宫艳雪，武智霞，郑树泉，丁志刚

（1.上海计算机软件技术开发中心，上海200112；2.上海嵌入式系统应用工程技术研究中心，上海201112）

0 引 言

社区是承载社会人口的基本单元，是城市发展的重要体现者。但是由于多种原因，社区建设中还存在多种问题，如技术和产品缺乏开放性、兼容性和互联性，统一的技术标准尚未形成，产品功能单一，不具备感知功能等［1－3］。目前的社区服务无法实现全面智能化，已经不能满足人类对居住环境的要求［4］。

物联网技术能够解决目前社区建设存在的问题，为社区的全面智能化发展提供技术支撑。物联网［5］是实现物物相连的互联网络，将用户端延伸到了任何物品和物品之间，完成信息交换和通讯，提供更加全面、丰富的信息，实现智能化控制与决策。物联网的融入为实现全面感知、互通互联、开放兼容的智慧化社区奠定了良好的基础，智慧社区已经成为未来社区发展的重要方向。作为设计和实现物联网系统的重要基础，物联网体系架构的研究也逐渐成为国内外学者的研究热点［6，7］，但是目前还缺乏系统性的物联网架构研究成果以指导智慧社区的全面建设。

本文结合社区建设的实际需求以及物联网技术的发展前景提出了一种面向智慧社区的物联网架构，将无线传感网、RFID、视频识别等技术应用于安全防范、能源管理、社区服务、智能家居、远程医疗、车辆管理等诸多方面，并详细介绍了智慧社区物联网中间件平台以及应用系统的建设情况。同时，通过某老年疗养中心信息系统建设的应用来验证面向智慧社区的物联网架构设计思想，并探讨了智慧社区的发展意义。

1 智慧社区架构

图1 智慧社区架构

目前，物联网技术处于发展阶段，带来的智慧社区产业也正处在探索性实施过程中，因此对于智慧社区的定位和定义存在多种理解［8，9］。本文对智慧社区的定义如下：智慧社区是一种应用先进物联网技术提升社区服务的全新社区形态，以物联化的形式将社区内的人和物通过网络互联互通，形成现代化、网络化、信息化和智能化的新型社区运行模式，运用智能楼宇、智能家居、智能交通、智能医院、智慧政务以及数字生活等技术手段为居民提供方便、快捷和智能化的服务。智慧社区的建设具有重大的意义，将加强基层社会稳定，提高社区自治能力，提高居民生活质量，并为智慧城市的建设提供了以社区为单元的区域性示范。智慧社区的架构如图1所示。

智慧社区的主体 （居民、商户、社区机构、政府机构等）通过基于物联网技术建设的智慧社区应用平台对社区中的资源环境 （人、车辆、建筑、设备等）进行监控。基于物联网的技术架构以及智慧社区的重点建设目标的研究，本文对智慧社区的架构划分为感知层、网络层、中间件层以及应用层。感知设备采集的技术通过网络传输上传到中间件层，并通过中间件层的数据处理为应用层提供可供分析与决策的信息，智慧社区的部署如图2所示。

2 感知设备与网络

感知设备是联系物理世界和信息世界的纽带，用来感知智慧资源环境中的物理量，如温度、压强、光照、速度、血压等信息，也可通过采集到的信息来识别物体。智慧社区建设主要利用感知设备来监控小区内的智慧资源，主要包括：

（1）在小区内的重点区域以及根据居民要求在住宅内安装摄像头，实现对整个小区以及居民住宅的安全监控。

（2）在小区的出入口安装门禁系统，每个居民通过配备的一卡通进出小区，实现对小区的安全管理。

（3）对孤寡老人、患有慢性病的病人等特殊人群配备可检测血压、心跳、体温等功能的传感器，并提供定位跟踪业务，实现智能化的病理跟踪、监控和管理。

（4）将图书馆的图书贴上RFID标签，并安装读卡器装置快速完成图书的上架、查找等操作；

（5）在小区及住宅内安装空气质量传感器、烟雾传感器、温度传感器、光感传感器等，进行环境参数的采集，为应用层的环境监测与节能系统提供控制参数。

（6）安装无线远程计量表，在线、实时的获取用电、用水以及煤气等相关的数据量，并可通过远程控制功能对计量表的参数进行调整。

（7）运用GPS定位技术方便设置物业巡更时间以及路线，并动态显示巡更人员的行走路线以及到达时间等数据。

图2 智慧社区部署

感知设备采集的信息通过智能网关与网络层进行通信。网络的主要作用是把感知设备的数据接入互联网，供上层应用服务使用，是实现物物相连的基础设施。网络设施是实现社区物联化的基础，在建设社区网络时要大力建设光纤入户有线宽带网络，并构建2G、3G、4G和WLAN四网融合的多层次、广覆盖、多热点的无线宽带网络，有效促进有线与无线的融合，从而满足智慧社区对通信网络的多种需求。通过这些网络将感知设备采集的信息通过网络传到数据中心，作为进行数据分析、智能决策的基础。网络化建设是智慧社区实现互联互通的重要技术，鉴于篇幅有限，本文将不做扩展讨论。

3 中间件

物联网的应用理念是通过万物的互联互通进行相关信息的有效提取，实现对各种数据的分析与处理，达到高智能化的决策和判断［10］。物联网技术的实际应用涉及到种类繁多、数据量巨大的 “物”，如何利用中间件技术完成对这些 “物”的有效管理以及海量信息的处理是物联网技术成功应用的关键［11，12］。

本文在面向物联网架构方法论［13］的基础上，运用面向物联网架构 （TOA）理论来建立更高层次的公共平台理念，建设对 “物”进行统一管理的物联网中间件集成平台。该平台通过建立业务应用程序和底层数据获取设备之间的通信桥梁实现了数据通信、任务分配、事务处理以及设备管理等功能，对物联网网络环境中的 “人—物”、 “物—物”之间的沟通和交互进行统一处理，通过简单、统一的接口进行联系，接口采用中立方式进行定义，从而实现联网对象之间的松耦合。物联网中间件集成平台主要包含四方面技术组件：物联网网关、物联网数据总线、物联网消息处理引擎以及物联网关系管理，整体结构如图3所示。

图3 物联网中间件集成平台结构

在智慧社区的系统应用中，传感设备采集的信息上传到物联网智能网关后，通过网络传送到物联网中间件集成平台的物联网网关组件，将物联网网关采集不同感知网络的感知设备信息转换为统一的数据格式，将数据传递到物联网消息处理引擎实现数据的处理，物联网消息处理引擎将处理后的结果反馈到物联网关系管理组件，并通过该组件实现对 “物”的管理、监控以及对物联网网关进行实时的配置的功能。其中，物联网数据总线为其它组成部分间的通信，提供相应的通信接口，是其它组件的粘合剂。物联网中间件集成平台主要由调度服务器、信息处理服务器、通信服务器以及配置与监控系统组成，其中通信服务器、信息处理服务器是采用多台负载均衡的应用，调度服务器使用主从的调度方法针对各服务器功能以及使用情况进行任务分配。

针对智慧社区建设需要采集海量、异构数据的特点，物联网中间件集成平台运用以 “物”为中心的架构技术实现对感知信息的获取和转换，将各个分离的设备、功能和信息等集成到相互关联、统一和协调的系统之中，使资源达到充分共享，进而向上提供了不同的应用开发框架、向下屏蔽了异构网络和硬件平台的差异，提供了通用的物联网应用和服务，实现应用之间的互联、互通与互操作以及集中、高效、便利的管理。

4 应用层

应用层为互联网和用户提供接口，它与社区建设需求相互结合，实现物联网的智能应用。应用层针对智慧社区的需求，搭建各种应用平台。各应用平台系统在通过传感手段获得的大量数据的基础上提供更加细腻的管理和控制，实现智慧社区的全面建设需求。根据社区全面智能化建设的实际需求，智慧社区应用层将重点建设3个平台：面向单独家庭的智慧家居管理平台，面向整个社区的社区物联网管理平台，以及支持社区互动的社区网络服务平台。智慧社区应用系统组织如图4所示，本系统将智慧家庭连接在智慧社区中，通过互联网以社区网络服务平台为入口，使用户能够通过终端与社区物联网管理平台和智慧家居管理平台进行交互，实现社区数字化以及全智能化的管理。

图4 智慧社区应用系统组织

4.1 智慧家居管理平台

智慧家居管理平台以家庭为单位，以住宅为平台，利用先进的物联网技术将与居家生活有关的各种设备有机的结合起来，提供全方位的信息交换功能，并帮助人们有效安排时间、节约能源消耗、照顾疾患病人以及实现全面的智能安防。智慧家居管理平台主要包括家居安防系统、家庭医生服务系统以及智能家电系统。各系统具体的功能如下：

家居安防系统：该系统集成可视安全对讲子系统、防盗报警子系统、防火灾报警子系统、防煤气泄漏报警子系统以及远程视频监控子系统，实现家居的全方位智能安防。用户可以登陆社区网络服务平台通过视频监控系统对住宅的情况进行实时监控。一旦发生危险报警，智慧家居管理平台会将警报信息上传到社区综合智能安防系统，并以短信的形式通知居民，迅速处理住宅的外界侵入和自然因素引起的灾害。

家庭医生服务系统：该系统整合医疗卫生、物联信息、互联网等优质资源，构建远程健康监护、咨询、会诊、信息管理平台，为家庭提供专业的健康管理技术、产品和服务。系统通过可移动的数据采集、传输设备，检测患者的血压、血氧、心跳速率等一系列的人体常规数据，并将数据上传到社区医疗系统，一旦患者出现不适将会启动社区医疗系统的报警系统，同时根据需求以手机短信的形式通知绑定的用户，及时进行医疗处理。

智能家电系统：该系统实现对家用电子类产品的远程、集中以及智能控制，将信息技术和家电技术相融合，实现家庭生活的信息化和智能化，满足人们舒适、高节奏的生活需求。该系统与社区综合智能安防系统相联动，如家电产品出现安全异常情况将会启动社区智能安防系统的报警功能，并根据需求以手机短信的形式通知绑定用户。

4.2 社区物联网管理平台

社区物联网管理平台集成并扩展智慧家居管理平台的部分功能，应用先进的物联网技术满足全体社区居民在安全防卫、绿色环保以及精神文明建设等多方面的需求。社区物联网管理平台各系统具体的功能如下：

一卡通系统：该系统以现有联通所有家庭的宽度网络为基础，以小区停车场／门禁系统RFID卡为载体，建立以一卡通为基础的统一运营服务系统。居民可以通过一卡通享受包括社区物业服务、自营的增值服务社区内以及周边加盟商业提供的会员制商业服务。

综合智能安防系统：该系统集成电子巡更、视频监控、防盗报警以及门禁等多种社区安防功能，对社区提供全方位的安全防护，为社区居民建立安全、舒适的生活环境。社区的综合智能安防系统可与家居安防系统进行联动，在出现紧急安全问题时迅速启动应急系统，即时获得警力支援，保障社区居民的人身和财产安全。

社区图书馆系统：运用RFID技术开创集精确点检、灵活排架、文献定位导航、自动寻址归架、科学整架上架及典藏防盗一体等功能为一体的全套智慧化图书馆应用系统，简化借还书流程，提高流通效率，改善借阅管理和安全防遗漏流程脱节的情况。应用无线通信技术与网络技术，通过互联网查找图书借阅情况，并对即将租借过期的图书通过短信方式通知借阅人，改进图书馆的服务模式。

社区医疗系统：该系统一方面通过建立面向家庭和个人的健康档案、电子病历、卫生保健等数据库打破医疗信息的地域性限制，共享、高效利用医疗信息，提高医疗技术和质量。另一方面，社区医疗系统与家庭医生服务系统进行集成，运用远程病情监测技术对相关特殊人群进行远程护理，避免病人奔波，提高社区医疗服务的整体质量。

环境监测与节能系统：该系统实现了对于室内以及室外温度、湿度和空气质量的监测。同时借助于分析结果，对于空调和灯光强度的调节策略进行优化，以在确保室内舒适度的前提下，降低由于不合理用电策略造成的高能耗。

综合物业管理系统：该系统融合了远程智能抄表、停车场管理、楼宇对讲、综合信息指南、设备报修、来访客管理等多种基础物业服务功能，为社区居民提供先进的、全方位的综合物业服务。实现物业管理人员对各种物业服务的远程、集中管理，降低工作强度，提高工作效率。

政务延伸系统：该系统将有关群众日常事务的服务延伸到社区，放权至社区窗口。居民可以通过该系统查询或提交相关政务待办事宜，了解国家或市级相关法律条文。

4.3 社区网络服务平台

依托于宽带和移动通信网络，为物业管理者、社区商户、居民、政府机构等提供了日常交流互动、安全管理及办公自动化等应用需求的信息化服务。社区互动网络服务平台融合了家居安防系统、家庭医生服务系统、一卡通系统、社区图书馆系统、社区医疗系统以及政务延伸系统中实现社区网络互动的功能，方便快捷地实现安全警报、远程医疗、图书借阅、政务公告等相关信息的传递和互动。同时，为商户和居民提供社区B2C服务平台，借助于互联网开展在线销售活动，在方便社区居民的同时帮助商户开拓经营的市场。

5 面向智慧社区的物联网架构应用

本文提出的智慧社区架构一方面能够使社区从传统的简单的居住场所上升到可提供居住安全、信息互动、人文与科技共融共生的高层次、高品质及智能化生活环境的载体，另一方面也可通过适当剪裁在医院、学区、商业园区等进行应用，具备一定的通用性。老年疗养中心是一种特殊的社区形态，可提供养老、托老、康复等多功能的服务。目前，智慧社区架构已经在某老年疗养中心信息系统一期建设中得到了应用。

该老年疗养中心信息系统一期建设重点采用最新的视频监控、无线传感网络、射频识别等技术为老人提供智能医疗看护服务和全方位智能安防服务。系统具备人员定位管理功能，可使管理人员实时监护老年疗养中心内各个楼层区域老人的详细信息及数目，并利用监护报警功能实时了解老人的健康情况，启动报警呼救。同时，利用无线传感技术对室内外温湿度、门窗等实施监测，对灯光、窗帘、电器、门禁等实行无线自动控制。一旦发生异常报警，可通过视频联动功能第一时间获取真实图像信息及事件处理画面。该老年疗养中心信息系统一期建设拓扑结构如图5所示。

图5 老年疗养中心信息系统一期建设拓扑结构

该系统具有以下特点：

（1）支持RFID、传感器以及摄像头等多种类型感知设备的接入，可以广泛采集疗养中心关于安防监控以及老人监护的相关信息。

（2）基于智慧社区的物联网架构，可提供统一管理平台，方便老年疗养中心管理人员对相关感知设备的实时运行状态进行管理，及时了解老人身体状况以及当前安防状态等信息。

（3）提供可扩展的数据处理接口，可根据实际需求接入相应数据处理模块，减轻系统维护的工作量，便于疗养中心信息系统应用扩展以及系统升级。

目前，一期建设的老年疗养中心信息系统运行良好，能够满足安防监控与老人监护的功能。根据智慧社区的总体架构并结合老年疗养中心的实际需求，二期建设将围绕停车场管理系统集成、智能监护系统扩展以及节能系统建设等方面开展。

6 结束语

本文针对社区的发展情况提出了一种面向智慧社区的物联网架构，对系统的物联网中间件集成平台以及应用系统进行了重点的阐述，并通过某老年疗养中心信息系统的建设验证了其可行性。作为社区发展的必然趋势，智慧社区建设应秉承智能、人文和服务的理念以探索社会管理、社区服务、惠民兴业的发展新途径，并逐步融合数字社区、信息社区以及智能社区的技术与优势，成为未来社区的主要运行模式。目前，智慧社区的建设亟需系统的分析，本文提出的面向智慧社区的物联网架构旨在起到抛砖引玉的作用，为智慧社区建设提供一个全面智能化建设和部署的参考依据，使居民享受高层次的、更为舒适的 “智慧化”的新型服务。

［1］WU Chengyi.Application of Internet of things in intelligent community ［J］.Internet of Things Technologies，2011，1（6）：64－66 （in Chinese）.［吴承毅.物联网技术在智能社区中的应用 ［J］.物联网技术，2011，1 （6）：64－66.］

［2］FANG Yongwei，RAO Ruonan.Ontology based context fusion in smart community ［J］.Computer Applications and Software，2008，25 （7）：119－121 （in Chinese）.［方永巍，饶若楠.智能社区中基于本体的上下文融合 ［J］.计算机应用与软件.2008，25 （7）：119－121.］

［3］WANG Yang.Design and implementation of the intelligent community certificate authority system ［J］.Journal of Hefei University of Technology（Natural Science），2006，29 （6）：786－789（in Chinese）.［汪洋.智能社区安全认证体系的设计与实现 ［J］.合肥工业大学学报 （自然科学版），2006，29 （6）：786－789.］

［4］ZHOU Xin.Research of distributed middleware system in intelligent residence community ［D］.Qingdao：Qingdao University，2009（in Chinese）.［周鑫.智能小区分布式中间件系统的研究［D］.青岛：青岛大学，2009.］

［5］WANG Baoyun.Review on internet of things ［J］.Journal of Electronic Measurement and Instrument，2009，23 （12）：1－7（in Chinese）.［王保云.物联网技术研究综述 ［J］.电子测量与仪器学报，2009，23 （12）：1－7.］

［6］LI Renfa，XIE Yong，LI Rui，et al.Survey of cyber－physical systems ［J］.Journal of Computer Research and Development，2012，49 （6）：1149－1161 （in Chinese）.［李仁发，谢勇，李蕊，等.信息－物理融合系统若干关键问题综述 ［J］.计算机研究与发展，2012，49 （6）：1149－1161.］

［7］CHEN Minghai，CUI Li，XIE Kaibin.A comparative study on architectures and implementation methodologies of internet of things ［J］.Chinese Journal of Computers，2013，36 （1）：168－188（in Chinese）.［陈明海，崔莉，谢开斌.物联网体系结构与实现方法的比较研究 ［J］.计算机学报，2013，36（1）：168－188.］

［8］KANG Chunpeng.Application of smart community in social management［J］.Journal of Beijing Youth Politics College，2012，21（2）：72－76 （in Chinese）.［康春鹏.智慧社区在社会管理中的应用 ［J］.北京青年政治学院学报，2012，21 （2）：72－76.］

［9］ZHANG Weijiang.Application of the Internet of things technology in intelligent community construction ［J］.Chinese Automatic Identification Technology，2011 （4）：68－69 （in Chinese）.［张伟江.物联网技术在智慧社区建设中的应用 ［J］.中国自动识别技术，2011 （4）：68－69.］

［10］ZHENG Shuquan，HAN Yuanjie，ZHANG Quan.Architecture and application of the internet of things ［J］.Software industry and Engineering，2010 （6）：27－30 （in Chinese）.［郑树泉，韩元杰，张泉.物联网架构与应用 ［J］.软件产业与工程，2010 （6）：27－30.］

［11］YANG Hui，DING Zhigang，ZHENG Shuquan，et al.Design and implementation of a service－oriented middleware ［J］.Computer Applications and Software，2013，30 （5）：65－67 （in Chinese）.［杨慧，丁志刚，郑树泉，等.一种面向服务的物联网中间件的设计与实现 ［J］.计算机应用与软件，2013，30（5）：65－67.］

［12］ZHANG Chunhong，QIU Xiaofeng，XIA Hailun.Internet of things technology and application ［M］.Beijing：People’s Posts and Telecommunications Press，2011 （in Chinese）.［张春红，裘晓峰，夏海轮.物联网技术与应用 ［M］.北京：人民邮电出版社，2011.］

［13］SHAO Huagang，CHENG Jin，WANG Hui，et al.Design of Internet of things－oriented system and its middleware ［J］.Computing Engineering，2010，36 （17）：84－86 （in Chinese）.［邵华钢，程劲，王辉，等.面向物联网的系统及其中间件设计 ［J］.计算机工程，2010，36 （17）：84－86.］