CN105812428B - 家庭公用资源管理方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种家庭公用资源管理系统，包括：智能计量表具，配置为执行资源消费资源消耗计量、资源质量监测和资源通路开/断功能；资源管理设备，无线连接各个智能计量表具，该资源管理设备配置为查询、收集和整理来自该智能计量表具的现场数据，以及上报该现场数据；以及云端平台，通过因特网连接该资源管理设备，该云端平台配置为该资源管理设备接收现场数据；其中该资源管理设备配置一可信执行环境，当该资源管理设备的敏感程序运行时，该资源管理设备切换到该可信执行环境进行加密和校验。本发明可以通过可信执行环境建立安全通道，提高管理系统的安全性。

Description

家庭公用资源管理方法和系统

技术领域

本发明涉及信息管理系统，尤其是涉及家庭公用资源管理方法和系统。

背景技术

缴纳各种公用资源，例如水、电、暖气、燃气、有线电视、宽带等的费用对于家庭来说是不小的时间负担。目前这些公共资源广泛采用的是后付费方式。抄表员到家庭现场抄表或用户自报消费数据后，邮寄账单到消费者，消费者收到账单后通过网上充值/缴费或者到缴费网点进行现场缴费的方式实现后付费。在后付费方式中，消费者经常要关注各种账单以便及时支付，避免延期缴费造成的滞纳金以及可能的信用损失。对于公用资源供应公司来说，由抄表员到各个家庭现场进行抄表也是很大的人力负担。

为了克服后付费方式的不足，出现预付费的方式。在预付费方式中，各种公用资源如水、电、暖气、燃气的计量表具配备了IC卡和自动控制阀门。消费者持IC卡到营业网点进行预付费，或者通过因特网进行预充值，购买资源消费额度；在消费者购买的额度内计量表具开启供能阀门，付费额度之外，计量表停止供应资源。预付费方式的优点在于资源消费的计量与付费是关联的，省去了抄表员现场抄表的环节。但是对于消费者来说，仍然需要经常费心留意各种资源的预付费是否用完。而且IC卡容易损坏，经常需要更换。

无论是后付费方式和还是预付费方式，均没有为消费者和公用资源供应公司提供检查其公用资源使用情况的手段，因此消费者无法根据使用情况优化其使用习惯，而公用资源供应公司也无法根据大量消费者的公用资源使用情况来进行公用资源的合理分配。

随着通信技术和芯片技术的日益成熟，已经提出了将各种公用资源的计量表具连接到一个局域网内的管理系统，且通过局域网连接到因特网的构想。这些构想大多使用一个专用的设备或者家用计算机作为管理系统的中枢，利用已有的联网设备来组网。但是这些构想需要将各种计量表具联网，存在较高的安全隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种更为安全的家庭公用资源管理方法和系统。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是一种家庭公用资源管理系统，包括：智能计量表具，配置为执行资源消费资源消耗计量、资源质量监测和资源通路开/断功能；资源管理设备，无线连接各个智能计量表具，该资源管理设备配置为查询、收集和整理来自该智能计量表具的现场数据，以及上报该现场数据；以及云端平台，通过因特网连接该资源管理设备，该云端平台配置为该资源管理设备接收现场数据；其中该资源管理设备配置一可信执行环境，当该资源管理设备的敏感程序运行时，该资源管理设备切换到该可信执行环境进行加密和校验。

在本发明的一实施例中，该资源管理设备在该可信执行环境进行加密和校验完毕后退出该可信执行环境，以分别在该资源管理设备和该智能计量表具之间，以及该资源管理设备和该云端平台之间建立安全通道。

在本发明的一实施例中，该智能计量表具还配置为执行消费者有效额度管理和告警功能。

在本发明的一实施例中，该资源管理设备还配置为接收该智能计量表具的告警信息，并提示用户。

在本发明的一实施例中，该资源管理设备包括用户交互界面。

在本发明的一实施例中，该资源管理设备包括用于供一便携式设备接入的通信接口。

在本发明的一实施例中，上述系统包括该便携式设备。

在本发明的一实施例中，该无线连接为ZigBee连接或蓝牙连接。

在本发明的一实施例中，该资源管理设备为平板电脑、智能手机、智能电视或机顶盒。

本发明还提出一种家庭公用资源管理方法，包括以下步骤：在一个或多个智能计量表具为执行资源消费资源消耗计量、资源质量监测和资源通路开/断功能；在通过无线网络连接各个智能计量表具的一资源管理设备，查询、收集和整理来自该智能计量表具的现场数据，以及上报该现场数据；在通过因特网连接该资源管理设备的一云端平台，从资源管理设备接收现场数据；其中该资源管理设备配置一可信执行环境，当该资源管理设备的敏感程序运行时，该资源管理设备切换到该资源管理设备进行加密和校验。

在本发明的一实施例中，上述方法还包括在该智能计量表具进行消费者有效额度管理和告警。

在本发明的一实施例中，上述方法还包括在该资源管理设备接收该智能计量表具的告警信息，并提示用户。

在本发明的一实施例中，上述方法还包括在该资源管理设备提供当前公用资源消费情况的查询接口。

在本发明的一实施例中，上述方法还包括在该资源管理设备提供用户交互界面。

在本发明的一实施例中，上述方法还包括在与该资源管理设备通信连接的便携式设备提供用户交互界面。

在本发明的一实施例中，上述方法还包括在该可信执行环境进行用户身份信息证书下载、用户本地登录账户管理以及用户登录。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，利用可信执行环境使家庭资源管理设备和云端平台以及智能表具之间建立安全数据通道，保障用户账户、智能表消费信息、用户预付费等业务的安全性。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1示出本发明一实施例的家庭公用资源管理系统的架构。

图2示出本发明一实施例的可信执行环境架构。

图3示出本发明一实施例的用户创建流程。

图4示出本发明一实施例的用户身份信息证书下载流程。

图5示出本发明一实施例的用户本地登录账户管理流程。

图6示出本发明一实施例的用户登录流程。

图7示出本发明一实施例的和智能计量表具建立安全通道的流程。

具体实施方式

图1示出本发明一实施例的家庭公用资源管理系统的架构。参考图1所示，家庭公用资源管理系统100包括智能计量表具101-104、资源管理设备110，以及云端平台120。智能计量表具101-104在本实施例中的示例分别是智能电表101、智能水表102、智能燃气表103和智能暖气表104。

各个智能计量表具101-104主要由传统的家用公用资源表具和低功耗通信装置组成。传统的家用公用资源表具配置有水、电、燃气、暖气等资源消耗计量、资源质量监测和资源通路开/断功能。低功耗通信装置具有现场资源质量和消费量等数据获取功能，与资源管理设备110进行数据和命令通讯功能，解析资源管理设备110命令而触发智能计量表具的能源通路开/断功能。同时，智能计量表具101-104的低功耗通信装置具有消费者有效额度管理功能，可以在消费者有效额度达到告警门限时向资源管理设备110发出告警信息提示消费者及时预付，并在有效额度用尽时触发能源通路断开，切断能源供应。低功耗通信装置只需与传统的家用公用资源表具连接而不必集成在其内部，以降低设备成本。

在本发明的实施例中，低功耗通信装置可采用低功耗的蓝牙或ZigBee等无线通信技术。这些技术的特点是功耗低、成本低廉。

资源管理设备110是家庭公用管理系统110的中枢。资源管理设备110能够与各智能计量表具101-104进行通讯。基于这一通讯链路，资源管理设备110可自主查询、收集、整理现场数据。基于这一通讯链路，资源管理设备110也可以接收各智能计量表具101-104的告警信息，并提示用户。基于这一通讯链路，消费者也可以通过资源管理设备110查询当前公用资源消费情况。消费者也可以在具有有效能源消费额度的情况下，通过资源管理设备110向特定智能计量表具发出资源通道开/断指令。

资源管理设备110可包括直接与用户交互的接口。接口例如是鼠标、键盘、语音或者触摸界面。资源管理设备110也可仅包括一个通信接口，允许用户的便携式终端通过该通信接口与资源管理设备110交互。

资源管理设备110还可通过无线/有线网络和云端平台120通讯。资源管理设备110可实时向云端平台120上报家庭能源现场数据——质量和用量等。资源管理设备110可接收云端平台120的管理指令。用户可以通过资源管理设备110执行登录、预付费等操作。

资源管理设备110的典型实施方式是平板电脑或智能手机。平板电脑和智能手机的优势是易用性好，方便用户的交互操作。同时平板电脑和智能手机提供足够强大的处理和存储能力，以完成所需的数据查询、收集和整理功能。再者，平板电脑和智能手机都兼具短距离无线通信和远距离无线通信能力。因此，使用平板电脑或智能手机可以减少用户在额外设备上的投资。

当然，资源管理设备110也可以是智能电视或机顶盒等可以具备蓝牙或者Zigbee以及因特网络通信功能的智能家居设备。智能电视或机顶盒的优势是固定在家庭中使用，方便不同家庭成员随时访问，且不易丢失。

当然可以理解，资源管理设备110还可实施为一个专用设备，以便专注地提供管理功能。

较佳地，当资源管理设备110实施为平板电脑或专用设备时，系统100同时配备便携式终端130，例如智能手机，以便用户随身携带使用。此便携式终端130方便用户在需要时通过与资源管理设备110的交互进行查询、付费等操作。

资源管理设备110可采用低功耗无线通讯技术，例如蓝牙或ZigBee与各智能计量表具101-104通信。如果资源管理设备110实施为平板电脑或智能手机，则前述低功耗无线通讯技术可以是蓝牙。作为替代，可以在系统100中额外配备蓝牙-ZigBee转接器，以便在资源管理设备110实施为平板电脑或智能手机时，使用ZigBee作为低功耗无线通讯技术。

如果资源管理设备110实施为平板电脑或智能手机，则其资源管理功能可通过应用程序，例如“资源管理软件”来实施。

云端平台120可以从资源管理设备110直接获取各智能计量表具101-104的实时消费信息。云端平台120也可以通过各智能计量表具101-104->资源管理设备110->便携式终端130->云端平台120的路径间接采集信息。云端平台120可以由资源提供运营商负责搭建并维护，也可以由资源提供运营商之外的第三方负责搭建并维护。

在本发明的实施例中，在资源管理设备110和便携式终端130(如有的话)内配置了可信执行环境(Trusted Execution Environment,TEE)。可信执行环境通过混合使用硬件和软件的方法在物理上隔离出两个平行的执行环境：非保密的富执行环境(RichExecution Environment,REE)和保密的可信执行环境TEE。可信执行环境提供了安全输入(触摸屏输入)、安全显示(不被Android等开放环境篡改显示内容)、安全存储等相应安全功能。可信执行环境的一个示例是ARM公司的Trustzone。可信执行环境的示例架构可参考图2所示，包括REE210和TEE 220。

基于可信执行环境，在进行用户账户登录、资源消耗信息显示或存储、资源消耗信息发送给云端平台120之前的加密，以及账户预付费等和用户隐私相关操作的时候，设备切换到TEE 220下执行，保障用户私密信息不被恶意软件窃取或篡改。

得益于加入了可信执行环境，本发明的实施例可以保障用户账户管理、能源信息管理、账单预付等相关管理操作的安全性。

下面是列举了一些可信执行环境在整个家庭智能资源管理系统100中的一些典型应用场景示例：

用户创建

图3示出本发明一实施例的用户创建流程。参考图3所示，流程如下：

首先是步骤301的用户身份信息获取。用户身份信息可由运营机构管理。用户在申请家庭智能资源管理系统相关功能的时候，通过运营机构营业网点或者通过Internet/短信等方式申请个人账户名称以及登录初始密码。

在各个智能计量表具101-104中预置用于和资源管理设备110建立安全通道的非对称私钥、以及对应的用户证书校验公钥。

其次是步骤302的用户身份信息证书下载。在用户首次使用资源管理设备110的时候，首先利用步骤301获取的用户登录名、密码和云端平台120进行交互，下载用户身份证书、和用户家庭各个智能计量表具101-104内置私钥对应的公钥等信息，并存储到TEE 220的安全存储区域中去。

再者是步骤303的用户本地登录账户管理。在家庭智能资源管理系统100中，用户可以进行本地账户管理，并进行本地用户账户和用户证书之间的绑定。

最后是步骤304的用户登录。在用户登录成功后，云端平台120和资源管理设备110之间完成相互身份确认，利用TEE的安全特性，建立了一条安全通道，后续双方之间的数据交互，都基于此安全通道进行。

在步骤302中，用户身份信息证书下载的流程进一步参考图4，包括以下步骤：

在步骤401，启动资源管理设备110。

在此，如果资源管理设备110是平板电脑或智能手机这样的通用设备，则进一步打开其上安装的资源管理软件。

在步骤402，资源管理设备110切换到TEE运行环境下，以保证安全性。

在步骤403，资源管理设备110输入用户名和密码/指纹信息。

在步骤404，资源管理设备110利用加密信息加密用户名和密码/指纹，并保存加密信息到安全存储区域中。

加密信息可以采用云端平台120发布的公共非对称公钥。相应地，加密对象还包括资源管理设备110动态生成的非对称算法公钥。保存到安全存储区域的加密信息包括非对称公钥和私钥。

在步骤405，资源管理设备110切回到REE，通过SSL通道把TEE中加密的身份信息(包括用户名、密码/指纹等)发送给云端平台120。

在步骤406，云端平台120确认用户信息，并加密用户证书后下发。

在此，云端平台120可利用与公共非对称公钥对应的私钥确认用户信息，并利用非对称算法公钥来加密用户证书。

在步骤407，资源管理设备110收到用户证书后，切换到TEE，解密证书，保存证书到安全存储区域中去。

在步骤303中，用户本地登录账户管理的流程进一步参考图5，包括以下步骤：

在步骤501，启动资源管理设备110。

在此，如果资源管理设备110是平板电脑或智能手机这样的通用设备，则进一步打开其上安装的资源管理软件。

在步骤502，资源管理设备110切换到TEE运行环境下，以保证安全性。

在步骤503，新建用户名。

在步骤504，设置登录密码/指纹。

在步骤505，绑定本地用户名和用户证书，并将相关本地账户信息进行安全存储。

在步骤506，切回到REE执行环境。

在步骤304中，用户登录流程的流程进一步参考图6，包括以下步骤：

在步骤601，启动资源管理设备110。

在此，如果资源管理设备110是平板电脑或智能手机这样的通用设备，则进一步打开其上安装的资源管理软件。

在步骤602，资源管理设备110切换到TEE运行环境下，以保证安全性。

在步骤603，在资源管理设备110输入用户身份信息，例如用户名、密码/指纹等信息。

在步骤604，资源管理设备110判断本地账户是否校验成功，如果是则进入步骤605，否则进入步骤606。

在步骤605，资源管理设备110利用用户证书和云端平台120建立安全通道，登录成功。

在步骤606，切回到REE执行环境。

和智能计量表具建立安全通道

在用户创建后，可以和智能计量表具101-104建立安全通道，从而进行智能资源管理。图7示出本发明一实施例的和智能计量表具建立安全通道的流程。参考图7所示，和智能计量表具建立安全通道的流程如下：

在步骤701，启动资源管理设备110。

在此，如果资源管理设备110是平板电脑或智能手机这样的通用设备，则进一步打开其上安装的资源管理软件。

在步骤702，资源管理设备110切换到TEE运行环境下，以保证安全性。

在步骤703，资源管理设备110完成用户登录。

在步骤704，资源管理设备110从智能计量表具101-104获取经过加密的智能表身份信息。

在此，智能计量表具101-104可以是通过内置的非对称算法私钥来加密其身份信息。

在步骤705，资源管理设备110对智能表身份信息进行校验。如果验证成功则进入步骤707，否则进入步骤706。

具体来说，可以利用此前下载的与智能计量表具101-104内置的非对称算法私钥对应的公钥进行校验。

在步骤706，资源管理设备110返回校正失败信息。

在步骤707，资源管理设备110返回REE。

由此完成智能计量表具101-104对资源管理设备110的用户的认证，双方建立一条安全通道。

归纳而言，在本发明的各实施例中，一旦资源管理设备110发现当前运行的是敏感程序，则进入可信执行环境完成必要的加密和验证，然后退出该可信执行环境。

经过用户创建和安全通道建立，资源管理设备110中的资源管理软件以及运行在可信执行环境下面的敏感运行程序，分别和云端平台120以及智能计量表具101-104之间建立了安全数据通道。利用此安全数据通道，可以方便的进行如下一些典型的业务场景：

大数据获取和分析

智能计量表具101-104可实时采集用户使用数据信息，通过如下通道到达云端平台120：

智能计量表具101-104->资源管理设备110->有线、无线Internet网络->云端平台120

用户的使用数据信息，被实时地采集到云端平台120。云端平台120利用采集到的数据，分析用户使用习惯、能源消耗整体高峰低峰，便于对整个能源的使用情况进行合理预测和分配。

预付费

用户通过资源管理设备110，利用前面建立的安全通道，和云端平台120交互进行安全预付费。预付费的结果通过资源管理设备110->智能计量表具101-104的路径回传。

智能计量表具101-104根据当前能源使用情况和预付费情况，在预付费不足的时候，通过蜂鸣器提示用户、或通过消息给资源管理设备110及便携式终端130(若有的话)上报提示信息，提醒用户续费充值。当费用余额用尽的时候自动切断能源供给。

信息查询

智能计量表具101-104里面存储的当前消费情况，费用余额等信息，可以通过两种方式反馈给用户进行查询：

智能计量表具101-104->资源管理设备110。

用户进入家庭资源管理软件，通过低功耗的无线网络安全通道，实时和智能计量表具101-104进行通讯，查询当前能源使用情况，费用余额等相关信息。

本发明上述实施例的系统和方法相比已知技术具有以下优点：

1、解决传统能源表需要人工采集数据的问题。

2、解决传统能源表纸质账单环保问题。

3、解决现有智能新型智能表采用的IC卡容易损坏的问题。

4、利用以屏蔽或移动终端为实体的“家庭智能能源管理终端“，人机界面友好，方便消费者使用。

5、解决在智能表内部加入通讯模块方式下面引入的智能表生产成本高，维修升级困难的问题。

6、利用可信执行环境TEE、家庭智能资源设备，和云端平台以及智能表具之间建立安全数据通道，保障用户账户、智能表消费信息、用户预付费等业务的安全性。

7、云端平台实施采集用户能源使用情况，进行大数据分析，预估能源使用高峰并进行能源合理分配。

8、利用平板电脑或智能手机为实体的家庭智能资源设备，充分借助移动通讯产业不断发展的优势，产品成熟，软件和设备升级方便。而且可以充分利用TEE或者SE等安全措施，保障消费者账户和支付的安全性。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (16)

1.一种家庭公用资源管理系统，包括：

智能计量表具，配置为执行资源消费资源消耗计量、资源质量监测和资源通路开/断功能；

资源管理设备，无线连接各个智能计量表具，该资源管理设备配置为查询、收集和整理来自该智能计量表具的现场数据，以及上报该现场数据；以及

云端平台，通过因特网连接该资源管理设备，该云端平台配置为该资源管理设备接收现场数据；

其中该资源管理设备配置非保密的富执行环境和保密的可信执行环境，当该资源管理设备的敏感程序运行时，该资源管理设备切换到该可信执行环境进行加密和校验。

2.如权利要求1所述的家庭公用资源管理系统，其特征在于，当该资源管理设备在该该可信执行环境进行加密和校验完毕后退出该可信执行环境，以分别在该资源管理设备和该智能计量表具之间，以及该资源管理设备和该云端平台之间建立安全通道。

3.如权利要求1所述的家庭公用资源管理系统，其特征在于，该智能计量表具还配置为执行消费者有效额度管理和告警功能。

4.如权利要求3所述的家庭公用资源管理系统，其特征在于，该资源管理设备还配置为接收该智能计量表具的告警信息，并提示用户。

5.如权利要求1所述的家庭公用资源管理系统，其特征在于，该资源管理设备包括用户交互界面。

6.如权利要求1所述的家庭公用资源管理系统，其特征在于，该资源管理设备包括用于供一便携式设备接入的通信接口。

7.如权利要求6所述的家庭公用资源管理系统，其特征在于，包括该便携式设备。

8.如权利要求1所述的家庭公用资源管理系统，其特征在于，该无线连接为ZigBee连接或蓝牙连接。

9.如权利要求1所述的家庭公用资源管理系统，其特征在于，该资源管理设备为平板电脑、智能手机、智能电视或机顶盒。

10.一种家庭公用资源管理方法，包括以下步骤：

在一个或多个智能计量表具为执行资源消费资源消耗计量、资源质量监测和资源通路开/断功能；

在通过无线网络连接各个智能计量表具的一资源管理设备，查询、收集和整理来自该智能计量表具的现场数据，以及上报该现场数据；

在通过因特网连接该资源管理设备的一云端平台，从资源管理设备接收现场数据；

其中该资源管理设备配置非保密的富执行环境和保密的可信执行环境，当该资源管理设备的敏感程序运行时，该资源管理设备切换到该资源管理设备进行加密和校验。

11.如权利要求10所述的家庭公用资源管理方法，其特征在于，还包括在该智能计量表具进行消费者有效额度管理和告警。

12.如权利要求11所述的家庭公用资源管理方法，其特征在于，还包括在该资源管理设备接收该智能计量表具的告警信息，并提示用户。

13.如权利要求10所述的家庭公用资源管理方法，其特征在于，还包括在该资源管理设备提供当前公用资源消费情况的查询接口。

14.如权利要求10所述的家庭公用资源管理方法，其特征在于，还包括在该资源管理设备提供用户交互界面。

15.如权利要求10所述的家庭公用资源管理方法，其特征在于，还包括在与该资源管理设备通信连接的便携式设备提供用户交互界面。

16.如权利要求10所述的家庭公用资源管理方法，其特征在于，还包括在该可信执行环境进行用户身份信息证书下载、用户本地登录账户管理以及用户登录。