CN104506344A - 一种智能家电无线通信网络及其通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能家电无线通信网络及其通信方法，其中，智能家电包括总管理单元、子管理单元、设备单元。通过通信协议灵活实现网络安全、数据加密、权限通信管理，多种发送方式等等，能够灵活组网，包括手动组网和自动组网，使家电设备组网、通信更加智能化。发明同是采用信道搜索、申请的方式，避免了网络间的相互干扰，大大提高通信的可靠性，提高了正常通信之间的效率。
Description
技术领域
本发明涉及智能家居领域，具体涉及一种智能家电无线通信网络及其通信方法。
背景技术
随着智能家电种类多样化，功能的复杂化，控制数据批量化，更加考验着采用无线数据传输的控制器与家电设备的通信稳定性、可靠性、灵活性和安全性。作为智能家庭，家电设备需要分区域，区域之间需要有区域权限，不同网络间的相互冲突很容易影响通信的质量。
发明内容
针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种智能家电无线通信网络及其通信方法，以增强智能家电的无线电抗干扰能力，实现家电分区域和区域权限管理，增加无线通信的稳定可靠性，安全性。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种智能家电无线通信网络及其通信方法，所述智能家电包括总管理单元、子管理单元和设备单元；
总管理单元创建一个网络，并选取无线信道和产生网络识别符；启动总管理单元后从无线通道中选取一个无线通道，并产生一个网络识别符，总管理单元，在无线通信中处于首要地位，管理着子管理单元，给子管理单元分配群组地址；
子管理单元加入网络，子管理单元通过申请认证确定一个无线信道并跳转，在该无线信道上查询网络，当该信道无网络时，则跳转到下一个无线信道进行申请认证确定无线信道，并进行网络查询，直至在无线信道上查询到网络为止；子管理单元通过申请认证与总管理单元通信，总管理单元在节点列表中添加子管理单元信息，子管理单元，解析总管理单元的命令，管理操控该子管理单元的群组里的设备单元；
设备单元加入网络，子管理单元通过申请认证确定一个无线信道并跳转，在该无线信道上查询网络，当该信道无网络时，则跳转到下一个无线信道进行申请认证确定无线信道，并进行网络查询，直至在无线信道上查询到网络为止；设备单元通过申请认证与总管理单元通信，总管理单元通知对应的子管理单元刷新设备列表；所述设备单元，在无线通信中属于终端设备，由子管理单元管理。
上述子管理单元、设备单元均是一个或多个；总管理单元管理所有的子管理单元；子管理单元管理所有的设备单元；总管理单元可以与所有的子管理单元相互通信；子管理单元可以与其管理的设备单元相互通信。
更进一步的，所述总管理单元拥有一个字节长的网络地址识别符，该识别符关联整个网络；子管理单元设定或由总管理单元分配一个字节长的群组地址识别符，该识别符关联该子管理单元下的所有设备单元；设备单元设定或由子管理单元分配一个字节长的设备地址识别符。本智能家电在进行无线数据通信时，具有明显的群组权限管理功能本，明显的分级管理功能；总管理单元具有关于子管理单元的路由表；子管理单元具有关于设备单元的路由表。
更进一步的，所述网络地址识别符= (无线信道号 << 4) | 安全验证码，其中安全验证码是一个随机码，范围是从0x00到0x0E，无线信道号的范围是从0x00到0x0f的16个无线信道，是由无线物理层决定。
更进一步的，所述总管理单元创建一个网络场景，包括无线信道和网络识别符；其中信道设置分为手动设置和自动搜索两种方式；启动总管理单元时，总管理单元轮询向各个无线物理通道发送一个申请信息帧，如果已经有网络占据了此通道，则网络的总管理单元会回应一个信息帧告之信道已经被占用；然而继续往下一通道申请，如果所有信道都被占用，则休眠一分钟继续轮询申请，直到申请到为止；然后产生一个网络识别符。
更进一步的，所述子管理单元加入网络，子管理单元加入网络属于一个申请和认证过程；当手动设置子管理单元的无线信道号，则子管理单元直接跳转到该无线信道，申请、认证，当自动设置子管理单元的无线信道号，则从信道0x00到信道0x0f逐个信道申请、认证；
子管理单元跳转信道后，首先发送一个查询是否有网络存在的指令帧，当没有网络存在，自动模式下则跳转下一通道，在手动模式则隔20秒查询一次，直到查询到网络为止；如果查询到网络，子管理单元先发送一个认证申请帧，总管理单元收到此帧数据，回应一个随机验证码帧，子管理单元收到验证码之后，密码加验证码进行特定的运算，输出一串加密后的密码数据，加上申请群组识别符申请信息发给总管理单元，总管理单元解密后比较密码是否通过，通过则发送包括网络识别符和群组识别符的网络信息帧，允许入网，当不通过或群组识别符已经被占用，则发送验证识别帧；当认证通过，总管理单元会在节点列表中添加子管理单元信息；上述申请群组识别符申请信息中0x00则代表自动获取，0x02到0xf0则代表手动设置。
更进一步的，所述设备单元加入网络，设备单元加入网络属于一个申请和认证过程；当手动设置子管理单元的信道号，则子管理单元直接跳转到该信道，查询是否有网络的子存在，当自动设置子管理单元的信道号的模式，则从无线信道0x00到无线信道0x0f逐个信道查询存在的通道；当查询到网络，则设备发送入网请求帧，总管理单元收到此帧数据，回应一个随机验证码帧，子管理单元收到验证码之后，密码加验证码进行特定的运算，输出一串加密后的密码数据，加上申请群组识别符申请信息及加上申请设备识别符申请信息，发给总管理单元，总管理单元解密后比较密码是否通过，通过则发送包括网络识别符、群组识别符和设备识别符的网络信息帧，允许入网，当不通过或群组识别符和子设备识别符已经被占用，则发送验证识别帧；当认证通过，总管理单元通知对应的子管理单元刷新设备列表；上述申请设备识别符申请信息中0x00则代表自动获取，0x02到0xf0则代表手动设置。
更进一步的，总管理单元能够直接与各个子管理单元通信，也能够直接与设备单元直接通信；总管理单元具备单播和组播功能；
单播地址：网络识别符.(0x02~0xf0).(0x01~0xf0)，其中0x01为子管理单元，0x02~0xf0为设备单元；
组播地址：
对子管理单元组播：网络识别符|0xff|0x00|；
对整个网络里的所有单元组播：网络识别符|0xff|0xff|；
对某个群组及群组里的设备广播：网络识别符|(0x02~0xf0)|0xff|；
子管理单元能够直接与各个总管理单元通信，能够与其它子管理单元通信，也能够直接与群内设备单元直接通信；
子管理单元对总管理单元单播地址：网络识别符.0x01.0x01；
子管理单元对其它子管理单元单播地址：网络识别符.群组识别符.0x01；
子管理单元对其它子管理单元组播地址：网络识别符.0xff.0x01；
子管理单元对群组内设备单元单播地址：
网络识别符.群组识别符.(0x02~0xf0)，0x02~0xf0表示设备单元；
子管理单元对群组内设备单元组播地址：
网络识别符.群组识别符.0xff；
设备单元能够直接与各个总管理单元通信，能够与群组子管理单元通信，也能够与群组内其它设备单元直接通信；
设备单元对总管理单元单播地址：网络识别符.0x01.0x01；
设备单元对其群组子管理单元单播地址：网络识别符.群组识别符.0x01；
设备单元对群组内设备单元单播地址：
网络识别符.群组识别符.(0x02~0xf0)，0x02~0xf0表示设备单元；
设备单元对群组内设备单元组播地址：
网络识别符.群组识别符.0xff。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明是一种智能家电无线通信网络及其通信方法，较有效地增强智能家电的无线电抗干扰能力，实现家电分区域和区域权限管理，增加无线通信的稳定可靠性，安全性，更加适合智能家电无线通信的推广使用。
附图说明
图1为智能家电无线网络拓扑结构示意图。
图2为本发明中子管理单元验证过程示意图。
图3为本发明中设备单元验证过程示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
为了使本发明实例的技术方案及优点更加清楚，下面将结合本发明实施例结构示意图，对本发明的实施例进行清楚地描述。
智能家电，包含一个总管理单元，一个或多个子管理单元，一个或多个设备单元。如图1，一种智能家电，包括：
总管理单元，在无线通信中处于首要地位，由它创建一个通信网络场景，同时它管理着子管理单元，给子管理单元分配群组地址。
子管理单元，在无线通信中处于中间桥梁作用，解析总管理单元的指令，操控，管理着群组里的子设备。
设备单元，在无线通信中属于终端设备，由子管理单元管理。
无线信道，范围从0x00到0x0f，总共16个信道，由无线物理层决定。
帧格式：|源MAC地址(8byte)|目的MAC地址(8byte)|帧类型(1byte)|数据长度(2byte)|数据|CRC(2byte)|
网络工作原理及过程分以下几点：
总管理单元需要创建一个网络场景，包括无线信道和网络识别符。信道设置可以分为手动设置和自动搜索两种方式；启动总管理单元时，总管理单元轮询向各个无线物理通道发送一个申请信息帧，如果已经有网络占据了此通道，则网络的总管理单元会回应一个信息帧告之信道已经被占用；然而继续往下一通道申请，如果所有信道都被占用，则休眠一分钟继续轮询申请，直到申请到为止；然后产生一个网络识别符，计算公式如下：
网络识别符 = (信道号 << 4) | 安全验证码
其中安全验证码是一个随机码，范围从0x00到0x0E；而网络识别符为0xff时，作为特殊帧使用，如申请入网、申请认证等还未进入网络时的数据帧使用。
子管理单元加入网络。子管理单元加入网络属于一个申请和认证过程。如果手动设置子管理单元的信道号，则子管理单元直接跳转到该信道，申请、认证，假如设置自动模式，则从信道0x00到信道0x0f逐个信道申请、认证；
子管理单元跳转信道后，首先发送一个查询是否有网络存在的指令帧，假如没有，自动模式下则跳转下一通道，手动模式则隔20秒查询一次，直到查询到网络为止；如果查询到网络，如图2所示，子管理单元先发送一个认证申请帧，总管理单元收到此帧数据，回应一个随机验证码帧，子管理单元收到验证码之后，密码加验证码进行特定的运算，输出一串加密后的密码数据，加上申请群组识别符申请信息(0x00代表自动获取，0x02到0xf0为手动设置)发给总管理单元，总管理单元解密后比较密码是否通过，通过则发送网络信息帧，包括网络识别符和群组识别符等允许入网，假如不通过或群组识别符已经被占用，则发送验证识别帧。
假如认证通过，总管理单元会在节点列表中添加子管理单元信息。
设备单元加入网络。设备单元加入网络属于一个申请和认证过程。如果手动设置子管理单元的信道号，则子管理单元直接跳转到该信道，查询是否有网络的存在，假如设置自动模式，则从信道0x00到信道0x0f逐个信道查询存在的通道；当查询到网络，则子设备发送入网请求帧，总管理单元收到此帧数据，回应一个随机验证码帧，子管理单元收到验证码之后，密码加验证码进行特定的运算，输出一串加密后的密码数据，加上申请群组识别符申请信息(0x00代表自动获取，0x02到0xf0为手动设置)，加上申请子设备识别符申请信息(0x00代表自动获取，0x02到0xf0为手动设置)，发给总管理单元，总管理单元解密后比较密码是否通过，通过则发送网络信息帧，包括网络识别符、群组识别符和子设备识别符等允许入网，假如不通过或群组识别符和子设备识别符已经被占用，则发送验证识别帧。如果认证通过，总管理单元通知对应的子管理单元刷新子设备列表。
通信帧：
源MAC地址为自身的MAC地址，8字节长；
目的MAC地址，在组播情况下为8个0xff，在单播情况下，总管理单元向子管理单元，子管理单元向总管理单元，子管理单元向群组内设备单元，设备单元向组的子管理单元，设备单元向总管理单元这几种情况都填入正确的目MAC，其它都填入0xff即可；
帧类型为0x20.
数据格式：
|源通信地址(3byte)|目标通信地址(3byte)|通信类型(1byte)|通信数据长度(2byte)|通信数据|
通信地址格式：|网络识别符|群组识别符|子设备识别符|
其中3个识别符都为1个字节；
总管理单元通信地址为：网络识别符.0x01.0x01。
子管理单元通信地址为：网络识别符.(0x02~0xf0).0x01。
子管理单元通信地址为：网络识别符.(0x02~0xf0).(0x02~0xf0)。
总管理单元可以直接与各个子管理单元通信，也可以直接与设备单元直接通信。总管理单元具备单播和组播功能；
单播地址：网络识别符.(0x02~0xf0).(0x01~0xf0,其中0x01为子管理单元，0x02~0xf0为设备单元)。
组播地址：
对子管理单元组播：网络识别符|0xff|0x00|。
对整个网络里的所有单元组播：网络识别符|0xff|0xff|。
对某个群组及群组里的子设备广播：网络识别符|(0x02~0xf0)|0xff|。
子管理单元可以直接与各个总管理单元通信，可以与其它子管理单元通信，可以直接与群内设备单元直接通信。
子管理单元对总管理单元单播地址：网络识别符.0x01.0x01；
子管理单元对其它子管理单元单播地址：网络识别符.群组识别符.0x01；
子管理单元对其它子管理单元组播地址：网络识别符.0xff.0x01；
子管理单元对群组内设备单元单播地址：
网络识别符.群组识别符.(0x02~0xf0设备单元)。
子管理单元对群组内设备单元组播地址：
网络识别符.群组识别符.0xff。
设备单元可以直接与各个总管理单元通信，可以与群组子管理单元通信，也可以与群组内其它设备单元直接通信。
设备单元对总管理单元单播地址：网络识别符.0x01.0x01；
设备单元对其群组子管理单元单播地址：网络识别符.群组识别符.0x01；
设备单元对群组内设备单元单播地址：
网络识别符.群组识别符.(0x02~0xf0设备单元)。
设备单元对群组内设备单元组播地址：
网络识别符.群组识别符.0xff。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种智能家电无线通信网络及其通信方法，其特征在于，所述智能家电包括总管理单元、子管理单元和设备单元；
总管理单元创建一个网络，并选取无线信道和产生网络识别符；启动总管理单元后从无线通道中选取一个无线通道，并产生一个网络识别符，总管理单元，在无线通信中处于首要地位，管理着子管理单元，给子管理单元分配群组地址；
子管理单元加入网络，子管理单元通过申请认证确定一个无线信道并跳转，在该无线信道上查询网络，当该信道无网络时，则跳转到下一个无线信道进行申请认证确定无线信道，并进行网络查询，直至在无线信道上查询到网络为止；子管理单元通过申请认证与总管理单元通信，总管理单元在节点列表中添加子管理单元信息，子管理单元，解析总管理单元的命令，管理操控该子管理单元的群组里的设备单元；
设备单元加入网络，子管理单元通过申请认证确定一个无线信道并跳转，在该无线信道上查询网络，当该信道无网络时，则跳转到下一个无线信道进行申请认证确定无线信道，并进行网络查询，直至在无线信道上查询到网络为止；设备单元通过申请认证与总管理单元通信，总管理单元通知对应的子管理单元刷新设备列表；所述设备单元，在无线通信中属于终端设备，由子管理单元管理。
2.根据权利要求1所述的智能家电无线通信网络及其通信方法，其特征在于，所述总管理单元拥有一个字节长的网络地址识别符，该识别符关联整个网络；子管理单元设定或由总管理单元分配一个字节长的群组地址识别符，该识别符关联该子管理单元下的所有设备单元；设备单元设定或由子管理单元分配一个字节长的设备地址识别符。
3.根据权利要求2所述的智能家电无线通信网络及其通信方法，其特征在于，所述网络地址识别符= (无线信道号 << 4) | 安全验证码，其中安全验证码是一个随机码，范围是从0x00到0x0E，无线信道号的范围是从0x00到0x0f的16个无线信道，是由无线物理层决定。
4.根据权利要求3所述的智能家电无线通信网络及其通信方法，其特征在于，所述总管理单元创建一个网络场景，包括无线信道和网络识别符；其中信道设置分为手动设置和自动搜索两种方式；启动总管理单元时，总管理单元轮询向各个无线物理通道发送一个申请信息帧，如果已经有网络占据了此通道，则网络的总管理单元会回应一个信息帧告之信道已经被占用；然而继续往下一通道申请，如果所有信道都被占用，则休眠一分钟继续轮询申请，直到申请到为止；然后产生一个网络识别符。
5.根据权利要求4所述的智能家电无线通信网络及其通信方法，其特征在于，所述子管理单元加入网络，子管理单元加入网络属于一个申请和认证过程；当手动设置子管理单元的无线信道号，则子管理单元直接跳转到该无线信道，申请、认证，当自动设置子管理单元的无线信道号，则从信道0x00到信道0x0f逐个信道申请、认证；
子管理单元跳转信道后，首先发送一个查询是否有网络存在的指令帧，当没有网络存在，自动模式下则跳转下一通道，在手动模式则隔20秒查询一次，直到查询到网络为止；如果查询到网络，子管理单元先发送一个认证申请帧，总管理单元收到此帧数据，回应一个随机验证码帧，子管理单元收到验证码之后，密码加验证码进行特定的运算，输出一串加密后的密码数据，加上申请群组识别符申请信息发给总管理单元，总管理单元解密后比较密码是否通过，通过则发送包括网络识别符和群组识别符的网络信息帧，允许入网，当不通过或群组识别符已经被占用，则发送验证识别帧；当认证通过，总管理单元会在节点列表中添加子管理单元信息；上述申请群组识别符申请信息中0x00则代表自动获取，0x02到0xf0则代表手动设置。
6.根据权利要求5所述的智能家电无线通信网络及其通信方法，其特征在于，所述设备单元加入网络，设备单元加入网络属于一个申请和认证过程；当手动设置子管理单元的信道号，则子管理单元直接跳转到该信道，查询是否有网络的子存在，当自动设置子管理单元的信道号的模式，则从无线信道0x00到无线信道0x0f逐个信道查询存在的通道；当查询到网络，则设备发送入网请求帧，总管理单元收到此帧数据，回应一个随机验证码帧，子管理单元收到验证码之后，密码加验证码进行特定的运算，输出一串加密后的密码数据，加上申请群组识别符申请信息及加上申请设备识别符申请信息，发给总管理单元，总管理单元解密后比较密码是否通过，通过则发送包括网络识别符、群组识别符和设备识别符的网络信息帧，允许入网，当不通过或群组识别符和子设备识别符已经被占用，则发送验证识别帧；当认证通过，总管理单元通知对应的子管理单元刷新设备列表；上述申请设备识别符申请信息中0x00则代表自动获取，0x02到0xf0则代表手动设置。
7.根据权利要求6所述的智能家电无线通信网络及其通信方法，其特征在于，总管理单元能够直接与各个子管理单元通信，也能够直接与设备单元直接通信；总管理单元具备单播和组播功能；
单播地址：网络识别符.(0x02~0xf0).(0x01~0xf0)，其中0x01为子管理单元，0x02~0xf0为设备单元；
组播地址：
对子管理单元组播：网络识别符|0xff|0x00|；
对整个网络里的所有单元组播：网络识别符|0xff|0xff|；
对某个群组及群组里的设备广播：网络识别符|(0x02~0xf0)|0xff|；
子管理单元能够直接与各个总管理单元通信，能够与其它子管理单元通信，也能够直接与群内设备单元直接通信；
子管理单元对总管理单元单播地址：网络识别符.0x01.0x01；
子管理单元对其它子管理单元单播地址：网络识别符.群组识别符.0x01；
子管理单元对其它子管理单元组播地址：网络识别符.0xff.0x01；
子管理单元对群组内设备单元单播地址：
网络识别符.群组识别符.(0x02~0xf0)，0x02~0xf0表示设备单元；
子管理单元对群组内设备单元组播地址：
网络识别符.群组识别符.0xff；
设备单元能够直接与各个总管理单元通信，能够与群组子管理单元通信，也能够与群组内其它设备单元直接通信；
设备单元对总管理单元单播地址：网络识别符.0x01.0x01；
设备单元对其群组子管理单元单播地址：网络识别符.群组识别符.0x0x1；
设备单元对群组内设备单元单播地址：
网络识别符.群组识别符.(0x02~0xf0)，0x02~0xf0表示设备单元；
设备单元对群组内设备单元组播地址：
网络识别符.群组识别符.0xff。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150408 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |