CN101119180A - 一种智能家居系统中数据传输的方法及智能家居系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能家居系统中数据传输的方法及智能家居系统，智能家居系统具有采用多种通讯协议的终端设备，智能家居系统包括交换服务器、网关和终端设备，方法包括：步骤一，所述网关直接将与其绑定的终端设备发出的终端数据包封装为预定协议格式的数据帧，并发送至交换服务器；步骤二，所述交换服务器根据预置的策略对所述终端数据包所包含的目的地址进行更新，并按照更新的目的地址发送修改数据包后的数据帧。本发明使得整个智能家居系统中各个终端设备间进行通信的通信协议没有严格要求，整个智能家居系统中数据传输更加简单，系统的组网结构更加简单，可扩展性强。

Description

一种智能家居系统中数据传输的方法及智能家居系统

技术领域

本发明涉及建筑楼宇的智能家居系统，特别是涉及一种智能家居系统中数据传输的方法及智能家居系统。

背景技术

智能家居系统是一个多功能的网络系统，包括：可视对讲、安全防范、家居综合布线、照明控制、家电控制、环境状况监测、远程视频监控、声音监听、家庭影音等子系统，其利用先进的计算机、网络通信、自动控制等技术，将与家庭生活有关的各种应用子系统有机地结合在一起，通过综合管理，让家庭生活更舒适、安全、有效和节能。

在现有技术的智能家居系统中，通过各个终端设备实现系统信息的采集、信息输入、逻辑处理、信息输出、逻辑控制等功能，且每个终端设备都具有信息通信功能，其根据用户的控制需求向所属网关发送信息，网关接收到终端设备发送的信息后，对该信息进行解析，获取终端设备发送信息的具体内容及具体含义，然后再传送至上层交换设备。由此，为了保证各个终端设备之间以及终端设备与其所属网关之间的正确通信，必须制定一套完整的通信协议，而这对于组成智能家居系统的各个部分而言要求较高，使用不同协议的终端设备在同一个智能家居系统中不能方便地得到使用，这也造成了目前市场上智能家居系统通常只是整体、同一品牌的终端设备进行组合集成，对于不同厂家，不同品牌的终端设备在一个智能家居系统中不能够兼容，由此，当前现有技术中智能家居系统的可扩展性不强，系统组网的灵活性较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能家居系统中数据传输的方法及智能家居系统，解决不同品牌的终端设备在一个智能家居系统中不能够兼容、系统的可扩展性不强、组网的灵活性较差的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种智能家居系统中数据传输的方法，所述智能家居系统包括交换服务器、网关和终端设备，其中，包括如下步骤：

步骤一，所述网关直接将与其绑定的终端设备发出的终端数据包封装为预定协议格式的数据帧，并发送至交换服务器；

步骤二，所述交换服务器根据预置的策略对所述终端数据包所包含的目的地址进行更新，并按照更新的目的地址发送修改数据包后的数据帧。

上述的方法，其中，所述预置的策略是指：发起请求的终端设备与执行该请求的终端设备之间所存在的固定的对应关系。

上述的方法，其中，所述步骤一进一步包括：

步骤A1，所述终端设备向绑定的网关发送所述终端数据包；

步骤B1，所述网关获取所述终端数据包的源地址中所包含的网关地址，并判断获取的网关地址是否与所述网关的本地地址相同，是则执行步骤C1，否则停止处理所述终端数据包；

步骤C1，所述网关将所述终端数据包按预定协议格式封装为数据帧，然后发送至所述终端数据包所包含的目的地址对应的交换服务器。

上述的方法，其中，所述步骤二进一步包括：

步骤A2，所述交换服务器拆封所述数据帧，获取所述终端数据包；

步骤B2，判断所述终端数据包的目的地址中的IP地址是否与所述交换服务器的本地IP地址一致，是则执行步骤C2，否则停止处理所述终端数据包；

步骤C2，根据所述终端数据包的源地址，按照预先设置和存储的策略确定与发出所述终端数据包的终端设备相对应的目的终端设备；

步骤D2，以所述交换服务器的本地IP地址替换所述源地址，以所述目的终端设备的本地地址替换所述目的地址，将地址替换后的终端数据包封装为预定协议格式的数据帧，并发送到所述目的终端设备对应的网关；

步骤E2，所述目的终端设备所属网关将接收到的数据帧进行拆封装，获取所述地址替换后的终端数据包，并根据数据包中的目的地址将该终端数据包发送到所述目的终端设备。

上述的方法，其中，所述预定协议为TCP/IP协议。

上述的方法，其中，该方法还包括：所述交换服务器在接收到数据包时，通过网关向发送该数据包的终端设备返回应答消息；和/或所述终端设备在接收到数据包时，通过网关向发送该数据包的交换服务器返回应答消息。

上述的方法，其中，所述的终端设备每隔预定的时间间隔向与其绑定的所属网关发送存活信息，当没有返回应答消息的存活信息的个数超过预定值，则所述终端设备与对应网关重新绑定。

上述的方法，其中，所述的终端设备与网关进行绑定是在所述终端设备与网关建立新连接时，所述绑定进一步地包括：

步骤A3，所述终端设备上电，向相连的网关发送“获取地址命令”；

步骤B3，所述网关接收到所述命令后，向所述终端设备返回应答消息，所述应答消息包含所述网关的IP地址和所述终端设备对应的端口号。

为了实现本发明的目的，本发明还提供了一种智能家居系统，包括终端设备、网关和交换服务器，其中，所述网关，用于将绑定的终端设备发出的终端数据包封装为预定协议格式的数据帧，并发送至交换服务器；所述交换服务器，用于根据预置的策略对所述终端数据包所包含的目的地址进行更新，并按照更新的目的地址发送修改数据包后的数据帧。

上述的智能家居系统，其中，所述预置的策略是指：发起请求的终端设备与执行该请求的终端设备之间所存在的固定的对应关系。

上述的智能家居系统，其中，所述网关封装的终端数据包为：终端数据包中所包含的源地址与所述网关的本地地址相一致的终端数据包；所述交换服务器更改目的地址的终端数据包为：终端数据包中所包含的目的地址与所述交换服务器的本地地址相一致的终端数据包。

本发明的技术效果在于：

本发明提供一种智能家居系统中进行数据传输的方法和系统，无论终端设备采用何种协议发送数据，网络侧都仅将终端设备所发送的数据进行全部封装转发，由此可以实现采用不同的通信协议的终端之间的信息传输，而且对终端设备发送的信息传输过程中并不进行解析，无须知道终端设备发送信息的具体内容，也无需理解终端设备发送信息的具体含义，从而降低了整个智能家居系统的运行负荷。因此，本发明使得整个智能家居系统中各个终端设备间进行通信的通信协议没有严格要求，整个智能家居系统中数据传输更加简单，系统的组网结构更加简单，可扩展性强。

附图说明

图1为本发明实施例的智能家居系统的结构示意图；

图2为本发明实施例的智能家居系统中数据传输方法的流程图；

图3为图2所述实施例的智能家居系统中数据传输方法的具体实现过程的流程图；

图4为本发明实施例中终端设备向所属网关发送的数据包的包格式的示意图；

图5为本发明实施例中网关向终端设备发送的应答包的包格式的示意图；

图6为本发明实施例中的目的终端设备向对应网关发送的应答包的包格式的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。

本发明提出一种智能家居系统中数据传输的方法和智能家居系统，图1是智能家居系统结构的示意图，如图1所示，该系统至少包括：交换服务器、多个网关以及分属于不同网关的终端设备，其中：

交换服务器，是整个智能家居系统中控制网络的核心控制及路由设备，实现智能家居系统中各种信息的处理和路由；该交换服务器下行与多个网关连接，上行与整个智能家庭系统所属的楼宇控制网络或者总控网络等局域网连接，实现两者之间的通讯；

多个网关组成了智能家居系统的接入级设备，网关与交换服务器之间的数据传输可以采用现有的以太协议；网关将接收到的终端设备发送的数据打包发送到交换服务器，并将交换服务器转发的数据包解包发送到相应的终端设备；

终端设备属于最下级，可以是由传感器、控制器或者执行器等组成，终端设备与网关之间可以采用多种通信协议，例如：RS485，RS232等等；在整个网络中终端设备在进行数据通信时是相互对等的，他们可以是产生信息的信息源，也可以是加工信息的信息汇，还可以是信息源和信息汇的结合，但对于整个智能家居系统的数据传输网络而言，它们均为通信的对象。

图2是本发明实施例所提出的智能家居系统中数据传输方法的流程图，如图所示，包括如下步骤：

步骤101，所述网关直接将与其绑定的终端设备发出的终端数据包封装为预定协议格式的数据帧，并发送至交换服务器；

步骤102，所述交换服务器根据预置的策略对所述终端数据包所包含的目的地址进行更新，并按照更新的目的地址发送修改数据包后的数据帧。

下面，基于上述智能家居系统的网络结构，对智能家居系统中的数据传输方法进行详细说明如下：

当终端设备上电时，获知其所属网关的IP地址及端口号，即：该终端设备进行地址绑定，具体为：

步骤A，当终端设备上电时，其向相连的网关发送“获取地址命令”；

步骤B，上述网关接收到上述命令后，向终端设备发送包含其IP地址和端口号的应答消息。

如图3所示，当某个已经地址绑定的终端设备，例如终端设备11作为命令请求终端，发送信息后，执行下述步骤：

步骤201，终端设备11向所属网关发送一个数据包，该数据包是按照如图4所示的预定格式进行封装的，包括：

包标识，表示是一个新包的开始；

长度，表示整个数据包从包类型到校验位所有字节的长度；

包类型，表示该包的种类，利用预定值标识该包为数据包，例如：可以在相应位置填入0x55；

目的地址，该终端设备11所属交换服务器的IP地址；其中，交换服务器地址为预先设置；

源地址，该发起命令请求的终端设备的本地地址，即，该终端设备所属网关的IP地址加上该终端设备在所属网关的端口号；

数据段，对应于终端设备11所发起的命令请求；

校验位：用于发送数据包的合法性校验；

其中：包标识、长度、包类型、目的地址、源地址构成了该数据包的包头；

步骤202，网关接收到终端设备11发送的数据包后，判断该数据包中的源地址所包含的网关地址是否与该网关的本地地址相同，如果是，执行步骤203；如果否，则不进行该次转发；

步骤203，网关将接收到的数据包按照预定协议格式再次进行封装为数据帧，然后转发至数据包中所包含的目的地址对应的交换服务器，此时预定的协议格式根据实际情况可以为TCP/IP协议或者其他格式；

步骤204，交换服务器接收到数据帧时，对其进行拆封装，获取其中的数据包；并判断该数据包中表示目的地址的IP地址是否与其本地IP地址一致，如果否，则对接收到的数据包不进行处理，如果是，执行步骤205；

步骤205，交换服务器通过对应网关向源地址对应的终端设备发送应答包，具体为：

(1)按照如图5所示的预定格式封装应答包，应答包中包括：

包标识，表示是一个新包的开始；

长度，表示整个数据包从包类型到校验位所有字节的长度；

包类型，表示该包的种类，利用不同于标识数据包的预定值标识该包为应答包，例如：可以在相应位置填入0xff；

目的地址，发起请求的终端设备的本地地址，即该终端设备所属网关的IP地址加上该终端设备在所属网关的端口号；

源地址，该交换服务器的IP地址；

校验位：用于发送数据包的合法性校验；

其中：包标识，长度，包类型，目的地址，源地址构成该应答包的包头；

(2)再按照预定的协议格式将应答包封装成应答数据帧发送到对应网关；

(3)网关接收到应答数据帧后，进行拆封装，得到应答包；判断该应答包中的目的地址所包含的网关地址是否与该网关的本地地址相同，如果是，则将该应答包转发至发起请求的终端设备，如果否，对该应答包不处理；

步骤206，交换服务器根据数据包中发起请求的终端设备的源地址，按照预先设置和存储的策略确定该数据包需要转发的目的终端设备的地址，该地址信息为目的终端设备的本地地址，并以此地址修改数据包中的目的地址；同时还以交换服务器的本地地址修改数据包中的源地址；

在本步骤中，预先设置和存储的策略是指其发起请求的终端设备与执行该请求的终端设备之间存在的固定的对应关系，该对应关系是根据智能家居系统中发送请求信息的终端设备与执行该请求的终端设备之间存在相对简单、且固定的对应关系所确定的；

步骤207，交换服务器将修改过源地址和目的地址的数据包按照预定协议格式进行封装为数据帧，发送到目的终端设备所对应的网关；

步骤208，网关对接收到的数据帧进行拆封装，获取其中的数据包，并根据数据包中的目的地址将该数据包发送到目的终端设备；

步骤209，目的终端设备接收到数据包后根据接收到的数据包中数据段所指代的命令进行相应操作；且通过对应网关向该数据包中源地址所对应的交换服务器发送应答包；具体为：

(1)按照如图6所示的预定格式封装应答包，并将该应答包发送至对应网关，应答包中包括：

包标识，表示是一个新包的开始；

长度，表示整个数据包从包类型到校验位所有字节的长度；

包类型，表示该包的种类，利用不同于标识数据包的预定值标识该包为应答包，例如：可以在相应位置填入0xff；

目的地址，发送数据包的交换服务器的IP地址；

源地址，该目的设备的本地地址；

校验位：用于发送数据包的合法性校验；

(2)网关接收到目的终端设备发送的应答包后，判断该应答包中的源地址所包含的网关地址是否与该网关的本地地址相同，如果是，将接收到的数据包按照预定协议格式再次进行封装为数据帧，然后转发至应答包中所包含的目的地址对应的交换服务器，由交换服务器进行相应处理，此时预定的协议格式根据实际情况可以为TCP/IP协议或者其他格式；如果否，则不进行该次转发。

通过上述步骤，实现了整个智能家居系统中数据的传输，可见在整个数据传输过程中，由于网关并不对接收到的数据进行解析，其仅进行数据转发，由此可以简化智能家居系统中信息传输的通信协议，提高系统的传输效率。在上述方法中，终端设备和交换服务器之间根据情况发送应答包是为了确认发起请求的终端设备与目的终端设备之间一对多或者多对一的情况时，数据的正确传输。

需要对上述方法进行补充说明以下几点：

(1)为了满足控制的可靠性要求，任何网络实体(包括交换服务器、网关、终端设备等)发送数据到其它设备，均可以要求接收到数据包的网络实体给出应答包，应答包可以是临时的应答包或有意义的应答包。如果发送请求的网络实体超过设定次数没有收到接收数据包的网络实体发送的应答包，按接收数据包的网络实体为故障来处理。设备接收数据的校验错误时，丢弃接收到的数据包，不发送任何信息；

(2)在上述数据传输过程中，为了保证数据传输的准确性，网关只允许源IP地址与自己本地IP地址一致的数据包进行转发，因而，当终端设备主动发送的数据包没有应答时，应该由终端设备主动读取其所属网关的当前IP地址，进行重新绑定，以防止网关的IP地址被修改后导致系统中相应数据通信的不畅；

(3)终端设备还可以每隔设定时间向默认所属网关发送存活信息，当网关接收到存活信息后，向对应的终端设备发送存活应答；当终端设备发出连续两个存活信息后均没有接收到存活应答，则终端设备需要重新读取当前所述网关的IP地址和端口号，进行重新绑定；以此保持终端设备与网关的通信畅通，确保系统中数据的有效及高效传输；

(4)在其它的实施例中，还可以多个交换服务器级联，利用上述方法也可以类似地实现在属于不同交换服务器下的终端设备之间的数据传输，此时，终端设备的地址可以为交换服务器地址，所属网关地址以及在所属网关的端口号组成；交换服务器之间的连接关系可以采用以太网方式或者其他现有技术中的连接方式。

从上述内容可以看出，无论终端设备采用何种协议发送数据，网络侧都仅将终端设备所发送的数据进行全部封装转发，由此可以简化智能家居系统中信息传输的通信协议，而且对终端设备发送的信息传输过程中并不进行解析，无须知道终端设备发送信息的具体内容，也无需理解终端设备发送信息的具体含义，从而降低了整个智能家居系统的运行负荷。因此，本发明使得整个智能家居系统中各个终端设备间进行通信时，其与网关之间的通信协议没有严格要求，整个智能家居系统中数据传输更加简单，系统的组网结构更加简单，可扩展性强。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种智能家居系统中数据传输的方法，所述智能家居系统包括交换服务器、网关和终端设备，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，所述网关直接将与其绑定的终端设备发出的终端数据包封装为预定协议格式的数据帧，并发送至交换服务器；

步骤二，所述交换服务器根据预置的策略对所述终端数据包所包含的目的地址进行更新，并按照更新的目的地址发送修改数据包后的数据帧。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预置的策略是指：发起请求的终端设备与执行该请求的终端设备之间所存在的固定的对应关系。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一进一步包括：

步骤A1，所述终端设备向绑定的网关发送所述终端数据包；

步骤B1，所述网关获取所述终端数据包的源地址中所包含的网关地址，并判断获取的网关地址是否与所述网关的本地地址相同，是则执行步骤C1，否则停止处理所述终端数据包；

步骤C1，所述网关将所述终端数据包按预定协议格式封装为数据帧，然后发送至所述终端数据包所包含的目的地址对应的交换服务器。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤二进一步包括：

步骤A2，所述交换服务器拆封所述数据帧，获取所述终端数据包；

步骤B2，判断所述终端数据包的目的地址中的IP地址是否与所述交换服务器的本地IP地址一致，是则执行步骤C2，否则停止处理所述终端数据包；

步骤C2，根据所述终端数据包的源地址，按照预先设置和存储的策略确定与发出所述终端数据包的终端设备相对应的目的终端设备；

步骤D2，以所述交换服务器的本地IP地址替换所述源地址，以所述目的终端设备的本地地址替换所述目的地址，将地址替换后的终端数据包封装为预定协议格式的数据帧，并发送到所述目的终端设备对应的网关；

步骤E2，所述目的终端设备所属网关将接收到的数据帧进行拆封装，获取所述地址替换后的终端数据包，并根据数据包中的目的地址将该终端数据包发送到所述目的终端设备。

5.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述预定协议为TCP/IP协议。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：所述交换服务器在接收到数据包时，通过网关向发送该数据包的终端设备返回应答消息；和/或所述终端设备在接收到数据包时，通过网关向发送该数据包的交换服务器返回应答消息。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的终端设备每隔预定的时间间隔向与其绑定的所属网关发送存活信息，当没有返回应答消息的存活信息的个数超过预定值，则所述终端设备与对应网关重新绑定。

8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，所述的终端设备与网关进行绑定是在所述终端设备与网关建立新连接时，所述绑定进一步地包括：

步骤A3，所述终端设备上电，向相连的网关发送“获取地址命令”；

步骤B3，所述网关接收到所述命令后，向所述终端设备返回应答消息，所述应答消息包含所述网关的IP地址和所述终端设备对应的端口号。

9.一种智能家居系统，包括终端设备、网关和交换服务器，其特征在于，

所述网关，用于将绑定的终端设备发出的终端数据包封装为预定协议格式的数据帧，并发送至交换服务器；

所述交换服务器，用于根据预置的策略对所述终端数据包所包含的目的地址进行更新，并按照更新的目的地址发送修改数据包后的数据帧。

10.根据权利要求9所述的智能家居系统，其特征在于，所述预置的策略是指：发起请求的终端设备与执行该请求的终端设备之间所存在的固定的对应关系。

11.根据权利要求9所述的智能家居系统，其特征在于，所述网关封装的终端数据包为：终端数据包中所包含的源地址与所述网关的本地地址相一致的终端数据包；所述交换服务器更改目的地址的终端数据包为：终端数据包中所包含的目的地址与所述交换服务器的本地地址相一致的终端数据包。

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