CN107294822B - 一种智能家居控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能家居控制系统及方法，属于智能家居技术领域。所述智能家居控制系统包括外部控制子系统、设置于家庭内部的内部控制子系统、以及用于为内部控制子系统供电的电源管理模块；所述外部控制子系统包括移动智能终端和与移动智能终端连接的智能卡；所述内部控制子系统包括安全控制应用单元和分别与安全控制应用单元连接的N个家居控制器；家居控制器与其需要控制的家居电器连接；所述移动智能终端与安全控制应用单元通过无线通信模块连接。采用本发明所提供的家居控制系统及方法，通过移动智能终端实现了对家居电器的安全远程控制。

Description

一种智能家居控制系统及方法
技术领域
本发明涉及智能家居技术领域，具体涉及一种智能家居控制系统及方法。
背景技术
物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段，它与互联网的作用是相辅相成。目前，全球物联网还处于初级阶段，物联网相关标准亟待制订，中国物联网经历几年的发展，已初步具备了一定产业化规模基础，并且随着人们生活水平的进一步提高，物联网必将进入我们生活和工作的各个角落。但是，随着物联网建设的不断加快，物联网安全问题日见突出，已成为制约物联网全面发展的重要因素，所以，构建安全的物联网，除了需要建立完善的制度，还必须从技术层面进行解决，以让人们放心地享受物联网带来的便捷。本申请正是正对上述问题而提出的一种智能家居控制系统及方法。
基于上述原因，本发明提出了一种利用移动智能终端远程并安全地控制智能家居的系统及方法，通过该系统和方法，用户通过移动智能终端便可以方便、安全地控制家电的开或关。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种智能家居控制系统及方法，通过该系统，可以方便、安全的实现对家居电器的控制。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种智能家居控制系统，包括外部控制子系统、设置于家庭内部的内部控制子系统、以及用于为内部控制子系统供电的电源管理模块；
所述外部控制子系统包括移动智能终端以及与移动智能终端连接的智能卡；
所述内部控制子系统包括安全控制应用单元以及分别与安全控制应用单元连接的N个家居控制器，N≥1；每个家居控制器分别与其需要控制的家居电器连接；
所述移动智能终端包括第一无线通信模块和存储有第一密钥对中的第一加密密钥和第二密钥对中的第二加密密钥的第一存储模块；
所述智能卡包括用于存储有第一密钥对中的第一解密密钥、第二密钥对中的第二解密密钥、第三密钥对中的第三加密密钥和智能卡PIN码的安全芯片；
所述安全控制应用单元包括主控芯片、以及分别与主控芯片连接的第二无线通信模块和存储有第三密钥对中的第三解密密钥的第二存储模块；
所述第一无线通信模块与第二无线通信模块连接；
其中，所述第一密钥对用于智能卡对移动智能终端的外部认证，所述第二密钥对用于智能卡对移动智能终端使用者所输入的PIN码的验证，所述第三密钥对用于智能卡与安全控制应用单元之间的会话密钥的安全传输。
进一步，如上所述的一种智能家居控制系统，所述家居控制器包括家居电器控制开关和家居电器监控单元。
进一步，如上所述的一种智能家居控制系统，所述智能卡与移动智能终端接触式连接。
进一步，如上所述的一种智能家居控制系统，所述智能卡包括第三无线通信模块，所述移动智能终端包括第四无线通信模块，第三无线通信模块与第四无线通信模块通信连接。
进一步，如上所述的一种智能家居控制系统，所述内部控制子系统还包括与安全控制应用单元连接的传感器；所述传感器包括温度传感器、湿度传感器和烟雾传感器。
进一步，如上所述的一种智能家居控制系统，所述第一密钥对和第二密钥对为对称密钥对，所述第三密钥对为非对称密钥对。
进一步，如上所述的一种智能家居控制系统，所述智能卡为Java卡。
基于上述智能家居控制系统的一种智能家居控制方法，包括以下步骤：
(1)建立智能卡与移动智能终端之间的连接以及移动智能终端与安全控制应用单元之间的连接；
(2)移动智能终端与智能卡之间通过第一密钥对完成智能卡对移动智能终端的外部认证，通过第二密钥对完成智能卡对移动智能终端使用者所输入的PIN码的验证；
(3)移动智能终端向智能卡发送会话密钥生成指令；
(4)智能卡根据移动智能终端的会话密钥生成指令生成会话密钥，并采用第三加密密钥将会话密钥加密后通过移动智能终端将加密密文发送到安全控制应用单元；
(5)安全控制应用单元采用第三解密密钥将加密密文解密得到会话密钥；
(6)移动智能终端向智能卡发送家居电器操作指令，智能卡采用所述会话密钥将家居电器操作指令加密后通过移动智能终端发送到安全控制应用单元；
(7)安全控制应用单元采用所述会话密钥解密接收到的加密的家居电器操作指令，根据解密得到的家居电器操作指令，通过控制家居控制器完成对家居电器的控制。
进一步，如上所述的一种智能家居控制方法，步骤(4)中，所述会话密钥是由智能卡随机生成的。
进一步，如上所述的一种智能家居控制方法，步骤(6)中，所述家居电器操作指令为家居电器控制指令或家居电器参数查询指令。
本发明的有益效果在于：本发明所提供的智能家居控制方法及系统，通过智能卡、移动智能终端、安全控制应用单元和家居控制器实现了对家居电器的远程智能控制，且智能卡与移动智能终端之间以及移动智能终端与安全控制应用单元之间的数据交互均需要通过安全加解密验证，大大提高了智能家居控制的安全性。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中提供的一种智能家居控制系统的结构示意图；
图2为本发明具体实施方式中提供的一种智能家居控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
图1示出了本实施方式中提供的一种智能家居控制系统的结构示意图，由图中可以看出，该系统包括外部控制子系统1、设置于家庭内部的内部控制子系统2、以及用于为内部控制子系统2供电的电源管理模块3。
本实施方式中，所述外部控制子系1包括移动智能终端100和与移动智能终端100连接的智能卡200。所述内部控制子系统2包括安全控制应用单元300 和分别与安全控制应用单元300连接的N个家居控制器400，N≥1；每个家居控制器400分别与其需要控制的家居电器连接。
其中，所述移动智能终端100包括第一无线通信模块101和存储有第一密钥对中的第一加密密钥和第二密钥对中的第二加密密钥的第一存储模块 102。
所述智能卡200包括用于存储有第一密钥对中的第一解密密钥、第二密钥对中的第二解密密钥、第三密钥对中的第三加密密钥和智能卡PIN码的安全芯片201；
所述安全控制应用单元300包括主控芯片301以及分别与主控芯片301 连接的第二无线通信模块302和存储有第三密钥对中的第三解密密钥的第二存储模块303。所述第一无线通信模块101与第二无线通信模块302连接。
本实施方式中，所述第一密钥对用于智能卡200对移动智能终端100的外部认证，所述第二密钥对用于智能卡200对移动智能终端100使用者所输入的智能卡200的PIN码验证，所述第三密钥对用于智能卡200与安全控制应用单元300之间的会话密钥的安全传输。当然，所述移动智能终端100 的第一存储模块102中还存储有与所述第一加密密钥对应的第一加密算法、与所述第二加密密钥对应的第二加密算法；智能卡200的安全芯片201中还存储有与第一加密算法和第二加密算法分别对应的第一解密算法和第二解密算法以及与所述三加密密钥对应的第三加密算法，安全控制应用单元300的第二存储模块302中存储有与第三加密算法对应的第三解密算法。
本实施方式中，移动智能终端100与安全控制应用单元300的主控芯片 301之间通过第一无线通信模块101和第二无线通信模块302进行无线通信。第一无线通信模块101和第二无线通信模块302包括但不限于GSM模块、3G 模块、4G模块、蓝牙模块和WIFI模块中的一种或多种。当然，第一无线通信模块101和第二无线通信模块302之间至少包括一种相同的无线通信模块。在实际应用中，安全控制应用单元300的主控芯片301、第二无线通信模块302和第二存储模块303可以是三个独立的部分，也两者或三者可以集成为一体，例如，主控芯片301和第二存储模块303可以直接采用一具有数据控制处理及存储功能的芯片。
在实际应用中，综合考虑到智能卡200、移动智能终端100和安全控制应用单元300之间数据传输的实际特征、效率以及传输的安全性，本实施方式中，所述第一密钥对和第二密钥对优选为对称密钥对，第三密钥对优选为非对称密钥对，即第一加密密钥和第一解密密钥相同，第二加密密钥和第二解密密钥相同，第三加密密钥为非对称密钥对中的私钥，第三解密密钥为非对称密钥对中的公钥。其中，上述各加解密密钥的产生方式以及密钥的长度可以根据实际应用场景进行选择，会因所选择的加解密算法及所要求的安全级别的不同而不同。
所述家居控制器400用于实现对家居电器的开关控制，还可以用于监控家居电器相关参数的监控，因此，家居控制器400可以包括家居电器控制开关和家居电器监控单元。通过家居控制器400，实现对照明、电视、热水器等电器的开关控制。其中，家居控制器400的家居控制开关可以采用继电器或其它形式的电器控制器件，也可以采用智能开关，安全控制应用单元300 通过向家居控制器400发送控制信号实现对电器的控制。
本实施方式中，所述移动智能终端100包括但不限于智能手机、PC等，所述智能卡200优选为java卡。移动智能终端100与智能卡200之间可以采用接触式连接方式，也可以采用无线通信方式。接触式连接方式可以选择如 SIM卡与手机之间的触点插卡连接方式，采用无线通信方式时，所述智能卡 200还包括第三无线通信模块202，所述移动智能终端100还包括第四无线通信模块103，第三无线通信模块202与第四无线通信模块103通信连接。所述第三无线通信模块202和第四无线通信模块103优选为蓝牙模块。
为了更好的实现对家内部的监控，本实施方式中，所述内部控制子系统2 还就可以包括与安全控制应用单元300的主控芯片301连接的传感器500；所述传感器500包括但不限于温度传感器、湿度传感器和烟雾传感器等，各传感器根据家庭的实际情况布置在需要重点监测的位置。安全控制应用单元 300通过获取传感器500的测量结果，实现对家庭中湿度、温度及气体浓度等的监测，当监测结果大于预设的阈值时，可以向移动智能终端100发送报警提示，使用户能够及时了解到家中情况。
需要说明的，所述电源管理模块3除了用于为内部控制子系统2供电的外，还可以用于内部控制子系统2中各部分的电源管理，实现各模块的安全供电管理。
采用本实施例中所提供的智能家居控制系统，用户可以通过移动智能终端实现对家庭中家居电器的远程控制，在具体应用中，通过在移动智能终端中安装智能家居控制系统的客户端软件，用户通过软件的用户操作界面便可以方便的控制家居电器开与关，在控制过程中，智能卡与移动智能终端之间首先需要利用第一密钥对和第二密钥对实现身份认证、PIN码认证，移动智能终端与安全控制应用单元之间的交互数据也经由会话密钥进行加解密处理，大大提高了智能家居控制的安全性。
基于图1中所示的智能家居控制系统，本实施方式中还提供了一种智能家居控制方法，如图2所示，该方法可以包括以下步骤：
步骤S100：建立智能卡与移动智能终端之间的连接以及移动智能终端与安全控制应用单元之间的连接；
智能卡与移动智能终端之间可以是接触式连接，也可以是无线通信连接，优选的，智能卡与移动智能终端中均具有蓝牙模块，智能卡与移动智能终端通过蓝牙连接。
移动智能终端与安全控制应用单元之间通过无线通信模块连接。优选的，当用户在家时，移动智能终端和安全控制应用单元可以直接通过家庭WIFI 或蓝牙连接，当用户外出时，移动智能终端和安全控制应用单元可以通过移动网络(GSM/3G/4G/等)连接。
本实施方式中，所述智能卡优选为蓝牙java卡，在实际应用中，采用 java卡可以根据实际应用的不同，安装和下载不同的Applet应用程序到java 卡中，这样，在家庭中有家居电器的增加或减少时，可以通过移动智能终端的家居控制系统客户端软件的用户操作界面随时对java卡中的相应应用程序进行增加或删除。
步骤S200：智能卡通过第一密钥对完成对移动智能终端的外部认证，智能卡通过第二密钥对完成对移动智能终端使用者所输入的PIN码认证；
为了保证智能家居控系统的安全性，智能卡首先需要通过第一密钥对对移动智能终端进行外部认证，还需要通过第二密钥对对移动智能终端使用者进行PIN码认证。通过对移动智能终端和移动智能终端使用者进行外部认证和PIN码认证，保证了只有持有特定的智能卡和通过外部认证的移动智能终端及PIN码认证通过的移动智能终端使用者才能够通过本发明提供的控制系统实现对家居电器的控制，使移动智能终端对家居电器的远程控制的安全性得到保证。
本实施方式中，所述第一密钥对和第二密钥对均为对称密钥。假设第一加密密钥和第一解密密钥为K1，第二加密密钥和第二解密密钥为K2。在实际应用中，K1和K2是在智能卡生产阶段的个人化操作时事先写入卡中的，对于移动智能终端来说，K1和K2可以是事先存储的，也可以是在移动智能终端与智能卡进行相互认证时，通过设定的用于计算K1的算法和用于计算K2 的算法计算出来，计算时，移动智能终端首先从智能卡获取智能卡的唯一标识信息，使用该唯一标识信息和管理密钥通过密钥分散算法进行密钥分散得到K1或K2。
本实施方式中,智能卡对移动智能终端的外部认证可以采用如下表所示的方式，该方式中进行加解密处理的算法以DES对称算法为例：
Figure BDA0000963226530000081
只有该步骤的外部认证通过，才能够进行下一步，否则，说明移动智能终端中所存储的第一加密密钥不正确，并不是对应的家居控制系统的合法移动智能终端，整个智能家居控制过程结束，并在移动智能终端提示外部认证失败。
在上述外部认证通过后，移动智能终端提示用户输入智能卡的PIN码，根据用户输入的PIN码和第二密钥对完成对移动智能终端使用者所输入的 PIN码的认证，本实施方式中，可以采用下表所示的方式进行PIN码认证，该认证步骤中的加解密算法以3DES对称算法为例进行说明：
Figure BDA0000963226530000091
同样，验证通过后进入下一步骤，如果验证失败，则整个过程失败，移动智能终端将不能正常查看和控制家居电器，提示智能卡PIN码验证失败。
在实际应用中，智能卡中初始的PIN码一般是生产时预存的一初始口令，如六个零或者其它默认数字串，用户在使用移动智能终端初次进行远程控制时，用户使用初始的PIN码完成第一次PIN码认证通过后，可以通过移动智能终端对智能卡中的PIN码进行修改。
步骤S300：移动智能终端向智能卡发送会话密钥生成指令；
步骤S400：智能卡生成会话密钥，并采用第三加密密钥将会话密钥加密后通过移动智能终端将加密密文发送到安全控制应用单元；
步骤S500：安全控制应用单元采用第三解密密钥对加密密文解密得到会话密钥；
本实施方式中，通过步骤S300-步骤S500完成智能卡与安全控制应用单元之间用于数据安全传输的会话密钥的生成与传输。会话密钥是由智能卡生成的，优选的，会话密钥随机生成，随机会话密钥的具体生成方式可以根据需要进行选择。所述第三密钥对优选为非对称密钥对，第三加密密钥会私钥，第三解密密钥为公钥。
在完成步骤S200中的认证后，移动智能终端向智能卡发送会话密钥生成指令，智能卡接收到该指令后，根据其内置的会话密钥生成算法生成会话密钥，并采用第三加密密钥将会话密钥加密后通过移动智能终端将加密密文发送到安全控制应用单元，安全控制应用单元的主控芯片接收到移动智能终端发送的加密密文后，通过第二存储模块中存储的第三解密密钥对移动智能终端发送来的加密数据进行解密后即可得到会话密钥。
步骤S600：移动智能终端将家居电器操作指令发送到智能卡，智能卡通过所述会话密钥将家居电器操作指令加密后通过移动智能终端安全发送到安全控制应用单元；
步骤S700：安全控制应用单元通过所述会话密钥解密接收到的加密的家居电器操作指令，根据解密得到的家居电器操作指令，通过控制家居控制器完成对家居电器的控制。
完成会话密钥的安全传输之后，用户便可以通过移动智能终端和智能卡向安全控制应用单元发送家居电器操作指令，具体的，移动智能终端首先将家居电器操作指令发送到智能卡，智能卡通过会话密钥将该操作指令加密后，再通过移动智能终端将操作指令发送至安全控制应用单元，安全控制应用单元接收到该加密后的操作指令后，主控芯片通过会话密钥解密后得到家居电器操作指令，根据该指令通过控制家居控制器完成对家居电器的控制。
本实施方式中，所述家居电器操作指令为家居电器控制指令或家居电器参数查询指令，通过家居电器控制指令完成电器的开或关，通过参数查询指令完成对家居电器参数的查询，如热水器温度的查询。
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同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种智能家居控制系统，其特征在于：包括外部控制子系统(1)、设置于家庭内部的内部控制子系统(2)、以及用于为内部控制子系统(2)供电的电源管理模块(3)；
所述外部控制子系统(1)包括移动智能终端(100)以及与移动智能终端(100)连接的智能卡(200)；
所述内部控制子系统(2)包括安全控制应用单元(300)以及分别与安全控制应用单元(300)连接的N个家居控制器(400)，N≥1；每个家居控制器(400)分别与其需要控制的家居电器连接；
所述移动智能终端(100)包括第一无线通信模块(101)和存储有第一密钥对中的第一加密密钥和第二密钥对中的第二加密密钥的第一存储模块(102)；
所述智能卡(200)包括用于存储有第一密钥对中的第一解密密钥、第二密钥对中的第二解密密钥、第三密钥对中的第三加密密钥和智能卡PIN码的安全芯片(201)；
所述安全控制应用单元(300)包括主控芯片(301)、以及分别与主控芯片(301)连接的第二无线通信模块(302)和存储有第三密钥对中的第三解密密钥的第二存储模块(303)；
所述第一无线通信模块(101)与第二无线通信模块(302)连接；主控芯片(301)与家居控制器(400)连接；
其中，所述第一密钥对用于智能卡(200)对移动智能终端(100)的外部认证，所述第二密钥对用于智能卡(200)对移动智能终端(100)使用者所输入的PIN码的验证，所述第三密钥对用于智能卡(200)与安全控制应用单元(300)之间的会话密钥的安全传输；
智能卡用于根据移动智能终端的会话密钥生成指令生成会话密钥，并采用第三加密密钥将会话密钥加密后通过移动智能终端将加密密文发送到安全控制应用单元。
2.根据权利要求1所述的一种智能家居控制系统，其特征在于：所述家居控制器(400)包括家居电器控制开关和家居电器监控单元。
3.根据权利要求1所述的一种智能家居控制系统，其特征在于：所述智能卡(200)与移动智能终端(100)接触式连接。
4.根据权利要求1所述的一种智能家居控制系统，其特征在于：所述智能卡(200)包括第三无线通信模块(202)，所述移动智能终端(100)包括第四无线通信模块(103)，第三无线通信模块(202)与第四无线通信模块(103)通信连接。
5.根据权利要求1所述的一种智能家居控制系统，其特征在于：所述内部控制子系统(2)还包括与安全控制应用单元(300)连接的传感器(500)；所述传感器(500)包括温度传感器、湿度传感器和烟雾传感器。
6.根据权利要求1所述的一种智能家居控制系统，其特征在于：所述第一密钥对和第二密钥对为对称密钥对，所述第三密钥对为非对称密钥对。
7.根据权利要求1至6之一所述的一种智能家居控制系统，其特征在于：所述智能卡(200)为Java卡。
8.基于权利要求1至7之一所述的智能家居控制系统的一种智能家居控制方法，包括以下步骤：
(1)建立智能卡与移动智能终端之间的连接以及移动智能终端与安全控制应用单元之间的连接；
(2)移动智能终端与智能卡之间通过第一密钥对完成智能卡对移动智能终端的外部认证，通过第二密钥对完成智能卡对移动智能终端使用者所输入的智能卡的PIN码的验证；
(3)移动智能终端向智能卡发送会话密钥生成指令；
(4)智能卡根据移动智能终端的会话密钥生成指令生成会话密钥，并采用第三加密密钥将会话密钥加密后通过移动智能终端将加密密文发送到安全控制应用单元；
(5)安全控制应用单元采用第三解密密钥将加密密文解密得到会话密钥；
(6)移动智能终端向智能卡发送家居电器操作指令，智能卡采用所述会话密钥将家居电器操作指令加密后通过移动智能终端发送到安全控制应用单元；
(7)安全控制应用单元采用所述会话密钥解密接收到的加密的家居电器操作指令，根据解密得到的家居电器操作指令，通过控制家居控制器完成对家居电器的控制。
9.根据权利要求8所述的一种智能家居控制方法，其特征在于：步骤(4)中，所述会话密钥是由智能卡随机生成的。
10.根据权利要求8或9所述的一种智能家居控制方法，其特征在于：步骤(6)中，所述家居电器操作指令为家居电器控制指令或家居电器参数查询指令。
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