CN1599344A - 一种家庭网络系统体系结构和实现方法 - Google Patents

Abstract

一种家庭网络系统体系结构，包括家庭主网网关，连接家庭内部网络与外部网络，从不同的外部网络接收通信信号并传递给家庭内部网络的设备，和在家庭内部网络与外部网络之间进行功能转换；主网设备，采用主网协议，具有统一的设备描述文件的家用设备，与主网进行信息和数据的交流；家庭子网网关，每个家庭子网网关将各自连接的多个家庭控制子网设备和主网关连接，并实现家庭控制子网内部的多个子网设备的互连，与子网设备进行数据交换；每个子网设备具有存储描述子网设备各自的状态参数，配置参数的设备注册表的设备描述文件，使主网网关和子网网关了解整个家庭控制子网的状态，以控制家庭网络中的子网设备。

Description

一种家庭网络系统体系结构和实现方法

技术领域

本发明涉及一种家庭网络系统体系结构及其实现方法。特别是，涉及家庭信息设备的互控互联和家庭系统的构成，以及家庭网络内部和外部的信息通信和交换方法。

背景技术

随着人们消费需求的不断提高，对于家电产品的易用性和亲合性也提出了更高的要求，安全、易用、舒适的产品越来越受到人们的青睐，人性化的产品需求因而日渐显现出来了。未来的家电产品将越来越趋于网络化、智能化、个性化、人性化，成为信息终端，提供网络服务。

家庭网络正在随着集成技术、通信技术、互操作能力和布线标准的实现而不断改进，它涉及到对家庭网络内所有的终端设备，如家电设备等的操作和管理。

所谓家庭信息化网络技术，是指通过网络设备将家庭信息设备、通讯设备、娱乐设备、家用电器、自动化设备、保安(监控)装置、照明系统、水电气表等家用设备联系在一起，使用者在任何地点、任何时间、都可以通过网络对家用设备发布指令，进行信息控制和操作。大到电脑、电视、洗衣机、空调、冰箱，小到手机、MP3、扫描仪、数码相机、煤气表、水表、电表和防盗报警装置，都将成为网络终端。人们可以通过电脑、手机、遥控器等控制终端进行控制，下达各种指令，家用设备将在无人的状况下自动工作。正是这些优势，使得网络家电被企业看成信息化时代家电的发展方向。

数字家庭网络是指在家庭内部构建的网络平台，通过一定的传输介质(如电力线，双绞线，同轴电缆，无线电，红外等)将各种消费电子、家用电气设备连接起来，采用标准的互连协议，对内实现资源共享，对外能通过网关与外部网互连进行信息交换。

目前，家庭信息化网络技术已成为世界上各大家电制造厂家研发的主要技术方向，并纷纷采用联合方式进行技术开发。然而，现有的家庭信息化网络协议因不同的原因而采用不同的协议并且不愿与其它的协议融合，各种通信协议纷杂，到目前为止各个网络并没有实现真正的开放式互联。

我国的家庭网络构成形式和手段目前还没有统一的标准，主要有如下三种类型：(1)主要使用无线射频方式，局部采用红外方式；(2)主要使用SSC电力线通信方式，局部采用红外、射频方式；(3)主要使用串行总线方式，局部采用红外、射频方式。以上三种家庭网络的构成类型各有特点：使用无线射频方式，可以免除布线，其缺点在于：目前网络节点之间限于成本只能采用单向通信，控制节点信息不能反馈，控制性能、可靠性差；如果控制节点全部采用双向通信，则成本和价格明显上升，并且无线射频发射点过多，易对周围构成干扰或受干扰，同时用户有构成健康危害的疑虑。其次就是安全性差，由于全部是无线射频方式，信息容易泄漏而构成安全问题。使用SSC电力线通信方式，可以部分免除布线(需加一条零线)。其缺点在于通信稳定性、可靠性差，通信信息通过电力线易对其它用户干扰或受干扰(用户进户线不加滤波器根本无法工作)，而滤波器设计性能至关重要，并且体积大、价格高；系统成本和价格偏高且必须考虑可靠防雷。使用串行总线方式，必须单独敷设一条四芯通信线。

当前大多数的家庭网络是一个不统一的网络，它包含了高速数据网络和低速的控制网络。由于多种控制标准和协议规范的存在，控制网络本身也呈现多样化的状况，这也是影响数字家庭普及的原因所在，要想实现家庭内部网络的统一，是当前面临的一个难题。随着网络技术的不断进步，这个问题正逐步得到解决，作为将来衡量居住质量的一个不可缺少的标准，数字家庭将会向着高度智能化、高度灵活性和高度可靠性的方向发展。

鉴于上述问题，需要提供一种符合当前家电发展形势并符合一定标准协议的数字家庭网络的解决方案。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种家庭网络系统及其实现方法，它能够使数字家庭网络符合一定的标准协议，实现移动终端控制与网络终端控制相结合的方法，使多台智能家电可以用一个移动控制终端，或者可以在因特网上通过网络控制终端进行控制。

根据本发明的一个方面，提供一种家庭网络系统，包括：一个家庭主网网关，用于连接家庭内部网络与外部网络，从不同的外部网络接收通信信号并传递给家庭内部网络的多个家庭控制子网设备，和在家庭内部网络与外部网络之间进行功能转换；家庭主网设备，采用主网通信协议，具有统一的设备描述文件，实现与主网进行信息和数据交换的家用设备；至少一个家庭子网网关，每个家庭子网网关将各自连接的多个家庭控制子网设备和所述主网关连接，并实现家庭控制子网内部的多个子网设备的互连，与所述多个子网设备进行数据交换；其中所述多个子网设备中的每一个具有用于存储描述子网设备各自的状态参数，配置参数的设备注册表的设备描述文件，用于使所述主网网和子网网关了解整个家庭控制子网的状态，以便控制家庭网络中的所有家庭控制子网设备。

根据本发明的另一个方面，提供一种控制家庭信息控制网络系统中的子网设备的方法，包括步骤：子网网关作为动态主机控制协议(DHCP)的客户端与主网网关上的DHCP服务端通信，以获得IP地址；子网设备将每个设备具有的设备描述文件发送到子网网关和移动控制终端；当新的子网设备加入到家庭控制子网网络时，子网网关通过添加设备描述文件来添加新的设备；当用户通过外部网络登录到家庭主网关时，主网关向用户提供家庭控制子网设备的控制界面；子网网关与主网关通过主网关与子网网关之间的通信协议获得相关的控制命令，并使用家庭控制子网通信协议控制相关的设备；被控制的子网设备的通信模块接收所述控制命令，物理层对改命令数据帧进行拆包，得到有效载荷，有效载荷再传输给MAC层，MAC层对此有效载荷进行拆包，并判断其正确性和有效性，如正确，则得到控制命令和有效数据信息，再将它们传送给子网设备的控制接口，如不正确，则不对此数据进行处理；和被控子网设备的控制接口层对所得到的控制命令和有效数据进行数据转换，传输给此设备的应用层，由应用层得到控制该子网设备的相应控制命令和有效参数，并执行相应的动作。

本发明提出了家庭网络由一个主网和至少一个子网构成，子网设备通过子网关与主网互联互控，并且将子网关作为主网的设备之一。

本发明的家庭网络系统可以实现下述功能：实现家庭网络设备互操作的网络协议；设备抽象和设备控制模型；对设备和资源的寻址方案和查询服务；提供实现可视化表达方式的标准数据流格式；支持开放式的运行环境(可选)；实现即插即用能力的设备通信机制；设备版本升级后，与未升级的设备能实现互操作；提供同步数据流的管理；网络安全管理机制。

附图说明

为了更好地理解本发明的目的和其它特点，下面将结合附图详细说明本发明的优选实施例。

图1是表示根据本发明一个实施例的家庭网络系统的架构图；

图2是表示根据本发明的实施例的家庭网络系统的中间件系统架构的示意图；

图3是根据本发明实施例的家庭网络系统中的控制子网系统的方框图；和

图4是根据本发明的家庭网络系统中的家庭控制子网的有线物理层的结构示意图。

图5是根据本发明构建的家庭网络示例。

具体实施方式

下面参见附图详细说明本发明的家庭信息控制网络系统的构成和操作。

图1是根据本发明一个实施例的家庭信息控制网络系统的架构图。如图1所示，每个家庭网络中包括由主网关、主网设备和一个或多个家庭控制子网关1，2，……n构成的主干网，一个或多个家庭控制子网通过家庭网关连接到外部网。每个家庭控制子网可以连接多个设备。

家庭信息化网络系统的构成

根据该实施例，按照设备、网关连接时所使用的介质和底层协议的类型，将家庭信息化网络划分为不同的网段。通过网关来实现不同网段间的连接，网关包括家庭主网网关和子网关。家庭主网网关实现家庭内部网络同外部网络间的连接和转换功能，子网关实现家庭内部网段间的连接和转换功能。包含家庭主网网关的网段称为家庭主网，通过子网关连接在主网上的网段称为家庭子网。各网关除了实现不同种类网络间的连接的转换功能外还可以提供其它可选的服务。各子网及主网上提供的设备是增加了网络功能模块后才具有网络接入能力的设备或较低一级的子网设备。在本发明中，子网关也被作为主网的设备之一。

这样的网络体系结构充分考虑到家庭信息化网络的现状和未来对多媒体等高速信息流传输的需求。对多媒体等信息流利用高速传输的、低成本的以太网连接形成家庭主网。同时，也充分考虑到目前对家庭中各个传统家电、三表、三防、甚至是灯光控制等设备的互连、集中控制、远程访问与控制的需求，和以低成本实现的实际需要，以及这类设备互连对传输带宽和使用灵活性的特点。

家庭主网络物理层传输媒介使用以太网(有线或无线IEEE 802.11)，用标准的TCP/UDP协议将主网上的各设备连接起来。

家庭主网的物理层和数据链路层的传输技术和协议规格采用以太网(包括各种速率的有线以太网和无线以太网)，网络层和传输层采用TCP/IP协议。例如，采用无线方式组网，则需与有线以太网实现无缝连接，并符合国家无线电管理的有关规定。

家庭主网与家庭控制子网实现对家庭内部各种设备的管理，包括远程监控和各种智能管理等。具有远程控制、远程查询、集中管理与监控、家庭安全防卫、故障的自诊断、自反馈、远程维护、家庭能源管理等等。它应该具有以下功能：

a)因特网业务：网上购物、远程医疗、浏览、收发E-mail、家电的网上升级；

b)家庭信息处理，文档处理等；

c)网络中至少有一种设备处理如记事、电子词典、电子图书阅读等功能；

d)家庭智能管理：远程控制(计算机控制和电话控制)，远程查询，集中控制，管理与监控，家庭安全防卫，故障的自诊断，自反馈，远程维护，家庭能源管理，远程集中抄表；

e)个性化、日程化管理；

f)家庭电子娱乐；

g)多媒体(AV)处理：远程定时电视节目录制等。

家庭主网网关100是家庭信息系统结构的核心，它可减少系统其它部分的负担，在实现与广域网的互联、局域网的内部管理时起主导作用。家庭主网网关可以从不同的外部网络接收通信信号，通过家庭网络将接收的信号传递给家庭内部的各种设备。

家庭主网网关100起到将所有外部网络连接到家庭内部网络，将家庭内部网络连接到外部网络的一种物理接口；以及家庭用户获得各种家庭服务(包括现有的服务和未来可能出现的服务)的平台的作用。

家庭主网网关100支持多协议的因特网(Internet)功能和良好的环球网(Web)性能，支持家庭网络内部各种设备之间的数据通信、实时传输多媒体数据、多媒体交互式操作和即插即用功能，具有丰富的用户界面和图形控制功能，可以让用户方便直观地操作和控制各项应用，还可以显示清晰而生动的图形界面。

家庭主网网关100是一个嵌入式设备，具有服务器功能，它向家庭内部提供以太网连网方式。任何家电和设备都能直接或通过子网关进行连接，实现智能控制和信息交流；向家庭外部提供Ethernet(以太网)、CableModem、ADSL、V.90拨号接口，使家庭网络方便并高速接入Internet。

家庭主网协议

家庭主网协议的分层结构如下面的表1所示。

                表1家庭主网协议的分层结构

HTTP(withSSI support)	FTP	Telnet	SLP	SNMP	LRP	CCP	其它
								TCP			UDP
IP
								以太网				802.11

家庭主网可以采用HTTP协议，FTP协议，Telnet协议，SLP协议，SNMP协议，LRP协议，CCP协议，以及其它多种协议。

IP(互联网协议)地址管理

家庭主网上挂接的网络设备通过TCP/IP互相通信及与外界广域网联接，其前提条件是各具有自己的IP地址。由于目前IPV4的地址资源有限，同时为了减轻用户配置IP的工作量，作为例子，主网可以采用内部设备用DHCP(动态主机控制协议)方法分配私有IP，然后通过主网网关(具有合法IP)共享上网。

设备管理

家庭主网的设备管理采用工程任务组(IETF)制定的简单网络管理协议。在本实施例中采用简单网络管理协议的第2版(SNMPv2)。一个典型的网络管理系统包括四个要素：管理员、管理代理、管理信息数据库、代理服务设备。一般说来，前三个要素是必需的，第四个要素是可选项。

服务管理

家庭主网的服务管理采用IETF的标准协议SLP(Service LocationProtocol服务定位协议)，它为网络应用服务的发现、定位和配置提供了一个可扩展的框架，而无须用户给予太多的静态配置和管理。

主网网关与子网网关的通信协议

如图1所示，用户通过诸如因特网之类的网络访问主网网关，访问并控制家庭主网中的各种设备。家庭控制子网网关1，2，…m作为主网中的设备，通过以太网网络接口和TCP/IP协议与主网网关通信，向主网网关提供家庭控制子网中各种设备的状态，报告新设备的加入、退出情况。用户通过因特网访问主网网关，主网网关对远程访问者进行身份认证；用户通过主网网关上的Web页面操作和控制家庭子网中的设备；主网网关通过子网网关以及家庭控制子网来监控所有设备。

子网网关作为主网中的一个设备，需要支持DHCP协议(RFC2131)，主网网关也需支持DHCP协议。子网网关作为DHCP的客户端与主网网关上的DHCP服务端通信，自动获得IP地址。

主网网关100和子网网关之间的通信协议基于TCP的应用协议，其端口号为1088，实现主网网关与子网网关之间通信。另外，考虑到用户在通过因特网进行远程访问、控制设备时的安全问题，远程设备访问控制只能通过主网网关进行。就是说，远程访问控制直接对主网网关进行访问。对家庭控制子网中的设备的控制是通过主网网关与子网网关之间的通信以及子网网关与设备之间的通信实现的。子网网关作为家庭控制子网在主网中的通信接口，只接受主网网关的通信请求，本协议规定了主网网关在子网网关注册功能，子网网关只响应已注册的主网网关的通信请求，从而保证家庭控制子网中的信息只能被授权的主网网关访问。

下面说明在本实施例中的家庭信息化网络中进行通信的数据包的格式。

下面的表2示出了通信数据包的格式。

表2通信数据包格式

协议版本号	保留	数据包类型	数据包长度	主网编号	数据
						2比特	2比特	4比特	2字节	2字节	0-512K字节
帧头					帧数据

该数据包包括表示数据的有关信息的帧头和帧数据。帧头中可以包括表示协议的版本号字段，长度为2比特；保留字段，长度为2比特；表示数据包类型的数据包类型字段，长度为4比特；表示数据包长度的数据包长度字段，长度为2字节，和主网编号字段，长度为2字节。其中主网编号可随机生成。帧头后面跟随着帧数据，其长度是0-512字节。可由主网网关读取子网网关的命令请求，由子网网关发送该数据包，也可由子网网关主动发送。

下面描述该实施例的家庭信息控制网络系统的通信过程。

家庭控制子网网关通过DHCP协议从主网网关100获得IP地址。如果主网网关需要与子网网关通信，以控制家庭控制子网中的设备，则需要在子网网关中进行注册。一旦注册到子网网关上，子网网关只与注册到自身的唯一一个主网网关通信，不接受其它IP网络设备的通信请求。

注册的过程由主网网关发起。主网网关发送注册命令数据包，其中包括主网网关的IP地址，以及由主网网关随机生成的2个字节的主网编号。子网网关接收到该命令后，发送确认响应则注册成功。在注册成功后，所有通信数据包中的主网网关编号则为子网网关和主网网关确认对方身份的标识，子网网关只接受来自主网网关IP地址且主网编号正确的数据包的请求。

在主网网关、子网网关关闭前，则由关闭方在关闭前发起注销过程。如果注销请求得到对方确认，则本次注册通信中的主网编号无效，在下次注册前，子网网关不接受任何主网网关的请求。

主网网关与子网网关之间的通信主要是传递家庭控制子网的连接状态、各个设备的状态等。主网网关通过设置、读取命令从子网网关读取各个设备的状态参数、或设置各个设备的状态参数。子网网关通过汇报命令向主网网关提供各个设备的设备描述文件、各个设备的状态参数、各个设备连接状态的设备注册表等内容，使主网网关了解整个家庭控制子网的状态。

由于本通信协议运行在可靠的TCP传输基础上，其传输的可靠性能够得到保证，本协议的确认功能用于描述注册、注销、设置、读取等操作的成功或失败，而不描述传输本身的正确性。

在家庭主网网关对外提供的web服务中使用SSL协议(Secure SocketLayer)进行网络安全设计。SSL可以用于保密的传输，保证网络与Webserver之间传输的消息是“安全的”。

家庭主网网关的应用程序接口(中间件系统)

家庭主网关支持JAVA虚拟机，符合JAVA虚拟机规范JVM(JavaVirtual Machine Specification JAVA虚拟机规范)。

家庭主网关应用程序接口(API)遵从OSGI(Open Services GatewayInitiative)规范，是一组标准的高层功能数据结构和协议，为应用程序提供标准的接口。

图2是家庭主网网关的应用程序接口(中间件系统)的架构示意图。如图2所示，该系统由下列几个系统模块组成：

驱动层10(driver layer)：本模块提供MPEG-2表格数据提取、条件接收和智能(smart)卡控制、信道参数设定、音/视频流控制、调制解调器管理、TV/VCR控制及其它功能；

核心系统模块7(Core System))：由一系列模块组成，包括内存管理、线程调控、事件管理、安全性控制、数据下载管理及网络协议管理(TCP/ZIP、PPP、HTTP)管理等；

图象与多媒体模块8(Graphics&AV system)：本模块具有与下层平台的接口，提供用于绘图、多视窗管理及音/视频控制的高级函数；

SI引擎9(SI engine)：本模块用于管理SI数据库，负责提取EIT、PMT等常用SI表格数据，并且具有监察功能，可提供频道搜寻时已储存的数据，如频道名称等；

Java虚拟机5(JVM)：本模块用来解释执行Java应用程序，并提供JavaDebug等功能；

网页解析引擎6(Presentation engine)：支持HTML4.0、XHTML、DOM、CSS等，可显示HTML网页，提供上网功能；

应用程序标准接口4(Java APIs)：包含多个Java程序包，用于开发交互式应用软件。包括一些J2ME的程序包和一系列用于数字电视的专用程序包，如图形显示、多媒体控制、SI数据装载和存取、回路控制及系统资源管理等。此外还提供控制Web浏览器运行Java Applet的程序包。交互式应用程序(Interactive applications)：应用程序并不属于中间件系统，它建立在中间件系统标准界面之上。但在中间件系统提供给用户的同时，也会提供用于协调各种交互式应用程序的内置应用控制器(Application Manager)。

家庭控制子网

下面结合图3说明根据本发明实施例的家庭信息控制系统中的家庭控制子网的结构和操作。

参见图3所示，以及诸如空调，冰箱，电视之类的多种家电设备数字家庭控制子网由家庭控制子网网关300、移动控制终端400和多个通信模块CM1，CM2，…，CMn组成。通信模块CM1，CM2，…，CMn可放置在设备内部，也可放置在设备外部。各设备通过通信模块与子网关300进行通信以进行信息的交换和控制。子网中的设备，通过有线(图中的实线所示)和无线(图中虚线所示)的方式组网。也就是说，子网中的设备可通过有线和无线的方式与子网关相连。

家庭控制子网网关

家庭控制子网网关300作为家庭主网连接到家庭控制子网的一种物理接口，使各子网设备可以获得各种服务。家庭控制子网网关向用户提供人机界面。用户可以进入任一个电器的控制选项界面，以控制各个家庭控制子网中连接的设备。另外，子网网关管理各种家庭控制子网设备。当新的设备加入到家庭控制子网网络系统时，家庭控制子网网关可以通过添加设备文件来添加新的设备。同样，子网网关也具有删除设备的功能。子网网关遵循家庭控制子网通信协议与各个通信模块进行数据交换。

移动控制终端

移动控制终端400是家庭控制子网的移动通信控制核心。移动控制终端400通过无线通信方式与家庭控制子网设备通信。移动控制终端对所有家庭控制子网中的设备进行集中控制，同时与家庭控制子网网关相互通信，以达到控制一致的目的。用户可以通过移动控制终端400获得各种服务的平台。

移动控制终端400支持无线通信的功能，支持家庭控制子网设备之间的数据通信、实时传输数据信息、人机交互式操作和具有图形用户界面控制功能，以使用户方便直观地操作和控制各个设备。

移动控制终端400与各个通信模块CM1，CM2，…，CMn之间的通信协议遵从家庭控制子网通信协议。

通信模块

通信模块CM1，CM2，…，CMn是家庭控制子网设备的通信核心。每个通信模块是各个家庭控制子网中的设备的通信接口单元，它可以通过有线或无线的方式与移动控制终端400和家庭控制子网网关300通信。

通信模块还支持家庭控制子网内部的各个设备之间的数据通信。通信模块CM1，CM2，…，CMn可以即插即用，以使用户可以方便地操作和控制各个家庭控制子网设备。通信模块CM1，CM2，…，CMn同样遵循家庭控制子网通信协议。

家庭控制子网通信协议

1.家庭控制子网通信协议体系结构

家庭控制子网通信协议使遵循规范的各个家庭控制子网设备之间实现通信。

家庭控制子网通信协议的体系结构如表3所示。

        表3

UDCP：统一设备管理协议		其它应用协议
			NETL：网络层
W_MAC无线MAC层	L_MAC有线MAC层	其它物理协议
			WPL：无线物理层(Wireless PhysicalLayer)	WIPL：有线物理层(Line Physical Layer)

2.物理层

A.无线物理层

无线物理层工作在射频(RF)信道，其工作频段在787MHz～797MHz，430MHz～434MHz的范围，未来可扩展到2.4GHz的ISM频段上。在787MHz～797MHz频段的频道间隔为1MHz，在430MHz～434MHz频段的频道间隔为0.4MHz。

无线物理层的调制数据速率为38.4kb/s，调制方式采用移频键控(FSK)。最大调制频偏：≤50kHz(窄带应用；500kHz(宽带应用)。发射机发射功率≤10dBm，功率≤4.5dBm，通信距离：≥30米。

下面说明家庭控制子网中物理层帧的通用格式。下面的表4示出无线通信的物理层帧格式。

      表4无线通信的物理层帧格式

开始序列(Preamble)		载荷(Payload)
			训练序列(bits)	开始位(bits)	MAC帧(bits)
80/64/40/8	8	≤1024

其中开始序列域包括训练序列字段和开始位域两部分，开始序列可用来使无线物理层电路达到解调的稳定状态，使接收时钟和发送始钟同步，并确定帧接收的开始。训练序列域是一个长度可变的0101…01序列，其长度缺省值是80比特。射频器件长时间不通信后，需要一个较长时间的训练序列为接收基准电容充电。在连续通信时，不需要长的训练序列。发送帧序列时，以80比特训练序列发送RTS，后续帧可以使用40比特的训练序列发送。开始位域长8比特，用于确定一帧数据接收的开始。开始位域的值设定为00111100，其余值保留。MACC帧由MAC层传递到物理层，MAC帧域长度可变，最大长度为256个字节。

B.有线物理层

有线物理层向有线数据链路层提供服务，负责将字节按位发送到总线上并通过总线接收字节位。有线物理层主要解决在双绞线通信线路上传输由其数据链路层生成的比特序列信号的问题。

图4示出了有线物理层的结构。有线物理层包括逻辑单元511和介质附属单元512。逻辑单元将待发送的字节分解成位和将接收的位组成字节。介质附属单元512包括用于对要发送的逻辑位编码成物理位的发送位编码器513，和将经编码的物理位发送到总线上的发送器514，以及接收从总线上接收到的物理位的接收器515，和将接收的物理位解码成逻辑位的解码器516。

C.无线MAC层通信协议

无线MAC层用于实现数据包的差错控制。下面的表5给出了无线MAC层的通用帧格式。

                                 表5无线MAC层的通用帧格式

帧长度	帧控制	帧时间	帧序列控制	帧头CRC	源地址	目的地址	数据	帧体CRC
									16比特	16比特	16比特	16比特	16比特	见各种类型帧格式说明	见各种类型帧格式说明	0--104字节	16比特
帧头					帧体

无线MAC层的每帧的帧头部分包括帧长度字段，帧控制字段，帧时间字段，帧序列控制字段，和帧头循环冗余检验码(CRC)。帧体部分包括表示该帧始发位置和目的位置的源地址和目的地址，以及用户数据，和帧体循环冗余检验码(CRC)。

D.家庭控制子网的网络层协议

表6给出了家庭控制子网网络层的帧格式。

表6家庭控制子网网络层的帧格式

目的设备UDS	帧控制字1	帧控制字2	源设备UDS	包体	CRC
						6Bytes	1Byte	1Byte	6Bytes	0-960 Bytes	2Bytes

网络层帧包括两个帧控制字域，字长各为1Byte，用于区分帧类型和优化数据包长度。

源设备统一设备序列号(UDS)域有效为1表示本帧中存在源设备UDS域，否则表示不存在该域。CRC有效位为1表示本帧带有CRC校验域，否则表示不存在该域。应用层协议类型域为0，表明本帧中的数据是UDCP数据。包长度高位与帧控制字2共同组成10Bits的包长度值。

包长度最大取值为960。

设备ID与统一设备序列号(UDS)

家庭控制子网中的各个设备具有全局统一的网络标识。家庭控制子网中的每一台设备和子网网关都分配一个唯一的固定的标识符，以屏蔽物理层的差异，这个标识符就是“统一设备序列号(UDS)″。在家庭控制子网中，UDS与无线MAC层或有线MAC层的设备ID一致。

网关UDS通过一个统一的标准化组织的协调分配，能够作到全局唯一。设备UDS通过网关自动分配。UDS长度为6个字节，其结构在下面的表7中给出(长度：位)。

                  表7设备UDS结构

0     23    1516               3940                                            47

版本号

厂商号

子网网关编号

设备编号

版本号为家庭控制子网协议的版本号；厂商号可由标准化组织统一分配；子网网关编号由各生产厂家自定；设备编号由各个子网网关在设备注册时分配。各位全1的UDS(即0XFFFF)在家庭控制子网中表示对网中所有设备广播发送。

本系统中涉及的无线网络和有线网络的物理层ID与UDS相同，对于使用其他类型的物理层协议在家庭控制子网中进行通信中，需要支持本网络层协议。并需要对UDS与自身的物理层地址转换。

广播

各位全为1的UDS(即0XFFFF)在家庭控制子网中表示对网中所有设备广播发送。此时广播发起者和子网网关都将转发该信息。

异种物理介质互连

家庭控制子网网关可以具备无线、有线、以太网等多种物理接口，同时充当不同传输介质和协议的转换的角色。一般设备只接受发给自己的数据包，而子网网关需要分析处理所有的数据包。

子网网关作为传输的桥梁，将整个家庭控制子网中的设备信息存储在设备注册表，设备注册表纪录了一个家庭中所有设备的UDS和设备使用的通信介质。家庭控制子网中的任何设备发出MAC层数据包的都将由网关分析。当MAC层数据包的源设备与目的设备处在同一种物理介质的子网中，则子网网关不再处理该数据包。如果MAC层数据包的源设备与目的设备通信介质不相同，则子网网关需要解析该MAC层数据包中包含的网络层数据包，根据网络层数据包中的目的UDS和设备注册表的内容，确定目的设备的MAC层和物理层协议，并把网络层数据包作为相应的MAC层帧数据，找出UDS所对应的目的设备的对应的MAC层地址，并使用适当的MAC层和物理层协议将其发往目标设备。

统一设备管理协议UDCP

子网网关的应用层中采用统一设备管理协议UDCP(Universal DeviceControl Protocol)，其作用是进行整个网络中设备的添加、删除、状态查询、参数配置等系统管理，及根据设备描述文件进行应用控制。UDCP采用客户/服务器结构，客户为家庭控制子网中的子网网关，服务端为各家庭控制子网设备，包括移动控制终端。

UDCP利用设备文件来读取被管理设备的相应信息，为各种家电的管理和控制提供统一接口。

当一台新的设备要加入数字家庭网络中时，该设备中没有设备地址，须由网关分配给此设备一个新的设备地址，并在网关中注册。只有注册过的设备才在相应的家庭网络中运行。设备序列号是指设备出厂时厂家分配给此台家电的一个序列号码，以此来同其他设备进行区别，此序列号得长度为4个字节，现用在网关对设备进行注册的一系列操作上。

UDCP报文格式

表8给出了UDCP的报文格式。

    表8 UDCP报文格式  (长度单位：字节)。

报文头Head	报文Frame field
		1Byte	N Bytes n＜959

UDCP报文包括报文头域和报文域。报文头域标识本报文的功能，报文域根据报文头值的不同而有不同的结构和取值。其对应值如下面的表9。

               表9 UDCP数据包类型(n与其命令相关)

报文头域	本报文含义	报文长度(Bytes)	一般应用
				00	设备申请注册	4+n	设备-＞网关
网关向移动控制终端请求确认	6+n	网关-＞移动控制终端
			01		操作成功	12	设备-＞网关
02	保留	-		-
			03		网关查询未注册设备	4	网关广播
04	网关注册确认	12		网关-＞设备
			05		保留	-
06	申请下载设备文件	8		网关-＞设备
			07		申请下载设备注册表	0	移动控制终端-＞网关
08	申请下载语音文件	14		网关-＞设备
			09		删除设备(按设备UDS方式)	6	网关-＞设备
0A	移动控制终端申请注册	4		移动控制终端-＞网关
			0B		移动控制终端通知网关确认添加设备	8	移动控制终端-＞网关
0B-0F	保留	-
			10		上载设备文件	2+n	设备-＞网关
11	上载设备注册表	2+n		网关-＞设备
			12		上载语音文件	2+n	设备-＞网关
13-18	保留
			19		删除设备(按序列号方式)	4	网关-＞设备
1A-1f	保留	-
			20		设置数据(set Data)	-
21	读取数据(Get Data)	-
			22		汇报(Report)	-
23	传递数据(Put)	-
			24		正常(Keep alive)	6	设备-＞网关
25	无效命令(Invalid)	-		设备-＞网关
			26-2F		保留	-
30	移动控制终端查询新设备	4		移动控制终端-＞网关
			31-9F		保留	-
A0	移动控制终端控制有线设备	8		移动控制终端-＞设备
			Al-FE		保留	-
FF	确认(ACK)	6

系统管理数据包(00H—05H)

a.设备申请注册

发送设备申请注册帧的情况有两种，设备向子网网关申请注册和设备向移动控制终端申请注册。

表10列出设备向网关申请注册的数据包格式。

表10设备向网关注册数据包格式

类型Type	报文Frame Field
			00	设备序列号4Bytes	设备名称n Byte

当子网网关查询未注册设备的时候，被查询的设备以此帧作为对子网网关的回应，给出该设备的类型，序列号和名称等内容。

表11给出设备向移动控制终端申请注册的数据包格式。

表11设备向移动控制终端注册数据包格式

类型Type	报文  Frame Field
				00	设备序列号4Bytes	设备类型2Byte	设备名称nByte

当移动控制终端查询新设备的时候，被查询的设备以此帧作为对移动控制终端的回应，此帧的网络层的目的地址为移动控制终端UDS号，源地址为网关UDS地址。

b.操作成功

表12给出指示操作成功的数据包格式。

表12操作成功数据包格式

类型Type	报文Frame Field
			01	操作设备ID6Bytes	被操作设备ID6Byte

当设备收到子网网关的注册确认的信息帧后，该设备向子网网关发送操作成功的确定数据，其格式如表12所示。

c.网关查询未注册设备

表13给出子网网关查询未注册设备的数据包的格式。

表13子网网关查询未注册设备的数据包的格式

类型Type	报文Frame Field
		03	设备序列号4Bytes

当网关自动搜索新设备的时候，不用发送设备序列号。当搜索有指定序列号的设备时，发送该设备序列号。

d.网关注册确认

表14给出网关注册确认数据包的格式。

表14网关注册确认数据包的格式

类型Type	报文Frame Field
			04	网关ID6Bytes	新注册设备ID6Bytes

当网关搜索到新的设备，并且此设备发送了设备申请注册的信息帧后，网关发送该注册确认帧。

数据块传送

a.申请下载设备描述文件

表15给出申请下载设备文件的数据包的格式。

表15申请下载设备文件的数据包的格式

类型Type	报文Frame Field
			06	设备地址6Bytes	数据索引2Bytes

当网关向指定的设备发出下载设备文件的请求时，指定的设备响应该请求向网关上载设备数据包，此数据索引为网关想要下载设备描述文件的地址块索引值。

b.申请下载设备注册表

表16给出申请下载设备注册表的数据包的格式。

表16申请下载设备注册表的数据包的格式

类型Type	报文Frame Field
		07	无内容

当移动控制终端向网关发送申请下载设备注册表的帧的请求时，网关响应该请求向移动控制终端上载设备注册表命令。

c.申请下载语音数据

表17是申请下载语音数据包的格式。

表17申请下载语音数据包的格式

类型Type	报文Frame Field
				08	申请设备ID6Bytes	语音数据存储设备ID6Bytes	语音数据索引2Bytes

如果网关请求从存储有语音数据的设备下载其存储的语音数据，该设备则以表17的数据包的格式上载语音数据作为响应。

d.删除设备(按设备UDS方式)

表18给出删除设备(按设备UDS方式)的数据包格式。

表18删除设备(按设备UDS方式)的数据包格式

类型Type	报文Frame Field
		09	设备ID6Bytes

当要从家庭控制子网中删除某个设备时，该设备删除自己的ID号，无需回应。

e.移动控制终端申请注册

表19给出移动控制终端申请注册数据包的格式。

表19移动控制终端申请注册数据包的格式

类型Type	报文Frame Field
		0A	移动控制终端序列号4Bytes

子网网关以表19所列格式的数据包对移动控制终端发出的申请注册的请求作为响应。

f.移动控制终端通知网关确认添加设备

表20给出当移动控制终端通知网关确认添加设备时的数据包的格式。

表20移动控制终端通知网关确认添加设备时的数据包的格式

类型Type	报文Frame Field
				0B	确认类型2Bytes	设备序列号4Bytes	设备类型2Bytes

作为例子，在确认类型域中，0000表示同意添加，0001表示拒绝添加。设备序列号为设备本身的识别号码。在设备类型域中，0000表示有线设备，0001表示无线设备。

g.上载设备文件

表21给出上载设备文件的数据包的格式。该命令是设备用于响应申请下载设备文件的命令。

表21  上载设备文件的数据包的格式

类型Type	报文Frame Field
			10	头部Header2bytes	设备文件数据nBytes

h.上载设备注册表

表22给出了上载设备注册表的数据包的格式。该命令是设备用于响应申请下载设备注册表的命令。

表22上载设备注册表的数据包的格式

类型Type	报文Frame Field
			11	头部Header2bytes	设备注册表nBytes

i.上载语音数据

表23是设备上载语音的数据包的格式。该命令用于响应申请下载设备语音数据的命令。

表23设备上载语音的数据包的格式

类型Type	报文Frame Field
			12	头部Header2bytes	语音数据nBytes

j.删除设备(按序列号方式)

表24是删除设备(按序列号方式)的数据包的格式。由设备删除自己的ID号，无需回应。

表24删除设备(按序列号方式)的数据包的格式

类型Type	报文Frame Field
		19	设备序列号4Bytes

k.头部(Header)域

表25给出数据包的头部格式的定义。

表25数据包的头部格式

分段标志Flag	分段结束标志End	分段序列号Number
			1bit	1bit	14bit

分段标志(Flag)域为0表示本数据包是独立的。Flag域为1表示本数据包是连续的数据包中的一个。分段结束标志(End)域为0表示本数据包后还有后续包。End域为1表示本数据包是连续包中的最后一个。分段序列号(Number)域为本数据包在连续数据包中的序号。

控制命令

a.设置数据(Set Data)

表26给出设置数据包的格式。该命令用于向设备发送命令以控制设备的工作状态。

表26设置数据包的格式

类型Type	报文Frame Field
		20	从设备文件中得到的设备控制指令

b.读取数据(Get Data)

表27给出读取数据包的格式，报文中包括用于从设备文件中得到的设备的控制指令。该命令用于取得设备状态。

表27读取数据包的格式

类型Type	报文Frame Field
		21	从设备文件中得到的查询设备状态的指令

c.汇报(Report)

表28给出汇报数据包的格式，用于由设备主动报告自身状态。

表28汇报数据包的格式

类型Type	报文Frame Field
		22	设备主动报告自身状态的数据

d.传递数据(Put)

表29给出传递数据包的格式，用于由设备响应读取数据命令，报告自身状态的数。

表29传递数据包的格式

类型

报文

Type	Frame Field
		23	设备响应读取数据命令，报告自身状态的数据

e.正常(Keep Alive)

表30给出正常数据包的格式。该正常数据包用于报告设备的ID，以使设备与子网网关间保持联接。

表30正常数据包的格式

类型Type	报文Frame Field
		24	报告设备ID6Bytes

f.无效命令

表31给出无效命令数据包的格式。该命令的用于不符合设备要求的设置命令或读取命令。

表31无效命令数据包的格式

类型Type	报文Frame Field
		25	设备响应读取数据命令，报告自身状态的数据

g.移动控制终端查询新设备

表32给出移动控制终端查询新设备的数据包的格式。

表32移动控制终端查询新设备的数据包的格式

类型Type	报文Frame Field
		30	设备序列号4Bytes

当移动控制终端自动搜索时，不用发送设备序列号；当搜索有指定序列号的设备时，数据包中包括设备序列号。当移动控制终端查询到新设备时，此帧的网络层的目的地址为网关UDS地址，源地址为移动控制终端UDS号。

h.确认(ACK)

表33给出了确认命令数据包的格式。

表33确认命令数据包的格式

类型Type	报文Frame Field
		FF	应答设备ID6Bytes

确认命令是接收方对请求做出响应的设置数据，汇报，传递数据命令，接收方正确接收后要发出确认帧作为回应。当发送方在发送后经过RT1时间后仍未收到确认时，则重发一次。重发最多可进行RN1次。RT1、RN1的值可以根据需要在一定范围内配置。

有线控制命令

a.移动控制终端控制有线设备的命令

表34给出移动控制终端控制有线设备的命令的数据包格式。由移动控制终端向设备发送该命令以控制设备的工作状态。

表34移动控制终端控制有线设备的命令的数据包格式

类型Type	报文Frame Field
			A0	从设备文件中得到的设备控制指令2Bytes	设备地址6Bytes

其中网络层的目的地址为子网关地址。网络层的源地址为移动控制终端地址。

设备的注册和注销

在家庭控制子网中的注册是指家庭控制子网中的设备在子网网关处登记，取得子网网关的信任关系，使得家庭控制子网中的其他设备可以访问该设备。

注册的处理过程描述如下：

a)申请方发出“申请注册”请求数据；

b)网关接到上述命令后，在自己的设备注册表中添加申请方的UDS，然后返回“申请操作成功”确认。

c)申请方如接到“申请操作成功”确认，则表示注册成功，否则为失败。

在注销中，设备分为申请方和应答方，前者是注销的主动发起者，后者是被动响应者，其处理过程描述如下：

a)申请方发出系统管理命令中的“申请注销”请求。

b)网关接到上述命令后，在自己的设备注册表中删除要求注销的UDS后返回“申请操作成功”命令。

c)申请方如接到“申请操作成功”命令，则表示注销成功，否则为失败。

设备注册表和设备文件的下载

家庭控制子网中已注册的设备可以向子网网关要求将其完整的设备注册表传送给自己，从而获知家庭控制子网的详细信息。

设备注册表和设备文件的下载过程如下：

a)申请方发出请求指令(“申请下载设备注册表”或“申请下载设备文件”)；

b)请求的接收方将设备注册表或设备文件拆分成较小的数据包，以数据块传送报文依次发送。

设备控制模式的使用

家庭控制子网中已注册的设备中的任何一个都可以通过“设置数据”报文向其他设备发送控制命令。具体的控制命令码由应用程序按需要从对方的设备文件中查出并填入报文中。

家庭控制子网中应用控制模式下的控制码和回码是一一对应的，在正常情况下，控制码的接收方正确接收控制码后要发出回码作为回应，请求的发送方在经过RT2时间后仍未收到确认，则重发一次。重发最多可进行RN2次。RT2、RN2的值可根据需要配置。

如前所述，UDCP中的控制码和回码使用不同的报文格式。虽然一个控制码有其特定的回码相对应，但从UDCP的角度来看，其具体数值是无关紧要的，本层协议保证在向设备发出一个使用了控制码的报文后要在规定时间内收到对方的回码报文。回码报文交由应用程序判断处理。

F.家庭控制子网通信协议的使用

下面描述通信协议在家庭子网网关中的使用。

子网网关的功能与流程

子网网关在家庭控制子网中作为设备的一个控制通信终端，主要功能是把家庭控制子网设备和家庭主网关连接起来，并实现家庭控制子网内部设备的互连。子网网关是一个符合家庭控制子网通信协议的设备，可以与家庭控制子网设备进行数据交换。

当用户在外部通过因特网登录到家庭主网关时，就可以进入一个数字家庭网络的控制画面。这个画面出现当前家庭控制子网设备，点击要控制的家电设备的图标，可以进入此家电的控制界面。

控制界面上显示了此家电的所有控制选项，用户点击想要进行相应控制的选项，子网网关与主网关通过主网关与子网网关之间的通信协议获得相关的控制信息，并使用家庭控制子网通信协议控制相关的设备。

这个子网网关所控制的设备的通信模块接收到这个数据帧，物理层对此数据帧进行拆包，得到有效载荷，有效载荷再传输给MAC层，MAC层对此有效载荷进行拆包，并判断其正确性和有效性，如正确，则得到控制命令和有效数据信息，再将它们传输给此设备的控制接口。如不正确，则不对此数据进行处理。

被控设备的控制接口层对所得到的控制命令和有效数据进行数据转换，传输给此设备的应用层，由应用层得到控制此设备的相应控制命令和有效参数。此设备根据这些数据信息执行相应的动作，在此动作完成后，返回给子网网关相应的反馈信息，反馈信息指示了当前此家电的现行状态。子网网关进而把信息传递主网关。

当主网关接收到反馈信息后，更新此家电的网络界面，显示此家电当前的运行状态。

上面描述的是子网网关遵循家庭控制子网通信协议，进行一次完整的通信的处理过程。

移动控制终端的功能与流程

移动控制终端在家庭控制子网中作为家庭控制子网设备的一个通信控制终端，主要功能是通过无线的方式与设备进行通信，移动控制终端遵循家庭控制子网通信协议，可以与家庭控制子网中的设备进行数据交换。

当用户打开移动控制终端电源的时候，移动控制终端的用户界面就会显示出来，用户界面上显示了当前在移动控制终端所在家庭控制子网中的所有家电。当显示用户界面的同时，移动网络终端会发出一组查询命令，逐个查询家庭控制子网中所有设备的当前状态，收到返回信息后显示各个家电的状态参数。在用户界面选择上要进行控制的家电图标，可以进入此家电的控制界面。

控制界面上显示了此家电的所有控制选项，选择想要进行控制的选项，移动控制终端的应用层程序从所选择的控制选项得到其所对应的控制命令和有效参数，使用适当的协议将此数据传输至被控制设备。

所控制的家电设备的通信模块接收到该控制数据帧，传输到其物理层，物理层对此数据帧进行拆包，得到有效载荷，有效载荷再传输给MAC层，MAC层对此有效载荷进行拆包，并判断其正确性和有效性，如正确，则得到控制命令和有效数据信息，再将它们传输给此家电的控制接口。

被控制家电的控制接口对所得到的控制命令和有效数据进行数据转换，传输给此家电的应用层，由此应用层得到控制此家电的相应控制命令和有效参数。然后，根据这些数据信息对该家电设备执行相应的动作。在此动作完成后，向移动控制终端返回相应的反馈信息，以指示该家电设备当前的现行状态。

如果移动控制器在一段时间间隔后没有得到相应的反馈信息，则进入重发功能，索取此次控制的反馈信息。

移动控制终端接收到反馈信息后，更新此家电的用户界面，显示此家电当前的运行状态。

上面描述的是移动控制终端遵循家庭控制子网通信协议进行的一次完整的通信的处理过程。

设备描述文件

为了保持移动控制终端和子网网关的通用性，并使系统具有添加新设备的能力，在本发明的家庭信息控制网络系统中采用了设备描述文件(DeviceFile)的数据结构来描述家庭控制子网设备。每台家庭控制子网的设备都保存一份描述自身功能和命令的设备描述文件，当新设备加入到系统中时，家电设备接收到移动控制终端或子网网关发送的设备文件请求命令后，将自身的设备文件发送给移动控制终端或子网网关。移动控制终端和子网网关中保存着每个设备的设备文件，移动控制终端根据设备描述文件来显示系统中有哪些设备，显示出某个设备具有哪些功能，同时还可以对设备进行控制，并且设备文件还提供了查询并显示设备状态的功能。

移动控制终端所显示的图标和文字、不同功能的控制命令及状态回码信息都是从设备描述文件中得到的。为了能适应不同的家庭控制子网设备，在保持设备描述文件通用的同时，还要保证完备，以满足不同设备状态显示的多种需求。此外，设备描述文件还应该尽可能的简单。以降低电器设备、移动控制终端和子网网关的存储器的开销，满足设备描述文件以无线或有线方式在家庭控制子网设备和移动控制终端或子网网关之间传输的要求。

在设备描述文件中不仅包含了设备的厂家信息，还包含了对设备的操作描述、每个操作对应的命令、设备的状态回码结构等信息。通过设备描述文件可以了解设备具有那些功能，发送命令实现某一功能，还可以从状态回码中得到设备的当前状态，并以图形化的方式显示。

设备描述文件保存在设备的存储器中。当用户增添一台新设备时，只要在移动控制终端和子网网关上执行一次添加操作，就可以实现对新设备的控制。

下面说明对设备描述文件的结构和操作。

系统要求描述

在整个家庭控制子网中，每一个家庭控制子网设备应有自己的空间来存储本身的设备描述文件，在子网网关和移动控制终端中要有足够的空间来存储当前数字家庭网络中的各个家庭控制子网设备的设备描述文件，以便能控制此数字家庭网络中的所有家庭控制子网设备。

在家庭控制子网中，可以通过有线和无线方式传输设备描述文件。子网网关和移动控制终端通过这两种方式与各个家庭控制子网设备的通信模块之间进行通信的，并按家庭控制子网通信协议传输设备描述文件。

当子网网关和移动控制终端接收到某个设备的设备描述文件后，对其进行相应的分析与处理，生成此设备的控制信息，通过无线方式和有线方式对此家庭控制子网设备进行相应的控制。

因此，在家庭控制子网中至少要有一个控制终端和各个设备的通信模块通过无线方式进行通信，以实现家庭控制子网的集中管理和集中控制。

设备描述文件的定义

设备描述文件包括文件头，结构数据，字符资源和图标资源四个部分。文件头主要包含设备厂家、设备文件大小等信息；结构数据部分是设备文件中最主要的部分，它描述的整个设备描述文件的组成结构；字符资源部分包含了在设备文件中要显示的全部字符；图标资源部分包含了设备文件中要显示的全部图标。

在设备描述文件中，规定了下列基本数据结构。

1.文件头的数据结构

表35示出了设备描述文件文件头，其中定义了家庭控制子网设备的相关数据信息。

表35设备描述文件文件头

域名	大小(字节数)
		文件规范版本	1
文件类型	3
		文件大小	2
文件头大小	1
		国家代码	1
厂商代码	7
		文件版本号	1
设备类型号	2
		产品型号	2
设备图标属性	2
		扩展资源指针	2

2.结构数据定义

表36是设备描述文件的结构数据，主要定义了设备描述文件的每个节点的入口地址形式，包括此节点的有效数据等一系列数据信息。

表36设备描述文件的结构数据

域名	大小(字节数)
		父节点指针域	1
查询命令域	1
		节点数目域	1
子节点的指针数组	根据字节点数确定

3.子目录数据结构

表37是子目录数据结构，类型代码为0×53aa，其作用是作为某一级目录菜单进行对下一级浏览的数据信息结构，在这一结构中定义了上一级别目录的指针，和本目录中的各个选项的名称、数量、图表等一系列数据信息。

表37子目录数据结构

域名	大小(字节数)
		节点类型域	1
节点名称指针域	1
		图标属性域	1
回码状态域	2
		入口指针域	1

4.命令数据结构

表38给出了命令数据结构，其类型代码为0×3555，其作用是向家庭控制子网设备发送控制此家庭控制子网设备的状态的命令。此数据结构包括控制命令码、状态回码、回码前后的状态显示、图表的显示等一系列数据信息。

表38命令数据结构

域名	大小(字数)
		节点类型域	1
节点名称指针域	1
		图标属性域	1
回码状态域	2
		命令指令域	1
状态指令域	1

5.图片数据结构

表39给出了图片数据结构，类型代码为0×55a5。其作用是在向家庭控制子网设备发送查询命令时，查询结果返回后显示此家庭控制子网设备的当前状态。此数据结构包括图片类型，显示数据格式，图片显示形状及位置等一系列数据信息。

表39图片数据结构

域名	大小(字节数)
		节点类型域	1
节点名称指针域	1
		图标属性域	1
回码状态域	2
		状态图入口指针域	1

6.语音数据结构

在设备文件中可以使用语音数据描述家庭控制子网设备的状态。由设备描述文件提供语音数据，根据设备描述文件中的语音数据驱动编解码器(CODEC)来产生语音信号输出。设备的功能描述和提示信息，针对每个功能的语音描述和提示，通过设备描述文件提供。对于通用的语音数据，如针对数字的语音提示，在电话网关的存储器中保存数字的语音数据。

7.回调数据结构

表40给出了回调(CallBack)数据结构，类型代码为0×5457。所谓回调是针对需要命令参数的设备命令，如设置温度、时间等操作，移动控制终端或子网网关为用户提供了几种标准的图形化的输入/输出界面，在该界面中能显示出设备的当前状态，同时用户还可以选择新的状态，并对设备进行设置。当在界面中设定某一个数据值后，此类型就发送相应的信息命令给家庭控制子网设备，根据其回码以决定当前的此家庭控制子网设备的显示状态。此数据结构包括五种设置类型等一系列数据信息，详细内容参见表40。

表40回调数据结构

域名	大小(字节数)
		节点类型域	1
节点名称指针	1
		图标属性	1
回调实体指针	1

8.字符资源定义

整个字符资源由字符串组成，每个字符串由一个字数组构成，该数组的每一个元素表示一个汉字的国标码，高8位为区码，低8位为位码，数组的最后一个元素为0×0000表示字符串结尾。

9.图标资源定义

图标资源中包含了整个设备描述文件中用到的全部图标。

从前面结构数据的定义中可以看到，对图标的访问有两种方式：通过索引值访问和通过指针访问。其中通过索引值访问的图标也可以通过指针来访问，这些图标的大小统一为16×16点阵，并且位于图标资源的前部；而只能通过指针来访问的图标可以有16×16、16×32和32×32三种大小，其数据位于通过Index值访问的图标数据之后。

不同尺寸的图标的数据长度也不相同，其中：16×16点阵的图标数据长度为16个字、16×32点阵的图标数据长度为32个字、32×32点阵的图标数据长度为64个字。

图5是根据本发明的家庭信息化网络体系结构的一个实例。其中主网关可以与多种通信媒体连接。各种家庭主网设备可直接与主网关连接。子网设备可通过子网关或移动控制终端与子网关连接。

根据本发明的家庭信息控制网络系统采用在对内实现网络家电互联的同时，对外能与因特网互联并进行信息交换，通过以太网和PSTN方式，使家庭内部网络家电与外部网络连接，可支持用户通过因特网远程访问控制，支持电话语音提示控制功能。在网络安全方面，为家庭内部网络和外部网络之间提供安全验证，防止外部网络对家庭内部网络的攻击。

至此已结合优选实施例对本发明的进行了描述，应该理解，本领域的技术人员可以容易地作出各种其它修改，而不脱离本发明的范围和精神。因此，附属权利要求的范围并不限于上述说明，而是要广义地解释权利要求。

Claims (12)

1.一种家庭网络系统，包括：

一个家庭主网网关，用于连接家庭内部网络与外部网络，从不同的外部网络接收通信信号并传递给家庭内部网络的多个主网设备和多个家庭控制子网设备，和在家庭内部网络与外部网络之间进行功能转换；

至少一个主网设备，采用主网通信协议，具有统一设备描述文件的家用设备；

至少一个家庭子网网关，每个家庭子网网关将各自连接的多个家庭控制子网设备和所述主网关连接，并实现家庭控制子网内部的多个子网设备的互连，与所述多个子网设备进行数据交换；

其中所述多个子网设备中的每一个具有用于存储描述子网设备各自的状态参数，配置参数的设备注册表的设备描述文件，用于使所述主网网和子网网关了解整个家庭控制子网的状态，以便控制家庭网络中的所有家庭控制子网设备。

2.根据权利要求1所述的家庭网络系统，其中所述至少一个子网网关包括：

多个通信模块，每个通信模块与一个家庭控制子网设备连接以作为子网设备的通信接口，并在家庭控制子网的各个设备之间进行数据通信；

移动控制终端，通过所述通信模块以无线通信方式与家庭控制子网的所述多个子网设备通信，对所有家庭控制子网中的所述子网设备进行集中控制，同时与家庭控制子网网关相互通信。

3.根据权利要求1所述的家庭网络系统，其中家庭主网络物理层传输媒介使用以太网，用标准的TCP/UDP协议连接主网上的所述多个子网设备。

4.根据权利要求1所述的家庭网络系统，其中所述多个通信模块以无线方式与所述移动控制终端通信，以无线或有线方式与子网网关通信。

5.根据权利要求1所述的家庭网络系统，其中所述主网网关对远程访问者进行身份认证，并对通过认证的访问者提供操作页面以控制家庭子网中的子网设备，并通过子网网关以及家庭控制子网来监控所有子网设备。

6.根据权利要求1所述的家庭网络系统，其中所述子网网关作为动态主机控制协议(DHCP)的客户端与主网网关上的DHCP服务端通信，自动获得IP地址，并且所述多个子网网关作为家庭控制子网在主网中的通信接口，只接受所述主网网关的通信请求。

7.根据权利要求1所述的家庭网络系统，其中所述家庭主网网关的应用程序接口包括：

驱动层模块，用于提供MPEG-2表格数据提取、条件接收和智能卡控制、信道参数设定、音/视频流控制、调制解调器管理、TV/VCR控制；

核心系统模块，用于内存管理、线程调控、事件管理、安全性控制、数据下载管理及网络协议管理；

图象与多媒体模块，提供用于绘图、多视窗管理及音/视频控制的高级函数；

SI引擎，用于管理SI数据库，提取SI表格数据；

Java虚拟机，用于解释执行Java应用程序；

网页解析引擎，用于提供多种上网功能；

应用程序标准接口，用于开发交互式应用软件。

8.根据权利要求1所述的家庭网络系统，其中家庭控制子网中的每一个子网设备和子网网关都分配有一个唯一的固定的标识符，以屏蔽物理层的差异。

9.根据权利要求1所述的家庭网络系统，其中子网网关和移动控制终端具有用于存储家庭网络中的各个家庭控制子网设备的设备描述文件的存储器，以便能控制此数字家庭网络中的所有家庭控制子网设备。

10.根据权利要求2所述的家庭网络系统，其中所述多个通信模块可以设置在家庭子网设备中，

11.一种控制家庭网络系统中的子网设备的方法，包括步骤：

子网网关作为动态主机控制协议(DHCP)的客户端与主网网关上的DHCP服务端通信，以获得IP地址；

子网设备将每个设备具有的设备描述文件发送到子网网关和移动控制终端；

当新的子网设备加入到家庭控制子网网络时，子网网关通过添加设备描述文件来添加新的设备；

当用户通过外部网络登录到家庭主网关时，主网关向用户提供家庭控制子网设备的控制界面；

子网网关与主网关通过主网关与子网网关之间的通信协议获得相关的控制命令，并使用家庭控制子网通信协议控制相关的设备；

被控制的子网设备的通信模块接收所述控制命令，物理层对改命令数据帧进行拆包，得到有效载荷，有效载荷再传输给MAC层，MAC层对此有效载荷进行拆包，并判断其正确性和有效性，如正确，则得到控制命令和有效数据信息，再将它们传送给子网设备的控制接口，如不正确，则不对此数据进行处理；和

被控子网设备的控制接口层对所得到的控制命令和有效数据进行数据转换，传输给此设备的应用层，由应用层得到控制该子网设备的相应控制命令和有效参数，并执行相应的动作。

12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：

在子网设备执行完响应的动作后，向子网网关返回指示当前此家电的当前状态的反馈信息，子网网关进而把反馈传送到主网关；和当主网关接收到反馈信息后，更新网络界面，显示该子网设备当前的运行状态。

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