數字家庭網絡網關之間的通訊方法
2023-04-23 12:36:06 1
專利名稱：數字家庭網絡網關之間的通訊方法
技術領域：
本發明涉及數字家庭網絡網關之間的通訊方法。
國際、國內知名的IT企業和傳統家電製造商紛紛聯手開拓網絡家電，將信息技術、網絡技術引入家電生產領域，網絡冰箱、網絡微波爐、網絡空調等信息化家電新產品層出不窮。
網絡家電產品帶動了智能家庭、智能小區等相關產業的發展，具有可觀的市場前景和利益回報。
網絡家電產品由於其很高的技術含量和巨大的市場潛力，已經成為衡量家電企業高科技性和前瞻性的標準之一。
國內網絡家電產業在當前發展形勢下的一些問題由於媒體宣傳導向的影響，普通消費者在提到「網絡家電」時，首先想到的就是機頂盒之類的產品，其實信息技術在家電領域中的應用應更加廣泛，對人們的生活影響也應更加實際和深遠。
從國外許多知名廠商成功地合作開發網絡家電的事例中，可以看出IT企業和傳統家電企業各有所長，在這一新興領域中，雙方應該緊密合作，充分發揮各自的優勢，擴展各自的發展空間。
當前國際上有多種網絡家電的標準和協議，我們不能盲目地遵循某一標準，而是應該根據實際情況制定出，符合當前家電發展方向的標準和協議，使自己站在相對有利的競爭位置上。
數字家庭網絡解決方案就是在這樣一種情況下應運而生的。本申請人於2002年3月27日向中華人民共和國知識產權局提出發明名稱為《數字家庭網絡系統》的發明專利申請(申請號02103815.5)。數字家庭網絡解決方案是符合當前家電發展形勢、實現家庭數字網絡的一套解決方案，方案集中體現了數字家庭網絡要符合一定的標準協議，實現移動終端控制與網絡終端控制相結合的方法，是多臺智能家電可以用一個移動控制終端，或者可以在INTERNET上通過網絡控制終端進行控制。
本申請人於2002年3月27日向中華人民共和國知識產權局提出發明名稱為《數字家庭網絡中信息家電的控制和相互訪問的方法》的發明專利申請(申請號02103816.3)。該方法可以使數字家庭網絡中信息家電保持通用性，使不同廠商生產的信息家電可以無縫加入數字家庭網絡，並使產品具有添加新功能的能力，同時信息家電之間可以進行互相訪問。
本申請中涉及數字家庭網絡和設備文件的內容請參閱上述兩項專利申請。
數字家庭網絡網關之間的通訊方法，其特點在於該方法包括如下步驟(1)家庭控制子網網關通過DHCP(動態主機控制協議)從主網關獲得IP位址；(2)主網關通過發送註冊命令數據包向子網網關申請註冊，子網網關接收到該命令後發送確認信息，則註冊成功。註冊成功後，所有通信數據包中的主網關編號則為子網網關和主網關確認對方身份的標識，子網網關只接受來自主網關IP位址且主網編號正確的數據包的請求；
(3)主網關通過設置、讀取命令從子網網關讀取各個設備的狀態參數、或設置各個設備的狀態參數；(4)子網網關通過匯報命令向主網關提供各個設備的設備描述文件、各個設備的狀態參數、各個設備連接狀態的設備註冊表等內容，使主網關了解整個家庭控制子網的狀態；(5)子網網關通過上載命令向主網關發送其所控制的家庭控制子網中某個設備的設備文件或表示整個家庭控制子網的各個設備連接情況的設備註冊表。主網關在接收到家電設備文件或設備註冊表後，進行設備文件與網頁的轉換和自身內部的設備管理表格的維護；(6)在主網關、子網網關關閉前，則由關閉方在關閉前發起註銷過程。如果註銷請求得到對方確認，則本次註冊通信中的主網編號無效，在下次註冊前，子網網關不接受任何主網關的請求。
數字家庭網絡由網絡控制終端、移動控制終端和多個通訊模塊接收發送裝置組成，網絡控制終端的主要作用是通過Internet網絡控制智能家電，也可以通過本地計算機進行家電控制。網絡控制終端具有以下特點(1)網絡控制終端給出了清晰的人機界面，可以進入任一個電器的控制選項界面，控制各個家電的所有控制功能，操作十分簡單，而且是用戶一目了然。
(2)網絡控制終端還具有管理各種家電的功能，當有一個新的家電加入到家庭網絡系統內，網絡控制終端有增加選項，可以通過添加由DEVICEFILE協議所制定的設備文件，來添加新的設備。網絡控制終端還有刪除已經不能使用設備選項的功能。
(3)網絡控制終端與各個家電所擁有的通訊模塊可以通過有線RS485通訊和無線通訊兩種方式進行數據交換，提高了其本身的通用性。網絡控制終端與各個通訊模塊之間的通訊協議為數字家庭網絡(DHN)通訊協議規範。
移動控制終端的作用是通過無線通訊的方式對現在家庭裡已有的智能家電進行集中控制。移動控制終端具有以下特點
(1)移動控制終端有一個清晰的人機界面，通過其上的屏幕可以顯示家裡所有的電器，通過移動控制終端鍵盤上的按鈕，可以進入任一個電器的控制選項界面，控制選項界面中包括此家電的所有控制功能，選擇每一個控制功能選項可以控制此家電的此項功能，操作十分簡單，而且是用戶一目了然。
(2)移動控制終端是通過無線的通訊方式進行通訊的，可以不受障礙物的限制，在有效距離內可以對每一個移動控制終端上的家電設備進行控制，並且控制更加可靠。
(3)移動控制終端還具有管理各種家電的功能，當有一個新的家電加入到家庭網絡系統內，移動控制終端有增加選項，可以通過添加由DEVICEFILE協議所制定的設備文件，來添加新的設備。移動控制終端還有刪除已經不能使用設備選項的功能。
(4)移動控制終端與各個家電所擁有的通訊模塊可以通過無線通訊方式進行數據交換，移動控制終端與各個通訊模塊之間的通訊協議為數字家庭網絡(DHN)網絡通訊協議規範。
各個家電設備內設置一個通訊模塊，這種通訊模塊包括有線RS485通訊和無線通訊兩種通訊方式，其主要作用是通過使用數字家庭網絡(DHN)通訊協議規範與網絡控制終端和移動控制終端進行數據交換，以此來實現對本設備所連接的家電進行控制，在增添設備時傳輸符合DEVICEFILE協議規範的設備文件。
當用戶登到Internet網絡後，打開家庭控制網絡界面，根據界面上顯示出來的各個家電選項，進入某一個家電控制界面，控制此家電。
本系統的網絡控制終端具有以下特點(1)網絡控制終端給出了清晰的人機界面，可以進入任一個電器的控制選項界面，控制各個家電的所有控制功能，操作十分簡單，而且是用戶一目了然。
(2)網絡控制終端還具有管理各種家電的功能，當有一個新的家電加入到家庭網絡系統內，網絡控制終端有增加選項，可以通過添加由DEVICEFILE協議所制定的設備文件，來添加新的設備。網絡控制終端還有刪除已經不能使用設備選項的功能。
(3)網絡控制終端與各個家電所擁有的通訊模塊可以通過有線RS485通訊和無線通訊兩種方式進行數據交換，提高了其本身的通用性。網絡控制終端與各個通訊模塊之間的通訊協議為數字家庭網絡(DHN)通訊協議規範。
移動控制終端的作用是通過無線通訊的方式對現在家庭裡已有的智能家電進行集中控制。
現在的家庭中如果要對家電進行遙控的話，要一個家電對應一個遙控器，這樣會使很多人對各個遙控器發生混淆，以至於相控制一個電器的時候，要去分辨哪一個是這個家電的遙控器，而且沒有清晰的顯示界面。
本系統的移動控制終端具有以下特點(1)移動控制終端有一個清晰的人機界面，通過其上的屏幕可以顯示家裡所有的電器，通過移動控制終端鍵盤上的按鈕，可以進入任一個電器的控制選項界面，控制選項界面中包括此家電的所有控制功能，選擇每一個控制功能選項可以控制此家電的此項功能，操作十分簡單，而且是用戶一目了然。
(2)移動控制終端是通過無線的通訊方式進行通訊的，可以不受障礙物的限制，在有效距離內可以對每一個移動控制終端上的家電設備進行控制，並且控制更加可靠。
(3)移動控制終端還具有管理各種家電的功能，當有一個新的家電加入到家庭網絡系統內，移動控制終端有增加選項，可以通過添加由DEVICEFILE協議所制定的設備文件，來添加新的設備。移動控制終端還有刪除已經不能使用設備選項的功能。
(4)移動控制終端與各個家電所擁有的通訊模塊可以通過無線通訊方式進行數據交換，移動控制終端與各個通訊模塊之間的通訊協議為數字家庭網絡(DHN)網絡通訊協議規範。
各個家電設備內設置一個通訊模塊，這種通訊模塊包括有線RS485通訊和無線通訊兩種通訊方式，其主要作用是通過使用數字家庭網絡(DHN)通訊協議規範與網絡控制終端和移動控制終端進行數據交換，以此來實現對本設備所連接的家電進行控制，在增添設備時傳輸符合DEVICEFILE協議規範的設備文件。
如圖2所示，用戶通過Internet訪問主網關，訪問並控制家庭主網中的各種設備。家庭控制子網網關作為主網中的一個設備，通過乙太網網絡接口和TCP/IP協議與主網關通信，向主網關提供家庭控制子網中各種設備的狀態；報告新設備的加入、退出情況。用戶通過Internet訪問主網關，主網關對遠程訪問者進行身份認證；用戶通過主網關上的Web頁面，進行設備操作和控制；主網關通過子網網關以及家庭控制子網來監控所有設備。
子網網關作為主網中的一個設備，它需支持DHCP(動態主機控制協議)(RFC2131)，主網關也需支持DHCP(動態主機控制協議)。子網網關作為DHCP的客戶端與主網關上的DHCP服務端通信，自動獲得IP位址。
主網關和子網網關之間的通信協議基於TCP的應用協議，其埠號為1088，實現主網關與子網網關之間通信。另外，考慮到用戶在通過Internet遠程訪問、控制設備時的安全性問題，遠程設備訪問控制只能通過主網關進行。即遠程訪問控制是直接對主網關的訪問，對家庭控制子網中的設備的控制，通過主網關與子網網關之間的通信以及子網網關與設備之間的通信實現。子網網關作為家庭控制子網在主網中的通信接口，只接受主網關的通信請求，本協議規定了主網關在子網網關註冊功能，子網網關只響應已註冊的主網關的通信請求，從而保證家庭控制子網中的信息只能被授權的主網關訪問。下面詳細描述通信數據包的格式，見下表。
其中協議版本號2位，表示通信協議版本，目前為1。保留2位，用於以後的協議擴展，目前無定義。數據包類型4位，用於表示協議數據包的類型，具體定義參見下表所述數據包類型包括註冊、註銷、設置、讀取、匯報、上載、確認和預留部分。
數據包長度2個字節，表示該數據包不包括幀頭在內的幀數據的長度，單位為8個字節。
主網編號2個字節，由主網關隨機選定，在主網關向子網網關註冊後的主網關與子網網關通信過程中，用於確認主網關的身份。
數據數據包中的數據。
註冊命令的數據包格式為數據包類型為0，數據包數據包括6個字節的主網關的IP和2個字節的主網編號。
註冊數據包格式見下表
該數據包在子網網關連接到主網中，並由主網關以DHCP(動態主機控制協議)分配IP位址後，由主網關發送給子網網關的註冊數據包，子網網關接收到請求並確認後，在以後的通信中，子網網關只接受來自主網關IP位址和主網編號與首次註冊一致的主網關的通信請求。
主網編號由主網關隨機選擇，2個字節的長度主要為了避免未授權主網關對子網網關的訪問、控制。一旦選定，在主網關註銷後的下一次註冊前有效。重新註冊時，主網編號可重新隨機選擇。
註銷命令的數據包格式為數據包類型為1，數據包數據包括6個字節的主網關的IP和2個字節的主網編號。
註銷數據包格式如下表
在主網關關閉、子網網關關閉，或更換主網關時，由主網關發送給子網網關，或子網網關發送給主網關的註銷數據包。在接收方收到該數據包，並確認主網編號、主網關IP正確的情況下，給出確認數據包。在註銷生效後，在下一次註冊前，子網網關不接受來自任何設備的通信請求。註銷後，主網編號同時失效，下一次註冊時，重新選擇主網編號。
設置命令的數據包格式為數據包類型為2，數據包數據包括6個字節的要設置的設備的UDS、1個字節的設置命令個數和對應的設備文件的設置命令(每個設置命令為32個字節)。
設置數據包格式見下表
該數據包用於由主網關發送的控制家庭控制子網中某個設備的參數。其中包括對應的設備的標識和要設置的參數對應的設置命令，該命令由該設備的設備文件給出。一個設置命令數據包可同時設置某個設備的多個參數，參數的個數用1個字節的整數標明，即一個設置命令數據包最多同時可設置255個參數。每個參數設置命令不長於32個字節。
子網網關接收到該命令後，通過家庭控制子網進行對應的操作，並返回給主網關操作成功與否的確認。
讀取命令的數據包格式為數據包類型為3，數據包數據包括6個字節的要讀取的設備的UDS、1個字節的讀取命令個數和對應的設備文件的讀取命令(每個讀取命令為32個字節)。
讀取數據包格式見下表。
該數據包用於由主網關發送的讀取家庭控制子網中某個設備的參數。其中包括對應的設備的標識和要設置的參數對應的讀取命令，該命令由該設備的設備文件說明。
一個讀取命令數據包可同時讀取某個設備的多個參數，參數的個數由1個字節的整數說明，即一個讀取命令數據包最多同時可讀取255個參數。每個參數讀取命令不長於32個字節。
子網網關在接收到該數據包後，通過家庭控制子網進行相應的操作，讀取的參數，以匯報數據包發送給主網關。
匯報命令的數據包格式為數據包類型為4，數據包數據包括6個字節的所匯報的設備的UDS、1個字節的匯報參數個數和對應的設備文件的參數(每個讀取命令為32個字節)匯報數據包格式見下表
該數據包用於由子網網關發送的所控制家庭控制子網中某個設備的參數。其中包括對應的設備的標識和要匯報的參數以及各種異常信息，該參數由設備的設備文件說明。
一個匯報數據包可同時匯報某個設備的多個參數，參數的個數由1個字節的整數說明，即一個匯報命令數據包最多同時可匯報255個參數。每個參數不長於32個字節。
該數據包在既可由主網關的讀取命令請求，由子網網關發送。也可由子網網關主動發送。
上載命令的數據包格式為數據包類型為5，數據包數據包括6個字節的要上載的設備的UDS和對應設備的設備文件。
上載數據包格式見下表。
該數據包用於由子網網關發送的所控制家庭控制子網中某個設備的設備文件或表示整個家庭控制子網的各個設備連接情況的設備註冊表。設備文件和設備註冊表，由數據包中的設備UDS區分，如果UDS是子網網關的UDS，則上載設備註冊表，如果是其它設備的UDS，則上載該設備的設備文件。
主網關在接收到設備註冊表或設備的設備文件後，進行設備文件與網頁的轉換和自身內部的設備管理表格的維護。
確認命令的數據包格式為數據包類型為6，數據包數據包括1個字節的確認類型和1個字節的數據內容。
確認數據包格式見下表。
該數據包用於上述註冊、註銷、設置、讀取等數據包的接收者對所接收到數據包的確認處理。具體定義見下表。
數字家庭網絡網關之間的通訊方法是(1)家庭控制子網網關通過DHCP(動態主機控制協議)從主網關獲得IP位址；
(2)主網關通過發送註冊命令數據包向子網網關申請註冊，子網網關接收到該命令後發送確認信息，則註冊成功。註冊成功後，所有通信數據包中的主網關編號則為子網網關和主網關確認對方身份的標識，子網網關只接受來自主網關IP位址且主網編號正確的數據包的請求；(3)主網關通過設置、讀取命令從子網網關讀取各個設備的狀態參數、或設置各個設備的狀態參數；(4)子網網關通過匯報命令向主網關提供各個設備的設備描述文件、各個設備的狀態參數、各個設備連接狀態的設備註冊表等內容，使主網關了解整個家庭控制子網的狀態；(5)子網網關通過上載命令向主網關發送其所控制的家庭控制子網中某個設備的設備文件或表示整個家庭控制子網的各個設備連接情況的設備註冊表。主網關在接收到家電設備文件或設備註冊表後，進行設備文件與網頁的轉換和自身內部的設備管理表格的維護；(6)在主網關、子網網關關閉前，則由關閉方在關閉前發起註銷過程。如果註銷請求得到對方確認，則本次註冊通信中的主網編號無效，在下次註冊前，子網網關不接受任何主網關的請求。
主網關如果需要與子網網關通信，進而控制家庭控制子網中的設備，需要註冊到子網網關上。一旦註冊到子網網關上，子網網關只與註冊到自身的唯一一個主網關通信，不接受其它IP網絡設備的通信請求。
註冊的過程由主網關發起。主網關發送註冊命令數據包，其中包括主網關的IP位址，以及由主網關隨機生成的2個字節的主網編號，子網網關接收到該命令後，子網網關發送確認後，則註冊成功。在註冊成功後，所有通信數據包中的主網關編號則為子網網關和主網關確認對方身份的標識，子網網關只接受來自主網關IP位址且主網編號正確的數據包的請求。
在主網關、子網網關關閉前，則由關閉方在關閉前發起註銷過程。如果註銷請求得到對方確認，則本次註冊通信中的主網編號無效，在下次註冊前，子網網關不接受任何主網關的請求。
主網關與子網網關之間的通信主要是傳遞家庭控制子網的連接狀態、各個設備的狀態等。主網關通過設置、讀取命令從子網網關讀取各個設備的狀態參數、或設置各個設備的狀態參數。子網網關通過匯報命令向主網關提供各個設備的設備描述文件、各個設備的狀態參數、各個設備連接狀態的設備註冊表等內容，使主網關了解整個家庭控制子網的狀態。
由於本通信協議運行在可靠的TCP傳輸基礎上，其傳輸的可靠性能夠得到保證，本協議的確認功能用於描述註冊、註銷、設置、讀取等操作的成功或失敗，而不描述傳輸本身的正確性。
權利要求
1.數字家庭網絡網關之間的通訊方法，其特徵在於該方法包括如下步驟(1)家庭控制子網網關通過DHCP(動態主機控制協議)從主網關獲得IP位址；(2)主網關通過發送註冊命令數據包向子網網關申請註冊，子網網關接收到該命令後發送確認信息，則註冊成功。註冊成功後，所有通信數據包中的主網關編號則為子網網關和主網關確認對方身份的標識，子網網關只接受來自主網關IP位址且主網編號正確的數據包的請求；(3)主網關通過設置、讀取命令從子網網關讀取各個設備的狀態參數、或設置各個設備的狀態參數；(4)子網網關通過匯報命令向主網關提供各個設備的設備描述文件、各個設備的狀態參數、各個設備連接狀態的設備註冊表等內容，使主網關了解整個家庭控制子網的狀態；(5)子網網關通過上載命令向主網關發送其所控制的家庭控制子網中某個設備的設備文件或表示整個家庭控制子網的各個設備連接情況的設備註冊表；主網關在接收到家電設備文件或設備註冊表後，進行設備文件與網頁的轉換和自身內部的設備管理表格的維護；(6)在主網關、子網網關關閉前，則由關閉方在關閉前發起註銷過程；如果註銷請求得到對方確認，則本次註冊通信中的主網編號無效，在下次註冊前，子網網關不接受任何主網關的請求。
2.如權利要求1所述的數字家庭網絡網關之間的通訊方法，其特徵在於該方法所使用的通信數據包包括幀頭部分和幀數據部分，其中幀頭部分包括協議版本號2位、保留2位、數據包類型4位、數據包長度2位、主網編號2位；幀數據部分包括數據0-512k字節。
3.如權利要求2所述的數字家庭網絡網關之間的通訊方法，其特徵在於所述數據包類型包括註冊、註銷、設置、讀取、匯報、上載、確認和預留部分。
4.如權利要求1或2所述的數字家庭網絡網關之間的通訊方法，其特徵在於所述註冊命令的數據包格式為數據包類型為0，數據包數據包括6個字節的主網關的IP和2個字節的主網編號。
5.如權利要求1或2所述的數字家庭網絡網關之間的通訊方法，其特徵在於所述註銷命令的數據包格式為數據包類型為1，數據包數據包括6個字節的主網關的IP和2個字節的主網編號。
6.如權利要求1或2所述的數字家庭網絡網關之間的通訊方法，其特徵在於所述設置命令的數據包格式為數據包類型為2，數據包數據包括6個字節的要設置的設備的UDS、1個字節的設置命令個數和對應的設備文件的設置命令(每個設置命令為32個字節)。
7.如權利要求1或2所述的數字家庭網絡網關之間的通訊方法，其特徵在於所述讀取命令的數據包格式為數據包類型為3，數據包數據包括6個字節的要讀取的設備的UDS、1個字節的讀取命令個數和對應的設備文件的讀取命令(每個讀取命令為32個字節)。
8.如權利要求1或2所述的數字家庭網絡網關之間的通訊方法，其特徵在於所述匯報命令的數據包格式為數據包類型為4，數據包數據包括6個字節的所匯報的設備的UDS、1個字節的匯報參數個數和對應的設備文件的參數(每個讀取命令為32個字節)。
9.如權利要求1或2所述的數字家庭網絡網關之間的通訊方法，其特徵在於所述上載命令的數據包格式為數據包類型為5，數據包數據包括6個字節的要上載的設備的UDS和對應設備的設備文件。
10.如權利要求1或2所述的數字家庭網絡網關之間的通訊方法，其特徵在於所述確認命令的數據包格式為數據包類型為6，數據包數據包括1個字節的確認類型和1個字節的數據內容。
全文摘要
本發明涉及數字家庭網絡網關之間的通訊方法。數字家庭網絡網關之間的通訊方法,其特點在於:該方法包括如下步驟:(1)家庭控制子網網關通過DHCP(動態主機控制協議)從主網關獲得IP位址;(2)主網關通過發送註冊命令數據包向子網網關申請註冊;(3)主網關通過設置、讀取命令從子網網關讀取各個設備的狀態參數、或設置各個設備的狀態參數;(4)子網網關通過匯報命令向主網關提供信息,使主網關了解整個家庭控制子網的狀態;(5)子網網關通過上載命令向主網關發送其所控制的家庭控制子網中某個設備的設備文件或表示整個家庭控制子網的各個設備連接情況的設備註冊表;(6)在主網關、子網網關關閉前,則由關閉方在關閉前發起註銷過程。
文檔編號H04L29/02GK1387345SQ02124249
公開日2002年12月25日 申請日期2002年7月12日 優先權日2002年7月12日
發明者曹京偉, 王陸冰, 王曉娟, 於志傑 申請人:北京長信嘉信息技術有限公司