CN101212428B - 一种应用于数字家庭系统的家庭网关 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种应用于数字家庭系统的家庭网关，用于连接数字家庭服务器和家庭网络设备共同组成数字家庭系统。所述家庭网关连接家庭内部网络和外部网络并提供相应的协议转换；提供所述家庭网络设备的网络管理和设备管理以及相应的网络协议转换；根据所述家庭网络设备的描述文件生成相应的控制界面，通过所述控制界面控制相应的家庭网络设备执行各种操作。本发明提供一种应用于数字家庭系统的家庭网关，能够实现各种家庭网络设备的相互控制及信息共享。

Description

一种应用于数字家庭系统的家庭网关

技术领域

本发明涉及一种应用于数字家庭系统的家庭网关。

背景技术

随着网络技术的不断发展，网络技术逐步向家庭应用方向延伸。数字家庭系统作为一种网络技术，随着技术人员对数字家庭研究的深入，技术方案也在不断的发展完善。目前，现在的数字家庭系统中包括大部分的家庭电子、电气设备。现在的数字家庭系统与家庭外部公共网络连接，利用外部公共的服务器实现家庭网络中设备的远程管理并提供相关的家庭增值服务。由于各种不同的设备实现网络化后有不同的网络需求和应用，如何以最合理的方法进行家庭内部不同网络的互通和管理，是一个非常重要问题。

申请号为02126052.4，发明名称为“数字家庭网络系统”的中国发明专利公开了一种数字家庭网络系统。该专利所述一种数字家庭网络系统，用于控制一个以上家用设备的互连互通和资源共享，其特征在于还包括有：网关，用于完成网络协议的解释与转换以及命令和数据的处理，一个或以上家用设备分别直接或通过适配装置与该网关相连；所述网关进一步由门户网关和控制网关组成，该门户网关与控制网关通过宽带接口相连，其中，门户网关，具有宽带有线或无线接口，用于实现家用设备与外部网络之间的共享宽带接入，实现对所有家电设备的资源管理，响应并处理家用设备的各类请求；控制网关，具有窄带有线或无线接口，用于实现宽带家用设备和窄带家用设备之间的协议转换和数据传输，并控制窄带家用设备的接入。虽然该专利可以做到各个家庭网络设备的互连互通和资源共享，但该专利需要门户网关与控制网关的互联才能实现家庭网络设备的互连和资源共享，并且该专利没有说明如何实现各个家庭网络设备之间的控制。这样该专利的系统就存在成本较高，而且无法实现各个家庭网络设备之间控制的问题。

目前，如何实现数字家庭系统内部不同网络的互通和管理，是数字家庭领域中亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于数字家庭系统的家庭网关，能够实现数字家庭系统内部不同网络的互通和管理，并且系统成本较低，便于推广使用。

具体说，本发明提供一种应用于数字家庭系统的家庭网关，用于连接数字家庭服务器和家庭网络设备，共同组成数字家庭系统。所述家庭网关连接家庭内部网络和外部网络并提供相应的协议转换；提供所述家庭网络设备的网络管理和设备管理；根据所述家庭网络设备的描述文件生成相应的操作界面，通过所述操作界面实现该家庭网络设备的各种操作。

所述家庭网关包括中央处理单元、存储单元、协议转换单元、外部网络接入单元、家庭网络接入单元、人机交互接口单元。

所述中央处理单元，连接所述存储单元；用于控制和处理所述家庭网络接入单元连接的所述家庭网络设备；统筹调配和管理所述数字家庭系统。

所述存储单元，连接所述中央处理单元；用于存储所述家庭网络设备的描述文件、网络配置参数、家庭网络设备运行参数、用户应用配置参数。

所述协议转换单元，连接所述中央处理单元；用于所述家庭内部网络与外部网络之间和家庭不同内部网络之间协议转换。

所述外部网络接入单元，连接所述中央处理单元；用于与所述数字家庭服务器相连，以连接外部网络。

所述家庭网络接入单元，连接所述中央处理单元；用于连接所述家庭网络设备。

所述人机交互接口单元，连接所述中央处理单元和所述存储单元；用于根据所述存储单元中存储的所述家庭网络设备的描述文件生成该家庭网络设备相应的操作界面；

所述人机交互接口单元包括基本界面管理单元、特殊界面管理单元、接口处理单元；

所述基本界面管理单元，用于处理所述操作界面的硬件驱动和基本界面框架内容；

所述特殊界面管理单元，用于根据所述存储单元中存储的所述家庭网络设备描述文件的信息生成所述操作界面；

所述接口处理单元，连接所述特殊界面管理单元，用于根据所述操作界面确定对应的外部网络或内部网络或语音方式的用户操作接口。

所述中央处理单元包括网络管理子单元、设备管理子单元和协议管理子单元。

所述网络管理子单元，用于所述数字家庭系统中所有的家庭网络设备的网络管理。

所述设备管理子单元，用于所述数字家庭系统中所有的家庭网络设备的管理，以及管理所述存储单元中的数据信息；

所述协议管理子单元，用于管理和协调所述数字家庭系统中所有网络协议。

所述协议转换单元用于不同网络协议之间的相互转换，将源协议信号解析为中间通用协议信号，由中间通用协议信号解析为目的协议信号。

所述人机交互接口单元还包括显示屏、按键和喇叭。

每个家庭网络设备具有唯一的设备ID；该设备ID对应所述家庭网络设备的设备描述文件。

所述家庭网络接入单元包括高速网络接入单元和低速网络接入单元；所述家庭网络设备包括高速网络设备和低速网络设备。

所述高速网络接入单元连接所述高速网络设备；所述低速网络接入单元连接所述低速网络设备。

所述高速网络接入单元包括LAN接口单元和802.11访问接入点单元；所述中央处理单元根据不同高速网络形式配备对应的高速网络接入单元。

所述低速网络接入单元包括低速有线接口单元、低速无线接口单元和低速电力线接口单元；根据不同低速网络形式配备对应的低速网络接入单元。

所述低速网络接入单元连接的家庭网络设备包括白电设备、灯光控制器和传感器；所述高速网络接入单元连接的家庭网络设备包括计算机、掌上电脑、电视和音响。

与上述背景技术相比，由于本发明只需要一个家庭网关就可以连接所述家庭网络设备和数字家庭服务器，家庭网关能够根据所有家庭网络设备的描述文件生成相应的操作界面。用户通过该操作界面就可以实现相应的家庭网络设备的具体操作。由于各个家庭网络设备可以通过家庭网关生成操作界面，实现了各种家庭网络设备的相互控制及信息共享。本发明通过家庭网关实现家庭内部网络与外部网络的连接。

附图说明

图1为本发明家庭网关应用于数字家庭系统结构示意图；

图2为本发明所述家庭网关一种具体应用方式示意图；

图3为本发明所述家庭网关结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种应用于数字家庭系统的家庭网关，可以根据存储在该家庭网关中的家庭网络设备的描述文件生成相应的操作界面，实现各家庭网络设备的相互控制及信息共享。

本发明所述家庭网关与数字家庭服务器和家庭网络设备共同组成数字家庭系统。该系统涵盖了家庭中几乎所有的电器设备，可以满足家庭内部信息、娱乐、白电等设备的需求。本发明所述家庭网关能够将各种消费类电子产品连接到一个互连互通的家庭网络即内部网络中，从而实现不同厂家、不同型号的计算机、通讯设备、娱乐类产品、家用电器、灯光控制器、传感器等各种电子设备的互相识别、控制以及信息共享。

下面结合附图具体说明本发明所述家庭网关。

参见图1，该图为本发明家庭网关应用于数字家庭系统结构示意图。

本发明所述家庭网关1，用于连接数字家庭服务器2和家庭网络设备3，家庭网关1与数字家庭服务器2和家庭网络设备3共同组成数字家庭系统。

家庭网关1连接家庭内部网络和外部网络并提供相应的协议转换。家庭网关1提供家庭网络设备3的网络管理和设备管理。家庭网关1可以根据存储在家庭网关中的家庭网络设备3的描述文件生成相应的操作界面，通过该操作界面实现家庭网络设备3的相应操作。

家庭网关1提供了ADSL、宽带、电话等多种外部网络接口以及WLAN、以太网、家庭低速网络接口等多种内部网络接口。家庭网关1可以实现家庭网络系统的网络管理功能，网络协议转换功能以及家庭外部网络的连接功能。

家庭网络设备3通过家庭网关1提供的家庭内部网络连接到一起，通过家庭网关1实现对其他家庭网络设备3的控制和管理。

在家庭内部网络中根据家庭网络设备3对家庭网络传输速度和需要传输的信息量的不同要求，可以将家庭网络分为高速信息网络和低速信息网络。对应需要高速信息网络的家庭网络设备定义为高速网络设备；需要低速信息网络进行信息传输的家庭网络设备定义为低速网络设备。

本发明家庭网关1作为家庭网络的管理中心，能够启动家庭网络，并对该家庭网络进行相应的网络管理。家庭内部网络分为高速信息网络、低速控制网络。高速信息网络、低速信息网络均有各自不同的网络通讯协议。现有的不同的网络终端设备根据网络通讯协议能够注册连接到家庭内部网络，但无法实现不同网络通讯协议之间的协议转换，也不能实现不同网络终端设备的资源共享。

家庭网关1能够提供家庭内部网络和外部网络的协议转换以及家庭各个内部网络的协议转换。因此，家庭网关1可以实现家庭内部高、低速信息网络之间达到互联互通，以及家庭内外部网络的互联。

家庭网络设备3通过符合家庭内部网络协议的无线或有线通讯单元连接到数字家庭网络系统中。家庭网络设备3根据对传输信号的要求不同分为高速信息类设备和低速控制类设备。高速信息类设备例如计算机、PDA、电视、音响等设备。低速控制类设备，例如白电、安防传感器、灯光控制器、传感器等设备。

每个家庭网络设备3具有唯一的设备ID；该设备ID表示所述家庭网络设备3的产品信息；对应该家庭网络设备3的设备描述文件。

下面，结合图1具体说明数字家庭系统的主要工作流程。

本发明所述家庭网关添加新的家庭网络设备的主要工作流程：

步骤1、需要添加到家庭网络系统的控制类家庭网络设备上电。

步骤2、该家庭网络设备通讯单元进入注册等待程序，用户将该家庭网络设备的通讯单元的通讯MAC层地址输入到家庭网关1中。

步骤3、家庭网关1主动发起注册请求至该家庭网络设备。

步骤4、该家庭网络设备接收到注册请求后，发送回应反馈信息至家庭网关1。

步骤5、家庭网关1为该家庭网络设备分配相应的网络地址。

步骤6、该家庭网络设备把自身的设备ID号发送给家庭网关1。

步骤7、当家庭网关1与外部的数字家庭服务器2相连接时，通过该家庭网络设备的ID号查找到放置在所述数字家庭服务器2上的该类网络设备的设备描述文件，并下载到家庭网关1中。

如果家庭网关1暂时没有与外部网络连接，家庭网关1可以通过共享的家庭内部网络，连接到存储设备数据信息的介质上，将所需数据下载到家庭网关1中。存储设备数据信息的介质可以是光盘、硬盘等。

步骤8、家庭网关1根据该设备描述文件提供的相关内容，生成该设备的操作界面。

本发明数字家庭系统通过外部网络实现家庭网络设备3的控制流程如下：

步骤1、用户通过Internet网络，以浏览器方式访问数字家庭服务器2，输入用户名和密码，验证正确后，转入到该用户的家庭网关1的操作页面。

步骤2、家庭网关1的操作页面呈现当前该用户的数字家庭系统中的所有家庭网络设备3。用户可以点击想要控制的家庭网络设备3的图标，进入该家庭网络设备3的操作界面。

此时的操作界面是根据注册设备列表，显示该家庭网络设备3的所有控制选项，用户通过点击功能图标控制该设备执行相应程序。

步骤3、家庭网关1通过操作页面得出所要控制的家庭网络设备3的设备ID和操作的图标编号查找该家庭网络设备的设备描述文件，分析出该控制功能的具体指令，通过通讯格式的协议转换，发送到相应的家庭网络设备3上。

步骤4、家庭网络设备3遵循家庭网络通讯协议得出有效的数据指令，家庭网络设备3根据此指令执行相关程序，同时将执行结果反馈到家庭网关1中。

步骤5、家庭网关1将接收到的执行结果的有效数据与该家庭网络设备的描述文件进行对比，得出该数据的显示图标和文字，并在当前控制界面上显示出当前家庭网络设备3的状态。

本发明所述系统通过电话进行控制的过程如下：

步骤1、用户拨打连接家庭网关1的电话号码，电话振铃几次后转入电话应答程序。根据语音提示，需要先输入用户名和密码，用户名密码校验正确后，进入到家庭网络设备3的控制程序，如不正确则自动退出。

步骤2、用户正确进入控制程序后，根据语音提示选择需要控制的家庭网络设备3和相应的操作。

步骤3、家庭网关1得出该需要控制的家庭网络设备3的设备ID和该项操作的语音编号。

步骤4、通过该设备ID和语音编号，家庭网关1将查找该设备的设备描述文件并分析出该控制功能的具体指令，通过通讯格式的协议转换，发送到相应的家庭网络设备3上。

步骤5、家庭网络设备3遵循家庭网络通讯协议得出有效的数据指令，家庭网络设备3根据此指令执行相关程序，同时将执行结果反馈到家庭网关1中。

步骤6、家庭网关1将接收到的执行结果的有效数据与该家庭网络设备的描述文件进行对比，得出该数据的语音信息，并在电话中播放该语音提示信息。

参见图2，该图为本发明所述家庭网关一种具体应用方式示意图。

本发明所述家庭网关1优选方式，包括以下几个单元：

所述家庭网关1包括中央处理单元11、存储单元14、协议转换单元16、外部网络接入单元13、家庭网络接入单元12、人机交互接口单元17。

中央处理单元11，连接和存储单元14；用于控制和处理所述家庭网络接入单元12连接的所述家庭网络设备3；用于统筹调配和管理整个家庭网关系统。

中央处理单元11进一步还包括网络管理子单元、设备管理子单元和协议管理子单元。

网络管理子单元，用于对数字家庭系统中所有的家庭网络设备进行网络管理；

设备管理子单元，用于对数字家庭系统中所有的家庭网络设备进行管理；管理存储单元中的数据信息。

协议管理子单元，用于管理和协调所述数字家庭系统中所有网络协议，以及所述网络协议之间的相互转换。

存储单元14，连接中央处理单元11；用于存储所述家庭网络设备3的描述文件、网络配置参数、家庭网络设备运行参数、用户应用配置参数。

协议转换单元16，连接中央处理单元11；用于所述家庭内部网络与外部网络之间和家庭不同内部网络之间协议转换。

所述协议转换单元16包括各种内、外部网络协议和中间通用协议的解析。例如外部网络协议转换成内部网络协议，先将命令信息由外部网络协议转化为一种中间通用的网络协议格式，根据中央处理单元11的要求确定该信息要发送的内部网络单元的协议类型，然后再将通用的命令信息转化为对应的内部网络的协议格式。

协议转换单元16还用于中间通用协议的解析。用户可以通过外部网络、内部网络或通过语音方式对家庭网关1进行操作。

外部网络接入单元13，连接中央处理单元11；用于与所述数字家庭服务器2相连，以连接外部网络。

家庭网络接入单元12，连接中央处理单元11；用于连接所述家庭网络设备3。

人机交互接口单元17，连接中央处理单元11和存储单元14；用于根据所述存储单元14中存储的所述家庭网络设备3的描述文件生成对应家庭网络设备3相应的控制界面。人机交互接口单元17为人机交互的硬件支持，包括显示屏、按键、喇叭等硬件处理电路。

人机交互接口单元17包括基本界面管理单元、特殊界面管理单元、接口处理单元；

基本界面管理单元，用于处理所述操作界面的硬件驱动和基本界面框架内容；

特殊界面管理单元，用于根据存储单元14中存储的家庭网络设备3的描述文件生成对应家庭网络设备3的相应操作界面；

接口处理单元，用于根据外部网络方式或语音方式处理相关的用户操作接口。

下面结合图3具体说明本发明所述家庭网关1的接入单元结构。

参见图3，该图为本发明所述家庭网关1接入单元示意图。

家庭网关1的接入单元分为外部网络接入单元13和家庭网络接入单元12。

外部网络接入单元13，用于与所述数字家庭服务器2相连，以连接外部网络。

家庭网络接入单元12，用于连接所述家庭网络设备3。

家庭网关1提供了ADSL、宽带、电话等多种外部网络接口即外部网络接入单元13。

电话拨号系统使用语音卡用来提供命令菜单的语音服务，用于实现数字家庭系统的电话远程控制和故障报警的功能。ADSL拨号系统或宽带接口与外部Internet连接，用于实现远程计算机访问。

家庭网关1的家庭网络接入单元12包括LAN接口单元、802.11访问接入点单元等高速网络接入单元12a，以及低速网络接口单元12b。

802.11AP(访问接入点)单元为家庭网络提供无线局域网的使用环境；LAN接口单元为家庭网络提供有线局域网的使用环境。低速网络接口单元12b提供了与控制类家庭网络设备3的通讯通道。

家庭网关1提供网络管理以及网络协议转换功能。在家庭内部网络中根据家庭网络设备3对家庭网络传输速度的不同要求和网络设备需要传输的信息量可以将家庭网络分为高速信息网络和低速信息网络。

家庭网关1作为家庭网络的管理中心，能够启动家庭网络并对家庭网络进行相应的网络管理。家庭网关1提供家庭内部网络和外部网络的协议转换，使家庭内部高、低速信息网络之间达到互联互通，以及家庭内外部网络的互联。

家庭网关1提供家庭网络设备的管理功能。所有家庭网络设备3均注册到家庭网关1上。家庭网关1对家庭网络设备3的注册信息以及设备自身数据信息进行存储和管理功能。

在家庭网关1中存储每台注册的家庭网络设备3的设备描述文件。该设备描述文件包括对家庭网络设备的功能、参数以及各种界面表现形式的描述。家庭网关1通过设备描述文件可以全方位的了解家庭网络设备3的功能，并生成相应的设备操作界面。

优选方式，在家庭网关1中还可以存储各种家庭网络设备3的实时运行参数的记录，方便用户随时随地的查询和处理。家庭网络设备3可以根据家庭网关1的控制指令执行相关操作，并实时把执行的信息反馈给家庭网关1。

家庭网关1启用web server，用户通过网页的形式对家庭网络设备3进行访问和管理。该界面根据家庭网络设备3的设备注册表和相应的设备描述文件生成web操作界面。

另外，在该web操作界面中还包含对家庭网关1的各种设置界面和指示信息的界面。用户可以通过计算机或其他信息设备访问家庭网关1，获得其控制界面，而无需安装额外的程序。

本发明可以根据用户的需要进行个性化的设置，例如：设置定时、设置各种模式、设置家庭网络设备3之间的互联等。

家庭网关1的软件采用分层和模块化的设计思路，可分为网络通讯软件、应用软件和系统软件几部分。

网络通讯软件用来管理家庭星状网络的组网、各节点之间的通讯及网络通讯的安全等。

应用软件包括设备管理、控制管理、接口程序管理、控制界面、日志管理、报警管理、用户管理、安全认证管理等各种应用程序。

系统软件包括一些驱动程序等。

本发明所述家庭网关1可以实现家庭内部高速信息网络和低速信息网络的结合，并且提供了家庭网络设备3的网络管理和设备管理，涵盖几乎所有家庭中高低速网络设备的应用要求。

由于家庭网关1可以储存设备描述文件，使得家庭网关或其他有界面的设备能通过读取设备描述文件中的信息生成相应的操作控制界面。使得不同厂家、不同型号的家庭网络设备3能够顺利的连接到本发明所述系统中，无需单独为每一种产品单独制定操作界面。

家庭网关1集成了ADSL MODEM或路由等功能，省却了连接外部INTERNET网络的设备，从而降低了家庭网络的整体成本。

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 (8)

1.一种应用于数字家庭系统的家庭网关，用于连接数字家庭服务器和家庭网络设备，共同组成数字家庭系统；其特征在于，所述家庭网关连接家庭内部网络和外部网络并提供相应的协议转换；提供所述家庭网络设备的网络管理和设备管理；根据所述家庭网络设备的描述文件生成相应的操作界面，通过所述操作界面实现该家庭网络设备的各种操作；

所述家庭网关包括中央处理单元、存储单元、协议转换单元、外部网络接入单元、家庭网络接入单元、人机交互接口单元；

所述中央处理单元，连接所述存储单元；用于控制和处理所述家庭网络接入单元连接的所述家庭网络设备；统筹调配和管理所述数字家庭系统；

所述存储单元，连接所述中央处理单元；用于存储所述家庭网络设备的描述文件、网络配置参数、家庭网络设备运行参数、用户应用配置参数；

所述协议转换单元，连接所述中央处理单元；用于所述家庭内部网络与外部网络之间和家庭不同内部网络之间协议转换；

所述外部网络接入单元，连接所述中央处理单元；用于与所述数字家庭服务器相连，以连接外部网络；

所述家庭网络接入单元，连接所述中央处理单元；用于连接所述家庭网络设备；

所述人机交互接口单元，连接所述中央处理单元和所述存储单元；用于根据所述存储单元中存储的所述家庭网络设备的描述文件生成该家庭网络设备相应的操作界面；

所述人机交互接口单元包括基本界面管理单元、特殊界面管理单元、接口处理单元；

所述基本界面管理单元，用于处理所述操作界面的硬件驱动和基本界面框架内容；

所述特殊界面管理单元，用于根据所述存储单元中存储的所述家庭网络设备描述文件的信息生成所述操作界面；

所述接口处理单元，连接所述特殊界面管理单元，用于根据所述操作界面确定对应的外部网络或内部网络或语音方式的用户操作接口。

2.根据权利要求1所述的家庭网关，其特征在于，所述中央处理单元包括网络管理子单元、设备管理子单元和协议管理子单元；

所述网络管理子单元，用于所述数字家庭系统中所有的家庭网络设备的网络管理；

所述设备管理子单元，用于所述数字家庭系统中所有的家庭网络设备的管理，以及管理所述存储单元中的数据信息；

所述协议管理子单元，用于管理和协调所述数字家庭系统中所有网络协议。

3.根据权利要求1所述的家庭网关，其特征在于，所述协议转换单元用于不同网络协议之间的相互转换，将源协议信号解析为中间通用协议信号，由中间通用协议信号解析为目的协议信号。

4.根据权利要求1所述的家庭网关，其特征在于，所述人机交互接口单元还包括显示屏、按键和喇叭。

5.根据权利要求1所述的家庭网关，其特征在于，每个家庭网络设备具有唯一的设备ID；该设备ID对应所述家庭网络设备的设备描述文件。

6.根据权利要求1所述的家庭网关，其特征在于，所述家庭网络接入单元包括高速网络接入单元和低速网络接入单元；所述家庭网络设备包括高速网络设备和低速网络设备；

所述高速网络接入单元连接所述高速网络设备；所述低速网络接入单元连接所述低速网络设备。

7.根据权利要求6所述的家庭网关，其特征在于，所述高速网络接入单元包括LAN接口单元和802.11访问接入点单元；所述中央处理单元根据不同高速网络形式配备对应的高速网络接入单元；

所述低速网络接入单元包括低速有线接口单元、低速无线接口单元和低速电力线接口单元；根据不同低速网络形式配备对应的低速网络接入单元。

8.根据权利要求7所述的家庭网关，其特征在于，所述低速网络接入单元连接的家庭网络设备包括白电设备、灯光控制器和传感器；所述高速网络接入单元连接的家庭网络设备包括计算机、掌上电脑、电视和音响。

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