CN106487583B - 一种建立网络连接的方法及局域网系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建立网络连接的方法，当接收到用户的连接指令时，一类簇头设备获取二类簇头设备的身份信息；之后网关设备根据二类簇头设备的身份信息协调一类簇头设备与二类簇头设备之间的连接关系，使得一类簇头设备与二类簇头设备之间的网络连接信号最强；最后一类簇头设备根据连接关系与二类簇头设备建立网络连接。并且，由二类簇头设备负责管理其所在群的网络节点和网络资源。可见，二类簇头设备的引入，一方面，使得局域网系统可以容纳更多的网络设备，增加了局域网系统的覆盖能力；另一方面分担了其所在群的网络负载，降低一类智能设备的网络负载量。

Description

一种建立网络连接的方法及局域网系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种建立网络连接的方法。同时本发明还涉及一种局域网系统。

背景技术

近年来，随着智能家居技术的发展，家庭内的智能设备越来越多。除了智能手机、平板电脑、智能手环等常用设备之外，还出现了一些新型的智能家电设备，例如智能电视、智能冰箱、智能空调等。更进一步的，甚至连家庭里的一些常见的小部件也正逐步向智能化发展，例如近来出现的智能插座、智能开关、智能检测设备等。随着家居生活逐步向智能化发展，设备之间的交互变得更加丰富。例如，用户可以通过手机控制电视、空调等设备，甚至可以实现在公司里关掉自家客厅的灯。

基于目前的智能家居的交互方案，常见的家庭智能设备可包括以下两种类型：

一类智能设备：该类智能设备具备移动通信的能力，例如智能手机、平板电脑等。该类智能设备的特点是能够使用UIM/SIM卡，并且数据处理能力较强，能够与基站直接进行交互。本领域技术人员通常将上述一类智能设备称为通信终端。

二类智能设备：该类智能设备具备短程的通信能力，例如智能电视、智能路由器、智能空调等。该类智能设备的特点是不能使用UIM/SIM卡，具备简单的数据处理功能，并且不能够直接的与基站进行交互。在二类智能设备中又可以分为两种常见的类型，第一种具备中继转发数据的能力，本领域技术人员通常将其称为中继终端。第二种不具备中继转发数据的能力，只具备基本的短程通信能力，本领域技术人员通常将其称为中继终端。

在现有的家庭局域网组建过程中，所有的二类智能设备都必须与数据处理能力较强的一类智能设备直接建立网络连接才能接入到家庭局域网中。申请人在实现本发明的过程中，发现现有技术至少存在以下问题：

(1)在普通的家庭局域网络中，一类智能设备的数目并不多，并且限于设备工艺的限制，每个设备的接口数量有限，因此在二类智能设备较多的情况下，难以将所有的二类智能设备接入网络，使得由一类智能设备构成的家庭局域网的覆盖率不高。

(2)当大量的二类智能设备通过较少的一类智能设备进行端到端传输时，容易造成一类智能设备负载过重，进而导致网络丢包率的上升及网络吞吐量的下降，并使得端到端的时延增大。

由此可见，如何增加家庭局域网的覆盖率以及降低一类智能设备的网络负载成为目前家庭局域网构建过程中亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种建立网络连接的方法，用以解决现有技术中局域网的覆盖能力差，以及一类智能设备网络负载高的问题，该方法应用于包括网关设备和设备群的局域网络中，所述设备群由一类设备群和二类设备群组成，所述一类设备群由一类簇头设备和一类从属设备组成，所述二类设备群由二类簇头设备和二类从属设备组成，所述一类簇头设备具备移动通信能力并且使用的通讯号码与所述网关设备相同，所述二类簇头设备具备中继转发数据的能力，所述二类簇头设备与所述二类从属设备建立网络连接，该方法包括：

当接收到用户的连接指令时，所述一类簇头设备获取所述二类簇头设备的身份信息；

所述网关设备根据所述二类簇头设备的身份信息协调所述一类簇头设备与所述二类簇头设备之间的连接关系，以使所述一类簇头设备与所述二类簇头设备之间的网络连接信号最强；

所述一类簇头设备根据所述连接关系与所述二类簇头设备建立网络连接。

优选的，所述一类簇头设备获取二类簇头设备的身份信息具体为：

所述一类簇头设备广播接入通知，所述接入通知用于通知所述二类簇头设备发送第一接入请求；

所述一类簇头设备接收所述二类簇头设备发送的所述第一接入请求；

所述一类簇头设备根据所述第一接入请求构建所述二类簇头设备的身份信息列表；

优选的，所述网关设备根据所述二类簇头设备的身份信息协调所述一类簇头设备与所述二类簇头设备之间的连接关系，具体为：

所述网关设备根据所述身份信息判断所述二类簇头设备是否同时落入多个一类簇头设备的网络连接范围；

若判断结果为否，则将网络连接范围覆盖了所述二类簇头设备的一类簇头设备作为与所述二类簇头设备连接的一类簇头设备；

若判断结果为是，则在所述多个一类簇头设备中挑选与所述二类簇头设备网络信号最强的一类簇头设备作为与所述二类簇头设备连接的一类簇头设备。

优选的，所述一类簇头设备根据所述连接关系与所述二类簇头设备建立

网络连接具体为：

所述一类簇头设备根据所述连接关系向所述二类簇头设备发送指向性接入通知；

所述一类簇头设备接收所述二类簇头设备发送的接入请求信息；

所述一类簇头设备向所述二类簇头设备发送接入响应消息；

所述一类簇头设备在接收到所述二类簇头设备发送的接入反馈后，根据所述接入反馈与所述二类簇头设备建立网络连接。

优选的，所述一类簇头设备获取所述二类簇头设备的身份信息之前，所述方法还包括：

所述网关设备对所述设备群内的设备进行鉴权，并在所述设备群内所有的设备都通过权鉴时保存所述设备群的群信息。

相应的，本申请提出一种局域网系统，包含网关设备和设备群，所述设备群由一类设备群和二类设备群组成，所述一类设备群由一类簇头设备和一类从属设备组成，所述二类设备群由二类簇头设备和二类从属设备组成，所述一类簇头设备具备移动通信能力并且使用的通讯号码与所述网关设备相同，所述二类簇头设备具备中继转发数据的能力，所述二类簇头设备与所述二类从属设备建立网络连接，其中：

所述网关设备用于，根据所述二类簇头设备的身份信息协调所述一类簇头设备与所述二类簇头设备之间的连接关系，以使所述一类簇头设备与所述二类簇头设备之间的网络连接信号最强；

所述一类簇头设备用于，当接收到用户的连接指令时，获取所述二类簇头设备的身份信息，以及根据所述连接关系与所述二类簇头设备建立网络连接；

所述二类簇头设备用于，当接收到用户的连接指令时，向所述一类簇头设备发送身份信息，以及根据所述连接关系与所述一类簇头设备建立网络连接。

优选的，所述一类簇头设备具体用于：

广播接入通知，所述接入通知用于通知所述二类簇头设备发送第一接入请求；

接收所述二类簇头设备发送的所述第一接入请求；

根据所述第一接入请求构建所述二类簇头设备的身份信息列表。

优选的，所述网关设备具体用于：

根据所述身份信息判断所述二类簇头设备是否同时落入多个一类簇头设备的网络连接范围；

在判断结果为否时，将网络连接范围覆盖了所述二类簇头设备的一类簇头设备作为与所述二类簇头设备连接的一类簇头设备；

在判断结果为是时，在所述多个一类簇头设备中挑选与所述二类簇头设备网络信号最强的一类簇头设备作为与所述二类簇头设备连接的一类簇头设备。

优选的，所述一类簇头设备具体用于：

根据所述连接关系向所述二类簇头设备发送指向性接入通知；

接收所述二类簇头设备发送的接入请求信息；

向所述二类簇头设备发送接入响应消息；

接收所述二类簇头设备发送的接入反馈，并根据所述接入反馈与所述二类簇头设备建立网络连接。

优选的，所述网关设备还用于，

对所述设备群内的设备进行鉴权，并在所述设备群内所有的设备都通过权鉴时保存所述设备群的群信息。

通过本申请的技术方案，当接收到用户的连接指令时，一类簇头设备获取二类簇头设备的身份信息；之后网关设备根据二类簇头设备的身份信息协调一类簇头设备与二类簇头设备之间的连接关系，使得一类簇头设备与二类簇头设备之间的网络连接信号最强；最后一类簇头设备根据连接关系与二类簇头设备建立网络连接。并且，由二类簇头设备负责管理其所在群的网络节点和网络资源。可见，二类簇头设备的引入，一方面，使得局域网系统可以容纳更多的网络设备，增加了局域网系统的覆盖能力；另一方面分担了其所在群的网络负载，降低一类智能设备的网络负载量。

附图说明

图1为本申请提出的一种建立网络连接方法的流程示意图；

图2为本申请具体实施例提出的一种组建局域网的流程示意图；

图3为本申请具体实施例提出的一种局域网的网络拓扑图；

图4为本申请提出的一种局域网系统的结构示意图。

具体实施方式

如背景技术所述，为了给用户建立家庭局域网以实现家庭内各智能设备间的交互，在现有技术中，所有的二类智能设备必须通过一类智能设备才能够接入到家庭局域网中。上述方法可充分的利用了一类智能设备数据处理能力较强的特点，但是随着智能家居技术的发展，家庭里的二类智能设备越来越多，当大量的二类智能设备通过一类智能设备连入网络时，容易造成一类智能设备负载过重，影响数据传输的质量。进一步的，在一般家庭里面，一类智能设备的数量有限，并且各设备的接口也是有限的，因此导致能够接入网络的二类智能设备的数量客观上受到了限制，从而导致目前的家庭局域网组建方式的网络覆盖率并不高，限制了智能家居技术的发展。

因此，针对目前家庭局域网组建过程中所有二类智能设备都必须直接与一类智能设备建立网络连接才能接入网络的问题，本申请提出了一种建立网络连接的方法，应用于组建局域网络的过程中。为便于阐述本发明的流程，以下首先对本申请中涉及到的设备进行说明。

(1)网关设备

网关设备是局域网络的中心，一般而言，局域网内所有与基站交互的网络数据都需要通过网关设备来完成。同时网关设备还要负责维护局域网内各成员的连接关系。可见，网关设备需要有较强的数据处理能力。因此，在本申请中，网关设备从一类智能设备中挑选。

(2)设备群

在本申请中，为了更加方便对局域网内的设备进行管理，首先通过分簇算法将局域网内的设备分为多个设备群，每个设备群有多个设备组成。可以将设备群认为是局域网络的一个子网络。并且根据设备群内是否包含有一类智能设备对设备群进行划分。将包含有一类智能设备的设备群定义为一类设备群，将未包含一类智能设备的设备群定义为二类设备群。

(3)簇头设备

为了更好的对设备群进行管理，在本申请中，在每个设备群中挑选出一个簇头设备，并由簇头设备负责与网关设备进行网络数据的交互，同时管理本设备群内的网络节点和网络资源。可见簇头设备是作为局域网络的子网中心存在的。

(4)一类簇头设备

由于在一类设备群中存在一类智能设备，而且一类智能设备的数据处理能力较强，因此对于一类设备群而言，挑选其中的一类智能设备作为设备群的簇头设备。在本申请中，将上述作为簇头设备的一类智能设备定义为一类簇头设备。

(5)二类簇头设备

由于在二类设备群中不存在二类智能设备，因此，需要挑选设备群中的二类智能设备作为设备群的簇头设备。同时由于簇头设备必须具备中继转发数据的能力，因此在本申请中，选取具备中继转发数据能力的二类智能设备作为二类设备群的簇头设备。在本申请中，将上述作为簇头设备的二类智能设备定义为二类簇头设备。

基于以上介绍，本申请提出的一种建立网络连接的方法，通过将待接入局域网络内的设备分群，挑选二类智能设备作为部分群的簇头，建立二类簇头设备(簇头设备中的二类智能设备)与一类簇头设备(簇头设备中的一类智能设备)之间的网络连接，并且由簇头负责对本群的网络节点和网络资源进行管理。通过上述方法，在局域网中引入二类簇头设备一方面可以拓宽家庭局域网络的覆盖能力，另一方面可以减少一类智能设备的网络负载，从而优化局域网的网络连接。

如图1所示，为本申请提出的一种建立网络连接方法的流程示意图，需要说明的是，本申请应用于包括网关设备和设备群的局域网络中，设备群由一类设备群和二类设备群组成，一类设备群由一类簇头设备和一类从属设备组成，二类设备群由二类簇头设备和二类从属设备组成，二类簇头设备与二类从属设备建立网络连接。一类簇头设备是指一类智能设备中的簇头设备，如前所述，该类设备一般智能手机、平板电脑等，其特点为能够使用UIM/SIM卡，并且数据处理能力较强，能够与基站直接进行交互。二类簇头设备是指二类智能设备中的簇头设备，该类设备一般为智能路由器等，由于需要负责本群内网络节点和网络资源的管理，因此其必须具备中继转发数据的能力。

本发明的核心思想是，在组建家庭局域网络时，首先通过分簇算法对家庭内的智能设备分群，并挑选出各群的簇头；其次获取各簇头的身份信息，并据此协调各簇头之间的连接方式；最后建立一类簇头设备与二类簇头设备间的网络连接，并由簇头设备负责管理其所在群的网络节点和网络资源。

具体的，该方法包括以下步骤：

S101，当接收到用户的连接指令时，一类簇头设备获取二类簇头设备的身份信息。

在执行本步骤之前，为了能够更好的对局域网内的智能设备进行管理，可以通过特定的分簇算法对所有需要接入局域网的智能设备进行分群处理。

上述特定的分簇算法具体可以是：最小ID分簇算法、最大连接数分簇算法、节点加权分簇算法。基于本发明的思想，也可以采用其他的分簇算法，这并不会影响本发明的保护范围。

之后，需要为每一个设备群挑选一个簇头设备。由于一类智能设备的数据处理能力比二类智能设备的强。因此在本申请的优选实施例中，优先挑选一类智能设备作为簇头设备，但是必须保证簇头设备中有二类智能设备。

簇头设备中的一类智能设备为本申请中的一类簇头设备。因此，该类簇头设备的特点是具备移动通信能力并且使用的通讯号码与网关设备相同。

簇头设备中的二类智能设备须为本申请中的二类簇头设备。该类簇头设备的数据处理能力比一类簇头设备的弱，但是必具备中继转发数据的能力，以实现对其所在设备群内网络负载的处理。

在对智能设备分群结束之后，网关设备需要以设备群为单位对各设备群内智能设备进行鉴权，并在设备群内所有的设备都通过权鉴时认为该设备群鉴权成功，此时保存该设备群的群信息。群信息具体是指该设备群所有成员的身份信息，包括如MAC地址等信息。

否则，认为该设备群鉴权失败。并且，如果是簇头设备鉴权失败，则将其所在的设备群解散，该设备群内的其他智能设备将申请加入其它设备群。如果该设备群内的非簇头设备鉴权失败，则该设备群的簇头将该设备的信息从群成员信息列表中删除。

由上述的方法，将局域网中的设备分群，并且为每个设备群挑选出了簇头设备作为每个设备群的子网中心。通过对局域网络的设备进行分群处理，可以方便网关设备对于局域网内设备的管理。在分群结束之后，网关设备还需要协调各簇头设备之间的连接关系，以优化各子网(设备群)间的连接关系。

上述过程结束之后，一类智能设备获取基站持续发出的广播(broadcasting)信息，基于此信息，一类智能设备向基站发出随机接入请求并与基站建立连接，由基站进行判断选择出某一设备作为家庭网的网关设备，网关设备具备中继与处理功能。此时其他的一类智能设备(未作为簇头设备的一类智能设备)以及之前选举出的各个设备群的簇头设备根据要求先后与网关设备建立连接(可直接连接，也可以通过多跳间接与作为网关的设备B建立连接)。

在所有的簇头设备都与网关设备建立连接之后，网关设备同步获取可接入局域网内的合法簇头及该簇头所在设备群的群成员设备身份信息，并建立成共享身份信息列表，发送给所有的一类智能设备。该共享身份信息列表是之后判断二类簇头设备身份信息的依据。

在执行完上述的步骤之后，本步骤可以通过以下的具体步骤实现：

(1)一类簇头设备广播接入通知。

首先网关设备向所有一类簇头设备发送通知，通知内容包括：广播时段T、各一类簇头设备推发广播信息所使用的短程技术、广播开始的时间点、各设备广播信息的推发时长T₀、各广播信息间的冗余时隙t₀等。各一类簇头设备在收到广播后，在允许广播时段内推发广播通知的具体时间点可以由家庭网关根据某种随机算法计算得出后加载在通知中，也可由一类簇头设备根据预定的随机算法各自计算确定。

一类簇头设备在收到通知后，在这些计算出的时间点开始广播接入通知，持续时长为T₀。接入通知内容包括：子网中心设备的身份信息(如MAC地址，网内IP等)、联网关键字、其他信息。接入通知用于通知所述二类簇头设备发送身份信息广播。

(2)一类簇头设备接收二类簇头设备发送的第一接入请求。

一类簇头设备在广播接入通知的同时开始接受来自二类簇头设备反馈的第一接入请求。上述第一接入请求包含一类簇头设备的身份信息以及其所在设备群的群信息。一类簇头设备根据收到的二类簇头设备的身份信息广播，可通过解码判断出在其覆盖范围内可接入的二类簇头设备(及其他一类智能设备)，同时获得该二类簇头设备与其之间的信道值，但此时该一类簇头设备并不直接向可接入其的二类簇头设备发送接入响应来建立连接，仅收集可接入的二类簇头设备发送的身份信息广播。

相应的，二类簇头设备(包括其他一类智能设备)在开启却未接入家庭网络时会以低功耗状态以某种方式来监测是否有接入通知或指向性接入通知(信息内包含特定二类簇头设备的ID，使得该信息被识别为发给该设备的)。一旦收到广播的接入通知，该设备将向发送广播的一类簇头设备(由广播中的一类簇头设备的ID标识)发送包含其身份信息的第一接入请求，第一接入请求可根据设置重复发送。由于方案设计中此时作为子网中心的一类簇头设备不发送指向性的接入响应，因此二类簇头设备在等待一定时间未收到响应后，则再转入上述的低功耗监听状态。

(3)一类簇头设备根据第一接入请求构建二类簇头设备的身份信息列表。

一类簇头设备在收到二类簇头设备发送的第一接入请求后，通过解析第一接入请求获取二类簇头设备的身份信息和其所在设备群的群信息，并且构建二类簇头设备的身份信息列表。上述身份信息列表包括二类簇头设备的身份信息，以及其所在设备群的群信息。

一类簇头设备在构建完二类簇头设备的身份信息列表之后，将会将其发送给网关设备。网关设备在收到二类簇头设备发送的身份信息列表之后，将根据之前建立的共享身份信息列表判断上述身份信息列表之中的二类簇头设备的身份是否合法，并且将身份信息列表中的不合法的二类簇头设备的信息删除。

通过上述的步骤S101，网关设备可以获取二类簇头设备的身份信息，二类簇头设备的身份信息里面包含有能够与其建立连接的一类簇头设备的信息。之后网关设备通过综合各二类簇头设备的身份信息，维护一类簇头设备与二类簇头设备之间的连接关系。

S102，网关设备根据二类簇头设备的身份信息协调一类簇头设备与二类簇头设备之间的连接关系。

在本申请的实施例中，网关设备不与二类簇头设备直接相连，所有的二类簇头设备需要通过一类簇头设备与网关设备建立网络连接。而同一个二类簇头设备可能同时落入多个一类簇头设备的网络信号范围。因此，为了优化个簇头设备之间的连接关系，网关设备需要为那些落入多个一类簇头设备的网络连接范围的二类簇头设备，挑选最为合适的一类簇头设备并建立二者之间的网络连接，以此来使得一类簇头设备与二类簇头设备之间的网络连接信号最强。

在本申请的优选实施例中，网关设备可以通过以下方式来协调一类簇头设备与二类簇头设备之间的连接关系。

(1)网关设备根据二类簇头设备的身份信息判断二类簇头设备是否同时落入多个一类簇头设备的网络连接范围。

二类簇头设备的身份信息中包含有其能够接入的一类簇头设备的信息。因此，根据二类簇头设备的身份信息，可以判断该二类簇头设备是否同时落入多个一类簇头设备的网络连接范围。

(2)若二类簇头设备只在一个一类簇头设备的网络连接范围内，则将网络连接范围覆盖了该二类簇头设备的一类簇头设备作为与该二类簇头设备连接的一类簇头设备。

(3)若二类簇头设备在多个一类簇头设备的网络连接范围内，则在多个一类簇头设备中挑选与二类簇头设备网络信号最强的作为与二类簇头设备连接的一类簇头设备。

此外，网关设备在获取了各一类簇头设备发送的身份信息之后，在保障覆盖所有接入设备的基础上综合考虑多种因素(如一类簇头设备子网中心最多能接入的终端设备数量、支持的无线技术种类、信号覆盖范围、与二类簇头设备间信道质量状况及子网间的干扰等)，根据优化算法确定一类簇头设备作为子网中心的无线制式及发射功率等参数，以便于一类簇头设备更好的与各二类簇头设备进行数据交换。

通过上述的步骤S102，网关设备根据各二类簇头设备的身份信息，挑选出与二类簇头设备的网络连接信号最强的一类簇头设备作为与之连接的一类簇头设备。从而优化了一类簇头设备与二类簇头设备之间的网络连接关系。

S103，一类簇头设备根据连接关系与二类簇头设备建立网络连接。

在协调了各簇头设备之间的连接关系后，网关设备将给一类簇头设备发送广播通知，通知其按照连接关系与二类簇头设备建立网络连接。

在本申请的优选实施例中，上述过程可以通过以下步骤实现。

(1)一类簇头设备根据连接关系向二类簇头设备发送指向性接入通知。

一类簇头设备在收到信息后，在其信令控制信道上发送指向性接入通知，指向性接入通知的内容包括：一类簇头设备子网中心的身份信息(如MAC地址、网络IP等)、允许接入的设备信息、各接入设备的临时接入码等。与之前广播的接入通知相比，指向性接入通知具有较高的优先级且只能被允许接入的设备解码，两种接入信息可以通过不同的信令头、信息所在的时频位置等方式进行区分。由一类簇头设备发送接入通知将在信令控制信道上持续周期性广播，以便其他终端设备随时有机会接入网。而指向性接入通知只在设备身份通过验证允许接入时发送，持续一段时间，并附有临时接入码。家庭中不同的一类簇头设备子网中心可以通过某种抗干扰技术降低不同接入广播间的干扰。

相应的，二类簇头设备在收到指向性接入通知后，将对其进行解码，若解码出的响应信息为针对该设备接入的响应信息，设备则根据一类簇头设备子网中心分配的临时接入码发送反馈信息，一类簇头设备子网中心在收到确认信息后将配置资源与之建立连接。若设备解码出的响应信息不是指向该设备或该设备所在设备群的群成员的接入响应，或当前未广播指向性响应信息，设备将扫描监听无线网络中的接入通知并尝试新的随机接入。

(2)一类簇头设备接收二类簇头设备发送的接入请求信息；

一类簇头设备在发送指向性接入通知的同时开始收听各二类簇头设备发送的接入请求信息。上述接入请求信息是二类簇头设备在收到指向性接入通知，并且在该指向性通知是指向该二类簇头设备时发送的。

(3)一类簇头设备向二类簇头设备发送接入响应消息。

一类簇头设备在收到二类簇头设备发送的接入请求信息之后将向该二类簇头设备发送接入响应消息，同时开始监听二类簇头设备发送的接入反馈。二类簇头设备可以根据解析之前收到的指向性接入通知，获得临时接入码，并根据此临时接入码向一类簇头设备发送接入反馈。

(4)一类簇头设备接收二类簇头设备发送接入反馈，并通过一类簇头设备与二类簇头设备建立网络连接。

一类簇头设备在接收到二类类簇头设备发送的接入反馈后，将配置资源与之建立连接。

通过以上流程的执行，可以建立网关设备到一类簇头设备再到二类簇头设备之间的网络连接。同时，簇头设备与其所在设备群内其他的设备建立网络连接，并且负责本设备群内所有网络节点和网络资源的管理。因此，通过引入二类簇头设备可以有效的拓宽局域网的覆盖能力(因为每增加一个二类簇头设备就能在局域网内多加几个设备)。并且，由二类簇头设备负责管理其所在设备群的网络节点和网络资源，可有效的减少了一类簇头设备(一类智能设备)的网络负载，优化网络资源的分配。

在本申请的优选实施例中，一类簇头设备子网中心与所有规定的终端设备(二类簇头设备和其他一类智能设备)成功建立连接后，向网关发送确认信息，若在规定的时间(即指向性接入响应的广播时段)内，仍有在列表中的二类簇头设备未发送相应的接入请求，一类簇头设备子网中心将已连接的终端设备身份信息发送至网关。

网关收到所有来自一类簇头设备子网中心的回复后，若家庭网内存在着特殊一类智能设备(即当所有一类智能设备不能以同一种无线技术自组网时，不能以当前优先组网技术直接或间接的与网关建立连接的一类智能设备)，则网关将检查上述特殊一类智能设备是否作为终端设备以某一其他短程通信技术连入到任一家庭子网内，若其已连入某子网中，则统计已连接到家庭网络的二类簇头设备数，若家庭内全部二类簇头设备均连入家庭网络，则家庭组网完成。若已连接到家庭网络的二类簇头设备数小于家庭内的合法二类簇头设备，则网关设备通知并开启上述特殊一类智能设备作为家庭上层网络的子中心节点设备，创建基于某种短程技术的无线子网络来接入更多的二类簇头设备，以达到最终能全面覆盖家庭内各类型设备接入的目标。网关设备将相关的子网通信制式等信息发送至相应特殊一类智能设备，设备收到通知后按照上述步骤以规定的无线承载技术广播公共接入通知信息。若有其他二类簇头设备收到接入信息后发送接入请求，子网中心经由网关对接入设备进行身份验证，通过验证的设备子网中心会向其发送指向性接入响应并与之建立连接。连接建立后子网中心设备将连接的设备信息反馈至网关。

若存在特殊一类智能设备未连接到家庭任一子网内，则由网关设备发送信息到基站，说明该设备无法连入家庭网络。基站将发送信息(针对该特殊一类智能设备的寻呼)到该设备，若收到该一类智能设备的回复且判断出该一类智能设备仍在家庭网的范围内，基站将建立网关与该一类智能设备间的数据透传通路，即建立一条虚拟通路。一般而言，在家庭局域网中，只有网关设备能够与基站进行网络数据交互。但是对于那些无法连入家庭局域网络的一类智能设备，由于其具备与基站进行网络数据交互的能力。因此，为了能够让上述一类智能设备能够连入网络，基站可以与其建立数据透传通路，通过该通路，上述一类智能设备可以直接与基站进行网络数据交互，从而使得上述一类智能设备接入到网络当中。

若基站没有收到来自该一类智能设备的应答信息，或收到该一类智能设备的应答信息，但判断出该一类智能设备已经离开局域网的范围，此两种情况下基站将通知网关设备将该一类智能设备从局域网络中移除。

通过基站建立网关与该特殊一类智能设备间的数据透传通路，此时网关并未改变，网关与该特殊一类智能设备间的连接通过移动网络来实现完成的，即网关与该特殊一类智能设备间的信息收发是通过基站来中转完成的，特殊情况下，为提高时效性，由网络外部发送给该设备的信息亦可由基站直接传至该特殊一类智能设备，但仍需通知网关设备。此时网关设备具备中继与处理功能；该特殊一类智能设备仍旧与网关设备连接，并具备中继与处理功能。

当家庭内所有设备均连接到网络，或存在二类簇头设备设备未接入网络但所有一类簇头设备均作为子网中心支持二类簇头设备接入网络，家庭组网完成。网关设备将向一类簇头设备同步局域网信息，该信息用于指出有所有一类簇头设备及二类簇头设备的身份信息及各自间信道质量信息，保证一类簇头设备及二类簇头设备保存的连接设备信息都是同步的。上述信息在一类簇头设备间进行同步保存有多种用途，例如可以作为信息的备份，以保障在网关设备失联或移除的某些特定情境下，其他一类簇头设备快速的与基站沟通重新挑选新的网关并重新组网。同时，为保证家庭组网的稳定性，基站与家庭网关间、家庭网关与其他一类簇头设备、各子网中心的一类簇头设备与相连的二类簇头设备间将建立应答机制，以及时的发现有设备或者设备群失联的情况。

组网完成后，在应答机制中若子网中心未收到某二类簇头设备的响应信息，则子网中心设备判断该二类簇头设备已从家庭网内移除，并解散二类簇头设备所在的设备群或者通知该设备群重新选举簇头，并释放相关资源，将失联的设备群的群信息发送至网关，网关收到通知后更新一类簇头设备、二类簇头设备连接对应连接列表。若有其他二类簇头设备准备接入家庭网络，则按照上述流程与家庭任一子网建立连接。

通过上面的叙述可知，当接收到用户的连接指令时，一类簇头设备获取二类簇头设备的身份信息；之后网关设备根据二类簇头设备的身份信息协调一类簇头设备与二类簇头设备之间的连接关系，使得一类簇头设备与二类簇头设备之间的网络连接信号最强；最后一类簇头设备根据连接关系与二类簇头设备建立网络连接。并且，由二类簇头设备负责管理其所在群的网络节点和网络资源。可见，二类簇头设备的引入，一方面，使得局域网系统可以容纳更多的网络设备，增加了局域网系统的覆盖能力；另一方面分担了其所在群的网络负载，降低一类智能设备的网络负载量。

为了进一步阐述本发明的技术思想，现结合具体的应用场景，对本发明的技术方案进行说明。

本申请在具体应用中的流程图如图2所示，该具体应用流程包括以下步骤：

S201，一类智能设备和二类智能设备以某种分簇算法形成群，并且设定一类智能设备成为簇头的优先级高于二类智能设备；

S202，分群结束后，以群为单位对群内各个网络节点进行鉴权；

S203，判断各群能否鉴权成功；若失败转到S204，否则转到S205；

S204，若簇头鉴权失败，解散该群，该群成员申请加入其它群；若群成员信息鉴权失败，从该群中删除该成员；

S205，将鉴权成功的群的信息存储于网络中某合法设备中；

S206，由基站从一类智能设备中依据某种算法选择出网关设备

S207，网关设备依据簇头连接关系形成主干网络路由表

S208，网关发送广播通知，通知一类簇头设备推发含群信息接入请求广播；

S209，判断二类簇头设备是否收到广播信息；若收到，则转到S210，否则转到S211；

S210，控制二类簇头设备以低功耗的状态监听广播信息；

S211，二类簇头设备收到通知后，根据某一随机算法依次广播其身份信息；

S212，一类簇头设备在广播时段内监听接收二类簇头设备设备的群广播信息，并将该信息整理成列表保存；

S213，在广播时段后，一类簇头设备将各自接收到的二类簇头设备群信息列表发送至网关；

S214，网关收到各子网中心的信息列表后，协调一类簇头设备与二类簇头设备的连接对应关系并发送至各子网中心设备；

S215，子网中心设备收到通知后通知一类簇头设备向二类簇头设备发送指向性接入广播通知；

S216，判断二类簇头设备是否收到广播的接入通知；若未收到，转到S410，否则转到S417

S217，判断收到的接入通知是否为指向该二类簇头设备的接入通知；若不是，转到S210，否则转到S218；

S218，收到接入通知的二类簇头设备向子网中心发送接入请求；

S219，子网中心收到接入请求后，发送接入响应；

S220，判断二类簇头设备是否收到响应信息；若未收到，转到S410，否则转到S421

S221，二类簇头设备收到接入响应后进行反馈，子网中心收到信息后与之建立连接。

通过以上流程可以建立覆盖率更高的家庭网络，下面结合如图3所示的网络拓扑图对本方案组建家庭网络的特点做进一步说明。

图中，

代表一类智能设备，

代表二类智能设备中具备中继转发数据能力的设备，○代表二类智能设备中的普通传感器节点设备(不具备中继转发数据能力)。

由图可知，本申请构建的家庭网络具备以下特点：一类簇头设备构成了家庭局域网络的核心骨架，但是并不是所有的二类智能设备都直接的与一类簇头设备相连。通过让具备中继转发能力的二类簇头设备负责将其群内的其他二类智能设备接入网络以及对群内的节点和资源进行管理，不仅可以极大的拓宽家庭局域网络的覆盖率，而且还可以降低一类簇头设备的负载。

通过以上具体实施方式的描述可知，当接收到用户的连接指令时，一类簇头设备获取二类簇头设备的身份信息；之后网关设备根据二类簇头设备的身份信息协调一类簇头设备与二类簇头设备之间的连接关系，使得一类簇头设备与二类簇头设备之间的网络连接信号最强；最后一类簇头设备根据连接关系与二类簇头设备建立网络连接。并且，由二类簇头设备负责管理其所在群的网络节点和网络资源。可见，二类簇头设备的引入，一方面，使得局域网系统可以容纳更多的网络设备，增加了局域网系统的覆盖能力；另一方面分担了其所在群的网络负载，降低一类智能设备的网络负载量。

为了达到上述技术目的，如图4所述为本申请提出的一种局域网系统，包含网关设备401和设备群，所述设备群由一类设备群和二类设备群组成，所述一类设备群由一类簇头设备402和一类从属设备组成，所述二类群由二类簇头设备403和二类从属设备组成，所述一类簇头设备具备移动通信能力并且使用的通讯号码与所述网关设备相同，所述二类簇头设备具备中继转发数据的能力，所述二类簇头设备与所述二类从属设备建立网络连接，其中：

所述网关设备用于，根据所述二类簇头设备的身份信息协调所述一类簇头设备与所述二类簇头设备之间的连接关系，以使所述一类簇头设备与所述二类簇头设备之间的网络连接信号最强；

所述一类簇头设备用于，当接收到用户的连接指令时，获取所述二类簇头设备的身份信息，以及根据所述连接关系与所述二类簇头设备建立网络连接；

所述二类簇头设备用于，当接收到用户的连接指令时，向所述一类簇头设备发送身份信息，以及根据所述连接关系与所述一类簇头设备建立网络连接。

在具体的应用场景中，所述一类簇头设备具体用于：

广播接入通知，所述接入通知用于通知所述二类簇头设备发送第一接入请求；

接收所述二类簇头设备发送的所述第一接入请求；

根据所述第一接入请求构建所述二类簇头设备的身份信息列表；

在具体的应用场景中，所述网关设备具体用于：

根据所述身份信息判断所述二类簇头设备是否同时落入多个一类簇头设备的网络连接范围；

在判断结果为否时，将网络连接范围覆盖了所述二类簇头设备的一类簇头设备作为与所述二类簇头设备连接的一类簇头设备；

在判断结果为是时，在所述多个一类簇头设备中挑选与所述二类簇头设备网络信号最强的一类簇头设备作为与所述二类簇头设备连接的一类簇头设备。

在具体的应用场景中，所述一类簇头设备具体用于：

根据所述连接关系向所述二类簇头设备发送指向性接入通知；

接收所述二类簇头设备发送的接入请求信息；

向所述二类簇头设备发送接入响应消息；

接收所述二类簇头设备发送的接入反馈，并根据所述接入反馈与所述二类簇头设备建立网络连接。

在具体的应用场景中，所述网关设备还用于，

对所述设备群内的设备进行鉴权，并在所述设备群内所有的设备都通过权鉴时保存所述设备群的群信息。

通过以上对局域网系统的描述可知，当接收到用户的连接指令时，一类簇头设备获取二类簇头设备的身份信息；之后网关设备根据二类簇头设备的身份信息协调一类簇头设备与二类簇头设备之间的连接关系，使得一类簇头设备与二类簇头设备之间的网络连接信号最强；最后一类簇头设备根据连接关系与二类簇头设备建立网络连接。并且，由二类簇头设备负责管理其所在群的网络节点和网络资源。可见，二类簇头设备的引入，一方面，使得局域网系统可以容纳更多的网络设备，增加了局域网系统的覆盖能力；另一方面分担了其所在群的网络负载，降低一类智能设备的网络负载量。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施场景所述的方法。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种建立网络连接的方法，其特征在于，应用于包括网关设备和设备群的局域网系统中，所述设备群由一类设备群和二类设备群组成，所述一类设备群由一类簇头设备和一类从属设备组成，所述二类设备群由二类簇头设备和二类从属设备组成，所述一类簇头设备具备移动通信能力并且使用的通讯号码与所述网关设备相同，所述二类簇头设备具备中继转发数据的能力，所述二类簇头设备与所述二类从属设备建立网络连接，该方法包括：

当接收到用户的连接指令时，所述一类簇头设备获取所述二类簇头设备的身份信息；

所述网关设备根据所述二类簇头设备的身份信息协调所述一类簇头设备与所述二类簇头设备之间的连接关系，以使所述一类簇头设备与所述二类簇头设备之间的网络连接信号最强；

所述一类簇头设备根据所述连接关系与所述二类簇头设备建立网络连接；

所述一类簇头设备获取二类簇头设备的身份信息具体为：

所述一类簇头设备广播接入通知，所述接入通知用于通知所述二类簇头设备发送第一接入请求；

所述一类簇头设备接收所述二类簇头设备发送的所述第一接入请求；

所述一类簇头设备根据所述第一接入请求构建所述二类簇头设备的身份信息列表。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网关设备根据所述二类簇头设备的身份信息协调所述一类簇头设备与所述二类簇头设备之间的连接关系，具体为：

所述网关设备根据所述身份信息判断所述二类簇头设备是否同时落入多个一类簇头设备的网络连接范围；

若判断结果为否，则将网络连接范围覆盖了所述二类簇头设备的一类簇头设备作为与所述二类簇头设备连接的一类簇头设备；

若判断结果为是，则在所述多个一类簇头设备中挑选与所述二类簇头设备网络信号最强的一类簇头设备作为与所述二类簇头设备连接的一类簇头设备。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一类簇头设备根据所述连接关系与所述二类簇头设备建立网络连接具体为：

所述一类簇头设备根据所述连接关系向所述二类簇头设备发送指向性接入通知；

所述一类簇头设备接收所述二类簇头设备发送的接入请求信息；

所述一类簇头设备向所述二类簇头设备发送接入响应消息；

所述一类簇头设备在接收到所述二类簇头设备发送的接入反馈后，根据所述接入反馈与所述二类簇头设备建立网络连接。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一类簇头设备获取所述二类簇头设备的身份信息之前，所述方法还包括：

所述网关设备对所述设备群内的设备进行鉴权，并在所述设备群内所有的设备都通过权鉴时保存所述设备群的群信息。

5.一种局域网系统，其特征在于，包含网关设备和设备群，所述设备群由一类设备群和二类设备群组成，所述一类设备群由一类簇头设备和一类从属设备组成，所述二类设备群由二类簇头设备和二类从属设备组成，所述一类簇头设备具备移动通信能力并且使用的通讯号码与所述网关设备相同，所述二类簇头设备具备中继转发数据的能力，所述二类簇头设备与所述二类从属设备建立网络连接，其中：

所述网关设备用于，根据所述二类簇头设备的身份信息协调所述一类簇头设备与所述二类簇头设备之间的连接关系，以使所述一类簇头设备与所述二类簇头设备之间的网络连接信号最强；

所述一类簇头设备用于，当接收到用户的连接指令时，获取所述二类簇头设备的身份信息，以及根据所述连接关系与所述二类簇头设备建立网络连接；

所述二类簇头设备用于，当接收到用户的连接指令时，向所述一类簇头设备发送身份信息，以及根据所述连接关系与所述一类簇头设备建立网络连接；

所述一类簇头设备具体用于：

广播接入通知，所述接入通知用于通知所述二类簇头设备发送第一接入请求；

接收所述二类簇头设备发送的所述第一接入请求；

根据所述第一接入请求构建所述二类簇头设备的身份信息列表。

6.如权利要求5所述的局域网系统，其特征在于，所述网关设备具体用于：

根据所述身份信息判断所述二类簇头设备是否同时落入多个一类簇头设备的网络连接范围；

在判断结果为否时，将网络连接范围覆盖了所述二类簇头设备的一类簇头设备作为与所述二类簇头设备连接的一类簇头设备；

在判断结果为是时，在所述多个一类簇头设备中挑选与所述二类簇头设备网络信号最强的一类簇头设备作为与所述二类簇头设备连接的一类簇头设备。

7.如权利要求5所述的局域网系统，其特征在于，所述一类簇头设备具体用于：

根据所述连接关系向所述二类簇头设备发送指向性接入通知；

接收所述二类簇头设备发送的接入请求信息；

向所述二类簇头设备发送接入响应消息；

接收所述二类簇头设备发送的接入反馈，并根据所述接入反馈与所述二类簇头设备建立网络连接。

8.如权利要求5所述的局域网系统，其特征在于，所述网关设备还用于，

对所述设备群内的设备进行鉴权，并在所述设备群内所有的设备都通过权鉴时保存所述设备群的群信息。

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