CN111083654B - 无线无源开关实现控制的方法、无线无源开关，以及代理节点 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线无源开关通过代理节点实现控制的方法，包括，无线无源开关向代理节点高频率发送消息字负载包；代理节点接收到消息字负载包后，使用秘钥对消息字负载包进行解密；当代理节点对消息字负载包解密成功后，代理节点将解密成功后的消息字负载包转换成适配无线网络的数据包，透传给网关；所述网关接收到数据包后，根据数据包内序列号进行去重处理，执行数据包内的命令。通过本方法可以将开关安全、高效接入现有无线控制系统中，实现一种新的控制系统，以人为本，除了基本开关需求，节能环保的同时有着更好的用户体验。

Description

无线无源开关实现控制的方法、无线无源开关，以及代理节点

技术领域

本发明属于智能控制领域，具体为一种无线无源开关实现控制的方法。

背景技术

随着智能控制技术的发展，目前在工业、商业、民用的照明环境都已经得到应用，如商场、景观灯、室内照明等。而照明的功能也得到了无限的延伸，除了传统的有线系统外，而无线控制系统的出现在更多的场合提供了更多的可能性，比如传统项目的改造。无论成本还是便利性，无线控制都有大大的优势体现。

无源无线开关是将环境中的微小能量转化为电能，实现自功能的无线传感网络。微型能量转换器将机械能、光能、温差能转换为电能，结合高效的能源管理系统，能量采集技术让免维护的物联网设备之间可以基于蓝牙、zigbee等国际无线标准而连接通信。从而大大提高智能系统的灵活性和能源效率，同时节省时间与成本。

无源无线开关在实际使用的过程中，存在如下的问题：

1.无线无源开关低能量与有效数据的矛盾。无线无源开关能量是有限，并且存在的时间也是很短的。因此如何在很短的时间内发送出足够多的信息，来控制适配不同的系统控制是一个巨大的挑战。因此无线控制模块的低功耗启动与工作、无线数据控制指令的高效为最大的问题。

2.接入系统安全问题。目前无线系统的安全是重要的，当前常见的zigbee、433或者BLE的Mesh都有一套安全的从物理层、链路层等系统的管理，但是对于无线无源开关来实现这样一套复杂的安全协议，是不可能的。

3.应用功能问题，无线无源的开关的特点决定了其控制的指令是简洁、高效，同时也就需要被控系统能够适配。如何不同的场景和设备上来适配同样的开关是一个大的挑战。

4.有效范围问题。因为是无线无源，因此发射的射频的信号强度一定是有限的，无线的Mesh系统最大的优点就是节点之前的互相通讯，扩大作用范围。因此如何将二者的特点结合，是系统高效工作是一个挑战。

发明内容

本发明的目的，就是解决现有技术中存在的问题，提出了一种新型的无线无源开关实现控制的方法，无线无源开关，以及代理节点。

技术方案一：一种无线无源开关通过代理节点实现控制的方法，无线无源开关向代理节点高频率发送消息字负载包；代理节点接收到消息字负载包后，使用秘钥对消息字负载包进行解密；当代理节点对消息字负载包解密成功后，代理节点将解密成功后的消息字负载包转换成适配无线网络的数据包，透传给网关；所述网关接收到数据包后，根据数据包内序列号进行去重处理，执行数据包内的命令。

进一步的，在所述无线无源开关向代理节点高频率发送消息字负载包之前，所述代理节点已组网，并接入到网关。

进一步的，所述无线无源开关配网接入到包括代理节点的网络内。

进一步的，所述无线无源开关配网接入到包括代理节点的网络内，包括，所述无线无源开关向代理节点发射入网广播包；所述代理节点接收入网广播包，并从所述入网广播包中解析出所述无线无源开关的MAC地址和秘钥。

进一步的，当多个无线无源开关通过代理节点接入到网络时，代理节点接收到多个无线无源开关发送的不同的秘钥。

进一步的，当所述代理节点内保存有多个不同的秘钥时，所述代理节点依次使用不同的秘钥对接收到消息字负载包进行解密。

进一步的，所述消息字负载包，包括无线无源开关的MAC地址、序列号，以及控制命令。

进一步的，所述网关根据数据包内序列号进行去重处理，包括，当接收到多个数据包时，检查多个数据包内的序列号是否相同，如果有相同序列号的数据包，则剔除重复的数据包。

技术方案二：一种无线无源开关，包括，无源自发电模块、主控模块、广播模块，以及按键面板；所述主控模块，分别和无源自发电模块、广播模块，以及按键面板电连接；所述无源自发电模块，配置为将用户按压按键面板时的按键动作产生的机械能转换为电能，并给所述主控模块供电；当所述无线无源开关配网时，主控模块生成入网广播包，并通过广播模块向代理节点发送入网广播包；当所述无线无源开关实现控制时，主控模块生成消息字负载包，并通过广播模块向代理节点发送消息字负载包。

进一步的，所述入网广播包，包括所述无线无源开关的MAC地址，以及秘钥。

进一步的，所述消息字负载包，包括无线无源开关的MAC地址、序列号，以及控制命令。

技术方案三：一种代理节点，包括接收模块、处理器，以及发送模块；所述处理器分别和接收模块，以及发送模块电连接；在无线无源开关通过代理节点接入到网络时，接收模块接收到无线无源开关发送的入网广播包，并发送给处理器；所述处理器对接收到的入网广播包进行解析，解析得到无线无源开关的MAC地址和秘钥；在无线无源开关通过代理节点发送控制信号时，接收模块接收无线无源开关发送的消息字负载包，并发送给处理器；处理器使用无线无源开关发送的秘钥对消息字负载包进行解密；所述处理器将解密成功后的消息字负载包转换成适配无线网络的数据包，并通过发送模块透传给网关。

进一步的，所述代理节点还包括电源模块；所述电源模块，配置为给所述处理器供电。

进一步的，所述代理节点还包括存储器；所述存储器配置为保存处理器解析到的无线无源开关的MAC地址和秘钥。

进一步的，如果多个无线无源开关通过同一代理节点进行网络接入，则依次使用不同无线无源开关对应的秘钥进行解密。

本发明的有益效果为：本发明中的无线无源开关实现控制的方法优点如下：1.多级发射强度等级管理，可以有效控制开关的作用范围，可以很好的解决配对节点有限范围与工作大范围的需求；2.系统安全，任何可控系统的主控设备的接入，都不存在被模仿、被干扰等问题。3.开关命令与Mesh命令兼容适配，有限数据长度中通过协议的定义最高效的方式完成通讯。总体来说，通过本方法可以将开关安全、高效接入现有无线控制系统中，实现一种新的控制系统，以人为本，除了基本开关需求，节能环保的同时有着更好的用户体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例优选的无线无源开关内部电路结构示意图；

图2为本发明实施例优选的无线无源开关配置入网的流程示意图；

图3为本发明实施例优选的无线无源开关控制网络结构拓扑图；

图4为本发明实施例优选的无线无源开关控制的流程示意图；

图5为本发明实施例优选的代理节点结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为本发明实施例优选的无线无源开关内部电路结构示意图。

如图1所示，无线无源开关1包括，无源自发电模块11、主控模块12、广播模块13、存储器14，以及按键面板15。其中，主控模块12分别与无源自发电模块11、广播模块13、存储器14，以及按键面板15电连接。无源自发电模块11，为主控模块12工作提供电能，可以将用户按压按键面板15时的按键动作产生的机械能或者其他方式的微能量转换为电能，并进行电能存储。广播模块13，配置为向外界广播消息。

存储器14，配置为存储无线无源开关1的安全秘钥、设备信息、负载包定义、命令序列号、系统配置的相关内容，上述内容可由用户自行设置，这样在整个系统控制方法中用户可以通过NFC/FLASH读写器或者其他支持的方式来完成该区域的读写。该部分的独立设计与后面系统安全、配对接入等相关联，为可靠设计之一。

按键面板15，配置为接收用户对无线无源开关1进行的设置。

主控模块12，配置为控制整个无线无源开关1的运行。

图2为本发明实施例优选的无线无源开关1配置入网的流程示意图。

如图2所示，无线无源开关1配置入网的流程如下：

S21、完成所有物理节点2的无线组网；

具体的，按照无线系统的原有方式进行组网，所有物理节点2进入网关系统；组网方式可以是zigbee，也可以是BLE的MESH组网，物理节点2是多个可被无线无源开关1控制的灯具2。

S22、就近选择较方便操作的物理节点2作为代理节点21，代理节点21进入配对等待状态，搜索广播包；

具体的，选择一个最便利的节点作为代理节点21，代理节点21进入配对学习模式，开始搜索开关的无线秘钥包。

S23、无线无源开关1进入配置入网模式，低功率发射入网广播包；

具体的，无线无源开关1进入配置入网模式，低功率发射入网广播包；在入网广播包中同时包括无线无源开关1的MAC信息和秘钥信息，此时选择的发射功率的level较低，有效距离保证在0.5m以内。较低的发射功率能够避免同一强电线路上的多个节点同时处于广播等待模式，同时会学习到的情况。低功率发射入网广播包，是为了避免后续的网络风暴，因为如果采用较大功率发射入网广播包，多个物理节点2会收到入网广播包，从而有多个物理节点2成为代理节点21，在后续无线无源开关1大功率发送消息字负载包时，多个代理节点21均能处理该消息字负载包，并将消息字负载包转换成数据包，并在网络内发送，容易引起网络负荷风暴。

S24、代理节点21如果搜索到入网广播包，则从入网广播包中解析出无线无源开关1的MAC地址和秘钥；如果搜索不到入网广播包，则继续搜索；

具体的，代理节点21如果搜索到入网广播包，则从入网广播包中解析出无线无源开关1的MAC地址和秘钥，并保存到代理节点21内；如果搜索不到无线无源开关1发送的入网广播包，则继续搜索。其中，每个MAC地址对应的秘钥各不相同。

S25、当代理节点21配对完成后，退出配对模式。

图3为本发明实施例优选的无线无源开关控制网络结构拓扑图。

完成无源无线开关1在系统中的物理添加后，实际无线无源开关1就已经接入了系统，只不过是通过系统中的各个节点做代理，无源无线开关1与代理节点21之间为虚拟设备，因此要在系统中配置该设备才能真正使其控制系统。

这里的虚拟设备的配置基于实际无线系统来进行，涉及云服务器4、网关3、物理节点2，以及无线无源开关1，各个部分的主要工作拓扑图如图3所示。

云服务器4：处理系统中无线无源开关1在本实施例中涉及的各个参数；可以是不同的无线网络系统。主要包括：a、根据开关唯一的MAC，申请其在系统中的云端虚拟设备的编号；所有的参数均与此编号进行绑定传输；b、参数选择与设定：设备各个按键对应的负载信息包、加解密算法、格式类型；c、规则执行的无线局域网络的命令关联。

网关3：将云端相关的配置同步到网关侧，网关为本系统的中枢控制，根据配置的信息，完成开关的物理配对、开关动作触发数据包安全认证和解析、比对等等的步骤。

无线局域网5：一方面代理无线无源开关1的控制数据包的传输路径；另一方面从网关侧执行该无线无源开关1控制的对象与动作；

无线无源开关1：为主要触发设备，基础设备相关配置在云端设定后实现在整系统中的联动。该方法中设备本身简单、可配置，灵活性高。

根据系统的各个模块，完成开关的功能和能力的配置与定义，适合于各种应用场景下。关键参数包括：开关加解密算法、数据负载格式、按键的能力表、触发的规则等等。这样任意的开关都能保证唯一的接入系统后安全的控制网络，并且实现不同的功能。这些无需对开关做二次开发，系统配置即可。当然如果对于小型封闭网络，不包括网关，无法实现云端的配置，这里也在系统设计中预留了控制方法，因为定义的数据负载包在代理节点21检查的时候，如果代理节点21没有配置入网，那么就直接解析数据负载直接变成无线网络的命令负载发送，定义是一致的，可以实现直接控制。

图4为本发明实施例优选的无线无源开关控制的流程示意图。

如图4所示，无线无源开关控制的流程如下：

S41、接入系统的无线无源开关1发送消息字负载包；

具体的，由于在图2中，无线无源开关1已通过代理节点21接入到系统中，当无线无源开关1欲控制物理节点时，用户可按压无线无源开关1上的按键，生成按键动作对应的消息字负载包，在该消息字负载包中包括无线无源开关1的序列号、消息字负载，以及无线无源开关1的MAC信息。其中，如果物理节点是灯具时，消息字负载包为调光命令。

在发送消息字负载包之前，可根据不同的网络类型和长度要求，对数据进行精简压缩。在发送消息字负载包时，按照高发射功率方式发送，利用有限能量的发送尽量多的数据。

S42、代理节点21接收到消息字负载包后，使用秘钥对消息字负载包进行解密、验证；

具体的，代理节点21接收到无线无源开关1发送的消息字负载包后，使用在之前无线无源开关配置入网过程中接收到的秘钥对消息字负载包进行解密。每个MAC地址对应的秘钥各不相同，如果多个无线无源开关1通过同一代理节点21进行接入，则依次使用不同无线无源开关1对应的秘钥进行解密。

如果有一个秘钥解密成功，则说明发送消息字负载包的无线无源开关1是通过该代理节点21接入成功的无线无源开关1；如果所有秘钥都解密不成功，则说明发送消息字负载包的无线无源开关1没有成功通过该代理节点21接入到系统。

S43、代理节点21将解密成功后的消息字负载包转换成适配无线网络的数据包，透传给网关3；

具体的，当在步骤S42解密成功后，代理节点21将解密成功后的消息字负载包转换为适配无线网络的数据包，并将数据包透传给网关3。

S44、网关3接收到数据包后，根据序列号进行去重处理，执行数据包内的命令；

其中，根据序列号进行去重处理，例如，接收到同一个无线无源开关1发送的多个数据包时，比对多个数据包中是否存在序列号相同的，如果存在则剔除重复的数据包。

在去重之后，网关3执行数据包中的控制命令，对相应的节点执行规定的操作，例如全网或部分节点的开关、等级控制等，当节点是灯具时，可对灯具执行调光、调色命令。

图5为本发明实施例优选的代理节点结构示意图。

如图5所示，代理节点21包括接收模块212、处理器211、发送模块213、存储器214，以及电源模块215。其中，处理器211分别和接收模块212、发送模块213、存储器214，以及电源模块215连接。电源模块215向处理器211提供电能。

在无线无源开关1通过代理节点21接入到系统时，代理节点21的接收模块212接收到无线无源开关1发送的入网广播包，并发送给处理器211；处理器211对接收到的入网广播包进行解析，解析得到无线无源开关1的MAC地址和秘钥，并将无线无源开关1的MAC地址和秘钥保存到存储器214中。

在无线无源开关1通过代理节点21发送控制信号时，代理节点21的接收模块212接收无线无源开关1发送的消息字负载包，并发送给处理器211；处理器211使用无线无源开关1发送的秘钥对消息字负载包进行解密，如果多个无线无源开关1通过同一代理节点21进行接入，则依次使用不同无线无源开关1对应的秘钥进行解密，如果有一个秘钥解密成功，则说明发送消息字负载包的无线无源开关1是通过该代理节点21接入成功的无线无源开关1；如果所有秘钥都解密不成功，则说明发送消息字负载包的无线无源开关1没有成功通过该代理节点21接入到系统。

如果有一个秘钥解密成功，则说明发送消息字负载包的无线无源开关1是通过该代理节点21接入成功的无线无源开关1；如果所有秘钥都解密不成功，则说明发送消息字负载包的无线无源开关1没有成功通过该代理节点21接入到系统。

当解密成功后，处理器211将解密成功后的消息字负载包转换成适配无线网络的数据包，并发送给发送模块213，发送模块213将该适配无线网络的数据包透传给网关3。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

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。

Claims (4)

1.一种无线无源开关通过代理节点实现控制的方法，其特征在于，包括，

无线无源开关向代理节点高频率发送消息字负载包；

代理节点接收到消息字负载包后，使用秘钥对消息字负载包进行解密；

当代理节点对消息字负载包解密成功后，

代理节点将解密成功后的消息字负载包转换成适配无线网络的数据包，透传给网关；

所述网关接收到数据包后，根据数据包内序列号进行去重处理，执行数据包内的命令；

其中，在所述无线无源开关向代理节点高频率发送消息字负载包之前，所述无线无源开关靠近一代理节点，低功率发送入网广播包；

当多个无线无源开关通过代理节点接入到网络时，

代理节点接收到多个无线无源开关发送的不同的秘钥；

当所述代理节点内保存有多个不同的秘钥时，

所述代理节点依次使用不同的秘钥对接收到消息字负载包进行解密。

2.根据权利要求1所述的无线无源开关实现控制的方法，其特征在于，所述代理节点接收入网广播包，并从所述入网广播包中解析出所述无线无源开关的MAC地址和秘钥。

3.根据权利要求1所述的无线无源开关实现控制的方法，其特征在于，所述消息字负载包，包括无线无源开关的MAC地址、序列号，以及控制命令。

4.根据权利要求3所述的无线无源开关实现控制的方法，其特征在于，所述网关根据数据包内序列号进行去重处理，包括，

当接收到多个数据包时，检查多个数据包内的序列号是否相同，如果有相同序列号的数据包，则剔除重复的数据包。

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