CN1957559A - 家庭网络系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用LnCP的家庭网络系统。该家庭网络系统包括一个或多个主设备、一个或多个从设备以及用于根据预定协议把所述主设备连接至所述从设备的网络。在该家庭网络系统中，在预定的时间点所述主设备同时执行与所述多个从设备的一个或多个通信周期，并且在该时间点每个从设备执行与该主设备的一个通信周期。

Description

家庭网络系统

技术领域

本发明涉及家庭网络系统，并且特别涉及使用生活网络控制协议的家庭网络系统。

背景技术

家庭网络连接各种数字家用电器以使得用户可以在住宅内外一直享受方便、安全与经济的生活服务。由于数字信号处理技术的发展，被称作白色家电的电冰箱或洗衣机已经逐步数字化，家用电器操作系统技术和高速多媒体通信技术已经结合在数字家用电器上，并且已经开发了新的信息家电以改进家庭网络。

如表1所示，根据服务类型，家庭网络被分为数据网络、娱乐网络和生活网络。

表1

类别	功能	服务类型
			数据网络	PC与外部设备之间的网络	数据交换，因特网服务等
娱乐网络	A/V设备之间的网络	音乐、动画服务等
			生活网络	用于控制家用电器的网络	家用电器控制、家居自动化，远程查看仪表读数，消息服务等

这里，建立数据网络以便在PC和外部设备之间交换数据或提供因特网服务，并且在使用音频和视频信息的家用电器之间建立娱乐网络。另外，建立生活网络来简化家用电器的控制，如家居自动化或远程查看仪表读数。

传统的家庭网络系统包括：主设备，它是一种电子设备，用于控制其他电子设备的操作或监视它们的状态；以及从属设备，它是电子设备，具有响应所述主设备的请求的功能以及根据该电子设备的特征或其他因素来通知状态变化的功能。示例性的电子设备包括用于生活网络服务的家用电器如洗衣机和电冰箱，用于数据网络服务和娱乐网络服务的家用电器，以及诸如气阀控制设备、自动门设备和电子灯等产品。

但是，传统的技术没有提出用来在家庭网络系统中提供控制和监视电子设备功能的通用通信标准。

发明内容

为了解决上述问题提出本发明。本发明的一个目的是提供一种使用控制协议的家庭网络系统，该控制协议是用于在家庭网络系统中提供控制和监视电子设备功能的通用通信标准。

本发明的另一个目的是提供一种使用生活网络控制协议(LnCP)作为通用通信标准的家庭网络系统。

本发明的又另一个目的是提供一种考虑网络通信业务流量和各设备的性能来执行通信周期的家庭网络系统。

本发明的又另一个目的是提供一种考虑网络通信业务流量改进数据传输可靠性的家庭网络系统。

为了实现本发明的上述目的，提供一种家庭网络系统，包括：一个或多个主设备；一个或多个从设备；以及用于根据预定协议把所述主设备连接至所述从设备的网络，其中在预定的时间点，所述主设备同时执行与所述多个从设备的一个或多个通信周期，并且在该时间点每个从设备执行与该主设备的一个通信周期。

优选地，所述通信周期包括下述至少一个：一请求一响应通信周期，其中所述主设备向所述从设备传送一个请求分组，从该从设备接收作为响应的一个响应分组，并结束通信；一请求多响应通信周期，其中所述主设备向所述多个从设备传送一个请求分组，从每个从设备接收一个响应分组，等待这些响应，并且在最大接收时间结束通信；一通知通信周期，其中所述主设备向一个或多个从设备传送一个通知分组，并结束通信；以及重复通知通信周期，其中所述主设备按预定数目向一个或多个从设备重复传送一个通知分组，并结束通信。

优选地，在所述一请求一响应通信周期中，当在预定的接收时间之内所述主设备没有从所述从设备接收到所述响应分组，所述主设备结束通信。

优选地，在所述一请求多响应通信周期中，所述请求分组包括组地址。

优选地，在所述一通知通信周期和/或所述重复通知通信周期中，所述通知分组包括组地址。

优选地，在所述一通知通信周期和/或所述重复通知通信周期中，接收该通知分组的从设备或所述主设备不向传送该通知分组的主设备或该从设备传送该响应分组。

优选地，所述主设备/或所述从设备是混合设备。

优选地，所述协议是LnCP。

附图说明

图1是描述可应用本发明的家庭网络系统的结构图；

图2是描述根据本发明的LnCP栈的结构图；

图3和图4分别是描述图2中各层之间接口的结构图；

图5至图10分别是描述图3和图4的接口的详细结构图；

图11和图12分别描述了根据本发明第一实施例的通信周期结构图；

图13描述了根据本发明第二实施例的通信周期结构图；以及

图14描述了根据本发明第三实施例的通信周期结构图。

具体实施方式

现在结合附图详细说明根据本发明的家庭网络系统。

图1是描述可应用本发明的家庭网络系统的结构图。

参见图1，家庭网络系统1通过因特网2访问LnCP服务器3，并且客户设备4通过因特网2访问LnCP服务器3。即连接家庭网络系统1，用来与LnCP服务器3和/或客户设备4通信。

根据客户设备4的种类，该家庭网络系统1的外部网络如因特网2包括另外的构成要素。例如，当客户设备4是计算机，因特网2包括Web服务器(未示出)，以及当客户设备4是因特网电话，因特网2包括Wap服务器(未示出)。

LnCP服务器3根据预定的登入(login)和登出(logout)过程分别访问家庭网络系统1和客户设备4，从客户设备4接收监视和控制命令，并通过因特网2按预定消息类型的格式把该命令传送给网络系统1。另外，LnCP服务器3从家庭网络系统1接收预定类型的消息，并存储该消息和/或把该消息传送给客户设备4。LnCP服务器3还存储或生成消息，并把该消息传送给家庭网络系统1。即，家庭网络系统1访问LnCP服务器3并下载所提供的内容。

家庭网络系统1包括：家庭网关10，用于执行对因特网2的访问功能；网络管理器20至23，用于执行设置环境和管理电子设备40至49的功能；LnCP路由器30和31，用于在传输介质之间访问；LnCP适配器35和36，用于把网络管理器22和电子设备46连接至所述传输介质；以及多个电子设备40至49。

通过共享的传输介质来连接电子设备40至49，由此形成家庭网络系统1的网络。数据链路层使用非标准的传输介质，如RS-485或小输出的RF，或者是标准的传输介质，如电源线和IEEE 802.11作为传输介质。

家庭网络系统1的网络与因特网2是分开的，组成独立的网络来通过有线或无线传输介质来连接电子设备。这里，独立的网络包括物理上连接的但逻辑上分开的网络。

家庭网络系统1包括主设备，用于控制其他电子设备40至49的操作，或监视它们的状态，并且各从属设备具有对主设备的请求进行响应和通知它们的状态变化消息的功能。所述主设备包括网络管理器20至23，并且从属设备包括电子设备40至49。网络管理器20至23包括受控的电子设备40至49的信息和控制代码，并且根据编程的方法或通过从LnCP服务器3和/或客户设备4接收输入来控制电子设备40至49。仍然参见图1，当连接多个网络管理器20至23，网络管理器20至23的每个必须既是主设备又是从属设备，即在物理上是一个设备，但在逻辑上该设备(混合设备)用于同时执行主功能和从属功能，从而可执行信息交换、数据同步和与其他网络管理器20至23的控制。

另外，网络管理器20至23和电子设备40至49可直接连接到该网络(电源线网络、RS-485网络和RF网络)或通过LnCP路由器30和31和/或LnCP适配器35和36连接到该网络。

电子设备40至49和/或LnCP路由器30和31和/或LnCP适配器35和36在网络管理器20至23中登记，并且按产品提供固有的逻辑地址(如0x00、0x01等)。逻辑地址与产品代码结合(例如空调机的0x02和洗衣机的0x01)，并用作节点地址。例如，电子设备40至49和/或LnCP路由器30和31和/或LnCP适配器35和36通过诸如0x0200(空调1)和0x0201(空调2)的节点地址来识别。根据预定的标准(所有同样的产品、产品的安装空间、用户登)，可以同时使用组地址来识别电子设备40至49和/或LnCP路由器30和31和/或LnCP适配器35和36中的至少一个。在这样的组地址中，显式组地址是用于通过设置地址选项值(下述的标志)为1来指定多个设备的聚簇(cluster)，并且隐式组地址通过用1来填充逻辑地址和/或产品代码的所有位的值来指定多个设备。特别，隐式组地址被称作聚簇代码。

图2是描述根据本发明的生活网络控制协议栈的结构图。家庭网络系统1使得网络管理器20至23、LnCP路由器30和31、LnCP适配器35和36以及电子设备40至49可根据图2的生活网络控制协议(LnCP)来相互通信。因此，网络管理器20至23、LnCP路由器30和31、LnCP适配器35和36以及电子设备40至49根据LnCP执行网络通信。

如图2所示，该LnCP包括：应用软件50，用于执行网络管理器20至23、LnCP路由器30和31、LnCP适配器35和36以及电子设备40至49的固有功能，并且提供与应用层60的接口功能，用于该网络上的远程控制和监视；应用层60，用于对用户提供服务，并且还提供按消息的形式形成来自用户的信息或命令以及把该消息传送给更低层的功能；网络层70，用于对网络管理器20至23、LnCP路由器30和31、LnCP适配器35和36以及电子设备40至49进行可靠的网络连接；数据链路层80，用于提供访问共享的传输介质的介质访问控制功能；物理层90，用于提供网络管理器20至23、LnCP路由器30和31、LnCP适配器35和36以及电子设备40至49之间的物理接口和用于传送位的规则；以及参数管理层100，用于设置和管理在每个层中使用的节点参数。

更详细地，应用软件层50还进一步包括网络管理子层51，用于管理所述节点参数和访问该网络的网络管理器20至23、LnCP路由器30和31、LnCP适配器35和36以及电子设备40至49。即网络管理子层51通过参数管理层100执行设置或使用所述节点参数值的参数管理功能，以及当使用该LnCP的设备是主设备时执行组成或管理该网络的网络管理功能。

当网络管理器20至23、LnCP路由器30和31、LnCP适配器35和36以及电子设备40至49所访问的网络是非独立的传输介质，如电源线、IEEE 802.11和无线(如，当LnCP包括PLC协议和/或无线协议)，网络层70进一步包括家庭代码控制子层71，用于执行设置功能，管理和处理用于逻辑划分每个单独网络的家庭代码。当这些单独的网络通过独立的传输介质如RS-485来物理地划分，在LnCP中不包括家庭代码控制子层。每个家庭代码由4字节构成，并且设置成随机的值或用户的指定值。

图3和图4是分别描述图2中各层之间接口的结构图。

图3描述了当物理层90连接至非独立传输介质时的各层之间的接口，并且图4描述了当物理层90连接至独立传输介质时各层之间的接口。

家庭网络系统1从较高的层向协议数据单元(PDU)添加每个层所要求的头部和尾部，并且将其传送给较低的层。

如图3a和图3b所示，应用层PDU(APDU)是在应用层60和网络层70之间传送的数据，网络层PDU(NPDU)是在网络层70和数据链路层80或家庭代码控制子层71之间传送的数据，以及家庭代码控制子层PDU(HCNPDU)是在网络层70(确切地说是家庭代码控制子层71)和数据链路层80之间传输的数据。在数据链路层80和物理层90之间按数据帧单位形成接口。

图5至图10分别是描述图3和图4的接口的详细结构。

图5描述了应用层60中的APDU结构。

APDU长度(AL)字段表示该APDU的长度(从AL至消息字段的长度)，并且具有最小值4和最大值77。

APDU头部长度(AHL)字段表示APDU头部的长度(从AL至ALO的长度)，相继地具有3字节，并且可扩展至7字节。在LnCP中，APDU头部可扩展至7字节以编码消息字段并改变应用协议。

应用层选项(ALO)字段扩展消息设置。例如，当ALO字段被设置成0，如果ALO字段包含不同的值，则忽略消息处理。

消息字段处理来自用户的控制消息或事件信息，并且按ALO字段的值来改变。

图6描述了网络层70中的NPDU结构，并且图7描述了NPDU的详细NLC结构。

LnCP分组开头(SLP)字段的开头指出了分组的开始，并且具有值0x02。

目的地址(DA)字段和源地址(SA)字段分别是分组的接收者和发送者的节点地址，并具有16位。最高的1位包括指出组地址的标志，相继的7位包括产品的种类(产品代码)，并且低8位包括用于区别多个同样种类的网络管理器20至23和多个同样种类的电子设备40至49的逻辑地址。分组长度(PL)字段表示待传送的NPDU的总体长度，并且其初始长度是15字节以及其最大长度是120字节。

服务优先级(SP)字段给出对传输消息的传输优先级，并具有3位。表2给出了每个传输消息的优先级。

表2

优先级	值	消息类型
			高	0	与安全有关的消息
中	1	当传送通常的分组当传送用于在线或离线状态改变的事件消息
			通常	2	当传送用于组成网络的通知消息当传送通常的事件消息
低	3	当通过下载或上载机制来传送数据

NPDU头部长度(NHL)字段扩展NPDU头部(SLP的NLC字段)，相继具有9字节，并且可扩展至最大17字节。

协议版本(PV)字段指出所使用的协议版本并且其长度是1字节。较高4字节给出版本，并且较低4字节给出子版本。版本和子版本使用HEX来分别表示它们的值。

网络层分组类型(NPT)字段是4位的字段，用于区分网络层70中的分组种类。LnCP包括请求分组、响应分组和通知分组。主设备的NPT字段必须被设置成请求分组或通知分组，并且从属设备的NPT字段必须被设置成请求分组或通知分组。表3给出按分组种类的NPT值。

表3

解释	值
		请求分组	0
保留	1～3
		响应分组	4
保留	5～7
		通知分组	8
保留	9～12
		用于与家庭代码控制子层接口的保留值	13～15

传输计数器(TC)字段是2位的字段，用于重新传送请求分组，或者当在网络层70发生通信错误，不能正确传送请求分组或响应分组时，为了提高通知分组的传输成功率，重复传送该通知分组。表4给出按NPT值的TC字段值的范围。

分组号(PN)字段由2字节组成，与TC一起使用来检测在从属设备中的重复分组，并且用于处理在主设备中的多通信循环。表5给出了按NPT值的PN字段值的范围。

表4

分组种类	值(范围)
		请求分组	1～3
响应分组	1
		通知分组	1～3

表5

分组种类	值(范围)
		请求分组	0～3
响应分组	复制请求分组的PN字段值
		通知分组	0～3

APDU字段是在应用层60和网络层70之间传送的应用层60的协议数据单元。APDU字段具有最小值0字节和最大值88字节。

循环冗余校验(CRC)字段是16位字段，用于检查所接收分组(从SLP至APDU)的误差。

LnCP分组结尾(ELP)字段是分组的结束，具有值0x03。如果没有检测到ELP字段，尽管所接收数据的字节长度与分组长度字段值相同，也认为该分组是错误的分组。

图8描述了家庭代码扩展子层71中的HCNPDU结构。

如图8所示，家庭代码(HC)字段被添加到NPDU的较高部分。

家庭代码由4字节构成，在可以传送分组的线路距离范围内具有唯一的值。

图9描述了数据链路层80中的帧结构。

LnCP的数据链路层帧的头部和尾部结构根据传输介质而变化。当数据链路层80使用非标准的传输介质，帧的头部和尾部必须具有空字段，并且当数据链路层80使用标准传输介质时，帧的头部和尾部按照协议规定来形成。当物理层90是非独立的产生介质如电源线或IEEE802.11，NPDU字段是从较高的网络层70传送的数据单元，并且HCNPDU是通过添加4字节的家庭代码至NPDU的前部而得到的数据单元。数据链路层80按照同样的方式来处理NPDU和HCNPDU。

图10描述了物理层90中的帧结构。

LnCP的物理层90处理对传输介质的物理信号的传送和接收的功能。数据链路层80可使用非标准的传输介质如RS-485或小输出RF，或者标准的传输介质如电源线或IEEE 802.11，来作为LnCP的物理层90。使用LnCP的家庭网络系统1采用统一的异步接收器与发送器(UART)帧结构和RS-232的信号水平，因此网络管理器20至23和电子设备40至49可以与RS-485、LnCP路由器30和31或LnCP适配器35和36有接口。当通过使用串行总线在各设备之间连接UART，该UART控制通信线路上的比特信号流。在LnCP中，来自较高层的分组被转换成如图10所示的10位的UART帧单位，并且通过传输介质来传输。该UART帧包括1位的开始位、8位数据和1位的停止位，并且不使用奇偶位。UART帧是按照从开始位到停止位的次序来传送的。当使用LnCP的家庭网络系统1采用UART，它没有另外的帧头部和帧尾部。

图11和图12是示出根据本发明第一实施例的通信周期的结构图。

如图1所示，在一请求一响应(one-request one-response)的通信周期中，一个主设备向一个从设备传送一个分组(或数据或消息)，并且，从设备接收该分组并向该主设备传送一个分组作为响应。该主设备接收该响应分组并结束通信。

在这种一请求一响应通信周期中，当主设备在预定的接收时间内没有接收到来自该从设备的响应，该主设备结束通信。

如图12所示，当在接收响应分组时发生错误，主设备传送一个分组用于向从设备重新请求。

图13是示出根据本发明第二实施例的通信周期的结构图。

参见图13，在一请求多响应(one-request multiple-responses)通信周期中，一个主设备向多个从设备传送一个请求分组，并且，每个从设备接收该请求分组并向该主设备传送一个响应分组作为响应。主设备接收这些响应分组，等待这些响应，并在最大接收时间结束通信。

在这种一请求多响应通信周期中，请求分组包括上述的组地址，因此多个从设备可接收该组地址。

在图11至图13中，主设备和/或从设备可以是上述的混合设备。即该混合设备的主装置生成预定的请求分组，并且把所产生的请求分组传送至从设备或另外混合设备的从装置。

图14是示出根据本发明第三实施例的通信周期的结构图。

如图14所示，在一通知(one-notification)通信周期中，一个主设备向一个或多个从设备传送一个通知，并结束通信。

作为另外的例子，在重复通知(repeated notification)通信周期中，一个主设备按预定的数目向一个或多个从设备重复传送一个通知分组，并结束通信。这种重复通知通信周期较之一通知通信周期更加改进了传输可靠性。

在一通知通信周期和/或重复通知通信周期中，接收通知分组的从设备不向传送该通知分组的主设备传送响应分组。

这里，图14中的主设备和/或从设备可以是混合设备。即混合设备的主装置生成通知分组，并且把生成的分组传送给从设备或另外混合设备的从装置。

在一通知通信周期和/或重复通知通信周期中，通知分组包括上述的组地址，因此多个从设备可接收该组地址。

如上所述，在给定的时间点，从设备执行与一个主设备的一个通信周期。即，当一个从设备执行一个通信周期，与该从设备通信的主设备不产生和传送另外的分组，并且该从设备不根据由另外主设备执行的另外通信周期来接收分组。反过来，在给定的时间点，主设备可以执行与多个从设备的多个通信周期。但是，当主设备执行与从设备的预定通信周期时(即在结束该通信周期之前)，该主设备不通过另外的通信周期与该从设备通信。因此，主设备通过防止过多地把分组或数据传送到从设备来控制网络业务流量。另外，当从设备执行一个通信周期时，该从设备不接收另外的分组或数据，因此可有效处理当前的分组或数据。

如前面所讨论的，图11至14中的每个从设备执行与一个主设备的通信周期，并且该主设备执行与一个或多个从设备的一个或多个通信周期。例如，主设备可通过一请求一响应通信周期与两个从设备通信，通过一请求一响应通信周期与一个从设备通信，通过一请求多响应通信周期、一通知通信周期或重复通知通信周期与多个从设备通信。这里，每个从设备只通过一个通信周期与一个主设备通信。

本发明提供使用作为通用通信标准的控制协议的家庭网络系统，用于提供控制和监视电子设备的功能。

而且，本发明的家庭网络系统使用生活网络控制协议(LnCP)作为通用通信标准。

本发明提供通过预定义通信周期来优化网络业务流量和每个设备性能的家庭网络系统。

本发明的家庭网络系统通过考虑网络业务流量来改进数据传输可靠性。

尽管说明了本发明的优选实施例，应该理解，本发明并不限于这些优选的实施例，在权利要求书所述的本发明的精神和范围之内，本领域的技术人员可以做各种改变和改型。

Claims (8)

1.一种家庭网络系统，包括：

一个或多个主设备；

一个或多个从设备；以及

用于根据预定协议把所述主设备连接至所述从设备的网络，

其中，在预定的时间点，所述主设备同时执行与所述多个从设备的一个或多个通信周期，并且在该时间点每个从设备执行与该主设备的一个通信周期。

2.如权利要求1所述的家庭网络系统，其中所述通信周期包括下述至少一个：一请求一响应通信周期，其中所述主设备向所述从设备传送一个请求分组，从该从设备接收作为响应的一个响应分组，并结束通信；一请求多响应通信周期，其中所述主设备向所述多个从设备传送一个请求分组，从每个从设备接收一个响应分组，等待这些响应，并且在最大接收时间结束通信；一通知通信周期，其中所述主设备向一个或多个从设备传送一个通知分组，并结束通信；以及重复通知通信周期，其中所述主设备按预定数目向一个或多个从设备重复传送一个通知分组，并结束通信。

3.如权利要求2所述的家庭网络系统，其中在所述一请求一响应通信周期中，当在预定的接收时间之内所述主设备没有从所述从设备接收到所述响应分组，所述主设备结束通信。

4.如权利要求2所述的家庭网络系统，其中在所述一请求多响应通信周期中，所述请求分组包括组地址。

5.如权利要求2所述的家庭网络系统，其中在所述一通知通信周期和/或所述重复通知通信周期中，所述通知分组包括组地址。

6.如权利要求2所述的家庭网络系统，其中在所述一通知通信周期和/或所述重复通知通信周期中，接收该通知分组的从设备或所述主设备不向传送该通知分组的主设备或该从设备传送该响应分组。

7.如权利要求1至6中任何一项所述的家庭网络系统，其中所述主设备/或所述从设备是混合设备。

8.如权利要求1所述的家庭网络系统，其中所述协议是LnCP。

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