物联网导论论文

浅析物联网在智能家居中的应用
摘要：众所周知， 物联网是新一代信息技术的重要组成部分， 在当今社会以及未来社会
发挥着巨大的作用，而且其应用方面也越来越广阔。虽然当前的物联网技术还不是很成熟，
但是在某些领域方面的研究还是比较靠前的， 比如家居方面。 所以本次选取了物联网在智能
家居中的应用这一话题。 在论文中， 会首先介绍物联网的相关内容， 包括对物联网的认识以
及物联网的作用， 然后介绍物联网是如何在智能家居中应用的还有目前大家对智能家居的评
价，最后我们会展望一下智能家居的未来发展状况以及目前我们可以做的一些相应改变。
关键词：物联网、技术框架、智能家居、发展前景
一 、 对 物 联 网 的 认 识
物联网是新一代信息技术的重要组成部分， 是一个基于互联网、 传统电信网等信息承载
体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化、
自治终端互联化和普适服务智能化 3 个重要特征。其英文名称是“ The Internet of things ”。
由此，顾名思义， “物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心
和基础仍然是互联网， 是在互联网基础上的延伸和扩展的网络； 第二，其用户端延伸和扩展
到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是通过射频识别
（RFID）、红外感应器、全球定位系统、等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与
互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管
理的一种网络。
从技术架构上来看， 物联网分为三层：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， 感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢， 它是物联网识
别物体、采集信息的来源，其主要功能是识别物体，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。 应用层是物联网和用户（包括人、 组织和其他系统）的
接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。
同时我们也应该注意到在物联网应用中有三项关键技术：
1、传感器技术，这也是计算机应用中的关键技术。大家都知道，到目前为止绝大部分
计算机处理的都是数字信号。 自从有计算机以来就需要传感器把模拟信号转换成数字信号计
算机才能处理。
2、RFID 标签也是一种传感器技术， RFID 技术是融合了无线射频技术和嵌入式技术为
一体的综合技术， RFID 在自动识别、物品物流管理有着广阔的应用前景。
3、嵌入式系统技术是综合了计算机软硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技
术为一体的复杂技术。 如果把物联网用人体做一个简单比喻， 传感器相当于人的眼睛、 鼻子、
皮肤等感官， 网络就是神经系统用来传递信息， 嵌入式系统则是人的大脑， 在接收到信息后
要进行分类处理。
二 、 物 联 网 的 作 用
从上文我们对物联网的认识， 物联网可以实现物物相通。 但是除此之外， 物联网还有其
他的作用：
1、除了实现人与人之间的相互交换信息和通信之外，还可以实现人与物、物与物之间
进行信息交换和通信。当然，这里人还是主体。因为，物与物之间进行信息交换和通信的目
的，还是要为人服务、为人所用。
2、除了实现信息的交换与通信的目的，还可以通过安装信息传感设备，如射频识别装
置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等，将所有的物品都与网络连接在一起，方便
识别和管理。
由以上我们可以总结对物联网的一个大概认识： 物联网是一项利用传感器的连接来实现
物物相通的网络， 在这个网络之中可以实现信息的交换与分析； 同时在这个网络中还能实现
对物体的智能控制，以此来满足对大众的相应需求。
三 、 物 联 网 在 智 能 家 居 中 应 用 情 况 分 析
41 对智能家居的相关认识
智能家居， 或称智能住宅。首先，它需要在一个家庭中建立一个通讯网络， 为家庭信息
提供必要的通路， 在家庭网络 *** 作系统的控制下， 通过相应的硬件和执行机构， 实现对连入
家庭网络的所有家电和设备的控制和监测； 其次，它们都要通过一定的媒介， 构成与外界的
通讯通道， 以实现与家庭以外的世界沟通信息，满足远程控制、监测和交换信息的需求，其
最终目的都是满足人们在家庭中对安全、舒适、方便地工作和生活的需求。
42 智能家居的主要功能
（1）安全防护及消防报警自动化
安全防护及消防报警自动化是智能家居的最基本的一项功能， 由于人们对自身及财产的
安全更加重视，选择智能化家居的一个基本出发点是家庭保安和灾害报警自动化。
（2）家电设施智能化
家电设施智能化是智能家居的一个重要组成部分。 智能家居的一个显著特点就是它能根
据住户的要求对家电和家用电气设施灵活方便地实现智能控制， 更大程度地把住户从家务劳
动中解放出来。随着社会的发展和技术的进步，家电设施智能化还会出现更多更新的应用。
（3）物业管理自动化
通过与小区智能系统联网，住户可对用水、用电、用气以及电话、网络等的使用情况进
行监视。 一是实现各种费用的自动计量， 减少物业管理工作量； 二是方便用户对费用进行自
我控制， 避免费用严重超支； 三是可及时发现并避免电话或其他资源被盗用。 物业管理自动
化是小区智能化的一种标志。
（4）信息和通讯自动化
一般的通讯自动化只是通过电话实现简单的电话自动录音、 传真自动接收或回复； 而通
讯智能化可将家中异常情况通过电话自动拨打 110、119 报警电话或主人的办公电话、手机
等通讯工具。 智能家居的通讯信息自动化的内容将更加广泛。 如将住户的个人电脑连入局域
网、互联网，充分利用计算机网络资源，实现从社区信息服务、物业管理服务、网上资料查
询、网上商务等各种互联网功能。在条件具备的情况下，还可实现远程医疗、远程教学、咨
询预约等功能。
（5）各种设备之间的协同工作
智能家居系统可以提供更丰富的系统关联功能。 例如，当您准备看电视时， 客厅灯光自
动调到您喜欢的亮度 （通过调光控制模块实现） 、窗帘自动拉上 （通过窗帘控制模块实现） 、
电视机打开并调整到您最喜欢的频道，等等。
（6）环境与节能
智能家居能监视室内的温度、 湿度、 亮度等环境状态值， 并根据住户的习惯进行调节控
制，它在一定程度上既能使生活空间更加舒适，又能节约能源。不仅如此， 通过对家电的智
能控制还可实现对水、煤气等资源的节约。
43 智能家居的组成
学术界对智能家居的组成没有定论， 综合各种观点， 一个完整的智能家居系统除了具有
各种功能的信息电器外，还必须包括以下几个模块：
（1）信息处理模块
为了使相互独立的信息家电可以实现信息共享与协同工作， 智能家居系统中必须具有专
门的信息处理模块。 它的功能主要是收集家庭中各个家电的工作状态和服务请求， 对各种数
据进行实时处理，并将结果送入功能驱动模块。
（2）通信模块
如果说信息处理模块是智能家居系统的大脑，那么通信模块就是实现信息传导的神经。
根据家庭组网的特点，通信模块常利用已有的布线（如电力载波），或者采用无线传输（如
蓝牙、 红外）等。 由于不同的信息电器对传输时的带宽要求不同，实际中的通信模块常采用
多种方式混合组网。
（3）功能驱动模块
功能驱动模块是信息流入、 流出各个信息电器的接口。 由于各个电器生产厂商的产品在
功能和实现上都有很大的不同， 所以必须通过功能驱动模块将信息处理模块的指令翻译成电
器可以执行的电平信号， 以及将电器的各种状态信息转换成信息处理模块可以理解的二进制
信息。
（4）外界信息接口模块
该模块可以看成是一个家庭通向外界（如 Internet）的网关。它在家庭内部各种电器信
息共享的基础上，进一步实现了基于 Internet 的资源共享，从而更进一步实现了共享的深度
和广度， 也将是未来智能家居系统发展的热点。 由于家庭内部网络通常不使用 TCP/IP 协议，
所以外界的信息接口模块中最基本的功能就是从 TCP/IP 协议到各种家庭内部网络协议的转
换。
四 、 智 能 家 居 的 缺 陷
市场经济具有自发性和盲目性， 这两种特性一方面造成了智能家居行业的迅速壮大， 另
一方面也为孕育了某此缺陷。 对于新事物而言， 其优势往往显而易见的， 而缺陷则是隐形的。
站在行业发展的高度来看，这些隐身在兴盛背后的缺陷将会严重阻碍整个行业的未来发展。
目前智能家居行业的缺陷主要可以概括为“弱智”和“复杂”两点。
1、所谓的“弱智”是指不够智能。智能家居除了设备本身具有计算、判断能力之外，
还需要各设备之间的联动来实现智能。 联动性上正是当前智能家居行业的短板， 其原因在于
我们智能家居系统的功能不全。 而大部分品牌往往只能实现安防报警、 可视对讲、 智能照明
等三、 四个功能，可互相组合派生的功能甚少，更谈不上什么联动了， 因此其智能程度大遭
消减。
2、复杂主要体现产品布线复杂，配置复杂， *** 作复杂这三点。现在有许多智能家居系
统组网是基于总线技术的， 不可避免的带来了繁复的布线问题， 增加了施工成本。 部分智能
家居系统， 缺乏软件支撑，配置起来其过程十分复杂，基本只有专业人员才能完成。 *** 作复
杂，主要表现为产品设计不够人性化，界面太多，杂乱无章，甚至没有界面，为用户带来了
很大的记忆量。
五 、 物 联 网 的 发 展 前 景
尽管目前物联网在智能家居行业还有很多需要改进的地方， 但这并不影响我们对物联网
的展望，以后的物联网发展趋势应该有以下几点：
1、无线控制不断深化：比如在智能家居这一应用方面，业内人士认为，未来， WiFi 无
线网络传输技术和 Zigbee 无线技术会在家庭中得到更广泛的应用。 用户通过 Zigbee 遥控器，
可以对连接在家庭网络上的家用电器使用状况进行查询， 并对其进行无线遥控。 用户在使用
时，不再局限于传统的智能终端设备，家中的电视、电脑、手机等显示设备都可以作为控制
终端。因此，在智能家居系统中加入无线和远程控制技术，将更好地发挥智能家居的功能，
为用户带来便捷生活体验。 我们相信， 未来的物联网应用方面会通过技术改进， 继续深化无
线智能控制技术，以此来满足更多消费者的需求。
2、网络功能强势凸显：一直以来，网络化是物联网的主要发展趋势。通过互联网，人
们可以将智能家居系统中的视频监控与手机有效结合起来， 一旦有小偷进入家中， 报警信号
即可迅速通过网络， 传送到小区安防中心、 地区报警中心及用户手机上。 各报警中心和用户
可以立即调入视频图像， 保证在第一时间有效地监看到小偷的面貌， 确保日后调查取证。 同
时我们还可以利用智能交通系统将交通中出现的任何相关问题及时反应到交警值班处， 以此
来提高办事效率。
3、智能控制内容逐步扩大：物联网通过智能化手段，使得人们生活体验变得更加的方
便、舒适。 针对目前物联网的一些应用方面的缺陷， 可以想象在未来的社会我们必定要克服
当前出现的智能不能完全实现智能、过于复杂等缺陷。
总体来说， 物联网是一个新兴的但是却是一个很有用处的行业， 它在当今社会以及未来
社会都会对人们的生活带来翻天覆地的改变。 虽说目前的物联网在各个领域都有所运用， 尤
其是在智能家居领域已经有了比较好的发展，但是我们也应该看到目前所出现的一些问题，
我们只有解决好目前物联网在一些领域的应用中所出现的缺陷， 这样才能让物联网更好的为
我们服务，使得我们的生活变得更加方便、舒适。

STM32应用广资料多，性能较好，外设丰富，但是功耗相对高
CC2530就是给物联网设计的芯片，功耗极低，价格也相对低，关于物联网开发的资料是相对要多的
个人推荐是用CC2530

LoRa技术特点

传输距离：城镇可达2-5 Km ，郊区可达15 Km 。

工作频率：目前，LoRa 主要在全球免费频段运行，包括433、868、915 MHz等。

标准：IEEE802154g。

调制方式：基于扩频技术，线性调制扩频（CSS）的一个变种，具有前向纠错（FEC）能力，semtech公司私有专利技术。

容量：一个LoRa网关可以连接上千上万个LoRa节点。

电池寿命：长达10年。

安全：AES128加密。

传输速率：几百到几十Kbps，速率越低传输距离越长。

NB-IoT技术特点

1覆盖广

将提供改进的室内覆盖，在同样的频段下，NB-IoT比现有的网络增益20dB，相当于提升了100倍覆盖区域的能力；

2海量连接能力

NB-IoT比2G/3G/4G有50~100倍的上行容量提升，在同一基站的情况下，NB-IoT可以比现有无线技术提供50~100倍的接入数。基站比传统基站，能够接入更多的(承载LPWA业务的)终端，200KHz频率下面，根据仿真测试数据，单个基站小区可支持5万个NB-IoT终端接入。

3低功耗、低速率、低成本

低功耗意味着 RF 设计要求低，小的 PA 就能实现;

低带宽：意味着不需要复杂的均衡算法

低速率：意味着不需要大缓存，所以可以缓存小、DSP 配置低;

低成本：这些因素使得 NB-IoT 芯片可以做得很小，因此成本就会降低

NB-IOT与LoRa简单对比

未来NB-IoT将在运营商级网络中大放异彩，为物联网时代带来广覆盖、大连接、低成本的网络解决方案；而LoRa则在智慧城市、行业和企业专用应用中实现快速灵活部署。两种网络技术在商用中完全可以实现互补共存。

哪种无线通信协议最适合智能家居ZigBee当仁不让。近年来，为了争夺潜力无限的智能家居市场，
围绕各类无线协议标准的争论不断，但不可否认，ZigBee赚足了眼球，颇受关注和信赖。在智能家居领域，相较于蓝牙、WiFi、Z-Wave、射频等技
术协议，ZigBee一直光彩夺目，鲜有负面消息，可谓有口皆碑，深得人心，并被很多人默认为目前最适宜智能家居的协议标准。
而之所以如此，一方面与ZigBee协议本身分不开，另一方面则要感谢一些企业的大力热捧和宣扬。
——技术层面，ZigBee不是为智能家居而生，却为智能家居而长。智能家居设备需要拥有足够的安全性、稳定性、 *** 作流畅性、较强的设备承载能
力和较低的功耗，而ZigBee都能满足，且满足得很到位，因而即便ZigBee最初主要应用于工业领域，如今也丝毫不影响它在智能家居领域的魅力。
——推广层面，不少知名企业纷纷采纳，一些实力公司大力宣扬。如果说村里某些人使用ZigBee协议了，你可能嗤之以鼻，呵呵不语，更谈不上信
赖，但如果说三星、LG、德州仪器、罗技、飞利浦、小米等知名企业都采用了呢对ZigBee会不会产生好感不仅如此，一些企业的大力宣传也很关键，如
ZigBee联盟董事会成员、国内较早采用ZigBee的物联网领军企业物联传感在宣传推广方面会着重强调ZigBee的高级加密算法，使其安全性在消费
者心中根深蒂固，为ZigBee树立良好的口碑，从而推动ZigBee在中国区的发展。
所以，无论从哪个角度来看，ZigBee协议都有足够的理由受到智能家居厂商的欢迎。然而，就在ZigBee联盟宣布三星旗下品牌
SmartThings成为继物联传感后又一位董事会成员之后不足一周，黑帽子大会给泼了一盆冷水，拔凉拔凉的冷水：采用 ZigBee
协议的智能家居设备存在严重漏洞。
话说安全研究人员(Cognosec公司)发现，采用ZigBee协议的设备存在严重漏洞，有多严重呢黑客有可能入侵智能家居，随意 *** 控联网
门锁、报警系统，甚至能够开关灯泡。按以往的新闻来看，这种事应该发生在WiFi、蓝牙或Z-Wave身上，ZigBee怎么就中招了呢这其中有
Cognosec公司和“小编”(原文作者)的功劳。
——黑帽子大会(Black Hat
Conference)被公认为世界信息安全行业的最高盛会和最具技术性的信息安全会议，每年都会有不少专业团队和民间高手参加。他们可以尽情地黑一切科
技产品，无需手下留情，当然目的还是为了技术交流和提高企业产品的安全性。而Cognosec公司在这次大会上发表了论文，指出 ZigBee
协议实施方法中的一个缺陷。该公司称，该缺陷涉及多种类型的设备，黑客有可能以此危害 ZigBee 网络，并“接管该网络内所有互联设备的控制权”。
——若是Cognosec公司倒也不会如此，军功章还有那篇文章作者的一大半，尤其是题目取的非常妙——《黑帽大会爆料，采用 ZigBee
协议的智能家居设备存在严重漏洞》(具体内容请自行百度脑补)，读者看不看内容没有关系，只要看一眼标题就明白了：ZigBee智能家居设备存在严重漏
洞。
ZigBee协议智能家居设备存在严重漏洞，看样子ZigBee协议是难逃一劫了，但这种想法是“懒人”的想法，充分证明“标题党”的胜利。向来较为可靠的ZigBee怎么存在严重问题呢只看标题不行，关键还要仔细看内容。
显而易见，标题就是会让我们快速联想到ZigBee协议有问题的，但实际完全没有ZigBee协议太多啥事儿。这点原文作者和Cognosec公司实际上都在最后给出了说明。
“该漏洞的根源更多被指向制造商生产方便易用、能与其它联网设备无缝协作的设备、同时又要压低成本的压力，而不是 ZigBee 协议标准本身的设计问题。”——这是作者的分析。
“我们在 ZigBee
中发现的短板和局限是由制造商造成的，各家公司都想制造最新最棒的产品，眼下也就意味着能够联网。灯泡开关这样的简单元件必须和其它各种设备兼容，毫不意
外的是，很少会考虑安全要求——更多的心思都放在如何降低成本上。不幸的是，在无线通信标准中最后一层安全隐患的严重程度非常高。”——这是
Cognosec公司研究人员的汉化版原话。
其实，不难发现，向来可靠的智能家居协议ZigBee，并没有给黑帽子黑掉，而是被一些急功近利的制造商“坑掉了”。那么现在问题又来了，除却人为不作为因素(故意忽略标准安全性)，ZigBee协议被攻破的几率有多大呢
“在zigbee的通用安全级别中，一般有两个key
。一个是信任中心的key。另一个是实际进行网络传输数据时的网络key。最终想破解zigbee 网络，必须要获取后者16个字节强密码网络key
。由于zigbee 采取的是AES 128加密算法。在不知道这个网络key的情况下，想暴力破解目前没有可能。也没有破解先例。
暴力破解的速度是极其低下的。一般只有300key / s，就算采取所谓的GPU加速，速度也不过是10000 key / s，对于一个8位数字 字母 字符的复杂密码破解时间都需要2900年!即使采用100台分布式，也需要29年!
何况zigbee 的key 是16个字节强密码。”
上面是一名来自对ZigBee协议安全性拥有足够信心的物联传感的物联网安全专家给出的答案。不要问为什么是这样排的，原采访邮件中的内容就是
这样的，不过足可以说明只要前期工夫做的好，黑客想破解ZigBee智能家居设备，难!至于“采用 ZigBee
协议的智能家居设备存在严重漏洞”，有一个前提条件：制造厂商不负责或技术不到位。
最后一个问题。近日，国民新晋老公宁泽涛在第16届游泳世锦赛夺冠了，项目是男子100米自由泳，创造了亚洲人神迹，突破了黄种人极限，影响力
被认为堪比刘翔首夺110米跨栏。显然，小鲜肉宁泽涛具备了100米自由泳夺冠能力，但是倘若给他安排80米的赛道，没有夺冠，难道能说明他100米不
行
假如ZigBee有100的安全设置手法，一些厂商只用80或只能做到90，结果设备被破解了，就是ZigBee协议安全性就有问题这答案或许与最后一个问题的答案类似吧。

iotdb应用缺点：目前只有单节点版本，不过集群版本马上要发布了，结构，目前仅有java版本，资源占用方面对边缘轻量级设备不友好，限制了其在端/设备侧的应用。存储上支持使用本地盘，通过使用来存储可保证存储层高可用，但计算层没有进一步的高可用保障。iotdb应用清华大学主导的Apache孵化项目，是一款聚焦工业物联网、高性能轻量级的时序数据管理系统，提供数据采集、存储、分析的功能。提供端云一体化的解决方案，在云端，提供高性能的数据读写以及丰富的查询能力，针对物联网场景定制高效的目录组织结构，并与ApacheHadoop、Spark等大数据系统无缝打通。在边缘端，提供轻量化的管理能力，端上的数据写到本地，并提供一定的基础查询能力，同时支持将数据同步到云端。

当前，企业面临的五大IT威胁包括了恶意软件感染、安全漏洞、违规 *** 作，以及针对邮箱帐户的网络钓鱼。而物联网技术的普及也会破坏现有的IT风险管理机制。
在技术公司MetricStream对20个行业的120多家企业展开的全球调查中发现，近一半（44%）的大型企业认为未来三年物联网（IoT）技术在干扰IT风险管理项目方面具有相当大的隐患。
由于可连网设备大量普及，各个网络连接设备的管理程序并不统一，许多管理员在做物联网设备的管理架构时很容易忽视物联网的互通、完整以及安全协作层面的考量。
此外，除了简单的可见性之外，连接设备的软件开发混乱状态可能是最大的具体安全问题，不仅一些设备开始不安全，即使制造商发布补丁的缺陷，也可能难以分发和应用于有组织的方式 许多人根本不修补，因为正在进行的软件开发根本不在特定类型的设备的预算中。
虽然一般来说，IT GRC访问控制解决方案可以通过自动化工作流程，及时提供风险情报来指导决策，来增加网络防护能力。但政策、培训计划和信息治理框架都同样重要。
因此，要防范此前美国信用评级机构Equifax遭受到的网络攻击，显然要企业拥有全面、灵活的IT风险管理策略才能应对。具体可以展开以下策略：
1、对于这些新兴的联网设备，哪些位置需要安全控制，以及如何部署有效地控制。鉴于这些设备的多样性，企业将需要进行自定义风险评估，以发现有哪些风险以及如何控制这些风险。
2、企业必须能够识别IoT设备上的合法和恶意流量模式，并快速了解如何快速修复IoT设备漏洞以及如何优先排序漏洞修复工作。
3、企业还应该隔离IoT设备到vLAN或独立的网段进行有效监管。
以上由物联传媒整理提供，如有侵权联系删除

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