CN101164294A - 网络控制协议装置和网络连接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及网络控制协议装置和网络连接方法。该方法向用户提供电器的远程控制和监控工作的便利。通过该方法，例如，位于家庭或家庭之外的用户能够经由在家庭安装的生活网络，比如RS－485网络，低功率RF网络，或者电力线网络控制比如冰箱或者洗衣机的各种电器的工作或者监控其工作状态。根据其中电器连接到生活网络的方式不同地配置装置，通过其用于执行网络上的接口的通信模块被直接配置在装置内或者包括通信模块的单独的适配器间接地连接到装置，且被划分为具有一个从属设备功能的装置，具有一个主机和从属设备功能的装置，和具有一个主机和从属设备功能和网络管理功能的装置。因此，可以更加有效地配置和管理生活网络的每个装置。

Description

网络控制协议装置和网络连接方法

技术领域

本发明涉及一种网络控制协议装置和网络连接方法，以及更加具体地涉及网络控制协议装置和网络连接方法，通过其，例如，位于家庭或者家庭之外的用户能够有效地控制连接到生活网络的比如冰箱或者洗衣机的家用电器。

背景技术

通常，“家庭网络”指的是其中各种数字电器彼此连接，以用于用户在家或者在家之外的任何时候以方便的和安全的方式享受经济的家庭服务的网络，且由于数字信号处理技术的发展，比如冰箱或者洗衣机的各种类型的电器正在逐渐数字化。

另一方面，近年来，家庭网络已经更加先进，因为用于电器的操作系统和多媒体技术已经应用于数字电器，以及已经出现了新型的信息电器。

此外，为在个人电脑和外围设备之间提供文件交换或者因特网服务建立的网络，在电器之间用于处理音频或者视频信息的网络，和为比如冰箱或者洗衣机的各种电器的家庭自动化，比如远程测量仪读出的电器控制而建立的网络等在一般含义上被称作“生活网络”。

此外，在其中用于远程控制的小规模数据传输，或者包括在上述生活网络中的电器，比如冰箱或者洗衣机的各种电器的工作状态监控是它们的通信的主目的的生活网络服务中，通过使用最小要求的通信资源，彼此连接的每一电器应该由被包括在生活网络中的网络管理器直接控制。然而，还没有提供它的有效解决方案，且因此提供它的解决方案是紧急的问题。

发明内容

因此，考虑到上述的情况设计本发明，且本发明的目的是提供一种网络控制协议装置和网络连接协议，用于允许，例如，位于本地或者本地之外的用户能够仅使用最小化的通信资源，来有效地控制连接到网络的比如冰箱或者洗衣机的各种家用电器，和更加有效地配置和管理连接到网络的装置。

为了实现上述目的，根据本发明的网络控制协议的层结构包括：物理层，用于提供在装置之间发送/接收物理信号的功能；数据链路层，用于提供媒体访问控制功能以使用共享的传输介质；网络层，其用于提供地址管理和/或用于装置之间的网络连接的发送/接收控制功能；和应用层，用于提供用于下载和/或上载服务的流控制功能，且该层结构的特征在于数据链路层包括家庭代码控制子层，用于提供设置功能，管理功能和处理功能的至少任何一个以用于逻辑地分类单独的网络。

此外，根据本发明的网络控制协议的层之间的接口方法的特征在于通过包括多个层配置的网络控制协议接口连接每一层的方法，用于发送数据或者分组的原语和用于接收数据或者分组的原语用于每一层之间的接口。

此外，根据本发明的网络控制协议的层之间的接口方法的特征在于对于应用软件和应用层之间的接口主机和从属设备是分开的，且从应用软件传送的服务请求原语用于主机，且用于传送从主机发送的请求消息到从属设备的应用软件的原语用于从属设备。

附图说明

从以下结合附图给出的优选实施例的描述，可以更加清楚本发明的上述及其它目的，特征和优点，在附图中：

图1示出了根据本发明的网络系统的结构；

图2和图3示出了应用于本发明的基于主-从的通信结构。

图4示出了应用于本发明的LnCP的层结构；

图5到图7示出了应用于本发明的通信周期服务的实施例；

图8示出了的根据本发明的LnCP的层结构；

图9示出了根据本发明的用于网络管理子层和节点参数管理层之间的接口的原语的实施例；

图10和图11示出了生活网络控制系统上配置装置的方法的实施例。

图12到图14示出了根据本发明的配置具有单一功能的装置的方法的实施例。

图15和图16示出了根据本发明的配置具有多个功能的装置的方法的实施例。

图17示出了根据本发明的另一实施例的LnCP的层结构；

图18到图20示出了根据本发明的用于配置网络控制协议装置的方法的其它实施例。

具体实施方式

现在将参考附图借助于优选实施例描述根据本发明的网络控制协议装置和网络连接方法。

图1示出了根据本发明的生活网络系统(LnCP)的结构。如图1所示，对其应用网络控制协议，例如，在本发明中新定义的生活网络控制协议(LnCP)的LnCP因特网服务器100和生活网络控制系统400经由因特网300彼此连接，且执行和各种通信终端200的接口操作，比如个人计算机(PC)，PDA，PCS等等。

同时，生活网络系统400包括本地网关40，网络管理器41，LnCP路由器42，LnCP适配器43和电器44，且这些组件使得比如RS-485网络或者低输出RF网络的数据链路层使用非标准传输介质，或者比如电力线通信或者IEEE 802.11，ZigBee(IEEE802.15.4)的数据链路层使用标准传输介质，如图1所示。

另外，生活网络控制400被简称为“LnCP网络”，且LnCP网络被形成为通过有线或者无线传输介质连接属于独立本地内的生活网络范围的电器的独立网络，如图1所示。

同时，LnCP网络连接能够控制或者监控另一电器的工作的主机装置，和能够响应于来自主机装置的请求并指示有关它自己的状态的改变的信息的从属设备。

网络处理环境器41负责设置和管理连接到LnCP网络的电器44的环境的功能，如图1所示。电器44能够直接连接到网络或者经由LnCP适配器43间接地连接到网络，且LnCP网络内的RS-485网络，RF网络，电力线网络等经由LnCP路由器42连接。

另外，LnCP网络提供使得本地之外的用户能够确认或者控制位于本地内的电器的状态的功能，且本地网关40负责以外部因特网连接LnCP网络的功能。如果用户经历检验处理以从外侧访问LnCP因特网服务器100，他能够确认连接LnCP网络的电器的状态或者使用其控制功能。

在连接LnCP网络的电器中经由本地网关40连接LnCP因特网服务器100之后，用户能够下载从LnCP因特网服务器提供的内容，这将参考LnCP网络的主特性进行描述。

首先，数字信息电器具有各种性能的微控制器以使得它们可以分别执行唯一的功能。通过简化其功能，根据本发明的LnCP网络能够更加有效地最小化地使用安装在电器上的微控制器的资源以使得其能够以各种性能的微控制器工作。具体来说，低性能的微控制器被允许以在执行电器的唯一的功能时处理LnCP通信功能，且高性能的微控制器被允许以支持多任务功能。

并且，根据本发明的LnCP网络的主特性能够被分类为基于主-从的通信结构，用于事件驱动通信的支持，用于多个网络管理器的支持，4层结构，通信周期服务，灵活的地址管理，可变长度的分组通信，和标准消息集合的规定。

同时，基于主-从的通信结构用作用于LnCP网络中的电器之间的通信连接的结构，且需要具有至少多于一个主机装置。主机装置需要具有关于意在被控制的从属设备的信息和控制代码，并随后根据已经输入的程序和用户的输入控制其它从属设备。

例如，主机装置和从属设备之间的消息流以这样一种方法工作以使得如果当主机装置发送请求消息到从属设备时，从属设备返回对其的响应消息到主机装置，如图2所示。如图3所示，LnCP网络可以具有基于多主机和多从属设备的通信结构。

LnCP网络支持事件驱动通信服务。例如，用户能够设置电器要求的事件。因此，如果当执行任何工作时由用户设置的事件发生，相应的电器通知其它电器事件的产生或者内容，或相应地控制其它电器对于那个事件的操作。

另外，LnCP网络包括负责设置管理电器的环境的至少多于一个网络管理器且能够根据需要支持多个网络管理器。这里，必须同步电器的管理信息，以应付多个网络管理器中的错误。

如图4所示，该LnCP网络具有4-层结构，物理层，数据链路层，网络层和应用层。LnCP网络以通信周期为单位提供服务，且中从属设备中在给定时间点可以仅具有一个通信周期。

换言之，当执行通信周期时不能由任何主机装置控制一个从属设备，但是主机装置使得能够在给定时点对于多个从属设备执行多个通信周期。这种通信周期具有4种：{1-请求，1-响应}，{1-请求，多-响应}，{1-通知}，{重复-通知}。

例如，通信周期{1-请求，1-响应}是其中一个主机装置发送请求分组到单一的从属设备，且从属设备传递一个响应分组作为对其的响应的周期。如果在接收的分组中存在错误，主机装置发送重新请求分组且从属设备再次传递对其的响应分组，如图5所示。

另外，通信周期{1-请求，多-响应}是其中一个主机装置发送具有组地址的单一请求分组到多个从属设备，且每个从属设备发送响应分组作为对其的响应的周期。主机装置在可容许的最大接收时间期满之后终止周期。此时，即使在自从属设备接收到的响应分组中存在任何错误，主机装置可以忽视它。

通信周期{1-通知}是其中在发送单一通知分组到一个或多个装置之后主机装置立即终止通信的通信周期的通信周期，且通信周期{重复-通知}是其中在重复地发送相同的分组以保证在通信周期{1-通知}的发送的可靠性之后终止通信的周期。

PnCP网络能够支持灵活的地址管理。例如，根据从工厂出货时的机器的种类，将地址分配给具有LnCP功能的电器，以使得自动地构造网络而没有用户的介入。这里，因为由相同的地址初始化相同种类的电器，网络管理器具有当连接电器时仅分配唯一地址的算法。

另外，LnCP网络通过分配唯一的组地址给属于相同种类的电器，使得能够使用一个消息进行组通信，且如有必要能够分类各种电器为群，且分配组地址到每个群。

PnCP网络支持可变长度的分组通信。例如，在下载关于电器的工作的比如应用程序的内容或者上载存储在电器中的数据的情况下，能够使用彼此交换的电器的缓冲区大小信息调整分组的长度。

另外，LnCP网络提供标准消息集合。具体地说，能够定义适于应用层上的各种电器的标准消息集合以使得主机装置可以控制其它电器。消息集合被分为用于基本LnCP通信的公共区域消息集合，用于支持电器的唯一功能的应用区域消息集合，和用于提供制造公司的唯一功能的开发者区域消息集合。

同时，根据需要能够扩展消息集合，且印刷字母能够被添加到定义的现有的消息。现在将详细描述作为根据本发明的LnCP网络的主特性之一的层结构。

图8示出了的根据本发明的LnCP协议的层结构。如上所述，为了比如冰箱，洗衣机等的电器的操作控制和监控，根据本发明的LnCP网络具有4层结构：物理层，数据链路层，网络层和应用层。

此外，物理层提供装置之间的物理接口和发送/接收比如将被传送的比特的物理信号的功能。其数据链路层是非标准传输介质，比如RS-485和低输出RF和标准有线/无线传输介质，比如电力线通信或者以太网，IEEE 802.11，和ZigBee用作物理层。LnCp适配器可以被用作单独的物理层以实现LnCP网络中的装置的物理层。

另外，数据链路层提供功能媒体访问控制(MAC)的功能以使用共享传输介质。如果数据链路层使用非标准传输介质，LnCP网络必须使用p-DCSMA(随机延迟载波检测多路访问)为媒体访问控制协议。

然而，如果数据链路层使用标准传输介质，LnCP数据链路层能够使用在相应的协议中规定的媒体访问控制功能。

同时，当使用比如电力线传输，或者IEEE 802.11，ZigBee，或者低输出RF的从属传输介质配置LnCP网络时，家庭代码控制子层提供用于逻辑地区分不同的网络的家庭代码的设置，管理，和处理。如果通过独立传输介质物理地分开不同的网络，优选地不实现家庭代码控制子层。

网络层提供电器的地址管理的功能，发射/接收控制等，以保证装置之间的可靠的网络连接。应用层提供发射/接收控制和用于下载/上载服务的流控制的功能。

另外，应用层定义用于管理网络或者控制和监控电器的消息集合。应用软件执行电器的唯一的功能并经由在应用层中定义的接口和应用层交换数据。

如图8所示，网络管理子层提供用于设置节点参数的参数管理功能和用于配置和管理网络的网络管理功能，且参数管理层能够根据来自网络管理子层的请求建立或者读取用于每一层的参数。

另外，作为用于与网络管理子层的接口的原语，存在用于从网络管理子层传递参数值到参数管理层的原语(structure SetPar)和用于从参数管理层传递参数值到网络管理子层的原语(structure GetPar)。

同时，在用于传递参数值到参数管理层的原语(structure SetPar)中，记录表示传递参数值的层的‘uchar DestLayer’，和取决于DestLayer的值的作为对应于每一层的参数的‘structure SetLayerPar’。如果传递参数值的层是应用层，Destlayer变为‘1’，如果是网络层变为‘2’，如果是数据链路层变为‘3’，且如果是物理层变为‘4’。

并且，如果是应用层SetLayerPar变为‘SetALPar’，如果是网络层变为‘SetNLPar’，如果是数据链路层变为‘SetDLLPar’，且如果是物理层变为‘SetPHYPar’。

另外，在用于传递参数值到网络管理子层的原语(structure GerPar)中，记录表示向其发送参数值的层的‘uchar SrcLayer’，表示是否其从每一层得到参数值的‘uchar PMLResult’，和取决于SrcLayer的值以作为对应于每一层的参数的‘structure GetLayerPar’。如果传递参数值到其的层是应用层，SrcLayer变为‘1’，如果是网络层变为‘2’，如果是数据链路层变为‘3’，且如果是物理层变为‘4’。

如果成功地从每一层得到参数值PMLResult变为PAR_OK(1)，且如果没有变为PAR_FAILD(0)。如果是应用层GetLayerPar变为‘RptALPar’，如果是网络层变为‘RptNLPar’，如果是数据链路层变为‘RptDLLPar’，且如果是物理层变为‘RptPHYPar’。

参数‘const unit ParTimeOut’用于参数管理层，且表示其在传递GetALPar(或者GetNLPar，GetDLLPar，GetHPYPar)到每一层之后等待接收RptALPar(或者RptNLPar，RptDLLPar，RptPHYPar)的时间(ms)。

如果从网络管理子层传递原语SerPar到参数管理层，其传递原语SetALPar，SetNLPar，SetDLLPar或者SetPHYPAr到在原语中表明的层且每一层忽视在传递的原语中比特值‘1’的全部参数(例如：0xFF，0xFFFF)。

另外，如果从网络管理子层向参数管理层传递原语GetPar，其传递GetALPar，GetNLPar，GetDLLPar，和GetPHYPar到原语中表明的层。如果它从每一层接收RptAlpar，RptNLPar，RptDLLPar或者PptPHYPar，其传递为PAR_OK的PARResult值到网络管理子层。如果在时间ParTimeOut内没有从每一层传送原语，其传递为PAR_FAILD的PARResult的值到网络管理子层。

网络管理子层提供介质参数管理，网络结构，环境设置，和网络工作管理的功能，用于在不同的装置设置节点参数，和如果存在来自应用软件和主机装置的请求，其可以经由参数管理层建立或者读取相应层中的下面参数值。

例如，在应用层情况中建立或者读取参数值AddressResult，NP_AliveInt，SvcTimeOut和NP_BufferSize，在网络层的情况中建立或者读取参数值NP_LogicalAddress，NP_ClusterCode，NP_HomeCode和SendRetries，在数据链路层的情况中建立或者读取参数值MinPktInterval，且在物理层的情况中建立或者读取参数值NP_bps。

具体来说，如果从属设备网络管理子层从应用层接收包括应用服务‘service for setting device node parameter’或者‘service for attainingdevice node parameter＇的原语UserReqRcv，其经由参数管理层建立或者读取相应层中的参数值并随后经由原语UserResSend传递结果到应用层。用于管理对应于每一层的参数的应用服务如下。

例如，在应用层的情况中存在服务SetOption，服务SetAliveTiem，服务SetClock，和服务GetBufferSize，在网络层的情况中存在服务SetTemAddress，服务SetAddress，和服务GetAddress，在数据链路层的情况中没有相应的服务，且在物理层的情况中存在服务SetSpeed。

网络管理子层提供比如LnCP网络结构，环境设置，和网络工作管理的网络管理功能。通用网络管理功能在主机装置中在应用层上工作，且同步网络信息的一部分功能在网络的多个管理周期期间在从属设备的应用层上工作。

接口连接应用层具有2种类型：接口连接从属设备中的应用层和接口连接主机装置中的应用层。原语UserReqRcv和UserResSend用作接口连接从属设备中的应用层，且原语UserRes，UserDLReq，UserULReq，UserRes，UserEventRcv和ALCompleted用作接口连接主机装置中的应用层

根据本发明的配置生活网络控制系统上的装置的方法可以被根据电器的网络连接方法划分为两种类型。例如，一个类型可以应用于简单功能的家庭自动化机器，比如开关或者传感器模块而不顾传输介质的种类，如图10所示，或者另一种可以应用于经由LnCP适配器使用从属的传输介质的情况，如图11所示。

优选地，LnCP网络中家用电器和LnCP适配器之间的接口使用异步串行传输技术，比如UART(通用异步接收和发送器)或者RS-232。具有单一功能的电器具有LnCP网络中的下面的装置组合。

首先，仅具有一个从属设备的电器，即，照明机器仅具有一个从属设备以被从网络管理器控制，如图12所示，且具有一个主机装置和一个从属设备的电器，即，空调器具有编程以在工作的开始时间控制窗口等的主机装置，和被从网络管理器控制的从属设备。

如图14所示，在具有一个主机装置和一个从属设备的电器当中，具有实现的网络管理功能的电器，即，电视具有主机装置，且该主机装置具有网络管理功能以根据用户的输入管理另一电器，和以被从另一网络管理器控制的从属设备。

在如下的LnCP网络中能够使用用于单一功能的装置组合配置具有多个功能的电器。例如，通过考虑具有多个功能的产品为具有每个功能的具有单一功能的两个或更多产品，在具有分开的多个功能的产品内对于单一功能实现两个或更多装置组合，如图15所示。

例如，在组合的电子范围和覆盖的多产品OTR(范围内)中，能够在电器内分开地实现对应于电子范围和覆盖的具有单一功能的两个产品装置组合。

另外，通过考虑多个产品的一个功能为扩展为其它功能，能够在具有多个功能的产品内实现仅对于一个单一功能产品的装置组合，如图16所示。例如，用于烘干和洗涤的组合的烘干和洗衣机在扩展的概念中能够被认为是洗衣机以允许洗衣机的消息集合包含烘干功能。

同时，图17示出了根据本发明的另一实施例的LnCP协议的层结构。该LnCP协议中的层结构具有四层结构：物理层，数据链路层，协议层和应用层。应用层包括用于管理网络管理功能和装置信息对象的应用子层，且数据链路层包括家庭代码控制子层。

另外，物理层提供装置之间的物理接口和用于发送/接收比如被传送的比特的物理信号的功能，且其中数据链路层是非标准传输介质，比如RS-485和低输出RF，和标准有线/无线传输介质，比如电力线通信，以太网，IEEE 802.11，ZigBee可以被用作物理层。LnCp适配器能够使用单独的物理层从而实现LnCP网络中装置的物理层。

另外，数据链路层提供功能媒体访问控制(MAC)的功能以使用共享传输介质。LnCP网络能够使用随机延迟载波检测多路访问(p-DCSMA)为媒体访问控制(MAC)协议，且如果数据链路层使用非标准传输介质，经由数据链路层-服务访问点(DL-SAP)发送服务到网络/从网络接收服务。

同时，如图17所示，当使用非独立传输介质，比如电力线通信或者IEEE 802.11，ZigBee，或者低输出RF配置LnCP网络时，家庭代码控制子层提供用于设置，管理和处理家庭代码以逻辑地区分单独的网络的功能。如果通过独立传输介质，比如RS-485物理地划分单独的网络，优选地不实现家庭代码控制子层。

网络层提供用于管理家用电器的地址或者控制发送/接收以保证装置之间的可靠的网络连接的功能，且经由网络层-服务访问点(NL-SAP)发送服务到应用层或从应用层接收服务。

同时，应用子层被包括在应用层中且提供网络管理功能和装置信息对象。网络管理功能提供用于设置节点参数的参数管理功能和用于构造和管理网络的功能，且装置信息对象提供用于从装置接收和管理装置信息和发送对关于其的请求的响应的功能。

另外，应用层提供用于控制用于执行应用软件服务的发送/接收的功能和用于下载和上载服务的流控制功能，定义用于管理网络或者控制和监控家用电器的消息集合，和经由应用层-服务访问点(AL-SAP)发送服务到应用软件或从应用软件接收服务。

应用软件执行它自己的家用电器的唯一的功能并经由在应用层中定义的接口和应用层交换数据。参数管理平面能够根据应用层中网络管理功能的请求设置或者读取用于每一层的参数。

图18示出了配置有包括通信模块的一个装置的LnCP完整装置的实施例，且图19示出了其中LnCp L2C装置(LnCP层2互补装置)和LnCP L2适配器(LnCP层2适配器)组合且和LnCp L2C装置分开地配置通信模块的实施例。LnCP L2C装置负责网络层以上的功能且LnCPL2适配器负责数据链路层以下的功能，其中根据适配器单独地定义装置和适配器之间的L2接口。

另外，图20示出了其中LnCP L4C装置(LnCP层4互补装置)和LnCP L4适配器(LnCP层4适配器)组合且和LnCP L4C装置分开地配置通信模块的实施例。LnCP L4C装置负责应用层以上的功能且LnCP L4适配器负责包括应用子层的网络层下的功能。在这种情况下，根据适配器单独地定义装置和适配器之间的L4接口，其期望装置和适配器之间的接口使用异步串行通信技术比如UART或者RS-232。

根据本发明的网络控制协议装置和网络连接方法能够向用户提供远程控制和监控的便利，且使得用户能够更加有效地配置和管理网络中的每个装置。

根据本发明的网络控制协议装置和网络连接方法能够向用户提供远程控制和监控的便利，且使得用户能够更加有效地配置和管理网络中的每个装置。

如上所述，虽然已经为了参考上述的优选实施例说明的目的公开本发明，生活网络能够被称为其它名称，且更多种的电器能够连接到根据本发明的网络，且本领域技术人员将理解在不脱离本发明如附加的权利要求所定义的技术精神和范围的情况下，可以以各种方式改进，变更，代替或者添加上述实施例。

Claims (14)

1.一种具有多个层结构的网络控制协议装置的网络连接方法，包括：

连接装置单元到适配器单元；和

连接适配器单元到网络；

其中，该适配器单元配置有网络控制协议装置中多个层结构的多于一个层结构，且该装置单元配置有除了适配器单元中配置的层结构之外的剩余层结构。

2.根据权利要求1的方法，进一步包括在适配器单元和装置单元之间的接口连接使用异步串行通信技术。

3.根据权利要求1的分组传输方法，其中，该多个层结构包括物理层，数据链路层，网络层，应用层。

4.根据权利要求3的方法，其中，该多个层结构进一步包括网络管理平面。

5.根据权利要求1的方法，其中，该适配器单元必要地包括物理层。

6.根据权利要求5的方法，其中，该适配器单元包括数据链路层和网络层中的至少其中之一。

7.根据权利要求6的方法，其中，该数据链路层进一步包括家庭代码控制子层。

8.一种具有多个层结构的网络控制协议装置，包括：

适配器单元，其配置有用于与网络通信的多个层结构的多于一个层结构；

装置单元，其配置有除了适配器单元中配置的层结构之外的剩余层结构；和

接口单元，对于其适配器单元和装置单元彼此通信。

9.根据权利要求8的网络控制协议装置，其中，该多个层结构包括物理层，数据链路层，网络层，应用层。

10.根据权利要求9的网络控制协议装置，其中，该多个层结构进一步包括网络管理平面。

11.根据权利要求8的网络控制协议装置，其中，该适配器单元中配置的多于一个层结构必要地包括物理层。

12.根据权利要求11的网络控制协议装置，其有，该配置有物理层的适配器单元进一步包括数据链路层和网络层中的至少其中之一。

13.根据权利要求12的网络控制协议，其中，该数据链路层进一步包括家庭代码控制子层。

14.根据权利要求8的网络控制协议装置，其中，该接口单元使用异步串行通信技术接口连接。

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