CN111431900A - 一种可动态扩展的智能家居协议对接系统及方法 - Google Patents

一种可动态扩展的智能家居协议对接系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可动态扩展的智能家居协议对接系统及方法，其引入了动态协议库机制，并根据不同设备类型定义了统一的协议接口，同时通用通信模块基于不同的通信方式提供了统一的通信接口。这使得在对接新的第三方设备时只需要进行动态协议库的开发，同时动态协议库独立于系统软件存在，可以进行独立、动态的更新及维护。这使得系统的开发迭代速度更快，开发、测试更为简单，同时在系统稳定性上也更有保障。另一方面针对不同设备类型定义了统一的功能接口，这使得不同的第三方设备在上层应用交互中可以互相兼容、匹配。

Description

一种可动态扩展的智能家居协议对接系统及方法
技术领域
本发明涉及智能家居领域，具体涉及一种可动态扩展的智能家居协议对接系统及方法。
背景技术
随着智能家居系统日益普及，对智能家居系统可接入设备类型也要求越来越多，比如中央空调系统、新风系统、背景音乐系统、智能灯具等。但是对于不同类型的设备、不同厂家的设备所采用的协议采用的通信方式、协议以及交互上都存在较大的差异。这就要求家居系统对接每一款设备就必须针对性地重新开发，进行系统软件的升级，这就提高了系统的后期维护成本，在软件功能的开发迭代管理上难度也大。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种可动态扩展的智能家居协议对接系统及方法，其可以在不升级系统软件的情况下实现对新设备、新协议的动态支持，降低智能家居系统的维护成本。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种可动态扩展的智能家居协议对接系统，其包括智能家居网关和通用通信模块；
所述智能家居网关，其设有动态协议库；该智能家居网关用于接收设备添加请求，该设备添加请求包括设备类型、协议库标识及配置参数信息；并根据设备添加请求中的协议库标识在动态协议库中查找对应的协议库；查找到对应的协议库后，智能家居网关根据设备类型创建第三方设备虚拟对象，并为第三方虚拟设备分配设备唯一标识；第三方设备虚拟对象加载对应的动态协议库，并传入配置参数信息；
所述通用通信模块，用于实现智能家居网关中的第三方设备虚拟对象和第三方设备之间的交互；当第三方设备虚拟对象加载完对应的动态协议后，根据配置参数信息初始化相应的通用通信模块，并通过通用通信模块与第三方设备进行交互。
所述第三方设备虚拟对象为第三方设备在网关内的映射，其设有功能接口和协议接口，所述功能接口面向于智能家居系统内部，所述协议接口面向于动态协议库，第三方设备虚拟对象通过协议接口调用动态协议库。
所述动态协议库中的每一个协议库设有一份协议库描述文件，该协议库描述文件包含协议说明、协议库标识、设备类型和配置参数描述信息。
所述对接系统还包括APP端；
所述APP端，用于设置接入第三方设备的设备类型，根据该设备类型获取该设备类型所支持的协议列表，并展示该协议列表；
APP端还用于在上述协议列表中确定第三方设备的对应协议，根据该确定的协议获取动态协议库描述文件，并展示参数配置页面；
APP端还用于在上述参数配置页面中配置参数，并向智能家居网关发送设备添加请求。
所述对接系统还包括云端；当智能家居网关根据设备类型查找对应的协议库时，先查询本地是否已有对应的协议库，若本地不存在，根据协议库标识向云端获取对应的协议库。
一种可动态扩展的智能家居协议对接方法，其采用如上所述的可动态扩展的智能家居协议对接系统实现，具体如下：
通过智能家居网关接收到添加设备请求，智能家居网关根据添加设备请求中的协议库标识在动态协议库中查找对应的协议库；查找到对应的协议库后，智能家居网关根据设备类型创建第三方设备虚拟设备，并为第三方设备虚拟对象分配设备唯一标识；
第三方设备虚拟对象加载对应的协议库，加载完成后，根据配置参数信息初始化相应的通用通信模块，并通过通用通信模块与第三方设备进行交互；
当完成初次交互时，智能家居网关将设备信息存储到本地；其中，设备信息包括网关为其分配的设备唯一标识，设备类型，动态协议库标识和配置参数。
所述对接方法所采用的对接系统还包括APP端，所述APP端用于输入添加设备请求，具体如下：
（1）通过APP端选择要添加的第三方设备的设备类型，APP端根据该设备类型向云端获取该设备类型所支持的协议列表，并进行展示。其中，协议列表包含协议库标识和协议说明信息。
（2）从APP端展示的协议列表中选择与第三方设备对应的协议，APP端根据选择的协议库标识向云端获取动态协议库描述文件，并根据配置参数描述展示配置页面；
（3）通过APP端进行参数配置，然后向智能家居网关发起添加设备请求信息，该添加设备请求信息中包括设备类型、协议库标识及配置参数信息。
所述对接方法所采用的对接系统还包括云端，所述云端用于动态加载协议库，具体如下：
当智能家居网关根据设备类型查找对应的协议库时，先查询本地是否已有对应的协议库，若本地不存在，根据协议库标识向云端获取对应的协议库。
智能家居网关与第三方设备的交互包括功能请求交互。
智能家居网关与第三方设备的交互还包括状态维护。
采用上述方案后，本发明引入了动态协议库机制，并根据不同设备类型定义了统一的协议接口，同时通用通信模块基于不同的通信方式提供了统一的通信接口。这使得在对接新的第三方设备时只需要进行动态协议库的开发，同时动态协议库独立于系统软件存在，可以进行独立、动态的更新及维护。这使得系统的开发迭代速度更快，开发、测试更为简单，同时在系统稳定性上也更有保障。另一方面针对不同设备类型定义了统一的功能接口，这使得不同的第三方设备在上层应用交互中可以互相兼容、匹配。
附图说明
图1为本发明的系统拓扑图一；
图2为本发明的另一系统拓扑图；
图3为本发明的RS485通用通信模块结构示意图；
图4为本发明协议库描述文件结构示意图；
图5为第三方设备接入系统的流程图；
图6为第三方设备的功能交互流程图；
图7为轮询式状态维护流程图；
图8为消息式状态维护流程图；
图9-10为基于长连接通信方式的状态维护流程图；
图11为本发明实施例的音乐播放器接入时的第三方设备虚拟对象、动态协议库描述文件及通用通信模块图；
图12为本发明实施例的音乐播放器接入流程图；
图13为本发明实施例的音乐播放器的音量控制功能请求交互流程图；
图14为本发明实施例的音乐播放器的定时关闭配置功能请求交互流程图
图15为本发明实施例的音乐播放器的播放状态查询功能请求交互流程图；
图16为为本发明实施例的音乐播放器的IP地址查询功能请求交互流程图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明揭示了一种可动态扩展的智能家居协议对接系统，其包括智能家居网关和通用通信模块。
其中，智能家居网关设有动态协议库，动态协议库设有一个以上协议库；该智能家居网关用于接收设备添加请求，该设备添加请求包括设备类型、协议库标识及配置参数信息；并根据设备添加请求中的协议库标识在动态协议库中查找对应的协议库；查找到对应的协议库后，智能家居网关根据设备类型创建第三方设备虚拟对象，并为第三方虚拟设备对象分配唯一的设备标识；第三方设备虚拟对象加载对应的协议库，并传入配置参数信息。
通用通信模块，用于实现智能家居网关中的第三方设备虚拟对象和第三方设备之间的交互；当第三方设备虚拟对象加载完对应的动态协议后，根据配置参数信息初始化相应的通用通信模块，并通过通用通信模块与第三方设备进行交互。
上述通用通信模块可以直接设于智能家居网关中，也可以独立扩展为一个对接设备。
通用通信模块根据通信方式的不同，可以泛化为RS485通用通信模块、TCP通用通信模块、MQTT通用通信模块等。不同类型的通用通信模块可以根据通信方式提取出通用的通信接口。比如，如图3所示，RS485通用通信模块，可以提供参数设置接口及查询/应答接口，其中参数设置接口可以用来设置波特率等参通信参数，查询/应答接口用来发送查询数据及接收对应的应答数据。
第三方设备虚拟对象为第三方设备在网关内的映射，其根据不同的设备功能进行抽象出统一的接口。该接口可分为两组，一组接口面向于智能家居系统内部，用于与系统中其他设备或者APP等进行交互，该类接口定义为功能接口；另一组则面向于动态协议库，动态协议库依据此接口进行开发并被第三方设备虚拟对象调用，该类接口定义为协议接口。
动态协议库依照第三方设备功能、协议，基于第三方设备虚拟对象接口规约，引用通用通信模块进行实现。动态协议库中的协议库在实现上可以采用so文件、脚本文件等，其可以通过直接在智能家居网关上本地导入和更新，也可以通过APP下发到智能家居网关进行导入和更新，还可以通过云端进行动态更新、加载。如图4所示，每一个协议库还会有一份协议库描述文件，该文件包含协议说明、协议库标识、设备类型和配置参数描述信息。动态协议库在职责上负责进行协议逻辑处理、协议数据转换以及状态维护。
智能家居协议对接系统还包括APP端和云端。其中，云端用于存储动态协议库。
APP端，用于设置接入第三方设备的设备类型，根据该设备类型向云端获取该设备类型所支持的协议列表，并展示该协议列表；APP端还用于在上述协议列表中确定第三方设备的对应协议，根据该确定的协议向云端获取动态协议库描述文件，并展示参数配置页面；APP端还用于在上述参数配置页面中配置参数，并向智能家居网关发送设备添加请求，该设备添加请求包括设备类型、协议库标识及配置参数信息。
如图5所示，基于上述可动态扩展的智能家居协议对接系统，本发明还揭示了一种可动态扩展的智能家居协议对接方法，其包括：
通过智能家居网关接收到添加设备请求，智能家居网关根据添加设备请求中的协议库标识在动态协议库中查找对应的协议库；查找到对应的协议库后，智能家居网关根据设备类型创建第三方设备虚拟设备，并为第三方设备虚拟对象分配设备唯一标识；
第三方设备虚拟对象加载对应的协议库，加载完成后，根据配置参数信息初始化相应的通用通信模块，并通过通用通信模块与第三方设备进行交互。
当协议对接系统还包括APP端和云端时，可以通过APP端向智能家居网关发起添加设备请求，以及通过云端动态更新动态协议库，具体如下：
（1）通过APP端选择要添加的第三方设备的设备类型，APP端根据该设备类型向云端获取该设备类型所支持的协议列表，并进行展示。其中，协议列表包含协议库标识和协议说明信息。
（2）从APP端展示的协议列表中选择与第三方设备对应的协议，APP端根据选择的协议库标识向云端获取动态协议库描述文件，并根据配置参数描述展示配置页面；
（3）通过APP端进行参数配置，然后向智能家居网关发起添加设备请求信息，该添加设备请求信息中包括设备类型、协议库标识及配置参数信息。
（4）智能家居网关根据协议库标识查询本地是否有对应的动态协议库，若本地不存在，根据协议库标识向云端获取对应的动态协议库。智能家居网关根据设备类型创建第三方设备虚拟对象，并为第三方设备虚拟对象分配设备唯一标识。
（5）第三方设备虚拟对象根据协议库标识加载对应的动态协议库，并传入配置参数信息；根据配置参数信息初始化相应的通用通信模块，并通过通用通信模块与第三方设备进行交互。
当完成初次交互后，智能家居网关将设备信息存储到本地。其中，设备信息包括网关为其分配的设备唯一标识，设备类型，动态协议库标识和配置参数。
如图6所示，智能家居网关与第三方设备的交互包括功能请求交互和状态维护，其中，功能请求交互如下：
功能请求可以由APP、智能家居系统中的其他设备或系统应用等发起。智能家居网关收到功能请求后，依据设备唯一标识查找到对应的第三方设备虚拟对象，并调用状态查询功能接口或控制功能接口处理功能数据。
第三方设备虚拟对象的功能接口被调用时会进行相应的功能逻辑处理。根据具体功能需要，第三方设备虚拟对象可以直接返回功能接口调用结果；或者调用动态协议库的协议接口进行处理后再返回功能接口调用结果。比如设备类型灯的会提供开/关状态查询功能接口和开/关控制功能接口。那么对于开/关状态灯设备虚拟对象运行过程中可以进行缓冲，此时调用开/关状态查询功能接口时就可直接返回; 而调用开/关状态控制功能接口则灯设备虚拟对象要调用协议库提供的相应协议接口与第三方设备进行交互，这时就不能直接返回。
动态协议库的协议接口被调用时会进行相应的协议逻辑处理及协议数据转换。根据具体协议需要，动态协议库可以直接返回协议接口调用结果；或者调用相应通用通信模块的通信接口处理经协议数据转换生成的协议数据，处理完成后再返回协议接口调用结果。比如一款TCP/IP通信的音乐播放器设备，其对应的协议库会提供在/离线状态查询协议接口和播放/暂停控制协议接口。协议库运行过程中可以维护设备的在/离线状态，则调用在/离线状态查询协议接口时可以直接返回；而调用播放/暂停控制协议接口时需要通过通用通信模块与设备交互，则不能直接返回。
对于不同的第三方设备对接协议，同样的功能在协议交互上可能由单次通信交互完成，或者由多次通信交互完成。
通用通信模块的通信接口被调用时，对协议数据进行相应的转换处理后生成通信数据并将其发送给第三方设备。根据具体通信需要，通用通信模块可以直接返回通信接口调用结果；或者等待第三方设备响应的通信数据进行处理后再返回通信接口调用结果。比如TCP通用通信模块会提供连接状态查询通信接口和发起连接通信接口。调用连接状态查询通信接口时可以直接返回，则调用发起连接通信接口则不能直接返回 。
第三方设备接收到通信数据后进行相应的处理。处理完成后根据具体需要，可以选择发送响应的通信数据给通用通信模块。比如一些网络设备会利用UDP广播来实现设备发现。发现的设备的广播消息中会带有设备的标识信息，如序列号等。局域网中的设备在收到广播后，会比如序列号。如果与自身一致则发送响应数据，不一致则不发。
而状态维护则可以通过消息式、轮询式、基于长连接通信方式等进行状态维护。
如图7所示，一些第三方设备在功能状态变更时不会主动发出变更消息，这时候需要采用轮询的方式查询功能状态。轮询式状态维护如下：
（1）动态协议库生成状态查询协议数据，并调用通信接口向通用通信模块发送该状态查询协议数据。
（2）通用通信模块将状态查询协议数据转换为状态查询通信数据，并将其发送至第三方设备。
（3）第三方设备向通用通信模块返回状态查询结果通信数据，通用通信模块将该宏能状态查询结果通信数据转换为状态查询结果协议数据，并将其返回至动态协议库。
（4）动态协议库对状态查询结果协议得到状态，并判断状态是否有变化，当状态有变化时，动态协议库记录新状态，并通知第三方设备虚拟对象进行状态更新。
如图8所示，一些第三方设备在功能状态变更时会主动发出变更消息，这时候只需求处理这些消息并进行相应处理即可。
如图9-10所示，一些第三方设备采用基于长连接的通信方式，如TCP、Websocket等。这种通信方式可以维护连接状态，在连接断开时发出通知。
为详尽本发明内容，以下将以某款音乐播放器的对接为例进行补充说明。如图11，该音乐播放通信上采用SSDP简单服务发现协议以及Websocket，在功能上提供了播放、暂停、音量控制等。
如图12所示，当将该音乐播放器接入智能家居网关时，用户在APP端选择接入的设备类型、选择接入的设备对应的协议、输入音乐播放器序列号，并确认添加设备，向智能家居网关发起添加设备请求。
智能家居网关根据请求中的设备类型创建第三方设备虚拟对象，并从动态协议库中加载相应的协议库，以及调用配置参数设置接口设置音乐播放器序列号。
SSDP通用通信模块调用服务发现接口向接入的音乐播放器发送服务发现协议，第三设备返回服务发现结果至动态协议库中，动态协议库解析服务发现结果得到第三方设备IP。然后，调用Websocket通用通信模块的连接接口，与音乐播放器建立连接，获得设备信息，将设备信息存储到智能家居网关中，完成音乐播放器的接入。
图13--16均为智能家居网关与音乐播放器之间的功能请求交互流程图，如图13所示，当用户通过APP端调节音乐播放器的音量时，APP端向智能家居网关发送音量控制功能请求，并调用音量控制功能接口将该请求发送至第三方设备虚拟对象。第三方设备虚拟对象调用音量控制协议接口将该功能请求发送值动态协议库；动态协议库将音量控制功能数据转换为音量控制协议数据后，通过数据发送接口将音量控制协议数据发送至Websocket通用通信模块；该Websocket通用通信模块将音量控制协议数据转换为音量控制功能数据，并发送至音乐播放器，实现对音乐播放器的音量控制。音乐播放器音量调节完后，返回相应的结果至智能家居网关和APP端。
如图14所示，当用户通过APP端设置音乐播放器的定时关闭，智能家居网关与音乐播放器之间进行定时关闭配置功能请求交互。其流程与音量控制功能请求交互相同。如图15所示，当用户通过APP端进行播放状态查询时，第三方设备虚拟对象可以直接返回查询结果。如图16所示，当用户通过APP端进行IP地址查询时，动态协议库直接返回查询结果。
本发明引入了动态协议库机制，并根据不同设备类型定义了统一的协议接口，同时通用通信模块基于不同的通信方式提供了统一的通信接口。这使得在对接新的第三方设备时只需要进行动态协议库的开发，同时动态协议库独立于系统软件存在，可以进行独立、动态的更新及维护。这使得系统的开发迭代速度更快，开发、测试更为简单，同时在系统稳定性上也更有保障。另一方面针对不同设备类型定义了统一的功能接口，这使得不同的第三方设备在上层应用交互中可以互相兼容、匹配。
以上所述，仅是本发明实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种可动态扩展的智能家居协议对接系统，其特征在于：包括智能家居网关和通用通信模块；
所述智能家居网关，其设有动态协议库；该智能家居网关用于接收设备添加请求，该设备添加请求包括设备类型、协议库标识及配置参数信息；并根据设备添加请求中的协议库标识在动态协议库中查找对应的协议库；查找到对应的协议库后，智能家居网关根据设备类型创建第三方设备虚拟对象，并为第三方虚拟设备分配设备唯一标识；第三方设备虚拟对象加载对应的动态协议库，并传入配置参数信息；
所述通用通信模块，用于实现智能家居网关中的第三方设备虚拟对象和第三方设备之间的交互；当第三方设备虚拟对象加载完对应的动态协议后，根据配置参数信息初始化相应的通用通信模块，并通过通用通信模块与第三方设备进行交互。
2.根据权利要求1所述的一种可动态扩展的智能家居协议对接系统，其特征在于：所述第三方设备虚拟对象为第三方设备在网关内的映射，其设有功能接口和协议接口，所述功能接口面向于智能家居系统内部，所述协议接口面向于动态协议库，第三方设备虚拟对象通过协议接口调用动态协议库。
3.根据权利要求1所述的一种可动态扩展的智能家居协议对接系统，其特征在于：所述动态协议库中的每一个协议库设有一份协议库描述文件，该协议库描述文件包含协议说明、协议库标识、设备类型和配置参数描述信息。
4.根据权利要求1所述的一种可动态扩展的智能家居协议对接系统，其特征在于：所述对接系统还包括APP端；
所述APP端，用于设置接入第三方设备的设备类型，根据该设备类型获取该设备类型所支持的协议列表，并展示该协议列表；
APP端还用于在上述协议列表中确定第三方设备的对应协议，根据该确定的协议获取动态协议库描述文件，并展示参数配置页面；
APP端还用于在上述参数配置页面中配置参数，并向智能家居网关发送设备添加请求。
5.根据权利要求1所述的一种可动态扩展的智能家居协议对接系统，其特征在于：所述对接系统还包括云端；当智能家居网关根据设备类型查找对应的协议库时，先查询本地是否已有对应的协议库，若本地不存在，根据协议库标识向云端获取对应的协议库。
6.一种可动态扩展的智能家居协议对接方法，其特征在于：所述协议对接方法采用如权利要求1所述的可动态扩展的智能家居协议对接系统实现，具体如下：
通过智能家居网关接收到添加设备请求，智能家居网关根据添加设备请求中的协议库标识在动态协议库中查找对应的协议库；查找到对应的协议库后，智能家居网关根据设备类型创建第三方设备虚拟设备，并为第三方设备虚拟对象分配设备唯一标识；
第三方设备虚拟对象加载对应的协议库，加载完成后，根据配置参数信息初始化相应的通用通信模块，并通过通用通信模块与第三方设备进行交互；
当完成初次交互时，智能家居网关将设备信息存储到本地；其中，设备信息包括网关为其分配的设备唯一标识，设备类型，动态协议库标识和配置参数。
7.根据权利要求6所述的一种可动态扩展的智能家居协议对接方法，其特征在于：所述对接方法所采用的对接系统还包括APP端，所述APP端用于输入添加设备请求，具体如下：
（1）通过APP端选择要添加的第三方设备的设备类型，APP端根据该设备类型向云端获取该设备类型所支持的协议列表，并进行展示；其中，协议列表包含协议库标识和协议说明信息；
（2）从APP端展示的协议列表中选择与第三方设备对应的协议，APP端根据选择的协议库标识向云端获取动态协议库描述文件，并根据配置参数描述展示配置页面；
（3）通过APP端进行参数配置，然后向智能家居网关发起添加设备请求信息，该添加设备请求信息中包括设备类型、协议库标识及配置参数信息。
8.根据权利要求6所述的一种可动态扩展的智能家居协议对接方法，其特征在于：所述对接方法所采用的对接系统还包括云端，所述云端用于动态加载协议库，具体如下：
当智能家居网关根据设备类型查找对应的协议库时，先查询本地是否已有对应的协议库，若本地不存在，根据协议库标识向云端获取对应的协议库。
9.根据权利要求6所述的一种可动态扩展的智能家居协议对接方法，其特征在于：智能家居网关与第三方设备的交互包括功能请求交互。
10.根据权利要求6所述的一种可动态扩展的智能家居协议对接方法，其特征在于：智能家居网关与第三方设备的交互还包括状态维护。
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