CN112087441B - 多协议通信方法、智慧家庭网关及多协议通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多协议通信方法、智慧家庭网关及多协议通信系统，所述方法包括以下步骤：接收不同协议数据格式的第一数据包；将不同协议数据格式的第一数据包转换为自定义数据格式的第二数据包；提取自定义数据格式的第二数据包中的目标地址段、目标协议类型段、指令类型段和数据内容段；若提取出的指令类型段为非空字段，则通过指令类型段确认控制指令内容，并筛选出与所述目标协议类型段对应的协议类型一致的预存物联网设备等，若筛选出的物联网设备数量等于1，则直接将对应物联网设备作为目标设备等。本发明在提高网关的兼容性和通用性的同时，降低了网关应用层设计开发难度，提高了多协议通信效率，降低了多协议网关的运营成本。

Description

多协议通信方法、智慧家庭网关及多协议通信系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体的说，涉及了一种多协议通信方法、智慧家庭网关及多协议通信系统。

背景技术

近年来，在物联网技术的推动下，智慧家庭产业发展迅速，出现越来越多功能各异的智能家居设备。在基本的智慧家庭系统中，家庭网关作为系统的主要枢纽，对内连接智能家居设备，进行数据的汇聚和转发；对外连接控制终端，支持用户对家居设备的远程控制和管理。目前智能家居设备与智慧家庭网关的通信有两种方式：有线和无线。有线通信虽然信号稳定，但具有布线困难和成本高的缺点。随着无线通信技术的大力发展，通信距离和信号稳定性足够满足家庭使用，因此无线通信逐渐在智慧家庭领域占据主导地位。现在智慧家庭领域主流的无线通信方式为WIFI、蓝牙、ZigBee和红外等。

随着无线通信协议的增多，导致智能家居设备通信接口没有统一标准，不同的设备根据自身的厂商设计方式采用不同的通信协议，比如一个智能温湿度计可采用WIFI通信协议上传数据，也可以采用蓝牙通信协议或ZigBee通信协议等。用户通过移动控制终端（如手机）无法直接与采用ZigBee等通信协议的智能设备直接通信，用户如果实现对智能家居设备的控制，需要通过智慧家庭网关进行协议转换，再通过网络通信将智能家居设备上的数据信息转发到用户的手机上。

而市面上大多数家庭网关目前只支持单一通信协议，应用场景单一，支持设备通信协议固定，无法很好的应用到现今多种协议共存的智慧家庭领域。由于智能家居设备品牌之间的竞争，各厂商生产的家庭网关基本只支持与自身品牌的智能家居设备通信，即使部分家庭网关能够支持第三方设备，也需要用户编程实现，对普通用户不够友好，兼容性太差。对用户而言，如果选择某一品牌网关，则只能选择支持该品牌网关通信协议的部分智能家居设备，给用户带来很大的局限性。用户如果选择不同品牌的智能家居设备，则需要配置多个家庭网关，增加了成本和系统复杂度，并且不同品牌之间的产品无法互联互通，无法实现物联网环境下的智能化。

传统多协议网关应用层直接接收发送方传递过来的数据包，根据该数据包的协议格式，解析该数据包获取其中的数据信息。由于不同协议定义的数据格式不同，解析数据包的方法也不同，多协议网关支持的协议越多，应用层需要解析数据格式工作量越复杂。支持多协议增加了网关应用层的运算复杂度，增大了开发难度。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种多协议通信方法、智慧家庭网关及多协议通信系统。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

本发明第一方面提出一种多协议通信方法，包括以下步骤：

接收不同协议数据格式的第一数据包；

将不同协议数据格式的第一数据包转换为自定义数据格式的第二数据包；其中，所述自定义数据格式包括源地址段、源协议类型段、目标地址段、目标协议类型段、指令类型段、数据长度段和数据内容段；

提取自定义数据格式的第二数据包中的目标地址段、目标协议类型段、指令类型段和数据内容段；

若提取出的指令类型段为非空字段，则通过指令类型段确认控制指令内容，并筛选出与所述目标协议类型段对应的协议类型一致的预存物联网设备；若筛选出的物联网设备数量等于1，则直接将对应物联网设备作为目标设备；若筛选出的物联网设备数量超过1，且所述目标地址段与筛选出的某个物联网设备的预存地址段一致，则将对应物联网设备作为目标设备；

若提取出的指令类型段为空字段，则判定控制终端为目标设备；

筛选出与所述目标设备所支持的协议类型一致的接口收发模块，作为目标设备接口模块；

在所述目标设备接口模块与所述目标设备组网成功时，按照目标设备接口模块对应的协议数据格式对待传输数据进行封装，获得待发送数据包；其中，所述待传输数据为数据内容段，或者控制指令内容和数据内容段；

将待发送数据包传输至目标设备。

本发明第二方面提出一种智慧家庭网关，包括第一接口收发单元、第二接口收发单元、第一处理单元、第二处理单元和第三处理单元；

所述第一接口收发单元，用于接收控制终端发送的不同协议数据格式的第一数据包T1，并传输至第一处理单元；以及接收第三处理单元传输的待发送数据包P2并转发至对应控制终端；

所述第二接口收发单元包括不同的接口收发模块，用于接收不同协议数据格式的第一数据包T2，并传输至第一处理单元；以及接收第三处理单元传输的待发送数据包P1，并转发至对应物联网设备；

所述第一处理单元设置在应用层与用户接口层/设备接口层之间，用于接收并解析所述第一接口收发单元传输的第一数据包T1，转换为自定义数据格式的第二数据包S1并传输至所述第二处理单元；以及接收并解析所述第二接口收发单元传输的第一数据包T2，转换为自定义数据格式的第二数据包S2并传输至所述第二处理单元；其中，所述自定义数据格式包括源地址段、源协议类型段、目标地址段、目标协议类型段、指令类型段、数据长度段和数据内容段；

所述第二处理单元设置在应用层，用于接收所述第一处理单元传输的自定义数据格式的第二数据包S1或者第二数据包S2，提取自定义数据格式的第二数据包S1或者第二数据包S2中的目标地址段、目标协议类型段、指令类型段和数据内容段；若提取出的指令类型段为非空字段，则通过指令类型段确认控制指令内容，并筛选出与所述目标协议类型段对应的协议类型一致的预存物联网设备；若筛选出的物联网设备数量等于1，则直接将对应物联网设备作为目标设备；若筛选出的物联网设备数量超过1，且所述目标地址段与筛选出的某个物联网设备的预存地址段一致，则将对应物联网设备作为目标设备；若提取出的指令类型段为空字段，则判定控制终端为目标设备；以及将目标设备信息和待传输数据传输至第三处理单元；

所述第三处理单元设置在应用层与用户接口层/设备接口层之间，用于筛选出与所述目标设备所支持的协议类型一致的接口收发模块，作为目标设备接口模块；在所述目标设备接口模块与所述目标设备组网成功时，按照目标设备接口模块对应的协议数据格式对待传输数据进行封装，获得待发送数据包P1或者待发送数据包P2；以及将所述待发送数据包P1传输至所述第二接口收发单元中的目标设备接口模块；以及将所述待发送数据包P2并传输至所述第一接口收发单元中的目标设备接口模块。

本发明第三方面提供一种多协议通信系统，包括控制终端、智能家居设备和上述的智慧家庭网关。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说：

1）本发明提出了一种多协议通信方法、智慧家庭网关及多协议通信系统；在接收不同协议数据格式的第一数据包后，并不立即向网关应用层传输，而是先在在应用层与用户接口层/设备接口层之间的协议解析及转换层，将不同协议数据格式的第一数据包转换为自定义数据格式的第二数据包；应用层基于自定义数据格式的第二数据包执行相应转发机制；

因此，在提高网关的兼容性和通用性，实现不同协议物联网设备之间互联互通的同时，使得应用层无需为每种协议设置对应解析模块，降低了网关应用层设计开发难度，提高了多协议通信效率，降低了多协议网关的运营成本；

2）无需等待控制终端接收原待发送数据包，再发出携带控制指令的数据包对物联网设备进行控制；而是，基于预设告警范围生成自调节指令，在控制终端对物联网设备被动调节之前，主动对物联网设备进行调整，大大缩短物联网设备的响应时间，提升用户体验度；

3）基于物联网设备状态值与预设异常范围之间的关系，判断是否调整待发送数据包的传输顺序。使得控制终端能够快速接收到异常信息，及时对物联网设备进行调整，大大缩短物联网设备的响应时间，进一步提升用户体验度；

4）本发明提出一种自定义数据格式，将不同通信协议的物联网设备节点通信和移动控制终端通信统一到同一种数据单元格式进行处理，在网关应用层基于自定义数据格式执行数据传输机制时，无需考虑具体家居设备通讯控制协议的细节和移动终端控制协议细节，在提高智慧家庭网关整体运行效率和执行速度的同时，提高多协议通信系统的安全性能，降低数据被窃取的风险；

5）为了提高智慧家庭网关数据的隐私性和安全性，本发明同时提出一种用户信息存储格式，区分系统中的三种用户分组，分为系统管理员、高级用户和普通用户，每组用户的使用权限进行区分，使家庭网关更加智能化和人性化，方便用户使用。

附图说明

图1是本发明的实施例1中的多协议通信方法的流程图。

图2是本发明的实施例2中的多协议通信方法的流程图。

图3是本发明的实施例3中的多协议通信方法的流程图。

图4是本发明的智慧家庭网关的结构示意图。

图5是本发明的多协议通信系统的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

如附图1所示，一种多协议通信方法，包括以下步骤：

接收不同协议数据格式的第一数据包；将不同协议数据格式的第一数据包转换为自定义数据格式的第二数据包；其中，所述自定义数据格式包括源地址段、源协议类型段、目标地址段、目标协议类型段、指令类型段、数据长度段和数据内容段；

提取自定义数据格式的第二数据包中的目标地址段、目标协议类型段、指令类型段和数据内容段；

若提取出的指令类型段为非空字段，则通过指令类型段确认控制指令内容，并筛选出与所述目标协议类型段对应的协议类型一致的预存物联网设备；若筛选出的物联网设备数量等于1，则直接将对应物联网设备作为目标设备；若筛选出的物联网设备数量超过1，且所述目标地址段与筛选出的某个物联网设备的预存地址段一致，则将对应物联网设备作为目标设备；

若提取出的指令类型段为空字段，则判定控制终端为目标设备；

筛选出与所述目标设备所支持的协议类型一致的接口收发模块，作为目标设备接口模块；在所述目标设备接口模块与所述目标设备组网成功时，按照目标设备接口模块对应的协议数据格式对待传输数据进行封装，获得待发送数据包；其中，所述待传输数据为数据内容段，或者控制指令内容和数据内容段；

将待发送数据包传输至目标设备。

可以理解，应用层需要与协议解析/转换层进行预先约定，预先约定的内容包括自定义数据格式中各个字段代表的含义和顺序，各个字段所占用的字节数，每个字段中不同的标识码所代表的含义等。

需要说明的是，在接收不同协议数据格式的第一数据包后，并不立即向应用层传输，而是先将不同协议数据格式的第一数据包，转换为自定义数据格式的第二数据包；应用层基于自定义数据格式的第二数据包执行相应转发机制；在提高网关的兼容性和通用性，解决了不同节点之间通信难的问题的同时，隐藏具体物联网设备（家居设备）通讯协议的细节和移动终端通信协议细节，使得应用层无需为每种协议设置对应解析模块，降低了网关应用层设计开发难度，增加网关的整体运行效率和执行速度，降低了多协议网关的运营成本。

具体的，所述不同协议数据格式包括TCP/IP协议数据格式、ZigBee协议数据格式、红外协议数据格式、蓝牙协议数据格式、WIFI协议数据格式、Z-Wave协议数据格式、GPRS协议数据格式、3G协议数据格式、4G协议数据格式、5G协议数据格式、LoRaWAN协议数据格式、NFC协议数据格式和NB-IOT协议数据格式中的一种或者几种。

需要说明的是，所述多协议通信方法制定自定义数据格式，将支持不同协议的智能家居设备通信和移动控制终端通信转换到同一种数据单元格式供应用层进行处理，使得本发明能够同时支持多种不用（WIFI、ZigBee、蓝牙和红外等）协议，支持多种异构节点进行双向透明传输。

进一步的，所述源地址段采用8个字节表示发送方地址（控制终端或者物联网设备），所述源协议类型段采用1个字节表示发送方源协议类型，所述目标地址段采用8个字节表示接收方地址（控制终端或者物联网设备），所述目标协议类型段采用1个字节表示接收方协议类型，所述数据长度段采用1个字节表示数据内容长度，所述数据内容段采用N个字节表示控制状态信息或者数据采集信息；

所述自定义数据格式依次为源地址段、源协议类型段、目标地址段、目标协议类型段、指令类型段、数据长度段和数据内容段，如下表所示：

具体的，所述源协议类型段或者所述目标协议类型段采用不同的标识码来表示不同的协议类型，例如，采用0x00表示TCP/IP通信协议，0x01表示ZigBee通信协议，0x02表示红外通信协议，0x03表示蓝牙通信协议，0x04表示WIFI通信协议，0x05表示Z-Wave通信协议，0x06表示GPRS通信协议，0x07表示3G通信协议，0x08表示4G通信协议，0x09表示5G通信协议，0x0a表示LoRaWAN通信协议，0x0b表示NFC通信协议，0x0c表示NB-IOT通信协议。

可以理解，所述源协议类型段与所述目标协议类型段采用同样的定义方式。提取出的指令类型段为非空字段（包含控制指令）时，接收方为物联网设备，发送方为控制终端；当指令类型段为空字段（不包含控制指令）时，数据内容为物联网设备状态值或者响应状态信息，接收方为控制终端或者智慧家庭网关或者其他物联网设备。

需要说明的是，采用8个字节表示发送方地址或者接收方地址，是由于：ZigBee网络有16位短地址和64位扩展地址，16位短地址在网络内使用，MAC地址为64位，每个ZigBee网络设备通过该地址进行唯一标识。低功耗蓝牙网络采用48位设备地址，高24位company_id和低24位company_assigned。红外通信编码主要采用NEC协议，采用16位地址码。Wifi网络采用48位MAC地址，其中0-23位为组织唯一标志符，24-47位是由厂家自己分配。IP地址占32位，通常用“点分十进制”表示。因此，考虑到实际应用与可扩展性，将支持这些协议的通信地址统一起来，以8字节长度作为实际设备源地址或者目标地址分区长度。

具体的，发送方为控制终端，接收方为物联网设备时，所述指令类型段采用不同的指令标识码来表示控制终端对物联网设备发出的不同的指令类型，不同的物联网设备对应不同的指令标识码；例如，源地址为移动控制终端，目标地址为智能台灯设备，该指令类型可以代指开灯、关灯、调节亮度、色温等指令，此时，数据内容段对应表示具体亮度大小等控制状态信息。发送方为物联网设备，接收方为控制终端时，所述指令类型段采用不同的指令标识码来表示物联网设备对控制终端反馈的不同的响应状态，此时，数据内容段对应表示物联网设备响应后的状态信息。

需要说明的是，为了便于应用层管理物联网设备以及识别目标设备，还在应用层设置设备管理模块，所述设备管理模块用于构建设备列表，所述设备列表从左到右依次设置设备类型字段、设备编号字段、协议类型字段、设备地址字段和设备状态字段，如下表所示：

在智慧家庭系统中存在多种物联网设备，具有同一种属性的物联网设备归为一类，采用1个字节代表设备类型，如0x01代表开关节点，0x02代表照明节点等。采用1个字节存储设备编号，智慧家庭系统中每新增一个设备，系统自动为该设备添加一个设备编号。采用1个字节对通信协议进行区分，本网关支持不同的通信协议，0x01代表ZigBee，0x02代表红外，0x03代表蓝牙，0x04代表WIFI等，预留的其他数值可以用于以后的系统扩展。为了便于协议转换，需要获取存储的设备地址，根据前面所述，设备地址（预存地址段）占8个字节。设备状态包含控制状态信息和物联网设备状态值，如灯的开关状态，灯的颜色、亮度、色温信息为状态信息，如温湿度数据为采集信息（物联网设备状态值）。一般设备状态占用1-4个字节，此处采用13个字节考虑到以后较为复杂的智能家居设备的扩展。对于设备状态需要根据智能家居设备的状态变化和采集信息的变化进行实时更新。

实施例2

如附图2所示，本实施例与实施例1的区别在于：

在目标设备为控制终端（发送方为物联网设备）时，还执行：

读取所述第二数据包中的数据内容段对应的物联网设备状态值，将所述物联网设备状态值与预设告警范围进行比对；

若所述物联网设备状态值超过预设告警范围，则生成自调节指令，基于所述自调节指令确认自调节目标设备，并筛选出与所述自调节目标设备所支持的协议类型一致的接口收发模块，作为自调节目标设备接口模块；

在所述自调节目标设备接口模块与所述自调节目标设备组网成功时，按照所述自调节目标设备接口模块对应的协议数据格式对所述自调节指令进行封装，获得自调节待发送数据包；

将自调节待发送数据包传输至自调节目标设备。

可以理解，若目标设备不为控制终端（发送方不为物联网设备），则按照正常流程传输待发送数据包；在所述自调节目标设备接口模块与所述自调节目标设备未组网成功时，生成自调节失败信息，并按照正常流程传输待发送数据包。

需要说明的是，在第一数据包的发送方为物联网设备（智能家居设备），即目标设备（接收方）为控制终端时，还设置自调节机制进行物联网设备控制，此时无需等待控制终端接收原待发送数据包，再发出携带控制指令的数据包经实施例1中的多协议通信方法进行转发；而是，基于预设告警范围生成自调节指令，依据自调节指令和物联网设备状态值与目标设备的映射关系，确认自调节目标设备，将自调节待发送数据包传输至自调节目标设备；进而，在控制终端对物联网设备（智能家居设备）被动调节之前，主动对物联网设备（智能家居设备）进行调整，大大缩短物联网设备（智能家居设备）的响应时间，提升用户体验度。

对于一些特殊物联网设备（智能家居设备）优势更加明显，例如，厨房燃气报警器和通风设备等。

实施例3

如附图3所示，本实施例与上述实施例的区别在于：在目标设备为控制终端（发送方为物联网设备）时，还执行：

读取所述第二数据包中的数据内容段对应的物联网设备状态值，将所述物联网设备状态值与预设异常范围进行比对；

若所述物联网设备状态值超过预设异常范围，则将判定对应物联网设备检测结果异常，并将该物联网设备对应的待发送数据包的传输优先级修改为至第一优先级；

若所述物联网设备状态值未超过预设异常范围，则按照正常流程来传输待发送数据包。

可以理解，若目标设备不为控制终端（发送方不为物联网设备），则按照正常流程传输待发送数据包；在所述物联网设备状态值未超过预设异常范围时，按照正常流程来传输待发送数据包。

需要说明的是，在第一数据包的发送方为物联网设备（智能家居设备），即目标设备（接收方）为控制终端时，还设置特殊机制进行物联网设备控制，此时无需按照实施例1中的多协议通信方法向控制终端转发物联网设备状态值；而是，基于物联网设备状态值与预设异常范围之间的关系，判断是否调整待发送数据包的传输顺序；

在所述物联网设备状态值超过预设异常范围，待发送数据包的传输优先级修改为至第一优先级（最高优先级），进而，使得控制终端能够快速接收到异常信息，及时对物联网设备（智能家居设备）进行调整，大大缩短物联网设备（智能家居设备）的响应时间，进一步提升用户体验度。

实施例4

本实施例给出了一种智慧家庭网关，如附图4所示，所述智慧家庭网关包括第一接口收发单元、第二接口收发单元、第一处理单元、第二处理单元和第三处理单元；

所述第一接口收发单元，用于接收控制终端发送的不同协议数据格式的第一数据包T1，并传输至第一处理单元；以及接收第三处理单元传输的待发送数据包P2并转发至对应控制终端；

所述第二接口收发单元包括不同的接口收发模块，用于接收不同协议数据格式的第一数据包T2，并传输至第一处理单元；以及接收第三处理单元传输的待发送数据包P1，并转发至对应物联网设备；

所述第一处理单元设置在应用层与用户接口层/设备接口层之间，用于接收并解析所述第一接口收发单元传输的第一数据包T1，转换为自定义数据格式的第二数据包S1并传输至所述第二处理单元；以及接收并解析所述第二接口收发单元传输的第一数据包T2，转换为自定义数据格式的第二数据包S2并传输至所述第二处理单元；其中，所述自定义数据格式包括源地址段、源协议类型段、目标地址段、目标协议类型段、指令类型段、数据长度段和数据内容段；

所述第二处理单元设置在应用层，用于接收所述第一处理单元传输的自定义数据格式的第二数据包S1或者第二数据包S2，提取自定义数据格式的第二数据包S1或者第二数据包S2中的目标地址段、目标协议类型段、指令类型段和数据内容段；若提取出的指令类型段为非空字段，则通过指令类型段确认控制指令内容，并筛选出与所述目标协议类型段对应的协议类型一致的预存物联网设备；若筛选出的物联网设备数量等于1，则直接将对应物联网设备作为目标设备；若筛选出的物联网设备数量超过1，且所述目标地址段与筛选出的某个物联网设备的预存地址段一致，则将对应物联网设备作为目标设备；若提取出的指令类型段为空字段，则判定控制终端为目标设备；以及将目标设备信息和待传输数据传输至第三处理单元；

所述第三处理单元设置在应用层与用户接口层/设备接口层之间，用于筛选出与所述目标设备所支持的协议类型一致的接口收发模块，作为目标设备接口模块；在所述目标设备接口模块与所述目标设备组网成功时，按照目标设备接口模块对应的协议数据格式对待传输数据进行封装，获得待发送数据包P1或者待发送数据包P2；以及将所述待发送数据包P1传输至所述第二接口收发单元中的目标设备接口模块；以及将所述待发送数据包P2并传输至所述第一接口收发单元中的目标设备接口模块。

进一步的，所述第一接口收发单元设置在用户接口层，包括IP网络模块；所述第二接口收发单元设置在设备接口层，包括ZigBee协调器、红外模块、蓝牙模块和WIFI模块等；所述第二处理单元设置在应用层，所述第一处理单元及所述第三处理单元设置在应用层与用户接口层/设备接口层之间的协议解析及转换层。

具体的，所述自定义数据格式包括源地址段、源协议类型段、目标地址段、目标协议类型段、指令类型段、数据长度段和数据内容段，所述源地址段采用8个字节表示发送方地址，所述源协议类型段采用1个字节表示发送方源协议类型，所述目标地址段采用8个字节表示接收方地址，所述目标协议类型段采用1个字节表示接收方协议类型，所述数据长度段采用1个字节表示数据内容长度，所述数据内容段采用N个字节表示控制状态信息或者数据采集信息。

进一步的，还设置自调节模块，所述自调节模块用于在第一数据包的发送方为物联网设备时，读取所述第二数据包中的数据内容段对应的物联网设备状态值，将所述物联网设备状态值与预设告警范围进行比对，若所述物联网设备状态值超过预设告警范围，则生成自调节指令；

所述第二处理单元还用于基于所述自调节指令确认自调节目标设备，并将自调节目标设备信息和自调节指令传输至所述第三处理单元；

所述第三处理单元还用于在自调节目标设备的协议类型与某个接口收发模块所支持的协议类型一致时，将该接口收发模块作为自调节目标设备接口模块；以及在自调节目标设备接口模块与自调节目标设备组网成功时，按照自调节目标设备接口模块对应的协议数据格式对所述自调节指令进行封装，获得自调节待发送数据包；以及将自调节待发送数据包传输至所述第二接口收发单元中的自调节目标设备。

进一步的，还设置传输优先级调整模块，所述传输优先级调整模块用于在第一数据包的发送方为物联网设备时，读取所述第二数据包中的数据内容段对应的物联网设备状态值，将所述物联网设备状态值与预设异常范围进行比对，若所述物联网设备状态值超过预设异常范围，则将判定对应物联网设备检测结果异常；以及将对应物联网设备信息和待传输数据传输至第三处理单元；所述第三处理单元还用于将对应物联网设备的待发送数据包的传输优先级修改为至第一优先级。

进一步的，所述智慧家庭网关还设置用户交互模块，所述用户交互模块用于获取用户输入的第二控制指令；所述第二处理单元还用于基于所述第二控制指令确认目标设备，并将目标设备信息及第二控制指令传输至所述第三处理单元；所述第三处理单元还用于在目标设备的协议类型与某个接口收发模块所支持的协议类型一致，将该接口收发模块作为目标设备接口模块；以及在目标设备接口模块与目标设备组网成功时，按照目标设备接口模块对应的协议数据格式对所述第二控制指令进行封装，获得待发送数据包P3；以及将待发送数据包P3发送至所述第二接口收发单元中的目标设备接口模块。

实施例5

本实施例给出了一种多协议通信系统，如附图5所示，所述多协议通信系统包括控制终端、智能家居设备和上述的智慧家庭网关；

所述控制终端与所述智慧家庭网关之间通讯互联，采用不同协议数据格式（例如，TCP/IP协议）发送第一控制指令或者接收智能家居设备状态信息等；所述智能家居设备与所述智慧家庭网关之间通讯互联，通过采用不同协议数据格式（例如，WIFI协议、蓝牙协议、ZigBee协议或者红外协议）接收第一控制指令或者自调节指令等，执行相应操作，并反馈执行结果；或者上传智能家居设备状态信息。

在多协议通信系统中，对智能家居设备（物联设备）控制的流程如下：

（1）发送方向物联网设备（智能家居设备）发送控制指令，有三种发送方法：a、移动控制终端作为第一控制指令发送方，控制智能家居设备（物联设备）；b、智慧家庭网关还可以通过自身的用户交互模块发送第二控制指令，控制物联网设备（智能家居设备）；c、物联网设备（智能家居设备）采集的状态信息，并传输至智慧家庭网关；智慧家庭网关设置自调节模块，达到某种条件则生成自调节指令，控制相应物联网设备（智能家居设备）动作；

（2）智慧家庭网关作为中心枢纽，先接收第一控制指令，传递给网关协议解析及转换层，对该指令进行分析转换成自定义数据格式的第二数据包，应用层基于自定义数据格式的第二数据包进行分析处理，将第一控制指令或者第二控制指令或者自调节指令传递给接收方支持的协议接口，通过该接口发送给物联网设备（智能家居设备）。

（3）物联网设备（智能家居设备）作为接收方，接收到不同控制指令，针对指令类型执行该指令，并将执行后的结果和状态反馈给发送方，完成整个控制过程。

三种发送方的控制指令具有统一特点，都必须传输到网关应用层进行分析、判断和处理，再由网关应用层、第三处理单元及相应接口收发模块将该控制指令发送到对应的物联网设备（智能家居设备）。

传统多协议网关应用层直接接收发送方传递过来的数据包，根据该数据包的协议格式，解析该数据包获取其中的数据信息。由于不同协议定义的数据格式不同，解析数据包的方法也不同，多协议网关支持的协议越多，应用层需要解析数据格式工作量越复杂。支持多协议增加了网关应用层的运算复杂度，增大了开发难度。

本发明提出一种多协议通信系统，将不同的物联设备通信协议和TCP/IP协议转换成自定义数据格式，网关应用层基于自定义数据格式执行实施例1至实施例3中的数据传输机制，在提高网关的兼容性和通用性的同时，使得应用层无需为每种协议设置对应解析模块，降低了网关应用层设计开发难度，同时提高了多协议通信系统的整体运行效率和执行速度。

需要说明的是，由于第二数据包为自定义数据格式，应用层需要与协议解析/转换层进行预先约定，预先约定的内容包括自定义数据格式中各个字段代表的含义和顺序，各个字段所占用的字节数，每个字段中不同的标识码所代表的含义等。在网关应用层基于自定义数据格式执行实施例1至实施例3中的数据传输机制时，无需考虑具体家居设备通讯控制协议的细节和移动终端控制协议细节，从而在提高智慧家庭网关整体运行效率和执行速度的同时，提高多协议通信系统的安全性能，降低数据被窃取的风险。

以手机控制终端控制zigbee协议台灯的应用来举例说明整个控制流程：

（1）在手机端输入亮度数据，生成设置台灯亮度的第一控制指令，然后将该第一控制指令封装为TCP/IP协议的第一数据包T1发送给智慧家庭网关；

（2）智慧家庭网关的IP网络模块接收到TCP/IP协议的第一数据包T1之后，将第一数据包T1提交给协议解析/转换层；

（3）协议解析/转换层的作用是将不同协议的第一数据包T1转化为统一的自定义数据格式的第二数据包S1提交给网关应用层。例如，源地址为手机IP地址，源协议类型为TCP/IP协议，目标地址为zigbee协议台灯的地址，目标协议类型为ZigBee协议对应的标识码，命令类型为设置台灯亮度，数据长度为1，数据内容为亮度值；

（4）应用层接收到自定义数据格式的第二数据包S1，不必考虑发送方所发送的数据协议类型，只需基于自定义数据格式的第二数据包S1，提取相应的信息，确认目标设备。应用层还将目标设备信息和带传输数据传输至协议解析/转换层的第三处理单元；

（5）ZigBee协调器在与ZigBee协议台灯组网成功的情况下，协议解析/转换层的第三处理单元生成ZigBee协议的待发送数据包P1，根据目标地址将命令类型和数据内容提交给ZigBee协调器；ZigBee协调器将ZigBee协议的待发送数据包发送给ZigBee协议台灯；

（6）ZigBee协议台灯接收相应控制指令，解析该指令，使台灯达到指定亮度；完成指令后，ZigBee协议台灯将当前执行成功的响应码作为数据内容，创建响应指令生成ZigBee协议的第一数据包T2，发送给家庭智慧网关的ZigBee协调器；

（7）ZigBee协调器接受到ZigBee协议的第一数据包T2（包含响应信息）后，将ZigBee协议的第一数据包T2提交给协议解析/转换层的第一处理单元；

（8）协议解析/转换层的第一处理单元将ZigBee协议的第一数据包T2封装成自定义数据格式的第二数据包S2提交给网关应用层；其中，源地址为zigbee协议台灯的地址，源协议类型为zigbee协议，目标地址为手机IP地址，目标协议类型为TCP/IP协议，命令类型为0，数据长度为0，数据内容为执行成果后的响应码。

（9）应用层接收到自定义数据格式的第二数据包S2，基于自定义数据格式的第二数据包S2，提取相应的信息，确认目标设备。应用层还将目标设备信息和带传输数据传输至协议解析/转换层的第三处理单元，第三处理单元生成TCP/IP协议的待发送数据包P2，并传输至所述IP网络模块，以通过IP网络模块将成功响应的结果发送给手机端；

（10）手机端显示亮度设置成功，完成整个控制过程。

实施例6

需要说明的是，现有的智慧家庭网关在用户管理方面也不够重视，所有使用者具有统一的权限。随着智能家居设备的智能化，很多家居设备的数据信息具有隐私性和安全性的需求，比如血压值等私人数据，一些特定的门锁需要特定权限的人才能打开，对于儿童等用户，需要限制其部分使用权限，对于危险家电不能进行操作以及保护其安全，因此，多用户权限分级对于智慧家庭系统也至关重要。

为了提高智慧家庭网关数据的隐私性和安全性，本发明同时提出一种用户信息存储格式，如下表所示：

区分系统中的三种用户分组：每组用户的使用权限进行区分，使家庭网关更加智能化和人性化，方便用户使用。

用户信息中最重要的为用户名和用户密码，系统需要根据用户名及用户密码赋予对应的权限，为了方便存储，将用户名和用户密码都定义为8个字节。

在基于用户交互模块对物联网设备（智能家居设备）进行控制时，用户信息还涉及到对物联网设备（智能家居设备）的控制权限。为了便于管理，对用户进行分组，共分为三组：系统管理员、高级用户和普通用户，用1个字节进行表示。分组一代表系统管理员，拥有最高权限，可以查看和控制任意物联网设备（智能家居设备），还拥有管理其他用户的权限；分组二代表高级用户，拥有部分物联网设备（智能家居设备）管理权限，无用户管理权限，系统管理员可设置一些隐私家居设备不被高级用户控制；分组三代表普通用户，只拥有部分家居设备状态查看权限，该分组一般针对儿童使用，防止儿童对智能家居设备误操作。

本实施例定义31个字节来存放设备编号，代表该用户可以管理的物联网设备（智能家居设备），考虑到一个智慧家庭系统中的设备不会太多，31个字节足够用户使用。系统管理员的设备编号字段存放所有的设备编号，系统管理员可删除或添加高级用户和普通用户设备编号列表中的设备编号，使高级用户只能管控其设备编号列表中的智能家居设备，使普通用户只能查看其设备编号列表中的智能家居设备。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (8)

1.多协议通信方法，其特征在于，包括以下步骤：

接收不同协议数据格式的第一数据包；

将不同协议数据格式的第一数据包转换为自定义数据格式的第二数据包；其中，所述自定义数据格式包括源地址段、源协议类型段、目标地址段、目标协议类型段、指令类型段、数据长度段和数据内容段；

提取自定义数据格式的第二数据包中的目标地址段、目标协议类型段、指令类型段和数据内容段；

若提取出的指令类型段为非空字段，则通过指令类型段确认控制指令内容，并筛选出与所述目标协议类型段对应的协议类型一致的预存物联网设备；若筛选出的物联网设备数量等于1，则直接将对应物联网设备作为目标设备；若筛选出的物联网设备数量超过1，且所述目标地址段与筛选出的某个物联网设备的预存地址段一致，则将对应物联网设备作为目标设备；

若提取出的指令类型段为空字段，则判定控制终端为目标设备；

筛选出与所述目标设备所支持的协议类型一致的接口收发模块，作为目标设备接口模块；

在所述目标设备接口模块与所述目标设备组网成功时，按照目标设备接口模块对应的协议数据格式对待传输数据进行封装，获得待发送数据包；其中，所述待传输数据为数据内容段，或者控制指令内容和数据内容段；

将待发送数据包传输至目标设备；

在目标设备为控制终端时，还执行：

读取所述第二数据包中的数据内容段对应的物联网设备状态值，将所述物联网设备状态值与预设异常范围进行比对；

若所述物联网设备状态值超过预设异常范围，则将判定对应物联网设备检测结果异常，并将该物联网设备对应的待发送数据包的传输优先级修改为至第一优先级；

若所述物联网设备状态值未超过预设异常范围，则按照正常流程来传输待发送数据包。

2.根据权利要求1所述的多协议通信方法，其特征在于，在目标设备为控制终端时，还执行：

读取所述第二数据包中的数据内容段对应的物联网设备状态值，将所述物联网设备状态值与预设告警范围进行比对；

若所述物联网设备状态值超过预设告警范围，则生成自调节指令，基于所述自调节指令确认自调节目标设备，并筛选出与所述自调节目标设备所支持的协议类型一致的接口收发模块，作为自调节目标设备接口模块；

在所述自调节目标设备接口模块与所述自调节目标设备组网成功时，按照所述自调节目标设备接口模块对应的协议数据格式对所述自调节指令进行封装，获得自调节待发送数据包；

将自调节待发送数据包传输至自调节目标设备。

3.根据权利要求1或2所述的多协议通信方法，其特征在于：所述源地址段采用8个字节表示发送方地址，所述源协议类型段采用1个字节表示发送方源协议类型，所述目标地址段采用8个字节表示接收方地址，所述目标协议类型段采用1个字节表示接收方协议类型；所述指令类型段采用1个字节表示不同的指令类型，所述数据长度段采用1个字节表示数据内容长度，所述数据内容段采用N个字节表示控制状态信息或者数据采集信息。

4.一种智慧家庭网关，其特征在于：包括第一接口收发单元、第二接口收发单元、第一处理单元、第二处理单元和第三处理单元；

所述第一接口收发单元，用于接收控制终端发送的不同协议数据格式的第一数据包T1，并传输至第一处理单元；以及接收第三处理单元传输的待发送数据包P2并转发至对应控制终端；

所述第二接口收发单元包括不同的接口收发模块，用于接收不同协议数据格式的第一数据包T2，并传输至第一处理单元；以及接收第三处理单元传输的待发送数据包P1，并转发至对应物联网设备；

所述第一处理单元，用于接收并解析所述第一接口收发单元传输的第一数据包T1，转换为自定义数据格式的第二数据包S1并传输至所述第二处理单元；以及接收并解析所述第二接口收发单元传输的第一数据包T2，转换为自定义数据格式的第二数据包S2并传输至所述第二处理单元；其中，所述自定义数据格式包括源地址段、源协议类型段、目标地址段、目标协议类型段、指令类型段、数据长度段和数据内容段；

所述第二处理单元，用于接收所述第一处理单元传输的自定义数据格式的第二数据包S1或者第二数据包S2，提取自定义数据格式的第二数据包S1或者第二数据包S2中的目标地址段、目标协议类型段、指令类型段和数据内容段；若提取出的指令类型段为非空字段，则通过指令类型段确认控制指令内容，并筛选出与所述目标协议类型段对应的协议类型一致的预存物联网设备；若筛选出的物联网设备数量等于1，则直接将对应物联网设备作为目标设备；若筛选出的物联网设备数量超过1，且所述目标地址段与筛选出的某个物联网设备的预存地址段一致，则将对应物联网设备作为目标设备；若提取出的指令类型段为空字段，则判定控制终端为目标设备；以及将目标设备信息和待传输数据传输至第三处理单元；

所述第三处理单元，用于筛选出与所述目标设备所支持的协议类型一致的接口收发模块，作为目标设备接口模块；在所述目标设备接口模块与所述目标设备组网成功时，按照目标设备接口模块对应的协议数据格式对待传输数据进行封装，获得待发送数据包P1或者待发送数据包P2；以及将所述待发送数据包P1传输至所述第二接口收发单元中的目标设备接口模块；以及将所述待发送数据包P2并传输至所述第一接口收发单元中的目标设备接口模块；

还设置传输优先级调整模块，所述传输优先级调整模块用于在第一数据包的发送方为物联网设备时，读取所述第二数据包中的数据内容段对应的物联网设备状态值，将所述物联网设备状态值与预设异常范围进行比对，若所述物联网设备状态值超过预设异常范围，则将判定对应物联网设备检测结果异常；以及将对应物联网设备信息和待传输数据传输至第三处理单元；

所述第三处理单元还用于将对应物联网设备的待发送数据包的传输优先级修改为至第一优先级。

5.根据权利要求4所述的智慧家庭网关，其特征在于：所述源地址段采用8个字节表示发送方地址，所述源协议类型段采用1个字节表示发送方源协议类型，所述目标地址段采用8个字节表示接收方地址，所述目标协议类型段采用1个字节表示接收方协议类型，所述数据长度段采用1个字节表示数据内容长度，所述数据内容段采用N个字节表示控制状态信息或者数据采集信息。

6.根据权利要求4所述的智慧家庭网关，其特征在于：还设置自调节模块，所述自调节模块用于在第一数据包的发送方为物联网设备时，读取所述第二数据包中的数据内容段对应的物联网设备状态值，将所述物联网设备状态值与预设告警范围进行比对，若所述物联网设备状态值超过预设告警范围，则生成自调节指令；

所述第二处理单元还用于基于所述自调节指令确认自调节目标设备，并将自调节目标设备信息和自调节指令传输至所述第三处理单元；

所述第三处理单元还用于在自调节目标设备的协议类型与某个接口收发模块所支持的协议类型一致时，将该接口收发模块作为自调节目标设备接口模块；以及在自调节目标设备接口模块与自调节目标设备组网成功时，按照自调节目标设备接口模块对应的协议数据格式对所述自调节指令进行封装，获得自调节待发送数据包；以及将自调节待发送数据包传输至所述第二接口收发单元中的自调节目标设备。

7.根据权利要求4所述的智慧家庭网关，其特征在于：还设置用户交互模块，所述用户交互模块用于获取用户输入的第二控制指令；

所述第二处理单元还用于基于所述第二控制指令确认目标设备，并将目标设备信息及第二控制指令传输至所述第三处理单元；

所述第三处理单元还用于在目标设备的协议类型与某个接口收发模块所支持的协议类型一致，将该接口收发模块作为目标设备接口模块；以及在目标设备接口模块与目标设备组网成功时，按照目标设备接口模块对应的协议数据格式对所述第二控制指令进行封装，获得待发送数据包P3；以及将待发送数据包P3发送至所述第二接口收发单元中的目标设备接口模块。

8.一种多协议通信系统，其特征在于：包括控制终端、物联网设备和权利要求4至7任一项所述的智慧家庭网关。

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