一种智能家电设备内部模组间轻量级订阅发布通信系统

技术领域

本发明属于通信系统技术领域，具体涉及一种智能家电设备内部模组间轻量级订阅发布通信系统。

背景技术

智能家电就是将微处理器、传感器技术、网络通信技术引入家电设备后形成的家电产品，具有自动感知住宅空间状态和家电自身状态、家电服务状态，能够自动控制及接收住宅用户在住宅内或远程的控制指令；同时，智能家电作为智能家居的组成部分，能够与住宅内其它家电和家居、设施互联组成系统，实现智能家居功能，在使用智能家电的时候，需要对智能家电进行控制调节，这样就需要使用到通信模块实现对智能家电进行控制调节，实现对数据信息进行传输，然而市面上各种的通信系统仍存在各种各样的问题。

如授权公告号为CN113965364A所公开的一种无人设备轻量级安全通信方法及系统，其虽然实现了同时提供一种实现上述方法的系统。本发明能够以更安全的证书存储、较短的密钥长度和较小的计算量，实现较高的安全性，但是并未解决现有通信系统在进行数据传输的时候，无法同一双方的信息格式，造成数据信息在进行传输的时候，容易造成通讯缓慢，无法有效的实现快速的传输数据信息，以及无法实现对数据信息进行安全保护等的问题，为此我们提出一种智能家电设备内部模组间轻量级订阅发布通信系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能家电设备内部模组间轻量级订阅发布通信系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种智能家电设备内部模组间轻量级订阅发布通信系统，包括控制模块，所述控制模块上电性连接有数据处理模块，所述数据处理模块用于实现对数据信息进行传输和计算处理，所述数据处理模块上电性连接通讯模块，所述通讯模块用于实现对数据信息进行有效的传输，所述通讯模块上电性连接有智能家电，所述智能家电中也包括有所述通讯模块；

所述通讯模块中包括有通信融合单元，所述通讯融合单元用于实现对数据传输和硬件传输进行融合，保持数据信息的统一性，所述通信融合单元上电性连接有配置文件类型，所述配置文件类型用于实现对传输的数据信息进行转换成文本形式，实现对数据信息的传输进行同一格式，并且通过文本形式的传输，提高数据信息的传输速率，所述配置文件类型上电性连接有加密解密单元，所述加密解密单元用于实现对数据信息进行有效的加密和解密处理，提高数据信息的安全性，所述加密解密单元上电性连接有数据通讯单元，所述数据通讯单元用于实现对数据信息进行传输驱动，实现对数据信息进行传输和处理，所述数据通讯单元上电性连接有时间戳单元，所述时间戳单元用于实现对发送的数据信息进行添加时间信息，所述时间戳单元上电性连接有地址戳单元，所述地址戳单元用于实现对所述智能家电的信息进行携带传输，所述地址戳单元上电性连接有数据发送单元、数据接收单元和数据接口单元，所述数据发送单元、所述数据接收单元和所述数据接口单元用于实现对数据信息进行接收和传输，并且可以通过数据接口和数据线进行有效的数据信息传输，所述通讯模块中还包括有身份认证单元，所述身份认证单元用于实现对双方的身份信息进行认证，有效的在双方进行数据信息传输的之前，进行双方认定握手。

优选的，所述数据处理模块中包括有用于实现对数据信息进行接收的获取单元、用于实现对数据信息进行转换的模数单元、用于实现对数据信息进行放大的增益单元和用于实现对数据信息信息进行滤除杂波的滤波单元。

优选的，所述控制模块上电性连接有辅助模块，所述辅助模块中包括有用于实现对数据信息进行显示的显示器、用于实现对数据系统进行控制的控制按键、用于实现在系统出现故障的时候进行报警的报警单元，所述报警单元采用的是声光报警器。

优选的，所述辅助模块中还包括有用于实现对系统进行复位重启的复位电路，还包括有用于实现对系统进行波形输出的时钟晶振电路，以及还包括有用于实现对系统的运行状态进行显示的指示灯，所述指示灯包括有状态指示灯、通讯指示灯、供电指示灯和故障指示灯。

优选的，所述控制模块上电性连接有存储模块，所述存储模块中包括有用于实现对系统的运行程序体进行存储的ROM存储器、包括有用于实现对系统的运行日志进行存储的RAM存储器、还包括有用于实现对实现对数据信息进行缓存的缓存器。

优选的，所述控制模块上电性连接有调压模块，所述调压模块上电性连接有供电模块，所述供电模块采用的是市电网，所述调压模块中包括有用于实现对高电压进行降低的降压电路、用于实现对交流电压转换成直流电压的整流电路、用于实现对电压进行稳定的稳压电路、用于实现对直流电压中的交流电压进行滤除的滤波电路、以及包括用于实现对系统进行驱动的驱动电路、补偿电路和防浪涌电路。

优选的，所述调压模块上电性连接反馈模块，所述反馈模块与所述控制模块电性连接，所述控制模块中包括有电压电流检测电路，所述反馈模块与所述电压电流检测电路电性连接。

优选的，所述反馈模块通过所述电压电流检测电路获取电压信息和电流信息，然后通过所述补偿电路进行反馈调节，并且所述反馈模块中包括有放大电路，实现对反馈进行放大处理，提高数据信息的精准度，所述驱动电路用于实现对系统进行驱动控制，所述防浪涌电路用于实现对系统的运行进行安全防护，防止电压冲击，损坏系统的电子设备。

优选的，所述加密解密单元采用非对称加密体系和对称加密体系中对称加密采用的是AES算法，且非对称加密采用的是DSA算法；

所述AES算法：

设AES解密函数为D，则P＝D(K，C)，其中C为密文，K为密钥，P为明文，把密文C和密钥K作为解密函数的参数输入，则解密函数会输出明文P；

设AES加密函数为E，则C＝E(K，P)，其中P为明文，K为密钥，C为密文，把明文P和密钥K作为加密函数的参数输入，则加密函数E会输出密文C；

所述DSA算法的签名过程：

产生一个随机数k，其值满足0

计算r＝powm(g，k，p)modq，其值满足r>0；

计算s＝(k^(-1)(SHA(M)+x*r))modq，其值满足s>0；

所述DSA算法验证签名过程：

用(r，s，M)来表示验证方通过某种途径获得的签名结果；

为了验证(r，s，M)的签名是否确由发送方所签，验证方需要有(g，p，q，y)，验证过程如下：

计算w＝s^(-1)modq

计算u1＝(SHA(M)*w)modq

计算u2＝(r*w)modq

计算v＝(((g^u1)*(y^u2))modp)modq＝((g^u1modp)*(y^u2modp)modp)modq＝(powm(g，u1，p)*powm(y，u2，p)modp)modq

若v等于r，则通过验证，否则验证失败；

所述DSA算法的参数定义：

p：一个素模数，其值满足：2^(L-1)

q：(p-1)的素因子，其值满足2^159

g：g＝powm(h，(p-1)/q，p)，h为满足11，

x：私钥，x为一个随机或伪随机生成的整数，其值满足0

y：公钥，y＝powm(g，x，p)；

所述身份认证单元用于鉴别所述智能家电的身份真实性，采用身份认证技术主要有PKI体系和非PKI体系，所述PKI体系主要用于信息认证，所述非PKI体系主要用于用户身份认证，采用数字签名和哈希函数保证信息的可靠性和完整性。

优选的，所述数据通讯单元用于实现对数据信息进行信息进行缩放处理，所述信息进行缩放处理采用的算法有Min-Max归一化、最大绝对值法、均值归一化或者log函数转化；

所述Min-Max归一化又称为极差法，最简单处理量纲问题的方法，它是将数据集中某一列数值缩放到0和1之间；它的计算方法是：

所述最大值绝对值法(MaxAbs)根据最大值的绝对值进行标准化，计算公式为：

所述均值归一化与所述Min-Max归一化类似，区别是使用平均值μ替代分子中的最佳值，公式如下：

所述log函数转化用于归一化，结果落到[0，1]区间上，具体公式为：

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在使用的时候，通过通讯模块和数据处理模块实现对数据信息进行传输，有效的实现对智能家电和控制系统之间的数据传输和智能控制，并且通讯模块采用的是轻量级订阅发布通信模块：有效的实现对智能家电之间进行基于订阅发布的通信模块，即通过配置文件类型实现对文件进行统一转换成文本格式，便于进行传输，以及提高传输的效率，实现统一智能家电之间的通信方式和数据格式；通信模块通过通信融合单元实现对硬件信道和数据通信协议的差异进行整理融合，可以实现多功能通讯传输；通信模块降低各个硬件模块之间的耦合度；通信模块降低不同供应商制造的智能模块的调试和集成成本。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明的通讯模块示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图2，本发明提供一种技术方案：一种智能家电设备内部模组间轻量级订阅发布通信系统，包括控制模块，所述控制模块上电性连接有数据处理模块，所述数据处理模块用于实现对数据信息进行传输和计算处理，所述数据处理模块上电性连接通讯模块，所述通讯模块用于实现对数据信息进行有效的传输，所述通讯模块上电性连接有智能家电，所述智能家电中也包括有所述通讯模块；

所述通讯模块中包括有通信融合单元，所述通讯融合单元用于实现对数据传输和硬件传输进行融合，保持数据信息的统一性，所述通信融合单元上电性连接有配置文件类型，所述配置文件类型用于实现对传输的数据信息进行转换成文本形式，实现对数据信息的传输进行同一格式，并且通过文本形式的传输，提高数据信息的传输速率，所述配置文件类型上电性连接有加密解密单元，所述加密解密单元用于实现对数据信息进行有效的加密和解密处理，提高数据信息的安全性，所述加密解密单元上电性连接有数据通讯单元，所述数据通讯单元用于实现对数据信息进行传输驱动，实现对数据信息进行传输和处理，所述数据通讯单元上电性连接有时间戳单元，所述时间戳单元用于实现对发送的数据信息进行添加时间信息，所述时间戳单元上电性连接有地址戳单元，所述地址戳单元用于实现对所述智能家电的信息进行携带传输，所述地址戳单元上电性连接有数据发送单元、数据接收单元和数据接口单元，所述数据发送单元、所述数据接收单元和所述数据接口单元用于实现对数据信息进行接收和传输，并且可以通过数据接口和数据线进行有效的数据信息传输，所述通讯模块中还包括有身份认证单元，所述身份认证单元用于实现对双方的身份信息进行认证，有效的在双方进行数据信息传输的之前，进行双方认定握手。

通过数据处理模块实现对数据信息进行处理，提高数据信息的精准度和安全性，本实施例中，优选的，所述数据处理模块中包括有用于实现对数据信息进行接收的获取单元、用于实现对数据信息进行转换的模数单元、用于实现对数据信息进行放大的增益单元和用于实现对数据信息信息进行滤除杂波的滤波单元。

通过辅助模块实现对系统进行有效的控制调节，便于对数据信息进行显示以及实现对控制和报警，本实施例中，优选的，所述控制模块上电性连接有辅助模块，所述辅助模块中包括有用于实现对数据信息进行显示的显示器、用于实现对数据系统进行控制的控制按键、用于实现在系统出现故障的时候进行报警的报警单元，所述报警单元采用的是声光报警器。

以及还能够实现对系统进行复位重启，实现对输出波形进行控制，并且标明运行状态，本实施例中，优选的，所述辅助模块中还包括有用于实现对系统进行复位重启的复位电路，还包括有用于实现对系统进行波形输出的时钟晶振电路，以及还包括有用于实现对系统的运行状态进行显示的指示灯，所述指示灯包括有状态指示灯、通讯指示灯、供电指示灯和故障指示灯。

为了实现对数据信息进行存储，提高存储效率和提取效率，防止数据信息发生错乱，本实施例中，优选的，所述控制模块上电性连接有存储模块，所述存储模块中包括有用于实现对系统的运行程序体进行存储的ROM存储器、包括有用于实现对系统的运行日志进行存储的RAM存储器、还包括有用于实现对实现对数据信息进行缓存的缓存器。

为了实现对系统进行稳定的供电运行，保持系统的运行稳定性，本实施例中，优选的，所述控制模块上电性连接有调压模块，所述调压模块上电性连接有供电模块，所述供电模块采用的是市电网，所述调压模块中包括有用于实现对高电压进行降低的降压电路、用于实现对交流电压转换成直流电压的整流电路、用于实现对电压进行稳定的稳压电路、用于实现对直流电压中的交流电压进行滤除的滤波电路、以及包括用于实现对系统进行驱动的驱动电路、补偿电路和防浪涌电路。

为了实现对系统进行反馈调节，保持供电的稳定性，本实施例中，优选的，所述调压模块上电性连接反馈模块，所述反馈模块与所述控制模块电性连接，所述控制模块中包括有电压电流检测电路，所述反馈模块与所述电压电流检测电路电性连接。

通过反馈调节电压的波动，提高系统的安全性，本实施例中，优选的，所述反馈模块通过所述电压电流检测电路获取电压信息和电流信息，然后通过所述补偿电路进行反馈调节，并且所述反馈模块中包括有放大电路，实现对反馈进行放大处理，提高数据信息的精准度，所述驱动电路用于实现对系统进行驱动控制，所述防浪涌电路用于实现对系统的运行进行安全防护，防止电压冲击，损坏系统的电子设备。

为了实现对系统进行有效的安全性，提高数据的密封性，本实施例中，优选的，所述加密解密单元采用非对称加密体系和对称加密体系中对称加密采用的是AES算法，且非对称加密采用的是DSA算法；

所述AES算法：

设AES解密函数为D，则P＝D(K，C)，其中C为密文，K为密钥，P为明文，把密文C和密钥K作为解密函数的参数输入，则解密函数会输出明文P；

设AES加密函数为E，则C＝E(K，P)，其中P为明文，K为密钥，C为密文，把明文P和密钥K作为加密函数的参数输入，则加密函数E会输出密文C；

所述DSA算法的签名过程：

产生一个随机数k，其值满足0

计算r＝powm(g，k，p)modq，其值满足r>0；

计算s＝(k^(-1)(SHA(M)+x*r))modq，其值满足s>0；

所述DSA算法验证签名过程：

用(r，s，M)来表示验证方通过某种途径获得的签名结果；

为了验证(r，s，M)的签名是否确由发送方所签，验证方需要有(g，p，q，y)，验证过程如下：

计算w＝s^(-1)modq

计算u1＝(SHA(M)*w)modq

计算u2＝(r*w)modq

计算v＝(((g^u1)*(y^u2))modp)modq＝((g^u1modp)*(y^u2modp)modp)modq＝(powm(g，u1，p)*powm(y，u2，p)modp)modq

若v等于r，则通过验证，否则验证失败；

所述DSA算法的参数定义：

p：一个素模数，其值满足：2^(L-1)

q：(p-1)的素因子，其值满足2^159

g：g＝powm(h，(p-1)/q，p)，h为满足11，

x：私钥，x为一个随机或伪随机生成的整数，其值满足0

y：公钥，y＝powm(g，x，p)；

所述身份认证单元用于鉴别所述智能家电的身份真实性，采用身份认证技术主要有PKI体系和非PKI体系，所述PKI体系主要用于信息认证，所述非PKI体系主要用于用户身份认证，采用数字签名和哈希函数保证信息的可靠性和完整性。

为了实现对数据进行收缩处理，提高数据信息的传输效率，本实施例中，优选的，所述数据通讯单元用于实现对数据信息进行信息进行缩放处理，所述信息进行缩放处理采用的算法有Min-Max归一化、最大绝对值法、均值归一化或者log函数转化；

所述Min-Max归一化又称为极差法，最简单处理量纲问题的方法，它是将数据集中某一列数值缩放到0和1之间；它的计算方法是：

所述最大值绝对值法(MaxAbs)根据最大值的绝对值进行标准化，计算公式为：

所述均值归一化与所述Min-Max归一化类似，区别是使用平均值μ替代分子中的最佳值，公式如下：

所述log函数转化用于归一化，结果落到[0，1]区间上，具体公式为：

本发明的工作原理及使用流程：在使用的时候，通过供电模块和调压模块实现对系统进行有效的供电运行，然后控制模块实现对系统进行控制运行，以及通过反馈模块实现对系统的供电过程进行控制调节控制，保持电压的稳定性，然后通过数据处理模块、通讯模块实现对智能家电进行数据采集，实现对数据信息进行接收和传输，完成对智能家电进行控制，并且通过辅助模块和存储模块实现对系统进行辅助控制，并且实现对数据信息进行存储，并且通讯融合单元用于实现对数据传输和硬件传输进行融合，保持数据信息的统一性，配置文件类型用于实现对传输的数据信息进行转换成文本形式，实现对数据信息的传输进行同一格式，并且通过文本形式的传输，提高数据信息的传输速率，加密解密单元用于实现对数据信息进行有效的加密和解密处理，提高数据信息的安全性，数据通讯单元用于实现对数据信息进行传输驱动，实现对数据信息进行传输和处理，时间戳单元用于实现对发送的数据信息进行添加时间信息，地址戳单元用于实现对所述智能家电的信息进行携带传输，数据发送单元、数据接收单元和数据接口单元用于实现对数据信息进行接收和传输，并且可以通过数据接口和数据线进行有效的数据信息传输，身份认证单元用于实现对双方的身份信息进行认证，有效的在双方进行数据信息传输的之前，进行双方认定握手，进而实现对数据信息进行传输，保持数据信息的加密性。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。