基于人工免疫系统和ZigBee的智能家居灯光控制系统的设计[2]

　　3. 1 抗原

　　住宅是私人空间，主要包括起居室、餐厅、厨房、卫生间和卧室等。为了满足每个空间不同的使用功能，应采用不同的照明设计。以起居室为例，它是一个多功能的活动空间，所配置的照明应能很好地配合家庭中各种各样的活动，诸如: 看电视、阅读、聚会等[4]。同时，不同时刻外界自然光的照度不同，不同用户对于不同场景模式的要求也不尽相同，因此抗原包括四个属性: 房屋类型、用户名、场景模式和自然光照度。抗原来自两方面，一方面由于用户切换照明模式，抗原来自遥控器的用户命令，另一方面来自自然光照度有较大变化时，系统自动产生包含当前自然光照度的抗原，以便重新调整各灯具照度，自然光照度变化阈值由用户在免疫控制器上设置。

　　3. 2 抗体

　　抗体的结构类似于法默和他的同事在文献[5] 中所提出的。如图3 所示，它主要包括三个部分: 抗体决定基、照度编码区和独特型。抗体决定基和独特型的结构同抗原类似，同样包括相同的四个属性。照度编码区包括当前情况下相关灯具的优化照度，这些照度交由中央处理单元识别，直接发送给灯具控制终端，用于控制相关灯具。抗体通过其抗体决定基不仅可以识别抗原决定基，也可以识别其他抗体的独特型，这样可以保证抗体的多样性。

　　3. 3 B 细胞和骨髓

　　B 细胞是抗体分子的载体，本文对二者不作区分，结构完全相同。骨髓中设有一个记忆B 细胞库，不同用户在不同自然光照度下设置的各种照明模式都作为记忆B 细胞存在该库中。每次有抗原输入，中央处理单元将抗原的前三个属性传递给骨髓，骨髓完成B 细胞前三个属性与抗原前三个属性的匹配，只有完全匹配的记忆B 细胞才能作为成熟的B细胞被排出骨髓，进入免疫反应区，成为免疫反应区中的抗体，上述过程即是B 细胞的耐受过程。若用户修改某一照明模式，记忆B 细胞库中将产生一个新的B 细胞，同时消灭与其特别相近的B 细胞，这样可与确保骨髓总能记忆用户的最新需求，同时维护了库中记忆B 细胞的多样性。

　　3. 4 中央处理单元和免疫反应区

　　中央处理单元是同灯具控制终端、遥控器和照度传感器相连的接口。它储存来自照度传感器的测量数据和遥控器的用户命令，同时又向各灯具控制终端发送指令。中央处理单元同时还控制着免疫控制器的另外两个部分，免疫反应区和骨髓，向它们实时提供抗原。

　　免疫反应区是免疫控制器的核心。抗体和抗原在此进行匹配，并最终产生符合用户需求的最优抗体。免疫反应区包括大量的交互函数，这些函数计算抗原同抗体的亲合度，并最终确定最优抗体，传递给中央处理单元。

　　4 人工免疫系统的实现

　　4. 1 抗原和抗体的编码

　　抗原和抗体具有相似的结构，抗原由用户或中央处理单元产生，抗体在骨髓中形成。为了便于计算和匹配，本文选用了二进制的编码方式对抗原和抗体进行编码。抗原的编码如表1 所示。其中，自然光照度的编码采用如下方法: 二进制的数据共12位，由低位到高位，每四位分别代表十进制中的个位、十位和百位; 如表1 所示，二进制中的低4 位0101 代表十进制中的个位5。