CN1172495C - 一种利用门户网关实现设备间互连的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用门户网关实现设备间互连的方法，在家用设备与门户网关之间以及家用设备之间通过内部通讯接口建立连接，当一个家用设备接入数字家庭网络时，该家用设备向门户网关进行设备注册和服务注册，并在门户网关中存储该设备的相关数据信息；当一个家用设备需要共享网络资源时，该家用设备向门户网关发请求，由门户网关根据请求类型和数据库中的设备属性信息查找适合的设备，并将查找结果反馈给该家用设备。使用该门户网关互连方法，可实现数字家庭网络中与门户网关相连的家用设备能互连互通并共享所有网络资源，使其能支持多种不同接口的宽带接入，灵活地实现各种宽带接入与管理。

Description

一种利用门户网关实现设备间互连的方法

技术领域

本发明涉及一种网关设备，特别是指一种利用门户网关实现设备间互连的方法。

发明背景

近年来，随着计算机和网络技术的迅猛发展以及个人对家庭生活数字化、信息化的需求膨胀，提出了电子家庭(Electronic Home，E-Home)的概念，目前E-Home已成为业界的一个热门话题。所谓E-Home就是将家用设备都连入同一个家庭网络中，进行统一的管理和控制，使所有设备能够互连互通并共享网络资源，为用户提供智能化、数字化、自动化的生活。为了能够实现E-Home的理念，必须在家庭网络中搭建一个网络平台，用来作为管理和控制中心，由该网络平台来实现E-Home中的各项功能，在这个网络平台中门户网关将是必不可少的设备之一。

网关是一个覆盖面很广的概念，主要用于协议或数据的转换和处理，任何两种协议、两种应用之间的接口功能模块都可以称为网关，其与集线器、网桥、路由器是一个范畴的概念。对应国际标准化组织/开放式系统互连模型(ISO/OSI)的七层协议，网关可以实现传输层以上的连接和转换。网关可以是一台安装了特定功能软件的计算机，也可以是一台专用的嵌入式设备。其通用的功能就是：一、协议转换功能，即在使用不同协议的网络区域间做通信协议转换；二、数据转换功能，即在同一网络内部或不同的网络之间实现不同数据格式之间的转换。

门户网关通常指一种宽带网关，大都用于宽带上网或办公网络中办公设备的互连。虽然已出现许多小型家庭网关，但往往只能实现基本的网络互连，而未考虑到各类不同家用设备之间如何更方便地进行互操作，以及如何实现家用设备之间的资源共享。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种利用门户网关实现设备间互连的方法，使得数字家庭网络中与门户网关相连的家用设备能互连互通并共享所有网络资源，并且，能够灵活地实现各种宽带接入与管理。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种利用门户网关实现设备间互连的方法，在家用设备与门户网关之间或家用设备之间通过内部通讯接口建立连接，关键在于：

当一个家用设备接入数字家庭网络时，该家用设备向门户网关进行设备注册和服务注册，并在门户网关中存储该设备的相关数据信息；

当一个家用设备需要共享网络资源时，该家用设备向门户网关发请求，由门户网关根据请求类型和数据库中的设备属性信息查找适合的设备，并将查找结果反馈给该家用设备。

其中，设备接入进一步包括：

a1.要接入的家用设备向门户网关发起设备注册请求；

b1.门户网关收到该请求后，由应用层协议中的设备注册服务向该设备发设备注册请求响应，同时把该设备的相应数据保存到数据库中；

c1.当设备注册成功后，该设备再向门户网关发设备服务注册请求；

d1.门户网关收到后，向该设备发设备服务注册请求响应，同时在数据库中保存该服务的类型和相关信息。

设备共享网络资源进一步包括：

a2.需要共享网络资源的家用设备A向门户网关发起服务查找请求；

b2.门户网关收到后，由应用层协议中的服务查找服务向该家用设备A发服务查找请求响应，同时根据所请求的服务类型在数据库中查找符合要求的家用设备B，如果找到，则将家用设备B的相关服务信息发送给该家用设备A；

c2.该家用设备A收到后，向门户网关发起服务租用请求；

d2.门户网关收到租用请求后，根据家用设备B的服务属性判断家用设备A是否可租用，如果可以，则向家用设备A发允许租用响应；

e2.家用设备A获取使用服务的权利后，向家用设备B发起服务调用请求，得到家用设备B的响应后，家用设备A即使用家用设备B所提供的服务。

对于上述方法，可以采用以下结构的门户网关来实现，该门户网关包括：内部通讯接口模块，用于实现数字家庭网络内部家用设备的宽带互连；外部通讯接口模块，用于实现数字家庭网络的宽带接入；存储器和嵌入式处理器；其特征在于在存储器中进一步设置有：注册模块，当一个家用设备接入数字家庭网络时，为其进行设备注册和服务注册，并存储该设备的相关数据信息；服务模块，在家用设备请求共享网络资源时，根据请求类型和数据库中的设备属性信息查找适合的设备，并将查找结果反馈给该家用设备。这里，存储器可以为闪存(Flash)存储器；外部网络接口为以太网(Ethernet)、或xDSL、或电缆调制解调器(Cable Modem)；内部网络接口为Ethernet、或HomePNA、或HomeRF、或IEEE802.11、或IEEE1394、或Bluetooth。

其中，存储器中所存的软件系统进一步包括：基础通讯协议栈层，用于提供相关的协议标准；应用层协议，用于提供对家用设备的设备管理协议和服务管理协议；应用软件层，用于配置门户网关的参数以及门户网关软件系统的升级。

支持上述方法实现的门户网关还可进一步包括通讯扩展模块，用于连接扩展的通讯接口卡，该通讯扩展模块可连接有线或无线接口通讯扩展卡。

因此，本发明所提供的利用门户网关实现设备间互连的方法，具有以下的优点和特点：

1)由于本发明的门户网关具有通讯扩展模块，可随时接入任意的扩展接口卡，灵活地实现不同接口的宽带接入，从而使得该门户网关能够适应各种网络互连环境，满足用户不同网络接口的要求。

2)在门户网关的存储器中存储有专门用于网络资源管理的软件系统，每个设备可以通过设备注册和服务注册接入网络，并存储相关数据，之后，再需要设备互连或共享网络资源时，只需在门户网关中查找相应的设备数据和属性，即可完成操作，完全实现了有效地动态组网和资源共享。

3)由门户网关对网络资源进行统一的管理与调度，更方便用户组建家庭网络，并实现各种外部接入。

4)本发明无论在硬件实现还是软件实现上，都采用模块化设计思路，如此为门户网关的生产和使用提供了极大的灵活性。

附图说明

图1为本发明门户网关的硬件系统结构框图；

图2为本发明门户网关中的软件模块组成结构图；

图3为本发明门户网关的一具体应用实施例图；

图4为采用本发明门户网关实现设备注册的处理流程图；

图5为采用本发明门户网关实现设备间互通的处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

本发明的门户网关在实现中的硬件结构如图1所示，与常用的宽带门户网关类似，至少包括多个内部通讯接口模块、多个外部通讯接口模块、内存、存储器、嵌入式处理器，不同的是：本发明还包括一通讯扩展模块，由主板上扩展出来，为用户提供通讯扩展接口，为门户网关灵活适应不同的网络接口提供了方便。图1中，各种外部通讯接口模块用于提供多种外部网络接口，如Ethernet，xDSL，Cable Modem等；各种内部通讯接口模块用于提供多种内部网络接口，如Ethernet，HomeRF，HomePNA，802.11等；嵌入式处理器作为门户网关的处理中心，控制和处理所有的操作；存储器用于存储门户网关的系统软件及一些用户数据，该系统软件包含若干特殊的应用层协议，专用于数字家庭网络的资源管理和设备互连；以及基础通讯协议栈，用于提供相关的协议标准；还包括应用软件，用于配置门户网关的参数以及门户网关软件系统的升级。从功能处理角度来看，该软件系统又可分为注册和服务两大模块，分别为设备注册和共享网络资源提供服务。该存储器可采用Flash存储器。

门户网关的核心作用是：实现多台设备的共享上网，进一步地说就是，对内实现家庭数字网络内部各类设备之间的互连，对外实现多类设备的共享宽带接入。门户网关根据特定的数字家庭网络应用环境，可支持Ethernet、xDSL、Cable Modem等宽带接入方式；并且，可支持Ethernet、HomeRF、HomePNA、802.11、IEEE1394、Bluetooth、Lonworks、CAN等数字家庭网络互连标准。

本发明所提供的通讯扩展模块使网络接口具有可伸缩性，由于家庭内部的设备组网存在较大的个性化差异，不同家庭中需要接入的设备接口各不相同；而且，不同的楼宇宽带接入接口也很不相同。为了使门户网关在使用中具备更大的灵活性，在符合家庭网络互联标准的基础上，门户网关增加了通讯扩展模块，该模块对外提供统一的接口类型，比如PCMCIA、USB等。借助该通讯扩展模块，当门户网关当前配置的网络接口不能满足用户要求时，可在通讯扩展模块提供的扩展接口中插入通讯扩展卡来实现网络接入。通讯扩展卡可视为外置的通讯接口模块，其通过通讯扩展模块提供的统一接口与门户网关相连，并通过通讯扩展卡上的网络接口与外部或内部网络相连。为了支持通讯扩展卡正常工作，用户需要对门户网关的系统软件进行升级，以使门户网关支持相应的网络接口。如此，门户网关即可很方便地满足不同用户的网络接入需求。

举个例子来说：目前，大量用户的家里都有许多无线设备需要互连，而当前使用的门户网关并不具备无线接口，但该门户网关具有通讯扩展模块。那么，此时用户可以通过具有无线接口的通讯扩展卡对门户网关进行扩展。具体过程是这样的：首先，将该无线通讯接口卡插入到门户网关通讯扩展模块提供的统一接口中，然后通过门户网关应用软件中的软件升级界面对系统软件进行升级，增加有关无线通讯接口卡的驱动和管理。之后，升级的系统即可支持无线通讯接口卡正常工作，因此，扩展后的门户网关就可以实现无线组网了。

门户网关的软件组成结构如图2所示，是个分层的关系。从图2可以看出，设备驱动及嵌入式操作系统为门户网关提供了基础运行环境，门户网关在具体实现时，可以基于多种不同的嵌入式硬件平台及嵌入式操作系统。在此运行环境下，本发明的软件处理部分主要分为三层：基础通讯协议栈203，主要用于使内部及外部网络接口可以工作，该协议栈与其它网关相同，包括TCP/IP、PPPoE、L2TP、IPSec等协议。基础通讯协议栈203的上一层是应用层协议202，主要包括设备管理协议和服务管理协议，其使门户网关具备了更多的管理功能。其中，设备管理协议实现设备的注册，服务管理协议实现服务的注册和查找。比如：当某设备向门户网关发起设备注册请求时，响应该设备注册请求的那部分协议在本发明中称为“设备注册服务”；同样，当某个设备向门户网关发起设备服务注册请求时，响应该服务注册请求并进行查找的那部分协议在本发明中称为“服务注册服务”。门户网关软件结构的最上层是应用层软件201，主要包括门户网关的配置软件，如：对门户网关的IP地址、各端口的网络属性进行设置，通常，用户通过应用软件对门户网关进行必要的配置；用户升级软件，借助该部分用户升级软件，用户可以从网络上下载门户网关的最新软件组件并进行升级。

基于上述软件和硬件环境，本发明的门户网关可以实现以下的功能：

1)内部设备互联：实现家庭内部不同接口标准的信息、娱乐、通讯设备之间的互联和信息共享，如Ethernet、IEEE802.11、Bluetooth、IEEE1394、HomePNA等，该功能是通过图1中的各种内部通讯接口以及图2中的基础通讯协议栈来实现的。

2)外部网络接入：支持各种宽带接入方式，如FTTH、DSL、Cable Modem等；同时可以兼容各种基带接入方式，如ISDN、V.90 Modem等，该功能是通过图1中的各种外部通讯接口和图2中的基础通讯协议栈来实现的。

3)安全访问管理：对来自家庭内部或外部的用户进行身份识别和安全控制，防止非法用户入侵家庭网络，进而操纵各种家居设备或窃取各类数据信息，该功能是通过图2中的应用层协议实现的。

4)内部资源管理：对数字家庭网络内部的设备及该设备上的服务进行有机的管理，使得设备间的智能互联和资源共享成为可能，该功能是通过图2中的应用层协议来实现的。

图3为本发明门户网关用于数字家庭网络中的一个具体实施例。如图3所示，在本实施例中，门户网关通过ADSL方式实现外部因特网接入。家庭服务器、蓝色信息家电、VOD点播终端、控制网关等家用设备通过有线Ethernet接入到门户网关，PDA、无线终端等设备通过802.11b接入门户网关。在本实施例中，门户网关作为家庭网络平台中的资源管理设备，提供了家庭网络范围内的设备注册和服务索引功能，以实现该数字家庭网络中家用设备的互连互通和资源共享。

参见图4所示，当新设备A要加入数字家庭网络中时，至少包括以下的步骤：

1)设备A首先向门户网关发起设备注册请求；

2)门户网关收到该请求后，由应用层协议中的设备注册服务进行处理并做出响应，即向设备A发设备注册请求响应，同时把设备A的相应数据保存到数据库中，该数据库位于门户网关的存储器中；

3)当设备注册成功后，该设备需要进一步将自身的服务注册到门户网关上，即设备A向门户网关发设备服务注册请求；

4)门户网关收到后，向设备A发设备服务注册请求响应，同时在数据库中保存该服务的类型和相关信息，之后，门户网关即可对所注册的该设备A的设备信息及其服务信息进行管理。

举个例子来说，某个用户使用PDA手持设备，由于在PDA中已预先将门户网关设置为资源管理设备，那么，当该PDA进入图3所示的数字家庭网络范围时，其先与门户网关建立基本的网络连接，然后，该PDA将向门户网关发起设备注册请求，门户网关收到请求后，向PDA发响应消息同时将该PDA相关的设备信息存储到门户网关的数据库中。之后，PDA可以进一步将自身的服务注册到门户网关上。可见，该用户的PDA在进入数字家庭网络范围时，无需任何配置，即可加入数字家庭网络，进而为网络提供资源或共享网络中已有资源。

当位于数字家庭网络中的某个设备A需要使用其它设备提供的服务时，如图5所示，至少包括以下的步骤：

1)该设备A首先向门户网关发起服务查找请求；

2)门户网关收到后，由应用层协议中的服务查找服务做出响应并进行处理，即：门户网关向设备A发服务查找请求响应，同时根据所请求的服务类型，在本地数据库中进行搜索，发现数字家庭网络中的设备B符合要求，则把该设备B的相关服务信息发送给设备A；

3)设备A收到后，即向门户网关发起服务租用请求；

4)门户网关收到租用请求后，根据设备B的服务属性判断一下设备A是否可以租用，如果可以，则门户网关向设备A发送允许租用响应消息；

5)设备A获取使用服务的权利后，即向设备B发起服务调用请求；

6)得到设备B的响应后，设备A即可使用设备B所提供的服务。

以WebPAD借助门户网关完成文档打印为例，当WebPAD需要打印文档时，它先向门户网关发起打印服务查找请求；门户网关通过在本地数据库中进行检索，发现家庭服务器具备打印功能，则将家庭服务器的相关信息返回给WebPAD；WebPAD进而向门户网关发起服务租用请求，门户网关通过检查家庭服务器的服务属性确定WebPAD有权租用打印服务，则向WebPAD反馈允许使用消息；WebPAD获取服务使用权后，即向家庭服务器发起服务租用请求，得到家庭服务器的响应后，便使用家庭服务器完成WebPAD上文档的打印。

为了实现设备间的互操作以及家用设备与门户网关之间的通信，在数字家庭网络中与门户网关相连的所有家用设备上都需要具备相应的应用层协议，以便相互之间进行交互通信。

当然，家用设备之间或家用设备与门户网关之间能够相互通信的前提是：在它们之间先建立物理连接，比如：通过有线、无线、红外等方式建立连接，然后再通过互通消息进一步建立逻辑连接。

总之，在本发明门户网关的支持下，家用设备无需任何配置，就可以自动加入数字家庭网络；同时，一个设备可以很方便地共享其它设备的功能。可见，借助本发明的门户网关，数字家庭网络的组建和设备的管理变得更加简单，各类设备的资源得到充分共享，从而充分发挥了整体数字家庭网络平台的优越之处。

Claims (3)

1、一种利用门户网关实现设备间互连的方法，在家用设备与门户网关之间以及家用设备之间通过内部通讯接口建立连接，其特征在于：

当一个家用设备接入数字家庭网络时，该家用设备向门户网关进行设备注册和服务注册，并在门户网关中存储该设备的相关数据信息；

当一个家用设备需要共享网络资源时，该家用设备向门户网关发请求，由门户网关根据请求类型和数据库中的设备属性信息查找适合的设备，并将查找结果反馈给该家用设备。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于设备接入进一步包括：

a1.要接入的家用设备向门户网关发起设备注册请求；

b1.门户网关收到该请求后，由应用层协议中的设备注册服务向该设备发设备注册请求响应，同时把该设备的相应数据保存到数据库中；

c1.当设备注册成功后，该设备再向门户网关发设备服务注册请求；

d1.门户网关收到后，向该设备发设备服务注册请求响应，同时在数据库中保存该服务的类型和相关信息。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于设备共享网络资源进一步包括：

a2.需要共享网络资源的家用设备A向门户网关发起服务查找请求；

b2.门户网关收到后，由应用层协议中的服务查找服务向该家用设备A发服务查找请求响应，同时根据所请求的服务类型在数据库中查找符合要求的家用设备B，如果找到，则将家用设备B的相关服务信息发送给该家用设备A；

c2.该家用设备A收到后，向门户网关发起服务租用请求；

d2.门户网关收到租用请求后，根据家用设备B的服务属性判断家用设备A是否可租用，如果可以，则向家用设备A发允许租用响应；

e2.家用设备A获取使用服务的权利后，向家用设备B发起服务调用请求，得到家用设备B的响应后，家用设备A即使用家用设备B所提供的服务。

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