智能家居监测物联网云平台研究

2021-10-23吴飞燕

科技创新与生产力 2021年9期

吴飞燕

（江西师范高等专科学校物联网学院，江西鹰潭335000）

物联网云平台是基于传感器，ZigBee，Wi-Fi，NB-IoT，LoRa无线通信技术，大数据技术和远程控制系统集成的平台[1-2]。它具有实时数据收集、实时监控、远程控制、设备上线、发布报警信息、决策控制执行等特征功能。物联网云平台为高职院校物联网应用技术专业的教育、科研提供了一个开放的教学平台，主要应用于物联网课程综合实训和职业技能大赛的技术展示，让学生能够快速地了解物联网行业的应用并掌握物联网相关技术。

随着科学技术的快速发展，智能家居已成为服务社会的新兴产业。那么如何便捷、高效地对家居设备和数据进行智能化、科学化管理是当前研究的热点话题。文章对智能家居监测物联网云平台进行了研究，用户可以使用台式/笔记本电脑、手机、iPad等设备实时查看传感器数据，并自动或手动控制相关设备，从而可以轻松、高效地管理设备和数据。

1 平台物理架构

智能家居监测物联网云平台使用浏览器/服务器（B/S）MVC模式[3]和客户端/服务器（C/S）MVVM模式[4]来处理不同模块之间的数据传输。平台的物理架构包含4个区域，即设备区域、网关区域、云平台区域和用户使用区域，见图1。

图1 智能家居监测物联网云平台物理架构图

设备区域主要是存放各种智能设备，例如传感器、LED显示屏、摄像头、RFID等物联网硬件设备；网关区域主要功能是解析CoAP/TCP/HTTP/MQTT多种协议[5-6]，具备远程控制、数据传输等功能；平台区域中每台服务器的磁盘空间连接网络，运用云计算和大数据处理技术，将分散的存储资源虚拟化为一个存储设备，以分布式方式存储数据，该区域支持多种协议的多个网关设备接入，还具有终端移动云平台物联网应用的能力；用户使用区域通过手机、PC等设备进行管理，支持用户随时随地在线访问。

2 设备接入

在设备接入过程中，主要实现数据收集、终端设备与云平台之间的连接以及数据交互。在完成开发人员注册、项目创建、设备创建和传感器创建之后，可以根据创建设备的协议类型选择相应的设备接入开发以及应用开发。当设备接入新大陆网关设备之后，在系统文件中修改连接云的IP地址和端口。通过应用设计器在线拖拽设计和一键发布，使用浏览器访问生成的统一网址。

3 关键技术

3.1 基于Token算法安全认证技术

安全认证技术的主要作用是在直接网络传输中防止核心密钥泄露，并且该认证是使用不可逆算法生成的签名Token执行身份验证。若Token被盗取，则攻击者无法通过Token反向获得核心密钥。Token认证参数具有用户定义的时间到期属性，可以从时间维度上降低遭受攻击/篡改的风险。

Token由clientId，projectId，method，timestamp，sign 5个参数组成。clientId类型是string，表示客户端ID，建议使用设备的序列号；projectId类型是int，表示项目ID，是平台创建项目时的唯一ID，非设备ID；method类型是string，支持md5，sha1，sha256签名方法；timestamp类型是string，表示访问过期时间戳timestamp，当访问参数中的timestamp时间小于当前时间时，平台会认为访问参数过期从而拒绝该访问；sign是string类型，表示签名结果字符串signature。

上述的5个参数值之间通过"&"字符相接。在Token组成中，参数sign的生成算法为：需将clientId，projectId，method，timestamp 4个参数值按固定顺序依次相连，然后接上由平台申请的核心秘钥SecretKey，使用method支持的签名方法加签。假设clientId=iotdevice，projectId=51800，method=sha256，timestamp=1567266623128，SecretKey=a4526687647040c4a89cc61deb526bde。那么使用生成的sign参数如下：sign=sha256("iotdevice51800 sha2561567266623128a4526687647040c4a89cc61deb 526bde")。Token="iotdevice&51800&sha256&15672 66623128&"+sign。

3.2 TCP协议接入

在TCP协议中加入SSL/TLS协议，为物联网设备与云平台之间的通信提供了安全保障。并且设备具有由云平台提供的根证书，设备客户端在使用端口8601建立TLS连接时，对NLEcloud执行单向验证。因此，对中间人的攻击提出了更高的要求。

TCP协议接入以记录的传输密钥和设备标识作为参数，使用相应的SDK函数来组织TCP握手连接报文，并将其发送给平台以建立握手连接。若握手连接成功，云平台则发送响应成功消息，同时在设备管理中会看到一个在线标记。

4 功能实现

当网关设备连接正确之后，显示在线状态。这时云平台就可以接收终端设备的数据，并将其直接存储到数据库和服务器中，实现24 h实时监控。打开采集数据监控页面，点击开发者中心—智能家居—设备管理—传感器管理，能够查看传感器、执行器、摄像头以及其他配置信息。点击编辑设备按钮可以对当前设备进行编辑操作，若当前设备处于在线状态，则不能对设备进行编辑操作，需要将设备下线后，才能进行编辑操作。点击删除设备按钮可以删除当前选择的设备，若当前设备处于在线状态，那么需要将设备下线后才能删除。