CN1956440A - 家庭网络系统 - Google Patents

Abstract

一种家庭网络系统，包括由一个以上的主控设备和一个以上从属设备，以及连接主控设备和从属设备、并采用所定通信协议的网络构成；主控设备在所定的时间点上，与数个从属设备进行一个或多个通信循环；从属设备在时间点上与主控设备进行一个通信循环。本发明的家庭网络系统，采用了具有对家庭网络系统的家电设备进行控制、监控等功能的泛用通信规格——控制协议。并提供了一种作为泛用通信规格、采用生活网络控制协议的家庭网络系统。本发明可以根据网络通信量、以及考虑各设备的性能，进行通信循环。本发明还在考虑网络通信量的同时，提高了数据传送的可靠度。

Description

家庭网络系统

技术领域

本发明涉及一种网络系统。特别是涉及一种采用生活网络控制通信协议的家庭网络系统。

背景技术

家庭网络(home Network)是指可让使用者在家里或外面，随时方便、安全、经济地享受生活服务的，各种数字家电设备相互连接的网络。随着数字信号处理技术的发展，原来被称之为白色家电的冰箱或洗衣机等逐渐被数字化，随着家电用运行体制技术和高速多媒体(multimedia)通信技术等被集中运用于数字家电、新形态的情报家电全新登场，让家庭网络得到了发展。

如表1所示，家庭网络根据提供服务的类型，可分为数据网络，娱乐(Entertainment)网络，以及生活网络。

【表1】

分类	功能	服务类型
			数据网络	PC和周围各设备之间的网络	数据交换，因特网服务等
娱乐网络	各A/V(Audio/Video)设备之间的网络	音乐、动影像服务等
			生活网络	用于控制家电设备的网络	对家电设备的控制、网络自动控制(automation)、远程查表、短信(message)服务等

这里，数据网络(data network)是指为了PC和各周围设备之间的数据交换或提供网络服务等，建立的网络类型；娱乐网络(entertainmentnetwork)是指处理音响或影像信号的各家电设备之间的网络类型。生活网络(living network)是指，对家电设备的控制、网络自动控制(automation)、以及远程查表等，以对各设备的单纯控制为目的构建的网络。

这种设置在家庭内的家庭网络系统是由：对其他电器设备的动作进行控制或对其状态进行监控的电器设备——主控装置；以及根据电器设备的特性或其他要因、对主控装置的要求进行应答，并把于自身状态变化有关的情报进行通报的电器设备——从属装置构成。本说明书中所述的电器设备包括洗衣机、冰箱等用于生活网络服务的家电设备，用于数据网络服务以及娱乐网络服务的所有家电设备；而且还包括燃气阀门控制装置，自动门装置，点灯等产品。

但是，现有技术没有提供具有对家庭网络系统的家电设备进行控制、监控等功能的泛用通信规格。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种采用具有对家庭网络系统的家电设备进行控制、监控等功能的泛用通信规格——控制协议(protocol)的家庭网络系统。

本发明所要解决的另一技术问题是，提供一种作为泛用通信规格、采用生活网络控制协议(Living network Control Protocol：LnCP)的家庭网络系统。

本发明所要解决的再一技术问题是，提供一种可以根据网络通信量(Traffic)、以及考虑各设备的性能，进行通信循环的家庭网络系统。

本发明所要解决的又一技术问题是，提供一种考虑网络通信量的同时，可以提高数据传送可靠度的家庭网络系统。

本发明所采用的技术方案是：一种家庭网络系统，包括由一个以上的主控设备和一个以上从属设备，以及连接主控设备和从属设备、并采用所定通信协议的网络构成；主控设备在所定的时间点上，与数个从属设备进行一个或多个通信循环；从属设备在时间点上与主控设备进行一个通信循环。

通信循环至少包括主控设备向从属设备只发送一个请求信息包后，作为对其的应答，从从属设备接收到一个应答信息包时，结束通信的1请求1应答通信循环；主控设备向多个从属设备传送一个请求信息包后，作为对其的应答，从各从属设备分别接收一个应答信息包，并继续等待应答、直到经过一定的最大收信时间，并在经过最大收信时间时，结束通信的1请求多应答通信循环；主控设备向一个或多个从属设备传送一个通知信息包后，结束通信的1通知通信循环；控设备以所定次数向一个或多个从属设备反复传送一个通知信息包后，结束通信的反复通知通信循环中的某一个。

在1请求1应答通信循环中，主控设备在一定收信时间内没能收到来自从属设备的应答信息包时，结束通信。

在1请求多应答通信循环中，请求信息包包括群地址。

在1通知通信循环以及/或反复通知通信循环中，通知信息包包括群地址。

在1通知通信循环以及/或反复通知通信循环中，接收通知信息包的从属设备或主控设备，向传送通知信息包的主控设备或从属设备不传送应答信息包。

主控设备以及/或从属设备是混合设备。通信协议是生活网络控制通信协议。

本发明的家庭网络系统，采用了具有对家庭网络系统的家电设备进行控制、监控等功能的泛用通信规格——控制协议。并提供了一种作为泛用通信规格、采用生活网络控制协议的家庭网络系统。本发明可以根据网络通信量、以及考虑各设备的性能，进行通信循环。本发明还在考虑网络通信量的同时，提高了数据传送的可靠度。

附图说明

图1是本发明的家电网络系统框图；

图2为本发明的生活网络控制协议堆栈的组成图；

图3a、图3b是图2的层间的接口的组成框图；

图4a至4f是图3a、3b的接口的详细组成框图；

图5a、5b为本发明的通信循环第1实施例。

图6为本发明的通信循环第2实施例。

图7为本发明的通信循环第3实施例。

其中：

1：家庭网络系统      2：因特网

3：LnCP服务器        4：客户端设备

10：网关              20～23：网络管理器

30、31：LnCP路由器    40～49：电器设备

具体实施方式

下面，结合本发明的实施例以及附图，对本发明的家庭网络系统进行详细说明。但是，本发明的范围不受下面的各实施例以及附图的限制，本发明的范围应以权利请求范围所记述的内容为基础进行解释。

图1是本发明的家电网络系统框图。

如图1所示，家庭网络系统1通过因特网2链接在LnCP服务器3，另外客户设备4通过因特网2链接在LnCP服务器3上。即，家庭网络系统1以可通信的方式与LnCP服务器3以及/或客户设备4链接。

作为家庭网络系统1外部的网络，包括因特网2的外部网络，根据客户设备4的种类，还具有其他构成要素。即，比如当客户设备4为电脑时、因特网2具有网络服务器(图略)，当客户设备4是网络电话时、因特网2具有拨打服务器(图略)。

接下来，LnCP服务器3按一定的注册(logging in)以及注销(loggingout)步骤、与家庭网络系统1以及客户设备4分别链接，从客户设备4接收监控以及控制命令等，把接收的命令、以具有一定形式的信息(message)形式、通过因特网2传送。LnCP服务器3从家庭网络系统1接收具有一定形式的信息后，储存信息或把它传向客户设备4。LnCP服务器3把自行储存或生成的信息传向家庭网络系统1。即，家庭网络系统1与LnCP服务器3链接，可以下载LnCP服务器3所提供的内容。

该家庭网络系统1包括担当与因特网2之间链接功能的网关10，执行电器设备40～49的环境设定以及管理功能的网络管理器20～23，用于传送媒介之间的链接的LnCP路由器30、31，让网络管理器22和电器设备46与传送媒介链接的LnCP适配器35、36，多个电器设备40～49。

家庭网络系统1内的网络，通过各电器设备40～49共有的传送媒介，相互连接、构建。作为传送媒介，可以采用RS-485或小功率RF等数据连接层非标准化的传送媒介(non-standardized transmission medium)，或者利用电线或IEEE 802.11等标准化传送媒介(standardi zedtransmission medium)。

该家庭网络系统1内的网络是由独立于因特网2的单独网络构成，即，构成由有线或无线传送媒介连接的独立形网络。这里，独立形网络包括虽然物理上存在着连接，但逻辑上是独立的网络。

家庭网络系统1包括对其他电器设备40～49的动作进行控制或对其状态进行监控的主控设备，以及对主控设备的请求进行应答、并通知自身状态变化情报的从属设备。主控设备包括网络管理器20～23。从属设备包括各电器设备40～49。只是，网络管理器20～23包括将要控制的电器设备40～49的相关情报以及控制码(code)，按程序化的方式进行工作，或者通过LnCP服务器3以及/或客户设备4接收输入的命令、进行控制。另外，如图所示，在连接有多个网络管理器20～23的情况下，该网络管理器20～23为了与其他网络管理器20～23进行情报交换、情报同步化、以及进行控制，需要具有作为主控设备工作或作为从属设备工作的功能；即，虽然物理上是一个设备，但逻辑上是同时执行主控设备和从属设备功能的装置(即，混合设备)。

这些网络管理器20～23以及电器设备40～49可以直接连接在网络(图示的电线网络，RS-485网络，RF网络)；可以通过LnCP路由器30、31以及/或LnCP适配器35、36连接。

电器设备40～49以及/或LnCP路由器30、31以及/或LnCP适配器35、36被登录在网络管理器20～23，根据产品被赋予唯一的逻辑地址(比如，0x00，0x01等)，该逻辑地址与产品码(比如，空调的情况下‘0x02’，洗衣机的情况下‘0x01’)组合，作为网点地址(Node Address)使用。比如，在0x0200(空调1)，0x0201(空调2)等网点地址的作用下，电器设备40～49以及/或LnCP路由器30、31以及/或LnCP适配器35、36被识别。另外，为了根据一定的基准(同一产品全体，产品的设置场所，使用者等)、一次地识别一个以上电器设备40～49以及/或LnCP路由器30、31以及/或LnCP适配器35、36，可以使用群地址。该群地址中，明示性群地址，如果其地址选项值(flag)被设定为“1”，则是指定数个设备的群(cluster)；默认性群地址，把逻辑地址以及/或产品码的所有位(bit)值填充为“1”，可以指定数个设备。特别是，明示性群地址叫作群码。

图2为本发明的生活网络控制协议堆栈的组成图。家庭网络系统1可以通过图2的生活网络控制协议(LnCP)，进行网络管理器20～23、LnCP路由器30、31、LnCP适配器35、36、电器设备40～49之间的通信。从而，网络管理器20～23、LnCP路由器30、31、LnCP适配器35、36、电器设备40～49，根据这种LnCP进行网络通信。

如图2所示，LnCP包括执行网络管理器20～23、LnCP路由器30、31、LnCP适配器35、36、电器设备40～49的固有功能，为了在网络上进行远程控制以及监控，提供与应用层60之间的界面功能的应用软件50；给使用者提供服务，把使用者提供的情报或命令转变成信息，向下位层传达的应用层60；在网络管理器20～23、LnCP路由器30、31、LnCP适配器35、36、电器设备40～49之间建立具有可信度的网络连接的网络层70；为了链接共有传送媒介，提供媒介链接控制功能的数据链接层80；提供网络管理器20～23、LnCP路由器30、31、LnCP适配器35、36、电器设备40～49之间的物理界面，以及为将传送的比特提供规则的物理层90；以及对各层中使用的网点参量进行设定，并对其进行管理的参数管理层100。

更详细的说，应用软件50还包括对网点参量和链接在网络上的网络管理器20～23、LnCP路由器30、31、LnCP适配器35、36、电器设备40～49，进行管理的网络管理附属层51。即，该网络管理附属层51执行通过参数管理层100设定或利用网点参量值的功能；以及在适用LnCP的设备是主控设备的情况下，执行构建网络或管理网络的功能。

另外，网络层70还包括当网络管理器20～23、LnCP路由器30、31、LnCP适配器35、36、电器设备40～49链接的网络，被利用电线或IEEE802.11、无线等非独立形传送媒介(比如，LnCP包括电线通信(PLC)通信协议以及/或无线通信协议时)构建时，为了在逻辑上区分各个网络，对家庭代码进行设定、管理以及处理的家庭代码控制附属层71。该家庭代码控制附属层71在各个网络通过RS-485等独立形传送媒介、被物理地划分的情况下，不包括在LnCP中。该家庭代码是由4字节(byte)构成，被设定为随机值或使用者指定的值。

图3a、图3b是图2的层间的接口的组成框图。

图3a为物理层90连接在非独立形传送媒介时，各层间的界面示意图。图3b为物理层90连接在独立形传送媒介时，各层间的界面示意图。

家庭网络系统1在从上位层接收的通信协议情报单位(Protocol DataUnit：PDU)上，追加各层要求的标题和结尾情报，传向下位层。

如图所示，APDU(Application layer PDU)是应用层60和网络层70之间传送的数据；NPDU(Network Layer PDU)是网络层70和数据链接层80或家庭代码附属层71之间传送的数据；HCNPDU(Home Code Control SublayerPDU)是网络层70(准确地说是家庭代码附属层71)和数据链接层80之间传送的数据。在数据链接层80和物理层90之间，界面由数据帧(frame)单位形成。

图4a至4f是图3a、3b的接口的详细组成框图。

图4a为应用层60的APDU构造。

AL(APDU Length)字段(field)是表示APDU长度(从AL到信息字段为止的长度)的字段，最小值为4，最大值为77。

AHL(APDU Header Length)字段是表示APDU标题(head)长度(AL到ALO为止的长度)的值，不扩展的情况下是3字节，可以扩展到7字节。LNCP通信协议中，为了信息字段的密码化、应用通信协议的变更等，可以把APDU标题扩展到7字节。

ALO(Application Layer Option)字段是用于扩展信息包的字段，例如该字段被设定为“0”后，在含有其它值时忽略信息处理。

信息字段是处理使用者的控制信息或事件信息的字段，其结构随着ALO字段所含值的变化发生变化。

图4b是网络层70的NPDU构造，图4c是NPDU中的NLC具体构造。

SLP(Start of LnCP Packet)字段是显示信息包开始点的字段，具有0x02的值。

DA(Destination Address)以及SA(Source Address)字段是将要传送的信息包收信者和送信者的网点地址，分别由16位构成。这里，最上位的1位是显示群地址的标记(flag)，之后的7位是产品种类(产品码)，下位的8位包括当存在多个同一种类的网络管理器20～23以及电器设备40～49时、为了识别它们、所分配的逻辑地址。

PL(Packet Length)字段是表示将要传送的NPDU全长的字段，最小值位12字节，最大值位100字节。

SP(Service Priority)字段是为将要传送的信息赋予优先顺序的字段，由3位构成。各传送信息的优先顺序请参考表2。

从属设备在主控设备的请求下，对其应答时，依照从主控设备接收的请求信息优先顺序。

【表2】

优先顺序	值	适用(Application Layer)
			高(hi gh)	0	—传送紧急信息时
中间(middle)	1	—传送普通信息时—传送与在线(Online State)或断线(Offline  State)变化相关的项目信息时
			标准(normal)	2	—传送用于构建网络的通知信息时—传送普通项目信息时
低(low)	3	—根据下载或上载步骤，传送数据时

NHL(NPDU Header Length)字段是用于扩展NPDU标题(SLP的NLC字段)的字段，不扩展的情况下是9字节，最大可扩展到16字节。

PV(Protocol Version)字段是表示所采用通信协议版本的1字节字段，其上位的4位是版本(version)字段，下位的4位是副版本(sub-version)字段。版本和副版本分别以16进制数表示版本。

NPT(Network layer Packet Type)字段是区分在网络层上的信息包种类的4位字段；LnCP包括请求信息包(Request Packet)、应答信息包(Response Packet)、通知信息包(Notification Packet)；主控设备的NPL字段应设定位请求信息包或通知信息包，从属设备的NPL字段应设定为应答信息包或通知信息包。与信息包种类相关的NPT值请参考表3。

【表3】

值	说明
		0	请求信息包
1～3	不使用
		4	应答信息包

5～7	不使用
		8	通知信息包
9～12	不使用
		13～15	是与家庭代码控制附属层之间的界面用信息包，是预约值

TC(Transmission Counter)字段是在网络层上出现通信错误(error)、没能成功地传送请求信息包或应答信息包的情况下，再次传送请求信息包或提高通知信息包的传送成功率，反复传送时，使用的2位字段。收信者可以利用TC字段的值，检查出重复信息。与NPT值相关的TC字段值的范围，请参考表4。

【表4】

信息包种类	值(范围)
		请求信息包	1～3
应答信息包	1
		通知信息包	1～3

PN(Packet Number)字段由2位构成；从属设备中，为了检查重复信息包，与TC一起被使用；主控设备中，为了处理数个通信循环被使用。对于与NPT值相关的PN字段，请参照表5。

【表5】

信息包种类	值(范围)
		请求信息包	0～3
应答信息包	复制请求信息包的PN字段值
		通知信息包	0～3

APDU字段是在应用层60和网络层70之间传送的应用层通信协议数据单位。APDU的最小值为0字节，最大值为88字节。

CRC(Cyclic Redundancy Check)字段是用于检测收信的信息包(从SLP到APDU字段)错误的16位字段。

ELP(End of LnCP Packet)字段是表示信息包末端的字段，具有0x03的值。如果接收到与信息包长度字段所含长度对应的数据时没有检测出ELP字段，则认定为出错误(error)。

图4d为家庭代码控制附属层71的HCNPDU构造。

如图所示，在NPDU的上位部分，追加包括HC(home code)字段。

该家庭代码值由4字节构成。该家庭代码在信息包可传播的线路距离内，具有唯一值。

图4e是数据连接层80中的帧结构。

LNCP的数据链接层帧的标题部分以及结尾部分，其构成按传送媒介有所不同。数据链接层80使用非标准化传送媒介时，帧的标题部分以及结尾部分应具有空字段(Null Field)。如果使用的传送媒介为标准化媒介，则依照通信协议的有关规定。NPDU字段是上位网络层70传达的数据单位；HCNPDU字段是在物理层90为电线或IEEE 802.11等非独立传送媒介的情况下，在NPDU前面追加4字节家庭代码的数据单位。数据链接层80对NPDU和HCNPDU不进行区分处理。

图4f为物理层90的帧结构。

LNCP的物理层90执行与传送媒介收发信号的功能。作为LNCP通信协议的物理层90，可以使用RS-485或小功率RF等数据链接层80非标准化的传送媒介，以及电线或IEEE 802.11等标准化传送媒介。LNCP网络适用的家庭网络系统1中，为了让网络管理器20～23、电器设备40～49与RS-485或LnCP路由器30、31、LnCP适配器35、36连接，利用UART(UniversalAsynchronous Receiver and Transmitter)帧结构和RS-232的信号等级。UART在设备之间通过串行主干线(serial bus)连接的情况下，控制通信线路上的信号流通。LNCP中，把来自上位层的信息包，如图4f所示，按10位大小的UART帧单位进行变换，通过传送媒介传送。UART帧由1位的开始位(Start Bit)、8位的数据、以及1位的停止位(Stop Bit)构成。UART帧从开始位被传送，最后被传送的是停止位。适用LNCP的家庭网络系统1中，使用UART时，不使用追加的帧标题和帧结尾。

各界面——APDU、NPDU/HCNPDU、帧等，可以被储存在家庭网络系统内的网络管理器20～23或电器设备40～49具有的一定存储装置或存储媒介中，也可以被储存在携带式存储媒介中。

采用LNCP的家庭网络系统1，按图5a到图7所示的通信循环，交换数据(或信息或信息包)。

图5a、5b为本发明的通信循环第1实施例。

如图5a所示，在1请求1应答通信循环中，一个主控设备向一个从属设备只传送1个信息包(或数据或信息)；从属设备接收1个信息包后，作为其应答，向主控设备发送1个信息包。随之，主控设备结构应答信息包，结束通信。

在1请求1应答通信循环中，主控设备如果在一定收信时间内没有接收到来自从属设备的应答信息包，则停止通信。

如图5b所示，如果接收的应答信息包出现错误，则主控设备向从属设备发送有关再请求的1个信息包。

图6为本发明的通信循环第2实施例。

如图6所示，在1请求多应答通信循环中，一个主控设备向多个从属设备发送一个请求信息包；各从属设备接收请求信息包后，作为其应答，分别发送一个应答信息包。随之，主控设备接收应答信息包，并一直等待应答，直到经过一定的最大收信时间。当到达一定的最大收信时间时，主控设备停止通信。

在1请求多应答通信循环中，请求信息包包括群地址，让多个从属设备收信。

图5a到图6的主控设备以及/或从属设备可以是混合设备(Hybriddevice)。即，可以让混合设备的主控装置生成一定的请求信息包，传向从属设备或其他混合设备的从属装置。

图7为本发明的通信循环第3实施例。

如图7所示，在1通知通信循环中，一个主控设备向一个或多个从属设备发送一个通知信息包后，结束通信。

作为另一实施例，在反复通知通信循环中，一个主控设备向一个或多个从属设备按一定次数反复传送同一个通知信息包后，结束通信。该反复通知通信循环与1通知通信循环相比，其传送成功率更高。

在1通知通信循环或反复通知通信循环中，接收通知信息包的从属设备不向发送通知信息包的主控设备传送应答信息包。

这里，图7的主控设备以及/或从属设备可以是混合设备。即，可以让混合设备的主控装置生成一定的通知信息包，传向从属设备或其他混合设备的从属装置。

在1通知通信循环以及/或反复通知通信循环中，通知信息包包括群地址，让一个或多个从属设备收信。

从属设备在给出的时间点上与一个主控设备进行一个通信循环。即，在一个从属设备执行一个通信循环的过程中，与该从属设备进行通信的主控设备不进行生成并发送追加性信息包的作业，从属设备不接收与其他主控设备执行的通信循环相关的信息包。相反，主控设备在给出的时间点上可以与数个从属设备进行数个通信循环，只是在与一定的从属设备执行一定的通信循环时(即，在一定的通信循环结束之前)，不与同一从属设备执行追加性的通信循环。从而，主控设备防止向从属设备传送过量的信息包或数据，调节网络通信量。另外，从属设备在执行一个通信循环时不接收其他信息包或数据，可以执行与当前信息包或数据处理有关的所有性能。

图5a到图7的各从属设备与一个主控设备执行一个通信循环；相反，一个主控设备与一个或多个从属设备分别执行一个或多个通信循环。比如，主控设备可以与两个从属设备分别进行1请求1应答通信循环；也可以与一个从属设备进行1请求1应答通信循环，与其他多个从属设备进行1请求多应答通信循环、或1通知通信循环、或反复通知通信循环。这里，各从属设备只与一个主控设备进行一个通信循环。

Claims (8)

1.一种家庭网络系统，包括由一个以上的主控设备和一个以上从属设备，以及连接主控设备和从属设备、并采用所定通信协议的网络构成；其特征在于：主控设备在所定的时间点上，与数个从属设备进行一个或多个通信循环；从属设备在时间点上与主控设备进行一个通信循环。

2.根据权利要求1所述的家庭网络系统，其特征在于：通信循环至少包括主控设备向从属设备只发送一个请求信息包后，作为对其的应答，从从属设备接收到一个应答信息包时，结束通信的1请求1应答通信循环；主控设备向多个从属设备传送一个请求信息包后，作为对其的应答，从各从属设备分别接收一个应答信息包，并继续等待应答、直到经过一定的最大收信时间，并在经过最大收信时间时，结束通信的1请求多应答通信循环；主控设备向一个或多个从属设备传送一个通知信息包后，结束通信的1通知通信循环；控设备以所定次数向一个或多个从属设备反复传送一个通知信息包后，结束通信的反复通知通信循环中的某一个。

3.根据权利要求2所述的家庭网络系统，其特征在于：在1请求1应答通信循环中，主控设备在一定收信时间内没能收到来自从属设备的应答信息包时，结束通信。

4.根据权利要求2所述的家庭网络系统，其特征在于：在1请求多应答通信循环中，请求信息包包括群地址。

5.根据权利要求2所述的家庭网络系统，其特征在于：在1通知通信循环以及/或反复通知通信循环中，通知信息包包括群地址。

6.根据权利要求2所述的家庭网络系统，其特征在于：在1通知通信循环以及/或反复通知通信循环中，接收通知信息包的从属设备或主控设备，向传送通知信息包的主控设备或从属设备不传送应答信息包。

7.根据权利要求1或6所述的家庭网络系统，其特征在于：主控设备以及/或从属设备是混合设备。

8.根据权利要求1所述的家庭网络系统，其特征在于：通信协议是生活网络控制通信协议。

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