CN115442221B - 一种分布式家庭设备服务管理方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分布式家庭设备服务管理方法及系统，方法包括：针对一类的家庭设备，开发对应类型设备服务管理站点，对外提供标准的设备服务；将设备服务管理站点集成到分布式网关上，提供设备服务的分布式管理；所述分布式网关包括至少两个边缘网关，每个边缘网关分别和其他边缘网关连接；分布式网关上提供服务查询站点，设备管理服务站点启动后向服务查询站点进行注册，服务查询站点提供家庭网络中的服务发现服务；分布式网关自动协同确定特定区域内的边缘网关为主网关，主网关负责家庭应用的运行。本发明的分布式网关提高了系统的稳定性，当主网关故障时，从网关中会推举一个成为主网关，保障整个家庭应用的可用，还具有更广的家庭覆盖范围。

Description

一种分布式家庭设备服务管理方法及系统
技术领域
本发明涉及智慧家庭、物联网、家庭网络、设备管理、设备服务等技术领域，尤其涉及一种分布式家庭设备服务管理方法及系统。
背景技术
随着社会的快速发展，人们的生活节奏越来越快，同时也更加注重生活享受，渴望从繁琐的家居操作中解脱，智慧家庭作为一种新的生活方式，受到更多人的关注。智慧家庭是实现“美好生活”的途径。实际上，自动窗帘、语音控制并非整个智慧家庭系统，它还包括门禁系统、视频监控、家电控制、报警系统、安防以及家庭环境数据监测等。智慧家庭是结合物联网、云计算、移动互联网和大数据等新一代信息技术，实现低碳、健康、智能、舒适、安全和充满关爱的家庭生活方式。打造智慧家庭，可以帮助人们实现美好生活，经济发展和消费升级正在推动人们对家庭生活环境的需求，智慧家庭的发展迎合了这一趋势。
智慧家庭的实现，需要有序的管理家庭中的设备服务，通过设备服务的协同，来实现智慧家庭。然而目前的智慧家庭的设备存在如下问题：
1）、家庭设备类型众多，比如智能电视、手机、PAD、智能家电、雷达、灯光、窗帘等，且连接方式种类繁多，涉及Wi-Fi、以太网、蓝牙、Zigbee等，导致操作起来十分繁琐。
2）、家庭设备服务的管理一般通过手机APP，或者家庭网关，都是中心式的，会存在如下问题：单点故障，中心节点出现故障，将影响整个家庭服务，可靠性不高；算力不足，当前家庭中的AI应用不断增加，对算力要求越来越高，单靠一个中心节点无法满足算力需求；依赖网络覆盖，有的连接方式会导致家庭设备连接覆盖不稳定，例如BLE Mesh信号传输距离、穿墙问题等。
因此有必要提供一种分布式家庭设备服务管理方法及系统，可以有效的处理中心式的家庭设备服务管理带来的问题，更好的为智慧家庭的实现提供支撑。
发明内容
本发明提供了一种分布式家庭设备服务管理方法及系统，以解决现有技术中家庭中的设备类型众多致使连接方式也种类繁多，导致操作繁琐；家庭网关为中心式设计会存在单点故障、依赖网络覆盖、算力跟不上等问题。
本发明采用的技术方案是：提供一种分布式家庭设备服务管理方法，包括如下步骤：
针对一类的家庭设备，开发对应类型设备服务管理站点，对外提供标准的设备服务；
将设备服务管理站点集成到分布式网关上，提供设备服务的分布式管理；所述分布式网关包括至少两个边缘网关，每个边缘网关分别和其他边缘网关连接；
分布式网关上提供服务查询站点，设备管理服务站点启动后向服务查询站点进行注册，服务查询站点提供家庭网络中的服务发现服务；
分布式网关自动协同确定特定区域内的边缘网关为主网关，主网关负责家庭应用的运行。
进一步的，以连接方式将家庭设备分为若干类，从而形成若干类型的设备服务管理站点。
进一步的，所述设备服务管理站点使用统一的数据格式，通过站点上唯一的IP、端口号和/或站点ID进行标识。
进一步的，所述设备服务管理站点采用HTTP协议、TCP或UDP连接，对外提供统一的设备服务，设备服务采用的统一的数据格式封装。
进一步的，所述服务查询站点采用和设备服务管理站点同样的连接协议和数据封装格式。
进一步的，所述分布式网关上提供服务查询站点，设备管理服务站点启动后向服务查询站点进行注册的方法包括：
服务查询站点在分布式网关内提供服务注册接口，并采用固定的端口，其他设备服务管理站点在启动时，通过此接口，进行注册，提供服务的描述、运行的端口；
服务查询站点在收到注册消息后，保存在自身数据库，通过mDNS将注册过的所有设备服务管理站点发布到家庭网络中；
家庭应用需要查询设备服务时，需要使用mDNS进行查询，每个类型的设备服务管理站点有统一的mDNS域名，服务查询站点接收到对应设备服务管理站点的域名查询时，将把保存的端口及所在分布式网关的IP地址返回，家庭应用得到IP和端口，从而访问对应的设备服务。
进一步的，所述分布式网关自动协同确定特定区域内的边缘网关为主网关的方法包括：
将一间或多间房间划分为一个家庭区域，每个区域内只能有一个运行家庭应用的主网关；
在分布式网关上运行有自动协同站点，支持边缘网关间的相互发现与自动协同；
某个区域内的主网关的确定首先通过边缘网关的启动顺序，先启动，没有发现区域内存在其他边缘网关，自身就成为主网关，如果区域内有主网关，自身成为从网关。
进一步的，系统运行过程中，分布式网关随时检测本区域内是否存在主网关，如果主网关消失，重新在本区域内确定主网关，如果本区域内存在多个主网关，主网关间进行比较，有条件优势的成为主网关，反之成为从网关。
进一步的，所述条件优势包括网络信号和/或设备算力。
本发明还提供一种分布式家庭设备服务管理系统，包括：
若干家庭设备，以连接方式将家庭设备分为若干类；
设备服务管理站点模块，针对一类的家庭设备，开发对应类型设备服务管理站点，对外提供标准的设备服务；
分布式网关，将设备服务管理站点集成到分布式网关上，提供设备服务的分布式管理；所述分布式网关包括至少两个边缘网关，每个边缘网关分别和其他边缘网关连接；
服务查询站点模块，分布式网关上提供服务查询站点，设备管理服务站点启动后向服务查询站点进行注册，服务查询站点提供家庭网络中的服务发现服务；
主网关确定模块，分布式网关自动协同确定特定区域内的边缘网关为主网关，主网关负责家庭应用的运行。
本发明的有益效果是：
1）、家庭中存在多个边缘网关，这些边缘网关具有同等功能与地位，通过自动协商推选负责某个家庭区域的主网关，各个主网关间通过服务实现协同。当主网关出现故障时，从网关（即其余边缘网关）中会自动产生新的主网关，从而提高了系统的稳定性，当主网关故障时，从网关中会推举一个成为主网关，保障整个家庭应用的可用。
2）、多个边缘网关形成分布式网关，可以提供的更多的算力支持智慧家庭的应用与场景，可以做到算力的均衡负载；覆盖更广的家庭范围，边缘网关可以作为主干节点扩展设备的连接范围。
附图说明
图1为本发明公开的分布式家庭设备服务管理系统框图；
图2为本发明公开的设备服务管理站点的配置框图；
图3为本发明公开的边缘网关的功能模块图，其上面承载多种设备服务管理站点，负责设备服务管理，承载应用，同时自身承载进行自动协同的站点。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步详细描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
参见图1-3，本实施例提供一种分布式家庭设备服务管理方法，包括如下步骤：
S1、针对一类的家庭设备，开发对应类型设备服务管理站点，对外提供标准的设备服务。
具体的，以连接方式将家庭设备分为若干类，从而形成若干类型的设备服务管理站点。例如ZigBee智能家居设备需要开发ZigBee智能家居设备服务管理站点，Ble Mesh智能家居设备需要开发Ble Mesh智能家居设备服务管理站点，智能空调需要开发智能空调的管理站点。
S2、将设备服务管理站点集成到分布式网关上，提供设备服务的分布式管理；所述分布式网关包括至少两个边缘网关，每个边缘网关分别和其他边缘网关连接；
具体的，设备服务管理站点将作为进程运行到分布式网关上，分布式网关上首先需要增加设备连接的物理接口，例如ZigBee设备的接入，需要在分布式网关上增加ZigBee接入方式，Ble Mesh设备的接入需要在分布式网关上增加Ble Mesh接入方式，WIFI设备需要在分布式网关上增加家庭局域网接入方式。分布式网关上对应的设备服务管理站点使用设备对应的物理接口管理设备，针对设备的连接协议开发连接协议适配模块，使设备服务管理站点能够管理设备服务。设备服务管理站点使用统一的设备描述规范描述所管理的设备、服务、消息，通过站点上唯一的IP、端口号和/或站点ID进行标识。设备服务管理站点作为HTTP服务器，对外提供统一的设备服务，设备服务采用的统一的数据格式封装，例如JSON，传输方式采用HTTP、TCP或UDP连接，服务支持返回值。同时设备服务管理站点支持设备消息的对外发布，设备消息的发布采用订阅/发布模式，对设备消息感兴趣的应用可以通过消息ID订阅感兴趣的消息。当设备产生消息时，设备服务管理站点会将消息发布给订阅过的家庭应用，此时设备服务管理站点将作为HTTP客户端，接收消息的作为HTTP服务器。
以上设备服务管理站点开发完成后，集成到分布式网关中，家庭中有多少类型的设备，就需要开发对应的设备服务管理站点，分布式网关上会集成多个设备服务管理站点，提供对应的设备服务管理，家庭中就会存在多个设备服务管理站点。因为设备服务管理站点采用HTTP协议连接，当家庭应用需要使用家庭的设备服务管理服务时，需要知道这些设备服务管理站点对应的IP地址和端口，需要使用服务发现机制，具体实施方式如下：
S3、分布式网关上提供服务查询站点，设备管理服务站点启动后向服务查询站点进行注册，服务查询站点提供家庭网络中的服务发现服务。
每个分布式网关上会有一个服务查询站点，服务查询站点采用和其他站点同样的连接协议HTTP和JSON数据封装格式，对外的服务也采用服务消息的形式。服务查询站点在本网关内提供服务注册接口，并采用固定的端口。其他设备服务管理站点在启动时，通过此接口，进行注册，提供服务的描述、运行的端口。服务查询站点在收到注册消息后，保存在自身数据库，通过mDNS将注册过的所有设备服务管理站点发布到家庭网络中。家庭应用需要查询设备服务时，需要使用mDNS进行查询，每个类型的设备服务管理站点有统一的mDNS域名，服务查询站点接收到对应设备服务管理站点的域名查询时，就会把保存的端口及所在分布式网关的IP地址返回，家庭应用得到IP和端口，就可以访问对应的设备服务。
分布式网关包括多个边缘网关，每个边缘网关上所运行设备管理服务可以不相同，可以根据家庭区域的布置，合理放置分布式网关，因为采用的时设备服务管理站点的形式，所以在家庭网络中都是可以直接访问的，家庭应用不用关心设备服务管理站点所处的分布式网关位置，从而实现了分布式的设备服务管理。
分布式网关除了提供了设备管理服务的支持，自身具备算力，也可以运行家庭应用，如全屋语音、灯随人动等，但此类应用要根据实际需求，某个区域只能运行一个应用，区域的划分根据实际需求，可以是整个家庭也可以是某个房间或某几个房间。所以分布式网关需要进行协同，让家庭应用不会运行多个产生冲突。
S4、分布式网关自动协同确定特定区域内的边缘网关为主网关，主网关负责家庭应用的运行。
每个分布式网关上都有一个网关协同站点运行，网关协同站点采用和其他站点同样的连接协议HTTP和JSON数据封装格式，对外的服务也采用服务消息的形式。网关协同站点也会注册到服务查询站点，使分布式网关之间能够互相发现。分布式网关启动后，会通过mDNS发现家庭网路中的其他边缘网关，如果发现了不存在其他网关，自身就会变成此区域的主网关，负责此区域的应用运行。如果发现了其他网关，并且存在此区域的主网关，自身变为从网关，只提供设备管理服务。同时网关在运行过程中也不停进行网关发现，如果出现主网关丢失，将把自身变成此区域的主网关。如果是主网关发现了此区域内还存在其他主网关，将和其他主网关进行比较，选在条件有优势的成为主网关，条件不占优势的转为从网关。条件的判断可以采用网络信号、设备算力等。主网关确定后，家庭应用就会运行到主网关上，家庭应用可以使用其他分布式网关提供的设备管理服务。家庭应用所需要的数据存储会由协同站点同步到各个网关上，实现数据的可靠存储。
实施例2
参见图1，本实施例公开一种分布式家庭设备服务管理系统，包括：
若干家庭设备，以连接方式将家庭设备分为若干类；
设备服务管理站点模块，针对一类的家庭设备，开发对应类型设备服务管理站点，对外提供标准的设备服务；
分布式网关，将设备服务管理站点集成到分布式网关上，提供设备服务的分布式管理；所述分布式网关包括至少两个边缘网关，每个边缘网关分别和其他边缘网关连接；
服务查询站点模块，分布式网关上提供服务查询站点，设备管理服务站点启动后向服务查询站点进行注册，服务查询站点提供家庭网络中的服务发现服务；
主网关确定模块，分布式网关自动协同确定特定区域内的边缘网关为主网关，主网关负责家庭应用的运行。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种分布式家庭设备服务管理方法，其特征在于，包括如下步骤：
针对一类的家庭设备，开发对应类型设备服务管理站点，对外提供标准的设备服务；设备服务采用的统一的数据格式封装；
将设备服务管理站点集成到分布式网关上，提供设备服务的分布式管理，所述分布式网关自身具备算力；所述分布式网关包括至少两个边缘网关，每个边缘网关分别和其他边缘网关连接；
分布式网关上提供服务查询站点，设备管理服务站点启动后向服务查询站点进行注册，服务查询站点提供家庭网络中的服务发现服务；
分布式网关自动协同确定特定区域内的边缘网关为主网关，主网关负责家庭应用的运行；分布式网关上有一个网关协同站点运行，网关协同站点采用和其他站点同样的连接协议和数据封装格式，对外的服务也采用服务消息的形式，网关协同站点也会注册到服务查询站点，使分布式网关之间能够互相发现；系统运行过程中，分布式网关随时检测本区域内是否存在主网关，如果主网关消失，重新在本区域内确定主网关，如果本区域内存在多个主网关，主网关间进行比较，有条件优势的成为主网关，反之成为从网关。
2.根据权利要求1所述的分布式家庭设备服务管理方法，其特征在于，以连接方式将家庭设备分为若干类，从而形成若干类型的设备服务管理站点。
3.根据权利要求2所述的分布式家庭设备服务管理方法，其特征在于，所述设备服务管理站点使用统一的数据格式，通过站点上唯一的IP、端口号和/或站点ID进行标识。
4.根据权利要求3所述的分布式家庭设备服务管理方法，其特征在于，所述设备服务管理站点采用HTTP协议、TCP或UDP连接，对外提供统一的设备服务，设备服务采用的统一的数据格式封装。
5.根据权利要求4所述的分布式家庭设备服务管理方法，其特征在于，所述服务查询站点采用和设备服务管理站点同样的连接协议和数据封装格式。
6.根据权利要求5所述的分布式家庭设备服务管理方法，其特征在于，所述分布式网关上提供服务查询站点，设备管理服务站点启动后向服务查询站点进行注册的方法包括：
服务查询站点在分布式网关内提供服务注册接口，并采用固定的端口，其他设备服务管理站点在启动时，通过此接口，进行注册，提供服务的描述、运行的端口；
服务查询站点在收到注册消息后，保存在自身数据库，通过mDNS将注册过的所有设备服务管理站点发布到家庭网络中；
家庭应用需要查询设备服务时，需要使用mDNS进行查询，每个类型的设备服务管理站点有统一的mDNS域名，服务查询站点接收到对应设备服务管理站点的域名查询时，将把保存的端口及所在分布式网关的IP地址返回，家庭应用得到IP和端口，从而访问对应的设备服务。
7.根据权利要求5所述的分布式家庭设备服务管理方法，其特征在于，所述分布式网关自动协同确定特定区域内的边缘网关为主网关的方法包括：
将一间或多间房间划分为一个家庭区域，每个区域内只能有一个运行家庭应用的主网关；
某个区域内的主网关的确定首先通过边缘网关的启动顺序，先启动，没有发现区域内存在其他边缘网关，自身就成为主网关，如果区域内有主网关，自身成为从网关。
8.根据权利要求1所述的分布式家庭设备服务管理方法，其特征在于，所述条件优势包括网络信号和/或设备算力。
9.一种分布式家庭设备服务管理系统，其特征在于，包括：
若干家庭设备，以连接方式将家庭设备分为若干类；
设备服务管理站点模块，针对一类的家庭设备，开发对应类型设备服务管理站点，对外提供标准的设备服务；设备服务采用的统一的数据格式封装；
分布式网关，将设备服务管理站点集成到分布式网关上，提供设备服务的分布式管理，所述分布式网关自身具备算力；所述分布式网关包括至少两个边缘网关，每个边缘网关分别和其他边缘网关连接；
服务查询站点模块，分布式网关上提供服务查询站点，设备管理服务站点启动后向服务查询站点进行注册，服务查询站点提供家庭网络中的服务发现服务；
主网关确定模块，分布式网关自动协同确定特定区域内的边缘网关为主网关，主网关负责家庭应用的运行；分布式网关上有一个网关协同站点运行，网关协同站点采用和其他站点同样的连接协议和数据封装格式，对外的服务也采用服务消息的形式，网关协同站点也会注册到服务查询站点，使分布式网关之间能够互相发现；系统运行过程中，分布式网关随时检测本区域内是否存在主网关，如果主网关消失，重新在本区域内确定主网关，如果本区域内存在多个主网关，主网关间进行比较，有条件优势的成为主网关，反之成为从网关。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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