本發(fā)明涉及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能家居技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種智能家居設(shè)備控制命令字段的識別方法。

背景技術(shù)：

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，智能家居成了智慧城市的重要組成部分，也是城市住宅小區(qū)發(fā)展的大勢所趨。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，智能家居成了智慧城市的重要組成部分，也是城市住宅小區(qū)發(fā)展的大勢所趨。它融合了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、傳感器網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和自動控制系統(tǒng)等技術(shù)，形成一體的智能化、網(wǎng)絡(luò)化的家居控制系統(tǒng)。用戶可以通過便攜移動終端設(shè)備方便、高效地管理家庭設(shè)備。比如，在進(jìn)家門前，用戶可以通過移動終端或者APP應(yīng)用提前打開家里的燈、空調(diào)等，在出家門之后，用戶可通過移動終端或者APP應(yīng)用查看家庭安防等相關(guān)信息。

但由于智能家居的技術(shù)涉及面很廣，這樣就導(dǎo)致了不同的智能家居品牌開發(fā)商有不一樣的智能家居接入技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和通信協(xié)議。比如，在適于智能家居的無線通信技術(shù)中，就有多種標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，如Zigbee、wifi、藍(lán)牙等。而這些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不互通，難兼容性等問題阻礙了智能家居進(jìn)一步發(fā)展的速度，也造成了應(yīng)用管理軟件混亂等問題。范庭芳和趙坤提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)及家用電器接入標(biāo)準(zhǔn)，通過滿足該標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)智能家居各個品牌之間的相互兼容。王承恩、林格等利用智能家居系統(tǒng)中的終端特性提出了智能終端的識別方法，但該方法并未考慮智能家居的控制字段等參數(shù)。因此，正確識別出智能家居控制命令字段是一個難題；需要一種智能家居設(shè)備控制命令字段的識別方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出一種智能家居設(shè)備控制命令字段的識別方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

本發(fā)明提供的智能家居設(shè)備控制命令字段的識別方法，包括以下步驟：

獲取家庭路由器AP流量數(shù)據(jù)；

對獲取的流量數(shù)據(jù)進(jìn)行分類過濾出智能家居設(shè)備產(chǎn)生的流量數(shù)據(jù)；

對智能家居設(shè)備的流量數(shù)據(jù)進(jìn)行逐個字節(jié)的解析，判定識別出智能家居設(shè)備的控制命令字段。

進(jìn)一步，所述家庭路由器AP流量數(shù)據(jù)是通過啟動抓包軟件來抓取智能終端設(shè)備流經(jīng)家庭路由器AP的流量數(shù)據(jù)并存儲的，所述流量數(shù)據(jù)包括家庭路由器AP發(fā)給智能家居網(wǎng)關(guān)以及智能家居網(wǎng)關(guān)反饋給家庭路由器AP的上、下雙向流量。

進(jìn)一步，所述對獲取的流量數(shù)據(jù)進(jìn)行分類過濾出智能家居設(shè)備產(chǎn)生的流量數(shù)據(jù)，是通過智能家居流量的特性完成對家庭流量的一個分類，具體步驟如下：

2a.將采集的家庭路由器AP流量數(shù)據(jù)依據(jù)protocol類型進(jìn)行初步聚類；

2b.根據(jù)智能家居設(shè)備心跳數(shù)據(jù)包的特性，設(shè)置參數(shù)，分類識別出智能家居設(shè)備心跳數(shù)據(jù)包；

2c.從步驟2b中的心跳數(shù)據(jù)包中解析出智能家居網(wǎng)關(guān)MAC，將其作為智能家居設(shè)備的標(biāo)識信息，流量分類的依據(jù)，從而完成智能家居設(shè)備流量的過濾分類。

進(jìn)一步，所述對智能家居設(shè)備的流量數(shù)據(jù)進(jìn)行逐個字節(jié)的解析，判定識別出智能家居設(shè)備的控制命令字段；具體步驟如下：

3a.首先將以MAC地址作為智能家居標(biāo)識分類出來的流量按照目的地址到源地址將流量分為雙向方向流，然后對數(shù)據(jù)包進(jìn)行解封裝，提取出其中的數(shù)據(jù)部分；

3b.取步驟3a中同一方向的兩條數(shù)據(jù)流，按照生物序列比對算法，逐一字節(jié)由頭至尾對齊計分比對，然后回溯出序列間最大的相似子序列；

3c.最后，對步驟3b解析出的結(jié)果，結(jié)合協(xié)議解析器，判定識別出智能家居控制命令字段。

進(jìn)一步，所述生物序列比對算法，具體步驟如下：

獲取兩條數(shù)據(jù)流序列C1和C2；所述序列C1和C2長度分別為M個字節(jié)和N個字節(jié)；

構(gòu)造一個(N+1)*(M+1)的相似矩陣S：即將序列C1的每個字節(jié)依次填入矩陣S的第0行S[0,1]、S[0,2]、、、S[0,(M+1)]，序列C2的每個字節(jié)依次填入矩陣S的第0列S[1,0]、S[2,0]、、、S[(N+1),0]；

按照計分規(guī)則Mij＝max[(Mi-1,j-1+Sij),(Mi,j-1),(Mi-1,j)]，根據(jù)相似矩陣S按照以下步驟得到一個新矩陣M：

比較相似矩陣S中字節(jié)元素S[0j]和S[i0]；若匹配，則Sij＝1，否則Sij＝0；

由得分最高的那個矩陣元素回溯至起始位置：即考察該元素的左側(cè)、左上對角和上側(cè)。并移動至得分最大的相鄰元素；若三者相同，則選擇移動至左上對角線元素。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點：

本發(fā)明提供的智能家居設(shè)備控制命令字段的識別方法，該方法首先利用抓包工具捕獲家庭路由器AP(access point)流量，然后分類過濾出智能家居設(shè)備產(chǎn)生的流量，最后引入生物序列思想對智能家居流量進(jìn)行逐個字節(jié)的解析，判定識別出家居設(shè)備的控制命令字段。本發(fā)明旨在解決當(dāng)前市場上智能家居產(chǎn)品種類繁多，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，應(yīng)用管理軟件混亂等問題。通過對智能家居設(shè)備控制命令字段的識別，為以后智能家居的開發(fā)應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)提供技術(shù)支持，并可有效地提高軟件管理的兼容性。

本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書來實現(xiàn)和獲得。

附圖說明

本發(fā)明的附圖說明如下。

圖1為本發(fā)明的整體系統(tǒng)框圖。

圖2為本發(fā)明的智能家居控制命令字段識別方法的流程圖。

圖3為兩序列比對矩陣統(tǒng)計計分示例圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實施例1

如圖所示，本實施例提供的智能家居設(shè)備控制命令字段的識別方法，包括以下步驟：

通過抓包工具獲取家庭AP的完整流量數(shù)據(jù)包；對獲取的流量數(shù)據(jù)能高準(zhǔn)確度地分類過濾出智能家居設(shè)備的流量數(shù)據(jù)；通過對智能家居設(shè)備流量的解析，識別出智能家居設(shè)備控制命令字段，實現(xiàn)對智能家居設(shè)備的控制。

通過啟動抓包軟件，抓取智能終端設(shè)備流經(jīng)家庭AP發(fā)給智能家居網(wǎng)關(guān)以及智能家居網(wǎng)關(guān)反饋給家庭AP的上、下雙向流量，將獲取的全部流量進(jìn)行存儲。

通過智能家居流量的特性完成對家庭流量的一個分類，具體包含以下步驟：

a.將采集的家庭AP流量依據(jù)protocol類型進(jìn)行初步聚類；

b.根據(jù)智能家居設(shè)備心跳數(shù)據(jù)包的特性，設(shè)置參數(shù)，分類識別出智能家居設(shè)備心跳數(shù)據(jù)包；

c.從不步驟b中的心跳數(shù)據(jù)包中解析出智能家居網(wǎng)關(guān)MAC，將其作為智能家居設(shè)備的標(biāo)識信息，流量分類的依據(jù)，從而完成智能家居設(shè)備流量的過濾分類。

通過逐一對流量數(shù)據(jù)包中的序列進(jìn)行逐一字節(jié)比對，結(jié)合協(xié)議解析器，完成控制命令字段的判定識別。具體包含以下步驟：

a.首先將以MAC地址作為智能家居標(biāo)識分類出來的流量按照目的地址到源地址將流量分為雙向方向流，然后對數(shù)據(jù)包進(jìn)行解封裝，提取出其中的數(shù)據(jù)部分；

b.取步驟a中同一方向的兩條數(shù)據(jù)流，按照生物序列比對算法的思想，逐一字節(jié)由頭至尾對齊計分比對，然后回溯出序列間最大的相似子序列；

所述按照生物序列比對算法，具體步驟如下：

獲取兩條數(shù)據(jù)流序列C1和C2；假設(shè)序列C1和C2長度分別為M個字節(jié)和N個字節(jié)；

建立兩個序列的相似矩陣S：構(gòu)造一個(N+1)*(M+1)的相似矩陣S：即將序列C1的每個字節(jié)依次填入矩陣S的第0行S[0,1]、S[0,2]、、、S[0,(M+1)]，序列C2的每個字節(jié)依次填入矩陣S的第0列S[1,0]、S[2,0]、、、S[(N+1),0]。然后，按照計分規(guī)則Mij＝max[(Mi-1,j-1+Sij),(Mi,j-1),(Mi-1,j)]，可由矩陣S得到一個新矩陣M：即比較矩陣S中字節(jié)元素S[0j]和S[i0]，若匹配，則Sij＝1，否則Sij＝0。最后，由得分最高的那個矩陣元素回溯至起始位置：即考察該元素的左側(cè)、左上對角和上側(cè)。并移動至得分最大的相鄰元素。若三者相同，則選擇移動至左上對角線元素。

c.最后，對步驟b解析出的結(jié)果，結(jié)合協(xié)議解析器，判定識別出智能家居控制命令字段。

將兩條數(shù)據(jù)流導(dǎo)入?yún)f(xié)議解析器完整呈現(xiàn)出來，結(jié)合上一步的結(jié)果，除去回溯出的相似的字節(jié)子序列，考察兩條數(shù)據(jù)流中同一位置上的不同的那個字節(jié)，此字節(jié)即為智能家居控制命令字段。

實施例2

本實施例提供的智能家居設(shè)備控制命令字段的識別方法。首先在家庭無線局域網(wǎng)環(huán)境下，基于Linux系統(tǒng)下采用抓包工具采集802.11數(shù)據(jù)包并存儲；其次對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，過濾出智能家居設(shè)備產(chǎn)生的流量數(shù)據(jù)；最后基于生物序列比對的思想實現(xiàn)智能家居控制命令字段的識別；具體如下：

步驟1、在布置的智能家居家庭無線局域網(wǎng)環(huán)境下，為保障數(shù)據(jù)采集的完整性，在裝有智能家居系統(tǒng)APP的終端設(shè)備上，間隔相同時間重復(fù)操作智能家居系統(tǒng)APP，保障獲得足夠的雙向家庭網(wǎng)絡(luò)流量。并設(shè)置802.11協(xié)議為流量抓包參數(shù)。

步驟2、對步驟1的采集存儲下來的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步預(yù)處理。由于當(dāng)前的智能家居協(xié)議都是基于TCP/IP，所以先設(shè)置TCP、UDP為過濾器參數(shù)，從中篩選出所需數(shù)據(jù)流，接下來對篩選出的TCP、UDP數(shù)據(jù)流進(jìn)行如下操作：

a.針對智能家居設(shè)備產(chǎn)生的流量的特性，設(shè)定長度、源端口/目的端口、目的地址/源地址、上下行流量比、單位時間內(nèi)流量數(shù)(bit/s)這5個元素為流量過濾分類指標(biāo)，可從步驟2篩選出的流量中識別出智能家居的心跳數(shù)據(jù)包；

b.從上一步a中識別出來的智能家居心跳數(shù)據(jù)包中解析出智能家居網(wǎng)關(guān)的MAC，并將MAC作為智能家居設(shè)備標(biāo)識；

c.將上一步b中的MAC作為智能家居流量的標(biāo)識，對采集的流量重新進(jìn)行分類過濾，只需過濾出MAC地址上的所有流量，也即是所需的智能家居設(shè)備產(chǎn)生的流量。

步驟3、首先由步驟2分類出來的智能家居設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流量包，解析出數(shù)據(jù)部分，然后根據(jù)相應(yīng)算法進(jìn)行逐一字節(jié)比較，完成智能家居設(shè)備控制命令的判定識別。具體操作如下：

a.將按照目的地址到源地址的方向?qū)?shù)據(jù)按方向分成雙向流，然后分別解析出各方向數(shù)據(jù)流中的數(shù)據(jù)部分，可依次標(biāo)記為數(shù)據(jù)流C0，C1，...Cn；

b.依次取C0，C1，構(gòu)建N階相似矩陣S，逐一比較相同位置上的字節(jié)并設(shè)置計分規(guī)則，可得一個含有分值的新矩陣M；

c.根據(jù)上一步的統(tǒng)計計分，從矩陣M中分值最高的元素開始從矩陣右下角向上回溯至矩陣的左上角，可得出兩兩序列間相同位置上的相同字節(jié)，然后依次遞歸所有序列，得到智能家居數(shù)據(jù)流中相同位置上的相同字節(jié)；

步驟4、根據(jù)上述步驟解析出來的結(jié)果，結(jié)合協(xié)議解析器，進(jìn)一步判斷識別出其智能家居的控制命令字段。

實施例3

如圖1所示，在布置了智能家居環(huán)境的家庭無線局域網(wǎng)下，首先是抓取數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)的無線數(shù)據(jù)流量，然后再以分類過濾出的智能家居設(shè)備流量為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，最后通過對智能家居流量的解析，實現(xiàn)智能家居識別控制命令字段的識別。

如圖2所示，智能家居控制命令的字段識別方法具體步驟為：

步驟1、在布置的智能家居家庭無線局域網(wǎng)環(huán)境下，為保障數(shù)據(jù)采集的完整性，在裝有智能家居系統(tǒng)APP的終端設(shè)備上，每隔10S重復(fù)操作智能家居門禁的開與關(guān)，(門禁的開與關(guān)操作分別對應(yīng)智能家居的布防與撤防功能)，操作10次為一組，然后重復(fù)上述操作20組。并設(shè)置802.11協(xié)議為抓包參數(shù)，開始捕獲家庭路由器上的無線數(shù)據(jù)包。

步驟2、對步驟1的采集存儲下來的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的清洗和過濾分類。由于當(dāng)前的智能家居協(xié)議都是基于TCP/IP，所以先設(shè)置TCP、UDP為過濾器參數(shù)，從中篩選出所需數(shù)據(jù)流，接下來對篩選出的TCP、UDP數(shù)據(jù)流進(jìn)行如下操作：

a.針對智能家居設(shè)備產(chǎn)生的流量的特性，其智能家居的心跳數(shù)據(jù)包特性：固定的長度、固定的源端口/目的端口、固定的目的地址/源地址、比值為1的上下行流量比、固定數(shù)值的單位時間內(nèi)流量數(shù)(bit/s)，可依據(jù)這5個不變因素從步驟2中篩選出的流量中分類出智能家居的心跳數(shù)據(jù)包；

b.從上一步a中分類識別出來的智能家居心跳數(shù)據(jù)包中解析出智能家居網(wǎng)關(guān)的MAC，并將MAC作為智能家居設(shè)備標(biāo)識；

c.將上一步b中的MAC作為智能家居流量的標(biāo)識，對步驟1中采集的流量重新歸類，只需過濾出MAC地址上的所有流量，也即是所需的智能家居設(shè)備產(chǎn)生的流量。

步驟3、首先由步驟2分類出來的智能家居設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流量包，解析出數(shù)據(jù)部分，然后引入生物序列思想逐一字節(jié)解析數(shù)據(jù)部分，得出同一方向數(shù)據(jù)流中的最大相似的子序列。具體操作如下：

a.將按照目的地址到源地址的方向?qū)?shù)據(jù)按方向分成雙向流，然后分別解析出各方向數(shù)據(jù)流中的數(shù)據(jù)部分，可依次標(biāo)記為數(shù)據(jù)流C0，C1，...Cn；

b.依次取C0，C1，構(gòu)建N階相似矩陣S，借鑒生物序列比對算法思想，逐一對兩條數(shù)據(jù)流進(jìn)行逐個字節(jié)對齊比對；

c.對于相同位置上匹配的字節(jié)可記+1分，失配不計分，此處失配包括空位或者字符不同兩種情況，其具體的計分公式可按照下式：Mij＝max[(Mi-1,j-1+Sij),(Mi,j-1),(Mi-1,j)]，可得出一個含有分?jǐn)?shù)值的新矩陣M；

d.根據(jù)上一步的統(tǒng)計計分，從矩陣M中分值最高的元素開始從矩陣右下角向上回溯至矩陣的左上角，可得出兩兩序列間相同位置上的相同字節(jié)，然后依次遞歸所有序列，得到智能家居數(shù)據(jù)流中相同位置上的相同字節(jié)；

步驟4、根據(jù)上述步驟解析出來的結(jié)果，結(jié)合協(xié)議解析器，進(jìn)一步判斷識別出其智能家居的控制命令字段。

如圖3所示，對步驟3中具體的矩陣統(tǒng)計計分規(guī)則詳述如下：假設(shè)任取兩條序列(以下面10字節(jié)為例)：

C1：… 00 00 03 a6 01 00 90 01 00 00 …

C2：… 00 00 03 a6 01 01 90 01 00 00 …

建立兩個序列10字節(jié)的方陣S；

計分規(guī)則為Mij＝max[(Mi-1,j-1+Sij),(Mi,j-1),(Mi-1,j)]；

首先比較矩陣行、列首元素S[01]＝00和S[10]＝00，相同，則+1分，也即是形成得分矩陣M,其M[00]＝1；接著比較S[02]＝00和S[10]＝00，相同，則+1分，則得到M[10]＝max[(+1),,(M[00])]＝1；可依次得到M[01]＝1；接著比較S[11]＝00和S[11]＝00，相同，則+1分，則得到M[11]＝max[(M[00]+1),(M[10]),(M[01])]＝2；這樣依次比較統(tǒng)計計分后，得到兩序列的相同字節(jié)為… 00 00 03 a6 01 · 90 01 00 00 …。

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)中。