP、WSDL或UDDI技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)而實(shí)現(xiàn)的面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)框架；該結(jié)構(gòu)由水平層次和垂直模塊組成；所述水平層包括信息適配層、本體描述層、語義處理層和應(yīng)用層；所述垂直模塊可提供面向橫向的水平層的服務(wù)，提供安全保障及管理維護(hù)功能。
【文檔編號(hào)】H04W84/18GK103592925SQ201310603413
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】趙曉暉, 馮劍鋒, 李兆坤 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)