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基于云服务的智能家居系统的设计与实现 　　随着物质水平与精神文明的提高，人们更加追求方便、舒适、节能的家庭生活环境，智能家居也因此受到越来越多的关注。目前智能家居系统主要以本地服务器为中心，实现家电控制和系统数据的存储计算。但这种系统存在成本高、计算资源有限、系统升级复杂等问题。为有效解决上述问题，本文结合可以动态申请与释放计算、存储等资源的云计算服务，设计与实现了基于云服务的智能家居系统。本系统建立了统一的平台为用户提供服务，降低了智能家居的成本，可以动态申请与释放计算资源、存储资源，方便系统的进一步扩展与升级。　　一、系统概述　　本文所设计的智能家居系统的实现包括两部分：首先，通过云服务器、客户端、网关、数据库的设计实现，完成对家庭硬件设备的控制及对家庭温度、湿度、二氧化碳浓度的检测查询。其次，在对分时电价、天气信息及各类传感器数据、社交行为等数据即时获取的情况下，通过云服务器端的负载调度算法生成负载的调度策略。在提升用户满意度与舒适度的情况下，减少用户所需电费和节省能耗。系统总体框架如图1。　　本系统主要分为三个部分：云平台、客户端、网关。云平台主要负责用户管理、传感器数据处理、家电设备控制、用户用电规律分析以及用电负载调度等工作。客户端是整个智能家居系统的控制终端，主要负责家电的远程控制，以及向用户展示家庭设备情况。网关是智能家居系统的桥梁，负责家用设备数据向云服务器的提交和云服务器生成的控制命令的传递。　　二、系统控制流程　　系统控制流程如下：控制指令下达：用户在经过用户认证后，进入其所拥有的房间，生成控制命令，客户端将带有房间ID的控制指令转换为JSON格式后发送给云服务器。控制指令保存：云服务器将用户的控制指令保存进数据库。控制指令轮询：每个用户名下的不同房间的网关通过定时向云服务器轮询该房间的家电设备的控制指令，并将其取出。控制指令执行：取出控制指令后，网关对控制指令进行判断，根据相应控制指令对相应家电设备发送控制码进行控制。具体控制流程如图2。　　三、系统设计　　智能家居网关、客户端、云平台之间网络协议的通信方式，采用较广泛应用的HTTP协议。网关、客户端均使用HTTP请求的方式向云平台请求相关的资源与服务。在云平台上，设计实现HTTP请求的统一接口，供网关和客户端调用，执行查询、保存等相关操作，并使用轻量级的数据表示语法JSON作为云服务器与客户端、网关之间的数据交互格式。编写服务器端、网关、客户端程序，实现用户认证、用户房间管理、设备管理、数据管理、优化调度管理等功能。　　用户认证与管理的设计　　在基于云服务的智能家居系统下，用户认证是用户通过账号和密码获取基于云服务的智能家居系统RESTful接口调用凭证，成功认证后会获得一个有效的调用凭证，然后对智能家居系统进行操作。为防止用户私人信息泄露，该系统为每位用户保存独一无二的用户ID。用户与房间是一对多的关系，一个用户可以拥有多个房间。在基于云服务的智能家居系统下，每个用户在云平台上都拥有自己的用户信息，而用户信息在注册时提交生成，云平台需要对所有用户的注册信息进行管理，以区分不同用户。此外用户管理还包括对其所拥有房间的管理。　　设备管理　　在基于云服务的智能家居系统中，在云平台上注册的属于不同用户的家电设备都应当归属于该用户的某一房间，不应当出?F设备无归属的情况。如此，网关才可在数据库中唯一找到属于自己房间的家电设备，并进行控制操作。为对不同的设备进行准确的区分，为每个设备设置唯一的房间ID。设备与网关是多对一的映射关系，一个网关可以对多个设备进行控制和数据收集。　　1.设备添加　　设计相应网关程序以添加房间中不同设备实体的不同资源访问方法，当网关使用该访问方法向云平台家电设备数据表中添加设备实体时，设置设备的相关初始信息，添加成功，云平台返回结果码为0，失败结果码为1，服务器存在问题结果码为2。添加设备的序列图如图3。　　2.设备控制　　在云服务器上，设计根据房间ID查询所有属于该房间的设备的功能，并提供外部访问方法，客户端调用该方法查询当前房间下的家电设备实体，存入家电设备数组，返回给客户端。客户端根据返回的实体个数，更新家电设备控制界面上家电的数量，对设备进行控制，设备控制序列图如图4。　　数据管理　　在基于云服务的智能家居系统中，数据管理主要分为用户数据管理和用户房间数据管理。用户管理功能主要是针对每位用户特的有数据的管理，比如位置数据、负载使用记录数据、用户行为分析数据、用户需求分析等数据的管理。房间数据管理主要包括数据库中记录设备实体、设备状态、设备数据等的相关数据表的管理，增加房间ID属性，使不同的设备实体、设备状态、设备数据唯一地匹配到所属房间。其他数据管理包括在服务器端收集到诸如天气信息、电价信息等