CN102395055B - 基于分布式散列表的楼宇对讲系统组网及寻址方法 - Google Patents

Abstract

基于分布式散列表的楼宇对讲系统组网及寻址方法，涉及一种楼宇对讲系统。提供一种自组网，即插即用，操作简单，维护方便的基于分布式散列表的楼宇对讲系统组网及寻址方法。采用分布式散列表的方法，连接在TCP/IP网络的所有楼宇对讲终端，包括室内机终端、门口机终端、管理机终端和PC终端等，通过自组织网的方式组成结构化的对等网络；实现了TCP/IP楼宇对讲系统发起呼叫时的寻址方法，主要是通过分布式散列表建立终端实名地址(小区号-楼号-房号)和IP地址的映射查找。不需要在新加入终端或改变终端实名地址或改变IP地址时，更新服务器上的查询地址列表，实现了各种终端即插即用，操作简单，维护方便。

Description

基于分布式散列表的楼宇对讲系统组网及寻址方法

技术领域

本发明涉及一种楼宇对讲系统，尤其是涉及一种基于分布式散列表(DHT)的TCP/IP楼宇对讲系统组网及寻址方法。 

背景技术

TCP/IP楼宇对讲系统的各种终端，如室内机终端、门口机终端、管理机终端和PC终端，通过网络接口进行互联，每个终端用实名地址(小区号-楼号-房号)和IP地址作为终端的标识。为了进行声音、视频、数据传输，通信双方必须知道对方的IP地址，而楼宇对讲系统中用户使用实名地址来发起呼叫，因此必须把终端的实名地址和IP地址进行转换，这个转换过程就是寻址。

现有的TCP/IP楼宇对讲系统的寻址一般采用广播寻址或查询地址列表寻址。广播寻址的做法是，发起呼叫的终端输入被呼叫终端的实名地址，然后将该实名地址以广播包的方式发送给广播域中各终端，接收到广播包后，各个终端把收到的实名地址与自己的实名地址进行匹配，匹配成功的终端再把IP地址回应给发起呼叫的终端，这样就获得了被呼叫方完整的终端标识(实名地址和IP地址)，这样就可以进行通信了。

查询地址列表的寻址一般是把实名地址和IP地址列表存放在服务器中。发起呼叫的终端输入被呼叫终端的实名地址，并把该实名地址发送给服务器，服务器查询后把被呼叫终端的IP地址回应给发起呼叫的终端。呼叫方就获得了被呼叫方完整的终端标识。

上述做法的主要缺陷是，广播寻址的方法中，广播包受限于广播域，会出现有些终端无法收到广播包，造成寻址过程失败；网络规模增大，网络中的广播包在网段内大量复制，导致广播风暴，造成网络性能下降，甚至网络瘫痪。查询地址列表方法中，网络是基于C/S(客户/服务器)结构，必须额外配置一台服务器，增加系统成本，可能会出现单点失效；在改变终端标识时必须修改服务器上的列表，无法做到即插即用。

中国专利CN201957193U公开一种新型的楼宇对讲门口机终端，包括CPU处理模块、语音处理模块、开锁电路、控制输入电路，还有无线局域网接入模块，来访客人通过控制输入电路输入要呼叫的楼层房号，转换成电信号后送到CPU处理模块进行处理，CPU处理模块调 出相应楼层房号对应的IP地址，通过无线局域网接入模块接通无线局域网进行呼叫，网络接通后，来访客人与业主进行通话，业主通过用户终端输入控制指令，CPU处理模块将该控制指令与规定的开锁信号的值比较，如完全符合就控制开锁电路为来访客人开锁。该实用新型线路简单合理，在安装楼宇对讲系统时，避免了系统布线，可以通过无线路由方便的组网，也是物联网的实际应用成果，建立在网络联网上的楼宇对讲系统可以通过接入广域网获得更大的发展空间。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述方法的缺陷，提供一种自组网，即插即用，操作简单，维护方便的基于分布式散列表的楼宇对讲系统组网及寻址方法。

本发明包括以下步骤：

1)终端加入

请求加入的终端，使用哈希算法，计算终端IP地址的哈希值作为标识符NID，按照DHT协议，加入网络；

2)终端退出和失效

网络的退出和失效依据DHT协议进行终端路由信息和注册信息的更新，当终端退出时，需要将自己管理的注册信息的内容索引<K，V>发给自己的后继终端，并通知其他终端更新其路由表，为了保证注册过的用户始终可达，每个终端周期性地更新自己路由表，以同步网络的变化；其中键值K为终端实名地址的哈希值，V为请求注册终端的IP地址；

3)终端注册

请求注册的终端，使用哈希算法，计算终端实名地址的哈希值作为键值K，并把内容索引<K，V>作为终端注册请求信息发给DHT网络，DHT通过一定的机制把该内容索引储存在DHT网络节点中；

4)终端寻址

发起呼叫的终端为了知道被叫方的IP地址，使用哈希算法，计算被叫终端实名地址的哈希值作为键值K，呼叫终端首先查询被呼叫终端的注册信息是否储存在本机上，如果没有通过DHT网络继续查询，直至找到被呼叫终端的注册信息，然后通过内容索引<K，V>返回V，也就是被呼叫方的IP地址，获得被叫方的IP后，双方即可进行通信。

所述哈希算法可以是SHA-1，MD5或consistent hashing算法；所述DHT协议可以是Chord协议、CAN协议、Pastry协议或Tapestry协议等。

所述楼宇对讲系统设有终端装置和路由器装置；

所述终端装置设有室内机终端、门口机终端、管理机终端和PC终端装置，所述室内机终端、门口机终端和管理机终端构建在嵌入式系统上，所述室内机终端、门口机终端和管理机终端均设有嵌入式处理器、显示屏、音视频设备、按键和触摸屏；所述PC终端装置构建在PC机上，所述室内机终端、门口机终端、管理机终端和PC终端均通过所述基于分布式散列表的楼宇对讲系统组网及寻址方法进行组网。

所述室内机终端位于住户室内，设有无线网络接口和有线网络接口，所述室内机终端用于连接其他终端装置以接收和发送语音图像信号；通过无线网络、有线网络获取各种传感器数据和报警数据；通过无线网络、有线网络对家中各种家电发出控制信号。

所述门口机终端位于楼栋梯口或小区门口，设有有线网络接口，所述门口机终端用于连接其他终端装置以接收和发送语音图像信号。

所述管理机终端和PC终端装置位于物业管理中心，两者均可运行管理系统软件，通过网络接口跟室内终端和门口机终端连接，接收来自室内终端和门口机终端得呼叫、报警信号。

路由器装置可采用网络路由器。

本发明的技术方案是，TCP/IP楼宇对讲终端通过DHT自组网；发起呼叫终端通过DHT网络进行寻址，完成通过被呼叫终端实名地址查找IP地址的过程。与现有的同类方法相比，本发明克服了现有同类方法的上述缺陷，提供了一种自组网，即插即用，操作简单，维护方便的基于分布式散列表的楼宇对讲系统组网及寻址方法。

附图说明

图1为Chord环上节点ID和实名地址ID的分布。在图1中，节点n的第i个指针successor[n+2^(i-1)，1≤i≤m，m＝6；指针表参见表1。

表1

N8+1	N14
		N8+2	N14
N8+4	N14
		N8+8	N21
N8+16	N32
		N8+32	N42

图2为终端N8呼叫实名地址ID为K54的终端时的寻址过程。在图2中，N56上存储内 容索引<K54，192.168.1.32>，N32的IP地址为192.168.1.32；N8的IP地址为192.168.1.8；N42的指针表参见表2，N8的指针表参见表3。

表2

N42+1	N48
		N42+2	N48
N42+4	N48
		N42+8	N56
N42+16	N1
		N42+32	N14

表3

N8+1	N14
		N8+2	N14
N8+4	N14
		N8+8	N21
N8+16	N32
		N8+32	N42

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明进一步说明。下述实施例哈希算法选取SHA-1算法，DHT协议选取Chord协议。

终端加入

TCP/IP楼宇对讲系统中每个终端都使用实名地址(小区号-楼号-房号)和IP地址作为终端的标识。终端启动时，通过事先知道的网络中的某个或某些终端的IP地址(这些IP可以通过多种方式获得，如用户手动指定IP，或使用默认IP，或使用上次进入网络时更新终端IP列表等等)加入网络。

请求加入的终端N，使用SHA-1算法，计算IP地址的哈希值作为标识符NID，发送给已加入网络的终端，网络的所有终端按照Chord协议，按NID从小到大顺序排列在一个逻辑环上，图1所示。此时新终端N的第一个后继终端successor将其维护的小于NID终端的ID的所有注册信息的内容索引<K，V>(键值K为终端实名地址的哈希值，V为请求注册终端的IP地址)发送给该节点维护。网络中其它的在线终端也相应更新其指针表(finger)。

终端退出和失效

终端N退出网络时，需要将自己管理的注册信息的内容索引<K，V>(键值K为终端实名地址的哈希值，V为请求注册终端的IP地址)发给自己的后继终端。并通知其前继终端(predecessor)甚至前继终端的前继来更新其指针(finger)表。

终端非正常退出(失效)时，网络会暂时丢失部分用户的注册信息。为了保证注册过的用户始终可达，每个终端必须周期性地更新自己的后继终端表、前继终端表和指针表，以同步网络的变化。

终端注册

终端N加入网络后，在Chord网络上注册。该终端使用哈希算法，计算终端实名地址的哈希值作为键值K，并把内容索引<K，V>(键值K为终端实名地址的哈希值，V为请求注册终端的IP地址)存储在K的后继节点上Successor(K)，即从K开始顺时针方向距离K最近的节点上。例如K10存储在N14上，如图1所示。

终端寻址

发起呼叫终端为了知道被叫方的IP地址，使用哈希算法，计算被叫终端实名地址的哈希值作为键值K，呼叫终端首先查询被呼叫终端的注册信息是否储存在本机上，如果没有通过Chord网络继续查询，直至找到被呼叫终端的注册信息，然后根据内容索引<K，V>(键值K为终端实名地址的哈希值，V为请求注册终端的IP地址)返回V，也就是被呼叫方的IP地址。

如图2所示，假设某终端的实名地址小区号-楼号-房号为01-17-08，其哈希值为K54，终端N8呼叫01-17-08时，只知道实名地址，而不知道被呼叫终端的IP地址，此时必须通过网络来查找01-17-08的IP地址。其查找过程为，

终端N8计算出Hash(01-17-08)＝K54，通过比较发现被呼叫终端的注册信息没有储存在本机上，而最可能存储在N42；N8把查找信息转发给N42，通过查找N42上的指针表发现K54存储在后继节点N56＝Successor(K54)上，即从K54开始顺时针方向距离K54最近的节点上。此时，N56通过内容索引<K54，192.168.1.32>返回K54对应的IP地址为192.168.1.32，也就是终端01-17-08的IP地址，如图2所示，该IP地址为终端N32的IP地址。这样终端N8(IP地址为192.168.1.8)和N32(IP地址为192.168.1.32)即可使用IP地址进行通信，这样即完成了呼叫前的寻址过程。

Claims (7)

1.基于分布式散列表的楼宇对讲系统组网及寻址方法，其特征在于所述楼宇对讲系统是基于TCP/IP的楼宇对讲系统，系统中的各种终端使用实名地址和IP地址作为终端的标识，实名地址为小区号-楼号-房号，通过DHT算法自组网和寻址；

所述楼宇对讲系统设有终端装置和路由器装置；所述终端装置设有室内机终端、门口机终端、管理机终端和PC终端装置，所述室内机终端、门口机终端和管理机终端构建在嵌入式系统上，所述室内机终端、门口机终端和管理机终端均设有嵌入式处理器、显示屏、音视频设备、按键和触摸屏；所述PC终端装置构建在PC机上，所述室内机终端、门口机终端、管理机终端和PC终端均通过所述基于分布式散列表的楼宇对讲系统组网及寻址方法进行组网；

所述的组网和寻址方法包括以下步骤：

1)终端注册

请求注册的终端，使用哈希算法，计算终端实名地址的哈希值作为键值K，并把内容索引<K，V>作为终端注册请求信息发给DHT网络，DHT通过一定的机制把该内容索引储存在DHT网络节点中；

2)终端加入

请求加入的终端，使用哈希算法，计算终端IP地址的哈希值作为标识符NID，按照DHT协议，加入网络；

3)终端退出和失效

网络的退出和失效依据DHT协议进行终端路由信息和注册信息的更新，当终端退出时，需要将自己管理的注册信息的内容索引<K，V>发给自己的后继终端，并通知其他终端更新其路由表，为了保证注册过的用户始终可达，每个终端周期性地更新自己的路由表，以同步网络的变化；其中键值K为终端实名地址的哈希值，V为请求注册终端的IP地址；

4)终端寻址

发起呼叫的终端为了知道被叫方的IP地址，使用哈希算法，计算被叫终端实名地址的哈希值作为键值K，呼叫终端首先查询被呼叫终端的注册信息是否储存在本机上，如果没有，通过DHT网络继续查询，直至找到被呼叫终端的注册信息，然后通过内容索引<K，V>返叫V，也就是被呼叫方的IP地址，获得被叫方的IP后，双方即可进行通信。

2.如权利要求1所述的基于分布式散列表的楼宇对讲系统组网及寻址方法，其特征在于所述哈希算法为SHA-1，MD5或consistent hashing算法。

3.如权利要求1所述的基于分布式散列表的楼宇对讲系统组网及寻址方法，其特征在于所述DHT协议为Chord协议、CAN协议、Pastry协议或Tapestry协议。

4.如权利要求1所述的基于分布式散列表的楼宇对讲系统组网及寻址方法，其特征在于所述室内机终端位于住户室内，设有无线网络接口和有线网络接口，所述室内机终端用于连接其他终端装置以接收和发送语音图像信号；通过无线网络、有线网络获取各种传感器数据和报警数据；通过无线网络、有线网络对家中各种家电发出控制信号。

5.如权利要求1所述的基于分布式散列表的楼宇对讲系统组网及寻址方法，其特征在于所述门口机终端位于楼栋梯口或小区门口，设有有线网络接口，所述门口机终端用于连接其他终端装置以接收和发送语音图像信号。

6.如权利要求1所述的基于分布式散列表的楼宇对讲系统组网及寻址方法，其特征在于所述管理机终端和PC终端装置位于物业管理中心，两者均运行管理系统软件，通过网络接口跟室内终端和门口机终端连接，接收来自室内终端和门口机终端得呼叫、报警信号。

7.如权利要求1所述的基于分布式散列表的楼宇对讲系统组网及寻址方法，其特征在于路由器装置采用网络路由器。