一种家庭网关系统及数据转发方法技术方案

本发明专利技术提供一种智能家庭网关系统以及一种数据转发方法，所述系统及方法，能够在网关异常时，通过汇聚节点选择算法获取可用的汇聚节点以实现对网络内的数据的处理，然后获取各个候选转发网关后，利用信号最强的网关进行转发处理，以便监控中心根据上述信息计算各个网关的安全性级别实现对转发网关的确认，由此使得在网关异常时保证整个系统的安全稳定运行，同时转发网关的选择更加的安全，数据传输更稳定；其次，在交互的过程中，通过信息隐藏以及加密认证技术实现了数据从源端到目的端的数据传输的准确性，提高了系统的安全性，通过本发明专利技术提供的方案有效杜绝了现有技术中，数据传输过程中存在的安全隐患，同时有效防止了网关异常时引起中热点、数据丢失等问题。

A home gateway system and data forwarding method

【技术实现步骤摘要】
一种家庭网关系统及数据转发方法
本专利技术属于智能家居
，涉及一种家庭网关系统及数据转发方法。
技术介绍
在智能家居系统中，智能家居网关可向下适配各种WSN终端，向上通过多种方式接入公网，实现对家居设备的远程控制与家庭环境的监测。在一些写字楼、公寓、工厂、医院等场所，为了实现全方位的环境监测，避免出现监控盲区，网关的部署往往是相对较密集的，网关的覆盖范围之间存在着一定的重叠，例如各个办公室内的网关，居民楼里各房间的网关，工厂内部署的网关等。当网关A出现异常无法进行数据转发时，该网关下属的传感器节点主动向通信范围内的其他网关提出数据转发请求，经网关B许可后，节点将数据发送给网关B，由网关B进行数据的转发，但是这种数据转发策略给网关的自身的安全带来了巨大的隐患。
技术实现思路
本专利技术提供一种家庭网关系统以及一种数据转发方法，用以解决现有技术中家庭网关故障家庭内部数据无法发送到监控中心的技术问题。本专利技术涉及的一种家庭网关系统，所述系统包括：监控中心、用户终端、家庭网关、家居设备节点组成；监控中心，用于实现对家庭网关的管理与控制，接收各家庭网关发送来的数据，并对数据进行存储、分析与决策，面向用户提供服务。家庭网关，用于实现对家居设备的管理与控制；接收监控中心的消息，对消息进行解析，提取指令信息，向家居设备节点下发指令；对家居设备节点进行身份认证，接收家居设备节点所采集的数据，对数据进行分析、处理、打包，将数据包发送至监控中心，具体包括：负责接收家庭内部网络中传感器所采集的数据，并对数据进行初步的处理后将其转发至监控中心；当接收到监控中心发送的查询指令时，向相关的传感器发送查询命令以获取相关数据，并将相关数据发送到监控中心；具体地，所家庭网关的硬件系统包括：供电模块、协调器模块、微处理器模块、内部处理模块、外部转发模块、存储器模块、显示模块以及按键模块；其中，所述供电模块实现对各个模块的电量供应，由此保证各个模块的稳定工作。其中，所述微处理器模块负责对各个模块的控制与交互，实现数据的处理以及任务分配；其中，所述内部处理模块负责对家庭内部数据的存储、分析，将符合要求的数据存入本地数据库，定期将数据库中的数据上传至监控中心；其中，所述外部转发模块负责对获得授权的非本家庭数据的转发，接到转发任务后，开启转发接口，转发其他家庭的数据，为防止恶意攻击占用网关资源，外部转发模块的带宽受到限制。其中，所述协调器模块，包括微控制器、zigbee通信接口、wi-fi通信接口、通用IO接口以及备用电池，用于实现对家庭网络中家居设备节点的组网管理、指令广播以及数据收集工作，通过串口通信的方式与网关处理器进行交互，网关异常断电时，备用电池可以继续为协调器模块供电，保证协调器的正常工作。其中，所述家庭网关的授权由监控中心根据汇聚节点上报的候选网关信息进行确定，其中，作为转发网关的家庭网关基于转换后的任务标识与汇聚节点进行通信；所述汇聚节点为其他子网家庭网关异常时，根据汇聚节点选择算法进行选择。家居设备节点，具有短距离通信以及自组织成网的能力，实现特定信息的采集与传输，也可以根据网关或监控中心发来的指令来切换工作状态。本专利技术还供一种家庭网关数据转发方法，所述方法的步骤可以包括：(1)协调器判定所属家庭网关异常。(2)协调器根据汇聚节点选择算法在家庭内部网络中选择汇聚节点。具体地，在汇聚节点的选择过程中考虑到家居设备节点自身的处理能力等级、家居设备可接入网关的信号强度等级、家居设备所采集的数据的优先级等级。(3)汇聚节点从候选网关中选择信号最强的一个网关作为临时转发网关，并向临时转发网关发送请求消息。具体地，汇聚节点向转发网关发送的请求消息包括：汇聚节点的身份信息、加密的多个候选网关的信息及信号强度信息、以及第一任务标识。(4)临时转发网关接收请求消息，解析消息中的目的地址，将请求消息转发至监控中心；(5)监控中心接收临时转发网关转发来的请求消息，对请求消息进行处理；监控中心根据网关选择方法从候选网关中选择出转发网关，并向转发网关发送任务消息。具体地，监控中心对接收到的请求消息的处理流程包括：对请求信息进行解密，验证临时转发网关以及汇聚节点身份，身份认证通过后，从请求消息中获取候选网关信息以及任务标识；进一步地，所述步骤(5)中，监控中心根据网关选择方法从候选网关中选择转发网关的过程为：所述监控中心根据汇聚节点发送来的候选网关的信息，来计算各个候选网关的安全性级别；根据安全性级别确定转发网关；其中，所述安全性级别根据各候选网关的信号强度级别、信号稳定性、带宽资源、信息完善度、加密方式、可用负载能力进行加权确定；具体地，所述监控中心向转发网关发送的任务消息包括：授权信息以及第一任务标识；其中，授权信息包括：授权命令、外部转发通信接口的开启命令、加密的第一任务标识；加密的第一任务标识使用隐藏标记对转发网关不可见。(6)转发网关接收任务消息，解析任务，根据所述开启命令开启外部转发通信接口，将解析后的消息发送给汇聚节点，等待汇聚节点数据。具体地，所述转发网关对任务消息的处理过程为：根据命令开启转发通信接口；根据预定的算法对第一任务标识进行处理获取第二任务标识，并通过外部转发通信接口将第二任务标识和至少包括加密的第一任务标识的授权信息转发至汇聚节点，然后等待汇聚节点的数据。(7)汇聚节点接收转发网关的任务消息，解析消息内容，确定任务；收集家庭内网数据，对数据进行处理、打包，将数据包发送至转发网关的外部转发通信接口。具体地，所述汇聚节点对任务消息的处理过程为：所述汇聚节点收到消息后，首先验证是否有隐藏信息，当确定有时，获取隐藏信息，执行解密操作以获取第一任务标识，并实现对转发网关进行确认；在全网范围内广播数据查询消息，以获取其他家居设备节点的数据。具体地，汇聚节点对数据的收集处理过程为：汇聚节点收到其他终端节点的汇总信息后，在汇总信息中添加包括第二任务标识和第一任务标识的字段，以及对转发网关不可见的加密的第二任务标识，然后将所述汇总信息发送给转发网关。其中，上述加密方式可以由汇聚节点指定，也可以有异常网关在正常工作时与监控中心协商确定后，保存在协调器中。(8)转发网关接收汇聚节点数据包，对数据包进行解析、验证，验证通过后，将数据发送至监控中心。具体地，转发网关接收到所述汇总信息后，转发网关确定所述汇总信息中是否包含第二任务标识，如果有，则将其中的第二任务标识删除，然后对修改后的汇总信息执行转发操作。(9)监控中心接收数据包、验证消息、确定任务，将数据存入数据库。具体地，监控中心接收到所述修改的汇总信息后，首先确认是否包括隐藏信息，如果包括则对获取隐藏信息，并进行解密，以获取第二任务标识，根据第一任务标识和第二任务标识是否满足特定算法的要求，确定任务信息是否准确，任务确定后则将数据保存到数据库中。其中，两次对于标识的加密算法可以相同也可以不同，具体通过网关与监控中心之间的协商确定。通过隐藏标识的设置，能够及时发现通过转发网关进行数据传输过程中存在的异常，由此可以确保数据传输的安全性以及准确性。本专利技术的有益效果是，通过本专利技术提供的家庭网关系统以及数据转发方法，能够在网关异常时，通过汇聚节点选择算法获取可用的汇聚节点以实现对网络内的数据的处理，然本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种家庭网关系统，其特征在于：所述系统包括监控中心、用户终端、家庭网关、家居设备节点组成；家庭网关，负责接收家庭内部网络中传感器所采集的数据，并对数据进行初步的处理后将其转发至监控中心；当接收到监控中心发送的查询指令时，向相关的传感器发送查询命令以获取相关数据，并将相关数据发送到监控中心；其中，所述家庭网关的硬件系统包括：供电模块、协调器模块、微处理器模块、内部处理模块、外部转发模块、存储器模块、显示模块以及按键模块；其中，所述外部转发模块负责对获得授权的非本家庭数据的转发，接到转发任务后，开启转发接口，转发其他家庭内部网络的数据，为防止恶意攻击占用网关资源，外部转发模块的带宽受到限制；其中，所述家庭网关的授权由监控中心根据汇聚节点上报的候选网关信息进行确定，其中，作为转发网关的家庭网关基于转换后的任务标识与汇聚节点进行通信；所述汇聚节点为其他子网家庭网关异常时，根据汇聚节点选择算法进行选择。

【技术特征摘要】
1.一种家庭网关系统，其特征在于：所述系统包括监控中心、用户终端、家庭网关、家居设备节点组成；家庭网关，负责接收家庭内部网络中传感器所采集的数据，并对数据进行初步的处理后将其转发至监控中心；当接收到监控中心发送的查询指令时，向相关的传感器发送查询命令以获取相关数据，并将相关数据发送到监控中心；其中，所述家庭网关的硬件系统包括：供电模块、协调器模块、微处理器模块、内部处理模块、外部转发模块、存储器模块、显示模块以及按键模块；其中，所述外部转发模块负责对获得授权的非本家庭数据的转发，接到转发任务后，开启转发接口，转发其他家庭内部网络的数据，为防止恶意攻击占用网关资源，外部转发模块的带宽受到限制；其中，所述家庭网关的授权由监控中心根据汇聚节点上报的候选网关信息进行确定，其中，作为转发网关的家庭网关基于转换后的任务标识与汇聚节点进行通信；所述汇聚节点为其他子网家庭网关异常时，根据汇聚节点选择算法进行选择。2.一种基于权利要求1所述的家庭网关系统的数据转发方法，其特征在于：所述方法的步骤为：(1)协调器判定所属家庭网关异常；(2)协调器根据汇聚节点选择算法在家庭内部网络中选择汇聚节点；(3)汇聚节点从候选网关中选择信号最强的一个网关作为临时转发网关，并向临时转发网关发送请求消息；(4)临时转发网关接收请求消息，解析所述请求消息中的目的地址，将请求消息转发至监控中心；(5)监控中心接收临时转发网关发送的请求消息，对所述请求消息进行处理；监控中心根据网关选择方法从候选网关中选择出转发网关，并向转发网关发送任务消息；(6)转发网关接收任务消息，解析任务，开启外部转发通信接口，将解析后的消息发送给汇聚节点，等待汇聚节点数据；(7)汇聚节点接收转发网关的任务消息，解析消息内容，确定任务；收集家庭内网数据，对数据进行处理、打包，将数据包发送至转发网关的外部转发通信接口；(8)转发网关接收汇聚节点数据包，对数据包进行解析、验证，验证通过后，将数据发送至监控中心；(9)监控中心接收数据包、验证消息、确定任务，将数据存入数据库。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：在汇聚节点的选择过程中考虑到家居设备节点自身的处理能力等级、家居设备可接入网关的信号强度等级、家居设备所采集的数据的优先级等级等，所述汇聚节点选择算法基于公式(1)-公式(4)实现：其中，P(i)为家居设备节点Ni被选为汇聚节点的概率，P(i)取值最大的家居设备节点被选为汇聚节点，Rssi(i)为Ni的信号强度比例函数，priority(i)表示Ni的优先级比例函数，节点自身的处理能力比例函数用Ability(i)来表示；其中，信号强度比例函数Rssi(i)的表示如公式(2)所示：其中，R(i)表示Ni可以接入的家庭网关中的信号强度等级的最大值，Rmax表示家庭内网中所有家居设备节点中可接入家庭网关的信号强度等级的最大值；其中，节点的优先级比例函数priority(i)公式表示如公式(3)所示：其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王莹莹，
申请(专利权)人：苏州高博软件技术职业学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32