家庭網絡系統的製作方法
2023-07-13 06:08:41 1
專利名稱：家庭網絡系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及家庭網絡系統，並且特別涉及使用生活網絡控制協議的家庭網絡系統。
背景技術：
家庭網絡連接各種數字家用電器以使得用戶可以在住宅內外一直享受方便、安全與經濟的生活服務。由於數位訊號處理技術的發展，被稱作白色家電的電冰箱或洗衣機已經逐步數位化，家用電器作業系統技術和高速多媒體通信技術已經結合在數字家用電器上，並且已經開發了新的信息家電以改進家庭網絡。
如表1所示，根據服務類型，家庭網絡被分為數據網絡、娛樂網絡和生活網絡。
表1
這裡，建立數據網絡以便在PC和外部設備之間交換數據或提供網際網路服務，並且在使用音頻和視頻信息的家用電器之間建立娛樂網絡。另外，建立生活網絡來簡化家用電器的控制，如家居自動化或遠程查看儀表讀數。
傳統的家庭網絡系統包括主設備，它是一種電子設備，用於控制其他電子設備的操作或監視它們的狀態；以及從屬設備，它是電子設備，具有響應所述主設備的請求的功能以及根據該電子設備的特徵或其他因素來通知狀態變化的功能。示例性的電子設備包括用於生活網絡服務的家用電器如洗衣機和電冰箱，用於數據網絡服務和娛樂網絡服務的家用電器，以及諸如氣閥控制設備、自動門設備和電子燈等產品。
但是，傳統的技術沒有提出用來在家庭網絡系統中提供控制和監視電子設備功能的通用通信標準。
發明內容
為了解決上述問題提出本發明。本發明的一個目的是提供一種使用控制協議的家庭網絡系統，該控制協議是用於在家庭網絡系統中提供控制和監視電子設備功能的通用通信標準。
本發明的另一個目的是提供一種使用生活網絡控制協議(LnCP)作為通用通信標準的家庭網絡系統。
本發明的又另一個目的是提供一種考慮網絡通信業務流量和各設備的性能來執行通信周期的家庭網絡系統。
本發明的又另一個目的是提供一種考慮網絡通信業務流量改進數據傳輸可靠性的家庭網絡系統。
為了實現本發明的上述目的，提供一種家庭網絡系統，包括一個或多個主設備；一個或多個從設備；以及用於根據預定協議把所述主設備連接至所述從設備的網絡，其中在預定的時間點，所述主設備同時執行與所述多個從設備的一個或多個通信周期，並且在該時間點每個從設備執行與該主設備的一個通信周期。
優選地，所述通信周期包括下述至少一個一請求一響應通信周期，其中所述主設備向所述從設備傳送一個請求分組，從該從設備接收作為響應的一個響應分組，並結束通信；一請求多響應通信周期，其中所述主設備向所述多個從設備傳送一個請求分組，從每個從設備接收一個響應分組，等待這些響應，並且在最大接收時間結束通信；一通知通信周期，其中所述主設備向一個或多個從設備傳送一個通知分組，並結束通信；以及重複通知通信周期，其中所述主設備按預定數目向一個或多個從設備重複傳送一個通知分組，並結束通信。
優選地，在所述一請求一響應通信周期中，當在預定的接收時間之內所述主設備沒有從所述從設備接收到所述響應分組，所述主設備結束通信。
優選地，在所述一請求多響應通信周期中，所述請求分組包括組地址。
優選地，在所述一通知通信周期和/或所述重複通知通信周期中，所述通知分組包括組地址。
優選地，在所述一通知通信周期和/或所述重複通知通信周期中，接收該通知分組的從設備或所述主設備不向傳送該通知分組的主設備或該從設備傳送該響應分組。
優選地，所述主設備/或所述從設備是混合設備。
優選地，所述協議是LnCP。
圖1是描述可應用本發明的家庭網絡系統的結構圖；圖2是描述根據本發明的LnCP棧的結構圖；圖3和圖4分別是描述圖2中各層之間接口的結構圖；圖5至圖10分別是描述圖3和圖4的接口的詳細結構圖；圖11和圖12分別描述了根據本發明第一實施例的通信周期結構圖；圖13描述了根據本發明第二實施例的通信周期結構圖；以及圖14描述了根據本發明第三實施例的通信周期結構圖。
具體實施例方式
現在結合附圖詳細說明根據本發明的家庭網絡系統。
圖1是描述可應用本發明的家庭網絡系統的結構圖。
參見圖1，家庭網絡系統1通過網際網路2訪問LnCP伺服器3，並且客戶設備4通過網際網路2訪問LnCP伺服器3。即連接家庭網絡系統1，用來與LnCP伺服器3和/或客戶設備4通信。
根據客戶設備4的種類，該家庭網絡系統1的外部網絡如網際網路2包括另外的構成要素。例如，當客戶設備4是計算機，網際網路2包括Web伺服器(未示出)，以及當客戶設備4是網際網路電話，網際網路2包括Wap伺服器(未示出)。
LnCP伺服器3根據預定的登入(login)和登出(logout)過程分別訪問家庭網絡系統1和客戶設備4，從客戶設備4接收監視和控制命令，並通過網際網路2按預定消息類型的格式把該命令傳送給網絡系統1。另外，LnCP伺服器3從家庭網絡系統1接收預定類型的消息，並存儲該消息和/或把該消息傳送給客戶設備4。LnCP伺服器3還存儲或生成消息，並把該消息傳送給家庭網絡系統1。即，家庭網絡系統1訪問LnCP伺服器3並下載所提供的內容。
家庭網絡系統1包括家庭網關10，用於執行對網際網路2的訪問功能；網絡管理器20至23，用於執行設置環境和管理電子設備40至49的功能；LnCP路由器30和31，用於在傳輸介質之間訪問；LnCP適配器35和36，用於把網絡管理器22和電子設備46連接至所述傳輸介質；以及多個電子設備40至49。
通過共享的傳輸介質來連接電子設備40至49，由此形成家庭網絡系統1的網絡。數據鏈路層使用非標準的傳輸介質，如RS-485或小輸出的RF，或者是標準的傳輸介質，如電源線和IEEE 802.11作為傳輸介質。
家庭網絡系統1的網絡與網際網路2是分開的，組成獨立的網絡來通過有線或無線傳輸介質來連接電子設備。這裡，獨立的網絡包括物理上連接的但邏輯上分開的網絡。
家庭網絡系統1包括主設備，用於控制其他電子設備40至49的操作，或監視它們的狀態，並且各從屬設備具有對主設備的請求進行響應和通知它們的狀態變化消息的功能。所述主設備包括網絡管理器20至23，並且從屬設備包括電子設備40至49。網絡管理器20至23包括受控的電子設備40至49的信息和控制代碼，並且根據編程的方法或通過從LnCP伺服器3和/或客戶設備4接收輸入來控制電子設備40至49。仍然參見圖1，當連接多個網絡管理器20至23，網絡管理器20至23的每個必須既是主設備又是從屬設備，即在物理上是一個設備，但在邏輯上該設備(混合設備)用於同時執行主功能和從屬功能，從而可執行信息交換、數據同步和與其他網絡管理器20至23的控制。
另外，網絡管理器20至23和電子設備40至49可直接連接到該網絡(電源線網絡、RS-485網絡和RF網絡)或通過LnCP路由器30和31和/或LnCP適配器35和36連接到該網絡。
電子設備40至49和/或LnCP路由器30和31和/或LnCP適配器35和36在網絡管理器20至23中登記，並且按產品提供固有的邏輯地址(如0x00、0x01等)。邏輯地址與產品代碼結合(例如空調機的0x02和洗衣機的0x01)，並用作節點地址。例如，電子設備40至49和/或LnCP路由器30和31和/或LnCP適配器35和36通過諸如0x0200(空調1)和0x0201(空調2)的節點地址來識別。根據預定的標準(所有同樣的產品、產品的安裝空間、用戶登)，可以同時使用組地址來識別電子設備40至49和/或LnCP路由器30和31和/或LnCP適配器35和36中的至少一個。在這樣的組地址中，顯式組地址是用於通過設置地址選項值(下述的標誌)為1來指定多個設備的聚簇(cluster)，並且隱式組地址通過用1來填充邏輯地址和/或產品代碼的所有位的值來指定多個設備。特別，隱式組地址被稱作聚簇代碼。
圖2是描述根據本發明的生活網絡控制協議棧的結構圖。家庭網絡系統1使得網絡管理器20至23、LnCP路由器30和31、LnCP適配器35和36以及電子設備40至49可根據圖2的生活網絡控制協議(LnCP)來相互通信。因此，網絡管理器20至23、LnCP路由器30和31、LnCP適配器35和36以及電子設備40至49根據LnCP執行網絡通信。
如圖2所示，該LnCP包括應用軟體50，用於執行網絡管理器20至23、LnCP路由器30和31、LnCP適配器35和36以及電子設備40至49的固有功能，並且提供與應用層60的接口功能，用於該網絡上的遠程控制和監視；應用層60，用於對用戶提供服務，並且還提供按消息的形式形成來自用戶的信息或命令以及把該消息傳送給更低層的功能；網絡層70，用於對網絡管理器20至23、LnCP路由器30和31、LnCP適配器35和36以及電子設備40至49進行可靠的網絡連接；數據鏈路層80，用於提供訪問共享的傳輸介質的介質訪問控制功能；物理層90，用於提供網絡管理器20至23、LnCP路由器30和31、LnCP適配器35和36以及電子設備40至49之間的物理接口和用於傳送位的規則；以及參數管理層100，用於設置和管理在每個層中使用的節點參數。
更詳細地，應用軟體層50還進一步包括網絡管理子層51，用於管理所述節點參數和訪問該網絡的網絡管理器20至23、LnCP路由器30和31、LnCP適配器35和36以及電子設備40至49。即網絡管理子層51通過參數管理層100執行設置或使用所述節點參數值的參數管理功能，以及當使用該LnCP的設備是主設備時執行組成或管理該網絡的網絡管理功能。
當網絡管理器20至23、LnCP路由器30和31、LnCP適配器35和36以及電子設備40至49所訪問的網絡是非獨立的傳輸介質，如電源線、IEEE 802.11和無線(如，當LnCP包括PLC協議和/或無線協議)，網絡層70進一步包括家庭代碼控制子層71，用於執行設置功能，管理和處理用於邏輯劃分每個單獨網絡的家庭代碼。當這些單獨的網絡通過獨立的傳輸介質如RS-485來物理地劃分，在LnCP中不包括家庭代碼控制子層。每個家庭代碼由4位元組構成，並且設置成隨機的值或用戶的指定值。
圖3和圖4是分別描述圖2中各層之間接口的結構圖。
圖3描述了當物理層90連接至非獨立傳輸介質時的各層之間的接口，並且圖4描述了當物理層90連接至獨立傳輸介質時各層之間的接口。
家庭網絡系統1從較高的層向協議數據單元(PDU)添加每個層所要求的頭部和尾部，並且將其傳送給較低的層。
如圖3a和圖3b所示，應用層PDU(APDU)是在應用層60和網絡層70之間傳送的數據，網絡層PDU(NPDU)是在網絡層70和數據鏈路層80或家庭代碼控制子層71之間傳送的數據，以及家庭代碼控制子層PDU(HCNPDU)是在網絡層70(確切地說是家庭代碼控制子層71)和數據鏈路層80之間傳輸的數據。在數據鏈路層80和物理層90之間按數據幀單位形成接口。
圖5至圖10分別是描述圖3和圖4的接口的詳細結構。
圖5描述了應用層60中的APDU結構。
APDU長度(AL)欄位表示該APDU的長度(從AL至消息欄位的長度)，並且具有最小值4和最大值77。
APDU頭部長度(AHL)欄位表示APDU頭部的長度(從AL至ALO的長度)，相繼地具有3位元組，並且可擴展至7位元組。在LnCP中，APDU頭部可擴展至7位元組以編碼消息欄位並改變應用協議。
應用層選項(ALO)欄位擴展消息設置。例如，當ALO欄位被設置成0，如果ALO欄位包含不同的值，則忽略消息處理。
消息欄位處理來自用戶的控制消息或事件信息，並且按ALO欄位的值來改變。
圖6描述了網絡層70中的NPDU結構，並且圖7描述了NPDU的詳細NLC結構。
LnCP分組開頭(SLP)欄位的開頭指出了分組的開始，並且具有值0x02。
目的地址(DA)欄位和源地址(SA)欄位分別是分組的接收者和發送者的節點地址，並具有16位。最高的1位包括指出組地址的標誌，相繼的7位包括產品的種類(產品代碼)，並且低8位包括用於區別多個同樣種類的網絡管理器20至23和多個同樣種類的電子設備40至49的邏輯地址。分組長度(PL)欄位表示待傳送的NPDU的總體長度，並且其初始長度是15位元組以及其最大長度是120位元組。
服務優先級(SP)欄位給出對傳輸消息的傳輸優先級，並具有3位。表2給出了每個傳輸消息的優先級。
表2
NPDU頭部長度(NHL)欄位擴展NPDU頭部(SLP的NLC欄位)，相繼具有9位元組，並且可擴展至最大17位元組。
協議版本(PV)欄位指出所使用的協議版本並且其長度是1位元組。較高4位元組給出版本，並且較低4位元組給出子版本。版本和子版本使用HEX來分別表示它們的值。
網絡層分組類型(NPT)欄位是4位的欄位，用於區分網絡層70中的分組種類。LnCP包括請求分組、響應分組和通知分組。主設備的NPT欄位必須被設置成請求分組或通知分組，並且從屬設備的NPT欄位必須被設置成請求分組或通知分組。表3給出按分組種類的NPT值。
表3
傳輸計數器(TC)欄位是2位的欄位，用於重新傳送請求分組，或者當在網絡層70發生通信錯誤，不能正確傳送請求分組或響應分組時，為了提高通知分組的傳輸成功率，重複傳送該通知分組。表4給出按NPT值的TC欄位值的範圍。
分組號(PN)欄位由2位元組組成，與TC一起使用來檢測在從屬設備中的重複分組，並且用於處理在主設備中的多通信循環。表5給出了按NPT值的PN欄位值的範圍。
表4
表5
APDU欄位是在應用層60和網絡層70之間傳送的應用層60的協議數據單元。APDU欄位具有最小值0位元組和最大值88位元組。
循環冗餘校驗(CRC)欄位是16位欄位，用於檢查所接收分組(從SLP至APDU)的誤差。
LnCP分組結尾(ELP)欄位是分組的結束，具有值0x03。如果沒有檢測到ELP欄位，儘管所接收數據的字節長度與分組長度欄位值相同，也認為該分組是錯誤的分組。
圖8描述了家庭代碼擴展子層71中的HCNPDU結構。
如圖8所示，家庭代碼(HC)欄位被添加到NPDU的較高部分。
家庭代碼由4位元組構成，在可以傳送分組的線路距離範圍內具有唯一的值。
圖9描述了數據鏈路層80中的幀結構。
LnCP的數據鏈路層幀的頭部和尾部結構根據傳輸介質而變化。當數據鏈路層80使用非標準的傳輸介質，幀的頭部和尾部必須具有空欄位，並且當數據鏈路層80使用標準傳輸介質時，幀的頭部和尾部按照協議規定來形成。當物理層90是非獨立的產生介質如電源線或IEEE802.11，NPDU欄位是從較高的網絡層70傳送的數據單元，並且HCNPDU是通過添加4位元組的家庭代碼至NPDU的前部而得到的數據單元。數據鏈路層80按照同樣的方式來處理NPDU和HCNPDU。
圖10描述了物理層90中的幀結構。
LnCP的物理層90處理對傳輸介質的物理信號的傳送和接收的功能。數據鏈路層80可使用非標準的傳輸介質如RS-485或小輸出RF，或者標準的傳輸介質如電源線或IEEE 802.11，來作為LnCP的物理層90。使用LnCP的家庭網絡系統1採用統一的異步接收器與發送器(UART)幀結構和RS-232的信號水平，因此網絡管理器20至23和電子設備40至49可以與RS-485、LnCP路由器30和31或LnCP適配器35和36有接口。當通過使用串行總線在各設備之間連接UART，該UART控制通信線路上的比特信號流。在LnCP中，來自較高層的分組被轉換成如圖10所示的10位的UART幀單位，並且通過傳輸介質來傳輸。該UART幀包括1位的開始位、8位數據和1位的停止位，並且不使用奇偶位。UART幀是按照從開始位到停止位的次序來傳送的。當使用LnCP的家庭網絡系統1採用UART，它沒有另外的幀頭部和幀尾部。
圖11和圖12是示出根據本發明第一實施例的通信周期的結構圖。
如圖1所示，在一請求一響應(one-request one-response)的通信周期中，一個主設備向一個從設備傳送一個分組(或數據或消息)，並且，從設備接收該分組並向該主設備傳送一個分組作為響應。該主設備接收該響應分組並結束通信。
在這種一請求一響應通信周期中，當主設備在預定的接收時間內沒有接收到來自該從設備的響應，該主設備結束通信。
如圖12所示，當在接收響應分組時發生錯誤，主設備傳送一個分組用於向從設備重新請求。
圖13是示出根據本發明第二實施例的通信周期的結構圖。
參見圖13，在一請求多響應(one-request multiple-responses)通信周期中，一個主設備向多個從設備傳送一個請求分組，並且，每個從設備接收該請求分組並向該主設備傳送一個響應分組作為響應。主設備接收這些響應分組，等待這些響應，並在最大接收時間結束通信。
在這種一請求多響應通信周期中，請求分組包括上述的組地址，因此多個從設備可接收該組地址。
在圖11至圖13中，主設備和/或從設備可以是上述的混合設備。即該混合設備的主裝置生成預定的請求分組，並且把所產生的請求分組傳送至從設備或另外混合設備的從裝置。
圖14是示出根據本發明第三實施例的通信周期的結構圖。
如圖14所示，在一通知(one-notification)通信周期中，一個主設備向一個或多個從設備傳送一個通知，並結束通信。
作為另外的例子，在重複通知(repeated notification)通信周期中，一個主設備按預定的數目向一個或多個從設備重複傳送一個通知分組，並結束通信。這種重複通知通信周期較之一通知通信周期更加改進了傳輸可靠性。
在一通知通信周期和/或重複通知通信周期中，接收通知分組的從設備不向傳送該通知分組的主設備傳送響應分組。
這裡，圖14中的主設備和/或從設備可以是混合設備。即混合設備的主裝置生成通知分組，並且把生成的分組傳送給從設備或另外混合設備的從裝置。
在一通知通信周期和/或重複通知通信周期中，通知分組包括上述的組地址，因此多個從設備可接收該組地址。
如上所述，在給定的時間點，從設備執行與一個主設備的一個通信周期。即，當一個從設備執行一個通信周期，與該從設備通信的主設備不產生和傳送另外的分組，並且該從設備不根據由另外主設備執行的另外通信周期來接收分組。反過來，在給定的時間點，主設備可以執行與多個從設備的多個通信周期。但是，當主設備執行與從設備的預定通信周期時(即在結束該通信周期之前)，該主設備不通過另外的通信周期與該從設備通信。因此，主設備通過防止過多地把分組或數據傳送到從設備來控制網絡業務流量。另外，當從設備執行一個通信周期時，該從設備不接收另外的分組或數據，因此可有效處理當前的分組或數據。
如前面所討論的，圖11至14中的每個從設備執行與一個主設備的通信周期，並且該主設備執行與一個或多個從設備的一個或多個通信周期。例如，主設備可通過一請求一響應通信周期與兩個從設備通信，通過一請求一響應通信周期與一個從設備通信，通過一請求多響應通信周期、一通知通信周期或重複通知通信周期與多個從設備通信。這裡，每個從設備只通過一個通信周期與一個主設備通信。
本發明提供使用作為通用通信標準的控制協議的家庭網絡系統，用於提供控制和監視電子設備的功能。
而且，本發明的家庭網絡系統使用生活網絡控制協議(LnCP)作為通用通信標準。
本發明提供通過預定義通信周期來優化網絡業務流量和每個設備性能的家庭網絡系統。
本發明的家庭網絡系統通過考慮網絡業務流量來改進數據傳輸可靠性。
儘管說明了本發明的優選實施例，應該理解，本發明並不限於這些優選的實施例，在權利要求書所述的本發明的精神和範圍之內，本領域的技術人員可以做各種改變和改型。
權利要求
1.一種家庭網絡系統，包括一個或多個主設備；一個或多個從設備；以及用於根據預定協議把所述主設備連接至所述從設備的網絡，其中，在預定的時間點，所述主設備同時執行與所述多個從設備的一個或多個通信周期，並且在該時間點每個從設備執行與該主設備的一個通信周期。
2.如權利要求1所述的家庭網絡系統，其中所述通信周期包括下述至少一個一請求一響應通信周期，其中所述主設備向所述從設備傳送一個請求分組，從該從設備接收作為響應的一個響應分組，並結束通信；一請求多響應通信周期，其中所述主設備向所述多個從設備傳送一個請求分組，從每個從設備接收一個響應分組，等待這些響應，並且在最大接收時間結束通信；一通知通信周期，其中所述主設備向一個或多個從設備傳送一個通知分組，並結束通信；以及重複通知通信周期，其中所述主設備按預定數目向一個或多個從設備重複傳送一個通知分組，並結束通信。
3.如權利要求2所述的家庭網絡系統，其中在所述一請求一響應通信周期中，當在預定的接收時間之內所述主設備沒有從所述從設備接收到所述響應分組，所述主設備結束通信。
4.如權利要求2所述的家庭網絡系統，其中在所述一請求多響應通信周期中，所述請求分組包括組地址。
5.如權利要求2所述的家庭網絡系統，其中在所述一通知通信周期和/或所述重複通知通信周期中，所述通知分組包括組地址。
6.如權利要求2所述的家庭網絡系統，其中在所述一通知通信周期和/或所述重複通知通信周期中，接收該通知分組的從設備或所述主設備不向傳送該通知分組的主設備或該從設備傳送該響應分組。
7.如權利要求1至6中任何一項所述的家庭網絡系統，其中所述主設備/或所述從設備是混合設備。
8.如權利要求1所述的家庭網絡系統，其中所述協議是LnCP。
全文摘要
本發明公開了一種使用LnCP的家庭網絡系統。該家庭網絡系統包括一個或多個主設備、一個或多個從設備以及用於根據預定協議把所述主設備連接至所述從設備的網絡。在該家庭網絡系統中，在預定的時間點所述主設備同時執行與所述多個從設備的一個或多個通信周期，並且在該時間點每個從設備執行與該主設備的一個通信周期。
文檔編號H04L12/28GK1957559SQ200580016888
公開日2007年5月2日 申請日期2005年5月27日 優先權日2004年5月27日
發明者河三喆, 李君錫, 白承勉, 金容臺 申請人:Lg電子株式會社