CN104821911B - 基于网络功能虚拟化的家庭网关系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于网络功能虚拟化的家庭网关系统，该系统包括简化网关主控制模块1、Zigbee协调器2、Wi‑Fi通信模块3、液晶触摸屏4、智能家居服务器5、用户手持智能终端6；所述的简化网关主控制模块1和智能家居服务器5通过局域网相连，Zigbee协调器2和简化网关主控制模块1通过串口连接。Wi‑Fi通信模块3通过通用串行总线和简化网关主控模块(1)相连。液晶触摸屏4和简化网关主控制模块1通过数据线相连。用户手持终端6通过互联网接入智能家居服务器5。

Description

基于网络功能虚拟化的家庭网关系统

技术领域

本发明涉及一种基于网络功能虚拟化的家庭网关系统，属于通信技术领域。

背景技术

作为物联网应用领域之一的智能家居一直以来受到工业界的持续关注，普遍认为其有着光明的市场前景。对智能家居的技术研究不断加深，部分厂商正在大力推广，取得了一些经济效益。智能家居融合了网络通信技术、传感采集技术在内的多种技术，能给人们的家居生活带来信息化和智能化，使人们享受高品质生活。

目前为了不断增加智能家居系统的智能性，作为智能家居系统核心的家庭网关被承载越来越多的功能,从而使家庭网关的系统复杂度不断增加。这不但导致了用户易用性减低和部署成本的提高，而且当家庭网关发生故障时，需要派遣专业人员到用户驻地进行维护，增加了家庭网关的后期维护成本，阻碍了智能家居的普及，而本发明能够很好地解决上面的问题。

发明内容

本发明目的在于提供了一种基于网络功能虚拟化的家庭网关系统，该系统与传统的家庭网关系统相比，进行了功能上的拆分。原有用户驻地侧的网关设备在功能上进行了简化，仅保留必要的通信接口功能、数据转发功能和本地管理功能。将实现智能家居的高级功能实现在服务提供商的智能家居服务器上，这些高级网关功能是虚拟应用的形式实现，智能家居服务器为其提供虚拟化平台。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种基于网络功能虚拟化的家庭网关系统，该系统包括简化网关主控制模块1、Zigbee协调器2、Wi-Fi通信模块3、液晶触摸屏4、智能家居服务器5、用户手持智能终端6；所述的简化网关主控制模块1和智能家居服务器5通过局域网相连，Zigbee协调器2和简化网关主控制模块1通过串口连接。Wi-Fi通信模块3通过通用串行总线和简化网关主控模块(1)相连。液晶触摸屏4和简化网关主控制模块1通过数据线相连。用户手持终端6通过互联网接入智能家居服务器5。

本发明原有用户驻地侧的网关设备在功能上进行了简化，仅保留必要的通信接口功能、数据转发功能和本地管理功能。将实现智能家居的高级功能实现在服务提供商的智能家居服务器上，这些高级网关功能是虚拟应用的形式实现，智能家居服务器为其提供虚拟化平台。

本发明简化网关采用精简的嵌入式系统方案实现,其位于用户驻地侧，其是用户家庭内部网络与智能家居服务器之间的枢纽。简化网关与外部数据通信接口上，保留的有以太网通信接口，与Zigbee协调器接口，与Wi-Fi通信模块接口。简化网关通过以太网接口接入远端智能家居服务器，可以将家庭内部网络的不同格式数据包转发到智能家居服务器上，或接收从智能家居服务器传来的数据转发至家庭内部网络。

本发明简化网关主控模块接收到智能家居服务器发送来的数据，。简化网关主控制模块同时连接Wi-Fi通信模块，用户在家庭内部可以使用智能终端通过Wi-Fi网络连接简化网关主控制模块。

本发明按照网络功能虚拟化的技术思路，对于被简化的高级家庭网关功能以虚拟网络功能的形式存在，智能家居服务器为其提供网路功能虚拟化基础设施，是家庭网关高级功能的运行平台。本发明构建家庭网关高级功能运行平台的具体方案为：在物理硬件选择方面，使用普通的商用服务器做为宿主机,选择Linux作为宿主机的操作系统，选择KVM作为虚拟化方案，在服务器上创建KVM虚拟机，在KVM虚拟机环境下运行实现家庭网关高级功能的软件，实现了软件与硬件的解耦，加快了新业务的部署时间，同时也可以引入第三方软件开发商开发实现家庭网关高级功能的应用软件。

在智能家居服务器上会启动多个KVM虚拟机，每个KVM虚拟机环境下运行不同的高级家庭网关应用，每一个用户驻地侧简化网关在所连接的智能家居服务器上有一个与其对应的虚拟机，两者构成一个功能上的整体。

一个智能家居服务器会与多个用户驻地侧的简化网关采用局域网形式相连，每个简化网关拥有各自的私有IP地址和标识符，服务器根据此标识符将接收到的从简化网关发来的数据包转发到其对应的虚拟机。

用户需要变更居住地时，用户的智能家居服务也同步迁移，只需要将运行高级家庭网关功能软件的虚拟机镜像文件通过网络传输到目的地址的智能家居服务器上，重新启动虚拟机，简化网关接入新的服务器后便可使用服务，避免了再次开发原来的软件，同时网关高级功能迁移过程不需要用户介入。

有益效果：

1.本发明能够大幅度简化用户驻地侧设备的复杂度，降低了用户购买设备成本。

2.本发明用户驻地侧设备的简化降低了设备故障率，减少了维护人员到现场服务的次数，降低了服务提供商的维护成本。

3.本发明用户驻地侧设备的简化降低了用户本地操作的难度，便于使用。

4.本发明家庭网关高级功能以软件系统实现，降低了软硬件耦合度，加快了新业务的部署时间，丰富了产业生态链，新业务可以以服务的形式向有需要的用户提供。

5.本发明家庭网关高级功能能够跟随用户住所位置迁移，不需要用户接入，避免了软件重复开发。

附图说明

图1为本发明的系统框架图。

标记说明：1-简化网关主控模块；2-Zigbee协调器；3-Wi-Fi通信模块；4-液晶触摸屏；5-智能家居服务器；6-用户智能终端。

图2为本发明家庭网关高级应用的运行平台构建示意图。

标记说明：7-智能家居服务器物理硬件；8-服务器操作系统；9-KVM虚拟机；10-实现家庭网关高级功能的应用软件；11-实现编排与管理功能软件。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明创造作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明的系统包括简化网关主控制模块1、Zigbee协调器2、Wi-Fi通信模块3、液晶触摸屏4、智能家居服务器5、用户手持智能终端6。所述的简化网关主控制模块1与智能家居服务器5通过局域网相连，Zigbee协调器2与简化网关主控制模块1通过串口连接，Wi-Fi通信模块3通过通用串行总线与简化网关主控模块(1)相连,液晶触摸屏4与简化网关主控制模块1通过数据线相连，用户手持终端6通过互联网接入智能家居服务器5。

其中,本发明简化网关主控制模块1，Zigbee协调器2，Wi-Fi通信模块3，液晶触摸屏4可以作为一个简化网关设备整体，位于每个用户的住宅内。简化网关设备通过局域网接入智能家居服务器。智能家居服务器5是家庭网关高级功能应用的运行平台。

本发明整个系统启动后，在用户驻地侧，简化网关主控制模块1完成的主要功能是通过局域网接入智能家居服务器和协议数据的转发。其接收从Zigbee协调器2发来的数据，通过局域网转发给智能家居服务器5。同时接收从智能家居服务器5发来的以太网数据包，将其转发到Zigbee协调器2。

当用户处于住宅内部时，可以直接通过操作液晶触摸屏4来获取住宅内部环境参数信息或发出相关家居控制命令。简化网关主控模块1采集到液晶屏4发送的用户命令信息，简化网关主控模块对命令进行解析后，转发给所连接的Zigbee协调器2。

由于用户驻地侧简化网关设备配置了Wi-Fi无线通信模块3，用户也可以启动手持终端设备6上所安装的特定智能家居App软件通过本地无线局域网连接到简化网关，在手持智能终端6上获取住宅内部环境参数信息或发出相关家居控制命令。手持终端6将用户的操作命令通过Wi-Fi传送给简化网关主控模块1，简化网关主控模块1对命令进行解析后，转发给所连接的Zigbee协调器2。

当用户处于住宅外部且可以接入互联网时，使用者可以打开手持智能终端6上安装服务商提供的智能家居App软件，登陆智能家居服务器5，获取住宅内部环境参数信息或发出相关家居控制命令，智能家居服务器5对用户手持智能终端6发来的数据进行解析后，通过局域网发送相关数据到简化网关主控制模块1，简化网关主控模块1对命令进行解析后，转发给所连接的Zigbee协调器2。

如图2所示，本发明的家庭网关高级功能应用运行平台即智能家居服务器5系统结构包括：支持硬件虚拟化特性的普通商用服务器硬件7，其运行的操作系统为Linux操作系统8。在服务器安装若干KVM虚拟机9，对于每个用户都有一个对应的KVM虚拟机9，在KVM虚拟机9的虚拟IT环境下，运行实现家庭网关高级功能的应用软件10，不同的用户所需要的具体业务各不相同，因此，不同用户的家庭网关高级功能的应用软件各不相同。由于实现家庭网关高级功能的应用软件是直接运行在KVM虚拟机IT环境下，因此其与智能家居服务器底层硬件是解耦的，能够引入第三方软件开发商进行家庭网关高级功能的应用软件的开发，加快了智能家居新业务的部署速度。在某一用户的家庭网关高级功能迁移时，只需要关闭对应的虚拟机，并将其镜像文件传送给目的服务器，在目的服务器重新启动再简单配置即可，不需要重新开发软件。在服务器上运行特定的编排与管理(MANO)软件11，其负责对服务器上KVM虚拟机9进行创建、终止和其他管理，灵活地进行资源的分配与回收。

本发明的保护范围并不局限于此，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.基于网络功能虚拟化的家庭网关系统，其特征在于，所述系统包括：简化网关主控制模块(1)，Zigbee协调器(2)，Wi-Fi通信模块(3)，液晶触摸屏(4)，智能家居服务器(5)，用户手持智能终端(6)；简化网关主控制模块(1)与智能家居服务器(5)通过局域网相连，Zigbee协调器(2)与简化网关主控制模块(1)通过串口连接，Wi-Fi通信模块(3)通过通用串行总线与简化网关主控模块(1)相连,液晶触摸屏(4)与简化网关主控制模块(1)通过数据线相连，用户手持终端(6)通过互联网接入智能家居服务器(5)；

家庭网关高级功能应用运行平台即智能家居服务器(5)系统结构包括：支持硬件虚拟化特性的普通商用服务器硬件(7)，其运行的操作系统为Linux操作系统(8)，在服务器安装若干KVM虚拟机(9)，对于每个用户都有一个对应的KVM虚拟机(9)，在KVM虚拟机(9)的虚拟IT环境下，运行实现家庭网关高级功能的应用软件(10)，不同的用户所需要的具体业务各不相同，不同用户的家庭网关高级功能的应用软件各不相同，与智能家居服务器底层硬件是解耦的，在某一用户的家庭网关高级功能迁移时，只需要关闭对应的虚拟机，并将其镜像文件传送给目的服务器，在目的服务器重新启动再简单配置即可，不需要重新开发软件，在服务器上运行特定的编排与管理(MANO)软件(11)，其负责对服务器上KVM虚拟机(9)进行创建、终止和其他管理，灵活地进行资源的分配与回收。

2.根据权利要求1所述的基于网络功能虚拟化的家庭网关系统，其特征在于，所述系统包括用户驻地侧简化网关设备；所述用户驻地侧简化网关设备包括简化网关主控制模块(1)，Zigbee协调器(2)，Wi-Fi通信模块(3)，液晶触摸屏(4)。

3.根据权利要求1所述的基于网络功能虚拟化的家庭网关系统，其特征在于：所述系统包括简化网关设备；所述的简化网关设备保留的通信接口有与Zigbee和Wi-Fi网络进行连接的接口。

4.根据权利要求3所述的基于网络功能虚拟化的家庭网关系统，其特征在于：所述简化网关设备的二层网络功能为协议数据包的转发。

5.根据权利要求1所述的基于网络功能虚拟化的家庭网关系统，其特征在于：所述智能家居服务器(5)为普通商用服务器。

6.根据权利要求1所述的基于网络功能虚拟化的家庭网关系统，其特征在于：所述系统是将家庭网关高级应用迁移到智能家居服务器(5)上，以纯软件的形式存在，智能家居服务器(5)为高级家庭网关应用软件提供虚拟化环境。