一种基于红外信道的智能家居系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于红外信道的智能家居系统，该系统至少包括两个子系统，每个子系统由一个智能网关和至少一个智能设备组成，智能网关与智能设备之间的通讯采用红外信道，每个子系统之间通过智能网关采用无线电的形式进行通讯。测试结果表明本系统能保证智能家居内设备通讯的安全性，有效抵御本地屋外攻击者。

A smart home system based on infrared channel

The utility model discloses a smart home system based on infrared channel. The system comprises at least two subsystems, each of which consists of an intelligent gateway and at least one intelligent device. The communication between the intelligent gateway and the intelligent device adopts infrared channel, and each subsystem adopts wireless through the intelligent gateway. Communication in the form of electricity. The test results show that the system can ensure the security of communication between devices in smart home and effectively resist the local attackers outside the house.

【技术实现步骤摘要】
一种基于红外信道的智能家居系统
本技术属于智能家居安全领域，具体涉及一种基于红外信道的智能家居系统。
技术介绍
现代智能家居系统通常由三部分组成：智能网关、智能设备和云端应用。智能网关和智能设备间的通讯通常采用基于无线电信道的家庭局域网络，并依照标准的无线通讯协议，例如Zigbee，Z-Wave，WiFi、Bluetooth等。智能网关通过互联网与云端应用进行通讯，两者间信息传输是基于复杂加密机制的。智能家居系统中智能网关作为智能设备和云端应用之间的中间点，连接家庭局域网和外部因特网，管理家庭局域网内的数据交互，向智能设备传达控制命令，监视智能设备的运行状态。用户可以直接或者间接地通过智能网关控制屋内智能设备。智能家居系统一方面给人们的生活带来巨大的便利，另一方面也存在着巨大的安全隐患，尤其是系统中资源受限的智能设备。大量报道显示，本地屋外攻击者利用智能设备或者是智能家居网络中通讯协议的漏洞，伪装成屋内的智能网关或合法用户实现对屋内智能设备的任意控制，例如趁用户不在打开门锁，恶意调高冰箱温度等，从而对合法用户的财产和隐私造成巨大威胁。现有的智能家居系统通常采用基于无线电信道通讯协议的家庭局域网进行屋内设备间的通讯。一方面，由于无线电信道的开放性，其上通讯的内容容易被攻击者窃听、注入、篡改和伪装，例如恶意攻击者可以事先窃听智能网关发送的控制命令并记录，并在屋内无人时进行重放攻击或是伪装攻击。另一方面，基于无线电信道通讯协议的家庭局域网的安全性依赖于传输数据的加密方式，但是很多资源受限的智能设备无法承担复杂加密带来的高额计算开销，以及传统基于密钥的认证方式部署在智能家居，尤其是资源受限设备上时存在时空不便利性，因此传统基于无线电信道通讯协议的智能家居系统并不满足人们对智能家居系统的安全需求。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于提供一种在满足用户正常使用基础上，保证屋内设备间通讯安全的智能家居系统，尤其是防御本地恶意攻击。为了抵御本地屋外攻击者，本技术采用一种基于红外信道的智能家居安全通讯协议，这种协议通过利用红外信道的边界衰减性和不可观察性，并结合挑战响应机制实现智能家居内网关和智能设备间的双向身份认证，从而保证智能家居系统的安全性。本技术的技术方案具体如下：一种基于红外信道的智能家居系统，该系统至少包括两个子系统，每个子系统由一个智能网关和至少一个智能设备组成，智能网关与智能设备之间的通讯采用红外信道，每个子系统之间通过智能网关采用无线电的形式进行通讯。进一步的，所述的智能网关主要由第一单片机开发板、第一红外发射模块、第一红外接收模块、第一无线WiFi模块和独立供电模块构成，第一红外发射模块、第一红外接收模块和第一无线WiFi模块均与第一单片机开发板相连，独立供电模块为整个智能网关提供电源。进一步的，所述的智能设备主要由基础功能元件、第二单片机开发板、第二无线WiFi模块、第二红外发射模块、第二红外接收模块和开关驱动模块构成，第二无线WiFi模块、第二红外发射模块、第二红外接收模块和开关驱动模块均与第二单片机开发板相连，开关驱动模块与基础功能元件相连，第一无线WiFi模块通过无线与第二无线WiFi模块相互通讯，第一红外发射模块与第二红外接收模块相互通讯，第一红外接收模块与第二红外发射模块相互通讯，子系统之间通过第一无线WiFi模块相互通讯。进一步的，所述的第一单片机开发板和第二单片机开发板均采用ArdiunoUNOR3单片机开发板。进一步的，所述的第一无线WiFi模块和第二无线WiFi模块均采用ESP8266WiFi模块。进一步的，所述的第一红外发射模块和第二红外发射模块均采用SOURCEKIT3W940nm红外发射模块。进一步的，所述的第一红外接收模块和第二红外接收模块均采用HX1838B红外接收模块。进一步的，所述的独立供电模块采用5V电源和FC-112型5V转3.3V直流电压转换模块。进一步的，所述的开关驱动模块采用XY-MOS型大功率MOS触发开关驱动模块。进一步的，所述的智能设备为智能灯泡、智能音响、智能加湿器、智能摄像头或智能门锁。本技术的有益效果是：该系统中的智能网关与智能设备间的通讯不需要密钥参与，不需要人为参与，耗时短，耗能少，适用于资源限制的智能设备。基于红外信道的智能家居系统能够有效防御本地屋外攻击者，保障系统内设备的安全运行。附图说明图1为本技术基于红外信道的智能家居系统结构示意图；图2为本技术中智能网关结构示意图；图3为本技术中智能设备结构示意图。具体实施方式下面结合附图1到图3对本专利技术做进一步说明。图1展示了本技术的结构示意图。基于红外信道的智能家居系统至少包括两个子系统，每个子系统由一个智能网关和至少一个智能设备组成，智能网关与智能设备之间的通讯采用红外信道，每个子系统之间通过智能网关采用无线电的形式进行通讯。智能设备之间的信息传输由智能网关负责转发。不同智能网关之间通过可靠的加密信道进行数据交互。图2展示了本技术中智能网关的结构示意图。所述的智能网关主要由第一单片机开发板、第一红外发射模块、第一红外接收模块、第一无线WiFi模块和独立供电模块构成，第一红外发射模块、第一红外接收模块和第一无线WiFi模块均与第一单片机开发板相连，独立供电模块为整个智能网关提供电源。第一单片机开发板负责智能网关中信息和数据的处理运算以及控制其余连接模块的工作运行。第一红外发射模块和第一红外接收模块负责家庭信道的信息数据传输。第一无线WiFi模块负责无线电信道的信息数据传输。所有第一红外发射模块、第一红外接收模块和第一无线WiFi模块收发的信息数据都会传送到第一单片机开发板进行处理。独立供电模块负责给智能网关各个组件提供可靠的电源供应。图3展示了本技术中智能设备的结构示意图。所述的智能设备主要由基础功能元件、第二单片机开发板、第二无线WiFi模块、第二红外发射模块、第二红外接收模块和开关驱动模块构成，第二无线WiFi模块、第二红外发射模块、第二红外接收模块和开关驱动模块均与第二单片机开发板相连，开关驱动模块与基础功能元件相连，第一无线WiFi模块通过无线与第二无线WiFi模块相互通讯，第一红外发射模块与第二红外接收模块相互通讯，第一红外接收模块与第二红外发射模块相互通讯，子系统之间通过第一无线WiFi模块相互通讯。基础功能元件代表智能设备的功能属性，比如智能灯泡中的发光单元、智能音响中的发声单元、智能加湿器中的湿气产生单元、智能摄像头中的摄像单元和智能门锁中的门锁机械单元。开关驱动模块负责连接基础功能元件和第二单片机开发板，使第二单片机开发板的数字控制信号转化为适用于基础功能元件的模拟控制信号。本技术给出了一种基于红外信道的智能家居系统中个模块的具体实例，但不限于下面所提到的，第一、第二单片机开发板均采用ArdiunoUNOR3单片机开发板，第一、第二无线WiFi模块均采用ESP8266WiFi模块，第一、第二红外发射模块均采用SOURCEKIT3W940nm红外发射模块以及第一、第二红外接收模块均采用HX1838B红外接收模块，独立供电模块由5V电源和FC-112型5V转3.3V直流电压转换模块构成，开关驱动模块为XY-M本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于红外信道的智能家居系统，其特征在于，该系统至少包括两个子系统，每个子系统由一个智能网关和至少一个智能设备组成，智能网关与智能设备之间的通讯采用红外信道，每个子系统之间通过智能网关采用无线电的形式进行通讯。

【技术特征摘要】
1.一种基于红外信道的智能家居系统，其特征在于，该系统至少包括两个子系统，每个子系统由一个智能网关和至少一个智能设备组成，智能网关与智能设备之间的通讯采用红外信道，每个子系统之间通过智能网关采用无线电的形式进行通讯。2.根据权利要求1所述的一种基于红外信道的智能家居系统，其特征在于，所述的智能网关主要由第一单片机开发板、第一红外发射模块、第一红外接收模块、第一无线WiFi模块和独立供电模块构成，第一红外发射模块、第一红外接收模块和第一无线WiFi模块均与第一单片机开发板相连，独立供电模块为整个智能网关提供电源。3.根据权利要求2所述的一种基于红外信道的智能家居系统，其特征在于，所述的智能设备主要由基础功能元件、第二单片机开发板、第二无线WiFi模块、第二红外发射模块、第二红外接收模块和开关驱动模块构成，第二无线WiFi模块、第二红外发射模块、第二红外接收模块和开关驱动模块均与第二单片机开发板相连，开关驱动模块与基础功能元件相连，第一无线WiFi模块通过无线与第二无线WiFi模块相互通讯，第一红外发射模块与第二红外接收模块相互通讯，第一红外接收模块与第二红外发射模块相互通讯，子系统之间通过第一无线WiFi模块相互通讯。...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐文渊，李超豪，冀晓宇，周歆妍，张聚川，杜跃进，张迅迪，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33