CN101764724A - 楼宇自动化系统的组网方法及其中数据传输的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种楼宇自动化系统的组网方法，包括：具有独立IP地址编址的交换服务器、网关和终端设备，所述终端设备与网关端口连接，所述组网方法还包括：所述网关与所述交换服务器之间通过运营商网络进行数据传输，所述数据为运营商网络协议格式数据。所述的运营商网络包括：符合通用无线分组业务、无线局域网、或者802.11b标准等的通信网络。与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：(1)网关与交换服务器之间的数据通信通过运营商网络进行，使得楼宇自动化系统的整个布线过程更加简单方便，改造过程也会更加容易；(2)简化了整个楼控自动化系统中数据传输的通信协议，提高了系统的传输效率。

Description

楼宇自动化系统的组网方法及其中数据传输的方法

技术领域

本发明涉及一种楼宇系统，特别地涉及楼宇自动化系统的组网方法及其中数据传输的方法。

背景技术

智能化是楼宇建筑发展的一种必然趋势。随着建筑功能的扩展，当前智能建筑控制内容越来越多，控制程度也越来越复杂。为满足建筑楼宇环境的要求、降低能耗、提高住宅舒适度和实现建筑楼宇的科学管理，建筑楼宇自动化系统(Building Automation System，BAS)应运而生，通常认为建筑楼宇自动化系统是对建筑物机电系统进行自动检测、自动控制、自动调节和自动管理的系统。

随着电子技术、通信技术、网络技术的不断发展，建筑楼宇自动化系统也随着功能需求的不断增加以及性能的不断提高，不断地进行升级与更新换代。楼宇自动化系统中终端设备种类越来越多，构成智能化楼宇控制系统的网络结构也层出不穷，例如：BACnet楼宇自动控制网络、Lonworks标准协议控制网络、还有近期提出的基于IP技术的楼宇控制网络系统等等，在上述的各种控制网络中，均是通过对建筑楼宇中的各种机电设备(也即整个楼宇控制网络中的终端设备)的运行情况进行监控，并根据监控结果按照预置策略进行控制。以基于IP技术的楼宇控制网络系统为例，该控制系统如图1所示，主要包括具有独立IP地址编址的路由设备、接入设备以及终端设备，其中：

路由设备，可以为交换服务器等组成，其是高性能的数据处理设备，实现数据的收集、存储、转发、派送、广播等功能，管理其收到的数据信息的传输路径；

接入设备，与路由设备连接，其实现终端设备与路由设备之间数据的相应格式处理与转发；接入设备与路由设备之间的数据传输基于UDP/IP协议，通过有线的以太网方式连接；

终端设备，是由传感器、控制器或执行器等终端设备组成的用户级设备，其可以根据实际组网需要采用多种通讯标准，例如RS-485、RS-232、USB、以太网、ZigBee无线通讯协议等等。

从上述基于IP技术的楼宇控制网络系统结构可以看出，接入设备与终端设备的连接通常可以采用多种已定标准，可以根据两者中的相对位置关系或者系统总线关系进行通信协议选取；而对于接入设备和路由设备而言，由于路由设备可能是整个建筑楼宇中仅设置一个，同时接入设备设置多个，如果采用上述的有线以太网连接方式，势必需要预先布置复杂的有线线路，且该线路在架设完成后进行路由设备位置的改动、接入设备位置的改动或者接入设备增加与减少等网络改造时，工程耗费量较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种楼宇自动化系统的组网方法、及其中数据传输方法和系统，使得楼宇自动化系统组网简单，且在数据传输过程中简化了信息传输的通信协议，提高了系统的传输效率。

为此，本发明提供一种楼宇自动化系统的组网方法，包括：具有独立IP地址编址的交换服务器、网关和终端设备，所述终端设备与网关端口连接，所述组网方法还包括：

所述网关与所述交换服务器之间通过运营商网络进行数据传输，所述数据为运营商网络协议格式数据。

进一步地，所述的运营商网络包括：符合通用无线分组业务、无线局域网、或者802.11b标准等的通信网络。

本发明还提供一种楼宇自动化系统中数据传输的方法，所述楼宇自动化系统包括具有独立IP地址编址的交换服务器、网关和终端设备，该方法包括如下步骤：

步骤一，所述网关将与其绑定的终端设备发出的终端数据包封装为预定运营商网络通信协议格式的数据帧，并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；

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。

进一步地，该方法包括：所述交换服务器与网关在进行数据传输时，利用所述网关的地址作为识别标识对其发送的数据进行鉴权、认证和计费。

进一步地，所述的运营商网络通信协议格式包括：符合通用无线分组业务、无线局域网、或者802.11b标准等的网络通信的协议格式。

进一步地，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。

进一步地，所述步骤一包括：

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，并判定获取的网关地址与所述网关的本地地址相同时，才将所述终端数据包按照运营商网络通信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。

更进一步地，所述步骤二包括：

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，判定所述终端数据包的目的地址中的IP地址与所述交换服务器的本地IP地址一致时，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C2，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按照运营商网络通信协议格式封装为数据帧，并发送到所述目的终端设备对应的网关；

步骤D2，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

与现有技术相比，可以看出本发明具有如下显著优点：

(1)网关与交换服务器之间的数据通信通过运营商网络进行，而通常情况下为了楼宇中各种正常的移动通信、网络通信，通信运营商和楼宇建造者在建设建筑楼宇时已经布设运营商通信网络，而上述的网络是一个可以公用和利用的网络，利用该网络来进行楼控自动化控制，使得楼宇自动化系统的整个布线过程更加简单方便，改造过程也会更加容易；

(2)整个楼控自动化系统中数据的传输过程，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，由此可以简化楼宇自动化系统中信息传输的通信协议，提高系统的传输效率。

附图说明

图1为现有技术中楼宇自动化系统的网络示意图；

图2为本发明具体实施例的楼宇自动化系统网络的组网结构示意图；

图3为本发明具体实施例的楼宇自动化系统中数据传输方法的流程图；

图4为图3所述实施例的楼宇自动化系统中数据传输方法的具体实现过程的流程图；

图5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6为本发明实施例中应答包的包格式的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步的介绍，但不作为对本发明的限定。

如图2所示为一种楼宇自动化系统网络的组网结构示意图，该楼宇自动化系统包括：交换服务器30，若干网关21至2n，若干与网关端口连接的若干终端设备，其中：

交换服务器30，是整个楼宇自动化系统中控制网络的核心控制及路由设备，实现楼宇自动化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通过已有的运营商网络(例如：符合通用无线分组业务(General PacketRadio Service，GPRS)、无线局域网(Wireless LAN，WLAN)、802.11b标准(Wireless Fidelity，Wifi)等的网络)连接，实现两者之间的通讯此外，还可以上行与楼宇总控网络的后台服务器等通过既定协议连接，实现系统的扩展；

网关，是交换服务器与各个终端设备之间进行数据传输的枢纽，若干个网关组成了楼宇自动化系统的接入设备，其将接收到的终端设备发送的数据包按照预定运营商网络协议格式封装为数据帧，并将该数据帧发送到交换服务器，并将交换服务器转发的按照运营商网络协议格式封装的数据帧解封装后，获取其中的数据包，并将该数据包发送到相应的终端设备；

终端设备，属于整个楼宇自动化系统最下级，可以是由传感器、控制器或者执行器等组成，其与网关之间可以采用多种预定格式的通信协议，例如RS-485、RS-232、USB、以太网、ZigBee无线通讯协议等等；在整个网络中终端设备在进行数据通信时是相互对等的。

图3是对应于上述网络系统所提出的楼宇自动化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的运营商网络协议格式的数据帧，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，基于上述楼宇自动化系统的网络结构，对楼宇自动化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4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的运营商网络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；

步骤204，交换服务器接收到按照预定的运营商网络协议格式封装的数据帧时，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6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)再按照预定的协议运营商网络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，该对应关系是根据楼宇自动化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的运营商网络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)依旧按照如图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运营商网络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；如果否，则不进行该次转发。

通过以上描述可以看出，本发明实施例中所提出的方法和系统具有如下优点：

(1)本发明的上述实施例中，网关与交换服务器之间的数据通信通过运营商网络进行，而通常情况下为了楼宇中各种正常的移动通信、网络通信，通信运营商和楼宇建造者在建设建筑楼宇时已经布设运营商通信网络，而上述的网络是一个可以公用和利用的网络，利用该网络来进行楼控自动化控制，使得楼宇自动化系统的整个布线过程更加简单方便，改造过程也会更加容易；

(2)本发明的上述实施例中，整个楼控自动化系统中数据的传输过程，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，由此可以简化楼宇自动化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)由于交换服务器与网关是通过运营商网络进行数据传输的，此时对于该运营网络而言，网关相当于一个终端，可以利用该终端的地址作为识别标识在其工作过程中对其进行鉴权、认证和计费；

(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，应该对当前终端设备与其所属网关的当前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)在上述实施例中，终端设备可以为有线接入设备，也可以为无线接入设备，两者的区别仅仅在于终端设备与网关的接入方式是有线方式还是无线方式；进一步地说，还可以对有线接入设备和无线接入设备进行统一编址；

(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，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。

Claims (10)

1.一种楼宇自动化系统的组网方法，包括：具有独立IP地址编址的交换服务器、网关和终端设备，所述终端设备与网关端口连接，其特征在于，所述组网方法还包括：

所述网关与所述交换服务器之间通过运营商网络进行数据传输，所述数据为运营商网络协议格式数据。

2.如权利要求1所述的组网方法，其特征在于，所述的运营商网络包括：符合通用无线分组业务、无线局域网、或者802.11b标准等的通信网络。

3.一种楼宇自动化系统中数据传输的方法，所述楼宇自动化系统包括具有独立IP地址编址的交换服务器、网关和终端设备，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一，所述网关将与其绑定的终端设备发出的终端数据包封装为预定运营商网络通信协议格式的数据帧，并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；

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。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，该方法进一步地包括：所述交换服务器与网关在进行数据传输时，利用所述网关的地址作为识别标识对其发送的数据进行鉴权、认证和计费。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的运营商网络通信协议格式包括：符合通用无线分组业务、无线局域网、或者802.11b标准等的网络通信的协议格式。

6.如权利要求3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。

7.如权利要求3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，并判定获取的网关地址与所述网关的本地地址相同时，才将所述终端数据包按照运营商网络通信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。

8.如权利要求7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，判定所述终端数据包的目的地址中的IP地址与所述交换服务器的本地IP地址一致时，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C2，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按照运营商网络通信协议格式封装为数据帧，并发送到所述目的终端设备对应的网关；

步骤D2，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。

9.如权利要求3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。

10.如权利要求3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。

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