CN105516185A - 一种多协议网关设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多协议网关设备，用于对接收的IP网络信息或家电设备信息进行协议转换，使其与目的设备端口所采用的协议一致，然后进行信息发送，包括IP网络功能模块、网关设备控制器和异构网络协议转换模块。本发明提供的多协议网关设备能够解决不同通信介质、不同通信协议的设备之间消息传递难的问题，同时解决随着家庭设备的更新换代而其功能增加、协议变化而引起网关设备不兼容的问题，通过本发明网关设备的协议描述配置文件协议转换机制和插件式可扩展机制，解决这个问题。满足人们在智能家居时代提出的智能化和远程管理、控制的需求。

Description

一种多协议网关设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种多协议网关设备。

背景技术

随着通信技术的发展和完善，特别是在无线通信技术的发展。越来越多的家电设备进入寻常百姓家中，多种通信技术应用在家电设备的控制与管理当中。现实生活中厂商为了适应家电设备在不同功能、功耗、场景下使用不同的接口标准和协议作为控制和管理家庭设备的方法。例如现在的家电设备使用有线、红外、2.4G短距离无线电波这些不同的通信介质，协议方面有蓝牙协议、zigbee协议、电视红外遥控协议、空调遥控协议等不同协议，另外功能各异的传感器、多媒体设备和移动终端等各种各样的家电设备的功能和操作方式也不同；这些各式各样的家庭设备，使用不同的通信技术具有不同的传输特性和通信协议，它们之间不能够直接进行消息交换，不同标准和协议的家电设备的互连互通及互操作性变得很繁琐，使用起来极不方便。

另外随着生活水平的提高，越来越重视家电设备的自动化、智能化管理与控制，使家庭设备更加智能和便捷，而网关设备作为家庭网关设备的核心部分，是智能家庭网络的门户和管理者，需要赋予网关设备更多的功能。

现有的家居网关设备在功能、兼容和扩展性上存在不足，具体如下：

（1）现有网关设备中是特定的制造商针对特定的协议和通信方式做成的网关设备，功能单一，协议兼容性差；

（2）现有网关设备的协议转换只有限定的几种，增加协议和更新换代灵活性底，兼容的协议少，不能随着家电设备的更新换代而改变和升级协议；

（3）网关设备在控制方面只能限制在局域网内控制，不具备远程控制、、终端控制与查询的功能；

（4）家电设备的操作性差，家电设备的互连互通及互操作性变得很繁琐，使用起来不方便。

发明内容

本发明为解决以上现有技术的缺陷，提供了一种多协议网关设备，解决不同协议之间兼容性差、相互连接通信难的问题，使不同的协议和操作方式的设备能够实现统一的管理与操作。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

一种多协议网关设备，用于对接收的IP网络信息或家电设备信息进行协议转换，使其与目的设备端口所采用的协议一致，然后进行信息发送，包括IP网络功能模块、网关设备控制器和异构网络协议转换模块；

其中所述IP网络功能模块用于与IP网络进行通信；

所述网关设备控制器内保存有路由表，用于确定目的设备端口的地址；

所述异构网络协议转换模块包括协议转换控制模块、协议解析模块和硬件接入感知模块，其中所述协议转换控制模块内存储有各种协议的协议描述配置文件；

所述硬件接入感知模块用于实现不同感知网络的接入，接收IP网络信息或家电设备信息并将之传输至协议解析模块；

协议解析模块用于读取IP网络信息或家电设备信息的协议特征对应的协议描述配置文件，判断IP网络信息或家电设备信息的类型和含义，转换成命令、数据、描述格式的中间文件：IP数据消息格式数据；并将该IP数据消息格式数据传输至网关设备控制器；

网关设备控制器确定目的设备端口为以太网接口或非IP网络的协议端口，若为以太网接口则将IP数据消息格式数据直接转发至该接口，若为非IP网络的协议端口将IP数据消息格式数据转发至协议转换控制模块，协议转换控制模块根据目的设备端口的协议信息读取对应的协议描述配置文件，使IP数据消息格式数据依据该协议的描述转换成该协议对应的数据封装帧，并将数据封装帧通过网关设备控制器发送至目的设备端口。

优选地，为了使网关设备在不更换主要控制器的前提下能够兼容新协议，所述协议转换控制模块内保存的协议描述配置文件可进行更新，具体如下：

硬件接入感知模块提供硬件接入接口，向接入接口内插入对应通信协议的硬件模块，使得硬件接入感知模块读取硬件模块的协议信息，然后通过配置对应协议描述配置文件或通过远程服务器更新的方式获得协议描述配置文件。

优选地，所述IP网络功能模块包括TCP/IP网络协议栈和硬件接口，其中硬件接口用于接入IP网络。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的多协议网关设备能够解决不同通信介质、不同通信协议的设备之间消息传递难的问题，同时解决随着家庭设备的更新换代而其功能增加、协议变化而引起网关设备不兼容的问题，通过本发明网关设备的协议描述配置文件协议转换机制和插件式可扩展机制，解决这个问题。满足人们在智能家居时代提出的智能化和远程管理、控制的需求。

附图说明

图1为多协议网关设备的组网结构图。

图2为多协议网关设备的结构示意图。

图3为协议转换的实施示意图。

图4为协议描述配置文件的示例图。

图5为路由表的示意图。

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；

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

实施例1

如附图1所示，网关设备是整个网络构成的核心和控制传输中枢，一方面，负责与家电设备连接，另一方面，与控制终端和远程服务器连接。

其中，所述的家电设备，如蓝牙智能灯、空调等，其连接方式可以针对不同设备可以通过不同介质和协议连接与通信，如智能灯可以通过蓝牙连接与网关设备连接通信；网关设备也可以连接子网关设备，子网关设备再连接家电设备。

所述的控制终端是实现与网关设备通信与控制的设备，可以是浏览器或者APP应用，控制终端可以与网关设备连接，连接方式可以通过蓝牙、WIFI等，也可以通过互联网与远程服务器通信，而远程服务器与网关设备连接与通信，从而使用户通过控制终端在远程服务器的协助下实现与家电设备的远程通信与控制。所述的远程服务器，是通过Internet网络与网关设备通信，为用户控制与管理网关设备提供协助。

所述的网关设备是整个网络构成的核心和控制传输中枢，网关设备的系统结构，如说明书附图2，网关设备由IP网络功能模块、网关设备控制器和异构网络协议转换模块三个部分组成。

其中，所述的IP网络功能模块包括负责与Internet网络消息传递的TCP/IP网络协议栈和WIFI接口、蜂窝网络中的3G/4G数据接口。

所述的异构网络协议转换模块包括硬件接入感知模块、协议解析模块和协议转换控制模块。所述硬件接入感知模块实现不同感知网络的协议接入，不同接口硬件驱动加载与管理，可以根据不同的协议网络接口，加载相对应的驱动文件，从而可以接收和发送该网络协议的数据。所述的协议解析模块为了实现从硬件接入感知模块接收的数据解析，使不同的感知层协议转换成中间统一数据格式，保证协议转换控制模块能够识别这些数据并能转换成相对应的通信协议格式。所述的协议转换控制模块提供不同网络协议的转换操作，将协议解析模块解析出来的数据统一封装；同时内建管理协议，负责管理不同协议描述配置文件，实现与管理平台对接，实现管理协议的解析并转换为家电设备可以识别的信号和控制指令。

下面结合附图对各功能模块实现过程进行详细的说明：

一、协议解析模块与协议转换控制模块协助实现协议转换，其协议转换原理如说明书附图3所示，协议转换流程方向有3种：

（1）一种设备协议格式转换成IP网络信息。

（2）IP网络信息转换成一种设备协议格式。

（3）一种设备协议格式转换成IP网络信息，IP网络信息再转换成另一种设备协议格式。

其中第三种格式是前两种转换格式整个过程的合并。整个过程流程如下：

首先系统完成初始化，相关的硬件接口系统加载该接口的驱动程序，也就是硬件接口可以接收和发送数据。

当硬件接入感知模块的某一个硬件接口接受到一个完整的数据包，硬件接入感知模块的接收数据模块把这个数据包交给协议解析模块，协议解析模块的协议解析程序首先读取该数据包相对应的协议描述配置文件，协议解析程序按照协议描述配置文件，判断信息的类型和含义，转换成命令、数据、描述格式的中间文件—IP数据消息格式数据，IP数据消息格式数据可以保证协议转换控制模块能够识别这些数据。协议描述配置文件的示例如图4所示。

接着，把IP数据消息格式数据交给上层的网关设备控制器，网关设备控制器根据这个格式包信息和路由表确定这个数据包往那个接口发送，这个接口可以分为以太网协议端口和非IP网络协议端口，如果是以太网协议端口直接把这个IP数据消息格式数据交给IP网络发送程序发送出去。

如果是转发到非IP网络的协议端口，则需要协议转换控制模块生成相对应数据格式，其流程如下：网关设备控制器把IP数据消息格式数据交给下层的协议转换控制模块，协议转换控制模块按照路由表给的发送接口和协议的信息读取需要转换成的协议描述配置文件，按照这个协议的描述协议的数据特征属性和生成数据封装的二进制的格式特征及其数据偏移量，匹配相对应的命令或者通过数据描语义判断、校对，转换生成数据封装帧，这个数据封装帧是目的生成数据格式包，然后把这个数据包交给网关设备控制器发送出去。

所述的网关设备控制器实现不同协议网络之间路由转发的方法，实现不同协议接口，不同的硬件接口中，识别从那个接口中接收到的数据，确定数据转发到那个接口。网关设备控制器包括路由表，其结构如说明书附图5所示，路由表由IP地址端口号、加载该接口的驱动文件描述号、状态、设备MAC地址或者短地址、存在、类型6个字段组成。IP网络上的端口号分配给所述多种不同制式的网络的一个或者多个控制硬件接口上；状态字段是指示端口的当前状态，当IP网络连接到该端口时，状态是“连接到的”，否则是“断开连接”，驱动文件描述号是驱动接口加载驱动时候文件描述符的系统分配的描述号；设备MAC地址或者短地址是厂商时给的编号或者唯一标识设备的编号；存在、类型是描述设备目前状况，存在字段指设备能被网关设备控制器检测到，设置为1（真），否则设置为0（假），类型是指灯、空调、网关设备节点等。从IP网络到达指定的端口的数据，按照路由表中驱动文件描述号、设备MAC地址或者短地址端口发送出去，同样地，当网关设备控制器从异构网络协议转换模块接收的数据，网关设备控制器根据路由表表中的驱动文件描述号、设备MAC地址或者短地址确定把数据输出到路由表中被标识的对应的端口。

二、硬件接入感知模块实现可扩展机制如下:当需要扩展一种新协议和新的介质通信时，需要添加硬件模块和添加新协议，其原理描述如下：硬件接入感知模块提供了各种接口，插入相对应通信协议的硬件模块，这样可以提供该协议的硬件支持。加载该接口的驱动程序，程序读取硬件模块的信息，同时向系统报告新硬件加入。配置该协议描述配置文件或者通过远程服务器获得该协议描述配置文件，使系统可以识别和转换该协议。这样实现了兼容该新协议，不更换主要控制器前提下网关设备做了扩展。

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 (3)

1.一种多协议网关设备，用于对接收的IP网络信息或家电设备信息进行协议转换，使其与目的设备端口所采用的协议一致，然后进行信息发送，其特征在于：包括IP网络功能模块、网关设备控制器和异构网络协议转换模块；

其中所述IP网络功能模块用于与IP网络进行通信；

所述网关设备控制器内保存有路由表，用于确定目的设备端口的地址；

所述异构网络协议转换模块包括协议转换控制模块、协议解析模块和硬件接入感知模块，其中所述协议转换控制模块内存储有各种协议的协议描述配置文件；

所述硬件接入感知模块用于实现不同感知网络的接入，接收IP网络信息或家电设备信息并将之传输至协议解析模块；

协议解析模块用于读取IP网络信息或家电设备信息的协议特征对应的协议描述配置文件，判断IP网络信息或家电设备信息的类型和含义，转换成命令、数据、描述格式的中间文件：IP数据消息格式数据；并将该IP数据消息格式数据传输至网关设备控制器；

网关设备控制器确定目的设备端口为以太网接口或非IP网络的协议端口，若为以太网接口则将IP数据消息格式数据直接转发至该接口，若为非IP网络的协议端口将IP数据消息格式数据转发至协议转换控制模块，协议转换控制模块根据目的设备端口的协议信息读取对应的协议描述配置文件，使IP数据消息格式数据依据该协议的描述转换成该协议对应的数据封装帧，并将数据封装帧通过网关设备控制器发送至目的设备端口。

2.根据权利要求1所述的多协议网关设备，其特征在于：所述协议转换控制模块内保存的协议描述配置文件可进行更新，具体如下：

硬件接入感知模块提供硬件接入接口，向接入接口内插入对应通信协议的硬件模块，使得硬件接入感知模块读取硬件模块的协议信息，然后通过配置对应协议描述配置文件或通过远程服务器更新的方式获得协议描述配置文件。

3.根据权利要求1所述的多协议网关设备，其特征在于：所述IP网络功能模块包括TCP/IP网络协议栈和硬件接口，其中硬件接口用于接入IP网络。