[论文解读] Dashbell: A Low-cost Smart Doorbell System for Home Use

Bradley Quadros, Ronit Kadam+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 16, 2017

IoT-based Smart Home Systems参考文献 6被引用 10

一句话总结

Dashbell 提出了一种使用亚马逊 Dash 按钮、树莓派和云服务的低成本智能门铃系统，通过智能手机应用程序实现远程访客识别与门禁控制。价格低于 40 美元，其功能与商用系统相当，同时凭借其分布式架构可实现更快的故障诊断。

ABSTRACT

Smart doorbells allow home owners to receive alerts when a visitor is at the door, see who the guest is, and communicate with the visitor from a smart device. They greatly improve people's life quality and contribute to the evolution of smart homes. However, the commercial smart doorbells are quite expensive, usually cost more than 190 US dollars, which is a substantial impediment on the pervasiveness of smart doorbells. To solve this problem, we introduce the Dashbell-a budget smart doorbell system for home use. It connects a WiFi-enabled device, the Amazon Dash Button, to a network and enables the home owner to answer the bell triggered by the dash button using a smartphone. The Dashbell system also enables fast fault detection and diagnosis due to its distributed framework.

研究动机与目标

• 解决商用智能门铃价格过高（超过 190 美元）的问题，以提升大多数家庭用户的可及性。
• 利用现成组件和现有家庭基础设施，开发一种低成本、可自行组装的替代方案。
• 即使房主不在家，也能通过智能手机实现远程通知、访客图像捕获和门禁控制。
• 通过分布式架构提升系统可维护性，实现本地化故障检测和部件级维修。
• 通过加密通信和安全认证机制保障访问决策的安全性，提升安全性和隐私保护。

提出的方法

• 系统使用亚马逊 Dash 按钮作为门铃触发器，按下时发送 WiFi 信号。
• 树莓派接收该信号后，激活网络摄像头捕获访客图像，并触发蜂鸣器进行本地提醒。
• 带有时间戳的捕获图像上传至亚马逊网络服务（AWS）云存储，以供远程访问。
• 定制的 Android 应用程序通知房主访客请求，并通过安全界面允许远程访问决策。
• 系统使用伺服电机在远程批准后自动解锁门禁，若拒绝则拒绝访问。
• 该架构为分布式设计，允许独立诊断和更换各个组件（如树莓派、摄像头、按钮）

实验结果

研究问题

• RQ1 能否使用低成本、广泛可得的组件，在 40 美元以下构建智能门铃系统？
• RQ2 与集成式智能门铃相比，分布式系统架构是否能提升故障检测和维修效率？
• RQ3 亚马逊 Dash 按钮能否在家庭自动化场景中有效且可靠地被重新用作安全的门铃触发器？
• RQ4 系统在捕获和存储访客图像时，如何确保隐私和安全？
• RQ5 远程访问和实时视频验证在多大程度上能提升家庭安全性和用户便利性？

主要发现

• Dashbell 系统的组装成本低于 40 美元，远低于商用智能门铃（售价 199 美元或以上）。
• 分布式架构可实现更快的故障诊断，因为树莓派或摄像头等单个组件可独立更换，无需更换整个系统。
• 系统成功捕获访客图像并上传至云端，附带时间戳，支持通过智能手机应用程序进行远程身份验证。
• 远程门禁控制功能正常，当通过移动应用程序批准后，门会自动解锁。
• 系统支持安全通信和数据加密，降低了未经授权访问或数据泄露的风险。
• 尽管原始设计用于商品重购，但将亚马逊 Dash 按钮用作触发器在实际中可行且成本低廉。