一种嵌入式家居无线控制网关的制作方法

1.本发明涉及物联网应用中的智能家居交互和控制技术领域，特别涉及一种嵌入式家居无线控制网关。


背景技术：

2.随着互联网技术的发展，智能家居的概念得到了多数人的接受和认可。现代的智能家居系统不仅仅能够实现简单的安防报警系统，更是涵盖了环境检测、可燃气体报警、智能家电控制、节能等功能。网关是智能家居系统的重要组成部分，是底层数据传感和高层广域网通信的桥梁，网关设计的良好与否直接决定了智能家居系统的好坏。
3.现有智能家居网关，多采用专用线缆或者zigbee无线传感通信网络。采用专用线缆，虽然成本较低，但是布线非常繁琐，添加或者删除智能家居监控节点，都需要较大的工程改造，这对智能家居的推广造成了较大的影响。
4.基于zigbee的无线通讯系统，虽然解决了无须布线的问题，但线通信受障碍物影响较为明显，在穿越钢筋混凝土墙体后，信号大幅度衰减，传输距离锐减。虽然可以采用自组网（节点中继技术）来部分解决问题，但成本会急剧上升。为了实现家庭内部的覆盖，需增加节点发射功率。对于采用zigbee和蓝牙技术的节点来说，一旦增加功率，辐射大幅度上升，超过安全范围。
5.电力载波通信技术很好的解决了这个问题，低压电力线载波plc通信是以低压配电线(380v／220v电力线)作为信息传输媒介进行数据或语音等传输的一种特殊通信方式。电力线网络是目前覆盖范围最广的网络，有着巨大的潜在利用价值。国外对此研究已有近百年的历史，在理论和技术上有着绝对的优势。
6.电力载波通信可以很好的解决智能节能监控电力插座的通信传输，但是一些传感器使用电池供电，且摆放位置特殊，不适合经过电力线传播，需保留无线通信功能。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种嵌入式家居无线控制网关。
8.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种嵌入式家居无线控制网关，其特征在于，包括处理模块、通信模块、安全模块、web模块、查询模块和转发模块，所述处理模块分别与通信模块、安全模块、web模块、查询模块和转发模块连接，所述通信模块与各智能家居节点、外部客户端进行双向数据通信，所述安全模块通过双向认证加密算法实现了网关与外部客户端的双向身份认证，所述web模块能够开启web 服务功能，实现通过外网实时监测家居内部环境的状态变化，所述转发模块用于网关异构网络的数据转发。
9.优选的，所述通信模块包括zigbee 通信模块、plc 通信模块、gprs模块以及wifi 通信模块，所述zigbee 通信模块与各智能家居节点连接并采集数据，等待接收来自处理模
块发送的命令时，将数据进行上传；所述plc 通信模块通过电力线与各智能家居电性连接，plc 通信模块自始至终处于轮询的工作状态，每隔一段时间就向各智能家居节点发送查询报文。当网关接收外部客户端的查询或控制命令时，plc 通信模块与各智能家居节点立即建立握手机制，然后发送一个查询或控制命令给各智能家居节点；所述wifi 通信模块根据外部网络的变化实现三种工作模式从而与外部客户端或者外部网络进行双向数据通信；所述gprs模块配合用户操纵各智能家居节点运行的同时，能够将连接的传感器网络的检测数据和各智能家居节点的运行状态通过发短信传递给用户，并将数据上传至外部网络。
10.优选的，所述wifi 通信模块的三种通信模式包括ap 模式、sta 模式和ap+sta模式。
11.优选的，所述web模块采用扩展的cgi技术，即ssi 和cgi结合实现动态网页请求，web模块启动后会监听请求的到来，收到get或者post请求后即对其进行扩展cgi处理，如果请求的是ssi格式文件，即通过ssi函数进行处理对应的网页文件，如果请求的是cgi格式的文件，通过文件系统调用对应的网页文件进行处理。最后服务器以网页文件形式回传给浏览器。
12.优选的，所述安全模块采用短信动态验证码技术，外部客户端向网关发送手机短信，从而获得验证码，然后开始进行身份认证，在认证过程中使用对称加密算法和非对称加密算法，保证了双向身份认证有效，同时在认证完通过后，双方共同确定之后通信的共享密钥。
13.优选的，所述转发模块针对网关的各个通信子模块如zigbee模块、wifi模块、plc模块和gprs 模块，实现家居内部异构网络的数据转发功能。
14.优选的，所述zigbee模块负责数据的传输，zigbee模块在需要进行数据通信时，会执行发送数据的任务，完成任务后进入睡眠状态。
15.优选的，所述安全模块选择aes加密算法作为网关与客户端认证后，进行通信的加密算法，选择rsa 加密算法和hmac
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md5函数作为网关与客户端进行双向认证加密算法和散列函数。
16.综上所述，本发明具有以下有益效果：1.本发明通过加入转发模块实现了兼容多种异构网络通信，实现了zigbee模块、wifi模块、plc模块和gprs 模块之间的数据转发，整体兼容性更强。
17.2.本发明使用基于短信的动态口令认证技术保护登陆安全，使用aes与rsa加密算法对通信数据加密，避免外部诸多的网络安全威胁。
18.3.本发明通过zigbee模块、wifi模块、plc模块和gprs 模块并行使用，提升了网关在各种环境下的使用场景感受，相应时间更快，性能也更加稳定。
附图说明
19.图1是本发明的模块连接示意图。
具体实施方式
20.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明，本实施例不构成对本发明的限制。
21.如图1所示的一种嵌入式家居无线控制网关，包括处理模块、通信模块、安全模块、web模块、查询模块和转发模块，处理模块分别与通信模块、安全模块、web模块、查询模块和转发模块连接，通信模块与各智能家居节点、外部客户端进行双向数据通信，通信模块包括zigbee 通信模块、plc 通信模块、gprs模块以及wifi 通信模块。
22.zigbee 通信模块与各智能家居节点连接并采集数据，等待接收来自处理模块发送的命令时，将数据进行上传，zigbee模块负责数据的传输，zigbee模块在需要进行数据通信时，会执行发送数据的任务，完成任务后进入睡眠状态。
23.plc 通信模块通过电力线与各智能家居电性连接，plc 通信模块自始至终处于轮询的工作状态，每隔一段时间就向各智能家居节点发送查询报文。当网关接收外部客户端的查询或控制命令时，plc 通信模块与各智能家居节点立即建立握手机制，然后发送一个查询或控制命令给各智能家居节点。
24.wifi 通信模块根据外部网络的变化实现三种工作模式从而与外部客户端或者外部网络进行双向数据通信，wifi 通信模块的三种通信模式包括ap 模式、sta 模式和ap+sta模式。
25.gprs模块配合用户操纵各智能家居节点运行的同时，能够将连接的传感器网络的检测数据和各智能家居节点的运行状态通过发短信传递给用户，并将数据上传至外部网络。
26.安全模块通过双向认证加密算法实现了网关与外部客户端的双向身份认证，web模块能够开启web 服务功能，实现通过外网实时监测家居内部环境的状态变化，转发模块用于网关异构网络的数据转发，安全模块采用短信动态验证码技术，外部客户端向网关发送手机短信，从而获得验证码，然后开始进行身份认证，在认证过程中使用对称加密算法和非对称加密算法，保证了双向身份认证有效，同时在认证完通过后，双方共同确定之后通信的共享密钥，安全模块选择aes加密算法作为网关与客户端认证后，进行通信的加密算法，选择rsa 加密算法和hmac
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md5函数作为网关与客户端进行双向认证加密算法和散列函数。
27.web模块采用扩展的cgi技术，即ssi 和cgi结合实现动态网页请求，web模块启动后会监听请求的到来，收到get或者post请求后即对其进行扩展cgi处理，如果请求的是ssi格式文件，即通过ssi函数进行处理对应的网页文件，如果请求的是cgi格式的文件，通过文件系统调用对应的网页文件进行处理。最后服务器以网页文件形式回传给浏览器。
28.转发模块针对网关的各个通信子模块如zigbee模块、wifi模块、plc模块和gprs 模块，实现家居内部异构网络的数据转发功能。
29.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，不用于限制本发明，本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明技术方案的保护范围内。