CN104407600A - 基于rfid标签及散列函数标识映射实现智能家居的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于RFID标签及散列函数标识映射实现智能家居的方法，具体为：为每个家居传感器部署一个有源RFID标签，并在对应智能家居网关中置入有源RFID标签阅读器；传感器采集实时状态指标数据；与传感器参数以IEEE1451.7标准的变送器电子数据表单的形式封装到对应的有源RFID标签中；有源RFID标签阅读器读取RFID标签，并将其和智能家居网关编号通过不同散列函数进行归一化的映射转换，生成统一长度和格式的标识符；智能家居监测管理平台根据对应的散列函数，解析出智能家居网关编号、各种家居检测对象的实时状态指标数据和传感器参数。本发明解决了有线网络布线的局限，实现了信号采集接口标准及传感器数据格式的统一，安全性高，管理高效、统一。

Description

基于RFID标签及散列函数标识映射实现智能家居的方法

技术领域

本发明涉及智能家居，具体涉及基于RFID标签及散列函数标识映射实现智能家居的方法。

背景技术

智能家居是把和家居生活相关的各个子系统(如家电控制、安防报警、远程控制、环境监测、社区服务、网络通信等)有机的结合在一起，为用户创造了一个安全、舒适、便利、高效的居住环境。整个系统一般会融合安防控制系统、家庭自动控制系统、多媒体娱乐系统、远程控制系统，智能终端采用触摸式大屏幕液晶显示屏，形象直观的图形化操作界面为用户带来操作上的便利和时尚的体验。

目前，智能家居无论是信号采集还是通信传输，都存在多种技术体系，从而影响了标准的统一和产业的规模发展，主要存在以下几个方面的问题：

1、有线网络布线的局限；

现在的智能家居网络系统，很多是基于有线的信号采集与通信方式，存在家居传感器布线空间受限、布线施工困难与线路调整不便等障碍；

2、传感器信号采集接口标准不统一；

虽然物联网白色家电国家标准已经制订，但是由于水(水表、地面积水、窗户进水等)、电(电表、漏电等)、气(天然气表、液化气表、燃气泄露等)、光、温度、湿度、烟雾等不属于家电信号，对于这样的一些家居监测对象的信号采集没有统一的传感器标准，需要通过智能家居网关与各类传感器分别进行信号桥接，增加了设计、实施难度，以及提高了线路、设备成本；

3、各种家居传感器的信号指标表现形式和范围各不相同；

在各种家居中，传感器的信号指标表现形式和范围不同，致使具体数值参差不齐，如果分别采取各自对应的数据格式进行处理，会增加数据采集、处理以及通信过程在数据包开销和管理方面的设计成本；

4、后台管理方式多样；

在智能家居的应用中，有基于家庭网关、互联网远程监测、运营商MTC等多种后台管理模式，所用到的信息模型和管理机制各不相同，技术体系多样，不利于产业推广；

5、家庭情况信息泄漏；

智能家居需要对家庭状态进行监测，通过网络和后台技术都可以截获监测数据，能够发现某个家庭中家居环境的具体状况和隐私，存在一定安全隐患。

因此，急需提供一种方案，解决有线网络布线的局限、传感器信号采集接口标准不统一等问题，得到各种家居格式统一、安全性高的的家居信息数据，使这些家居信息数据能够得到高效、统一的管理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在不受有线网络布线局限情况下，统一传感器信号采集接口标准，得到各种家居格式统一、安全性高的的家居信息数据，并使这些家居信息数据能够得到高效、统一的管理的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种基于RFID标签及散列函数标识映射实现智能家居的方法，包括以下步骤：

步骤A10、为每个家居传感器统一部署一个有源RFID标签，并在对应的智能家居网关中置入有源RFID标签阅读器；

步骤A20、智能家居中每个家居的传感器采集各家居的检测对象的实时状态指标数据；

步骤A30、将各家居的实时状态数据和对应的传感器参数按照IEEE1451.7标准进行转换，以IEEE1451.7变送器电子数据表单的形式分别封装到对应的有源RFID标签中，并实时更新有源RFID标签中的实时状态数据；

步骤A40、智能家居网关中的有源RFID标签阅读器读取不同位置的各种家居的传感器对应的有源RFID标签，并将读取内容和智能家居网关编号通过不同散列函数进行归一化的映射转换，分别生成统一长度和格式的标识符，并传给远程的智能家居监测管理平台；

步骤A50、智能家居监测管理平台根据智能家居网关所选用的散列函数，解析出智能家居网关编号、各种家居的检测对象的实时状态指标数据和对应的传感器参数。

在上述方法中，

所述实时状态指标数据为内容不断实时变化的一位数组Value(V1,V2,……,VY)，包括传感器采样记录以及各家居的传感器对相应检测对象的不同指标的实时采样；

所述传感器参数为一维数组SID(I1,I2,……,IX)，初始化读取后固定不变，包括：传感器的厂家名称、类型、序列号、规格标识、配置信息、事件记录以及RFID标签所采用的技术体系；

将智能家居网关编号为一维数组RID(N)。

在上述方法中，

所述有源RFID标签内设有传感器的非电量检测与转换电路；

并且所述有源RFID标签与对应传感器的检测电路共用一个电源。

在上述方法中，所述有源RFID标签工作频段为2.4GHz。

在上述方法中，步骤A40具体包括以下步骤：

步骤A41、有源RFID标签上电启动，与有源RFID阅读器进行握手；

步骤A42、有源RFID标签阅读器读取各家居的传感器参数；

步骤A43、利用第一散列函数F1对读取的传感器参数进行映射转换，生成第一标识符，内容为：

SID-DHT：F1(S1),F1(S2),……,F1(SX)；

步骤A44、读取传感器参数读完后才开始采集的实时状态指标数据；

步骤A45、利用第二散列函数F2对读取的实时状态指标数据进行映射转换，生成第二标识符，内容为：

Value-DHT：F2(V1)，F2(V2),……,F2(VY)；

步骤A46、利用第三散列函数F3对智能家居网关编号RID(N)进行映射转换，生成第三标识符，内容为：

RID-DHT：F3(N1),F3(N2),……,F3(NZ)；

步骤A47、将第一、第二、第三标识符通过网络，传给远程的智能家居监测管理平台。

在上述方法中，所述第一标识符、第二标识符和第三标识符由数字和字母组成。

本发明，通过IEEE1451.7标准将不同家居传感器信号接口统一，并利用RFID系统的特点，实现散布室内、数量不定的家居传感器对实时变化的传感器数据进行自动、无线、批量、高效地采集；同时结合散列函数可以将任意长度的输入转换成固定长度的输出的特点，将实时状态指标不同、数据长度不一的家居传感器数据进行映射转换，生成格式、长度一直的无法直接识别的标识符，实现数据归一化，提高后续对传感器数据进行通信和处理的效率，同时提高数据的隐蔽性和保密性，具备一定安全性；而且本发明在家居传感器数据处理和通信传输过程中，不依赖或受限于特定数据格式和网络制式，可以视作透明数据包在公网传输，并可在任何获得F1、F2、F3这三个函数算法的智能家居管理平台上反向解析呈现原始的传感器数据。

附图说明

图1为散列函数实现输出格式统一的压缩映射效果框图；

图2为本发明的流程图；

图3为本发明中步骤A40的流程图。

具体实施方式

本发明主要基于以下两大技术实现：

1、IEEE1451；

IEEE 1451是一组智能换能器(换能器也即传感器)的接口标准，用于传感器和传动器与网络的连接。其中，IEEE1451.7-2010规定了换能器到射频标签系统的通信协议和换能器电子数据单格式，也就是智能变送器接口与射频标签变送器间的通信协议和电子数据表单，该标准可以将传感器变送器的信号，以遵循IEEE1451.7的数据格式封装到射频标签中，并通过相应的空中接口，传输到对应的射频标签阅读器。

2、散列函数

散列函数，也称哈希函数(Hash Function)，通过散列函数可以将任意长度的输入转换成固定长度的输出，实现输出格式统一的压缩映射效果(如图1所示)，有利于对智能家居中多种不同指标范围内、数值参差不齐的传感器信号进行统一长度的后续处理。

虽然散列函数在理论上存在出现冲突的情况，即由于散列函数输出数值范围通常远小于输入范围，不同输入数值经过散列函数转换，可能会形成相同的输出；为了降低、甚至是排除这种冲突出现概率可以进行人为规避，即通过多重散列函数的叠加，实现基于散列函数输出数值的唯一确定的效果。

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明做出详细的说明。

如图2所示，本发明提供的基于RFID标签及散列函数标识映射实现智能家居的方法，包括以下步骤：

步骤A10、为每个家居传感器统一部署一个有源RFID标签，并在对应的智能家居网关中置入有源RFID标签阅读器；

步骤A20、在家居传感器一侧，采集智能家居中各家居的检测对象的实时状态指标数据，其中，

实时状态指标数据Value包括传感器采样记录以及各家居的传感器对相应检测对象的不同指标的实时采样，如温度、湿度、门禁、水淹、毒害气体、震动及其他指标，由内容不断实时变化的一位数组Value(V1,V2,……,VY)标识。

步骤A30、将各家居的实时状态数据和对应的传感器参数按照IEEE1451.7标准进行转换，以IEEE1451.7变送器电子数据表单的形式分别封装到对应的有源RFID(Radio Frequency Identification射频识别)标签中，并实时更新有源RFID标签中的实时状态数据；这样传感器输出的有线数字信号，就作为IEEE1451.7RFID标签的一部分数据信息，通过无线空中接口被设置在智能家居网关中的有源RFID标签阅读器读取。

传感器参数SID包括：传感器的厂家名称、类型、序列号、传感器规格标识、传感器配置信息、传感器事件记录以及RFID标签所采用的技术体系、编号等固定属性参数，由初始读取之后就固定不变的一维数组SID(I 1,I2,……,IX)标识；

传感器类型包括：水(水表、地面积水、窗户进水等)、电(电表、漏电等)、气(天然气表、液化气表、燃气泄露等)、光、温度、湿度、烟雾等类型传感器；

其中，有源RFID标签内设有对应家居传感器的非电量检测与转换电路。另外，有源RFID标签可以与家居信号传感器的检测电路共用一个电源，使其在空间部署上更灵活方便。

在IEEE1451.7所支持的空中接口里，除了在135KHz、13.56MHz频段上不能实现有源RFID标签之外，其他的433MHz、860～960MHz、2.4GHz及以上频段，均可实现有源RFID标签，能为家居传感器电路提供电源；

而基于IEEE1451.7的有源RFID系统，在超高频433MHz、860～960MHz频段下的覆盖范围可达100米，在微波2.4GHz频段下的覆盖范围可达50米，都可以满足从公寓到别墅的家居范围的应用；

其中，2.4GHz为有源RFID标签的最常见的工作频段，对应的射频器件和芯片也最多，其射频特性也可以满足智能家居的覆盖距离，可以作为最理想的工作频段。

步骤A40、智能家居网关(包括有线的宽带接入终端和无线的移动通信终端)中的有源RFID标签阅读器读取家庭中不同位置的各种家居的传感器对应的有源RFID标签，并将读取的信息和智能家居网关编号通过不同散列函数进行归一化的映射转换，分别生成统一长度和格式的标识符，通过智能家居网关所在网络，传给远程的智能家居监测管理平台；

其中将智能家居网关编号为一维数组RID(N)。

步骤A50、智能家居监测管理平台根据智能家居网关所选用的散列函数映射算法，解析出智能家居网关编号、各种家居的检测对象的实时状态指标数据和对应的传感器参数，供平台进行后续处理。

如图3所示，步骤A40具体包括以下步骤：

步骤A41、有源RFID标签上电启动，与有源RFID阅读器完成握手；

步骤A42、有源RFID标签阅读器读取各家居的传感器参数SID；

步骤A43、利用第一散列函数F1对读取的传感器参数SID进行映射转换，生成第一标识符，该标识符信息内容为：

SID-DHT：F1(S1),F1(S2),……,F1(SX)；

第一散列函数F1对传感器的厂家名称、类型和序列号以及RFID标签的技术体系、编号等固定属性参数进行映射转换，生成无法直接识别的第一标识符，该标识符由数字和字母组合；

步骤A44、读取传感器参数SID读完后才开始采集的实时状态指标数据Value；

步骤A45、利用第二散列函数F2对读取的实时状态指标数据Value进行映射转换，生成第二标识符，该标识符信息内容为：

Value-DHT：F2(V1)，F2(V2),……,F2(VY)；

由于各种家居传感器数据的实时状态指标不同，数据长度不一，所以需要选择合适的第二散列函数F2对其进行映射转换，得到长度、格式一致的散列值输出，方便后续处理和通信。

第二散列函数F2对传感器的各种数值长度参差不齐的实时状态指标数据进行映射转换处理，生成无法直接识别的第二标识符，该标识符由数字和字母组成。

步骤A46、利用第三散列函数F3对可接入通信网络的智能家居网关编号(如电话号码、宽带账号等)RID(N)进行映射转换，生成第三标识符，该标识符信息内容为：

RID-DHT：F3(N1),F3(N2),……,F3(NZ)；

这样就利用一个DHT函数(散列函数)F3将不同网络运营商的终端号码进行映射转换，生成无法直接识别的第三标识符，该标识符由数字和字母组成。

步骤A47、将第一、第二、第三标识符通过网络，传给远程的智能家居监测管理平台。

综上所述，在本发明中的有源RFID阅读器中形成了家居传感器参数SID、实时状态指标数据Value和智能家居网关终端编码RID(N)三类智能家居的标识符信息，由于这些标识符信息是基于三个散列函数生成，因此对于智能家居的传感器参数、实时状态指标数据和智能家居网关终端编码来说，其映射过程和结果同样具备散列函数的特点：

1、一致性，相同的输入就会产生相同的输出，输入和输出之间存在对应关系；对于同类型的家居传感器数据，可以据此反映出家居环境指标的相同及差异。

2、随机性，产生的消息摘要是随机的，可以避免被直接识别出家居传感器属性及其信号等；输出的消息摘要是将传感器数据经过智能家居网关的散列函数映射转换后，输出的无法直接识别的标识符，其数据格式和内容具备一定的隐蔽性和保密性。

3、唯一性，不可能找到两个消息产生相同的消息摘要；理论上每个散列函数F1、F2、F3各自均有可能发生“两个消息产生相同的消息摘要”的情况，尤其是Sensor(SID,Value)中的Value会经常出现类似环境下，不同家居中同类传感器采集数据相同的时候，但本方法是将三个散列函数结合在一起来综合标识家居信息，一旦出现极端情况，还是可以通过调整某个单列函数的算法，来避免三个散列函数都同时出现“两个消息产生相同的消息摘要”。特别是对于Sensor(SID,Value)中的SID与RID(N)中的N，其中的传感器序列号、RFID标签编号以及网络终端号码，都是以独一无二的数字编码形式出现，如果对其F1和F3采用线性散列函数进行映射转换，就可以彻底避免发生与唯一性相冲突的情况。

4、单向性，只根据输出，很难确定出输入消息；智能家居的传感器数据包经过智能家居网关之后，在通信传输网络和后端处理平台中，都处于公众通信网络中，理论上存在被截获并解析的可能。但是，只要智能家居监测系统的散列函数安全性有保障，就可以确保仅从散列函数输出无法反推出输入，也就保证了家居传感器所反映的家居环境情况以及智能家居网关终端号码的隐秘性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.基于RFID标签及散列函数标识映射实现智能家居的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A10、为每个家居传感器统一部署一个有源RFID标签，并在对应的智能家居网关中置入有源RFID标签阅读器；

步骤A20、智能家居中每个家居的传感器采集各家居的检测对象的实时状态指标数据；

步骤A30、将各家居的实时状态数据和对应的传感器参数按照IEEE1451.7标准进行转换，以IEEE1451.7变送器电子数据表单的形式分别封装到对应的有源RFID标签中，并实时更新有源RFID标签中的实时状态数据；

步骤A40、智能家居网关中的有源RFID标签阅读器读取不同位置的各种家居的传感器对应的有源RFID标签，并将读取内容和智能家居网关编号通过不同散列函数进行归一化的映射转换，分别生成统一长度和格式的标识符，并传给远程的智能家居监测管理平台；

步骤A50、智能家居监测管理平台根据智能家居网关所选用的散列函数，解析出智能家居网关编号、各种家居的检测对象的实时状态指标数据和对应的传感器参数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述实时状态指标数据为内容不断实时变化的一位数组Value(V1,V2,……,VY)，包括传感器采样记录以及各家居的传感器对相应检测对象的不同指标的实时采样；

所述传感器参数为一维数组SID(I1,I2,……,IX)，初始化读取后固定不变，包括：传感器的厂家名称、类型、序列号、规格标识、配置信息、事件记录以及RFID标签所采用的技术体系；

将智能家居网关编号为一维数组RID(N)。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述有源RFID标签内设有传感器的非电量检测与转换电路；

并且所述有源RFID标签与对应传感器的检测电路共用一个电源。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有源RFID标签工作频段为2.4GHz。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤A40具体包括以下步骤：

步骤A41、有源RFID标签上电启动，与有源RFID阅读器进行握手；

步骤A42、有源RFID标签阅读器读取各家居的传感器参数；

步骤A43、利用第一散列函数F1对读取的传感器参数进行映射转换，生成第一标识符，内容为：

SID-DHT：F1(S1),F1(S2),……,F1(SX)；

步骤A44、读取传感器参数读完后才开始采集的实时状态指标数据；

步骤A45、利用第二散列函数F2对读取的实时状态指标数据进行映射转换，生成第二标识符，内容为：

Value-DHT：F2(V1)，F2(V2),……,F2(VY)；

步骤A46、利用第三散列函数F3对智能家居网关编号RID(N)进行映射转换，生成第三标识符，内容为：

RID-DHT：F3(N1),F3(N2),……,F3(NZ)；

步骤A47、将第一、第二、第三标识符通过网络，传给远程的智能家居监测管理平台。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一标识符、第二标识符和第三标识符由数字和字母组成。