CN102752409A - 无线集群控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种无线控制技术领域的无线集群控制系统及控制方法，该系统包括：至少一个作为服务器端的集群控制模块以及若干个分别与对应的受控设备相连接的作为受控端的集群控制模块，其中：服务器端通过3G移动基站以无线方式连接和/或以有线方式与控制器相连接并传输控制指令信息及工作状态信息。本发明采用DHCP作为核心控制协议，另外可以根据网络的部署，自适应为控制端和服务器端，并通过网络服务端提供本地和远程的管理，最终可以实现集群通信的所有功能，随时随地发起主动或者被动连接并兼容Wi-Fi和3G通信协议。

Description

无线集群控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及的是一种无线控制技术领域的系统及方法，具体是一种无线集群控制系统及控制方法。

背景技术

随着技术的发展，无线Wi-Fi是一种大的发展趋势，其优势在于灵活便捷，可以实现随时随地联网；3G移动网络快速发展，覆盖广泛，信号稳定；而传统控制技术受地域范围，连接方式，控制传输等等很多限制。无线网络与传统控制技术相联合必定能发挥各自的优势，使得控制更加便捷随意，不受地域，传输等任何限制，其在智能家居等领域应用前景非常广泛。

现有的传统控制技术有着地域受限，连接方式不灵活，控制不够便捷等缺陷。如传统控制技术大部分需要人工现场人工操作，以有线的方式进行连接，移动性和便捷性大受限制；另一方面，即使采用GSM方式实现远程控制指令、也具有很大的局限性，第一其必须有GSM网络的支持，其次GSM方式会产生一定的费用，如短消息费用等等。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN1587843，公开日20050302，记载了一种网络空调监控系统及方法，该技术包括空调器、通信网络和控制端，所述控制端通过通信网络控制和监视远端的空调器，所述通信网络为GSM网络，在所述GSM网络与空调器间连接有GSM网关，所述GSM网关通过RS232接口或RS485接口与空调器连接，所述控制端通过GSM网络实现控制端与网关之间的实时物理连接，并对远端的空调器进行实时控制和监视；所述控制端还通过GSM网络发送GSM短信来控制和监视空调器。该技术在PC机与网关之间采用无线通讯，故特别适宜于那些无法采用有线网络对空调进行实时监控的场所，以及需要如手机那样轻便设备在有GSM无线网络覆盖的地方进行远程监视和控制的场合，以及在有GSM无线网络覆盖的区域对运动型设备上的空调进行监视和控制的场合。但该现有技术没有提供具体的集群终端控制方法，只是实现了信号的转换，具体实施还有很多的工作量；而本系统的特点是不但提供了丰富的终端控制手段，而且还提供了详细的网络部署。建立在公知的DHCP(动态主机设置协议Dynamic Host Configuration Protocol)基础上的控制方法，比较方便的完成整个网络的部署和控制。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种无线集群控制系统及控制方法，具有GSM控制方式的同时采用了使用更频繁的Wi-Fi控制方式，只要连接到任意一个局域网，即可实现随意的控制指令、在不产生任何费用的同时提供集群控制协议；本发明采用的DHCP作为核心控制协议，方便灵活，节省带宽；另外可以根据网络的部署，自适应为控制端和服务器端，并通过网络服务端提供本地和远程的管理，最终可以实现集群通信的所有功能，随时随地发起主动或者被动连接并兼容Wi-Fi和3G通信协议，给予ipv4的集群通信。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种无线集群控制系统，包括：至少一个作为服务器端的集群控制模块以及若干个分别与对应的受控设备相连接的作为受控端的集群控制模块，其中：服务器端通过3G移动基站以无线方式连接和/或以有线方式与控制器相连接并传输控制指令信息及工作状态信息。

所述的集群控制模块包括：UART(通用异步收发装置Universal AsynchronousReceiver/Transmitter)接口、3G-USB(通用串行总线Universal Serial BUS)接口、Wi-Fi模块、有线网络传输接口、存储器以及中央控制模块，其中：UART接口分别与中央控制模块和受控端相连接并向受控设备输出状态信息的查询指令以及受控命令字，3G-USB接口分别与外接3G网卡和中央控制模块相连接并向中央控制模块传输3G拨号信息，向客户终端浏览器传输来自中央控制模块的网络服务端的广域网络访问信息，Wi-Fi模块分别与各自的中央控制模块以及其他集群控制模块的Wi-Fi模块相连接并进行受控端与服务器端的数据交互，有线网络传输接口与中央控制模块相连接并传输中央控制模块的网络服务端的访问控制信息，存储器与中央控制模块相连接并传输设备状态及程序信息。

所述的中央控制模块为基于linux内核的控制模块，具体包括：网络服务端、Dhcp服务端/客户端、中继代理信息处理模块、设备控制模块和日志/告警模块，其中：网络服务端分别与设备控制模块相连接并传输受控设备的状态信息及控制命令、与日志/告警模块相连并传输日志查询请求、与3G-USB接口以及有线网络传输接口相连并传输3G拨号信息、访问控制信息和广域网访问信息；DHCP服务端与设备控制模块相连接并传输受控端的状态及控制信息，DHCP控制端与设备控制模块相连接并传输受控端的状态及控制信息，日志/告警模块与设备控制模块相连接并传输操作记录和告警信息与网络服务端相连接并传输页面及受控端信息。

本发明涉及上述无线集群控制系统的控制方法，通过UART接口进行受控设备的模式识别，并对受控设备的型号和工作状态信息进行采集、自动控制和/或网络服务端来配置管理。

本发明的技术效果包括：本发明通过一个设备实现多种模式，网络部署更加灵活，可以支持单点和集群管理；利用dhcp标准协议实现注册，解注册，收敛速度快；不需要用户安装任何软件，内置web网路服务，管理更加方便；

1、实现了无线远程控制指令、灵活便捷；另一方面采用无线可以节约实体连接材料，达到环保要求；而且，控制更加随意，实现随时随地控制。

2、采用发展快速的3G网络和Wi-Fi网络，支持IP6/IP4，功能强大，应用前景广泛；

3、多样化的控制方式，实现不同场合不同客户需求，3G，Wi-Fi，GSM三种任意选择，随意切换，并且还可协同工作；

4、内置服务器功能强大，不但可连接外部网络，同时还提供网络接入支持，另外其监控和日志子系统也不可小觑，其在设备发生故障或者发生错误控制时能发挥巨大作用，及时定位故障问题所在；

5、一套设备即可工作在服务器或者客户端模式，快速完成部署；

6、采用DHCP协议完成注册，解注册，快速，节省带宽。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图。

图2中央控制模块示意图。

图3为实施例应用示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例涉及的无线集群控制系统包括：至少一个作为服务器端的集群控制模块以及若干个分别与对应的受控设备相连接的作为受控端的集群控制模块，其中：服务器端通过3G移动基站以无线方式连接和/或以有线方式与控制器相连接并传输控制指令信息及工作状态信息。

所述的受控设备包括：空调、热水器、显示屏等电气设备；所述的集群控制模块与受控设备之间采用RS232方式进行连接。

所述的控制指令信息包括：工作状态设置指令和读取运行参数指令。

所述的集群控制模块包括：UART(通用异步收发装置Universal AsynchronousReceiver/Transmitter)接口、3G-USB(通用串行总线Universal Serial BUS)接口、Wi-Fi模块、有线网络传输接口、存储器以及中央控制模块，其中：UART接口分别与中央控制模块和受控端相连接并向受控设备输出状态信息的查询指令以及受控命令字，3G-USB接口分别与外接3G网卡和中央控制模块相连接并向中央控制模块传输3G拨号信息，向客户终端浏览器传输来自中央控制模块的网络服务端的广域网络访问信息，Wi-Fi模块分别与各自的中央控制模块以及其他集群控制模块的Wi-Fi模块相连接并进行受控端与服务器端的数据交互，有线网络传输接口与中央控制模块相连接并传输中央控制模块的网络服务端的访问控制信息，存储器与中央控制模块相连接并传输设备状态及程序信息。

所述的设备状态及程序信息包括：已经定义的被控端厂家的设备型号和对应的各项参数指标。

所述的受控命令字包括：受控设备温度控制指令、风速控制指令、湿度控制指令、开机关机命令等。

所述的3G拨号信息包括：PPP拨号过程。

所述的广域网络访问信息包括：受控设备页面浏览信息和受控设备页面提交信息。

所述的访问控制信息包括：查询受控设备的工作状态，如温度，适度，风速等，及其相应的调整指令

所述的受控端与服务器端的数据交互包括：DHCP协议交互、控制端的注册和解注册信息、设备状态信息以及设备控制信息。

所述的中央控制模块为基于linux内核的控制模块，具体包括：网络服务端、Dhcp服务端/客户端、中继代理信息处理模块、设备控制模块和日志/告警模块，其中：网络服务端分别与设备控制模块相连接并传输受控设备的状态信息及控制命令、与日志/告警模块相连并传输日志查询请求、与3G-USB接口以及有线网络传输接口相连并传输3G拨号信息、访问控制信息和广域网访问信息；DHCP服务端与设备控制模块相连接并传输受控端的状态及控制信息，DHCP控制端与设备控制模块相连接并传输受控端的状态及控制信息，日志/告警模块与设备控制模块相连接并传输操作记录和告警信息与网络服务端相连接并传输页面及受控端信息。

所述的网络服务端采集受控端状态信息并传输至控制端浏览器并用于对设备进行可视化控制管理，该网络服务端通过goahead软件实现。

所述的linux内核进行任务调度信息的实时处理，该linux内核具体为linux2.6.21内核。

所述的中继代理信息处理模块，完成DHCP协议中的中继代理信息选项(relay agentinformation option)，即option82字段的处理，解析DHCP报文option82中的受控端的信息或者执行相反地动作，将受控端的信息填写入DHCP报文的option选项当中，这个时候受控端的信息来源于和受控设备相连的设备控制模块，包括厂商、序列号、状态等信息等。在每次DHCP发送和接收报文的时候，该模块都会对报文进行相应的处理，处理完毕后，完成正常的DHCP报文的发送接收过程。

所述的DHCP报文如下所示：

所述的中继代理信息选项如下所示：

Code

Len

终端序列号

厂商ID

产品型号

设备控制字

设备状态1

设备状态n

82

3

xx

xx

xx

xx

xx

xx

所述的通信控制模块采用TCP(传输控制协议Transmission Control Protocol)协议完成终端和服务器端的双向通信；

所述的通信控制模块中所采用的守护端口为9999，通信的数据格式如下：

终端序列号	厂商ID	产品型号	设备控制字	设备状态1	设备状态n
						xx	xx	xx	xx	xx	xx

本实施例涉及上述无线集群控制系统的控制方法，通过UART接口进行空调设备的模式识别，并对空调设备的型号和工作状态信息进行采集、自动控制和/或网络服务端来配置管理。

本方法具体包括以下步骤：

第一步、工作模式识别：中央控制模块通过对UART接口是否与受控设备，如空调相连的判断以完成工作模式的切换；具体包括：通过发送查询指令来判断，系统默认为服务器端模式。如果工作模式为服务器模式，则开启DHCP服务端并执行第三步，开启通信控制模块进程，守护端口9999，否则为客户端模式，开启DHCP客户端并执行第二步。

第二步、客户端注册：

2.1.设备控制模块通过UART接口收集受控端(空调等)的厂商信息，序列号，设备状态等。

2.2.dhcp客户端组装好dhcp discovery报文后，调用中继信息处理模块。

2.3.中继信息处理模块从设备控制模块获取受控端的信息填写进入dhcp discovery报文的option字段，并且返回后，DHCP客户端，通过Wi-Fi模块将报文发送至服务端的Wi-Fi模块，并执行第三步。

第三步、服务端注册：

3.1.Wi-Fi模块将接收上来的报文送到DHCP服务端，并由DHCP服务端将接收dhcpdiscovery报文交送到中继信息处理模块。

3.2.中继信息处理模块获取dhcp discovery报文中的option字段中的受控端的信息，并且将该信息交送到设备控制模块处理，经过判断，如果信息非法，则通知中继信息处理模块，再由中继信息处理模块通知DHCP服务端丢弃该报文。如果信息合法，则设备控制模块将信息填写进入设备状态表。并且通知中继信息处理模块，再由中继信息处理模块通知DHCP服务端。

3.3.DHCP服务端组装dhcp offer报文，并交给中继信息处理模块填写相应的option82，然后由Wi-Fi模块发送至客户端Wi-Fi模块，并执行第四步。

第四步、客户端注册反馈：Wi-Fi模块获取dhcp offer报文后，交送给DHCP客户端，DHCP客户端再调用中继信息处理模块，获取相应的option82中的受控端信息后，该信息被送到设备控制模块完成信息的进一步处理，如根据指令调整温度等。最后报文又送还给DHCP客户端，进行标准处理，获取正确的IP，启动通信服务端守护进程，端口9999，然后执行第六步。

第五步、服务端集群状态保活：设备控制模块通过通信控制端定期发送受控端状态查询指令。对于三次没有回复的终端模式模块，从设备状态表中直接解注册。对于回复的信息，从通信服务端接收上来后，交给设备控制模块，完成设备信息的进一步更新，对于异常的状态给与调整并通过通信控制端发送相应的指令，然后执行第七步。

第六步、客户端集群状态保活：

6.1.通信服务端接收到查询指令报文，交给设备控制模块，回复相应的指令，相应指令报文由通信控制端发送至服务端，并执行第五步。

6.2.当设备控制模块发现受控端状态信息异常，则告警上报相应的状态，相应信息报文由通信控制端发送至服务端，并执行第七步。

第七步、服务端告警上报：通信服务端接收到告警上报报文，由设备控制模块作相应的状态调整处理，相应指令报文，由通信控制端发送至服务端，并在需要时执行第六步进行状态保活，或进行后续解注册。

第八步、客户端解注册：设备控制模块经过UART接口，接收到受控端发出解注册指令，设备控制模块将相应的解注册信息括序列号，厂商，状态等交给中继信息处理模块进行option82的处理，再通知dhcp客户端启动dhcp release报文的发送，其中的option82由中继信息处理模块填写，然后执行第九步。

第九步、服务端解注册：DHCP服务端接收到dhcp release报文，option82字段由中继信息处理模块解析处理，并且给设备控制模块，实现设备的解注册和IP释放，然后执行第五步。

与现有类似技术相比，本实施例实现无线远程控制指令、灵活便捷；另一方面采用无线可以节约实体连接材料，达到环保要求；而且，控制更加随意，实现随时随地控制；通过多样化的控制方式，实现不同场合不同客户需求，3G，Wi-Fi，GSM三种任意选择，随意切换，并且还可协同工作；采用DHCP协议完成注册，解注册，快速，节省带宽。

Claims (10)

1.一种无线集群控制系统，其特征在于，包括：至少一个作为服务器端的集群控制模块以及若干个分别与对应的受控设备相连接的作为受控端的集群控制模块，其中：服务器端通过3G移动基站以无线方式连接和/或以有线方式与控制器相连接并传输控制指令信息及工作状态信息。

2.根据权利要求1所述的无线集群控制系统，其特征是，所述的控制指令信息包括：工作状态设置指令和读取运行参数指令。

3.根据权利要求1所述的无线集群控制系统，其特征是，所述的集群控制模块包括：UART接口、3G-USB接口、Wi-Fi模块、有线网络传输接口、存储器以及中央控制模块，其中：UART接口分别与中央控制模块和受控端相连接并向受控设备输出状态信息的查询指令以及受控命令字，3G-USB接口分别与外接3G网卡和中央控制模块相连接并向中央控制模块传输3G拨号信息，向客户终端浏览器传输来自中央控制模块的网络服务端的广域网络访问信息，Wi-Fi模块分别与各自的中央控制模块以及其他集群控制模块的Wi-Fi模块相连接并进行受控端与服务器端的数据交互，有线网络传输接口与中央控制模块相连接并传输中央控制模块的网络服务端的访问控制信息，存储器与中央控制模块相连接并传输设备状态及程序信息；

所述的设备状态及程序信息包括：已经定义的被控端厂家的设备型号和对应的各项参数指标；

所述的受控命令字包括：受控设备温度控制、风速控制、湿度控制和开机关机命令；

所述的广域网络访问信息包括：受控设备页面浏览信息和受控设备页面提交信息；

所述的访问控制信息包括：查询受控设备的工作状态及其相应的调整指令；

所述的受控端与服务器端的数据交互包括：DHCP协议交互、控制端的注册和解注册信息、设备状态信息以及设备控制信息。

4.根据权利要求1所述的无线集群控制系统，其特征是，所述的中央控制模块为基于linux内核的控制模块，具体包括：网络服务端、Dhcp服务端/客户端、中继代理信息处理模块、设备控制模块和日志/告警模块，其中：网络服务端分别与设备控制模块相连接并传输受控设备的状态信息及控制命令、与日志/告警模块相连并传输日志查询请求、与3G-USB接口以及有线网络传输接口相连并传输3G拨号信息、访问控制信息和广域网访问信息；DHCP服务端与设备控制模块相连接并传输受控端的状态及控制信息，DHCP控制端与设备控制模块相连接并传输受控端的状态及控制信息，日志/告警模块与设备控制模块相连接并传输操作记录和告警信息与网络服务端相连接并传输页面及受控端信息。

5.根据权利要求4所述的无线集群控制系统，其特征是，所述的网络服务端采集受控端状态信息并传输至控制端浏览器并用于对设备进行可视化控制管理，该网络服务端通过goahead软件实现；

所述的linux内核进行任务调度信息的实时处理，该linux内核具体为linux2.6.21内核；

所述的中继代理信息处理模块，完成DHCP协议中的中继代理信息选项的处理，解析DHCP报文option82中的受控端的信息或者执行相反地动作，将受控端的信息填写入DHCP报文的option选项当中，这个时候受控端的信息来源于和受控设备相连的设备控制模块，包括厂商、序列号、状态等信息等。在每次DHCP发送和接收报文的时候，该模块都会对报文进行相应的处理，处理完毕后，完成正常的DHCP报文的发送接收过程；

所述的通信控制模块采用TCP协议完成终端和服务器端的双向通信；

所述的通信控制模块中所采用的守护端口为9999。

6.一种根据上述任一权利要求所述系统的控制方法，其特征在于，通过UART接口进行受控设备的模式识别，并对受控设备的型号和工作状态信息进行采集、自动控制和/或网络服务端来配置管理。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征是，所述方法具体包括以下步骤：

第一步、工作模式识别：中央控制模块通过对UART接口是否与受控设备，如空调相连的判断以完成工作模式的切换；具体包括：通过发送查询指令来判断，系统默认为服务器端模式。如果工作模式为服务器模式，则开启DHCP服务端并执行第三步，开启通信控制模块进程，守护端口9999，否则为客户端模式，开启DHCP客户端并执行第二步；

第二步、客户端注册；

第三步、服务端注册；

第四步、客户端注册反馈：Wi-Fi模块获取dhcp offer报文后，交送给DHCP客户端，DHCP客户端再调用中继信息处理模块，获取相应的option82中的受控端信息后，该信息被送到设备控制模块完成信息的进一步处理，如根据指令调整温度等。最后报文又送还给DHCP客户端，进行标准处理，获取正确的IP，启动通信服务端守护进程，端口9999，然后执行第六步；

第五步、服务端集群状态保活：设备控制模块通过通信控制端定期发送受控端状态查询指令。对于三次没有回复的终端模式模块，从设备状态表中直接解注册。对于回复的信息，从通信服务端接收上来后，交给设备控制模块，完成设备信息的进一步更新，对于异常的状态给与调整并通过通信控制端发送相应的指令，然后执行第七步；

第六步、客户端集群状态保活：

6.1.通信服务端接收到查询指令报文，交给设备控制模块，回复相应的指令，相应指令报文由通信控制端发送至服务端，并执行第五步；

6.2.当设备控制模块发现受控端状态信息异常，则告警上报相应的状态，相应信息报文由通信控制端发送至服务端，并执行第七步；

第七步、服务端告警上报：通信服务端接收到告警上报报文，由设备控制模块作相应的状态调整处理，相应指令报文，由通信控制端发送至服务端，并在需要时执行第六步进行状态保活，或进行后续解注册；

第八步、客户端解注册；

第九步、服务端解注册。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征是，所述的第二步具体是指：

2.1.设备控制模块通过UART接口收集受控端的厂商信息、序列号和设备状态；

2.2.dhcp客户端组装好dhcp discovery报文后，调用中继信息处理模块；

2.3.中继信息处理模块从设备控制模块获取受控端的信息填写进入dhcp discovery报文的option字段，并且返回后，DHCP客户端，通过Wi-Fi模块将报文发送至服务端的Wi-Fi模块，并执行第三步。

9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征是，所述的第三步具体是指：

3.1.Wi-Fi模块将接收上来的报文送到DHCP服务端，并由DHCP服务端将接收dhcpdiscovery报文交送到中继信息处理模块；

3.2.中继信息处理模块获取dhcp discovery报文中的option字段中的受控端的信息，并且将该信息交送到设备控制模块处理，经过判断，如果信息非法，则通知中继信息处理模块，再由中继信息处理模块通知DHCP服务端丢弃该报文。如果信息合法，则设备控制模块将信息填写进入设备状态表。并且通知中继信息处理模块，再由中继信息处理模块通知DHCP服务端；

3.3.DHCP服务端组装dhcp offer报文，并交给中继信息处理模块填写相应的option82，然后由Wi-Fi模块发送至客户端Wi-Fi模块，并执行第四步。

10.根据权利要求7所述的控制方法，其特征是，所述的解注册包括：

客户端解注册：设备控制模块经过UART接口，接收到受控端发出解注册指令，设备控制模块将相应的解注册信息括序列号，厂商，状态等交给中继信息处理模块进行option82的处理，再通知dhcp客户端启动dhcp release报文的发送，其中的option82由中继信息处理模块填写，然后执行第九步；

服务端解注册：DHCP服务端接收到dhcp release报文，option82字段由中继信息处理模块解析处理，并且给设备控制模块，实现设备的解注册和IP释放，然后在需要时执行第五步。

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