CN103634170B - 一种家庭网络互联方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种家庭网络互联方法及装置，所述方法包括：一个或多个AP设备向家庭网关发出用来加入家庭网络的联网请求：所述家庭网关收到所述联网请求后，根据所述联网请求中携带的AP标识信息对AP设备进行验证；对于验证成功的AP设备，所述家庭网关设置触发条件，并通过向AP设备下发功能控制消息，控制AP设备执行家庭网络互联的相关操作。本发明可以有效降低家庭网络配置难度，提高WLAN资源利用率，同时降低无线辐射，节约电能。

Description

一种家庭网络互联方法及装置
技术领域
本发明涉及一种家庭网络通讯技术，特别涉及一种家庭网络互联方法及装置。
背景技术
WLAN是目前广泛使用的无线局域网技术，IEEE802.11系列标准定义了WLAN的技术原理和架构，支持此标准的终端设备已普遍存在我们日常生活中，例如笔记本电脑、平板电脑和移动智能终端。同样，随着家庭固网宽带的发展，组建家庭网络的核心设备---家庭网关(Home Gateway)得到了广泛的部署，家庭网关是指家庭内的网络化信息设备与智能宽带接入网之间的接入网关，从其上行接入方式看，家庭网关可以分为DSL、PON等类型的接入形态，目前，运营商定制的家庭网关也已把WLAN功能作为标准配置，通过WLAN技术，家庭网关可以为家庭终端提供一种无线接入选择。
但在家庭业务实际开展中发现，通过家庭网关提供的WLAN覆盖很难完全满足业务质量要求，主要原因是WLAN采用的高频段无线电波在家庭环境下衰减很大，开放频段信号的干扰大，加之房屋结构差异大、家庭网关布放位置以及地方法规认证对最大发射功率的限制，导致WLAN信号质量不佳，特别是在房屋面积大的跃层或别墅中，仅由家庭网关提供的这种单一WLAN接入会在较远房间的无线覆盖边缘处，出现WLAN信号不稳定，接入带宽低，业务质量无法保证的问题。因此，为解决上述家庭大面积覆盖问题，一些家庭会额外购买一个或多个无线接入点(AP：Access Point)设备，如无线电力猫、无线AP来扩展WLAN的覆盖。这种WLAN分散部署、独立控制的组网方式在一定程度上，可以提高某点的覆盖性能，但对于普通用户来说，存在设备配置复杂、无线辐射增多、系统内干扰加大等无线资源利用率不高的不足。例如，为了保证移动智能终端的漫游体验，需要对独立AP设备手动配置相同的SSID、认证方式和密钥；独立AP一般无法做到根据环境自适应调整发射功率和工作信道，通常按照最大发射功率辐射，这样会带来不必要的能源消耗和辐射安全隐患，同时，越大的覆盖重叠面积也意味着越大的干扰隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种家庭网络互联方法，通过家庭网关对多个AP设备的集中管理，解决上述单一WLAN接入点和多WLAN接入点存在的诸多不足，实现简单、高效、节能环保的家庭网络互联。
本发明的另一目的是提供一种实施上述方法的家庭网络互联装置。
根据本发明第一方面，提供了一种家庭网络互联方法，包括以下步骤：
一个或多个AP设备向家庭网关发出用来加入家庭网络的联网请求：
所述家庭网关收到所述联网请求后，根据所述联网请求中携带的AP标识信息对AP设备进行验证；
对于验证成功的AP设备，所述家庭网关设置触发条件，并通过向AP设备下发功能控制消息，控制AP设备执行家庭网络互联的相关操作。
其中，所述的功能控制消息包括：AP无线漫游控制消息，终端漫游控制消息，AP节能控制消息和AP信道变更控制消息。
其中，所述的通过向AP设备下发功能控制消息，控制AP设备执行家庭网络互联的相关操作包括：家庭网关按照利用所述AP标识信息所查询到的AP无线漫游参数配置信息，向AP设备发送含有配置信息的AP无线漫游控制消息，使该AP设备按照所述配置信息完成配置更新，并按照更新后的配置提供WLAN接入服务。
其中，所述的通过向AP设备下发功能控制消息，控制AP设备执行家庭网络互联的相关操作还包括：家庭网关根据AP设备、无线终端用户STA信息以及网络负载，向AP设备发送所述终端漫游控制消息，控制该AP设备执行所述STA的终端漫游操作。
其中，所述的通过向AP设备下发功能控制消息，控制AP设备执行家庭网络互联的相关操作还包括：家庭网关检测到某AP设备满足关于节能的触发条件时，向AP设备发送AP节能控制消息，控制该AP设备进入节能状态。
其中，所述的通过向AP设备下发功能控制消息，控制AP设备执行家庭网络互联的相关操作还包括：家庭网关根据所设置的关于AP信道变更的触发条件，向AP设备发送所述AP信道变更控制消息，控制该AP设备执行信道变更操作。
其中，所述的一个或多个AP设备在上电后，由所述家庭网关向其分配IP地址。
根据本发明第二方面，提供了一种用来实现家庭网络互联的装置，包括：
设置在家庭网关上的控制端模块，用于根据AP设备联网请求中携带的AP标识信息对所述AP设备进行验证，对于验证成功的AP设备设置触发条件，并通过向AP设备下发功能控制消息，控制AP设备执行家庭网络互联的相关操作；
设置在每个AP设备上的受控端模块，用于向家庭网关发出用来加入家庭网络的所述联网请求，并根据家庭网关下发功能控制消息，执行家庭网络互联的相关操作。
其中，所述控制端模块包括：消息处理子模块，用于执行家庭网关与AP设备之间管理协议解封装、消息发送和接收处理；AP信息维护子模块220，用于执行AP设备的认证、AP信息存储、更新、检索；功能控制子模块230，用于下发所述功能控制消息，控制AP设备执行家庭网络互联的相关操作。
其中，所述受控端模块包括：消息处理子模块，用于执行AP设备与家庭网关之间管理协议解封装、消息发送和接收处理；功能执行子模块，用于根据家庭网关下发功能控制消息，执行家庭网络互联的相关操作；回传接口，用于建立AP设备与家庭网关之间的数据传输通道；无线接口，用于建立AP设备与STA的WLAN接入通道。
相对于现有技术，本发明的技术效果是，可以有效降低家庭网络配置难度，提高WLAN资源利用率，同时降低无线辐射，节约电能。
下面结合附图对本发明的家庭网络互联的方法及装置进行详细说明。
附图说明
图1是本发明的家庭网络逻辑组网方案图；
图2是本发明的家庭网关的结构图；
图3是本发明的接入点AP设备的结构图；
图4是本发明的家庭网络互联方法的示意图。
具体实施方式
本发明所要解决的技术问题是：(1)在家庭环境中，由家庭网关或其他无线路由器设备提供的单一WLAN AP覆盖场景下，存在离该AP较远处房间的Wi-Fi覆盖性能不佳或网络不稳定问题；(2)在由家庭网关和其他设备提供多个WLAN AP覆盖场景下，如上述分析所述，存在参数配置复杂、WLAN资源利用率不高的问题。
为此本发明提供了如图1所示的由家庭网关、多个AP设备构成家庭网络，本发明的核心思想是在家庭网关上设置家庭WLAN资源的控制端模块，其他配套WLAN AP设备上设置WLAN资源的受控端模块，并通过控制端模块和受控端模块实现家庭网络互联。控制端模块可以和多个受控端模块组成点对多点的星型组网，控制端模块和受控端模块之间制定一套管理协议，定义相关服务功能及消息，在某种触发条件或某功能算法控制下，由家庭网关的控制端模块向AP的受控端模块下发相关服务功能指令，从而使支持受控端模块的AP按照约定服务功能来执行具体动作。
图1所示的本发明的实现家庭网络互联的装置包括：
设置在家庭网关上的控制端模块，用于根据AP设备联网请求中携带的AP标识信息对所述AP设备进行验证，对于验证成功的AP设备设置触发条件，并通过向AP设备下发功能控制消息，控制AP设备执行家庭网络互联的相关操作；以及
设置在每个AP设备上的受控端模块，用于向家庭网关发出用来加入家庭网络的所述联网请求，并根据家庭网关下发功能控制消息，执行家庭网络互联的相关操作。
本发明的家庭网关是指部署在家庭环境中，由电信运营商提供或用户在电子产品市场自行购买的用于组建家庭通讯网络的电子设备，包括但不局限于xDSL终端、PON终端、Cable终端、HomePlug AV/IEEE 1901电力猫、G.hn设备等。
图2显示了本发明的家庭网关控制端模块的结构，如图2所示，家庭网关控制端模块包括：
消息处理子模块210，用于执行家庭网关与AP设备之间管理协议解封装、消息发送和接收处理；
AP信息维护子模块220，用于执行AP设备的认证、AP信息存储、更新、检索；
功能控制子模块230，用于下发所述功能控制消息，控制AP设备执行家庭网络互联的相关操作。
图3显示了本发明的AP设备受控端模块的结构，如图3所示，AP设备受控端模块包括：
消息处理子模块310，用于执行AP设备与家庭网关之间管理协议解封装、消息发送和接收处理；
功能执行子模块320，用于根据家庭网关下发功能控制消息，执行家庭网络互联的相关操作；
回传接口330，用于建立AP设备与家庭网关之间的数据传输通道；
无线接口340，用于建立AP设备与STA的WLAN接入通道。
图4显示了本发明的家庭网络互联方法，如图4所示，家庭网络互联方法包括：
一个或多个AP设备向家庭网关发出用来加入家庭网络的联网请求：
所述家庭网关收到所述联网请求后，根据联网请求中携带的AP标识信息对所述AP设备进行验证，即检验AP的合法性；
对于验证成功的AP设备，所述家庭网关设置触发条件，并通过向AP设备下发功能控制消息，控制AP设备执行家庭网络互联的相关操作。
家庭网关检验所述AP合法性之后，可以向所述AP发送携带对其认证结果的响应消息。
上述的功能控制消息包括：AP无线漫游控制消息，终端漫游控制消息，AP节能控制消息和AP信道变更控制消息。其中，上述的触发条件指自然时间、设备硬件状态、设备软件状态、软件算法执行满足了所述功能控制消息执行的触发条件。
上述的通过向AP设备下发功能控制消息，控制AP设备执行家庭网络互联的相关操作包括：
家庭网关按照利用所述AP标识信息所查询到的AP无线漫游参数配置信息，向AP设备发送含有配置信息的AP无线漫游控制消息，使该AP设备按照所述配置信息完成配置更新，并按照更新后的配置提供WLAN接入服务。
上述的通过向AP设备下发功能控制消息，控制AP设备执行家庭网络互联的相关操作还包括：
家庭网关根据AP设备、无线终端用户STA信息以及网络负载，向AP设备发送所述终端漫游控制消息，控制该AP设备执行所述STA的终端漫游操作。
上述的通过向AP设备下发功能控制消息，控制AP设备执行家庭网络互联的相关操作还包括：
家庭网关检测到某AP设备满足关于节能的触发条件时，向AP设备发送AP节能控制消息，控制该AP设备进入节能状态。
上述的通过向AP设备下发功能控制消息，控制AP设备执行家庭网络互联的相关操作还包括：
家庭网关根据所设置的关于AP信道变更的触发条件，向AP设备发送所述AP信道变更控制消息，控制该AP设备执行信道变更操作。
其中上述的一个或多个AP设备在上电后，由所述家庭网关向其分配IP地址。
具体地说，AP通过动态主机设置协议(Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP)向所述家庭网关获取IP地址的方式和通过自定义私有协议获取IP地址的方式。
此外，AP设置也可以通过静态配置方式，即在所述AP上静态配置自身IP地址，来获得IP地址。
家庭网关可以向AP通告家庭网关自身管理IP地址，比如在所述AP上静态配置家庭网关的管理IP地址，或者通过在家庭网关和AP之间的动态主机设置协议(Dynamic HostConfiguration Protocol，DHCP)中的参数项里携带IP地址和自定义私有协议中携带IP地址。
AP设备加入消息也可以通过上述的家庭网关和AP的管理IP地址获取消息(DHCP协议或自定义私有协议)来实现。其中，所述设备加入消息携带的AP的标识信息包括但不局限于所述AP的厂家标识(VendorIdentifier)、AP型号、硬件版本号或软件版本号等。
下面通过一个具体实施例对本发明的家庭网络互联进行详细说明。
本实施例可以为家庭用户提供带宽有保证的，稳定的无线覆盖，提升用户业务体验。在FTTH大力发展的今天，PON终端已开始广泛部署在家庭里，支持WIFI功能的PON终端为家庭提供了WLAN覆盖功能，但在跃层或别墅场景下，无线覆盖效果不好，所以此实例中，在离PON终端较远的书房、卧室增加远端AP，在没有以太网布线的环境下，假设本实施例中AP上行采用电力线回传，最终构成以PON终端为WLAN资源控制中心，远端多个电力猫AP为受控端的星型组网方式。具体操作步骤如下：
步骤101，家庭网关接收所述AP发送的设备加入消息，所述设备加入消息携带AP标识信息。在此实施例中，PON家庭网关接收电力猫AP发送的设备加入消息之前需要执行AP和PON网关IP地址获取过程；
在此实施例中，在PON网关上实现DHCP Server功能，AP上电后，通过动态主机设置协议(Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP)向PON网关获取IP地址，具体遵循RFC2131、RFC2132，同时在PON网关回复的DHCPOFFER消息中通过OPTION属性(如OPTION43或OPTION52)携带PON网关管理IP。通过DHCP协议交互后，AP和PON网关分别拥有各自的管理IP，后续基于双方管理IP建立管理通道。除了利用DHCP协议设置IP地址的方法外，也可以设计私有发现协议运行在设定服务端口，私有发现协议的优势可以有效解决同一局域网内存在多DHCP Server的情况。
如此步骤所述，当采用DHCP设置IP地址时，AP可以在DHCP请求消息中携带此AP的认证标识信息，认证信息包括但不局限于所述配套AP的厂家标识(Vendor Identifier)、AP型号、硬件版本号、软件版本号等，这些信息可以在OPTION60参数项里加载。
在此实施例中，所述的设备加入消息可以通过前述的DHCP消息实现，因此不需要重新定义新消息。
步骤102，家庭网关根据所述AP标识信息检验所述AP合法性。
在此实施例中，PON网关和AP之间约定标识信息上报格式。PON网关根据设定的验证策略完成AP的接入认证，合法性验证时机可以设定在PON网关接收到AP发送的DHCPDiscovery请求消息后，当验证合法后，PON网关继续执行DHCP协议过程。在此实施例中，当验证合法后，PON网关可以不需要向AP单独回复设备加入响应成功消息；当验证非法后，PON网关不响应APDHCPDiscovery消息，因此也不会向AP分配IP地址，同时也不需要提供设备加入响应失败消息。
步骤103，在设定条件触发下，所述家庭网关向已验证的合法AP设备发送功能控制消息。
在此实施例中，举例存在如下的控制功能：AP无线漫游参数同步、终端漫游控制、AP节能控制和AP信道变更。
(1)AP无线漫游参数同步
PON网关根据AP型号等信息查询到AP的无线漫游参数配置信息后，向AP发送配置更新控制消息，最常用的配置信息包括AP的SSID、认证方法和密钥，AP完成配置更新后，按照新的配置提供WLAN接入服务。在家庭网络中，统一的无线配置是保证中断漫游的前提条件。统一的配置更新功能可以降低用户单独配置的难度。
(2)终端漫游控制
PON网关统一维护所管辖AP和STA信息、网络负载等
PON网关根据以上信息主动触发目标STA切换流程：基本方法是网关控制老AP下发解关联消息，并抑制STA接入本AP，同时，网关控制目标AP接收STA接入请求。
(3)AP节能控制
PON网关检测到某AP满足某条件时，PON网关则向该AP下发进入节能状态消息，则AP执行节能动作。其中，所述某条件可能是一种可配置策略，例如AP或网络关联STA为0或已有STA关联但无流量等。
(4)AP信道变更
PON网关上设置AP信道调整策略，调整策略可能包括第一次启动、控制周期、信号强度阈值、无终端关联或终端无业务等，
当AP第一次启动完成配置更新后，满足第一次启动触发条件，PON网关向AP发送信道变更控制消息，AP接收到控制消息后，AP启动SSID时扫描所有信道，将当前信道调整到干扰最小的信道。
当AP在正常运行过程中，如果策略满足触发条件后，PON网关向AP发送信道变更控制消息，AP接收到控制消息后，扫描当前信道，如果RSSI值超过阈值，那么，AP扫描所有信道，将当前信道调整到干扰最小的信道。
步骤104，所述AP接收功能控制消息，并根据功能控制消息预设动作，完成相关功能和服务。如步骤104所述，AP接收来自PON网关的功能控制消息，并根据功能控制消息预设动作，完成相关功能和服务。
之后，AP可能会向所述PON网关回复功能控制消息执行结果。
根据上述实施例提供的方法，所述PON网关在不改变硬件设计前提下，软件上增加控制端模块，控制端模块包括消息处理子模块、AP信息维护子模块和功能控制子模块。如图2所示。
消息处理子模块210：完成所述PON网关和AP之间管理协议解封装、消息发送和接收；其中，管理协议基于TCP/IP协议，可以通过PDU(Protocol Data Unit)报文定义具体消息格式，实现步骤103所述功能服务。
AP信息维护子模块220：完成AP合法性认证、AP信息存储、更新、检索；其中，合法性认证实现认证策略的配置和维护；AP信息主要指步骤103所述功能服务所需的静态和动态数据，例如AP所关联STA列表、AP信道列表等。AP动态信息的维护过程也需要AP和PON网关之间定义特别信息查询功能服务来支撑。AP信息维护子模块220和功能控制子模块230之间互相协调、提供数据支持。
功能控制子模块230：实现具体功能服务逻辑控制算法，具体见步骤104所述。
在本发明至少包括一个家庭网关和一个接入点AP的家庭网络通信中，接入点AP在不改变硬件设计前提下，软件上增加受控端模块。该受控端模块实现所述AP和家庭网关之间消息交互和功能执行，如图3所示，具体包括以下子模块：
消息处理子模块310，完成所述AP和PON网关之间管理协议解封装、消息发送和接收；其中管理控制协议基于TCP/IP，通过私有消息定义实现，实现步骤103所述功能服务。
功能执行子模块320，实现具体功能执行逻辑，功能服务如步骤103所述；
回传接口330，用于实现所述AP和家庭网关之间的数据传输通道，本实施例中AP回传接口包括采用ITU G.hn标准；
无线接口340，用于实现所述AP和无线终端用户(STA)的WLAN接入通道，本实施例中AP无线模块包括采用IEEE 802.11b/g/n 2T2R方案，例如Atheros AR9344单芯片方案。
综上所述，可以有效降低家庭网络配置难度，提高WLAN资源利用率，同时降低无线辐射，节约电能
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种家庭网络互联方法，其特征在于，包括以下步骤：
一个或多个AP设备向家庭网关发出用来加入家庭网络的联网请求：
所述家庭网关收到一个或多个AP设备发出的所述联网请求后，根据所述联网请求中携带的AP标识信息对AP设备进行合法性验证；
对于验证成功的AP设备，所述家庭网关为其设置触发条件；
所述家庭网关在所述触发条件被触发时，向验证成功的AP设备下发功能控制消息，控制该AP设备执行家庭网络互联的相关操作；
其中，所述AP设备是用来扩展家庭网关提供的WLAN覆盖的无线接入点设备。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的功能控制消息包括：AP无线漫游控制消息，终端漫游控制消息，AP节能控制消息和AP信道变更控制消息。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过向AP设备下发功能控制消息，控制AP设备执行家庭网络互联的相关操作包括：
家庭网关按照利用所述AP标识信息所查询到的AP无线漫游参数配置信息，向AP设备发送含有配置信息的AP无线漫游控制消息，使该AP设备按照所述配置信息完成配置更新，并按照更新后的配置提供WLAN接入服务。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过向AP设备下发功能控制消息，控制AP设备执行家庭网络互联的相关操作还包括：
家庭网关根据AP设备、无线终端用户STA信息以及网络负载，向AP设备发送所述终端漫游控制消息，控制该AP设备执行所述STA的终端漫游操作。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过向AP设备下发功能控制消息，控制AP设备执行家庭网络互联的相关操作还包括：
家庭网关检测到某AP设备满足关于节能的触发条件时，向AP设备发送AP节能控制消息，控制该AP设备进入节能状态。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过向AP设备下发功能控制消息，控制AP设备执行家庭网络互联的相关操作还包括：
家庭网关根据所设置的关于AP信道变更的触发条件，向AP设备发送所述AP信道变更控制消息，控制该AP设备执行信道变更操作。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一个或多个AP设备在上电后，由所述家庭网关向其分配IP地址。
8.一种用来实现家庭网络互联的装置，其特征在于，包括：
设置在家庭网关上的控制端模块，用于根据AP设备联网请求中携带的AP标识信息对所述AP设备进行合法性验证，对验证成功的AP设备设置触发条件；并在所述触发条件被触发时，向AP设备下发功能控制消息，控制AP设备执行家庭网络互联的相关操作；
设置在每个AP设备上的受控端模块，用于向家庭网关发出用来加入家庭网络的所述联网请求，并根据家庭网关下发功能控制消息，执行家庭网络互联的相关操作；
其中，所述AP设备是用来扩展家庭网关提供的WLAN覆盖的无线接入点设备。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述控制端模块包括：
消息处理子模块，用于执行家庭网关与AP设备之间管理协议解封装、消息发送和接收处理；
AP信息维护子模块，用于执行AP设备的认证、AP信息存储、更新、检索；
功能控制子模块，用于下发所述功能控制消息，控制AP设备执行家庭网络互联的相关操作。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述受控端模块包括：
消息处理子模块，用于执行AP设备与家庭网关之间管理协议解封装、消息发送和接收处理；
功能执行子模块，用于根据家庭网关下发功能控制消息，执行家庭网络互联的相关操作；
回传接口，用于建立AP设备与家庭网关之间的数据传输通道；
无线接口，用于建立AP设备与STA的WLAN接入通道。
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