CN103023761B - 网关装置、智能物联网系统及该系统的混合接入方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网关装置、智能物联网系统及该系统的混合接入方法，其中该网关装置设置于智能物联网系统，该网关装置包括总线接口模块，其进一步包括：数据接收模块，用于接收来自终端设备或来自其它网关装置的数据；封装处理模块，用于将来自终端设备的数据按照预设数据帧的格式进行封装处理；解封装处理模块，用于将来自其它网关装置的数据进行解封装处理，得到原数据帧；数据发送模块，用于将经过封装处理模块处理的数据发送至对应的网关装置、或将经过解封装处理模块处理的数据发送至对应的终端设备。本发明实现了智能家庭物联网系统中有线控制信号与无线控制信号的双向转发功能，具有良好的可扩展性及安全性。

Description

网关装置、智能物联网系统及该系统的混合接入方法

技术领域

本发明涉及通讯领域，尤其涉及一种网关装置、智能物联网系统及该系统的混合接入方法。

背景技术

家庭总线是智能家居实现的重要基础，是住宅内部的神经系统，其主要作用是连接家中的各种电子、电气设备，负责将家庭内的各种通信设备(包括安保、电话、家电、视听设备等)连接在一起，形成一个完整的家庭网络。家庭智能化要求诸多家电和网络能够彼此相容，总线协议是其精髓所在，只有接口畅通，家电才能“听懂”人发出的指令，智能终端的接入是智能家居亟待解决的重要问题之一。

在技术上，智能家居建设面临的挑战不是设备或实施问题，而是标准与协议问题。智能家居是一个多行业交叉覆盖的系统工程，各设备厂商按照不同的接口标准与协议生产设备，其结果是：不同设备之间的互连、互通变得非常困难。因此，建立共同遵循的标准与协议是发展智能家居系统亟待解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种网关装置、智能物联网系统及该系统的混合接入方法，以解决现有技术存在的智能家居系统中不能综合利用有线接入和无线接入，可扩展性差、安全性差的问题，其中：

根据本发明实施例的网关装置设置于智能物联网系统，该网关装置包括总线接口模块，其进一步包括：数据接收模块，用于接收来自终端设备或来自其它网关装置的数据；封装处理模块，用于将来自终端设备的数据按照预设数据帧的格式进行封装处理；解封装处理模块，用于将来自其它网关装置的数据进行解封装处理，得到原数据帧；数据发送模块，用于将经过封装处理模块处理的数据发送至对应的网关装置、或将经过解封装处理模块处理的数据发送至对应的终端设备。

其中，该总线接口模块还包括数据监控模块，其进一步包括：监测模块，用于在存在猝发数据的情况下，确定猝发数据的优先级别；比较模块，用于将猝发数据的优先级别与当前通信数据的优先级别进行比较；控制模块，用于若猝发数据的优先级别高于当前通信数据的优先级别，则暂停当前通信，优先发送猝发数据，待猝发数据发送完毕后再恢复之前暂停的通信；若猝发数据的优先级别等于或低于当前通信数据的优先级别，则继续进行当前的通信，并为猝发数据预留信道，待当前通信结束后再发送猝发数据。

其中，该总线接口模块还包括：地址分配模块，用于预先为终端设备分配IP地址。

其中，数据接收模块包括：无线接收模块，用于通过无线接口接收来自无线终端设备的数据；有线接收模块，用于通过有线接口接收来自有线终端设备的数据；系统总线接口模块，用于接收来自其它网关装置的数据。

其中，无线接口包括以下至少之一：无线保真接口、射频接口、红外接口、蓝牙接口。

其中，数据发送模块包括：第一发送模块，用于将经过封装处理模块处理的数据发送至对应的网关装置；第二发送模块，用于将经过解封装处理模块处理的数据发送至对应的终端设备。

其中，该网关装置还包括：电源模块，用于对数据接收模块、封装处理模块、解封装处理模块、数据发送模块、数据监控模块供电。

根据本发明实施例的智能物联网系统，包括总网关装置，还包括上述的网关装置。

根据本发明实施例的智能建筑，包含有建筑物本体与设置于该建筑物本体的智能物联网系统，智能物联网系统为上述的智能物联网系统。

根据本发明实施例的智能物联网的混合接入方法包括：接收来自终端设备或来自其它网关装置的数据；将来自终端设备的数据按照预设数据帧的格式进行封装处理，或者将来自其它网关装置的数据进行解封装处理，得到原数据帧；将经过封装处理的数据发送至对应的网关装置、或将经过解封装处理的数据发送至对应的终端设备。

其中，该方法还包括：在存在猝发数据的情况下，确定猝发数据的优先级别；将猝发数据的优先级别与当前通信数据的优先级别进行比较；若猝发数据的优先级别高于当前通信数据的优先级别，则暂停当前通信，优先发送猝发数据，待猝发数据发送完毕后再恢复之前暂停的通信；若猝发数据的优先级别等于或低于当前通信数据的优先级别，则继续进行当前的通信，并为猝发数据预留信道，待当前通信结束后再发送猝发数据。

其中，在接收来自终端设备或来自其它网关装置的数据之前，该方法还包括：预先为终端设备分配IP地址。

其中，接收来自终端设备或来自其它网关装置的数据，包括：通过无线接口接收来自无线终端设备的数据；通过有线接口接收来自有线终端设备的数据；接收来自其它网关装置的数据。

其中，无线接口包括以下至少之一：无线保真接口、射频接口、红外接口、蓝牙接口。

与现有技术相比，根据本发明的技术方案，网关装置在接收到来自终端设备的多种格式的数据后，按照预设的数据帧格式对该数据进行统一封装处理并进行发送，并监控发送过程，实现了智能家庭物联网系统中有线控制信号与无线控制信号的双向转发功能，具有良好的可扩展性及安全性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的网关装置的结构框图；

图2是根据本发明实施例的网关装置的优选结构的框图；

图3至图5是根据本发明实施例的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步地详细说明。

根据本发明的实施例，提供了一种网关装置。参考图1，图1是本发明实施例的网关装置的结构框图，该网关装置设置于智能家庭物联网系统，该网关装置包括总线接口模块。为与智能家庭物联网系统中的主网关装置相区分，也可称该网关装置为子网关装置。

网关装置包括总线接口模块，如图1所示，总线接口模块进一步包括：地址分配模块10、数据接收模块20、封装处理模块30、解封装处理模块40、数据发送模块50、数据监控模块60。

图2是本发明实施例的网关装置的优选结构的框图，参考图1及图2，地址分配模块10用于预先为接入网关装置的终端设备分配IP地址。地址分配模块10将接入网关装置的使用各种无线协议的无线终端组成无线局域网，智能家庭物联网系统中的固定终端设备(如传感器、空调、电视等)的IP地址由其所属的网关装置的地址分配模块10预先分配，而移动的终端设备(如手机、笔记本、PDA等)在加入网络时由其所属的网关装置的地址分配模块10分配临时IP地址。

数据接收模块20与地址分配模块10相连，用于接收来自终端设备以及来自其它网关装置(主网关装置)的数据，也就是说，网关装置要分别接收来自终端侧以及系统侧的数据。数据接收模块20具体包括：无线接收模块22、有线接收模块24和系统总线接口模块26。其中，无线接收模块22用于通过无线接口接收来自无线终端设备的数据，无线接口包括但不限于以下至少之一：无线保真(WIFI)接口、射频接口、红外接口、蓝牙接口。有线接收模块24用于通过有线接口接收来自有线终端设备的数据。系统总线接口模块26用于接收来自其它网关装置(主网关装置)的数据。

对于终端侧，不同功能的服务需要采用不同的传输方式和相应的接口标准。例如，以智能设备监控为代表的低速数据链路可以采用无线射频、WIFI等接入方式。智能终端设备例如包括：智能窗帘控制器、智能红外发射器、智能灯光发射器、智能门窗控制器、温度传感器、湿度传感器、多功能遥控器、烟感探头、燃气探头、手机、PDA、计算机等等。而以家庭多媒体娱乐和视频监控为代表的高速数据链路则需要采用光纤、同轴电缆等接入方式。单一的接入方式无法满足不同服务的需求，为了解决这个问题，本发明将有线接入方式与无线接入方式相结合，充分利用了无线接入方便、易于扩展、成本低和有线接入传输速度快、可靠性高的优点，保证数据准确、高效传输。

通过上述的对数据接收模块20的描述可以看出，数据接收模块20接收的来自终端侧的数据是包括多种格式的数据，这导致了数据在系统传输以及数据处理过程中兼容性较差，因此需要封装处理模块30按照预设数据帧的格式对无线接收模块22和有线接收模块24接收的数据进行统一的封装处理，使这些数据一致化、标准化。

具体地，封装处理模块30对数据进行封装处理，包括以下步骤：

步骤一、首先根据数据源端的类型判断数据的格式(如蓝牙数据、WIFI数据、射频数据等)，根据相应的格式读取数据包的信息(如源端的地址、数据包编号、数据包类型、目的端地址、包长度、校验信息等)。

步骤二、根据预设的标准化格式对数据进行一致化和数据封装，并将子网关装置的信息(如子网关地址、子网关ID、数据来源是否合法等信息)添加到数据包中。

而数据接收模块20接收的来自系统侧的数据是经过封装处理的、一致化及标准化的数据，这时，需要解封装处理模块40对来自其它网关装置(系统侧)的数据进行解封装处理，得到原数据帧。解封装处理模块40的处理是与封装处理模块30的处理的逆操作，具体处理过程此处不赘述。

数据发送模块50的发送包括两方面的内容，分别由第一发送模块52和第二发送模块54进行实施。第一发送模块52负责将经过封装处理模块30处理的数据发送至对应的网关装置。第二发送模块54负责将经过解封装处理模块40处理的数据发送至对应的终端设备。

数据监控模块60用于监测数据的发送，并在存在猝发数据的情况下，优先安排发送优先级别高的数据。数据监控模块60包括：监测模块62，用于在存在猝发数据的情况下，确定猝发数据的优先级别；比较模块64，用于将猝发数据的优先级别与当前通信数据的优先级别进行比较；控制模块66，用于若猝发数据的优先级别高于当前通信数据的优先级别，则暂停当前通信，优先发送猝发数据，待猝发数据发送完毕后再恢复之前暂停的通信；若猝发数据的优先级别等于或低于当前通信数据的优先级别，则继续进行当前的通信，并为猝发数据预留信道，待当前通信结束后再发送猝发数据。

数据监控模块60负责对共享同一信道的多个用户分配信道使用次序，避免信道上的信号发生冲突，保证用户公平、高效、有序的访问信道。本发明采用基于握手机制的MAC协议，在此基础上采用基于优先级的自适应访问控制工作方式来支持猝发通信模式。例如：信息按优先程度分为3级，并在RTS(Request To Send请求发送)包头中定义2个bit加以描述：

(1)3级为最高优先级，表明传送的是极重要和实时性要求非常严格的数据和控制命令。接收端接收到请求后马上中断现有通信，发送应答信号，建立连接，进行通信。

(2)2级为高优先级，重要和实时性要求较严格的数据和控制命令。接收端接收到请求后继续进行现有通信，通信结束后马上发送应答信号，建立连接，进行通信。

(3)1级为普通优先级，重要性和实时性要求较差的数据(如状态信息等)。在高优先级请求的情况下，可以暂停传输，高优先级通信结束后再继续传送。

上述的优先级的数量仅为举例说明，并不以此限制本发明的保护范围。承上述例子，猝发通信链路管理过程包括如下方式：

(1)如果有紧急数据(2级、3级)需要发送，则发送猝发通信请求；

(2)如果当前通信级别与该请求级别相同，继续通信，并将该请求发送给骨干节点，为猝发数据预留信道。当前通信结束后立即回复应答消息，建立连接，进行数据传输。

(3)如果当前通信级别小于该请求级别，则马上暂停当前通信，并将该请求发送给骨干节点，同时立即回复应答消息，建立连接，进行数据传输，传输结束后恢复进行之前暂停的通信。

(4)如果当前通信级别大于该请求级别，则继续原有通信，并将该请求发送给骨干节点，为猝发数据预留信道。当前通信结束后立即回复应答消息，建立连接，进行数据传输。

此外，根据本发明实施例的网关装置还包括：电源模块(图中未示出)用于对上述的数据接收模块、封装处理模块、解封装处理模块、数据发送模块、数据监控模块供电。

根据本发明的实施例，还提供了一种智能物联网系统，该智能物联网系统包括：总网关装置和一个或多个子网关装置(网关装置)。

总网关装置负责为每个子网关装置分配IP地址，并接收来自各个子网关装置的数据，并判断接收的数据是否发送给自己，若是则解封装该数据，并进行处理；若不是则将该数据转发至对应的子网关装置，由对应的子网关装置对该数据进行处理。

其中，上述的子网关装置的具体结构及功能请参考图1及图2，此处不赘述。

根据本发明的实施例，还提供了一种智能物联网的混合接入方法。

图3是根据本发明实施例的智能物联网的混合接入方法的流程图，如图3所示，该方法包括：

步骤S302，接收来自终端设备或来自其它网关装置的数据。其具体包括：通过无线接口接收来自无线终端设备的数据、通过有线接口接收来自有线终端设备的数据、以及接收来自其它网关装置的数据，其中的无线接口包括以下至少之一：无线保真接口、射频接口、红外接口、蓝牙接口。

步骤S304，将来自终端设备的数据按照预设数据帧的格式进行封装处理，或者将来自其它网关装置的数据进行解封装处理，得到原数据帧；

步骤S306，将经过封装处理的数据发送至对应的网关装置、或将经过解封装处理的数据发送至对应的终端设备；

参考图4，在步骤S306之后，该方法还包括：

S402，在存在猝发数据的情况下，确定猝发数据的优先级别；

S404，将猝发数据的优先级别与当前通信数据的优先级别进行比较；

S406，若猝发数据的优先级别高于当前通信数据的优先级别，则暂停当前通信，优先发送猝发数据，待猝发数据发送完毕后再恢复之前暂停的通信；若猝发数据的优先级别等于或低于当前通信数据的优先级别，则继续进行当前的通信，并为猝发数据预留信道，待当前通信结束后再发送猝发数据。

参考图5，图5是根据本发明一个方法实施例的流程图，如图5所示，在图3所示的基础上，该方法还包括：

步骤S301，预先为终端设备分配IP地址。

步骤S303，判断终端设备是否为该子网关装置所属的终端设备，若是则继续执行步骤S304，否则丢弃该数据。

下面详细描述智能物联网系统中数据通信的具体处理过程。智能物联网系统中的数据通信可以分为三种类型：(1)同一子网关装置下的智能终端设备间的通信；(2)不同子网关装置下的智能终端设备间的通信；(3)智能终端设备与主网关装置的通信。下面分别进行描述：

(1)如果同一网关下的智能终端间需要进行通信，数据在通过接收处理后可以通过无线网关直接转发，目的终端接受到数据包后回复应答消息，完成一次传输。同一无线网关下的智能终端间的通信无需经过中心数据交换机和控制中心，减少了路由寻址的消耗，减少了网络的负荷。

(2)如果不同网关下的智能终端间需要进行通信，源终端向所属网关发送数据，数据在通过接收处理后进行信号处理，按预定的通信协议对数据进行归一化标准化处理、封装，封装好的数据包经由总线接口单元，通过总线发送到主网关。总网关根据数据包的目的地址判断目的终端所在的网关，将数据包发送给对应的网关。网关接收到数据包后解封，通过终端的对应无线端口发送给目的终端。目的终端接受完数据包后回复一个应答信息给家庭总网关装置，总网关装置转发给源终端，完成一次传输。

(3)智能终端与家庭总网关通信包括终端(温度、湿度、瓦斯传感器等)采集的数据发送给家庭总网关和家庭主网关对智能终端的控制(对智能灯光、窗帘等的控制)。如果的智能终端间需要与家庭总网关进行通信，源终端向所属无线网关发送数据，数据在通过接收处理后进行信号处理，对数据进行归一化标准化处理、封装，封装好的数据包通过总线接口单元经由总线发送到家庭总网关。家庭总网关根据预定的协议解封数据包，并回复应答消息给源终端，完成一次传输。

综上所述，根据本发明的上述技术方案能够达到下列效果：

(1)各个终端设备进行通信的通信协议没有严格要求，无线子网关的接入使数据传输更加简单，系统组网更加简单，扩展性更强。

(2)将有线接入方式与无线接入方式相结合，充分利用了无线接入方便、易于扩展、成本低和有线接入传输速度快、可靠性高的优点。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (12)

1.一种网关装置，其设置于智能物联网系统，其特征在于，所述网关装置包括总线接口模块，其进一步包括：

数据接收模块，用于接收来自终端设备或来自其它网关装置的数据；

封装处理模块，用于将来自终端设备的数据按照预设数据帧的格式进行封装处理，根据数据源端的类型判断数据的格式，根据相应的格式读取数据包的信息，根据预设的标准化格式对数据进行一致化和数据封装，并将网关装置的信息添加到数据包中；

解封装处理模块，用于将来自其它网关装置的数据进行解封装处理，得到原数据帧；

数据发送模块，用于将经过所述封装处理模块处理的数据发送至对应的网关装置、或将经过所述解封装处理模块处理的数据发送至对应的终端设备；

地址分配模块，用于预先为所述终端设备分配IP地址。

2.根据权利要求1所述的网关装置，其特征在于，还包括数据监控模块，其进一步包括：

监测模块，用于在存在猝发数据的情况下，确定猝发数据的优先级别；

比较模块，用于将猝发数据的优先级别与当前通信数据的优先级别进行比较；

控制模块，用于若猝发数据的优先级别高于当前通信数据的优先级别，则暂停当前通信，优先发送猝发数据，待猝发数据发送完毕后再恢复之前暂停的通信；若猝发数据的优先级别等于或低于当前通信数据的优先级别，则继续进行当前的通信，并为猝发数据预留信道，待当前通信结束后再发送猝发数据。

3.根据权利要求1所述的网关装置，其特征在于，所述数据接收模块，包括：

无线接收模块，用于通过无线接口接收来自无线终端设备的数据；

有线接收模块，用于通过有线接口接收来自有线终端设备的数据；

系统总线接口模块，用于接收来自其它网关装置的数据。

4.根据权利要求3所述的网关装置，其特征在于，所述无线接口包括以下至少之一：无线保真接口、射频接口、红外接口、蓝牙接口。

5.根据权利要求3所述的网关装置，其特征在于，所述数据发送模块，包括：

第一发送模块，用于将经过所述封装处理模块处理的数据发送至对应的网关装置；

第二发送模块，用于将经过所述解封装处理模块处理的数据发送至对应的终端设备。

6.根据权利要求1所述的网关装置，其特征在于，所述网关装置还包括：

电源模块，用于对所述数据接收模块、封装处理模块、解封装处理模块、数据发送模块、数据监控模块供电。

7.一种智能物联网系统，包括总网关装置，其特征在于，还包括：如权利要求1至6中任一项所述的网关装置。

8.一种智能建筑，包含有建筑物本体与设置于该建筑物本体的智能物联网系统，其特征在于，所述智能物联网系统为如权利要求7所述的智能物联网系统。

9.一种智能物联网的混合接入方法，其特征在于，包括：

判断终端设备是否为子网关装置所属的终端设备，否则丢弃数据，若是则接收来自终端设备或来自其它网关装置的数据；

将来自终端设备的数据按照预设数据帧的格式进行封装处理，或者将来自其它网关装置的数据进行解封装处理，得到原数据帧；

将经过封装处理的数据发送至对应的网关装置、或将经过解封装处理的数据发送至对应的终端设备；

预先为所述终端设备分配IP地址。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：

在存在猝发数据的情况下，确定猝发数据的优先级别；

将猝发数据的优先级别与当前通信数据的优先级别进行比较；

若猝发数据的优先级别高于当前通信数据的优先级别，则暂停当前通信，优先发送猝发数据，待猝发数据发送完毕后再恢复之前暂停的通信；若猝发数据的优先级别等于或低于当前通信数据的优先级别，则继续进行当前的通信，并为猝发数据预留信道，待当前通信结束后再发送猝发数据。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述接收来自终端设备或来自其它网关装置的数据，包括：

通过无线接口接收来自无线终端设备的数据；

通过有线接口接收来自有线终端设备的数据；

接收来自其它网关装置的数据。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述无线接口包括以下至少之一：无线保真接口、射频接口、红外接口、蓝牙接口。