CN210428181U - 一种智能家居网关系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种智能家居网关系统，其中，智能家居网关硬件系统主要包括协调器模块、微处理器模块、内部处理模块以及外部转发模块，用于实现对家居节点的管理与控制，执行服务器端的监控任务；所述协调器模块实现数据的收集与传输；所述内部处理模块负责对家庭内部数据的存储、分析与传输；所述外部转发模块负责对家庭外部数据的转发，由此既能保证家庭内部数据的正常收集，又可以帮助其他家庭转发紧急数据，避免出现监控盲区，减少安全隐患的发生，提高居住环境的安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种智能家居网关系统。
背景技术
智能家居是物联网技术的一个典型的应用，其不仅可以用于监测家庭环境中的各项物理参数的实时测量，例如温湿度、一氧化碳浓度、PM2.5、甲醛等，另外也可以实现对居住环境的实时调节与控制，当安全隐患发生时可以提前预警，最大限度的保证家居环境的安全、舒适。
在智能家居系统中，智能家居网关可向下适配各种WSN终端，向上通过多种方式接入公网，实现对家居设备的远程控制与家庭环境的监测。家居环境中的所有数据以及控制命令都要经过网关的转发，因此网关的安全性影响着家庭中敏感数据以及隐私数据的安全性。另外当网关发生异常，该网关覆盖范围内节点采集的数据则不能被及时的发送到监控中心，造成严重的安全隐患。
实用新型内容
为克服现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供一种智能家居网关系统，用于解决网关故障时，家庭内部数据无法发送到服务器的问题。
所述系统包括：远程服务器端、用户终端、智能家居网关以及若干家居设备节点；
远程服务器，用于对智能家居网关的管理与控制，对各家庭发送来的数据进行存储、分析与决策，面向用户提供服务；
用户终端，通过人机交互界面实现对家庭数据的访问以及家居设备的控制；
智能家居网关，用于对家庭内部传感器网络的管理与控制，负责对家庭内部数据的分析、存储与转发，负责接收远程服务器的命令，并对命令的解析与执行；
其中，所述智能家居网关硬件系统主要包括供电模块、协调器模块、微处理器模块、内部处理模块、外部转发模块、存储器、显示模块以及按键模块。
其中，所述协调器模块包括微控制器、zigbee通信接口、wi-fi通信接口以及通用IO接口，用于实现对家庭网络中无线传感器节点的组网管理、指令广播以及数据收集工作，通过串口通信的方式与网关处理器进行交互；
其中，所述微处理器模块负责对各个模块的控制与交互，实现数据的处理以及任务分配；
其中，所述内部处理模块负责对家庭内部数据的存储、分析，将符合要求的数据存入本地数据库，定期将数据库中的数据上传至服务器；
其中，所述外部转发模块负责对获得授权的非本家庭数据的转发，转发任务得到授权后，开启转发接口，收集其他家庭的数据。
其中，所述对家庭内部传感器网络的管理与控制包括：
控制节点的休眠与工作状态的切换；
处理新节点入网申请，对节点的身份进行认证，将节点身份信息写入内存；
根据预设的组网策略，对家庭内部的家居设备节点进行组网；
定期广播轮询消息，收集家居设备节点采集的数据，并根据节点的响应时间是否超时，来判断节点状态，当节点失效时，向服务器端及用户端报告；
为防止数据拥塞，在数据传输时采用TDMA机制，根据节点数目以及所采集的数据量的多少来产生TDMA规则，并将这些规则发送给家居设备节点，使家居设备节点在规定的时隙内向网关发送数据；
网络状态不佳时，根据节点所采集数据的优先级以及数据量的大小来制定数据传输的顺序；
接收服务器的查询命令，对命令进行解析，将解析后的指令在全网范围内进行广播，并等待节点回复，并将节点回复的数据转发至服务器；
家居设备节点，用于对环境参数的采集、用户指令的执行以及网关故障时转发网关的选择；
其中，所述网关故障时，家居设备节点根据可接入网关的信号强度、网关的宽带资源以及网关当前的负载情况来选择转发网关。
本实用新型的有益效果是，本实用新型提供了一种智能家居网关系统，其中，智能家居网关硬件系统主要包括协调器模块、微处理器模块、内部处理模块以及外部转发模块，用于实现对家居节点的管理与控制，执行服务器端的监控任务；所述协调器模块实现数据的收集与传输；所述内部处理模块负责对家庭内部数据的存储、分析与传输；所述外部转发模块负责对家庭外部数据的转发，由此既能保证家庭内部数据的正常收集，又可以帮助其他家庭转发紧急数据，避免出现监控盲区，减少安全隐患的发生，提高居住环境的安全性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型优选实施例提供的系统结构框图。
图2是本实用新型优选实施例提供的硬件原理图。
图3是本实用新型提供的新节点入网流程图。
图4是本实用新型优选实施例提供的网关查询数据流程图。
图5是本实用新型优选实施例提供的网关故障时节点处理流程图。
具体实施方式
现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构以及基本流程，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
为克服现有技术中存在的技术问题，提供一种智能家居网关系统，如图1所示，所述系统包括：远程服务器端、用户终端、智能家居网关以及若干家居设备节点；
远程服务器，用于对智能家居网关的管理与控制，对各家庭发送来的数据进行存储、分析与决策，面向用户提供服务；
其中，所述远程服务器端对智能家居网关的管理与控制包括：
远程服务器周期性的向网关发送查询消息，收集信息的同时监测网关的运行状态，发现网关异常时进行远程诊断并及时向用户发送信息；
远程服务器在接收网关的数据前，首先对网关的身份进行验证，提高系统安全性。
远程服务器收到网关转发的数据转发任务请求时，需要对转发网关以及节点的身份进行验证，验证通过后授权转发任务，防止恶意攻击，提高数据安全。
用户终端，通过人机交互界面实现对家庭数据的访问以及家居设备的控制；
智能家居网关，用于对家庭内部传感器网络的管理与控制，负责对家庭内部数据的分析、存储与转发，负责接收远程服务器的命令，并对命令的解析与执行；
其中，如图2所示，所述智能家居网关硬件系统主要包括供电模块、协调器模块、微处理器模块、内部处理模块、外部转发模块、存储器、显示模块以及按键模块。
其中，所述协调器模块包括微控制器、zigbee通信接口、wi-fi通信接口以及通用IO接口，用于实现对家庭网络中无线传感器节点的组网管理、指令广播以及数据收集工作，通过串口通信的方式与网关处理器进行交互；
其中，所述微处理器模块负责对数据的处理以及任务分配，对协调器传送的数据进行分析，判断数据来源，家庭内部数据交给内部处理模块负责存储及处理，对于非本家庭内部数据及请求交给外部转发模块负责转发；
其中，所述内部处理模块负责对家庭内部数据的存储、分析；
其中，所述外部转发模块负责对获得授权的非本家庭数据的转发；
优选的，所述智能家居网关包括主用网关和备用网关，备用网关一般处于休眠状态下，当主网关发生异常时，备用网关进入工作状态。其中主网关和备用网关是相同的设备，其中的信息相互备份，以及主用网关和备用网关对外使用相同的地址；由此在主用网关异常时，实现无缝透明切换。
优选的，外部转发模块包括zigbee转发接口与wi-fi转发接口，当转发任务被授权后，转发接口通信被打开执行转发任务数据的接收与发送工作。
其中，所述智能家庭网关对家庭网络中无线传感器节点的组网及管理包括：
控制节点的休眠与工作状态的切换；
处理新节点入网申请，对节点的身份进行认证，将节点身份信息写入内存，并同时上传节点信息至服务器，图3是本实用新型实施例提供的新节点入网流程图；
根据预设的组网策略，对家庭内部的家居设备节点进行组网；
定期广播轮询消息，收集家居设备节点采集的数据，并根据节点的响应时间是否超时，来判断节点状态，当节点失效时，向服务器端及用户端报告；
为防止数据拥塞，在数据传输时采用TDMA机制，根据节点数目以及所采集的数据量的多少来产生TDMA规则，并将规则发送给家居设备节点，使家居设备节点在规定的时隙内向网关发送数据；即根据数据量的多少为各个节点分配时隙的占比，然后根据上述占比进行时隙的分配，即TDMA规则的设置
网络状态不佳时，根据节点所采集数据的优先级以及数据量的大小来制定数据传输的顺序；
接收服务器的查询命令，对命令进行解析，将解析后的指令在全网范围内进行广播，并等待节点回复，并将节点回复的数据转发至服务器，图4是本实用新型优选实施例提供的网关查询数据流程图；
家居设备节点，用于对环境参数的采集、用户指令的执行以及网关故障时转发网关的选择；
其中，所述家居设备节点对网关故障的判断以及网关故障时转发网关的选择策略包括：
网关正常工作时会周期性的发布轮询消息，节点等待网关轮询消息并计时，若超过两个周期未收到网关消息，则主动向网关发送消息与网关建立连接，若网关无响应则判定网关异常。鉴于当前家庭网关的分布比较密集，不同的网关的覆盖区域存在重叠，当网关A异常时，其家庭内家居节点主动搜索通信范围内的其他网关，并向网关发送转发请求，请求被转发至服务器，经服务器授权后开启转发任务。当通信范围内存在多个可接入节点时，节点根据可接入网关的信号强度、网关的宽带资源以及网关当前的负载情况来选择转发网关，图5是本实用新型优选实施例提供的网关故障时节点处理流程图。
本实用新型的有益效果是，本实用新型提供了一种智能家居网关系统，其中，智能家居网关硬件系统主要包括协调器模块、微处理器模块、内部处理模块、外部转发模块，用于实现对家居节点的管理与控制，执行服务器端的监控任务；所述协调器模块实现数据的收集与传输；所述内部处理模块负责对家庭内部数据的存储、分析与传输；所述外部转发模块负责对家庭外部数据的转发，由此既能保证家庭内部数据的正常收集，又可以帮助其他家庭转发紧急数据，避免出现监控盲区，减少安全隐患的发生，提高居住环境的安全性。
以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (2)
1.一种智能家居网关系统，所述系统包括：远程服务器端、用户终端、智能家居网关以及若干家居设备节点；其中，智能家居网关与远程服务器端和家居设备节点相连；
智能家居网关，用于对家庭内部传感器网络的管理，负责对家庭内部数据的分析、存储与转发，负责接收远程服务器端的命令，并实现对命令的解析与执行；
其中，所述智能家居网关包括硬件系统，硬件系统包括：供电模块、协调器模块、网关处理器模块、内部处理模块、外部转发模块、存储器、显示模块以及按键模块；
其中，所述协调器模块包括微控制器、zigbee通信接口、wi-fi通信接口以及通用IO接口，用于实现对家庭网络中无线传感器节点的组网管理、指令广播以及数据收集工作，通过串口通信的方式与网关处理器模块进行交互；
其中，所述外部转发模块负责对获得授权的非本家庭数据的转发，转发任务得到授权后，开启转发接口，收集其他家庭的数据；外部转发模块包括zigbee转发接口与wi-fi转发接口；
其中，所述内部处理模块负责对家庭内部数据的存储、分析，将符合要求的数据存入本地数据库，定期将数据库中的数据上传至服务器端；
其中，所述智能家居网关故障时，家居设备节点根据可接入网关的信号强度、网关的宽带资源以及网关当前的负载情况来选择转发网关；
所述智能家居网关包括主用网关和备用网关，当主用网关发生异常时，备用网关进入工作状态；其中主用网关和备用网关采用相同的设备，其中的信息相互备份，以及主用网关和备用网关对外使用相同的地址；
其中，对家庭网络中无线传感器节点管理包括：
在数据传输时采用TDMA机制，根据节点数目以及所采集的数据量的多少来产生TDMA规则，并将上述规则发送给家居设备节点，使家居设备节点在规定的时隙内向智能家居网关发送数据；
网络状态不佳时，根据节点所采集数据的优先级以及数据量的大小来制定数据传输的顺序。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述网关处理器模块负责对各个模块的控制与交互，实现数据的处理以及任务分配。
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