技术领域
[0001] 本
发明涉及一种基于云计算以及树莓派的多终端智能家居控制平台，这种基于云计算以及树莓派的多终端智能家居控制平台具有可扩展性强、安全性高、控制效果好、用户操作方便等特点，对于实现家居智能化提供了一个用法方便，功能强大的管理平台。
背景技术
[0002] 为了对于家居用电设备进行智能管理，实现家居智能化控制，现有的智能家居控制平台大多是利用搭建在底层的主控中心处理器结合家庭局域网来控制智能家居。这种智能家居控制平台的主要问题是对于新增的家居设备，需要对于搭建在底层的主控中心处理器进行现场调整，这增加了对于
硬件维护升级的人工成本，也给用户带来较多不便。同时，随着家居系统中的智能家居愈来愈多，对于搭建在底层的主控中心处理器的性能要求也愈来愈高，从而导致了整体系统投资大，占地面积大，效率低。此外，现有的智能家居控制平台没有完全
覆盖终端平台，同时缺少对于控制平台产生的数据流的保护，这会给用户带来许多不便。
[0003] 为此，本发明提出一种基于云计算以及树莓派的多终端智能家居控制平台，包括云
服务器层，云
控制器层，底层服务器层，终端控制器层，虚拟专用安全网络(VPN+SSL/TLS)。该方法主要利用虚拟专用服务器作为智能家居控制平台的控制核心
基础架设，通过在虚拟专用服务器中搭建虚拟化平台，由虚拟化平台中的Solrcloud+Nutch+Hbase+Hadoop+Zookeeper+Docker为整套智能家居控制平台提供数据服务，实现对平台所有数据的收集，处理，使用和管理。用户可以通过用户控制器层，对于已配置安装的
接口设备进行管理控制，对于未配置安装的接口设备，用户可通过用户控制器层输入未配置安装的接口设备的参数信息，并通过HTTP协议，在虚拟专用网络中上传至平台云控制器层，平台云控制器层根据参数信息，对于设备进行一键配置安装。基于Linux的Raspbain系统的树莓派作为底层硬件主控中心，利用wifi、串口或蓝牙的方式与各个接口设备进行通讯，主要处理云控制器层得出的控制命令，并根据云控制器层得出的控制命令，使对应控制的接口设备，根据云服务端控制命令进行响应控制调度。同时，基于Linux的Raspbain系统的树莓派将当前底层设备状态信息，接口信息通过HTTP协议，在虚拟专用安全网络中，上传至云控制器(cloud controller)层中。同时，平台搭设虚拟专用网络，使得平台内所有数据都在搭设的虚拟专用网络下传输，从而实现保护用户个人信息的目的。
发明内容
[0004] 本发明所要解决的技术问题是，现有的智能家居控制平台大多是利用搭建在底层的主控中心结合家庭局域网来控制智能家居。对于新增的家居设备，需要现场调整硬件设备，无法实现远程一键安装新增的家居设备控制系统，这增加了对于底层的主控中心维护升级的人工成本，也给用户带来了较多的不便。同时，现有的智能家居控制系统往往将业务逻辑放在底层的主控中心，随着家居系统中的智能家居增多，对于硬件设备的要求逐渐提高，客户端压
力愈来愈大，这导致了整体系统投资大，占地面积达，效率低，安全性无法得到保障。此外，现有的智能家居控制平台没有完全覆盖终端平台，同时缺少对于控制平台产生的数据流的保护，这会给用户带来许多不便。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于云计算以及树莓派的多终端智能家居控制平台，包括云服务器(cloud Server)，云控制器(cloud controller)，底层服务器(client server)，终端控制器(client controller)，虚拟专用安全网络(VPN+SSL/TLS)(5)。云服务器(cloud Server)通过基于UDP网络协议和SSL安全协议的网络
访问方式与云控制器(cloud controller)进行数据交互，云控制器(cloud controller)通过HTTP协议，在虚拟专用安全网络(VPN+SSL/TLS)中，与底层服务器以及终端控制器(client controller)进行数据交互。其中云服务器(cloud Server)与云控制器(cloud controller)为云架设端，底层服务器(client server)与终端控制器(client controller)为移动架设端。平台内所有数据都在搭设的虚拟专用安全网络(VPN+SSL/TLS)下传输，从而实现保护用户个人信息的目的。
[0006] 云服务器(cloud Server)层是智能家居控制平台的基础架设，主要由搭建的虚拟化平台组成。虚拟化平台主要包括solrcloud、Nutch、Hbase、hadoop、zookeeper和docker。solrcloud+Nutch+Hbase+hadoop+zookeeper+docker为整套智能家居控制平台提供数据服务，实现对平台所有数据的收集，处理，使用和管理。
[0007] 云控制器(cloud controller)层，是智能家居控制平台的控制核心，由J2EE轻量级
框架——表现层，控制层，业务逻辑层，组件层，数据持久层构成。该J2EE轻量级框架为智能家居控制平台提供移动终端后台接口，加码解码，拦截用户
请求，处理用户提交的数据使之符合业务逻辑层格式，业务逻辑服务(包括预置的家居设备控制逻辑，网络数据预处理，用户数据去噪)，相关数据与底层服务器(client server)层交互，数据持久化服务。
[0008] 终端控制器(client controller)层接收用户需求，利用HTTP协议，在虚拟专用安全网络中，将用户需求上传至云控制器(cloud controller)层，云控制器(cloud controller)层与云服务器(cloud Server)层进行数据交互并处理用户需求并得出控制命令，云控制器(cloud controller)层利用HTTP协议，在虚拟专用安全网络中，将控制命令传输至终端控制器(client controller)层，终端控制器(client controller)层根据控制命令，通过wifi或蓝牙或串口通讯的方式，使相关接口设备根据该控制命令进行响应控制调度。由于将业务逻辑、
数据库、
数据处理安设在云端，使得远程一键配置和安装新增的家居设备控制系统得以实现，同时实现了系统远程管理，大大减少了客户端的压力，提高了资源的利用率，增加了整套平台系统的可扩展性以及可靠性。
[0009] 底层服务器(client server)层主要由基于Linux的Raspbain系统的树莓派及其他接口设备组成。其中，基于Linux的Raspbain系统的树莓派利用wifi、串口或蓝牙的方式与各个接口设备进行通讯。底层服务层主要处理云控制器(cloud controller)层控制命令，使相关接口设备根据云服务端控制命令进行响应控制调度。同时，基于Linux的Raspbain系统的树莓派将当前底层设备状态信息，接口信息通过HTTP协议，在虚拟专用安全网络中，上传至云架设端云控制器(cloud controller)层。同时，针对新加入/更新的端口设备，用户通过终端控制器(client controller)层内设置的反馈系统，将端口设备参数，型号，所需功能在终端控制器(client controller)层进行设置并由客户终端应用通过HTTP协议转发至云服务端，云服务端根据用户设置的端口设备参数，型号，所需功能，调用相关的配置文件和shell脚本，基于不同硬件有不同的库文件，搭建相关的底层
插件环境，在云服务器(cloud Server)层中的Hbase中配置新加入/更新底层设备控制参数，相关数据存储服务，在云服务器(cloudServer)层中的Solrcloud中配置控制参数，相关数据检索，使新加入/更新的端口设备适配平台系统，并且在业务逻辑层中调用相关的预置逻辑(若无相关的预置逻辑，则由客户服务团队通过管理云端，根据用户需求，进行远程增加逻辑)，控制层中加入按照用户新加入的硬件设施传输数据格式制定的
过滤器，表现层中加入新接口输出量，完成设备安装/更新。
[0010] 终端控制器(client controller)层主要由多客户终端应用组成。客户端是完成提交用户请求，系统和用户的交互，提供人性化图形界面，提高用户体验。客户终端应用设有android版本，iOS版本，Uwp版本，H5(微信)版本，Web版本，PC端windows版本，PC端Linux版本，实现全覆盖现有的客户端型号版本。各版本客户终端具备一键配置新接口设备功能，一键更新接口设备功能，对于已配置的接口设备可以实现对于接口设备的远程控制，实现智能家居。
[0011] 一种基于云计算以及树莓派的多终端智能家居控制平台的工作流程：
[0012] 登录：
[0013] 多终端智能家居控制平台采用验证登陆模式，多客户终端应用作为整套智能家居控制平台的窗口，负责收集用户登陆、注册信息，客户终端应用采集到用户的登陆、注册信息后，通过HTTP协议上传至云控制器(cloud controller)层的J2EE轻量级框架中，首先经表示层转发至控制层后，由控制层过滤器拦截用户请求，分析用户数据应对应哪个业务逻辑，并根据分析结果，转发至业务逻辑层，并通过组建层的获取实体层和数据库中相关数据与用户数据进行相关比对，并调用关于用户个人信息验证的控制逻辑，并将处理结果通过控制层转发至表现层相对应组件，提示用户是否登陆成功。
[0014] 控制家居：
[0015] 同时，在用户登陆成功后，用户可根据自身需求，对于智能家居点击需求的模式按键。被选择的模式通过HTTP协议传输至云控制器(cloud controller)层的J2EE轻量级框架中，首先经由数据持久层采集用户请求，云服务器(cloud Server)层中通过搭设的solrcloud查询Hbase获得用户所设置的模式参数，同时根据云服务器(cloud Server)层中的Nutch框架从外部网络获取的当天的节气，天气，
温度等客观因素微调业务逻辑层中的逻辑
算法。J2EE轻量级框架层中，通过控制层拦截用户请求，同时并调用相应的家居的控制逻辑，并在处理用户请求，并将处理结果转发至表现层相对应的接口输出控制命令。云控制器(cloud controller)层将该控制命令，通过HTTP协议，在虚拟专用网络中，传输至底层服务器(client server)层，基于Linux的Raspbain系统的树莓派，利用wifi、串口或蓝牙的方式与各个接口设备进行通讯，根据云控制器层得出的控制命令，使对应控制的接口设备，根据云服务端控制命令进行响应控制调度。
[0016] 现有智能家居群增加/升级设备：
[0017] 此外，当用户选择在现有智能家居群规模下增加/升级智能家居时，用户通过终端控制器(client controller)层内设置的反馈系统，将接口设备参数，型号，所需功能在终端控制器(clientcontroller)层进行设置并由客户终端应用通过HTTP协议转发至云服务端，云服务端根据用户设置的端口设备参数，型号，所需功能，调用相关的配置文件和shell脚本，基于不同硬件有不同的库文件，搭建相关的底层插件环境，在云服务器(cloud Server)层中的hbase中配置新加入/更新底层设备控制参数，相关数据存储服务，在云服务器(cloud Server)层中的solrcloud中配置控制参数，相关数据检索，使新加入/更新的端口设备适配平台系统，并且在业务逻辑层中调用相关的预置逻辑，控制层中加入按照用户新加入的硬件设施传输数据格式制定的过滤器，表现层中加入新接口输出量，完成设备安装/更新。若预设配置文件和shell脚本中不存在针对用户选择增加的智能家居时，用户可通过联系客服形式，在获悉用户需求后，平台维护人员通过管理云服务端，在云控制器(cloud controller)层中写入相应的配置文件和shell脚本，帮助用户实现智能家居控制平台一键增加新设备的功能。
[0018] 底层服务器(client server)层主要由基于Linux的Raspbain系统的树莓派及其他接口设备组成。其中，基于Linux的Raspbain系统的树莓派利用wifi、串口或蓝牙的方式与各个接口设备进行通讯。底层服务层主要处理云控制器(cloud controller)层控制命令，使相关接口设备根据云服务端控制命令进行响应控制调度。同时，基于Linux的Raspbain系统的树莓派将当前底层设备状态信息，接口信息通过HTTP协议，在虚拟专用安全网络中，上传至云架设端云控制器(cloud controller)层。
[0019] 平台搭设虚拟专用网络，使得平台内所有数据传输都在搭设的虚拟专用网络下传输，从而实现保护用户个人信息的目的。用户登陆我们的平台帐号后，可
申请相关安全证书，在安全证书的保证下，可通过上述虚拟网络传输数据。若用户没有连接到虚拟专用网络中，则用户的指令无法得到响应。
[0020] 本发明的积极效果：
[0021] 1.本智能家居控制平台将业务逻辑放在云服务器层，当智能家具群中的智能家居增多时，云服务器层可进行弹性扩展，不会面临现有的智能家居控制平台存在的，当智能家具群中的智能家居增多时需要对于主控中心控制器进行硬件升级、重新开发的麻烦。
[0022] 2.对于新增的家居设备，用户可以通过移动终端终端app提交新增家居设备参数信息，平台接收到相应的新增家居设备参数信息，调用相关的配置文件和shell脚本以及预置逻辑，初始化并搭建相关的底层插件环境，实现一键安装配置新设备。该种方式使得在现有智能家具群中增加新智能家居设备得以高效实现，便于用户的同时，也减少了相应的硬件成本。
[0023] 3.云服务器具有高效，廉价，负载均衡，弹性伸缩等特点，由于现在网络的普及，将业务逻辑放在云服务器层，通过网络的方式控制底层设备得以方便得实现。同时使得整体平台的设备的支出仅限于购买云服务器以及一底层接受设备中心，这一方式，不光节约了整体成本，还使得系统维护实现远程化，快捷化，方便了平台维护，降低了人工维护成本，硬件成本。同时也降低了客户端压力，提高了用户体验。
[0024] 4.通过在公共网络上搭建虚拟网络，并使得平台产生的所有数据流在虚拟网络中传输，在各端口数据接收处设置加密解密协议，大大得提高了系统的数据安全性。用户登陆我们的云平台帐号后，可申请相关安全证书，在安全证书的保证下，可通过上述虚拟网络传输数据
附图说明
[0025] 图1为一种基于云计算以及树莓派的多终端智能家居控制平台的系统结构示意图。
[0026] 图2为一种基于云计算以及树莓派的多终端智能家居控制平台的控制流程示意图。
[0027] 图3为一种基于云计算以及树莓派的多终端智能家居控制平台功能模
块序列图。
[0028] 图4为一种基于云计算以及树莓派的多终端智能家居控制平台安全模块序列图。
[0029] 图5为一种基于云计算以及树莓派的多终端智能家居控制虚拟网络与加密示意图。
具体实施方式
[0030] 下面结合所附图1、图2、图3、图4、图5，对本发明的具体实施方式作一个详细的说明。
[0031] 如图1、图2所示的一种基于云计算以及树莓派的多终端智能家居控制平台的系统，包括云服务器(cloud Server)层，云控制器(cloud controller)层，底层服务器(client server)层，终端控制器(client controller)层，虚拟专用安全网络(VPN+SSL/TLS)。云服务器(cloud Server)层通过基于UDP网络协议和SSL安全协议的网络访问方式与云控制器(cloud controller)层进行数据交互，云控制器(cloud controller)层通过HTTP协议，在虚拟专用安全网络(VPN+SSL/TLS)中，与底层服务器层以及终端控制器(client controller)层进行数据交互。其中云服务器(cloud Server)与云控制器(cloud controller)层为云架设端，底层服务器(client server)与终端控制器(client controller)为移动架设端。平台内所有数据都在搭设的虚拟专用安全网络(VPN+SSL/TLS)下传输，从而实现保护用户个人信息的目的。
[0032] 所述云服务器(cloud Server)与云控制器(cloud controller)数据交互，当用户登录时，云控制器层(cloud controller)请求云服务器(cloud Server)获得用户数据，云服务器(cloud Server)响应请求，将请求数据返回云控制器层(cloud controller)。当用户注册时，云控制器层(cloud controller)请求云服务器(cloud Server)存储用户数据，云服务器(cloud Server)响应请求。智能平台新增家居设备时，云控制器层(cloud controller)请求云服务器(cloud Server)获得相关接口设备控制参数数据，云服务器(cloud Server)响应请求，将请求数据返回云控制器层(cloud controller)。云控制器层(cloud controller)请求云服务器(cloud Server)存储当前系统接口设备参数信息，云服务器(cloud Server)响应请求。
[0033] 所述云控制器(cloud controller)与底层服务器数据交互，用户进行控制智能家居系统中的接口设备时，云控制器(cloud controller)层将控制命令，通过HTTP协议，在虚拟专用网络中，传输至底层服务器(client server)层，基于Linux的Raspbain系统的树莓派，利用wifi、串口或蓝牙的方式与各个接口设备进行通讯，根据云控制器层得出的控制命令，使对应控制的接口设备，根据云服务端控制命令进行响应控制调度。同时，底层服务器(client server)层将接口设备参数信息，通过HTTP协议，在虚拟专用网络中，传输至云控制器(cloud controller)层。
[0034] 所述云控制器(cloud controller)与终端控制器(client controller)数据交互，用户登录/注册时，终端控制器(client controller)将采集到用户的登录、注册信息，通过HTTP协议上传至云控制器(cloud controller)。智能平台新增家居设备时，终端控制器(client controller)将采集到的新添加设备的相关参数信息，通过HTTP协议上传至云控制器(cloud controller)。
[0035] 如图3、图4所示的序列图则表现了一种基于云计算以及树莓派的多终端智能家居控制平台功能模块序列图及安全模块序列图
[0036] 登录：
[0037] 多终端智能家居控制平台采用验证登陆模式，多客户终端应用作为整套智能家居控制平台的窗口，负责收集用户登陆、注册信息，客户终端应用采集到用户的登陆、注册信息后，通过HTTP协议上传至云控制器(cloud controller)层的J2EE轻量级框架中，首先经表示层转发至控制层后，由控制层过滤器拦截用户请求，分析用户数据应对应哪个业务逻辑，并根据分析结果，转发至业务逻辑层，并通过组建层的获取实体层和数据库中相关数据与用户数据进行相关比对，并调用关于用户个人信息验证的控制逻辑，并将处理结果通过控制层转发至表现层相对应组件，提示用户是否登陆成功。
[0038] 控制家居：
[0039] 同时，在用户登陆成功后，用户可根据自身需求，对于智能家居点击需求的模式按键。被选择的模式通过HTTP协议传输至云控制器(cloud controller)层的J2EE轻量级框架中，首先经由数据持久层采集用户请求，云服务器(cloud Server)层中通过搭设的solrcloud查询Hbase获得用户所设置的模式参数，同时根据云服务器(cloud Server)层中的Nutch框架从外部网络获取的当天的节气，天气，温度等客观因素微调业务逻辑层中的逻辑算法。J2EE轻量级框架层中，通过控制层拦截用户请求，同时并调用相应的家居的控制逻辑，并在处理用户请求，并将处理结果转发至表现层相对应的接口输出控制命令。云控制器(cloud controller)层将该控制命令，通过HTTP协议，在虚拟专用网络中，传输至底层服务器(client server)层，基于Linux的Raspbain系统的树莓派，利用wifi、串口或蓝牙的方式与各个接口设备进行通讯，根据云控制器层得出的控制命令，使对应控制的接口设备，根据云服务端控制命令进行响应控制调度。
[0040] 现有智能家居群增加/升级设备：
[0041] 此外，当用户选择在现有智能家居群规模下增加/升级智能家居时，用户通过终端控制器(client controller)层内设置的反馈系统，将接口设备参数，型号，所需功能在终端控制器(client controller)层进行设置并由客户终端应用通过HTTP协议转发至云服务端，云服务端根据用户设置的端口设备参数，型号，所需功能，调用相关的配置文件和shell脚本，基于不同硬件有不同的库文件，搭建相关的底层插件环境，在云服务器(cloud Server)层中的hbase中配置新加入/更新底层设备控制参数，相关数据存储服务，在云服务器(cloud Server)层中的solrcloud中配置控制参数，相关数据检索，使新加入/更新的端口设备适配平台系统，并且在业务逻辑层中调用相关的预置逻辑，控制层中加入按照用户新加入的硬件设施传输数据格式制定的过滤器，表现层中加入新接口输出量，完成设备安装/更新。若预设配置文件和shell脚本中不存在针对用户选择增加的智能家居时，用户可通过联系客服形式，在获悉用户需求后，平台维护人员通过管理云服务端，在云控制器(cloud controller)层中写入相应的配置文件和shell脚本，帮助用户实现智能家居控制平台一键增加新设备的功能。
[0042] 底层服务器(client server)层主要由基于Linux的Raspbain系统的树莓派及其他接口设备组成。其中，基于Linux的Raspbain系统的树莓派利用wifi、串口或蓝牙的方式与各个接口设备进行通讯。底层服务层主要处理云控制器(cloud controller)层控制命令，使相关接口设备根据云服务端控制命令进行响应控制调度。同时，基于Linux的Raspbain系统的树莓派将当前底层设备状态信息，接口信息通过HTTP协议，在虚拟专用安全网络中，上传至云架设端云控制器(cloud controller)层。
[0043] 平台搭设虚拟专用网络，使得平台内所有数据传输都在搭设的虚拟专用网络下传输，从而实现保护用户个人信息的目的。用户登陆我们的平台帐号后，可申请相关安全证书，在安全证书的保证下，可通过上述虚拟网络传输数据。若用户没有连接到虚拟专用网络中，则用户的指令无法得到响应。
