CN109510743A - 一种智能音箱系统的快速集群方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能音箱系统的快速集群方法，智能音箱系统包括主智能音箱模块和子智能音箱模块，所述快速集群方法包括：1)、快速配网；主智能音箱模块广播配网信息，子智能音箱模块通过监听信道，获取配网信息，实现多台子智能音箱模块的快速配网；2)、集群机制；主智能音箱模块发起资源共享请求，其他授权资源共享的子智能音箱模块可自动互联，实现主智能音箱模块与子智能音箱模块之间本地资源的共享。本发明通过主智能音箱的调配，减少冗余而繁琐的人工操作，降低家庭智能音箱集群配置的复杂度。当用户需要新增智能音箱时，可在不影响原有集群网的情况下，以子智能音箱的形式融入其中，扩大原有集群网。

Description

一种智能音箱系统的快速集群方法

【技术领域】

本发明涉及一种智能音箱系统的快速集群方法。具体地说是在 家居环境下，用户通过简单的操作实现若干个离线智能音箱间的快速 集群，并进行本地资源的共享。

【背景技术】

在人际交往中，言语是最自然并且最直接的方式之一。随着技术 的进步，越来越多的人们也期望计算机能够具备与人进行言语沟通的 能力，因而，语音识别这一技术也越来越受到关注。近二十年来，语 音识别技术取得显著进步，开始从实验室走向生活，使生活中越来越 多的交互场景都可以通过语音来完成。比如，利用语音输入法实现语 音转文字操作；使用语音指令完成对家用电器的控制；咨询语音助手 关于生活的资讯等等。一方面，语音交互通过释放用户的双手和双眼， 提高了人机交互的效率；另一方面，语音交互的使用成本低且配置硬 件要求也低，提高了语音交互的普及度。

在语音交互技术发展的大背景下，智能音箱产品在提供内容娱 乐、生活服务的同时，更多的接入到家庭生活场景中，成为智能家居 的控制中心和个人助理。简单来说，智能音箱可以视作一部没有屏幕 的智能手机，用户通过语音与其进行交互，从而解放了双眼和手指。 通过智能音箱可以实现对家居中的智能电器进行联网和语音控制，同 样也可完成日常安排、订餐厅、叫车、阅读、翻译、通话等类似个人 助理的功能。智能音箱的优势在于其能够通过语音实现“隔空操作”， 在人们不方便使用手机或其他电子设备时提供帮助。

智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、 安全防范技术、自动控制技术、音视频技术等将家居生活有关的设施 集成，构建高效的住宅设施与家庭日常事务的管理系统，提升家居安 全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。为了 提高用户的便利程度，目前的智能家居具有语音控制的功能，通常用 智能音箱作为载体。随着智能音箱的普及度越来越高，家庭中智能音 箱的数量也在逐步增长。一方面，家庭成员使用智能音箱的频率增加， 单靠一台智能音箱无法满足需求；另一方面，家庭成员间也有不同的 兴趣爱好，训练出符合自己个性的智能音箱才是家庭成员们的需求。 因此，在智能音箱逐步增长的情况下，实现家庭中的若干智能音箱间 组网并进行资源共享将会是一个关注要点。

现有的实现智能音箱组网的方案，主要通过用户利用手机逐个对 智能音箱配网，然后开通各个智能音箱的共享权限，再通过某种通信 协议完成智能音箱间的资源共享。在这个过程中，需要相当多的人为 操作，这不符合科技为人类带来便利的理念。同时，当新增智能音箱 时，原有的集群网可能被打破需重新搭建。因而，在这方面有很大的 提升空间。

现有的智能音箱集群方案虽然能够很好地完成各智能音箱设备 的配网，以及将各个智能音箱组建成集群网，并实现智能音箱间的资 源共享，但是完成这一系列过程往往需要用户利用手机手动进行操 作，步骤较为冗余而繁琐，并且手机软件需要相当多的指引。同时， 当有家庭成员需要新增一台智能音箱时，可能会打破原有的集群网， 需要重新建立起新集群网，这势必造成时间成本的叠加，严重影响用 户体验。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种在家居环 境中，选取家庭中任一智能音箱为主设备，一般地，可选取客厅的智 能音箱为主设备，通过快速配网机制，主设备广播配网信息，便可以 让其他多台智能音箱同时连接互联网，之后通过集群机制，授权资源 共享的智能音箱之间自动互联，实现智能音箱之间本地资源的共享， 更进一步地，当新增智能音箱需要加入已建立的集群网，上述机制能 保护原有的集群网，并将其纳入其中，

本发明的目的是这样实现的：

一种智能音箱系统的快速集群方法，其特征在于智能音箱系统包 括主智能音箱模块和子智能音箱模块，所述快速集群方法包括：

1)、快速配网；主智能音箱模块广播配网信息，子智能音箱模块 通过监听信道，获取配网信息，实现多台子智能音箱模块的快速 配网；

2)、集群机制；主智能音箱模块发起资源共享请求，其他授权资 源共享的子智能音箱模块可自动互联，实现主智能音箱模块与子智能 音箱模块之间本地资源的共享。

如上所述的一种智能音箱系统的快速集群方法，其特征在于，所 述的快速配网流程是：主智能音箱模块向信道发送UDP广播包，查收 是否收到回馈信息，保存回馈信息，检查配网是否超时；同时，子智 能音箱模块循环监听不同信道，捕获起始帧，接收后续数据帧，捕获 结束帧，根据解析协议获取数据帧中配网参数，利用解析后配网参数 进行配网，利用源地址向主智能音箱模块回馈信息。

如上所述的一种智能音箱系统的快速集群方法，其特征在于，所 述的集群机制包括建群和资源调配两个流程：

所述的建群流程包括：1)、主智能音箱模块向回馈信息中源地 址的子智能音箱模块发送集群邀请，2)、子智能音箱模块授权；3)、 根据时间先后对授权子智能音箱模块设置集群编码；4)、绑定子智 能音箱模块源地址、MAC地址和集群编码；

所述的资源调配流程如下：1)、子智能音箱模块发起资源申请； 2)、主智能音箱模块检索集群成员的本地资源；3)、检查匹配申请； 4)、利用集群成员激地址生成共享链接；5)、主智能音箱模块向子 智能音箱模块回共享链接；6)、子智能音箱模块利用共享链接获取 资源。

如上所述的一种智能音箱系统的快速集群方法，其特征在于所述 的资源调配中如匹配申请检查不符，需检测互联网资源并生成共享链 接，再由主智能音箱模块向子智能音箱模块回共享链接。

如上所述的一种智能音箱系统的快速集群方法，其特征在于，所 述的主智能音箱模块包括负责获取用户的语音信号的主拾音单元，负 责播放响应语音的主扬声器单元，负责连接互联网的主无线网络单 元，负责存储本地资源的主存储单元，负责子智能音听信道的主配网 单元，负责调度集群网内的本地资源的调配单元；

子智能音箱模块包括负责获取用户的语音信号的子拾音单元，负 责播放响应语音的子扬声器单元，负责连接互联网的子无线网络单 元，负责存储本地资源的子存储单元。

本发明在现有智能音箱集群方案的基础上，进一步提高了智能音 箱集群的效率和稳定性，还具有以下优点：

1)通过主智能音箱的调配，减少冗余而繁琐的人工操作，降低家 庭智能音箱集群配置的复杂度。

2)通过快速配网机制，可以提高智能音箱的配网速率，并且可以 同时并行对多台智能音箱配网。

3)当用户需要新增智能音箱时，可在不影响原有集群网的情况下， 以子智能音箱的形式融入其中，扩大原有集群网。

【具体实施方式】

一种智能音箱系统的快速集群方法，所述的智能音箱系统包括主 智能音箱模块和子智能音箱模块，所述快速集群方法包括：

1)、快速配网；主智能音箱模块广播配网信息，子智能音箱模块 通过监听信道，获取配网信息，实现多台子智能音箱模块的快速 配网；

2)、集群机制；主智能音箱模块发起资源共享请求，其他授权资 源共享的子智能音箱模块可自动互联，实现主智能音箱模块与子智能 音箱模块之间本地资源的共享。

其中，本发明快速配网机制利用UDP协议，主智能音箱向信道广 播编码后的配网信息，子智能音箱监听信道，获取相应信道的编码配 网信息，然后根据事先约定的编码协议解析出配网信息，最后子智能 音箱完成配网并向主智能音箱回馈信息。由于主智能音箱采用的是 UDP广播，因而能进行一对多地对多台子智能音箱同时进行配网。

本发明利用802.11的MAC帧中数据长度可辨的特点，将配网信 息帧转化成向UDP广播包的MAC帧填充无效数据帧，以改变MAC帧中 的数据长度，其中配网信息帧的长度对应UDP广播包发送的个数，每 个UDP广播包的数据长度对应配网信息帧中每个字节具体数值的编 码值。

配网信息帧定义如下：

各字段所代表的意思如下：

起始符：表示数据传输开始；

源地址：UDP广播包发送端的IP地址，本发明特指主智能音箱IP 地址；

网络名：用于配网的无线网络的名称，其中P限定最大为32；

密码：用于配网的无线网络的密码，其中Q限定最大为32；

校验码：用于校验配网信息的准确性；

结束符：表示数据传输结束。

本发明编码协议不作限定，一般地，采用ASCII码编码，示例如 下：

假设网络层协议选择IPv4协议，其头部占用20字节；传输层协议 选择UDP协议，其头部定长为8字节。因此，若MAC帧中的数据长度为X， 此时该长度所表示的数值为(X-20-8)的ASCII码对应的数值。同样， 若需要表示ASCII码为Y的数值，只需在MAC帧的数据帧中填充Y个无效 数据(比如,0x00)，此时MAC帧的数据长度为(Y+20+8)。

本发明集群机制基于上述的快速配网机制，在快速配网机制中， 子智能音箱配网成功后向主智能音箱发送回馈信息，回馈信息定义如 下：

起始码

时间戳

MAC地址

源地址

结束码

各字段所代表的意思如下：

起始符：表示数据传输开始；

时间戳：表示配网成功的时间，用以对集群中的成员编号；

MAC地址：子智能音箱硬件地址，用以作为区分个体的唯一标识；

源地址：回馈信息发送端的IP地址，本发明特指连网成功子智能 音箱IP地址；

结束码：表示数据传输结束。

本发明集群机制以主智能音箱作为核心，子智能音箱作为节点， 呈辐射状。主智能音箱主要负责集群管理和资源调配，子智能音箱主 要负责响应用户指令和申请资源。通过主设备组网和调配，能够很好 的控制子设备的接入，防止冲突而导致集群网被破坏。

本发明集群机制包括建群和资源调配两个流程，所述的建群流程 包括：1)、主智能音箱模块向回馈信息中源地址的子智能音箱模块 发送集群邀请，2)、子智能音箱模块授权；3)、根据时间先后对授 权子智能音箱模块设置集群编码；4)、绑定子智能音箱模块源地址、 MAC地址和集群编码；

所述的资源调配流程如下：1)、子智能音箱模块发起资源申请； 2)、主智能音箱模块检索集群成员的本地资源；3)、检查匹配申请； 4)、利用集群成员激地址生成共享链接；5)、主智能音箱模块向子 智能音箱模块回共享链接；6)、子智能音箱模块利用共享链接获取 资源。如匹配申请检查不符，需检测互联网资源并生成共享链接，再 由主智能音箱模块向子智能音箱模块回共享链接。

Claims (5)

1.一种智能音箱系统的快速集群方法，其特征在于智能音箱系统包括主智能音箱模块和子智能音箱模块，所述快速集群方法包括：

1)、快速配网；主智能音箱模块广播配网信息，子智能音箱模块通过监听信道，获取配网信息，实现多台子智能音箱模块的快速配网；

2)、集群机制；主智能音箱模块发起资源共享请求，其他授权资源共享的子智能音箱模块可自动互联，实现主智能音箱模块与子智能音箱模块之间本地资源的共享。

2.根据权利要求1所述的一种智能音箱系统的快速集群方法，其特征在于，所述的快速配网流程是：主智能音箱模块向信道发送UDP广播包，查收是否收到回馈信息，保存回馈信息，检查配网是否超时；同时，子智能音箱模块循环监听不同信道，捕获起始帧，接收后续数据帧，捕获结束帧，根据解析协议获取数据帧中配网参数，利用解析后配网参数进行配网，利用源地址向主智能音箱模块回馈信息。

3.根据权利要求1所述的一种智能音箱系统的快速集群方法，其特征在于，所述的集群机制包括建群和资源调配两个流程：

所述的建群流程包括：1)、主智能音箱模块向回馈信息中源地址的子智能音箱模块发送集群邀请，2)、子智能音箱模块授权；3)、根据时间先后对授权子智能音箱模块设置集群编码；4)、绑定子智能音箱模块源地址、MAC地址和集群编码；

所述的资源调配流程如下：1)、子智能音箱模块发起资源申请；2)、主智能音箱模块检索集群成员的本地资源；3)、检查匹配申请；4)、利用集群成员激地址生成共享链接；5)、主智能音箱模块向子智能音箱模块回共享链接；6)、子智能音箱模块利用共享链接获取资源。

4.根据权利要求3所述的一种智能音箱系统的快速集群方法，其特征在于所述的资源调配中如匹配申请检查不符，需检测互联网资源并生成共享链接，再由主智能音箱模块向子智能音箱模块回共享链接。

5.根据权利要求1所述的一种智能音箱系统的快速集群方法，其特征在于，所述的主智能音箱模块包括负责获取用户的语音信号的主拾音单元，负责播放响应语音的主扬声器单元，负责连接互联网的主无线网络单元，负责存储本地资源的主存储单元，负责子智能音听信道的主配网单元，负责调度集群网内的本地资源的调配单元；

子智能音箱模块包括负责获取用户的语音信号的子拾音单元，负责播放响应语音的子扬声器单元，负责连接互联网的子无线网络单元，负责存储本地资源的子存储单元。