李璐

摘要：随着物联网技术的飞速发展，各种各样的物联网应用不断涌现，将物联网技术引入办公环境中可以大大提高工作效率。基于此，设计开发了一种基于物联网的智慧办公系统，在充分考虑非功能性需求的基础上综合运用各种物联网技术对办公环境进行智能管理，在提高工作效率的同时满足用户的个性化需求。

关键词：物联网;用户体验质量;服务质量

中图分类号：TP311   文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）34-0066-02

1 引言

物联网的概念最初来源于麻省理工学院的Auto-ID Labs在1999年提出的网络无线射频识别系统，即把所有的物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理[1]。2005年11月17日，国际电信联盟（ITU） 在突尼斯举行的信息社会世界峰会上发布了题为“ITU Internet reports 2005-the Internet of things”的报告，正式提出了物联网这一概念[2]。随着物联网的飞速发展，物联网被称为继计算机、互联网之后世界信息产业的第三次浪潮[3]。

在物联网应用中，用户的需求可以分为功能性需求和非功能性需求，功能性需求用于描述物联网应用所应提供的功能，非功能性需求则用于描述物联网应用提供的服务或功能所受到的约束。随着物联网广泛应用于各行各业，用户对物联网应用的需求不仅仅局限于实现特定功能，还希望得到良好的用户体验，非功能性需求开始越来越受到业界的重视。

本文首先介绍了物联网的概念和体系结构，对体系结构中每层的功能进行了分析。接着，对物联网应用的非功能性需求进行了研究，介绍了两种非功能性需求度量标准。在对传统办公环境的缺陷进行深入剖析的基础上，将物联网技术引入办公环境，设计开发了一种基于物联网技术的智慧办公系统，在提高工作效率的同时满足用户的个性化需求。

2 物联网和非功能性需求

2.1 物联网

通常认为，物联网是指各种信息传感设备，如传感器、条码、RFID等，通过各种接入网和互联网结合起来形成的实现人与人、人与物、物与物交互的巨大智能网络。

根据国际电信联盟的建议，物联网自底向上可以分为以下五层[4]：感知层，该层的主要功能是通过各种传感设备收集物体信息、环境情况等数据;接入层，该层的主要功能是通过无线局域网、卫星网等基础设施将感知层收集的数据传输到互联网中;互联网层，该层的主要功能是以IPv4/IPv6为核心构建互联网平台整合信息资源;服务管理层，该层的主要功能是基于云计算等技术对海量信息进行管理并为上层应用提供用户接口;应用层，该层的主要功能是集成系统底层功能，构建面向各行各业的具体物联网应用。通过对上述各层进行整合，通常认为物联网的体系结构可分为感知层、网络层和应用层三层，其中，感知层实现对物理世界的智能识别、信息采集，涵盖上述五层中的感知层;网络层实现信息的传递、路由和控制，涵盖上述五层中的接入层和互联网层;应用层包括应用基础设施和各种物联网应用，涵盖上述五层中的服务管理层和应用层。

2.2 非功能性需求

目前，非功能性需求最常用的度量標准是服务质量（Quality of Service，QoS）。QoS的定义最初由CCITT给出：QoS是一个综合指标，用于衡量使用一个服务的满意程度，描述关于一个服务的某些性能特点。物联网应用涉及感知层、网络层和应用层三层，每层的QoS都会对整个应用的QoS产生影响。

随着对QoS研究的不断深入，研究者发现QoS忽略了用户的主观因素，并不能准确反映用户对物联网应用的认可程度，而用户体验质量（Quality of Experience，QoE）以用户认可程度为标准，综合了服务层面、用户层面和环境层面的影响，能够直接反映用户对物联网应用的认可程度。

QoE最初被定义为用户对提供给OSI模型不同层次的QoS机制整体感知的度量[5]。之后，国际电信联盟等扩展了QoE的定义，将其定义为：终端用户主观上对服务或者应用的整体可接受程度[6]。通过上述分析不难看出，QoE实际上是用户在与应用交互过程中的一种主观感受，用于描述用户对应用的认可程度。

由于用户与应用的交互必然是处在一定的环境之中，故可将QoE的影响因素分为用户、服务和环境三个方面，如图1所示。用户方面的影响因素包括用户的期望、体验经历、身心状态以及教育程度、价值观等自身背景。服务方面的影响因素涉及传输层，应用层和服务层，传输层反映网络的传输状况;应用层反映应用本身的性能，如数据转换应用中的正确率、视频业务中的分辨率等。服务层描述应用的重要性、成本等内容，如优先级等。环境方面的影响因素包括应用的物理环境和外部环境，其中，物理环境指服务运行的软硬件环境，外部环境指自然环境和社会人文环境，如温度、道德规范等。

3 基于物联网技术的智慧办公系统

随着物联网的飞速发展，物联网广泛应用于各行各业，大大改善了人们的生活。随着人们生活品质的提高，人们对办公环境也有了更高的要求。在传统办公环境中，各种设备相互独立，需用户控制，智能化程度较低。通过在办公环境中引入物联网技术，在充分考虑非功能性需求的基础上对办公环境中的各种设备进行统一管理，可实现办公环境的智能调节，既能提高工作效率又能提供良好的用户体验。

3.1 体系结构

基于物联网技术的智慧办公系统体系结构如图2所示，整个系统主要包括环境监控、智能安防和门禁系统三个部分。环境监控模块通过温度传感器、湿度传感器和光照传感器采集环境信息，基于Zigbee技术将环境数据经由Zigbee协调器传至服务器，服务器根据预设的温湿度、光照数值控制照明系统、通风系统和空调设备，当温度过高时自动开启空调降温;湿度过大时自动开始通风;光线过暗时自动开启照明。智能安防模块通过烟雾传感器、火焰传感器、CO传感器采集环境信息，监测是否发生火灾、浓烟、CO泄漏，一旦发生危险，将报警信息通过数字量采集器、串口链路服务器和无线路由器传至服务器端，同时报警灯报警。下班后将红外对射设备开启，对办公环境进行布防，当有人非法进入时，红外对射设备将报警信息通过数字量采集器、串口链路服务器和无线路由器传至服务器端，同时报警灯报警，服务器端还可以通过摄像头对办公环境进行视频监控。门禁系统包括两个部分，一是刷卡签到，员工上班时通过RFID技术使用射频卡进行签到，数据经串口链路服务器存入服务器端的数据库中保存。二是刷卡上电，通过射频卡来控制办公环境的供电，并且可通过Zigbee技术实现电表数据的智能读取，实现自动抄表和缴费。在这套系统中，服务器与网络相连，个人电脑、移动设备随时随地可通过网络查询相关信息和对系统进行控制。

3.2 非功能性需求

在基于物联网技术的智慧办公系统中，使用QoE作为非功能性需求的度量标准。系统根据用户反馈的用户体验质量智能调节办公环境，在满足功能性需求的同时满足用户的个性化需求。为此，需要对QoE进行量化，以便通过主成分回归的方法研究QoE与其影响因素之间的函数模型来准确反映QoE与其影响因素之间的关系。

根据QoE的特征，可采用类别量表、等距量表和顺序量表对QoE进行量化。目前，广泛采用的量化方法是国际电信联盟建议的Mean Opinion Score（MoS）评分法，如表1所示。该方法是一种顺序量表法，将QoE分为5个层次，较为细致地描述了用户的主观感受，且工作量适中。

由于不同的样本数据具有不同的量纲和数量级，因此需要对MoS评分法收集到的样本数据进行正规化处理，以便消除量纲和数量级对样本数据的影响。在数据标准化处理中，常用的方法有如下三种：Z-Score 标准化、最大最小标准化和小数定标法。在此，使用Z-Score标准化来处理样本数据，将不同量级的样本数据转化为统一量度的Z-Score分值进行比较。

4 结论

本文首先从概念和体系结构两个方面对物联网进行了深入研究，分析了物联网体系结构中每层的功能。接着，从物联网应用的非功能性需求入手，研究了两种非功能性需求的度量标准，分析了其优劣。在对传统办公环境的缺陷进行分析的基础上，提出了一种基于物联网的智慧办公系统，使用QoE对非功能性需求进行度量，在提高工作效率的同时提升用户体验。

参考文献：

[1] 文浩，林闯，任丰原，等.无线传感器网络的QoS体系结构[J].计算机学报，2009，32（3）：432-440.

[2] Auto-ID Labs homepage[2021-04-25]. http： / /www. autoidlabs.org/page.html.

[3] 陈海明，崔莉，谢开斌.物联网体系结构与实现方法的比较研究[J].计算机学報，2013，36（1）：168-188.

[4] ITU NGN-GSI Rapporteur Group. Requirements for support of USN applications and services in NGN environment[R].Geneva： International Telecommunicati on Union （ ITU） ，2007.

[5] Siller M，Woods J.QoE improvement of multimedia transmission[C]. Proceedings of the IADIS International Conference，2003，II： 821-825.

[6] ITu-T：Definition of quality of experience（QoE）[Z].International TelecommunicationUnion， Liaison Statement， Ref.：TD 109rev2（PLEN/12），2007.

【通联编辑：梁书】