CN112804294A - 一种边缘主机系统及其交互方法、场景分析方法 - Google Patents

Abstract

一种边缘主机系统，包括边缘主机、协议器、服务器、智能家居设备；边缘主机设有协议处理模块、数据管理模块、场景联动模块、安全防护模块，智能家居设备能经由通信链路反馈其状态，协议器能够将通信方式和协议不同的智能家居设备数据转换为格式统一；智能家居设备上报数据给协议器，再由协议器转换为数据上报给边缘主机，边缘主机将数据处理后再上报智能家居设备状态到服务器；协议处理模块，将各协议器上报数据预处理成数据结构，再由数据管理模块对数据进行融合和处理，处理后数据经安全防护模块筛查后上报，场景联动模块对关键数据抽调后进行本地用户行为分析生成相应的智能化场景。本申请提供一种边缘主机系统，高可靠性，使用安全，易扩展。

Description

一种边缘主机系统及其交互方法、场景分析方法

技术领域

本发明涉及智能家居技术，具体涉及一种边缘主机系统及其交互方法、场景分析方法。

背景技术

随着物联网的迅猛发展、无线网络的不断普及，家用设备的智能化浪潮，越来越多的终端设备接入到互联网。大量终端设备数据涌入互联网必然带来数据中心大量的算力消耗，直接或间接的影响到用户的使用体验。

在智能家居使用场景中，往往需要保障用户个人隐私，实现设备与人之间实时的交互响应，对用户行为分析，实现对应终端设备场景智能化。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本申请提供一种边缘主机系统及其交互方法、场景分析方法，高可靠性，使用安全，响应实时，易扩展，能够连接各类不同的智能家居终端设备，能够适配各种不同类型的使用场景。

为了实现上述技术效果，本发明的具体技术方案如下：

一种边缘主机系统，包括边缘主机、协议器、服务器、智能家居设备；所述边缘主机设有协议处理模块、数据管理模块、场景联动模块、安全防护模块。

所述智能家居设备，种类多样，通信连接方式可以是有线连接(RS232、RS485、MODBUS、KNX等)或者无线(红外、WIFI、Bluetooth、LoRa、RF、Zigbee、NB-IOT等)，该设备通过接收特定的指令受到控制，能够经由通信链路反馈该设备状态。

所述协议器，硬件上通信方式的不同，协议器与对应智能家居设备通信的基础电路设计相匹配；软件协议上，每一类智能家居设备的协议，采用与之对应的协议解析方法。协议器将通信方式和协议不同的智能家居设备数据转换为格式统一，便于处理的原始数据报文，上报给边缘主机。

所述服务器，作为所有用户的服务端，接收边缘主机处理后的数据，为用户提供在线的场景部署、用户数据存储、用户指令分发、智能化数据分析，以及设备在线升级等服务，能够为目标用户推荐定制化场景。

所述边缘主机系统，其硬件链路层：智能家居设备上报数据给协议器，再由协议器转换为便于处理的数据上报给边缘主机，边缘主机将数据处理后再上报设备状态到服务器；边缘信号处理层：边缘主机的协议处理模块，将各类协议器上报数据预处理成为便于管理的数据结构，再由数据管理模块对数据进行融合和处理，处理后数据经过安全防护模块筛查后上报，智能化场景联动模块在此期间对关键数据抽调后进行本地用户行为分析生成相应的智能化场景。

所述边缘主机，其易扩展的特征为：当居家环境中一个边缘主机无法满足用户对数据存储或智能家居设备连接的需求时，通过边缘主机预置的发布和订阅机制交互算力和存储冗余，能够实现边缘主机之间的负载均衡和算力优化。

所述安全防护模块，其安全防护特征为：硬件层设有媒体流数据加密芯片，保证用户音视频监控数据传输的安全；软件层对用户隐私和敏感数据采用加密、加锁、边缘存储和边缘处理，减少用户智能家居数据外流，增强系统的隐私性。

所述数据管理模块，其工作特征为：一方面对智能家居终端设备间的数据整合，将具备相关度的数据特征提取后构建数据模型，依据数据模型输出的结果来实现各类智能家居终端设备之间的数据关联；另一方面对用户产生的流媒体数据进行压缩、分储，并对用户行为数据进行统计、分类和记录。

所述场景联动模块，其工作特征为：依据数据管理模块处理的用户行为数据，提取其高频特征和低频特征，以此来分析用户对不同智能家居终端设备的使用喜好；结合智能家居设备间使用关联、用户使用环境的参数特征以及强制性的场景(如消防场景、安防场景)，为用户推荐符合其使用习惯的定制化场景。

同时，本发明还提供一种边缘主机系统交互方法，基于上述技术方案的边缘主机系统，包括以下步骤：

a、智能家居设备状态上报到协议器，通过协议器转换为边缘主机能够解析的格式；

b、边缘主机收到由协议器转发的智能家居设备数据，判断数据是否有效，若数据有效则进入步骤c，若数据无效则丢弃当前数据，并继续等待下一次状态上报；

c、执行安全防护模块，对数据进行加密和去隐私化；

d、上报当前状态到服务器，并在边缘主机本地记录数据，并对本地数据进行管理，然后调用场景联动模块分析本地存储的用户行为数据，依据智能家居设备上报的特征状态生成相应的联动指令，下发到控制智能家居设备；

e、用户指令下发到边缘主机，若用户指令有效，则进入步骤f,若指令无效则提示用户当前指令无效，并等待新的指令下达；

f、经过协议处理模块转换为能够解析的数据格式后进入步骤c执行用户行为数据上报和分析，同时执行步骤g；

g、协议器将边缘主机处理后的数据转换为对应控制智能家居设备的控制指令码，下发控制智能家居设备。

同时，本发明还提供一种边缘主机系统场景分析方法，对于不同智能家居设备类型，不同环境变量，不同智能家居设备工作时间段和网络连接状况，能够实现合适的场景类型分析。

边缘主机通过下列函数方式完成各个用户行为Q_n动作次数的记录,用户动作的每个时间段为T₀,动作次数为q：

统计各类用户控制行为动作次数{Q₁,Q₂…Q_n}到数据集A：

A∈{Q₁，Q₂，...Q_n}(n∈[1，+∞])

再通过提取出集合A中频率高于阈值F_h的用户行为指令存入到预处理数据集B：

提取出操作频次相近的B数据集中的参数，分析其时域下的设备关联度。设此A_n类用户行为时间点为T_an,设B_n类设备时间点为T_bn，操作时间关联度参数集ΔEn：

添加智能家居设备之间的参数ΔEn到数据集E中，取E集合内数据中值ΔEz为期望值计算E集合差值均方根RMSD_n：

最终由差值均方根RMSDn与设备高频动作次数Bn的乘积生成设备关联度θL：

θL＝B_n*RMSDn(n∈[1，+∞])

按以上方法能够通过设备关联度来分析用户不同智能家居设备控制行为之间的耦合度，以上所述的设备计算方法中替换B数据集内参数可以替换为气候类型、消防关联参数、环境传感器上报参数等。系统依据耦合度的作为智能化场景设备联动的直接参数，为用户推荐各种联动的智能化场景。

附图说明

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。

图1为本发明中的边缘主机系统框架示意图；

图2为本发明中的边缘主机系统交互方法流程图；

图3为本发明中的边缘主机系统场景分析方法流程图；

其中，1、边缘主机；11、协议处理模块；12、数据管理模块；13、场景联动模块；14、安全防护模块；2、协议器；21、协议器一；22、协议器二；23、协议器三；2n、协议器n；3、服务器；4、智能家居设备；41、灯；42、监控；43、空调；4n、设备n。

具体实施方式

为使本实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实施方式中的附图，对本实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

如图1所示，一种边缘主机系统，包括边缘主机1、协议器2、服务器3、智能家居设备4；所述边缘主机1设有协议处理模块11、数据管理模块12、场景联动模块13、安全防护模块14，其中协议器2包括协议器一21、协议器二22、协议器三23、协议器n2n，智能家居设备4包括灯41、监控42、空调43、设备n4n，每个协议器(21、22、23、2n)对接同一类智能家居设备，协议器一21对应灯41，协议器二22对应监控42，协议器三23对应空调43，协议器n对应设备n，以此类推能够通过不同的协议器对接到各类智能家居设备。

该边缘主机系统，智能家居设备上报流程为：协议器(此处即指每个协议器)会实时记录相对应的智能家居设备当前工作状态，边缘主机每隔一个时间周期下发扫描状态指令到协议器，协议器上报当前下挂的智能家居设备的工作状态。

该边缘主机系统，边缘主机会进行用户行为分析和处理，将去隐私化的加密数据整合成报文上报服务器，服务器通过解析报文构建用户相关联的数据库；做到服务端用户基础数据的备份，方便用户使用场景变更后的重新部署。

该边缘主机系统，场景联动模块负责从数据中识别出用户行为特征与设备联动特征，依据各类特征值的关联度构建行为分析模型。对用户习惯分析：例如用户工作日早晨某个时间段常常需要开窗帘，边缘主机依据其习惯推荐此类定时执行的场景给用户。对设备之间的关联度分析：例如拉开窗帘的时候常常需要开启对应的窗户，场景联动模块则会推荐用户绑定此类动作行为实现设备联动。

如图2所示，为边缘主机系统交互方法流程图，其交互流程如下：

a、智能家居设备状态上报到协议器，通过协议器转换为边缘主机能够解析的格式；

b、边缘主机收到由协议器转发的智能家居设备数据，判断数据是否有效，若数据有效则进入步骤c，若数据无效则丢弃当前数据，并继续等待下一次状态上报；

c、执行安全防护模块，对数据进行加密和去隐私化；

d、上报当前状态到服务器，并在边缘主机本地记录数据，并对本地数据进行管理，然后调用场景联动模块分析本地存储的用户行为数据，依据智能家居设备上报的特征状态生成相应的联动指令，下发到控制智能家居设备；

e、用户指令下发到边缘主机，若用户指令有效，则进入步骤f,若指令无效则提示用户当前指令无效，并等待新的指令下达。

f、经过协议处理模块转换为能够解析的数据格式后进入步骤c执行用户行为数据上报和分析，同时执行步骤g；

g、协议器将边缘主机处理后的数据转换为对应控制智能家居设备的控制指令码，下发控制智能家居设备。

如图3所示，边缘主机系统场景分析方法流程图，其流程如下：

1)边缘主机通过下列函数方式完成各个用户行为Q_n动作次数的记录,用户动作的每个时间段为T₀,动作次数为q：

2)统计各类用户控制行为动作次数{Q1,Q2…Qn}到数据集A：

A∈{Q₁，Q₂，...Q_n}(n∈[1，+∞])

3)提取出集合A中频率高于阈值F_h的用户行为指令存入到预处理数据集B：

4)提取出操作频次相近的B数据集中的参数，分析其时域下的设备关联度。设此A_n类用户行为时间点为T_an,设B_n类设备时间点为T_bn，操作时间关联度参数集ΔEn：

5)添加智能家居设备之间的参数ΔEn到数据集E中，取E集合内数据中值ΔEz为期望值计算E集合差值均方根RMSD_n：

6)最终由差值均方根RMSD_n与设备高频动作次数B_n的乘积生成设备关联度θ_L：

θL＝B_n*RMSD_n(n∈[1，+∞])。

按以上方法能够通过设备关联度来分析用户不同智能家居设备控制行为之间的耦合度，以上所述的设备计算方法中替换B数据集内参数可以替换为气候类型、消防关联参数、环境传感器上报参数等。系统依据耦合度的作为智能化场景设备联动的直接参数，为用户推荐各种联动的智能化场景。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (7)

1.一种边缘主机系统，其特征在于，包括边缘主机、协议器、服务器、智能家居设备；所述边缘主机设有协议处理模块、数据管理模块、场景联动模块、安全防护模块，所述智能家居设备能够通过接收指令受到控制和经由通信链路反馈其状态，所述协议器能够将通信方式和协议不同的智能家居设备数据转换为格式统一，以便于处理的原始数据报文和上报给边缘主机，所述服务器作为所有用户的服务端，其接收边缘主机处理后的数据，为用户提供在线的场景部署、用户数据存储、用户指令分发、数据分析，其能够为目标用户推荐定制化场景；所述智能家居设备上报数据给协议器，再由协议器转换为便于处理的数据上报给边缘主机，边缘主机将数据处理后再上报智能家居设备状态到服务器；所述边缘主机的协议处理模块，将各类协议器上报数据预处理成为便于管理的数据结构，再由数据管理模块对数据进行融合和处理，处理后数据经过安全防护模块筛查后上报，场景联动模块在此期间对关键数据抽调后进行本地用户行为分析生成相应的智能化场景。

2.如权利要求1所述的一种边缘主机系统，其特征在于，所述安全防护模块用于保证用户音视频监控数据传输的安全，对用户隐私和敏感数据采用加密、加锁、边缘存储和边缘处理，减少用户智能家居数据外流，增强系统的隐私性。

3.如权利要求1所述的一种边缘主机系统，其特征在于，所述数据管理模块一方面对智能家居设备间的数据整合，将具备相关度的数据特征提取后构建数据模型，依据数据模型输出的结果来实现各类智能家居设备之间的数据关联；另一方面对用户产生的流媒体数据进行压缩、分储，并对用户行为数据进行统计、分类和记录。

4.如权利要求1所述的一种边缘主机系统，其特征在于，所述场景联动模块依据数据管理模块处理的用户行为数据，提取其高频特征和低频特征，以此来分析用户对不同智能家居设备的使用喜好；结合智能家居设备间使用关联、用户使用环境的参数特征以及强制性的场景，为用户推荐符合其使用习惯的定制化场景。

5.如权利要求1至4中任一项所述的一种边缘主机系统，其特征在于，当居家环境中一个边缘主机无法满足用户对数据存储或智能家居设备连接的需求时，通过边缘主机预置的发布和订阅机制交互算力和存储冗余，能够实现边缘主机之间的负载均衡和算力优化。

6.一种边缘主机系统交互方法，基于如权利要求1至5中任一项所述的边缘主机系统，其特征在于，包括以下步骤：

a、智能家居设备状态上报到协议器，通过协议器转换为边缘主机能够解析的格式；

b、边缘主机收到由协议器转发的智能家居设备数据，判断数据是否有效，若数据有效则进入步骤c，若数据无效则丢弃当前数据，并继续等待下一次状态上报；

c、执行安全防护模块，对数据进行加密和去隐私化；

d、上报当前状态到服务器，并在边缘主机本地记录数据，并对本地数据进行管理，然后调用场景联动模块分析本地存储的用户行为数据，依据智能家居设备上报的特征状态生成相应的联动指令，下发到控制智能家居设备；

e、用户指令下发到边缘主机，若用户指令有效，则进入步骤f,若指令无效则提示用户当前指令无效，并等待新的指令下达；

f、经过协议处理模块转换为能够解析的数据格式后进入步骤c执行用户行为数据上报和分析，同时执行步骤g；

g、协议器将边缘主机处理后的数据转换为对应控制智能家居设备的控制指令码，下发控制智能家居设备。

7.一种边缘主机系统场景分析方法，基于如权利要求1至5中任一项所述的边缘主机系统，其特征在于，包括以下步骤：

1)边缘主机通过下列函数方式完成各个用户行为Q_n动作次数的记录，用户动作的每个时间段为T₀,动作次数为q：

2)统计各类用户控制行为动作次数{Q1,Q2…Qn}到数据集A：

A∈{Q₁，Q₂，...Q_n}(n∈[1，+∞])；

3)提取出集合A中频率高于阈值F_h的用户行为指令存入到预处理数据集B：

4)提取出操作频次相近的B数据集中的参数，分析其时域下的设备关联度；设此A_n类用户行为时间点为T_an，设B_n类设备时间点为T_bn，操作时间关联度参数集ΔEn：

5)添加智能家居设备之间的参数ΔEn到数据集E中，取E集合内数据中值ΔEz为期望值计算E集合差值均方根RMSD_n：

6)最终由差值均方根RMSD_n与设备高频动作次数B_n的乘积生成设备关联度θ_L：

θL＝B_n*RMSD_n(n∈[1，+∞])。

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