CN105024895A - 一种智能家居无线自组网通信系统及联网、工作方法 - Google Patents
一种智能家居无线自组网通信系统及联网、工作方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种智能家居无线自组网通信系统，包括连接智能设备的主机、若干连接家用电器的从机，其中主机包括主机接口、主机控制模块、主机数据传输模块，从机包括从机控制模块、从机路由模块、从机数据传输模块、从机接口；还公开了一种智能家居无线自组网联网方法，采用主机主动将从机联入网络、从机主动申请联网按优先次序选择的方式将从机联网；还公开了一种智能家居无线自组网中已联网从机的工作方法，从机联网后，除了根据主机命令针对自身执行相应操作外，还可作为路由器来转发主机或其他从机的数据。本发明联网操作简单，将各设备上电即可自动将各设备加入局域网，同时解决了不同品牌厂家设备之间因不兼容而无法正常通信的情况。
Description
技术领域
本发明涉及智能家居系统和无线通信技术领域，尤其涉及一种智能家居自组网通信系统及联网、工作方法。
背景技术
智能家居系统让现代家居生活变得更加方便、智能化，提高了现代人类的生活质量。现有的智能家居系统中，各电器设备的生产厂家不同，在将电器设备接入局域网时，都需分别对该电器设备进行网络接入配置，而每次更换电器设备后，还需再次对更换的电器设备重新进行网络配置，由此看来，这种传统的组建局域网方式技术成本高，操作复杂，同时还会出现各电器设备不兼容，在局域网内无法正常通信的情况。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足，提出了一种智能家居无线自组网通信系统及联网、工作方法。在本发明中，将主机和从机分别与智能设备、家用电器连接，当各设备上电后，主机和从机即可自动组网，当组网成功后，智能设备即可通过组网来控制组网内任一家用电器，家用电器可转发智能设备或其他家用电器发送的数据。本发明自组网操作简单，且可避免出现不同电器设备在自组网时由于不兼容而无法通信的情况。
本发明提出的技术方案是：
一种智能家居无线自组网通信系统，包括连接智能设备的主机、若干连接家用电器的从机。
所述主机包括：依次连接的主机接口、主机控制模块、主机数据传输模块。所述主机控制模块，用于控制组网内各从机联网、并与智能设备通信；所述主机数据传输模块，用于在组网内无线发送并接收数据；所述主机接口，用于连接智能设备、供智能设备与主机控制模块传输数据。
所述从机联网后，在组网内可作为路由器来转发主机或其他从机发送的数据，所述从机包括：从机控制模块、从机路由模块、从机数据传输模块、从机接口。所述从机控制模块，用于控制所述从机联网，并与家用电器通信；所述从机路由模块，用于转发主机或其他从机发送的数据；所述从机数据传输模块，用于在组网内无线发送并接收数据；所述从机接口，用于连接家用电器、供家用电器与从机控制模块传输数据。
将所述主机通过主机接口与智能设备连接，所述从机通过从机接口与家用电器连接，当主机和从机自组网成功后，智能设备即可通过组网来控制组网内任一家用电器，家用电器可转发智能设备或其他家用电器发送的数据。
进一步地，所述主机、从机还包括用于存放MAC地址的MAC存储模块，所述存储模块分别与主机控制模块、从机控制模块连接，主机及各从机分别对应不同的MAC地址。
进一步地，所述主机数据传输模块、从机数据传输模块可接收组网中发送的所有数据，且这两种模块发射同一数据时均采用跳频的方式发射多次。
进一步地，所述主机会定时检测组网中的从机是否处于联网状态。
进一步地，该系统中数据的帧格式包括：数据长度、目标模块的MAC、源模块的MAC、表明数据类型的信息码、表示多次发送同一数据次序的顺序码、包含数据具体信息的控制码、用于纠错数据的校验码。
一种智能家居无线自组网联网方法，该方法用于将连接智能设备的主机、若干连接家用电器的从机自组网，按优先次序采用主机主动将从机联网、从机主动申请联网这两种方式将从机联网，该方法包括以下步骤：
(102)待联网从机等待主机是否主动发起联网，如果是，进入(104)，否则，进入(110)；
(104)根据指令，主机发送主联网命令，进入(105)；
(105)主机判断待联网从机是否直接接收到主联网命令，如果是，进入(108)，否则，进入(106)；
(106)主机要求其他从机转发主联网命令，进入(107)；
(107)待联网从机判断其他从机是否将主联网命令转发至待联网从机，如果是，进入(108),否则，进入(110)；
(108)待联网从机发送响应信号，进入(109)；
(109)主机接收到响应信号，并将待联网从机接入网络；
(110)待联网从机主动申请联网，发送从联网命令，进入(111)；
(111)待联网从机判断主机是否直接接收到从联网命令，如果是，进入(115)，否则，进入(112)；
(112)待联网从机要求其他从机转发从联网命令，进入(113)；
(113)待联网从机判断其他从机是否将从联网命令转发至主机，如果是，进入(115),否则，进入(110)；
(115)主机将待联网从机接入网络。
进一步地，智能家居无线自组网联网方法还包括以下步骤：
主机接收包含所有允许联网的从机MAC的汇总表；
主机检测待联网从机的MAC是否在MAC汇总表中；
如果是，主机发送主联网命令，或主机将待联网从机接入网络；否则，结束操作。
一种智能家居无线自组网中已联网从机的工作方法，其中已联网的从机具有路由转发功能，该方法包括以下步骤：
(101)从机已联网，并接收到命令，进入(102)；
(102)从机判断命令来自主机还是其他从机，若来自主机，进入(103)，若来自从机，进入(110)；
(103)从机判断命令是否是转发主联网命令，若是，进入(105)，否则，进入(109)；
(105)从机检测路由表中是否有可转发路径，若有，进入(106)，否则，进入(107)；
(106)从机将主联网命令按路由表中的路径转发至待联网从机；
(107)从机将主联网命令转发至待联网从机，并将转发路径及待联网从机的MAC加入路由表中；
(109)从机针对自身根据主机命令执行相应操作；
(110)从机判断命令是否是转发从联网命令，若是，进入(112)，否则，进入(116)；
(112)从机检测路由表中是否有可转发路径，若有，进入(113)，否则，进入(114)；
(113)从机将从联网命令按路由表中的路径转发至主机；
(114)从机将从联网命令转发至主机，并将转发路径及待联网从机的MAC加入路由表中；
(116)从机丢弃来自其他从机的非从联网命令。
进一步地，智能家居无线自组网中已联网从机的工作方法还包括以下步骤：
从机判断是否有其他从机转发主联网命令或从联网命令；
如果有，丢弃该命令；否则，检测路由表中是否有可转发路径。
由于采用上述技术方案，本发明提供的一种智能家居无线自组网通信系统系统及联网、工作方法具有的有益效果为：
1.主机可安装于任一智能设备上，从机可安装于任一电器设备上，移植性高，可适用于不同的需组建局域网的设备组合，解决了不同品牌厂家设备之间因不兼容而无法正常通信的情况；
2.该系统在自组网时，只需将主机、从机分别安装于智能设备、各电器设备上，然后将各设备上电即可自动将各设备加入局域网，无需专业人员对各设备分别进行联网设置，操作简单，适于不同的人群使用；
3、主机数据传输模块、从机数据传输模块发射同一数据时均采用跳频的方式发射多次，可保证数据被可靠接收；
4、主机会定时检测组网中的从机是否处于联网状态，进而随时明确组网中有效联网的从机，可保证组网的正常运转；
5、按优先次序采用主机主动将从机联网、从机主动申请联网这两种方式将从机联网，能够保证从机有效联网，提高了自组网联网的可靠性；
6、主机在将从机联网前都需检测从机的MAC是否在MAC汇总表中，可防止将其他网络内的从机错接入网络，保证自组网的准确性；
7、在自组网中，任一从机都可作为路由器来转发主机或其他从机发送的数据，提高了组网中远距离传输数据的可靠性；
8、从机转发数据前，需先判断是否有其他从机已转发该数据，可避免出现多从机转发同一数据而造成资源浪费的情况。
附图说明
图1是一种智能家居无线自组网通信系统的拓扑结构图；
图2是一种智能家居无线自组网联网方法的流程图；
图3是一种智能家居无线自组网中已联网从机的工作方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明的技术方案进行进一步详细说明。
图1示出了一种智能家居无线自组网通信系统的拓扑结构图，该系统包括主机10、若干从机20。主机10与智能设备连接，从机20与家用电器连接。当从机20联网后，还具有路由器的功能，可转发主机10或其他从机20发送的数据。具体的，智能设备为智能手机、笔记本或iPad。
主机10包括：主机接口13、主机控制模块11、主机数据传输模块12、MAC存储模块14。主机接口13、主机数据传输模块12、 MAC存储模块14分别与主机控制模块11连接。
主机控制模块11，可自动控制各从机20的联网情况，且该模块可向智能设备实时传送自组网的连接情况以供智能设备实时监测，另外，智能设备还可向主机控制模块11发送用于控制各家用电器工作的命令，进而通过该模块来控制组网内家用电器的工作情况。
主机数据传输模块12，用于在组网内无线发送并接收数据。具体的，该模块将主机控制模块11传来的数据先进行调制，然后将调制数据无线发送出去，在本实施例中，主机数据传输模块12采用跳频的方式将同一数据发射多次，以保证数据被目标可靠接收；主机数据传输模块12还可无线接收组网内任一从机发送的数据，并将接收到的数据进行解调，再将解调后的数据传送至主机控制模块11。
主机接口13，用于连接智能设备，以供智能设备与主机控制模块11传输数据。
MAC存储模块14，用于存储主机的MAC地址。
从机20包括：从机控制模块21、从机路由模块23、从机数据传输模块22、从机接口24及MAC存储模块25。在本实施例中，从机数据传输模块22、从机接口24及MAC存储模块25分别与从机控制模块21连接，从机路由模块23与从机数据传输模块22连接。
从机接口24，用于连接家用电器，以供家用电器与从机控制模块21传输数据。
在本实施例中，主机接口13、从机接口24均采用通用的接口，例如USB接口，从而可使主机10、从机20与不同类型的智能设备、家用电器通信，移植性高，可适用于不同的需组建局域网的设备组合，解决了不同品牌厂家设备之间因不兼容而无法正常通信的情况。
从机数据传输模块22，用于在组网内无线发送并接收数据。具体的，在本实施例中，该模块将从机控制模块21或从机路由模块23传来的数据先进行调制，然后将调制数据采用跳频的方式发射多次，以保证数据被目标可靠接收；从机数据传输模块12还可无线接收组网内主机10或任一从机20发送的数据，并将接收的数据进行解调，再将解调数据传送至从机控制模块21或从机路由模块23。
从机控制模块21，自动控制从机20联网，且可将智能设备发送的用于控制家用电器工作的命令，通过从机接口24传送至家用电器。
从机路由模块23内部包含路由表，该模块可通过从机数据传输模块22转发主机10或其他从机20发送的数据。
MAC存储模块25，其内部存放各从机的MAC地址，以区别不同的从机20，不同的从机20对应不同的MAC地址。
在本实施例中，将主机10通过主机接口13与智能设备连接，各从机20通过从机接口24与家用电器连接，各设备连接成功后，主机10和各从机20即会自动组网，当主机10和从机20自组网成功后，智能设备即可通过组网来控制组网内任一家用电器，家用电器可转发智能设备或其他家用电器发送的数据。这种组网方式无需专业人员对各设备分别进行联网设置，操作简单，适于不同的人群使用。
在本实施例中，当组网成功后，主机10会定时检测组网中的从机20是否处于联网状态，进而随时明确组网中有效联网的从机20，以保证组网的正常运转。
在组网中，主机10与各从机20之间传输数据的帧格式包括：数据长度、目标模块的MAC、源模块的MAC、表明数据类型的信息码、表示多次发送同一数据次序的顺序码、包含数据具体内容的控制码、用于纠错数据的校验码。
图2示出了一种智能家居无线自组网的联网方法流程图。在本实施例中，采用单主机、多从机、半双工的通信方式，主机与智能设备连接，从机与家用电器连接。主机将从机联入自组网的方法包括：主机主动将从机联网、从机主动申请联网，其中优先使用前者，在前者没有实现的情况下，再采用后者将从机联网。具体的联网方法包括以下步骤：
(101)主机接收智能设备传送的MAC汇总表，该表包含了所有允许接入自组网从机的MAC地址，进入(102)；
(102)待联网从机在一段时间内等待主机是否主动发起联网，如果是，进入(103)，否则进入(110)；
(103)主机检测待联网从机的MAC地址是否在MAC汇总表中，如果是，进入(104)，否则，进入(116)；
(104)根据指令，主机发送主联网命令，进入(105)；
(105)主机判断待联网从机是否直接接收到主联网命令，如果是，进入(108)，否则，进入(106)；
(106)主机要求其他从机转发主联网命令，进入(107)；
(107)待联网从机判断其他从机是否将主联网命令转发至待联网从机，如果是，进入(108),否则，进入(110)；
(108)待联网从机发送响应信号，进入(109)；
(109)主机接收到响应信号，并将待联网从机接入网络，进入(116)；
(110)待联网从机主动申请联网，发送从联网命令，进入(111)；
(111)待联网从机判断主机是否直接接收到从联网命令，如果是，进入(114)，否则，进入(112)；
(112)待联网从机要求其他从机转发从联网命令，进入(113)；
(113)待联网从机判断其他从机是否将从联网命令转发至主机，如果是，进入(114),否则，进入(110)；
(114)主机检测待联网从机的MAC是否在MAC汇总表中，如果是，进入(115)，否则，进入(116)；
(115)主机将待联网从机接入网络，进入(116)。
(116)结束。
在本实施例中，按优先次序采用主机主动将从机联网、从机主动申请联网这两种方式将从机联网，能够保证将从机有效联网，提高了自组网联网的可靠性；同时，主机在将从机联网前都需检测从机的MAC是否在MAC汇总表中，可防止将其他网络内或不需要的从机错接入网络，从而可以保证自组网内的准确性。
图3示出了一种智能家居无线自组网中已联网从机的工作方法流程图。在本实施例中，从机联网后，除了根据主机命令针对自身执行相应操作外，还可作为路由器来转发主机或其他从机发送的数据，具体包括以下步骤：
(101)从机联网后，接收到命令，进入(102)；
(102)从机判断命令来自主机还是其他从机，若来自主机，进入(103)，若来自从机，进入(110)；
(103)从机判断命令是否是转发主联网命令，若是，进入(104)，否则，进入(109)；
(104)从机判断是否有其他从机转发该主联网命令，若有，进入(108)，否则，进入(105)；
(105)从机检测路由表中是否有可转发路径，若有，进入(106)，否则，进入(107)；
(106)从机将主联网命令按路由表中的路径转发至待联网从机，进入(117)；
(107)从机将主联网命令转发至待联网从机，并将转发路径及待联网从机的MAC加入路由表中，以完善路由表，进入(117)；
(108)从机丢弃该转发主联网命令，进入(117)；
(109)从机根据主机发送的命令针对自身执行相应操作，进入(117)；
(110)从机判断命令是否是转发从联网命令，若是，进入(111)，否则，进入(116)；
(111)从机判断是否有其他从机转发该从联网命令，若有，进入(115)，否则，进入(112)；
(112)从机检测路由表中是否有可转发路径，若有，进入(113)，否则，进入(114)；
(113)从机将从联网命令按路由表中的路径转发至主机，进入(117)；
(114)从机将从联网命令转发至主机，并将转发路径及待联网从机的MAC加入路由表中，以完善路由表，进入(117)；
(115)从机丢弃该转发从联网命令，进入(117)；
(116)从机丢弃该来自其他从机的非转发从联网命令，进入(117)；
(117)结束。
在本实施例中，任一从机只要联网，就可以作为路由器来转发主机或其他从机传来的数据，提高了组网中远距离传输数据的可靠性；另外，从机在转发数据前，需先判断是否有其他从机已转发该数据，可避免出现多从机转发同一数据而造成资源浪费的情况。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种智能家居无线自组网通信系统，包括连接智能设备的主机、若干连接家用电器的从机，其特征在于，
所述主机包括：依次连接的主机接口、主机控制模块、主机数据传输模块；
所述主机控制模块，用于控制组网内各从机联网、并与智能设备通信；所述主机数据传输模块，用于在组网内无线发送并接收数据；所述主机接口，用于连接智能设备、供智能设备与主机控制模块传输数据；
所述从机联网后，在组网内可作为路由器来转发主机或其他从机发送的数据，所述从机包括：从机控制模块、从机路由模块、从机数据传输模块、从机接口；
所述从机控制模块，用于控制所述从机联网，并与家用电器通信；所述从机路由模块，用于转发主机或其他从机发送的数据；所述从机数据传输模块，用于在组网内无线发送并接收数据；所述从机接口，用于连接家用电器、供家用电器与从机控制模块传输数据；
将所述主机通过主机接口与智能设备连接，所述从机通过从机接口与家用电器连接，当主机和从机自组网成功后，智能设备即可通过组网来控制组网内任一家用电器，家用电器可转发智能设备或其他家用电器发送的数据。
2.如权利要求1所述的智能家居无线自组网通信系统，其特征在于，所述主机、从机还包括用于存放MAC地址的MAC存储模块，所述存储模块分别与主机控制模块、从机控制模块连接，主机及各从机分别对应不同的MAC地址。
3.如权利要求2所述的智能家居无线自组网通信系统，其特征在于，所述主机数据传输模块、从机数据传输模块可接收组网中发送的所有数据，且这两种模块发射同一数据时均采用跳频的方式发射多次。
4.如权利要求3所述的智能家居无线自组网通信系统，其特征在于，所述主机会定时检测组网中的从机是否处于联网状态。
5.如权利要求1所述的智能家居无线自组网通信系统，其特征在于，该系统中数据的帧格式包括：数据长度、目标模块的MAC、源模块的MAC、表明数据类型的信息码、表示多次发送同一数据次序的顺序码、包含数据具体信息的控制码、用于纠错数据的校验码。
6.一种智能家居无线自组网的联网方法，用于将连接智能设备的主机、连接家用电器的从机自组网，其特征在于，按优先次序采用主机主动将从机联网、从机主动申请联网这两种方式将从机联网，该方法包括以下步骤：
(102)待联网从机等待主机是否主动发起联网，如果是，进入(104)，否则，进入(110)；
(104)根据指令，主机发送主联网命令，进入(105)；
(105)主机判断待联网从机是否直接接收到主联网命令，如果是，进入(108)，否则，进入(106)；
(106)主机要求其他从机转发主联网命令，进入(107)；
(107)待联网从机判断其他从机是否将主联网命令转发至待联网从机，如果是，进入(108),否则，进入(110)；
(108)待联网从机发送响应信号，进入(109)；
(109)主机接收到响应信号，并将待联网从机接入网络；
(110)待联网从机主动申请联网，发送从联网命令，进入(111)；
(111)待联网从机判断主机是否直接接收到从联网命令，如果是，进入(115)，否则，进入(112)；
(112)待联网从机要求其他从机转发从联网命令，进入(113)；
(113)待联网从机判断其他从机是否将从联网命令转发至主机，如果是，进入(115),否则，进入(110)；
(115)主机将待联网从机接入网络。
7.如权利要求6所述的智能家居无线自组网联网方法，其特征在于：还包括以下步骤：
主机接收包含所有允许联网的从机MAC的汇总表；
主机检测待联网从机的MAC是否在MAC汇总表中；
如果是，主机发送主联网命令，或主机将待联网从机接入网络；否则，结束操作。
8.一种智能家居无线自组网中已联网从机的工作方法，其特征在于，已联网的从机具有路由转发功能，包括以下步骤：
(101)从机已联网，并接收到命令，进入(102)；
(102)从机判断命令来自主机还是其他从机，若来自主机，进入(103)，若来自从机，进入(110)；
(103)从机判断命令是否是转发主联网命令，若是，进入(105)，否则，进入(109)；
(105)从机检测路由表中是否有可转发路径，若有，进入(106)，否则，进入(107)；
(106)从机将主联网命令按路由表中的路径转发至待联网从机；
(107)从机将主联网命令转发至待联网从机，并将转发路径及待联网从机的MAC加入路由表中；
(109)从机针对自身根据主机命令执行相应操作；
(110)从机判断命令是否是转发从联网命令，若是，进入(112)，否则，进入(116)；
(112)从机检测路由表中是否有可转发路径，若有，进入(113)，否则，进入(114)；
(113)从机将从联网命令按路由表中的路径转发至主机；
(114)从机将从联网命令转发至主机，并将转发路径及待联网从机的MAC加入路由表中；
(116)从机丢弃来自其他从机的非从联网命令。
9.如权利要求8所述的智能家居无线自组网中已联网从机的工作方法，其特征在于，还包括以下步骤：
从机判断是否有其他从机转发主联网命令或从联网命令；
如果有，丢弃该命令；否则，检测路由表中是否有可转发路径。
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