CN1160912C - 家庭网络中实现动态组网时的设备注册与注销方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种家庭网络中实现动态组网时的设备注册与注销方法，用于对网络中设备进行集中管理。设备注册方法包括：注册请求设备向资源管理设备发起设备注册请求；资源管理设备随机生成注册挑战值，并发送给注册请求设备；注册请求设备根据注册挑战值生成注册应答值，并发送给资源管理设备；资源管理设备根据注册应答值，向注册请求设备发送注册响应消息；注册请求设备根据注册响应消息判断注册结果，将注册请求设备的设备信息及其服务信息注册在资源管理设备上。设备注销方法包括：注册成功的设备离开家庭网络时，向资源管理设备发送设备注销请求；资源管理设备根据设备注销请求，删除该设备的注册信息以及删除该设备所注册的服务信息。

Description

家庭网络中实现动态组网时的设备注册与注销方法

技术领域

本发明涉及一种计算机网络技术，更确切地说是涉及家庭网络中实现动态组网、资源共享时的一种设备注册与注销方法。

背景技术

随着计算机技术及网络技术的迅猛发展以及个人对家庭生活数字化、信息化的追求，家庭网络E-Home(与之相关的还有：智能家居Smart Home、电子家庭E1ectronic Home，e-Home、数字家园Digital Family、网络家居Network Home、智能化家庭Intelligent Home等)，已发展成为当前的一项热门技术。家庭网络技术是实现家庭设备数字化的关键性技术，有了这种技术，就可以将家庭中的所有电器设备连接成一个整体，实现随时随地的设备互联和信息传递。

家庭网络的需求完全不同于商业网络，如不需要额外布线安装、使用简单、成本低等。现有的适合家庭设备互联的网络技术，如HomePNA，可以利用每个家庭已有的电话线实现数字设备的互连，简单实用，且不影响电话的正常接听。利用电力线组网，在家庭内已铺设的电力线上传输信号和数据，也可以很方便地实现家庭电器自动化控制。

图1示出一种数字家庭的网络体系拓扑结构，包括主干网和控制子网两个层次。家庭主干网在组网形态上包含以有线方式接入和以无线方式接入两种(为了实现一些无线移动设备的互连，让用户能充分享受随时随地的信息访问，无线主干网是家庭主干网中不可或缺的一部分)。在主干网中，通常会有一个家庭服务器101，它是数字家庭的处理中心和存储中心，可以是一台PC设备或专用服务器，主干网中的门户网关102用于实现家庭内部设备104(包括移动设备103)的互联和家庭的宽带接入，使家庭主干网中的设备103、104可以共享来自因特网105的信息。家庭主干网构筑了家庭的信息/多媒体网络，实现信息设备、通讯设备、娱乐设备等的互联。家庭主干网传输的主要数据是文字、图片、音频、视频等。

控制子网用于实现家用电器、自动化设备、保安(监控)装置等设备(108)的互联，其组建是实现家庭自动化的重要前提。控制子网中传输的数据主要是对设备的各种控制指令以及设备的状态数据。控制子网中的控制网关106一方面实现各类家居设备108的互联，另一方面实现控制子网与主干网的互联，同时给远程电话报警和电话远程控制(利用公用电话交换网PSTN 107)提供外部接口。

家庭主干网与Internet 105之间的交互分两层含义：一是用户可以在远程通过Internet来调用家庭主干网上的服务；二是用户通过家庭主干网访问Internet上的服务。

家庭主干网与家庭控制子网之间的交互通过控制网关106实现。控制网关106负责进行主干网和控制子网间的协议转换，使控制子网中的服务表现为家庭主干网中的服务。将对控制子网中设备和服务的操作转变为对控制网关106上相关服务的操作。在控制子网协议中，服务的描述都是基于WSDL进行的。控制子网中的服务由控制网关106生成相应的WSDL描述，并作为主干网服务注册在控制网关106上。

为了让家庭用户能随心所欲地得到娱乐享受和安全舒适的家居生活，必须让家庭内的众多纷繁复杂的电器设备能有机互联与协同工作，因而在家庭网络体系主干网中，通过设计一套合理有效的实现设备间动态组网与资源共享的方法(主干网协议)，实现家庭主干网的高速率传输、高质量服务、动态组网以及有效的资源共享。

本发明所涉及的在家庭网络范围内，支持家庭内各种设备间的动态组网，是指网络中的设备无需事先通过手工方式进行网络参数配置，就可以动态地从网络中选择相关设备组成一个家庭网络，用于实现任一个单一设备无法完成的功能，或提高任一单一设备原功能的性能；资源共享是指网络中的设备能够发布自身所提供的资源，同时也可以方便地检索并利用其它设备所提供的资源，任意两个设备间通过直接通信和资源共享扩展单一设备的功能。

有一种家庭主干网中实现设备间动态组网与资源共享的方法，包括以下步骤：

A.将家庭主干网设备连接在局域网或无线局域网上；

B.设备以组播方式通过发布宣告消息宣告本设备信息；

C.设备通过侦听或查找方式获得其它设备的存在消息；

D.服务使用设备或服务提供设备通过在一个资源管理设备上注册，与资源管理设备一起构成一个家庭网络；或一个以上的服务使用设备或服务提供设备通过对等连接方式构成一个家庭网络；

E.加入家庭网络的服务使用设备通过向资源管理设备发起服务查找请求获取家庭网络内服务提供设备的服务信息，通过向服务提供设备发起服务租用请求和服务调用请求，获取使用服务的权利和使用服务提供设备所提供的服务；或者服务使用设备通过向与之建立有对等连接关系的服务提供设备发起服务查找请求、服务租用请求和服务调用请求，获取该服务提供设备的服务信息、使用服务的权利和使用服务提供设备所提供的服务。

上述技术方案中步骤D中的注册及其相应的注销实现过程，实际上就是本发明所要解决的动态组网中的设备注册与注销方法。

发明内容

本发明的目的是设计一种家庭网络中实现动态组网时的设备注册与注销方法，在家庭范围内，为动态生成家庭网络主干网及其资源共享准备前提条件，即为实现设备统一集中管理而设计一种设备注册及设备注销方法。

本发明方法所涉及到的家庭主干网成员，包括信息设备、通讯设备和娱乐设备等，通过协议网关的方式，还可以和一些家用电器设备，如冰箱、洗衣机、电视机、音响等进行交互，因此本发明方法中的设备是提供或接受服务的载体。

本发明方法所涉及到的服务，是指运行在设备上的满足主干网协议所定义的标准接口的功能实体。

本发明方法所涉及到的资源管理设备是指能够提供网络中的设备进行注册和服务索引功能的设备。

本发明方法所涉及到的服务提供设备，是指为网络中的其它设备提供服务的设备。

本发明方法所涉及到的服务使用设备是指使用网络中其它设备所提供的服务的设备。

本发明方法所涉及到的组播是指一个发送设备给特定的一组接收设备发送信息；本发明方法所涉及到的单播是指一个发送设备给一个指定的接收设备发送信息。

实现本发明目的的技术方案是这样的：一种家庭网络中实现动态组网时的设备注册与注销方法，其特征在于：

所述的设备注册方法包括：

a.家庭网络中的注册请求设备向网络中的资源管理设备发起设备注册请求；

b.资源管理设备对允许注册的注册请求设备，在随机生成的挑战值的基础上生成注册挑战值消息，向注册请求设备发送该注册挑战值消息，并保存该挑战值；

c.注册请求设备接收注册挑战值消息，检索到密钥，根据挑战值和密钥生成应答值，并向资源管理设备发送注册应答消息；

d.资源管理设备接收注册应答消息，利用密钥和步骤b中保存的挑战值计算应答值，并与接收的注册应答消息中的应答值比较，一致时向注册请求设备发送注册响应消息；

e.注册请求设备根据注册响应消息判断注册结果，将注册请求设备的设备信息及其服务信息注册在资源管理设备上；

所述的设备注销方法包括：

f.在资源管理设备上注册成功的设备正常离开家庭网络时，向资源管理设备发送设备注销请求；

g.资源管理设备根据设备注销请求，删除该设备的注册信息以及删除该设备所注册的服务信息。

在资源管理设备上注册成功的设备异常关闭、进行非主动方式的设备注销时，由资源管理设备通过检测此设备的设备宣告消息来检测该状态，即资源管理设备在连续两个设备宣告周期内没有收到该设备的设备宣告消息时，认定该设备已退出家庭网络，则删除该设备的注册信息以及删除该设备所注册的服务信息。

在家庭网络中，通过采用本发明设备注册与注销方法，可简单实现网络范围内、动态组网时对各种设备的统一集中管理。

附图说明

图1是一种数字家庭网络体系的拓扑结构图；

图2是家庭网络设备管理中进行设备注册与注销时的网络结构简图；

图3是本发明方法中的设备注册过程框图。

具体实施方式

家庭网络的核心思想是动态地实现设备的互联互通、资源共享。对设备实施统一集中管理更有利于设备之间的资源共享，本发明的方法就是一种适用于家庭网络中设备集中管理的设备注册和注销机制。

为方便说明本发明的注册与注销方法，可将图1所示的家庭网络结构简化为图2所示结构。

参见图2，家庭中的电器设备构成包括一个资源管理设备21和可能多的信息设备，如图中所示的信息设备1(22)、信息设备2(23)、和信息设备3(24)。信息设备可以是服务提供设备与服务使用设备的总称，它们是非资源管理设备。

其中，资源管理设备可由家庭用户指定，在资源管理设备和所有需要管理的设备上添加一个软件，由各设备上的该软件互相通信实现设备的注册和注销功能。

资源管理设备管理家庭网络中的所有设备资源，用户可以通过资源管理设备对全体设备进行统一集中管理，如设备检索，设备加入控制，设备权限控制等。

家庭中的非资源管理设备通过将自身注册在资源管理设备上，来获取集中控制的某些权限，如检索，访问其他设备上的资源等。

由于设备注册过程发生在一信息设备和资源管理设备之间，因此信息设备必须首先发现资源管理设备，进而开始设备注册过程。

如背景技术中，实现动态组网与资源共享实现方法中的步骤B、C，就是设备发现过程，包括：设备宣告和设备查找两个过程。

家庭网络中的设备(包括资源管理设备及信息设备)在启动时，其上运行的软件会按设备宣告方法以组播方式向网络中宣告自身的存在信息及相关的安全需求信息；网络中的设备可以通过侦听这种设备宣告信息(包含设备类型、设备IP地址和设备所带的服务信息)来获取其它设备的存在信息；网络中的设备也可以通过组播方式(是指由一个发送设备给特定的一组接收设备发送信息)发送设备查找信息，收到组播查找信息的设备，在自身条件符合其查找请求中的查找条件时，以单播方式(是指一个发送设备给一个指定的接收设备发送信息)返回自身设备的宣告信息。通过这种设备宣告以及设备查找步骤，家庭网络中的所有设备就可以互相发现对方的存在。然后就可进行设备注册过程。

参见图2，图中各步骤示出设备的注册过程。设备注册到资源管理设备上的过程主要是设备与资源管理设备间的身份认证过程。注册过程从信息设备向资源管理设备发起设备注册请求开始，完整的设备注册过程包括8个步骤：注册请求发送；注册请求处理；注册响应发送；注册响应处理；注册挑战值发送；注册挑战值处理；注册应答值发送；和注册应答处理。

步骤1，注册请求发送，由注册请求设备(信息设备)向资源管理设备发送，开始设备注册过程。

如果一个注册请求设备上已经预先指定了唯一的一个资源管理设备时，在其进入一个新的网络环境时，应通过设备查找过程先查找网络中是否存在该资源管理设备，如果存在则向该资源管理设备发起设备注册请求；如果一个注册请求设备上没有预先指定资源管理设备时，在其进入一个新的网络环境时，应通过设备查找过程查找网络中存在的所有资源管理设备，再通过向查找到的第一个资源管理设备发起设备注册请求，将其自身注册到该资源管理设备上；如果在上述两步骤中，设备注册失败，则停止注册过程。

信息设备向资源管理设备发送的设备注册请求信息，包含消息序列号、注册类型、用户名称和注册请求序列号共四个字段，各字段名与内容及取值范围的关系如下表所示：

字段名	内容	取值范围
			消息序列号	协议消息序列号	大于1的无符号整数
注册类型	表明该消息为注册或是注销	Register
			用户名称	表明该设备的用户信息	长度大于1小于32字节的字符串
注册请求序列号	注册过程中的请求序列号	[1，2]

步骤2，注册请求处理，由资源管理设备进行处理。资源管理设备收到设备的注册请求时，首先判断当前已经在本资源管理设备上注册的设备是否已经到达容许注册的设备数目上限，如果是，则返回注册结果为超载(OVERLOAD)的注册响应消息，本次设备注册结束；否则根据设备注册请求中标明的用户信息(根据用户名从信息库中检索到用户信息)，判断在本资源管理设备中是否存在该用户信息，如果不存在，则返回注册结果为拒接收(ACCESSDENIED)的注册响应消息，否则，随机生成一段长度为32字节的挑战值(字符串)，并在此基础上生成注册挑战值消息发送给注册请求设备，同时还保存挑战值准备后续(如等待响应值的到来以便进行比较)使用。

步骤3，注册挑战值发送，由资源管理设备向发起注册请求的设备发送。

挑战值信息包含消息序列号和挑战值共二个字段，各字段名与内容及取值范围的关系如下表所示：

字段名	内容	取值范围
			消息序列号	协议消息序列号	大于1的无符号整数
挑战值	挑战字符串	长度为32字节的字符串

步骤4，挑战值处理，由注册请求设备进行处理。发起注册请求的设备收到挑战值消息后，应检索自身设备是否存在与挑战值相对应的密钥信息，如果不存在，则本次注册过程失败，否则应根据挑战值和密钥(用于加密)生成应答值，并发送给资源管理设备。

步骤5，应答值发送，由发起注册请求的设备在生成应答值后，向资源管理设备发送注册应答消息，该注册应答消息包含消息序列号和应答值共二个字段，各字段名与内容及取值范围的关系如下表所示：

字段名	内容	取值范围
			消息序列号	协议消息序列号	大于1的无符号整数
应答值	应答字符串	长度为32字节的字符串

步骤6，应答值处理，由资源管理设备进行处理。资源管理设备收到注册请求设备发来的应答值后，应根据原先保存的挑战值以及相应的密钥(用于解密)判断该应答值是否正确，如果正确，则向注册发起设备发送包含注册成功的注册响应消息，否则发送包含密钥错误信息的注册响应消息。

步骤7，注册响应消息发送，由资源管理设备向注册发起设备发送。资源管理设备根据应答值处理的结果发送的注册响应消息包含消息序列号、注册响应消息序列号和注册结果共三个字段，各字段名与内容及取值范围的关系如下表所示(表中注册结果可为成功、超载、拒接收)：

字段名	内容	取值范围
			消息序列号	协议消息序列号	大于1的无符号整数
注册响应消息序列号	注册响应消息序列	[1，2]
			注册结果	应答字符串	SUCCESS或OVERLOAD或ACCESSDENIED

步骤8，注册响应消息处理，由发起注册请求的设备进行处理。注册请求发起设备收到注册响应消息后，根据注册结果即可判断本次注册是否成功。

已经加入家庭网络的信息设备(非资源管理设备)，应定期地向资源管理设备发送自身的设备宣告消息，以刷新自身在资源管理设备上注册的相关状态信息。

当一个非资源管理设备要退出家庭网络时，可以向资源管理设备发送宣告类型为QUIT的设备宣告消息。资源管理设备在收到宣告类型为QUIT的设备宣告消息时，删除该设备的注册信息以及该设备所注册的服务信息。资源管理设备应根据各个非资源管理设备的宣告周期，定期检查各个非资源管理设备的状态信息，如果未能在两个设备宣告周期内收到某个非资源管理设备的宣告消息，则认为该设备已经离开网络，此时应删除该设备注册的相关信息以及该设备所注册的服务信息。

资源管理设备定期地向网络中组播发送自身的设备宣告信息，注册在该资源管理设备上的其它设备，通过侦听资源管理设备的宣告消息判断资源管理设备的状态。当资源管理设备要退出家庭网络时，应该向网络中组播发送宣告类型为QUIT的设备宣告消息，注册在资源管理设备上的其它设备，根据资源管理设备的宣告周期定期检查资源管理设备的状态信息，如果未能在两个设备宣告周期内收到资源管理设备的宣告消息，则认为该资源管理设备已经退出家庭网络。

设备注销过程包括设备注销请求发送和设备注销请求处理两个步骤。

其中的设备注销请求发送步骤是：

家庭网络中的信息设备在资源管理设备上注册成功后，如果因为某种原因要离开家庭网络时，应向资源管理设备发送设备注销请求，发送的设备注销请求消息包含消息序列号和注册类型共二个字段，各字段名与内容及取值范围的关系如下表所示：

字段名	内容	取值范围
			消息序列号	协议消息序列号	大于1的无符号整数
注册类型	设备注册类型	Deregister

为保证不会出现假冒的设备注销请求，设备注销请求发送应根据安全机制中的加密方法进行传输。

其中的设备注销消息处理步骤是：

资源管理设备收到设备注销请求后，首先判断该设备是否在本资源管理设备上注册过，如果不是，则忽略本次设备注销请求，否则，根据安全机制中的方法校验本消息是否真实，如果真实，则删除相关的设备注册信息。

本发明的方法，为实现设备动态组网及资源共享，配合家庭主干网协议、围绕设备注册与注销步骤作出，以便在家庭范围内，通过注册与注销机制，对网络内设备进行集中管理，实现动态组网与资源共享。

Claims (14)

1.一种家庭网络中实现动态组网时的设备注册与注销方法，其特征在于：

所述的设备注册方法包括：

a.家庭网络中的注册请求设备向网络中的资源管理设备发起设备注册请求；

b.资源管理设备对允许注册的注册请求设备，在随机生成的挑战值的基础上生成注册挑战值消息，向注册请求设备发送该注册挑战值消息，并保存该挑战值；

c.注册请求设备接收注册挑战值消息，检索到密钥，根据挑战值和密钥生成应答值，并向资源管理设备发送注册应答消息；

d.资源管理设备接收注册应答消息，利用密钥和步骤b中保存的挑战值计算应答值，并与接收的注册应答消息中的应答值比较，一致时向注册请求设备发送注册响应消息；

e.注册请求设备根据注册响应消息判断注册结果，将注册请求设备的设备信息及其服务信息注册在资源管理设备上；

所述的设备注销方法包括：

f.在资源管理设备上注册成功的设备正常离开家庭网络时，向资源管理设备发送设备注销请求；

g.资源管理设备根据设备注销请求，删除该设备的注册信息以及删除该设备所注册的服务信息。

2.根据权利要求1所述的一种家庭网络中实现动态组网时的设备注册与注销方法，其特征在于所述的步骤a，进一步包括：已经预先指定了资源管理设备的注册请求设备，通过设备查找过程在网络中查找该资源管理设备，并对其发起设备注册请求；没有预先指定资源管理设备的注册请求设备，通过设备查找过程查找网络中存在的所有资源管理设备，向找到的第一个资源管理设备发起设备注册请求。

3.根据权利要求1所述的一种家庭网络中实现动态组网时的设备注册与注销方法，其特征在于所述步骤a中的设备注册请求，消息字段包含消息序列号、注册类型、用户名称和注册请求序列号。

4.根据权利要求1所述的一种家庭网络中实现动态组网时的设备注册与注销方法，其特征在于所述的步骤b，所述的允许注册进一步包括：判断当前已经在资源管理设备上注册的设备是没有达到允许注册设备数目上限的；和判断资源管理设备上存在注册请求设备的用户信息。

5.根据权利要求1所述的一种家庭网络中实现动态组网时的设备注册与注销方法，其特征在于：所述步骤b中的注册挑战值消息，消息字段包含消息序列号和挑战值。

6.根据权利要求1所述的一种家庭网络中实现动态组网时的设备注册与注销方法，其特征在于：所述步骤c中的注册应答消息，消息字段包含消息序列号和应答值。

7.根据权利要求1所述的一种家庭网络中实现动态组网时的设备注册与注销方法，其特征在于：所述步骤d中的注册响应消息，消息字段中包含消息序列号、注册响应消息序列号和注册结果。

8.根据权利要求1所述的一种家庭网络中实现动态组网时的设备注册与注销方法，其特征在于：所述的步骤c中，所述的注册请求设备检索出与发送注册请求时的用户名称相对应的密钥信息，并与挑战值一起生成所述的注册应答值；所述步骤d中，由资源管理设备根据保存的挑战值以及与该用户名称相对应的密钥判断应答值的正确性，在正确时向注册请求设备发送包含注册成功的注册响应消息，在不正确时，向注册请求设备发送包含密钥错误的注册响应消息。

9.根据权利要求1所述的一种家庭网络中实现动态组网时的设备注册与注销方法，其特征在于：所述步骤e后进一步包括：已经加入家庭网络中的非资源管理设备定期地向资源管理设备发送自身的设备宣告消息，刷新自身在资源管理设备上注册的状态信息；资源管理设备定期地向网络中以组播方式发送自身的设备宣告消息，供家庭网络中的非资源管理设备通过侦听该设备宣告消息，判断资源管理设备的当前状态。

10.根据权利要求1所述的一种家庭网络中实现动态组网时的设备注册与注销方法，其特征在于：所述的步骤f，所述的设备注销请求是宣告类型为QUIT的设备宣告消息；所述的步骤g，资源管理设备在收到宣告类型为QUIT的设备宣告消息后，进行所述的删除。

11.根据权利要求1所述的一种家庭网络中实现动态组网时的设备注册与注销方法，其特征在于：所述的步骤g进一步包括：资源管理设备根据在其上注册的设备的宣告周期，定期检查注册设备的状态信息，对于在两个设备宣告周期内没有收到设备宣告消息的设备，进行所述的删除。

12.根据权利要求1所述的一种家庭网络中实现动态组网时的设备注册与注销方法，其特征在于：所述的步骤f进一步包括：在所述的资源管理设备离开家庭网络时，以组播方式向网络中发送宣告类型为QUIT的设备宣告消息；所述的步骤g进一步包括：注册在资源管理设备上的设备，根据资源管理设备的宣告周期定期检查资源管理设备的状态信息，当在两个设备宣告周期内没有收到资源管理设备的宣告消息时，认定该资源管理设备已退出家庭网络。

13.根据权利要求1所述的一种家庭网络中实现动态组网时的设备注册与注销方法，其特征在于：所述的步骤f、g进一步包括：在资源管理设备上注册成功的设备异常关闭时，由资源管理设备通过检测设备宣告消息检测该设备非主动方式的设备注销，当资源管理设备在连续两个设备宣告周期内没有收到该设备的设备宣告消息时，认定该设备已退出家庭网络，删除该设备的注册信息以及删除该设备所注册的服务信息。

14.根据权利要求12或13所述的一种家庭网络中实现动态组网时的设备注册与注销方法，其特征在于：所述的设备宣告，是设备进行自身宣告；宣告消息包含自身设备名称、设备类型、设备工作于资源管理设备或非资源管理设备的工作模式、以秒为单位的宣告周期以及设备生产厂家的自定义信息。

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