CN105141657A - 适用于智能家居控制系统的新型网络通讯方法 - Google Patents

适用于智能家居控制系统的新型网络通讯方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种适用于智能家居控制系统的新型网络通讯方法，通讯过程中，家庭服务器与手机客户端均通过TCP协议下的Socket通信连接到公网服务器，公网服务器负责信息的转发，实现手机客户端与家庭服务器之间的间接网络通信。本发明实现了家庭服务器与手机客户端的有效通信，通讯稳定性好，灵活、可靠；建立了完整的家庭服务器信息返回机制，通信过程的可靠性和信息的准确性得以大大提高；家庭服务器利用数据库实现数据的存储功能，公网服务器在通信的过程中仅需要实现对应家庭服务器和手机客户端的信息转发，既确保了手机客户端查询历史数据的有效性，也保证了公网服务器的简易性。

Description

适用于智能家居控制系统的新型网络通讯方法
技术领域
本发明涉及一种电气工程领域，具体地，涉及一种应用于智能家居控制系统的网络通讯方法。
背景技术
对于智能家居远程控制系统来说，网络通讯是不可或缺的一部分。应用程序的网络通讯一般是通过Socket(套接字)来实现的，即手机客户端APP通过Socket通信连接服务器，并进行信息的有效交换，实现远程控制的功能。但由于家庭网络常常处于内网之中，手机客户端在一般的网络环境下不能直接连接成功，同时通信过程中可能发生的信息缺失常常会引起手机客户端信息接收与显示产生错误等异常情况的发生。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种针对智能家居控制系统的网络通讯方法，成功实现了手机客户端和家庭服务器的相互通信，通讯稳定性好，可靠性高，且建立了完善的家庭服务器信息返回机制，保证了在网络故障等异常造成的信息缺失的情况下，手机客户端信息的接收与显示依然不会发生错误。
根据本发明提供的一种适用于智能家居控制系统的新型网络通讯方法，通讯过程中，家庭服务器与手机客户端均通过TCP协议下的Socket通信连接到公网服务器，公网服务器负责信息的转发，实现手机客户端与家庭服务器之间的间接网络通信。
优选地，家庭服务器与手机客户端均连接在公网服务器的公网IP的同一个端口下；手机客户端在连接公网服务器后，向公网服务器发送序列号A；家庭服务器向公网服务器返回序列号B；公网服务器接收到序列号A和序列号B后进行判别，若序列号A和序列号B相同，则使发出序列号A的手机客户端与发出序列号B的家庭服务器进行一对一的通信。
优选地，若序列号A和序列号B相同，则公网服务器向手机客户端返回序列号B；
若手机客户端在一定时间内接收到公网服务器返回的序列号B，则确认自身有对应的家庭服务器；否则，则认为序列号A输入错误或者家庭服务器并没有正确开启，需要重新输入序列号A或者开启家庭服务器。
优选地，手机客户端需要对家庭智能设备终端进行远程监控时，发送相应的控制指令给公网服务器；公网服务器将收到的控制指令转发至家庭服务器；家庭服务器收到公网服务器发来的控制指令，进一步通过串口通信传输至ZigBee协调点，ZigBee协调点通过ZigBee无线网络通信控制相应家庭智能设备终端的ZigBee开关继电器，进而实现了手机客户端对家庭智能设备终端的开关控制。
优选地，在家庭服务器确认收到控制指令且ZigBee开关继电器已经完成相关动作后，家庭服务器向公网服务器返回相同的控制指令，手机客户端根据收到相同的控制指令确认智能设备终端已经成功被控制。
优选地，当手机客户端需要查询家庭智能设备终端的电能数据时，手机客户端向公网服务器发送相应的查询信息，通过公网服务器的转发，家庭服务器收到查询信息后，查询对应家庭智能设备终端的电能信息并实时通过公网服务器返回至手机客户端。
优选地，当手机客户端需要查询家庭智能设备终端的历史数据时，则发送相应的查询命令信息至公网服务器，通过公网服务器的转发，家庭服务器收到查询命令信息后，查询自身的数据库信息，得到相应的历史记录，然后将此历史记录信息通过公网服务器返回至手机客户端。
优选地，家庭服务器周期性地采集家庭智能设备终端电能数据，然后将采集到的电能数据存储在家庭服务器自身的数据库中。
优选地，若手机客户端通过公网服务器向家庭服务器发出信息后的预定时间内没有收到家庭服务器发出的收到确认信息，则认为通讯出现故障，并显示故障提示信息。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、选择TCP协议下的Socket通信，并采用“家庭服务器-公网服务器-手机客户端”的模式，实现了家庭服务器与手机客户端的有效通信，通讯稳定性好，灵活、可靠；
2、建立了完整的家庭服务器信息返回机制，保证了在网络故障等异常造成的信息缺失的情况下，手机客户端信息的接收与显示依然不会发生错误，通信过程的可靠性和信息的准确性得以大大提高；
3、家庭服务器利用数据库实现数据的存储功能，公网服务器在通信的过程中仅需要实现对应家庭服务器和手机客户端的信息转发，既确保了手机客户端查询历史数据的有效性，也保证了公网服务器的简易性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为通讯原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明是一种应用于智能家居控制系统的新型网络通讯方法，包括“家庭服务器-公网服务器-手机客户端”的Socket通讯过程和完善的家庭服务器信息返回机制，原理图如图1所示。通讯过程中，家庭服务器与手机客户端均通过TCP协议下的Socket通信连接到公网服务器，公网服务器负责信息的转发，实现手机客户端与家庭服务器之间的间接网络通信。
完善的家庭服务器信息返回机制则可以分为四个步骤：
步骤一：家庭服务器与手机客户端均通过Socket通信连接到公网服务器的同一个端口上，家庭服务器通过返回序列号来确认对应的手机客户端；
步骤二：手机客户端需要对家庭中智能设备终端进行远程监控时，向公网服务器发送相应的控制信息，公网服务器再将控制信息发送至家庭服务器，家庭服务器收到控制信息，进行相应的控制操作，若成功则返回相应的信息向客户端加以确认；
步骤三：手机客户端需要查询家庭中某一设备的电能信息时，向公网服务器发送相应的查询信息，经过转发，家庭服务器收到该信息后实时查询该智能设备终端的电能信息(包括电压、电流、频率和功率)，并将该信息返回至手机客户端；
步骤四：家庭服务器接收到家庭中各智能设备终端的电能信息，在自身建立相应的数据库进行数据存储，当手机客户端需要家庭中智能设备终端的历史数据时，向公网服务器发送相应的请求信息，家庭服务器收到信息之后查询自身数据库获得相应的信息，再将信息返回至手机客户端，完成历史记录的查询。
更为具体地，Socket通信分为UDP和TCP两种。TCP(传输控制协议)是一种面向连接的协议，可靠性高；UDP(用户数据报协议)则是一种无连接的协议，不保证报文到达的先后顺序，不保证是否有报文丢失，效率高，但可靠性低。由于在整个智能家居控制系统的通讯网络中，不同的智能家居用户之间为防止数据发生错误，须严格保证网络通讯的可靠性，因此本发明采用TCP协议。
在“家庭服务器-公网服务器-手机客户端”的通讯模式中，公网服务器只负责信息的转发功能，使得家庭服务器和手机客户端之间能够进行有效的信息交换。这里的家庭服务器可以是一台小型的PC机，PC机上自动运行家庭服务器端的程序，一方面与公网服务器进行通信，另一方面通过ZigBee协调点的串口通信，结合各个ZigBee智能设备终端中集成的电能计量模块，实现设备电能数据的采集与传输。在本例中，适用于单相配电系统的电能计量芯片CS5463作为电能计量模块的核心，可以通过内部编写程序的方式实现电能数据的采集，同时，芯片通过ZigBee网络将电能数据发送至协调点，协调点可以进一步传输至PC机，就可以获得实时的电能信息(包括电压、电流频率和功率)。而在通信过程中建立的完善的家庭服务器信息返回机制具体包括以下四个步骤：
步骤一：家庭服务器与手机客户端均通过TCP协议下的Socket通信与公网服务器进行连接。在这个过程中，家庭服务器与手机客户端相当于公网服务器下的两个客户端，它们均连接在服务器公网IP的某个端口下。对于多家用户而言，连接同一端口的客户端均可以收到发送至服务器的所有信息，所以为了保证不同用户之间独立的通信通道，手机客户端在连接公网服务器后，首先要向公网服务器发送6位的序列号，公网服务器接收到6位序列号后进行判别，若与自身序列号相同，那么对应的手机客户端就是需要建立连接的手机客户端，家庭服务器需要向公网服务器返回自身序列号，同时公网服务器使序列号相同的一对客户端进行一对一的通信，这样就使得对应的家庭服务器与手机客户端被公网服务器有效识别并进行通信，避免了不同家庭用户控制信息之间的干扰。对于手机客户端而言，收到家庭服务器的自身序列号后，确认自身有对应的家庭服务器，序列号没有输入错误；否则在一段时间(如5s)内没有收到返回的自身序列号，那么序列号输入错误或者家庭服务器并没有正确开启，需要重新输入序列号或者开启家庭服务器，保证了客户端显示信息的正确，省去了客户端许多无用的操作。
步骤二：手机客户端需要对家庭智能设备终端进行远程监控时，发送相应的控制指令给公网服务器。智能设备终端开关控制的实现方式是在家用电器与电源之间接入智能插座，而智能插座的核心是基于ZigBee通信的开关继电器模块。公网服务器将收到的控制指令转发至家庭服务器。家庭服务器收到公网服务器发来的控制指令，进一步通过串口通信传输至ZigBee协调点，而协调点通过ZigBee无线网络通信控制相应智能设备终端ZigBee开关继电器，进而实现了手机客户端对智能设备终端的开关控制。在家庭服务器确认收到信息且继电器已经完成相关动作后，向公网服务器返回相同的控制信息，这样手机客户端就可以收到相同的控制信息以便确认智能设备终端已经成功被控制。若在一段时间(如5s)内未收到家庭服务器返回的控制信息，那么该系统可能出现以下几种问题：①网络故障，手机客户端发送的信息并没有传递至家庭服务器；②相关的智能设备终端并不在线；③硬件故障造成了控制开关的动作并未及时完成。此时手机客户端就会显示相应的提示信息，提示用户及时检查终端的在线情况和网络等方面，保证了客户端上设备状态显示的准确性。
步骤三：手机客户端需要查询某一家庭智能设备终端的电能数据时，手机客户端向公网服务器发送相应的查询信息，通过转发，家庭服务器收到查询信息后，查询对应智能设备终端的电能信息并实时返回至公网服务器，这样手机客户端就可以接收到对应设备的详细电能信息并加以显示。对于手机客户端而言，若在一定时间(如5s)内收到电能信息，那么查询过程得以完成；若未能收到电能信息，那么该系统可能有网络故障或设备不在线的异常情况，手机客户端则将故障的提示信息显示给用户，这样就保证了客户端数据显示的正确性。
步骤四：手机客户端如果需要查询家庭中各智能设备终端的历史数据，则需要发送相应的查询命令信息至公网服务器。通过转发，家庭服务器收到查询信息后，查询自身的数据库信息，得到相应的历史记录，然后将此历史记录信息返回至公网服务器，手机客户端就能接收到相应的历史记录数据并加以显示。若手机客户端在一定时间(如5s)内未收到相关数据，那么该系统同样可能存在网络故障等异常问题，此时手机客户端需要将故障的提示信息显示给用户，以保证客户端数据显示的正确性。在家庭服务器端，可以设定每隔10min就进行一次智能设备终端电能数据的采集，然后将采集到的电能数据以适当的形式存储在家庭服务器自身的数据库中，这样不仅保证了同手机客户端之间信息传递的一致性，也大大减轻了公网服务器的运行压力，同时也有效保证了查询得到历史数据的准确性。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种适用于智能家居控制系统的新型网络通讯方法，其特征在于，通讯过程中，家庭服务器与手机客户端均通过TCP协议下的Socket通信连接到公网服务器，公网服务器负责信息的转发，实现手机客户端与家庭服务器之间的间接网络通信。
2.根据权利要求1所述的适用于智能家居控制系统的新型网络通讯方法，其特征在于，家庭服务器与手机客户端均连接在公网服务器的公网IP的同一个端口下；手机客户端在连接公网服务器后，向公网服务器发送序列号A；家庭服务器向公网服务器返回序列号B；公网服务器接收到序列号A和序列号B后进行判别，若序列号A和序列号B相同，则使发出序列号A的手机客户端与发出序列号B的家庭服务器进行一对一的通信。
3.根据权利要求2所述的适用于智能家居控制系统的新型网络通讯方法，其特征在于，若序列号A和序列号B相同，则公网服务器向手机客户端返回序列号B；
若手机客户端在一定时间内接收到公网服务器返回的序列号B，则确认自身有对应的家庭服务器；否则，则认为序列号A输入错误或者家庭服务器并没有正确开启，需要重新输入序列号A或者开启家庭服务器。
4.根据权利要求1所述的适用于智能家居控制系统的新型网络通讯方法，其特征在于，手机客户端需要对家庭智能设备终端进行远程监控时，发送相应的控制指令给公网服务器；公网服务器将收到的控制指令转发至家庭服务器；家庭服务器收到公网服务器发来的控制指令，进一步通过串口通信传输至ZigBee协调点，ZigBee协调点通过ZigBee无线网络通信控制相应家庭智能设备终端的ZigBee开关继电器，进而实现了手机客户端对家庭智能设备终端的开关控制。
5.根据权利要求4所述的适用于智能家居控制系统的新型网络通讯方法，其特征在于，在家庭服务器确认收到控制指令且ZigBee开关继电器已经完成相关动作后，家庭服务器向公网服务器返回相同的控制指令，手机客户端根据收到相同的控制指令确认智能设备终端已经成功被控制。
6.根据权利要求1所述的适用于智能家居控制系统的新型网络通讯方法，其特征在于，当手机客户端需要查询家庭智能设备终端的电能数据时，手机客户端向公网服务器发送相应的查询信息，通过公网服务器的转发，家庭服务器收到查询信息后，查询对应家庭智能设备终端的电能信息并实时通过公网服务器返回至手机客户端。
7.根据权利要求1所述的适用于智能家居控制系统的新型网络通讯方法，其特征在于，当手机客户端需要查询家庭智能设备终端的历史数据时，则发送相应的查询命令信息至公网服务器，通过公网服务器的转发，家庭服务器收到查询命令信息后，查询自身的数据库信息，得到相应的历史记录，然后将此历史记录信息通过公网服务器返回至手机客户端。
8.根据权利要求7所述的适用于智能家居控制系统的新型网络通讯方法，其特征在于，家庭服务器周期性地采集家庭智能设备终端电能数据，然后将采集到的电能数据存储在家庭服务器自身的数据库中。
9.根据权利要求1所述的适用于智能家居控制系统的新型网络通讯方法，其特征在于，若手机客户端通过公网服务器向家庭服务器发出信息后的预定时间内没有收到家庭服务器发出的收到确认信息，则认为通讯出现故障，并显示故障提示信息。
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