CN106803813B - 一种智能家居设备控制命令字段的识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能家居设备控制命令字段的识别方法，首先获取家庭路由器AP流量数据；对获取的流量数据进行分类过滤出智能家居设备产生的流量数据；对智能家居设备的流量数据进行逐个字节的解析，判定识别出智能家居设备的控制命令字段。本发明提供的方法，利用抓包工具捕获家庭路由器AP流量，然后分类过滤出智能家居设备流量，最后引入生物序列思想对智能家居流量进行逐个字节的解析，判定识别出家居设备的控制命令字段。本发明旨在解决当前市场上智能家居产品种类繁多，标准不统一，应用管理软件混乱等问题。通过对智能家居设备控制命令字段的识别，为以后智能家居的开发应用统一标准提供技术支持，并可有效地提高软件管理的兼容性。

Description

一种智能家居设备控制命令字段的识别方法

技术领域

本发明涉及物联网技术和智能家居技术领域，特别是一种智能家居设备控制命令字段的识别方法。

背景技术

随着物联网技术的飞速发展，智能家居成了智慧城市的重要组成部分，也是城市住宅小区发展的大势所趋。随着物联网技术的飞速发展，智能家居成了智慧城市的重要组成部分，也是城市住宅小区发展的大势所趋。它融合了计算机网络、传感器网、物联网和自动控制系统等技术，形成一体的智能化、网络化的家居控制系统。用户可以通过便携移动终端设备方便、高效地管理家庭设备。比如，在进家门前，用户可以通过移动终端或者APP应用提前打开家里的灯、空调等，在出家门之后，用户可通过移动终端或者APP应用查看家庭安防等相关信息。

但由于智能家居的技术涉及面很广，这样就导致了不同的智能家居品牌开发商有不一样的智能家居接入技术标准和通信协议。比如，在适于智能家居的无线通信技术中，就有多种标准和协议，如Zigbee、wifi、蓝牙等。而这些技术标准不互通，难兼容性等问题阻碍了智能家居进一步发展的速度，也造成了应用管理软件混乱等问题。范庭芳和赵坤提出了一种基于物联网的智能家居系统及家用电器接入标准，通过满足该标准，实现智能家居各个品牌之间的相互兼容。王承恩、林格等利用智能家居系统中的终端特性提出了智能终端的识别方法，但该方法并未考虑智能家居的控制字段等参数。因此，正确识别出智能家居控制命令字段是一个难题；需要一种智能家居设备控制命令字段的识别方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种智能家居设备控制命令字段的识别方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供的智能家居设备控制命令字段的识别方法，包括以下步骤：

获取家庭路由器AP流量数据；

对获取的流量数据进行分类过滤出智能家居设备产生的流量数据；

对智能家居设备的流量数据进行逐个字节的解析，判定识别出智能家居设备的控制命令字段。

进一步，所述家庭路由器AP流量数据是通过启动抓包软件来抓取智能终端设备流经家庭路由器AP的流量数据并存储的，所述流量数据包括家庭路由器AP发给智能家居网关以及智能家居网关反馈给家庭路由器AP的上、下双向流量。

进一步，所述对获取的流量数据进行分类过滤出智能家居设备产生的流量数据，是通过智能家居流量的特性完成对家庭流量的一个分类，具体步骤如下：

2a.将采集的家庭路由器AP流量数据依据protocol类型进行初步聚类；

2b.根据智能家居设备心跳数据包的特性，设置参数，分类识别出智能家居设备心跳数据包；

2c.从步骤2b中的心跳数据包中解析出智能家居网关MAC，将其作为智能家居设备的标识信息，流量分类的依据，从而完成智能家居设备流量的过滤分类。

进一步，所述对智能家居设备的流量数据进行逐个字节的解析，判定识别出智能家居设备的控制命令字段；具体步骤如下：

3a.首先将以MAC地址作为智能家居标识分类出来的流量按照目的地址到源地址将流量分为双向方向流，然后对数据包进行解封装，提取出其中的数据部分；

3b.取步骤3a中同一方向的两条数据流，按照生物序列比对算法，逐一字节由头至尾对齐计分比对，然后回溯出序列间最大的相似子序列；

3c.最后，对步骤3b解析出的结果，结合协议解析器，判定识别出智能家居控制命令字段。

进一步，所述生物序列比对算法，具体步骤如下：

获取两条数据流序列C1和C2；所述序列C1和C2长度分别为M个字节和N个字节；

构造一个(N+1)*(M+1)的相似矩阵S：即将序列C1的每个字节依次填入矩阵S的第0行S[0,1]、S[0,2]、、、S[0,(M+1)]，序列C2的每个字节依次填入矩阵S的第0列S[1,0]、S[2,0]、、、S[(N+1),0]；

按照计分规则Mij＝max[(Mi-1,j-1+Sij),(Mi,j-1),(Mi-1,j)]，根据相似矩阵S按照以下步骤得到一个新矩阵M：

比较相似矩阵S中字节元素S[0j]和S[i0]；若匹配，则Sij＝1，否则Sij＝0；

由得分最高的那个矩阵元素回溯至起始位置：即考察该元素的左侧、左上对角和上侧。并移动至得分最大的相邻元素；若三者相同，则选择移动至左上对角线元素。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

本发明提供的智能家居设备控制命令字段的识别方法，该方法首先利用抓包工具捕获家庭路由器AP(access point)流量，然后分类过滤出智能家居设备产生的流量，最后引入生物序列思想对智能家居流量进行逐个字节的解析，判定识别出家居设备的控制命令字段。本发明旨在解决当前市场上智能家居产品种类繁多，标准不统一，应用管理软件混乱等问题。通过对智能家居设备控制命令字段的识别，为以后智能家居的开发应用统一标准提供技术支持，并可有效地提高软件管理的兼容性。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

本发明的附图说明如下。

图1为本发明的整体系统框图。

图2为本发明的智能家居控制命令字段识别方法的流程图。

图3为两序列比对矩阵统计计分示例图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如图所示，本实施例提供的智能家居设备控制命令字段的识别方法，包括以下步骤：

通过抓包工具获取家庭AP的完整流量数据包；对获取的流量数据能高准确度地分类过滤出智能家居设备的流量数据；通过对智能家居设备流量的解析，识别出智能家居设备控制命令字段，实现对智能家居设备的控制。

通过启动抓包软件，抓取智能终端设备流经家庭AP发给智能家居网关以及智能家居网关反馈给家庭AP的上、下双向流量，将获取的全部流量进行存储。

通过智能家居流量的特性完成对家庭流量的一个分类，具体包含以下步骤：

a.将采集的家庭AP流量依据protocol类型进行初步聚类；

b.根据智能家居设备心跳数据包的特性，设置参数，分类识别出智能家居设备心跳数据包；

c.从不步骤b中的心跳数据包中解析出智能家居网关MAC，将其作为智能家居设备的标识信息，流量分类的依据，从而完成智能家居设备流量的过滤分类。

通过逐一对流量数据包中的序列进行逐一字节比对，结合协议解析器，完成控制命令字段的判定识别。具体包含以下步骤：

a.首先将以MAC地址作为智能家居标识分类出来的流量按照目的地址到源地址将流量分为双向方向流，然后对数据包进行解封装，提取出其中的数据部分；

b.取步骤a中同一方向的两条数据流，按照生物序列比对算法的思想，逐一字节由头至尾对齐计分比对，然后回溯出序列间最大的相似子序列；

所述按照生物序列比对算法，具体步骤如下：

获取两条数据流序列C1和C2；假设序列C1和C2长度分别为M个字节和N个字节；

建立两个序列的相似矩阵S：构造一个(N+1)*(M+1)的相似矩阵S：即将序列C1的每个字节依次填入矩阵S的第0行S[0,1]、S[0,2]、、、S[0,(M+1)]，序列C2的每个字节依次填入矩阵S的第0列S[1,0]、S[2,0]、、、S[(N+1),0]。然后，按照计分规则Mij＝max[(Mi-1,j-1+Sij),(Mi,j-1),(Mi-1,j)]，可由矩阵S得到一个新矩阵M：即比较矩阵S中字节元素S[0j]和S[i0]，若匹配，则Sij＝1，否则Sij＝0。最后，由得分最高的那个矩阵元素回溯至起始位置：即考察该元素的左侧、左上对角和上侧。并移动至得分最大的相邻元素。若三者相同，则选择移动至左上对角线元素。

c.最后，对步骤b解析出的结果，结合协议解析器，判定识别出智能家居控制命令字段。

将两条数据流导入协议解析器完整呈现出来，结合上一步的结果，除去回溯出的相似的字节子序列，考察两条数据流中同一位置上的不同的那个字节，此字节即为智能家居控制命令字段。

实施例2

本实施例提供的智能家居设备控制命令字段的识别方法。首先在家庭无线局域网环境下，基于Linux系统下采用抓包工具采集802.11数据包并存储；其次对采集的数据进行预处理，过滤出智能家居设备产生的流量数据；最后基于生物序列比对的思想实现智能家居控制命令字段的识别；具体如下：

步骤1、在布置的智能家居家庭无线局域网环境下，为保障数据采集的完整性，在装有智能家居系统APP的终端设备上，间隔相同时间重复操作智能家居系统APP，保障获得足够的双向家庭网络流量。并设置802.11协议为流量抓包参数。

步骤2、对步骤1的采集存储下来的数据进行初步预处理。由于当前的智能家居协议都是基于TCP/IP，所以先设置TCP、UDP为过滤器参数，从中筛选出所需数据流，接下来对筛选出的TCP、UDP数据流进行如下操作：

a.针对智能家居设备产生的流量的特性，设定长度、源端口/目的端口、目的地址/源地址、上下行流量比、单位时间内流量数(bit/s)这5个元素为流量过滤分类指标，可从步骤2筛选出的流量中识别出智能家居的心跳数据包；

b.从上一步a中识别出来的智能家居心跳数据包中解析出智能家居网关的MAC，并将MAC作为智能家居设备标识；

c.将上一步b中的MAC作为智能家居流量的标识，对采集的流量重新进行分类过滤，只需过滤出MAC地址上的所有流量，也即是所需的智能家居设备产生的流量。

步骤3、首先由步骤2分类出来的智能家居设备产生的数据流量包，解析出数据部分，然后根据相应算法进行逐一字节比较，完成智能家居设备控制命令的判定识别。具体操作如下：

a.将按照目的地址到源地址的方向将数据按方向分成双向流，然后分别解析出各方向数据流中的数据部分，可依次标记为数据流C0，C1，...Cn；

b.依次取C0，C1，构建N阶相似矩阵S，逐一比较相同位置上的字节并设置计分规则，可得一个含有分值的新矩阵M；

c.根据上一步的统计计分，从矩阵M中分值最高的元素开始从矩阵右下角向上回溯至矩阵的左上角，可得出两两序列间相同位置上的相同字节，然后依次递归所有序列，得到智能家居数据流中相同位置上的相同字节；

步骤4、根据上述步骤解析出来的结果，结合协议解析器，进一步判断识别出其智能家居的控制命令字段。

实施例3

如图1所示，在布置了智能家居环境的家庭无线局域网下，首先是抓取数字家庭网络的无线数据流量，然后再以分类过滤出的智能家居设备流量为数据基础，最后通过对智能家居流量的解析，实现智能家居识别控制命令字段的识别。

如图2所示，智能家居控制命令的字段识别方法具体步骤为：

步骤1、在布置的智能家居家庭无线局域网环境下，为保障数据采集的完整性，在装有智能家居系统APP的终端设备上，每隔10S重复操作智能家居门禁的开与关，(门禁的开与关操作分别对应智能家居的布防与撤防功能)，操作10次为一组，然后重复上述操作20组。并设置802.11协议为抓包参数，开始捕获家庭路由器上的无线数据包。

步骤2、对步骤1的采集存储下来的数据进行初步的清洗和过滤分类。由于当前的智能家居协议都是基于TCP/IP，所以先设置TCP、UDP为过滤器参数，从中筛选出所需数据流，接下来对筛选出的TCP、UDP数据流进行如下操作：

a.针对智能家居设备产生的流量的特性，其智能家居的心跳数据包特性：固定的长度、固定的源端口/目的端口、固定的目的地址/源地址、比值为1的上下行流量比、固定数值的单位时间内流量数(bit/s)，可依据这5个不变因素从步骤2中筛选出的流量中分类出智能家居的心跳数据包；

b.从上一步a中分类识别出来的智能家居心跳数据包中解析出智能家居网关的MAC，并将MAC作为智能家居设备标识；

c.将上一步b中的MAC作为智能家居流量的标识，对步骤1中采集的流量重新归类，只需过滤出MAC地址上的所有流量，也即是所需的智能家居设备产生的流量。

步骤3、首先由步骤2分类出来的智能家居设备产生的数据流量包，解析出数据部分，然后引入生物序列思想逐一字节解析数据部分，得出同一方向数据流中的最大相似的子序列。具体操作如下：

a.将按照目的地址到源地址的方向将数据按方向分成双向流，然后分别解析出各方向数据流中的数据部分，可依次标记为数据流C0，C1，...Cn；

b.依次取C0，C1，构建N阶相似矩阵S，借鉴生物序列比对算法思想，逐一对两条数据流进行逐个字节对齐比对；

c.对于相同位置上匹配的字节可记+1分，失配不计分，此处失配包括空位或者字符不同两种情况，其具体的计分公式可按照下式：Mij＝max[(Mi-1,j-1+Sij),(Mi,j-1),(Mi-1,j)]，可得出一个含有分数值的新矩阵M；

d.根据上一步的统计计分，从矩阵M中分值最高的元素开始从矩阵右下角向上回溯至矩阵的左上角，可得出两两序列间相同位置上的相同字节，然后依次递归所有序列，得到智能家居数据流中相同位置上的相同字节；

步骤4、根据上述步骤解析出来的结果，结合协议解析器，进一步判断识别出其智能家居的控制命令字段。

如图3所示，对步骤3中具体的矩阵统计计分规则详述如下：假设任取两条序列(以下面10字节为例)：

C1：… 00 00 03 a6 01 00 90 01 00 00 …

C2：… 00 00 03 a6 01 01 90 01 00 00 …

建立两个序列10字节的方阵S；

计分规则为Mij＝max[(Mi-1,j-1+Sij),(Mi,j-1),(Mi-1,j)]；

首先比较矩阵行、列首元素S[01]＝00和S[10]＝00，相同，则+1分，也即是形成得分矩阵M,其M[00]＝1；接着比较S[02]＝00和S[10]＝00，相同，则+1分，则得到M[10]＝max[(+1),,(M[00])]＝1；可依次得到M[01]＝1；接着比较S[11]＝00和S[11]＝00，相同，则+1分，则得到M[11]＝max[(M[00]+1),(M[10]),(M[01])]＝2；这样依次比较统计计分后，得到两序列的相同字节为… 00 00 03 a6 01 · 90 01 00 00 …。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的保护范围当中。

Claims (3)

1.一种智能家居设备控制命令字段的识别方法，其特征在于：包括以下步骤：

获取家庭路由器AP流量数据；

对获取的流量数据进行分类过滤出智能家居设备产生的流量数据；

对智能家居设备的流量数据进行逐个字节的解析，判定识别出智能家居设备的控制命令字段；

所述对智能家居设备的流量数据进行逐个字节的解析，判定识别出智能家居设备的控制命令字段；具体步骤如下：

3a.首先将以MAC地址作为智能家居标识分类出来的流量按照目的地址到源地址将流量分为双向方向流，然后对数据包进行解封装，提取出其中的数据部分；

3b.取步骤3a中同一方向的两条数据流，按照生物序列比对算法，逐一字节由头至尾对齐计分比对，然后回溯出序列间最大的相似子序列；

3c.最后，对步骤3b解析出的结果，结合协议解析器，判定识别出智能家居控制命令字段；

所述生物序列比对算法，具体步骤如下：

获取两条数据流序列C1和C2；所述序列C1和C2长度分别为M个字节和N个字节；

构造一个(N+1)*(M+1)的相似矩阵S：即将序列C1的每个字节依次填入矩阵S的第0行S[0,1]、S[0,2]、……、S[0,(M+1)]，序列C2的每个字节依次填入矩阵S的第0列S[1,0]、S[2,0]、……、S[(N+1),0]；

按照计分规则Mij＝max[(Mi-1,j-1+Sij),(Mi,j-1),(Mi-1,j)]，根据相似矩阵S按照以下步骤得到一个得分矩阵M：

比较相似矩阵S中字节元素S[0,j]和S[i,0]；若匹配，则Sij＝1，否则Sij＝0；

由得分最高的那个矩阵元素回溯至起始位置：即考察该元素的左侧、左上对角和上侧；并移动至得分最大的相邻元素；若三者相同，则选择移动至左上对角线元素。

2.如权利要求1所述的智能家居设备控制命令字段的识别方法，其特征在于：所述家庭路由器AP流量数据是通过启动抓包软件来抓取智能终端设备流经家庭路由器AP的流量数据并存储的，所述流量数据包括家庭路由器AP发给智能家居网关以及智能家居网关反馈给家庭路由器AP的上、下双向流量。

3.如权利要求1所述的智能家居设备控制命令字段的识别方法，其特征在于：所述对获取的流量数据进行分类过滤出智能家居设备产生的流量数据，是通过智能家居流量的特性完成对家庭流量的一个分类，具体步骤如下：

2a.将采集的家庭路由器AP流量数据依据protocol类型进行初步聚类；

2b.根据智能家居设备心跳数据包的特性，设置参数，分类识别出智能家居设备心跳数据包；

2c.从步骤2b中的心跳数据包中解析出智能家居网关MAC，将其作为智能家居设备的标识信息，流量分类的依据，从而完成智能家居设备流量的过滤分类。

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