智能家居

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，智能家居系統(tǒng)得到進(jìn)一步的發(fā)展，其利用大量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（如溫濕度傳感器、安防系統(tǒng)、照明系統(tǒng)）實(shí)時(shí)監(jiān)控家庭內(nèi)部狀態(tài)，接受外部控制命令并最終完成對(duì)家居環(huán)境的調(diào)控，以提升家居安全性、便利性、舒適性.BergInsight的調(diào)查報(bào)告顯示，歐美和北美洲的智能家居數(shù)據(jù)將在2019年達(dá)到6800萬(wàn)。然而，隨著智能家居設(shè)備的越來(lái)越多，且這些設(shè)備通常都是異構(gòu)的，如何管理這些異構(gòu)設(shè)備將會(huì)是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題，如設(shè)備的命名、數(shù)據(jù)的命名以及設(shè)備的智能聯(lián)動(dòng)，并且，由于家庭數(shù)據(jù)的隱私性，用戶(hù)并不總是愿意將數(shù)據(jù)上傳至云端進(jìn)行處理，尤其是一些家庭內(nèi)部視頻數(shù)據(jù)。而邊緣計(jì)算可以將計(jì)算（家庭數(shù)據(jù)處理）推送至家庭內(nèi)部網(wǎng)關(guān)，減少家庭數(shù)據(jù)的外流，從而降低數(shù)據(jù)外泄的可能性，提升系統(tǒng)的隱私性。

工業(yè)界的一些企業(yè)已經(jīng)注意到這一點(diǎn)，例如亞馬遜的Echo、三星的SmartThings和谷歌的GoogleHome，均可作為智能家居的控制中心。然而，這些設(shè)備，仍然需要一些額外的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，如各種識(shí)別服務(wù)，不能完全依靠自身去處理數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致仍存在一定的隱私泄露隱患。微軟和蘋(píng)果分別提出了HomeOS和HomeKit，其作為智能家居的框架，可以方便用戶(hù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制，但是仍然缺少一些具體的工作。開(kāi)源社區(qū)也建立并維護(hù)了多個(gè)智能家居系統(tǒng)，在表3中列舉出其中功能、文檔較為完備的3個(gè)系統(tǒng)并進(jìn)行對(duì)比。

與此同時(shí)，學(xué)術(shù)界也有大量的學(xué)者根據(jù)邊緣計(jì)算的思想在建設(shè)智能家居系統(tǒng)。曹杰等人提出了一個(gè)適用于智能家居的邊緣計(jì)算操作系統(tǒng)（edgeoperatingsystemforhome，EdgeOSH）。受啟發(fā)于邊緣計(jì)算，作者在家庭中設(shè)置邊緣服務(wù)器，并提出了EdgeOSH的工作，利用EdgeOSH在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)對(duì)家庭數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。EdgeOSH包含多個(gè)模塊：通信模塊負(fù)責(zé)智能家居設(shè)備互聯(lián)的，其適配多種智能家居中常用的協(xié)議;數(shù)據(jù)管理模塊管理所有家庭數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合和處理；自管理模塊提供設(shè)備的管理以及智能家居服務(wù)間的管理，以期提供智能化的家居環(huán)境。作者認(rèn)為命名（naming）和編程接口是智能家居發(fā)展中的幾個(gè)較為關(guān)鍵的問(wèn)題。因此，作者提供了編程接口以方便發(fā)者在其上進(jìn)行開(kāi)發(fā)。同時(shí)，命名服務(wù)和其他模塊進(jìn)行合作，對(duì)資源進(jìn)行統(tǒng)一的命名，提供方便地管理。

與EdgeOSH—樣，中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所的徐志偉研究員團(tuán)隊(duì)也一樣認(rèn)為，編程接口在智能家居等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中的應(yīng)用較為重要。該團(tuán)隊(duì)拓展RESTful設(shè)計(jì)風(fēng)格，將其引入物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中。通過(guò)RESTful風(fēng)格的接口，即使是外部用戶(hù)也可以方便的訪問(wèn)智能家居設(shè)備，從而拉進(jìn)智能家居系統(tǒng)和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的距離。同時(shí)在智能家居邊緣側(cè)，其利用非侵入式負(fù)荷監(jiān)測(cè)（non-intrusiveloadmonitoring，NILM）技術(shù)，關(guān)注于家庭的用電狀況，并分析用電情況，提供更高效的節(jié)能方案。

智慧城市

智慧城市是利用先進(jìn)的信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)城市智慧式的管理和運(yùn)行.2016年阿里云提出了“城市大腦”的概念，實(shí)質(zhì)是利用城市的數(shù)據(jù)資源來(lái)更好地管理城市，2017年10月Alphabet旗下城市創(chuàng)新部門(mén)SidewalkLabs建造名為Quayside的高科技新區(qū)，并希望該智慧城市項(xiàng)目能夠成為全球可持續(xù)和互聯(lián)城市的典范。然而，智慧城市的建設(shè)所依賴(lài)的數(shù)據(jù)具有來(lái)源多樣化和異構(gòu)化的特點(diǎn)，同時(shí)涉及城市居民隱私和安全的問(wèn)題，因此應(yīng)用邊緣計(jì)算模型，將數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)邊緣處理是一個(gè)很好的解決方案。

邊緣計(jì)算在智慧城市的建設(shè)中有豐富的應(yīng)用場(chǎng)景。在城市路面檢測(cè)中，在道路兩側(cè)路燈上安裝傳感器收集城市路面信息，檢測(cè)空氣質(zhì)量+、光照強(qiáng)度、噪音水平等環(huán)境數(shù)據(jù)，當(dāng)路燈發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)反饋至維護(hù)人員。在智能交通中，邊緣服務(wù)器上通過(guò)運(yùn)行智能交通控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)時(shí)獲取和分析數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)時(shí)路況來(lái)控制交通信息燈，以減輕路面車(chē)輛擁堵等。在無(wú)人駕駛中，如果將傳感器數(shù)據(jù)上傳到云計(jì)算中心將會(huì)增加實(shí)時(shí)處理難度，并且受到網(wǎng)絡(luò)制約，因此無(wú)人駕駛主要依賴(lài)車(chē)內(nèi)計(jì)算單元來(lái)識(shí)別交通信號(hào)和障礙物，并且規(guī)劃路徑。EdgeOSc是一種基于邊緣計(jì)算的面向智慧城市的系統(tǒng)級(jí)操作系統(tǒng)，它分為3個(gè)部分，底層的數(shù)據(jù)感知層、中間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層和頂層數(shù)據(jù)應(yīng)用管理層。該操作系可以有效管理智慧城市中的多來(lái)源數(shù)據(jù)，，提高了數(shù)據(jù)共享的范圍和深度，以實(shí)現(xiàn)智慧城市中數(shù)據(jù)價(jià)值的最大化。