《ENERGY AND BUILDINGS》：Hybrid AI-IoT-Blockchain frameworks for energy-efficient smart homes: a multidimensional review of technologies, policies, and socioeconomic implications
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智能住宅能源系统中AI、IoT与区块链技术的融合机制及挑战分析，提出基于PRISMA框架的多维度综述方法，涵盖技术性能、政策适配和经济效益评估。重点揭示预测优化能效提升达15%-30%，但区块链结算增加12%-18%计算负荷，需通过联邦学习与轻量级共识机制实现平衡。
G. Gulothungan|T. Raja|Yuvarajan Devarajan|Mahit Jain|Honganur Raju Manjunath|Md Asif|M. Madhusudhan|Satish Choudhury|Ravikumar Jayabal
印度泰米尔纳德邦Chengalpattu区Kattankulathur-603203，SRM科学技术学院电子与通信工程系
摘要
人工智能（AI）、物联网（IoT）和区块链技术的融合正在通过预测性优化、去中心化治理和安全的点对点（P2P）交易重塑住宅能源管理。本综述采用了一种改进的“系统评价和荟萃分析优先报告条目”（PRISMA）方法论，该方法论结合了结构化的质量评估、部署分类和证据综合。与以往专注于技术的调查不同，本研究将技术性能、法规准备情况和社会经济可行性纳入了一个统一的社会技术框架中。来自验证实验和试点部署的证据表明，在特定条件下，基于AI的需求响应和预测控制可以减少家庭能源消耗。同时，基于区块链的结算方式提高了透明度，但引入了可测量的计算开销。为了评估可持续性权衡，该综述对比了许可型账本和公共账本在能源足迹、延迟和住宅适用性方面的表现。此外，还研究了实际部署情况、技术成熟度、可解释且保护隐私的AI方法，以及能源即服务（Energy-as-a-Service）和社区微电网等新兴商业模式。这些见解有助于实现可持续发展目标（SDG）7、SDG 11和SDG 13，通过建立高效、透明和低碳的住宅能源系统，同时强调了轻量级架构、联邦智能和适应性监管框架的必要性。
引言
住宅建筑是全球能源系统的重要组成部分，约占全球电力消耗的三分之一，并产生了大量的温室气体排放[1]。城市化加速、数字化转型以及互联家庭设备的普及增加了住宅能源需求，给可持续性和电网韧性带来了新的挑战[2]。传统的家庭自动化系统依赖于对照明、供暖和电器的单独管理，越来越无法满足这些不断变化的需求[3]。这类系统在自适应智能、互操作性和抵御网络安全威胁的能力方面存在不足[4]。因此，迫切需要下一代智能家居，它们能够在提高用户舒适度的同时，通过智能、数据驱动和去中心化的管理方式优化能源消耗、保护数据并促进可持续性[5],[6]。
在这种背景下，AI、IoT和区块链技术的结合成为培育高效、安全和有韧性的住宅环境的变革性范式[7],[8]。AI引入了认知层，支持预测分析、负荷预测和居民行为建模[9],[10]。IoT提供了实时监控和自动化控制所需的传感和通信基础设施，通过智能电表、恒温器和分布式传感器实现[11],[12]。区块链通过提供去中心化的信任机制、不可篡改的交易记录和透明的P2P交换，增强了这些系统的安全性[13]。
最近的研究进一步表明，包括设备调度、消费分析和预测控制在内的设备级AI优化可以在家庭层面实现可量化的能源减少，这突显了细粒度、以设备为中心的智能的重要性，超越了全屋优化框架[14],[15]。
总体而言，这些技术代表着朝着自主、互操作和以用户为中心的智能家居发展的方向，支持去中心化的能源治理和保护隐私的数据管理[16]。
尽管取得了这些进展，AI、IoT和区块链系统的全面部署仍面临持续的挑战。技术障碍包括互操作性限制、网络延迟、区块链的可扩展性限制以及计算开销[17]。从社会经济角度来看，高昂的安装成本、数字基础设施的获取不平等以及政策惰性阻碍了广泛采用[18]。关于数据所有权、自动化决策中的责任以及法规合规性的伦理困境仍未解决。应对这些挑战需要统一的通信标准、适应性治理框架，以及将工程创新与经济和社会因素相结合的综合范式[19]。
尽管有许多综述单独审视了AI驱动的优化、基于IoT的自动化或基于区块链的能源交易，但整合技术、政策和社会经济维度的综合分析仍然很少[20]。以往的研究往往强调算法或架构创新，而忽视了数据治理、采用公平性和法规准备等关键交叉点[21]。相比之下，本综述提出了一个多维度的综合分析，将这些领域联系起来。它结合了联邦学习、边缘雾计算和智能合约的最新进展，以及对治理模型、行为采纳激励和新兴商业框架的分析。此外，还引入了一个比较性政策-技术矩阵和结构化的研究路线图，旨在超越传统的以技术为中心的评估。这种跨领域的视角将混合AI-IoT-Blockchain系统视为不仅仅是技术创新，更是实现透明、公平和净零排放住宅能源生态系统的社会技术推动者。
手稿的其余部分组织如下：第2节阐述了用于系统文献综述的方法论框架；第3节探讨了AI、IoT和区块链的技术基础和融合；第4节评估了法规、政策和社会经济方面；第5节对混合模型和部署成熟度进行了比较分析；第6节指出了未来的研究重点和实施路径；第7节为学者、行业从业者和政策制定者提供了战略性的见解。
通过这种综合性的审视，本综述旨在弥合技术创新、治理准备和以用户为中心的设计之间的差距，从而推动与全球数字化和脱碳目标相一致的智能、透明和可持续住宅能源系统的讨论。
方法论和文献调查方法
为了确保科学严谨性、透明度和可重复性，本综述采用了PRISMA指导的系统方法论，并增加了结构化的质量评估、偏见风险管理、审稿人之间的相互验证、技术成熟度分类和定量证据综合。该方法论框架超越了传统的叙述性综述，整合了性能基准测试、部署成熟度评估和经济验证评估。
技术基础、性能基准和集成权衡
传统住宅基础设施向智能、自主和高效智能家居的转变依赖于AI、IoT和区块链技术之间的协同作用。这些技术共同实现了实时感知、预测优化、去中心化交易管理和安全的数据治理[29]。然而，尽管混合架构有望提高可持续性和透明度，但它们的性能仍存在政策、法规和社会经济维度
在住宅能源系统中实施混合AI-IoT-Blockchain框架不仅代表了技术上的变革，也标志着治理和社会的进化。其有效性取决于法规清晰度、经济可行性、机构信心和用户认可度之间的相互作用。因此，必须从社会技术的角度审视智能家庭能源生态系统，结合政策框架、数据治理模式和市场比较分析、部署成熟度和证据综合
对112项研究的系统综合表明，AI、IoT和区块链在智能家庭能源系统中的整合在技术、实证和社会制度层面进展不一。虽然许多研究展示了算法优化或安全交易基础设施，但只有少数记录了经过验证的实际应用[68]。因此，评估这一研究领域不仅需要主题分析未来方向和开放挑战
混合AI-IoT-Blockchain智能居住系统的未来发展取决于弥合理论创新与可实施基础设施之间的差距。尽管现有研究在预测性优化、去中心化协调和安全交易管理方面展现出巨大潜力，但实际应用仍受到互操作性挑战、法规模糊性、计算负担和部署成熟度不一致的阻碍。结论
本综合综述对结合AI、IoT和区块链技术的混合框架进行了全面评估，特别是针对高效智能家居的应用，汇集了技术、政策导向和社会经济视角。与之前单独研究这些技术的做法不同，本研究提出了一个连贯的概念框架，将数字治理、用户行为和去中心化科学写作中生成式AI的声明
作者承认使用了AI辅助工具（尤其是Grammarly）来提高语言准确性、纠正语法错误并增强文章的整体连贯性。本文的内容、分析讨论和结论完全是作者的原创贡献，AI工具仅用于提升文本的呈现和清晰度。使用AI符合期刊对透明度和伦理规范的要求CRediT作者贡献声明
G. Gulothungan：概念化。T. Raja：形式分析。Yuvarajan Devarajan：撰写——审阅与编辑。Mahit Jain：方法论。Honganur Raju Manjunath：软件。Md Asif：项目管理。M. Madhusudhan：软件。Satish Choudhury：监督。Ravikumar Jayabal：撰写——初稿。利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
