CN204347559U - 一种智能家居的运营支撑系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种智能家居的运营支撑系统。所述系统包括：多个采用不同接口标准和协议的智能家居设备；机顶盒，所述机顶盒包括用于构建无线传感网络的通信芯片；对连入所述无线传感网络的各个采用不同接口标准和协议的智能家居设备进行识别和配置的资源管理服务器；通过连接所述资源管理服务器对所述智能家居设备进行管理的移动终端；所述智能家居设备通过无线传感网络与所述机顶盒连接；所述资源管理服务器通过广电网络与所述机顶盒连接；所述移动终端通过互联网与所述资源管理服务器连接；不同智能家居设备之间通过所述无线传感网络连接。本实用新型可以实现对采用不同接口标准和协议的智能家居设备进行管理。

Description

一种智能家居的运营支撑系统

技术领域

本实用新型涉及网络技术领域，特别是涉及一种智能家居的运营支撑系统。

背景技术

智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。

随着无线传感器网络的兴起，智能家居已经进入无线传输时代。无线传感器网络(WSN，Wireless Sensor Network)是由分布在有效区域内具有通讯功能的大量传感器节点组成，通过无线方式自组织形成网络系统，节点采集信息并通过无线网络逐级传送到监控中。

目前主流的智能家居技术主要是家庭网关，家庭网关是作为所有外部接入网连接到家庭内部，同时将家庭内部网络连接到外部的一种物理接口。

随着家庭网络技术的快速发展，家庭网络的标准之间的竞争导致了家庭网关和家电厂商难以选择一种协议作为自己产品的标准。而市场上又缺乏这种统一的协议标准，导致下游各个设备厂商按照不同的接口标准与协议生产设备。使不同设备之间的互连、互通变得非常困难。反过来作为厂商，由于设备不配套导致的具体安装问题也让生产商们头痛不已。因此，国内家庭网关由于处于起步阶段，缺乏多样性，兼容性较弱。网络协议与设备的标准迫切需要实现统一的管理。

实用新型内容

本实用新型提供了一种智能家居的运营支撑系统，以实现对采用不同接 口标准和协议的智能家居设备进行管理。

本实用新型提供了一种智能家居的运营支撑系统，包括：

多个采用不同接口标准和协议的智能家居设备；

机顶盒，所述机顶盒包括用于构建无线传感网络的通信芯片；

对连入所述无线传感网络的各个采用不同接口标准和协议的智能家居设备进行识别和配置的资源管理服务器；

通过连接所述资源管理服务器对所述智能家居设备进行管理的移动终端；

所述智能家居设备通过无线传感网络与所述机顶盒连接；

所述资源管理服务器通过广电网络与所述机顶盒连接；

所述移动终端通过互联网与所述资源管理服务器连接；

不同智能家居设备之间通过所述无线传感网络连接。

优选地，所述通信芯片为增强型8051内核的SOC芯片CC2530。

优选地，所述无线传感网络为基于ZigBee无线通信协议的无线传感网络。

优选地，所述智能家居设备包括信息设备、通信设备、娱乐设备、家用电器、自动化设备、照明设备、安全装置及仪表设备、家庭求助报警设备之中的多种。

优选地，所述移动终端为手机。

与背景技术相比，本实用新型包括以下优点：

依据本实用新型，通过机顶盒中的通信芯片构建无线传感网络，通过无线传感网络将各种智能家居设备连接在一起，并且设置资源管理服务器，把机顶盒对家居设备的管理，转移到资源管理服务器，大大降低家庭网关的复杂程度，降低了机顶盒的兼容性复杂程度，由资源管理服务器管理各种智能家居设备注册无线传感网络，并由资源管理服务器对智能家居设备进行配置，通过计算机信息技术得以实现。因此，本实用新型的智能家居的运营支撑系统利用先进的计算机、资源管理系统和网络通讯技术，将家中的各种设备通过网络连接到一起，更方便地管理家庭设备。

本实用新型的智能家居的运营支撑系统中还设置移动终端，移动终端可通过互联网连接资源管理服务器，可开通各种增值服务，如对其设备进行场景编排，实现自动控制等，使多个设备形成联动来控制家居设备，从而给用户带来最大程度的高效、便利、舒适与安全。

并且，针对现有的家庭网关中带宽传速和安全性问题，本实用新型的外部网络完全由资源管理服务器完成，其一，数据传输可以经过优化和压缩，大大降低与家庭无线传感网络之间的数据传输量；其二，资源管理服务器的安全保证已经很成熟，可以根据不同的客户需求给予等级的标准服务。

附图说明

图1是本实用新型所述一种智能家居的运营支撑系统实施例的系统架构图；

图2是本实用新型所述一种智能家居的运营支撑系统的一个示例的系统架构图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

为了规范智能家居专业术语的使用，帮助用户更好地理解智能家居系统与功能，推进智能家居的普及应用，2012年4月5日，中国室内装饰协会智能化装饰专业委员会组织行业专家、主流厂商技术人员、教学科研机构代表、行业媒体代表共同编写完成了《智能家居系统产品分类》指导手册，并正式对外公布。

智能家居系统产品共分为二十类：

1、控制主机(集中控制器)：Smarthome Control Center

2、智能照明系统：Intelligent Lighting System(ILS)

3、电器控制系统：Electrical Apparatus Control System(EACS)

4、家庭背景音乐：Whole Home Audio(WHA)

5、家庭影院系统：Speakers,A/V&Home Theater

6、对讲系统：Video Door Phone(VDP)

7、视频监控：Cameras and Surveillance

8、防盗报警：Home Alarm System

9、电锁门禁：Door Locks&Access Control

10、智能遮阳(电动窗帘)：Intelligent Sunshading System/Electric Curtain

11、暖通空调系统：Thermostats&HVAC Controls

12、太阳能与节能设备：Solar&Energy Savers

13、自动抄表：Automatic Meter Reading System(AMR)

14、智能家居软件：Smarthome Software

15、家居布线系统：Cable&Structured Wiring

16、家庭网络：Home Networking

17、厨卫电视系统：Kitchen TV&Bathroom Built-In TV System 

18、运动与健康监测：Exercise and Health Monitoring

19、花草自动浇灌：Automatic Watering Circuit

20、宠物照看与动物管制：Pet Care&Pest Control

针对这些应用，智能家居布线产品是智能家居中最基本的产品，许多其他智能家居系统都需基于智能家居布线系统来完成传输和配线管理，包括宽频接入系统、家庭通讯系统、家庭局域网、家庭安防系统、家庭娱乐系统等。所以从功用来说它是智能家居系统的基础，是其传输的通道。目前，国内外大的综合布线厂家都针对智能家居市场推出了解决方案和产品。

随着无线传感器网络的兴起，智能家居已经进入无线传输时代。无线传感器网络(WSN，Wireless Sensor Network)是由分布在有效区域内具有通讯功能的大量传感器节点组成，通过无线方式自组织形成网络系统，节点采集信息并通过无线网络逐级传送到监控中。

就目前主流的智能家居技术，家庭网关与家庭智能网关与本专利非常相近，但他们都是应用层面的实现，而没有运营方面的体现。

现从功能以及服务范围上，家庭网关，是作为所有外部接入网连接到家 庭内部，同时将家庭内部网络连接到外部的一种物理接口。并且使住宅用户可以获得各种家庭服务(包括现有的服务和未来可能出现的服务)的平台。

而家庭智能网关，具备智能家居控制枢纽及无线路由两大功能，负责具体的安防报警，家电控制，用电信息采集。通过无线方式与智能交互终端等产品进行数据交互。它还具备有无线路由功能，优良的无线性能，网络安全和覆盖面积。因此，从上述两者的功能来看，家庭智能网关则更具针对性，它更加的针对“智能化”的家居。将家庭网关更加深入和细化。因此家庭智能网关是包含在家庭网关之中的。

随着家庭网络技术的快速发展，家庭网络的标准之间的竞争导致了家庭网关和家电厂商难以选择一种协议作为自己产品的标准。而市场上又缺乏这种统一的协议标准，导致下游各个设备厂商按照不同的接口标准与协议生产设备。使不同设备之间的互连、互通变得非常困难。反过来作为厂商，由于设备不配套导致的具体安装问题也让生产商们头痛不已。因此，网关、网络协议与设备的标准迫切需要进行统一管理。

国内家庭网关还处于起步阶段，除了价格之外，技术上更是缺乏多样性，兼容性较弱。

本实用新型的核心构思之一在于，设置资源管理服务器，把机顶盒对家居设备的管理，转移到资源管理服务器，通过计算机信息技术得以实现，不同接口标准和协议的家居设备的规格、配置可以通过服务中心的备案方式收集、管理。当家居设备进行接入时，通过系统可以自动识别和自动配置，这样不仅大大降低了机顶盒的兼容性复杂程度，同时，对于运营支撑、智能家居的推广，起到了决定性的改变。

另外，带宽传速也会影响系统传输。目前我国平均宽带连接速度约为每秒钟100Kb，远低于发达国家每秒钟约230Kb的平均速度，宽带不“宽”情况明显。带宽的问题也直接影响了智能家居系统在进行操作指令时出现滞后延迟的现象，家庭网关对于带宽传输也有很大的需求，智能家居控制器，承担整个系统的数据采集、协议转换、通讯转发、控制下达、存储配置功能。如果带宽不能满足需求，就会局限网关以及配套智能家居设施的功能，提供不 了很好的用户体验，同时，家庭网关完全暴露在互连网上，安全问题也是很大的问题，极大的不利于智能化家居控制以及设备的普及。

因此，本实用新型的另一核心构思在于，外部网络完全由资源管理服务器完成，其一，数据传输可以经过优化和压缩，大大降低与家庭网络之间的数据传输量；其二，安全上服务器的安全保证已经很成熟，可以根据不同的客户需求给予等级的标准服务。

参照图1，其示出了本实用新型所述一种智能家居的运营支撑系统实施例的系统架构图，所述运营支撑系统具体可以包括：

多个采用不同接口标准和协议的智能家居设备11；

机顶盒12，所述机顶盒包括用于构建无线传感网络的通信芯片；

对连入所述无线传感网络的各个采用不同接口标准和协议的智能家居设备进行识别和配置的资源管理服务器13；

通过连接所述资源管理服务器对所述智能家居设备进行管理的移动终端14；

其中，所述智能家居设备11通过无线传感网络与所述机顶盒12连接；

所述资源管理服务器通13过广电网络与所述机顶盒12连接；

所述移动终端14通过互联网与所述资源管理服务器13连接；

不同智能家居设备11之间通过所述无线传感网络连接。

机顶盒(Set Top Box，STB)是一个连接电视机与外部信号源的设备，本实用新型通过机顶盒扩展的组网功能构建无线传感网络，所述智能家居设备通过所述无线传感网络与所述机顶盒连接，不同智能家居设备之间通过所述无线传感网络连接。

本实用新型采用了资源管理服务器实现对智能家居设备的管理，所述资源管理服务器通过广电网络与所述机顶盒连接，广电网络(Ethernet Over Cable，EOC)是指以太数据通过同轴电缆传输的方式，把机顶盒对家居设备的管理，转移到资源管理服务器，大大降低家庭网关的复杂程度，大大降低了机顶盒的兼容性复杂程度，智能家居设备连接无线传感网络时，经由广 电网络(EOC)传输到资源管理中心进行注册，由资源管理服务器管理各种智能家居设备注册无线传感网络，并由资源管理服务器对智能家居设备进行配置，通过计算机信息技术得以实现。

因此，本实用新型的智能家居的运营支撑系统利用先进的计算机、资源管理系统和网络通讯技术，将家中的各种设备通过网络连接到一起，更方便地管理家庭设备。

本实用新型的智能家居的运营支撑系统中还设置移动终端，移动终端可通过互联网连接资源管理服务器，可开通各种增值服务，如对其设备进行场景编排，实现自动控制等，使多个设备形成联动来控制家居设备，从而给用户带来最大程度的高效、便利、舒适与安全。

并且，由于设置了资源管理服务器，针对现有的家庭网关中带宽传速和安全性问题，本实用新型的外部网络完全由资源管理服务器完成，其一，数据传输可以经过优化和压缩，大大降低与家庭无线传感网络之间的数据传输量；其二，资源管理服务器的安全保证已经很成熟，可以根据不同的客户需求给予等级的标准服务。

综上所述，本实用新型主要从家居设备的网络集中注册、资源统一管理和场景控制等方面的标准化服务提供实现智能化，本实用新型的优点可以包括以下四点：

1、以机顶盒扩展无线传感网络，通过广电网络连接资源管理服务器智能配置家庭网络，大大降低家庭网关的复杂程度，同时兼容性不受约束。

2、智能家居的管理和控制以运营服务方式提供，有利于推广。

3、采用服务中心的网管、资源管理服务器和客服三者结合的模式，可优化与家庭网络的数据交换量最小，提高客户体验感受。

4、统一的服务接入模式，标准的服务品质提供，从安全、便利上得到极大的提升。

进一步优选地，本实用新型中，所述通信芯片可以为增强型8051内核的SOC芯片CC2530。

进一步优选地，本实用新型中，所述无线传感网络可以为基于ZigBee 无线通信协议的无线传感网络。

进一步优选地，本实用新型中，所述智能家居设备可以包括信息设备、通信设备、娱乐设备、家用电器、自动化设备、照明设备、安全装置及仪表设备、家庭求助报警设备之中的多种。

进一步优选地，本实用新型中，所述移动终端可以为手机。

为使本领域技术人员更好的理解本实用新型，以下以ZigBee网络为例来说明本实用新型的具体方案。

Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，是一种介于IEEE802.11无线局域网与蓝牙技术之间的无线通信网络协议，是基于IEEE802.15.4无线标准研制开发的有关组网、应用和安全方面的通信技术。ZigBee为用户提供了一个低成本、低功耗、低复杂度、适中的数据传输速率、高容量以及短距离通信等特性的技术平台。依据该平台，客户通过创造性的研发工作，根据具体任务要求设计硬件系统和配备相应的软件，就可以出色地完成很多任务。

如图2示出了本实用新型所述一种智能家居的运营支撑系统的一个示例的系统架构图。

资源管理服务器通过Internet与移动终端设备连接，通过EOC与机顶盒STB连接，STB与多个家电设备连接，具体而言，STB通过自身的通讯模块与家电设备的通讯模块进行通信。

本智能家居运营支撑系统是在家庭范围内实现信息设备、通信设备、娱乐设备、家用电器、自动化设备、照明设备、安全装置及仪表设备、家庭求助报警等设备互联。

该系统主要由资源管理服务器、家庭外部网络(互联网、广电网络)、STB(机顶盒)扩展的家庭网络基站和无线传感网络四部分组成。

其中，无线传感网络汇集家庭内部的传统设备如家电设备、照明设备、仪表设备等。STB中移植ZigBee协议栈，构建无线传感网络，实现数据的采集、存储等。STB家庭网络基站在STB的基础上扩展ZigBee协调器，作 为整个家居网络的接入中心，为家庭内部连入ZigBee的设备提供互联通道。

STB同时作为家庭内部网络与资源管理服务器的信息交换枢纽。资源管理服务器实现对家庭网络数据、资源数据集中管理，以及移动终端接入实现各种服务开通和智能控制。STB可以从资源管理服务器获取网络管理和资源管理信息，控制实现家庭智能设备的管理。

资源管理服务器可以包括网络管理、资源管理、客户服务，可提供外部的终端设备远程注册、登录，实现与家庭内部的资源共享以及对家庭内部数据信息的监控。

具体而言，STB家庭网络基站和无线传感网络采用增强型8051内核的SOC芯片CC2530集成了ZigBee技术，构建了一个无线测控网络。该无线测控网络克服了目前一般无线网络的稳定性差易崩溃的缺点，支持星型、树型以及网状网的拓扑结构，除具有自组织功能外，还具有自愈功能，提高了网络的稳定性、健壮性以及工作效率。

CC2530是TI公司推出的一款兼容IEEE 802.15.4的SOC，集成了增强型8051内核，结合上TI的Z_Stack协议栈软件，可组建网络，同时加快开发周期，减小开发成本。Z_Stack协议栈采用操作系统的思想来构建，采用基于优先级的事件轮循机制，当各层初始化完成后进入低功耗模式，事件发生时，唤醒系统进入中断处理事件函数，结束后继续进入低功耗模式。操作系统抽象层(OSAL)实现了一个易用的操作系统平台，通过时间片轮转函数实现任务调度，提供多任务处理机制。系统中tasksEvents数组中存放着每个任务标志位，轮循判断各任务标志位来执行对应的任务。

ZigBee协议体系由称为层的各模块组成。每一层为其上层提供特定的服务，即由数据服务实体提供数据传输服务；管理实体提供所有的其他服务。每个服务实体通过相应的服务接入点(SAP)为其上层提供一个接口，每个服务接入点通过服务原语来完成所对应的功能。ZigBee协议体系主要由应用层(APL)、网络层(NWK)、媒介访问控制层(MAC)和物理层(PHY)组成。其中媒介访问控制层和物理层是由IEEE 802.15.4标准定义的，ZigBee联盟则定义了网络层和应用层架构。物理层定义了物理无线信道和MAC子 层之间的接口，提供物理层数据服务和物理层管理服务。媒介访问控制层负责所有的物理无线信道的访问，并产生网络信号、同步信号，支持PAN连接和分离，提供2个对等(peer to peer)MAC之间可靠的链路。

网络层主要实现节点加入或离开网络、接收或抛弃其他节点、路由查找及传送数据等功能。应用层框架包括应用支持子层(APS)、ZigBee设备对象(ZDO)和制造商所定义的应用对象。

基于ZigBee协议应用开发中，本实用新型的智能家居的运营支撑系统只需实现应用层框架即可。APS主要用于维持绑定表、在绑定设备之间传送消息，ZDO主要定义设备在网络中的角色(ZigBee协调器还是路由或者终端)，发起和响应绑定请求，在网络设备之间建立安全机制等。

IEEE 802.15.4标准中定义了两种设备类型，全功能设备(FYD)与精简功能设备(RFD)。ZigBee协议也定义了这两类设备，ZigBee协调器相当于IEEE 802.15.4标准中的PAN协调器，ZigBee路由器拥有IEEE802.15.4标准中协调器的功能，ZigBee终端是网络中最便宜的设备，拥有最少的功能。本实用新型中，构建的无线传感网络的机顶盒同时具备ZigBee协调器、ZigBee路由器和终端的功能。

全功能设备(FYD)在ZigBee网络中能完成拓扑结构中任何功能，而精简功能设备(RFD)在ZigBee网络中只能作为终端，且只能与全功能设备(FYD)通信。全功能设备(FYD)与精简功能设备(RFD)硬件配置是可以完全相同，但在软件的配置上不同。

网络拓扑结构由ZigBee协议的网络层决定，且必须是IEEE 802.15.4标准中定义的两种类型之一：星型网络和对等型网络。在星型网络拓扑结构中，协调器建网与路由数据的功能，终端节点通过协调器进行通信。在对等网络中，所有的节点在网络范围内都可以进行通信，所有的节点都参与数据传递。因此网络能够自组织以及通过多跳方式来进行通信(这也为实现自愈功能提供了必要的基础)。

以下对本实用新型中机顶盒构建无线传感网络以及智能家居设备连入无线传感网络的过程进行说明。

ZigBee协调器在上电后，首先要建立一个无线网络。在Z_Stack协议栈中，通过函数ZDApp_NetworkInit()进行网络初始化，系统检测到ZDP任务的ZDO_NETWORK_INIT事件，调用处理函数ZDO_StartDevice()启动网络的组建。通过变量logicalType判断设备类型，如为协调器，则调用ZStatus_t NLME_NetworkFormationRequest()来完成网络的组建，同时该函数产生一个回调函数ZDO_Network Formation ConfirmCB()，通过该函数，根据系统消息判断网络组建是否成功。

当网络建立完成并允许新设备加入时，智能家居设备(即子节点)才可以请求加入网络。在Z_Stack协议栈中，子节点上电后调用ZDApp_Networkl nit()进行网络初始化，之后调用NLME_NetworkDiscovery Request()来寻找射频范围内存在的ZigBee网络，该函数会产生回调函数ZDO_Netwo rk Discovery ConfirmCB()，系统就是通过该函数来得到发现的网络信息。在发现有已经建好的ZigBee网络后，调用NLME_JoinRequest()加入网络，同时产生回调函数ZDO_JoinConfirmCB()，通过该函数判断加入网络是否成功。路由器在网络中负责信息的转发，发现邻居等，同时路由器必须在另一个路由的射频范围内，并且持续监听网络内传递的新信息。终端节点负责各种数据的采集与上传以及接收下传命令并执行，同时监听网络。

依据本实用新型提供了一种基于机顶盒的zigbee协调器的技术实现，可通过EOC网络交互配置和控制数据，也提供了一种网络管理和资源管理的服务中心技术，可识别家庭zigbee网络，并匹配备案的设备清单，还提供了一种通过手机终端远程接入控制家庭网络的方式，通过服务中心服务，开通、配置、控制家庭网络。

以上对本实用新型所提供的一种智能家居的运营支撑进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (5)

1.一种智能家居的运营支撑系统，其特征在于，包括：

多个采用不同接口标准和协议的智能家居设备和机顶盒；

所述智能家居设备通过无线传感网络与所述机顶盒连接；

所述机顶盒包括用于构建无线传感网络的通信芯片；

不同智能家居设备之间通过所述无线传感网络连接；

所述系统还包括：

对连入所述无线传感网络的各个采用不同接口标准和协议的智能家居设备进行识别和配置的资源管理服务器；

通过连接所述资源管理服务器对所述智能家居设备进行管理的移动终端；

所述资源管理服务器通过广电网络与所述机顶盒连接；

所述移动终端通过互联网与所述资源管理服务器连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述通信芯片为增强型8051内核的SOC芯片CC2530。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无线传感网络为基于ZigBee无线通信协议的无线传感网络。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述智能家居设备包括信息设备、通信设备、娱乐设备、家用电器、自动化设备、照明设备、安全装置及仪表设备、家庭求助报警设备之中的多种。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述移动终端为手机。