本發明涉及物聯網技術領域，具體涉及一種免布線語音控制開關、相應的物聯網系統及其通訊方法。
背景技術：
隨著5g技術的推廣，市場上涌現出很多家用或商用的物聯網設備。物聯網設備之間，一般遵循某種無線連接技術實現互聯。802.11wi-fi無線通信標準是目前應用范圍最廣的無線接入技術標準之一。在物聯網領域，wi-fi物聯網接入方式更是應用最廣，成本最低，可擴展性最好的物聯網接入方式之一。通常，wi-fi物聯網設備直接通過wi-fi接入點（wi-fiaccesspoint，也稱wi-fi熱點或無線路由器）接入網絡。
目前，市場上的家用或商用wi-fi物聯網設備大多是通過手機、pad等移動端的應用來進行控制，許多時候并不方便。例如，市場上很流行的wi-fi物聯網照明設備，通常是以移動端應用界面來控制照明設備的開關及調節亮度和色調，并搭配傳統的機械開關進行簡單的開關和亮度控制。上述開關控制方式的安排，既有應用界面控制的復雜與不便，又具有傳統機械開關控制的位置不靈活與布線施工的冗余困難。
大多數情況下，對照明設備或其他常見的家用設備進行位置相對靈活的免除布線的實地控制方式，對用戶更有吸引力。即無需對開關設備進行電源供電，而是給開關配以電池；開關與被控設備之間不再用電線連接，用戶可以在一定的應用范圍內，靈活安排理想的開關布設位置，并且可以方便的根據需要調整位置。
基于上述的無線照明控制的需求，市場上已經出現了一些免布線無線遙控照明開關設備。這些免布線無線遙控照明開關設備以非標準化的方式在非標準化的頻段（如1ghz、315mhz等），使用私有通信方式，對照明設備進行簡單的開關控制，不支持手機應用控制。但是，這些設備工作于非公共頻段，容易與其他系統的信號相互干擾，影響用戶使用效果。
同時，市場對于家居物聯網設備的語音控制需求不斷涌現，消費者在智能家居時代越來越渴望擺脫傳統的手控模式。語音控制模式無疑是一種非常方便的替代模式，有著廣闊的市場前景。然而，市場上現有的聲控開關設備，多采用有源有線方式連接，僅僅對環境聲音進行簡單檢測放大，無法識別具體的聲音來源與意義，無法做到復雜控制和精確控制。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種免布線語音控制開關、相應的物聯網系統及其通訊方法，通過語音控制模式結合免布線無線開關，使得對于開關布設位置無限制，使開關的使用更加靈活。
為了達到上述目的，本發明通過以下技術方案實現：
一種免布線語音控制開關，用于控制wi-fi物聯網設備，其特征是，所述的免布線語音控制開關包含：
語音采集單元，實時采集用戶語音信息；
語音命令特征庫；
語音命令識別單元，連接所述的語音采集單元以及語音命令特征庫，將用戶語音信息與命令特征庫中的語音命令特征進行匹配，得到匹配結果；
配對信息及控制命令列表，保存配對設備信息以及對應的控制命令；
控制命令檢索生成單元，連接所述的語音命令識別單元以及配對信息及控制命令列表，根據語音命令識別單元的匹配結果生成相應控制命令；
第一wi-fi傳輸單元，連接所述的控制命令檢索生成單元，將控制命令發送給wi-fi物聯網設備；
配對升級控制單元，分別連接所述的第一wi-fi傳輸單元、配對信息及控制命令列表以及語音命令特征庫，以對配對信息、語音命令及固件進行升級；
電池單元，連接所述的語音采集單元、語音命令識別單元、控制命令檢索生成單元、第一wi-fi傳輸單元以及配對升級控制單元。
上述的免布線語音控制開關，其中：
所述第一wi-fi傳輸單元以mac層非連接模式，通過在wi-fi單播包/廣播包中加載私有信息結構的方式向wi-fi物聯網設備發送控制命令。
上述的免布線語音控制開關，其中：
所述的配對升級控制單元與wi-fi物聯網設備進行配對，獲得對方mac地址，以及在配對過程中設置通信密鑰。
上述的免布線語音控制開關，其中：
所述免布線語音控制開關與wi-fi物聯網設備在出廠時配對或在需要時手動隨機完成配對。
上述的免布線語音控制開關，其中：
所述的單播包/廣播包為beacon包或probresp包或probreq包或action包。
一種物聯網系統，其特征是，包含：
wi-fi物聯網設備；
免布線語音控制開關，用于控制wi-fi物聯網設備；
其中，所述的免布線語音控制開關包含：
語音采集單元，實時采集用戶語音信息；
語音命令特征庫；
語音命令識別單元，連接所述的語音采集單元以及語音命令特征庫，將用戶語音信息與命令特征庫中的語音命令特征進行匹配，得到匹配結果；
配對信息及控制命令列表，保存配對設備信息以及對應的控制命令；
控制命令檢索生成單元，連接所述的語音命令識別單元以及配對信息及控制命令列表，根據語音命令識別單元的匹配結果生成相應控制命令；
第一wi-fi傳輸單元，連接所述的控制命令檢索生成單元，將控制命令發送給wi-fi物聯網設備；
配對升級控制單元，分別連接所述的第一wi-fi傳輸單元、配對信息及控制命令列表以及語音命令特征庫，以對配對信息、語音命令及固件進行升級；
電池單元，連接所述的語音采集單元、語音命令識別單元、控制命令檢索生成單元、第一wi-fi傳輸單元以及配對升級控制單元。
上述的物聯網系統，其中，所述的wi-fi物聯網設備包含：
第二wi-fi傳輸單元，接收免布線語音控制開關中第一wi-fi傳輸單元發送的控制命令；
控制單元，連接所述第二wi-fi傳輸單元，解析所述控制命令并執行控制任務。
上述的物聯網系統，其中：
所述的wi-fi物聯網設備還包含一匹配單元，連接所述的第二wi-fi傳輸單元；免布線語音控制開關的配對升級控制單元與wi-fi物聯網設備的匹配單元進行配對，獲得雙方mac地址，以及在配對過程中設置通信密鑰；
所述免布線語音控制開關與wi-fi物聯網設備在出廠時配對或在需要時手動隨機完成配對。
一種物聯網系統的通訊方法，其特征是，包含：
免布線語音控制開關與wi-fi物聯網設備進行配對；
免布線語音控制開關實時采集用戶語音信息，并生成相應控制命令，然后將控制命令通過wi-fi單播包/廣播包中加載私有信息結構的方式發送給wi-fi物聯網設備；
wi-fi物聯網設備接收控制命令并執行控制任務。
上述的物聯網系統的通訊方法，其中：
免布線語音控制開關與wi-fi物聯網設備在出廠時配對或在需要時手動隨機完成配對，以相互獲得對方的mac地址及通信密鑰。
本發明與現有技術相比具有以下優點：語音控制模式結合免布線無線開關，使得對于開關布設位置的無限制，使開關的使用更加靈活。
附圖說明
圖1為本發明中免布線語音控制開關的結構框圖。
具體實施方式
以下結合附圖，通過詳細說明一個較佳的具體實施例，對本發明做進一步闡述。
本發明提出一種免布線語音控制開關，用于控制wi-fi物聯網設備，所述wi-fi物聯網設備的種類不限，例如可以是市場上常見的wi-fi物聯網照明設備等應用功能設備，相應的本免布線語音控制開關可以是照明開關或其他具有功能控制開關。所述的免布線語音控制開關包含：語音采集單元1（如麥克風，麥克風陣列等）、語音命令特征庫5、語音命令識別單元2、控制命令檢索生成單元3、第一wi-fi傳輸單元4、配對信息及控制命令列表6、配對升級控制單元7以及電池單元；所述的語音命令特征庫5以及配對信息及控制命令列表6分別由存儲單元實現。
如圖1所示，所述的語音命令識別單元2連接所述的語音采集單元1以及語音命令特征庫5，語音采集單元1實時采集用戶語音信息，語音命令識別單元2將用戶語音信息與命令特征庫5中的語音命令特征進行匹配，得到匹配結果；所述的控制命令檢索生成單元3連接所述的語音命令識別單元2以及配對信息及控制命令列表6，配對設備信息以及對應的控制命令均存儲在該配對信息及控制命令列表6中，配對信息包含了mac地址、通信密鑰及預設包類型，控制命令檢索生成單元3根據語音命令識別單元2的匹配結果生成相應控制命令；所述的第一wi-fi傳輸單元4連接所述的控制命令檢索生成單元3以及配對升級控制單元7，將控制命令發送給wi-fi物聯網設備，配對升級控制單元7還分別連接配對信息及控制命令列表6以及語音命令特征庫5以通過外部服務器對配對信息、語音命令及固件進行升級。所述電池單元連接所述的語音采集單元1、語音命令識別單元2、控制命令檢索生成單元3、第一wi-fi傳輸單元4以及配對升級控制單元7以向它們供電，隨著半導體技術和語音處理技術的進步，低復雜度低功耗的本地實時語音監聽采集和語音識別方式已經實現，可以保證電池供電的應用設備的電池更換或充電周期在可接受范圍內。
配對升級控制單元7可以有兩種控制模式，一種為本地控制更新配對設備信息，實現本地配對信息采集，不通過連接服務器；一種通過連接服務器，更新配對設備信息。語音命令以及控制軟件更新，只通過連接服務器升級。
對wi-fi物聯網設備的控制，一般是基于wi-fi鏈接。但是，像免布線語音控制開關這種控制信息產生間隔很長的物聯網設備來說，若采用鏈接控制通信模式，則幾乎每次要實現照明設備控制時，都要與照明設備重新建立wi-fi鏈接，會在控制幀上面消耗大部分能量，同時耗費更長的時間傳輸有效控制命令。對于主要以電池供電的免布線語音控制開關來說，基于wi-fi鏈接的控制方式會大大減少電池壽命。因此，本發明中，所述的第一wi-fi傳輸單元以mac層非連接模式，通過在wi-fi單播包/廣播包中加載私有信息結構的方式向wi-fi物聯網設備發送控制命令，可以使免布線語音控制開關在射頻上發送最少數量的包，這樣即可完成控制信息的傳輸，實現最小功耗，在最大程度上延長電池的更換或充電周期；較佳的，所述的單播包/廣播包包含但不限于：beacon包或probresp包或probreq包或action包等不需要mac連接的可以帶私有定義ie的包類型。對于廣播包，配對信息在私有定義的控制ie中；單播包可在包頭的地址中區分配對設備，也可將配對信息放在私有定義的控制ie中。
所述的免布線語音控制開關的語音采集單元1，在工作模式下，保持低功耗監聽周邊任何聲音信號，當語音采集單元1判斷監聽到語音信號后，喚醒語音命令識別單元2，進行實時語音識別。當免布線語音控制開關的語音命令識別單元2識別到所采集的語音信息可以匹配語音命令特征庫5中的某一條語音命令特征時，控制命令檢索生成單元3根據匹配結果，生成相應的控制命令，然后在第一wi-fi傳輸單元4中將生成的控制命令，并不以mac層的連接為基礎，而是加載在多種可能的非加密或加密單播（unicast）/廣播包中，以私有定義的控制信息元素（ie，informationelement）進行控制命令的傳輸。私有信息元素，即私有ie，根據wi-fi標準協議規定，廠商和供應商可以根據應用需要，定義mac層的私有ie，以實現私有的通信需求。針對免布線語音控制開關的不同語音控制需求，可以定義不同類型的控制ie，實現對wi-fi物聯網設備從簡單到精細復雜的控制。控制ie在支持私有協議結構的wi-fi傳輸單元的mac層中生成，在物理層加載至載波。上述的非加密或加密形式將在后文中具體說明。
所述的免布線語音控制開關與wi-fi物聯網設備同時也構成了一個wi-fi物聯網系統。在一實施例中，所述的wi-fi物聯網設備包含：第二wi-fi傳輸單元，接收免布線語音控制開關中第一wi-fi傳輸單元發送的控制命令；控制單元，連接所述第二wi-fi傳輸單元，解析所述控制命令并執行控制任務。若要在標準wi-fi物聯網設備上實現本發明的非連接通信機制，只需要少許修改mac層的軟件部分，甚至只需在應用層就可實現，所以可以在現有的wi-fi芯片上實現，具體的通過改mac層軟件，支持定義的私有ie；或改應用層軟件，支持定義的私有ie，是容易實現的，實現成本低、方法簡單。
為保證用戶控制的安全和私密性，免布線語音wi-fi物聯網照明開關與wi-fi物聯網照明設備之間，首先以某種配對方式完成配對。為此所述的wi-fi物聯網設備還包含：一匹配單元，連接所述的第二wi-fi傳輸單元。免布線語音控制開關的配對升級控制單元7與wi-fi物聯網設備的匹配單元進行配對，獲得雙方mac地址，以及在配對過程中設置通信密鑰配以保障更高的安全性；配對過程可以在出廠時完成或在用戶手中需要時手動隨機完成。
免布線語音控制開關中第一wi-fi傳輸單元4可以傳輸經過加密或未經加密的控制命令即控制ie，具體的所述的對控制命令的加密形式可以有三種：1）應用層加密，用配對好的密鑰加密控制ie；2）mac層加密，用配對時設定好的硬件密鑰在mac層進行包加密；3）無加密，在無線信道中明文發送。
根據所用加載控制ie的不同類型的包和應用場景的要求，wi-fi物聯網設備中第二wi-fi傳輸單元對收到的包的確認的形式可以有三種：1）可以由應用層或mac層軟件定義確認ie，加載于上述的wi-fi單播/廣播包類型上，用于wi-fi物聯網設備對收到的控制命令的高層確認。加載確認ie的包可以為，但不局限于probresp包、action包等不需要mac連接的可以帶私有定義ie的包類型；2）不用高層確認，對某些類型的包，僅靠wi-fi標準規定mac硬件自動回復ack包；3）對某些包類型，不采用任何的確認，wi-fi標準規定mac硬件也不自動回復ack包。且上述的包類型、確認形式和加密形式可以根據具體情況自由組合使用。
本發明的一實施例中，wi-fi物聯網設備為標準的有源wi-fi物聯網設備，具有穩定的電源供電，可以同時以正常的sta模式連接ap（accesspoint），接入互聯網，保留有手機應用控制和遠程控制的功能。
本發明的另一實施例中，免布線語音控制開關在mac非連接通信控制模式下，支持mac非連接通信控制協議棧結構；若需要軟件更新等操作時，可通過語音界面（語音采集單元1），控制免布線語音控制開關通過ap鏈接到互聯網服務器，此時可通過正常物聯網設備協議棧結構實現互聯網接入和信息更新服務。
本發明還提出了一種物聯網系統的通訊方法，其包含：
s1、免布線語音控制開關與wi-fi物聯網設備進行配對；
s2、免布線語音控制開關實時采集用戶語音信息，并生成相應控制命令，然后將控制命令通過wi-fi單播包/廣播包中加載私有信息結構的方式發送給wi-fi物聯網設備；
s3、wi-fi物聯網設備接收控制命令并執行控制任務。
盡管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。