一种基于边缘网关的智能家居系统及其应用技术方案

本发明专利技术提供一种基于边缘网关的智能家居系统及其应用，涉及智能家居系统技术领域，其中基于边缘网关的智能家居系统包括云平台、边缘计算网关及任务处理器，所述边缘计算网关是指通过边缘计算基数定义的网关设备；所述任务处理器是指具备处理边缘计算网关派发任务能力的程序模块，所述云平台与所述边缘计算网关通过知识蒸馏的方式进行数据压缩及传输，所述边缘计算网关用于通过调度策略和相关通信协议实现任务协调和信息识别拆分功能。将边缘计算网关作为协调器，不完全承担数据信息处理工作，基于任务和流协同感知制定调度策略，缩短任务完成时间，提高数据信息处理效率。提高数据信息处理效率。提高数据信息处理效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于边缘网关的智能家居系统及其应用


[0001]本专利技术涉及
，尤其涉及一种基于边缘网关的智能家居系统及其应用。

技术介绍

[0002]随着社会信息化的加快，人们的工作、生活和通讯、信息的关系日益紧密。信息化社会在改变人们生活方式与工作习惯的同时，也对传统的住宅提出了挑战，社会、技术以及经济的进步更使人们的观念随之巨变。人们对家居的要求早已不只是物理空间，更为关注的是一个安全、方便、舒适的居家环境。因此家居智能化和智能住宅也逐渐开始普及，家居智能化就是通过家居智能管理系统的设施来实现家庭安全、舒适、信息交互与通信的能力。家居智能化系统由如下三个方面组成：(1)家庭安全防范(HS)；(2)家庭设备自动化(HA)；(3) 家庭通讯(HC)。
[0003]家居智能化带来了便捷生活，传统网关将不加处理的数据直接上传至云平台，这会产生大量无效数据加重宽带负荷的同时也会影响中心端工作效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决现有技术中无效数据堆积且工作效率不足的技术问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0006]一种基于边缘网关的智能家居系统，包括云平台、边缘计算网关及任务处理器，所述云平台是指用于对智能家居系统上传数据进行解析、整合以及处理的数据中心，所述边缘计算网关是指通过边缘计算基数定义的网关设备；所述任务处理器是指具备处理边缘计算网关派发任务能力的程序模块，所述云平台与所述边缘计算网关通过知识蒸馏的方式进行数据压缩及传输，所述边缘计算网关用于通过调度策略和相关通信协议实现任务协调和信息识别拆分功能。
[0007]优选的，所述边缘计算网关通过无线通信方式与传感器节点及执行器节点连接，并接受传感器节点上传的信息及控制执行器节点驱动。
[0008]优选的，所述传感器节点为摄像头、烟雾检测、振动传感器及CO2传感器中任一种或几种的组合；所述执行器节点为门禁开关、新风风阀以及空调开关任一种或几种的组合；所述无线通信方式为ZigBee、蓝牙及Wi
‑
Fi中的任一种。
[0009]优选的，所述通信协议采用订阅
‑
发布式MQTT通信协议，MQTT服务器设置于边缘计算网关内；所述传感器节点与所述执行器节点为MQTT的客户端。
[0010]本申请还提供了一种基于边缘网关的智能家居系统的应用，使用上述所述的基于边缘网关的智能家居系统，包含以下步骤：
[0011]S1：云平台通过知识蒸馏，给边缘计算网关传输初始化的预测模型；
[0012]S2：边缘计算网关通过传感器节点采集数据信息，将采集到的数据信息通过知识蒸馏的方法，压缩模型，并传输到云平台；
[0013]S3：云平台接收边缘计算网关传输的数据信息，批改后优化模型，通过网络通信传
输将数据处理任务返送给边缘计算网关；
[0014]S4：边缘计算网关将返送回的模型进一步优化，并制定调度策略，然后将任务派发给任务处理器；
[0015]S5：任务处理器通过网络连接，获取边缘计算网关中发出的派发数据，对分配任务进行处理，而后将处理完成的信息传回边缘计算网关；
[0016]S6：边缘计算网关整合任务处理器的处理信息，通过网络连接方式向应用系统发送指令，实现对执行器节点的控制。
[0017]优选的，所述S4中的调度策略通过边缘计算网关监测任务管理器的资源空间和工作状态，动态进行改变。
[0018]优选的，执行调度策略时，边缘计算网关优先将任务派发给数据信息处理效率最高的任务处理器，当效率最高的任务处理器工作量饱和时，则派发给处理效率次之的任务处理器，或者让处理效率较低的任务处理器进行部分数据信息处理，当处理效率高的任务处理器完成当前任务后，优先处理此类数据信息，处理效率低的任务处理器协助处理效率高的任务处理器。
[0019]优选的，所述调度策略应用时：将任务分为一系列的流，流间关系可分为并行或顺序；不同任务中可并行的流阶段在资源配置充足的情况下同时处理，不足则进行调度排序；针对同一任务中可并行的流阶段，设置降级阈值，结合任务级别和流级别的顺序，对流阶段的信息处理进行调度。
[0020]优选的，所述调度策略中需要进行信息保密时，将神经网络中的数据信息从全连接层切分，将来自同一对象的两部分数据信息分派给不同的任务处理器。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0022]1、本申请中通过将边缘计算网关作为协调器，不完全承担数据信息处理工作，基于任务和流协同感知制定调度策略，缩短任务完成时间，提高数据信息处理效率；
[0023]2、同时，本申请中边缘计算网关与云平台之间协同采用知识蒸馏的方法，对模型进行了压缩优化处理，减少了数据的囤积；
[0024]3、本申请中通过边缘计算网关将神经网络中的数据信息从全连接层进行切分，将来自同一对象的信息分别派发给不同的任务处理器，可以实现对数据信息的保密；
[0025]4、本申请中采用订阅
‑
发布式MQTT通信协议，使得传感器节点
‑
边缘计算网关
‑
执行器节点之间通信采用“时间
‑
事件”触发式通信，可以保证数据传输的有序性。
附图说明
[0026]图1为本申请中一种基于边缘网关的智能家居系统的设计示意图；
[0027]图2为本申请中一种基于边缘网关的智能家居系统的中边云协同采用的知识蒸馏方法的流程图；
[0028]图3为本申请中一种基于边缘网关的智能家居系统的边缘网关协调调度设计示意图；
[0029]图4为本申请中一种基于边缘网关的智能家居系统的边缘网关采用的基于任务和流协同感知的调度策略简图
[0030]图5为本申请中一种基于边缘网关的智能家居系统的边缘网关对神经网络中数据
信息在全连接层的切分示意图；
[0031]图6为本申请中一种基于边缘网关的智能家居系统一实施方式中应用门禁设备的示意图；
[0032]图7为本申请中一种基于边缘网关的智能家居系统的边缘计算网关与传感器节点和执行器节点的通信示意图；
[0033]图8为本申请中一种基于边缘网关的智能家居系统的边缘计算网关与传感器节点的数据传递时间轴。
[0034]图例说明：1、云平台；2、传感器节点；3、边缘计算网关；4、执行器节点；5、任务处理器。
具体实施方式
[0035]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合具体实施例，对本专利技术作进一步地详细说明。
[0036]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本专利技术并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
[0037]请参阅图1，一种基于边缘网关的智能家居系统，其包括云平台1、边缘计算网关3及任务处理器5，所述云平台1与所述边缘计算网关本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于边缘网关的智能家居系统，包括云平台、边缘计算网关及任务处理器，其特征在于：所述云平台是指用于对智能家居系统上传数据进行解析、整合以及处理的数据中心，所述边缘计算网关是指通过边缘计算基数定义的网关设备；所述任务处理器是指具备处理边缘计算网关派发任务能力的程序模块，所述云平台与所述边缘计算网关通过知识蒸馏的方式进行数据压缩及传输，所述边缘计算网关用于通过调度策略和相关通信协议实现任务协调和信息识别拆分功能。2.根据权利要求1所述的基于边缘网关的智能家居系统，其特征在于：所述边缘计算网关通过无线通信方式与传感器节点及执行器节点连接，并接受传感器节点上传的信息及控制执行器节点驱动。3.根据权利要求2所述的基于边缘网关的智能家居系统，其特征在于：所述传感器节点为摄像头、烟雾检测、振动传感器及CO2传感器中任一种或几种的组合；所述执行器节点为门禁开关、新风风阀以及空调开关任一种或几种的组合；所述无线通信方式为ZigBee、蓝牙及Wi
‑
Fi中的任一种。4.根据权利要求3所述的基于边缘网关的智能家居系统，其特征在于：所述通信协议采用订阅
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发布式MQTT通信协议，MQTT服务器设置于边缘计算网关内；所述传感器节点与所述执行器节点为MQTT的客户端。5.一种基于边缘网关的智能家居系统的应用，其特征在于：使用权利要求4所述的基于边缘网关的智能家居系统，包含以下步骤：S1：云平台通过知识蒸馏，给边缘计算网关传输初始化的预测模型；S2：边缘计算网关通过传感器节点采集数据信息，将采集到的数据信息通过知识蒸馏的方法，压缩模型，并传输到云平台；S3：云平台接收边缘计算网关传输的数据信息，批改...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟永彦，王硕，陈娟，董殿永，谭鹏超，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：