一種基于邊緣網關的智能家居系統及其應用技術方案

本發明專利技術提供一種基于邊緣網關的智能家居系統及其應用，涉及智能家居系統技術領域，其中基于邊緣網關的智能家居系統包括云平臺、邊緣計算網關及任務處理器，所述邊緣計算網關是指通過邊緣計算基數定義的網關設備；所述任務處理器是指具備處理邊緣計算網關派發任務能力的程序模塊，所述云平臺與所述邊緣計算網關通過知識蒸餾的方式進行數據壓縮及傳輸，所述邊緣計算網關用于通過調度策略和相關通信協議實現任務協調和信息識別拆分功能。將邊緣計算網關作為協調器，不完全承擔數據信息處理工作，基于任務和流協同感知制定調度策略，縮短任務完成時間，提高數據信息處理效率。提高數據信息處理效率。提高數據信息處理效率。

【技術實現步驟摘要】
一種基于邊緣網關的智能家居系統及其應用


[0001]本專利技術涉及
，尤其涉及一種基于邊緣網關的智能家居系統及其應用。

技術介紹

[0002]隨著社會信息化的加快，人們的工作、生活和通訊、信息的關系日益緊密。信息化社會在改變人們生活方式與工作習慣的同時，也對傳統的住宅提出了挑戰，社會、技術以及經濟的進步更使人們的觀念隨之巨變。人們對家居的要求早已不只是物理空間，更為關注的是一個安全、方便、舒適的居家環境。因此家居智能化和智能住宅也逐漸開始普及，家居智能化就是通過家居智能管理系統的設施來實現家庭安全、舒適、信息交互與通信的能力。家居智能化系統由如下三個方面組成：(1)家庭安全防范(HS)；(2)家庭設備自動化(HA)；(3) 家庭通訊(HC)。
[0003]家居智能化帶來了便捷生活，傳統網關將不加處理的數據直接上傳至云平臺，這會產生大量無效數據加重寬帶負荷的同時也會影響中心端工作效率。

技術實現思路

[0004]本專利技術的目的是為了解決現有技術中無效數據堆積且工作效率不足的技術問題。
[0005]為了實現上述目的，本專利技術采用了如下技術方案：
[0006]一種基于邊緣網關的智能家居系統，包括云平臺、邊緣計算網關及任務處理器，所述云平臺是指用于對智能家居系統上傳數據進行解析、整合以及處理的數據中心，所述邊緣計算網關是指通過邊緣計算基數定義的網關設備；所述任務處理器是指具備處理邊緣計算網關派發任務能力的程序模塊，所述云平臺與所述邊緣計算網關通過知識蒸餾的方式進行數據壓縮及傳輸，所述邊緣計算網關用于通過調度策略和相關通信協議實現任務協調和信息識別拆分功能。
[0007]優選的，所述邊緣計算網關通過無線通信方式與傳感器節點及執行器節點連接，并接受傳感器節點上傳的信息及控制執行器節點驅動。
[0008]優選的，所述傳感器節點為攝像頭、煙霧檢測、振動傳感器及CO2傳感器中任一種或幾種的組合；所述執行器節點為門禁開關、新風風閥以及空調開關任一種或幾種的組合；所述無線通信方式為ZigBee、藍牙及Wi
?
Fi中的任一種。
[0009]優選的，所述通信協議采用訂閱
?
發布式MQTT通信協議，MQTT服務器設置于邊緣計算網關內；所述傳感器節點與所述執行器節點為MQTT的客戶端。
[0010]本申請還提供了一種基于邊緣網關的智能家居系統的應用，使用上述所述的基于邊緣網關的智能家居系統，包含以下步驟：
[0011]S1：云平臺通過知識蒸餾，給邊緣計算網關傳輸初始化的預測模型；
[0012]S2：邊緣計算網關通過傳感器節點采集數據信息，將采集到的數據信息通過知識蒸餾的方法，壓縮模型，并傳輸到云平臺；
[0013]S3：云平臺接收邊緣計算網關傳輸的數據信息，批改后優化模型，通過網絡通信傳
輸將數據處理任務返送給邊緣計算網關；
[0014]S4：邊緣計算網關將返送回的模型進一步優化，并制定調度策略，然后將任務派發給任務處理器；
[0015]S5：任務處理器通過網絡連接，獲取邊緣計算網關中發出的派發數據，對分配任務進行處理，而后將處理完成的信息傳回邊緣計算網關；
[0016]S6：邊緣計算網關整合任務處理器的處理信息，通過網絡連接方式向應用系統發送指令，實現對執行器節點的控制。
[0017]優選的，所述S4中的調度策略通過邊緣計算網關監測任務管理器的資源空間和工作狀態，動態進行改變。
[0018]優選的，執行調度策略時，邊緣計算網關優先將任務派發給數據信息處理效率最高的任務處理器，當效率最高的任務處理器工作量飽和時，則派發給處理效率次之的任務處理器，或者讓處理效率較低的任務處理器進行部分數據信息處理，當處理效率高的任務處理器完成當前任務后，優先處理此類數據信息，處理效率低的任務處理器協助處理效率高的任務處理器。
[0019]優選的，所述調度策略應用時：將任務分為一系列的流，流間關系可分為并行或順序；不同任務中可并行的流階段在資源配置充足的情況下同時處理，不足則進行調度排序；針對同一任務中可并行的流階段，設置降級閾值，結合任務級別和流級別的順序，對流階段的信息處理進行調度。
[0020]優選的，所述調度策略中需要進行信息保密時，將神經網絡中的數據信息從全連接層切分，將來自同一對象的兩部分數據信息分派給不同的任務處理器。
[0021]與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：
[0022]1、本申請中通過將邊緣計算網關作為協調器，不完全承擔數據信息處理工作，基于任務和流協同感知制定調度策略，縮短任務完成時間，提高數據信息處理效率；
[0023]2、同時，本申請中邊緣計算網關與云平臺之間協同采用知識蒸餾的方法，對模型進行了壓縮優化處理，減少了數據的囤積；
[0024]3、本申請中通過邊緣計算網關將神經網絡中的數據信息從全連接層進行切分，將來自同一對象的信息分別派發給不同的任務處理器，可以實現對數據信息的保密；
[0025]4、本申請中采用訂閱
?
發布式MQTT通信協議，使得傳感器節點
?
邊緣計算網關
?
執行器節點之間通信采用“時間
?
事件”觸發式通信，可以保證數據傳輸的有序性。
附圖說明
[0026]圖1為本申請中一種基于邊緣網關的智能家居系統的設計示意圖；
[0027]圖2為本申請中一種基于邊緣網關的智能家居系統的中邊云協同采用的知識蒸餾方法的流程圖；
[0028]圖3為本申請中一種基于邊緣網關的智能家居系統的邊緣網關協調調度設計示意圖；
[0029]圖4為本申請中一種基于邊緣網關的智能家居系統的邊緣網關采用的基于任務和流協同感知的調度策略簡圖
[0030]圖5為本申請中一種基于邊緣網關的智能家居系統的邊緣網關對神經網絡中數據
信息在全連接層的切分示意圖；
[0031]圖6為本申請中一種基于邊緣網關的智能家居系統一實施方式中應用門禁設備的示意圖；
[0032]圖7為本申請中一種基于邊緣網關的智能家居系統的邊緣計算網關與傳感器節點和執行器節點的通信示意圖；
[0033]圖8為本申請中一種基于邊緣網關的智能家居系統的邊緣計算網關與傳感器節點的數據傳遞時間軸。
[0034]圖例說明：1、云平臺；2、傳感器節點；3、邊緣計算網關；4、執行器節點；5、任務處理器。
具體實施方式
[0035]為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚，以下結合具體實施例，對本專利技術作進一步地詳細說明。
[0036]在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本專利技術，但是，本專利技術還可以采用不同于在此描述的其他方式來實施，因此，本專利技術并不限于下面公開說明書的具體實施例的限制。
[0037]請參閱圖1，一種基于邊緣網關的智能家居系統，其包括云平臺1、邊緣計算網關3及任務處理器5，所述云平臺1與所述邊緣計算網關本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種基于邊緣網關的智能家居系統，包括云平臺、邊緣計算網關及任務處理器，其特征在于：所述云平臺是指用于對智能家居系統上傳數據進行解析、整合以及處理的數據中心，所述邊緣計算網關是指通過邊緣計算基數定義的網關設備；所述任務處理器是指具備處理邊緣計算網關派發任務能力的程序模塊，所述云平臺與所述邊緣計算網關通過知識蒸餾的方式進行數據壓縮及傳輸，所述邊緣計算網關用于通過調度策略和相關通信協議實現任務協調和信息識別拆分功能。2.根據權利要求1所述的基于邊緣網關的智能家居系統，其特征在于：所述邊緣計算網關通過無線通信方式與傳感器節點及執行器節點連接，并接受傳感器節點上傳的信息及控制執行器節點驅動。3.根據權利要求2所述的基于邊緣網關的智能家居系統，其特征在于：所述傳感器節點為攝像頭、煙霧檢測、振動傳感器及CO2傳感器中任一種或幾種的組合；所述執行器節點為門禁開關、新風風閥以及空調開關任一種或幾種的組合；所述無線通信方式為ZigBee、藍牙及Wi
?
Fi中的任一種。4.根據權利要求3所述的基于邊緣網關的智能家居系統，其特征在于：所述通信協議采用訂閱
?
發布式MQTT通信協議，MQTT服務器設置于邊緣計算網關內；所述傳感器節點與所述執行器節點為MQTT的客戶端。5.一種基于邊緣網關的智能家居系統的應用，其特征在于：使用權利要求4所述的基于邊緣網關的智能家居系統，包含以下步驟：S1：云平臺通過知識蒸餾，給邊緣計算網關傳輸初始化的預測模型；S2：邊緣計算網關通過傳感器節點采集數據信息，將采集到的數據信息通過知識蒸餾的方法，壓縮模型，并傳輸到云平臺；S3：云平臺接收邊緣計算網關傳輸的數據信息，批改...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鐘永彥，王碩，陳娟，董殿永，譚鵬超，
申請(專利權)人：南通大學，
類型：發明
國別省市：