CN2894107Y - 具有通用智能网络节点的通用智能网络 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了具有通用智能网络节点的通用智能网络，包括具有至少一个经联结媒体联网的通用智能网络节点，通用智能网络节点包括能控制各种控制单元及其联结媒体的硬件控制器，通用智能网络节点分为管理其它通用智能网络节点的主节点和被管理的从节点；具有一个主节点的通用智能网络为通用智能网络子网；通用智能网络子网之间能用兼具主节点和从节点特征的通用智能网络节点相串接，而构成包含多个子网的通用智能网络；通用智能网络节点含有物理层、协议层、应用接口层；硬件控制器至少满足一个通用智能网络协议子集，并具有专用的通用智能网络标识，并能根据通用智能网络协议即插即用，并能实时利用、控制直至共享其内部的资源。

Description

具有通用智能网络节点的通用智能网络

技术领域

本实用新型涉及由各种硬件控制单元及其相互之间的软件协议构成的具有通用智能网络节点的通用智能网络，其规定的协议同时兼容于Internet的IPv4和IPv6协议，还能够和将来64位直至128位处理系统无缝对接。利用各种单片机MCU与微机PC进行适当的组合，便可以在通用智能网络协议指导下组成一个由各种通用智能网络节点(如MCU、DSP、ARM、PC等控制单元)组成的，数据处理能力和智能化程度高，使用灵活，控制范围大的智能控制网络，即为通用智能网络。

背景技术

随着计算机和单片机等控制器应用的日益普及，利用各种单片机MCU结合微机PC进行各种过程控制的工程和各种控制单元(例如智能家电、智能实验设备等)越来越多，控制范围也越来越大，人们把这种产品统称为IP(Information Product)。MCU成本低廉，使用灵活，但是数据处理能力和智能化程度不够；相比之下PC成本高，体积大，环境要求较高，但是数据处理能力和智能化程度很高。

虽然PC、MCU之间已有广泛使用的网络协议，如Internet网、Devicenet、CAN等，这些协议多而且复杂，适用范围较小，功能也太弱，并不适用于通用智能网络。目前的这些协议对数据的纠错能力都不够强，在无法实现回应的实时单向传输中可靠性很差，更不用说实现即插即用功能了。一般情况下我们使用串行口联接各种MCU和PC进行相应的操作，大多是利用Windows中的串行通讯控件，或者直接利用Windows的API函数进行编程，个人各自搞一套，都还没有进行标准化，无法实现广泛的网络功能以及方便于一般用户使用的即插即用功能。

目前许多语音实验室的设计和制作中已经出现了微格概念，这仅仅是一个教室内的极小范围的通用智能网络，离我们所说的广泛意义下的通用智能网络，还相差很远。

虽然已经有许多这方面的方案和产品出现，但是都是小范围环境内的产物，最大也就局限于信息家电，不用说个人设计的产品不能互相访问，就是这些产品自己的小型网内，也很少有数据传输协议的动态改变能力。

随着计算机和单片机应用的日益普及，利用各种单片机MCU结合个人电脑PC进行各种过程控制的工程和各种信息产品(例如智能家电)等越来越多，终端形式小而多样化，控制范围也越来越大。假如全部采用由个人电脑PC组成的局域网的话，成本将高的不可设想，而采用单片机MCU组成的控制器的话，成本可大幅度降低。MCU成本低廉，使用灵活，但是数据处理能力和智能化程度不够；相比之下PC成本高，体积大，环境要求较高，但是数据处理能力和智能化程度很高。

当前最热的信息产品就是信息家电Information Appliance(简称为IA)，它是计算机、通讯和消费类电子产品三者融合的产物。信息家电将个人电脑中的一些常用功能与数字技术和网络技术紧密结合，以简单精巧的形式融入到传统家电中，使其成为具有视听、信息处理、双向网络通讯等功能的家庭信息终端，如机顶盒、网络DVD等。信息家电的主要功能是使家庭电器智能化。使用微处理电子技术控制家中的电子电器产品，例如保全系统、暖气及冷气系统、视讯及音响系统等。消费者可通过键盘、触摸式荧幕、按钮等对它们进行控制，也可利用电话或者无线遥控器进行遥控，或者通过互联网控制家庭电器。

当然由MCU为主的控制器的数据共享需要高效和可靠的共享协议，而目前这样的规模下的MCU控制网络协议几乎是空白。有了环境适应能力极强的通用智能网络协议后，就可以轻松使用价格低廉的MCU构建通用智能网络，然后轻松实现小区的信息化管理，进一步可以通过Internet实现各小区的信息共享。

通用智能网络可用于智能家电的联网、设备的远程监控、小区数据采集系统的共享管理、各种仪表的数据共享等，还可以在通用智能网络协议基础上进一步开发用于信息产品的通讯专用集成电路接口芯片，利用这些芯片可以架设大范围的各种通用智能网络，用各种程序语言来实现自动化程度极高的过程控制功能，通用智能网络协议可以动态改变，各信息产品也可轻而易举地实现即插即用功能。

大型实验室中的信息化设备和仪表越来越多，怎样充分发挥它们各自的特长已经是当务之急，假如使用通用智能网络协议对它们作一些改造，便可以构建一个实验室内的通用智能网络。在实验室内的通用智能网络中，各种设备的资源共享，并由少量电脑轻松调度。假如新生产的设备大多数符合通用智能网络协议，增加通用智能网络接口的话，那么构建通用智能网络将更加轻松和高效。

为了方便交流和表述，我们把通用智能网络中的控制节点称为通用智能格，简称为尤格Uig(Universal Intelligent Grid)；相应的通用智能网络简称为尤格网Uignet(UigNetwork)。若干个尤格在一个称之为通用智能格服务器(简称为尤格服务器)的通用智能网络主节点，简称为主格Muig(Main Uig)的管理下，利用专门为其设计的通用智能网络协议，简称为尤格协议UigCP(Uignet Communication Protocol)，便可以组成一个通用智能网络子网，简称为尤格子网Suignet(Sub Uig Network)。由主格控制的智能格成员即通用智能网络从节点简称为从格Suig(Slave Uig)，主格和从格是相对而言的，尤格子网中有可能包含更小的二、三级尤格子网。在尤格协议下，尤格之间的通讯是以通讯数据包P(Package)为单位进行交流的，把尤格协议封装成普通用户可以调用的应用接口函数，组成一个便于大众用户使用的系统，这个系统可以在通用智能网络节点或者通用智能网络子网中使用，这就是通用智能网络操作系统，简称为尤格操作系统UigOS(Uignet Operating System)。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术不足而提供可用于智能家电的联网、设备的远程监控、小区数据采集系统的共享管理、各种仪表的数据共享的，由各种硬件控制单元及其相互之间的软件协议构成的具有通用智能网络节点的通用智能网络。该通用智能网络节点及其组成的网络具有在通用智能网络协议下组成一个由各种MCU和PC组成的，数据处理能力和智能化程度高，使用灵活，控制范围大的新型网络，而且网络中各个厂家生产的产品可以互通信息，使得最终用户对信息产品的选择余地更大，进一步促进信息产品业的技术更新和提高。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：

具有通用智能网络节点的通用智能网络，包括具有至少一个经联结媒体联网的通用智能网络节点，通用智能网络节点包括能控制各种控制单元及其联结媒体的硬件控制器，采取的技术措施还包括：

通用智能网络节点分为主节点和从节点，一个通用智能网络子网包含一个主节点和若干被主节点管理的从节点，从节点只能通过主节点和其它通用智能网络子网中的节点建立联系，主节点管理的从节点个数为2ⁿ-2个，n的取值范围为1至24；通用智能网络子网之间能用兼具主节点和从节点特征的通用智能网络节点相串接，而构成包含有多个子网的通用智能网络；

通用智能网络节点含有物理层、协议层、应用接口层；硬件控制器具有专用的通用智能网络标识，协议层至少满足一个通用智能网络协议子集，并能根据协议实现即插即用功能，而且还能实时利用、控制直至共享其内部的资源；

通用智能网络协议内容具有版本号、通用智能网络标识及其标识集、数据包的秩、群地址标识、字节流的纠错和校验、通讯数据包的结构、最小网络；版本号表示协议的更新情况；数据包的秩用于描述网络通讯中数据包的顺序及其优先级；群地址标识及其标识集用于确定网络通讯中数据包的群体目标，并记录数据包的路由过程；字节流的纠错和校验采用标准的RS(16，2)码校验纠错方式，或者采用16位CRC校验；最小网络是通用智能网络协议为微型通用智能网络量身定做的一个子集。

为优化上述技术方案，具体所采取的措施还包括：

一、通用智能网络节点能够单独构成一个一级子网，该子网直接接入因特网；或能够通过一个由通用智能网络主节点管理的子网后接入因特网；或能够通过子网串接后的子网集合接入因特网；

子网相互之间能使用无线基站实现立交桥式的点对点互访功能；

通用智能网络节点物理层由通用智能网络节点及其通讯所用的硬件媒体配接构成，作为通用智能网络的基本控制单元，该物理层能满足其通用智能网络协议的一个子集，各通用智能网络节点之间通过协议层联结在一起，上层应用通过通用智能网络节点中满足协议层的应用接口层和通用智能网络中的各种资源联系，通用智能网络协议管理者向用户提供利用应用接口层建立的通用智能网络操作系统；通用智能网络操作系统具有应用接口层、物理层的硬件驱动、通用智能网络协议；应用接口层由通用智能网络协议的管理者提供给用户，以便用户在无需充分了解全部协议的情况下，能够按照自己的需要设计自己的应用程序，并通过它们的应用程序访问通用智能网络中的资源；物理层所包含的连接方式由用户自主选择；硬件驱动及其通用智能网络标识，根据用户所选择的物理层的特点，由通用智能网络协议的管理者提供。

二、版本号：通用智能网络的版本号用4字节Version表示，按照十进制从高位到低位分别为：

类型t	主版本号m	次版本号n	设计号b	产品号p
					0-12(13-41保留)	0-99	0-99	0-99	0-99

类型t用来区别版本子集：

0.无类型、未知类型子集N(Nuignet)

1.预发版本测试子集P(Puignet)

2.试用子集T(Truignet)

3.基本最小系统子集BT(BTuignet)

4.基本一般系统子集BN(BNuignet)

5.基本全系统子集B(Buignet)

6.紧凑最小系统子集CT(CTuignet)

7.紧凑一般系统子集CN(CNuignet)

8.紧凑全系统子集C(Cuignet)

9.全最小系统子集FT(FTuignet)

10.全一般系统子集FN(FNuignet)

11.全系统F(Fuignet)

12.协议专用R(Ruignet)

42.用于表示版本信息

其它类型值13-41保留用于将来扩展。

主版本号0-99用于协议的重大更新。次版本号0-99用于在相同主版本号向前兼容模式下修改协议。设计号0-99表示该版本协议的发行编号，仅用于完善协议，其中偶数设计号表示测试版本，奇数表示正式版本。产品号0-99表示此版本生成的其它软件、硬件的版本号，用于区分派生软件、硬件的不同产品编号，其中偶数产品号表示测试产品，奇数表示正式产品。UigCP协议本身不需要产品号，比如R0.98.26即表示UigCP的协议专用子集RuigCP，其中主版本号为0，次版本号为98，(测试)协议设计号为26；比如P0.99.0.1即表示UigCP的预发版本测试子集PuigCP，其中主版本号为0，次版本号为99，(测试)协议设计号为0，(正式)派生产品号为1，以此类推。

Version＝0表示版本号未知(无版本号)，Version＝0xFFFFFFFF表示自动获取版本号(系统的版本号)，主格的版本号作为其控制的尤格网的版本号。

三、通用智能网络协议：通用智能网络Uignet(Uig，UigCP，UigOS)主要由最小通用智能网络Tuignet(Tiny Uignet)和一般通用智能网络Nuignet(Normal Uignet)两部分组成，两部分均支持的称之为全通用智能网络Fuignet(Full Uignet)：

1.Tuig：Tiny Uig

2.TuigCP：Tiny UigCP

3.TuigOS：Tiny UigOS

4.Nuig：Normal Uig

5.NuigCP：Normal UigCP

6.NuigOS：Normal UigOS

7.Fuig：Full Uig

8.FuigCP：Full UigCP

9.FuigOS：Full UigOS

通用智能网络可具体划分为各种用途的子集，类型从小到大分别包括：

1.基础最小通用智能网络BTuignet(Base Tuignet)：BTuig、BTuigCP、BTuigOS

2.基础一般通用智能网络BNuignet(Base Nuignet)：BNuig、BNuigCP、BNuigOS

3.基础通用智能网络Buignet(Base Uignet)：Buig、BuigCP、BuigOS

4.紧凑最小通用智能网络CTuignet(Compact Tuignet)：CTuig、CTuigCP、CTuigOS

5.紧凑一般通用智能网络CNuignet(Compact Nuignet)：CNuig、CNuigCP、CNuigOS

6.紧凑通用智能网络Cuignet(Compact Uignet)：Cuig、CuigCP、CuigOS

7.最小全通用智能网络FTuignet(Full Tuignet)：FTuig、FTuigCP、FTuigOS

8.一般全通用智能网络FNuignet(Full Nuignet)：FNuig、FNuigCP、FNuigOS

9.全通用智能网络Fuignet(Full Fuignet)：Fuig、FuigCP、FuigOS

10.试用通用智能网络Truignet(Trial Uignet)：Truig、TruigCP、TruigOS

其中试用通用智能网络Truignet不分大小，专门供自由测试使用。各子集的通用智能网络必须包含UigCP相应子集的全部内容，但容许它包含超出UigCP相应子集的部分协议内容。各种子集的版本号的类型是有区别的。

关于通用智能网络协议的授权：各种通用智能网络节点具有全球唯一的通用智能网络识别标设，所以任何一个通用智能网络节点的制作和运行必须获得通用智能网络协议授权(UigCPL)。假如通用智能网络通讯所用的硬件媒体也包含通用智能网络识别标设，那么也必须获得授权。试用通用智能网络使用协议中的自由测试识别标设，无需获得授权，但是其识别标设必须限制在试用标设范围之内。

关于通用智能网络协议包括的概念还有：

一是符号，缩写名称、常数、标设及其属性对象用大写正体，含有多个变量的数据集合对象用大写开头的斜体，单个变量用小写或者小写开始的斜体，对象之间的从属关系用符号“.”表示，字节用B表示，位用b表示，十进制的一位用D表示，字节从低位到高位用下标(0-7)标注，从高位a到低位c之间所有位用B_a...c表示，a-c表示一个变量可以取a到c之间所有可能的值，a∶c表示一个变量可以取a到a+c之间所有可能的值，NULL表示无该参数。一个多字节标识N的低字节、低字、低双字和低8字节分别记为N.B、N.W、N.D和N.Q。单字节延时t使用单字节浮点数表示，设低4位为a，高4位为e，则容许的最大延时时间为a·2^2e毫秒，可以表示的最大延时约为186天，t＝0xFF时表示无限延时。双字时间Tm的位31为1时，30-27为月，位26-22为日，位21-17为小时，位16-11为分，位10-5为妙，位4-0为1/32秒数；Tm的位31为0时，位30-0表示当年1月1日零时整以后的1/64秒数，Tm＝0xFFFFFFFF时表示无限时间。

二是通用智能网络标设，用于区别各通用智能网络节点的128位16字节通用智能网络标设GID如下：

前缀IDI/IDS				参数标识IDP
															头标设IDF			IP	IDT							IDL
Prefix		port	4B	f	t	s	p				d	c	b	a
															1B	1B	2B	1B	1B	1B	1B				1B	1B	1B	1B
head	保留O	端口		IPv4地址	硬件区hard		软件类别soft	7	6	5	4-0	方位区
			bMore													子网bUig	5级掩码b5Grade	掩码位数m

整体分为前缀Internet标设IDI(分为头标设IDF和IPv4地址)和后缀接口属性标设IDP(分为类型标设IDT和方位标设IDL)两个部分，当GID仅取其低若干字节时，省略部分由其服务器给定，并认为是其服务器管理下的通用智能网络子网：

表中：p为GID标设的属性字节；bMore＝1表示还有后续子网GID；bUig＝0时GID的前缀为Internet标设IDI，bUig＝1时则为Uig子网的标识IDS；m的不同取值决定GID不同的标识方式；b5Grade＝1表示把其最后掩码字节分成两部分成为5级主从寻址方式；当含后多层GID时，按照发送次序先后寻找相应目标(包含可能的路由层)；特别规定，GID最多只能后续6次(即包含路由层后总层数最多为7)；bUig＝1时完全按照通用智能网络协议来决定通用智能网络节点的具体地址GID，而bUig＝0时GID按照IPv6方式分配，IPv6方式的GID具体分配方式和m的取值有关。

假定：如m＝1，b5Grade＝0时：

bUig＝0时整个标设作为Internet新协议IPv6的地址，前缀头Prefix中的GID头标识head由国际IPv6标准制定者统一给定，bUig＝1时前缀为Uig子网标识IDS；作为接口标识的参数标设IDP共64位按照通用智能网络协议来决定通用智能网络节点的具体地址，后续标志有效，标设各部分含义如下：

1.bUig＝0时前缀部分由2字节GID前缀头Prefix、2字节端口port和4字节Internet中的IPv4地址组成；

2.作为通用智能网络的参数标设IDP，4字节IDT作为通用智能网络的类型标设，4字节IDL以默认的4级寻址方式表示主从通用智能网络结构，顶级通用智能网络主节点由d决定，其下属二级通用智能网络主节点由c决定，三级通用智能网络主节点由b决定，底层通用智能网络从节点则由a决定，类型区和方位区一起来区分通用智能网络节点的具体地址；

3.整个标设IDL取0xFFFFFFFF表示发送者通用智能网络主节点管理的通用智能网络子网的任何通用智能网络节点(包括通用智能网络主节点本身、可能的二、三级通用智能网络主节点及其通用智能网络从节点)，用于其所在通用智能网络子网的消息广播，对子网内的消息广播仅局限于发送消息者的通用智能网络主节点管理的子网(含下层子网)内，也可以通过其通用智能网络主节点转播对网外成员进行广播；

4.通用智能网络从节点标设取最大值，例如a＝0xFF表示对其a级子网内所有节点(a＝1-0xFE)进行广播；ba＝0xFFFF表示对其b级子网(含下层a级子网)内所有节点(ba＝0x0101-0xFEFE)进行广播；子网主节点必须转播来自其同级网络节点和其主节点针对其下层子网的广播，可以通过其主节点的转播对网外成员进行广播；

5.各级标设a-b取零作为该级子网的主节点标设，从节点标设取动态标设0时表示其实际标设内容由其主节点动态分配，主节但在上级子网的标设取零时其标设由其上级主节但动态分配，具有顶级标设IDL＝0的主节点称之为通用智能网络顶节点，由通用智能网络协议直接管理，除非特别说明，主节点均不包含顶节点；

6.地址d＝0的IDL、s＝0的软件类别和f＝0的hard标设作为通用智能网络协议测试专用标设，非通用智能网络协议测试人员不得使用此范围内的任何保留标设；d＝c＝b＝1的IDL标设、s＝1的软件类别、m＝1、n＝3(不能直接接入Internet)和f＝1的hard标设作为向任何人员开放的自由测试标设，无需得到协议授权；

7.假如同时存在IP，那么就可以表示以IP地址接入Internet的Uig子网，这是一个具有64位地址的超大网络；

8.广播地址作为通用智能网络地址时，称之为监听标设，具有监听标设的监听节点可以接收其子网内任何节点的信息。

三是群地址标识：为了方便通用智能网络节点之间的寻址，引入用16字节属性IDGProp描述的群地址标设IDG，高8字节保留为包的扩展属性，低8字节GProp内容如下表所示：

Shift	length	Mask
												4B	2B	b					a
1B					1B
										15	14			13	12-11	10-8	7	6	5	4	3-0
偏移	长度	目标集btSET	源集bsSET	应答bAnswer	保留0	优先级grade	独立校验bPQSelf	秩bRank	目标btID													源bsID	长度l

在通用智能网络子网内部无高位标设时，表示独立指令包、无密码、版本号和序号未知、具有最高优先级grade＝0、回应标记的布尔状态未知、必须立刻应答：

1.位3-0的值加1表示各简化标设从低到高的所选择的字节数

2.各掩码位bsID、btID、bRank、btSET、bsSET是否取1决定对应的后续标设、秩或者标设集是否存在，当标设长度为单字节时，就会有许多默认参数，标设和标设集可以同时存在

3.回应bAnswer取0/1表示发送/回应信息流

4.bPQSelf表示包中整个IDG部分采用独立的PQ校验，以便路由过程中可以动态加入IDG的相关内容而不必影响包中其他部分的内容，加快包转发过程

5.每一个包及其相应的回应包都有不同的秩Rank

6.l字节Gprop发送完毕后应立刻根据bRank发送l字节Rank。IDG本身的字节数，可以算出最多为0xE104字节

7.长度length表示数据部分长度，取值0xFFFF表示最大长度0x10001个数据而不是0xFFFF个数据，也就是说不能表示实际长度0xFFFE和0x10000

8.偏移shift表示数据部分首字节的开始位置在数据流中的偏移量。

四是简化目标标识：为了尽可能减小标设长度，简化情况下所有标设都可以取它们的低若干字节，并给定其长度(字节数)，此时忽略的部分由其主节点动态给定，不能给定的以默认值代替，没有默认值的以0代替，也可以分别以其它方式单独给定，此时的标设称之位简化标设。一些重要内容的默认值现在要以0代替，将来的版本可能会指定它们的默认值。端口port的默认值在主节点不能动态分配时暂规定为77，sn的默认值为0表示无效，m的默认值在主节点不能动态分配时为1。特定用户给与特定的GID标设(包括其所有内容以及相关层次信息)，任何用户不得使用其特定标设和自由测试标设以外的任何标设(包括其所有内容以及相关层次信息)。当采用简化标设时，必须保证所有标设在通用智能网络从节点中的长度不能大于它在通用智能网络主节点中的长度。两个不同长度的标设比较时，一律视作不同标设。一些标设是互相关联的，它们的相关长度必须一致，相关的部分在简化标设中单独给定时也必须统一给定。

四、通用智能网络硬件控制器能直接定制成专用芯片，或通过几种嵌入有通用智能网络协议某个子集的MCU、DSP、ARM、PC的控制单元组合而成；该硬件控制器通过通用智能网络的应用接口和用户设备发生联系，应用接口为加有驱动的数据IO口，或者是具有一定驱动能力的模拟电信号；用户设备为一个直接的控制对象，或者另一个独立的智能控制系统；用于通用智能网络节点之间联结的连接媒体方式有电话线、电力线、RS485线路以及Internet网；接口方式可以自主选择为串口，或者并口；通用智能网络使用的硬件控制器及其联结媒体至少内嵌一个通用智能网络协议子集，并具有专用的通用智能网络标识。

五、媒体连接能够直接和其它通用智能网络节点组成网络，各通用智能网络节点之间在数据传输中能够根据实际情况自动决定合理波特率；其方式有采用并口传输、采用标准UART异步格式串行通讯，或者嵌入到其它媒体传输；

通用智能网络硬件控制器所包含的通用智能网络专用芯片，其功能结构包括与用户设备配接的五路应用接口，第一路经输出控制、媒体接口、输入控制、接收缓冲接校验纠错；第二路经数据采集、增加校验、发送缓冲接输出控制；第三路经返回结果接增加校验；第四路接数据过滤；第五路接输入控制。

其中的总线竞争方案包括有：

一是使用专用指令竞争总线，即为发送一个请求使用总线的指令，在更进一步检测到T16的总线空闲后立刻使用总线。假如有多个通用智能网络从节点竞争总线，通用智能网络主节点会收到带错误信息的回应，主节点应该立刻回复异常回应以防多个从节点同时竞争使用总线，各从节点可在收到这个异常回应或者同步信号后重新检测和竞争使用总线。

二是使用硬件仲裁，可以用硬件来判断总线上电平是否和自己发送的电平一致。一旦发现电平不一致就立刻停止发送数据，放弃使用总线，并做出总线竞争错误的标记。

三是增加仲裁信号线，可以增加一对仲裁信号线，所有通用智能网络节点共用这对仲裁信号线进行总线请求和空闲检测，仲裁信号线在空闲和忙状态下检测到的状态是不一样的。

四是半双工通用智能网络，包括通用智能网络主节点和从节点在内的所有节点共用一对信号线进行信号传输，再配上一对仲裁信号线便可以构成一个可靠、快速的半双工通用智能网络。

五是全双工通用智能网络，所有通用智能网络从节点在共用一对发送信号线和一对接收信号线和通用智能网络主节点进行信号传输，所有从节点只能够把信号发送到主节点，然后由主节点进行转播。同样再配上一对仲裁信号线可以构成一个可靠、快速的半双工通用智能网络。

六是半—全双工双模通用智能网络，所有通用智能网络从节点按照全双工硬件连接，在通用智能网络主节点的管理下，采用高速电子开关切换，把两组信号线实际短接为一组共用的半双工信号线，切换到半双工模式；也可以在主节点管理下恢复到全双工模式。从节点可以向主节点申请使子网进入半双工模式，以便和其它从节点进行高速数据交流。

六、通讯数据包。每个通用智能网络子网的节点都可以通过服务主节点进入Internet。数据包P进入Internet前由服务主节点加上标准的Internet传输协议，数据从Internet进入服务主节点后由主节点根据校验方式和校验头qp分离出数据包P，然后再分别传输到目标设备上。数据包P的主要属性由其第一个属性字节P.bh＝P.b(0)描述，各属性位取1表示包含对应属性，反之则不包含：

位	7	6	5	4	3	2...0
							含义	bRet	bMix	bSrc	bIDG	保留	包的型号m

其中bMix表示数据包采用混合校验(在嵌入式传输中自动采用嵌入式校验)，bIDG表示后跟群标设IDG，bSrc取0/1表示没有指明但又必须明确目标/源的数据属于目标/源，比如IDG中的IDR序号标设。

数据流中首先发送主属性字节bh，然后发送可能的IDG，同一属性各种标识中则先发送右面(低位描述)的标志，同一标志各部分的发送次序都是从右到左。按照发送顺序，未加校验数据时P具有如下数据结构：

可能的数据bn(包括st)	可能的IDG	bh
			0-65537B	？	1B

其中数据部分首字节P.bn(0)＝P.st称之为包的扩展属性。接收到整个P后，可以通过主属性bh排除其它部分的字节数而得到数据部分P.bn的字节数n和扩展属性P.st，所以没有必要在包中具体指定n。为了便于批量传输数据的，bn(st除外)的数据流用一个字下标描述的字节数组表示，最多从0-65535共65536个，这样，可能的数据bn(包括st的字节数最多为0x10001个，n＝0xFFFF用来表示这个字节数，所以实际字节数不可能为65535或65536。为了方便可以把P写成P(m)或者P(m，st)，无数据部分P.bn的P记为P(m，NULL)。

通讯数据包型号m，取0表示系统数据包，取1表示互相连接使用的数据包，取2表示控制通用智能网络节点的数据包，取3表示消息数据包，取4或者5保留用于将来扩展，取6表示最小网络使用专用数据包，全网络使用型号m取0到5的数据包；最小网络和全网络的工作互相隔离、互相独立，最小网络无群标识IDG，并且发送和应答的数据包类型必须对应一致；

在数据包需要回应时，需要等待目标系统处理完以后才能回复，等待时间由目标系统的数据处理能力和发送系统的运行调度方式有关。连接媒体时可以选择如下所述的方式：一是采用并口传输，由于数据包的长度以字节为单位，所以并口传输必须在8位模式下进行；二是嵌入到其它媒体传输，由于数据包的长度以字节为单位，所以被嵌入的传输媒体的最小传输单位必须是8位。由于被嵌入的传输媒体可能已经具有自己的数据纠错方式，此时数据包可以采用嵌入式校验方式以提高数据包的整体传输速度；三是采用标准UART异步格式串行通讯。

其中采用标准UART异步格式串行通讯包括有：

一为通讯波特率，默认波特率为4800bps，最低波特率600bps，采用二进制发送方式，最低波特率位传输时间为T＝1.7ms，n个位的传输时间记为Tn。位数据流格式是：一个起始位，为8位数据，1个停止位，这10位的传输时间T10称之为包的最小传输时间。考虑到最大应该容许再增加1个停止位，也就是说一个字节的发送总时间(包含额外增加的停止位)不得大于T11，在4800bps波特率下为2.3ms。在设置2个停止位的情况下，应该连续发送全部数据流。在总线的空闲时间大于T16后容许没有控制权的设备开始竞争总线。

二为去0处理，特别规定(以字节为单位的)传输数据流中，0xFF值字节后最高位为1的后续字节(低7位)表示0值字节的个数，而最高位为0的后续字节(低7位)则表示0xFF值字节的个数，并称之为数据流的去0处理。注意，所有校验都在去0处理之前的数据流中进行，通常所说的数据包或者数据流就指去0处理之前的数据，而经过校验的数据包或者数据流则称之为通讯数据流。去0处理只有才数据流自己独立传输的时候才采用，但数据流嵌入到其它数据流中进行传输时，不再需要自己的同步信号和结束标记，也不再需要进行去0处理，直接将数据包嵌入到需要嵌入的数据流中进行传输即可。

三为结束标记，去0处理后可以保证正常数据流中不含0值字节，而且0xFF后也不可能有0和0x80，这样可以很可靠地把0xFF和后续0值字节一起(0xFF，0x00)作为数据流的结束标记，连续两个结束标记作为同步信号，单独的无额外停止位的结束标记作为波特率校正标记；在正常没有错误情况下同步、波特率校正标记对正常通信没有任何影响，由于结束、同步、波特率校正标记以外的正常数据流中没有0，可以把0值字节(0x00)保留作为特殊数据流的开始标记，比如前导CRC校验标志。

四为空闲超时，接收过程中，为了防止结束标记的丢失，也可以根据空闲超时判断数据流的结束。一个字节的实际接收时间只多需要T10，考虑到额外的可能停止位和单片机波特率计数的特点，规定数据接收过程中超时结束的时间和空闲时间相同为T16。通用智能网络节点中超时结束时间为T16，而PC中超时结束时间则为32ms。

五为可变波特率，默认波特率较低，是为兼顾比较坏的通讯传输环境而设定的，通讯过程中容许临时增加或减少波特率，也可以随时使用默认波特率，除了个别特殊应用场合以外，同一个组中的所有通用智能网络节点必须使用相同的波特率。

六为位传输顺序，由于各种串行通信协议对于位和字节的发送次序不一至，位的发送次序无影响，为了便于数据处理特别规定：所有多字节数据包括各种标设及其所有属性均(从右到左)先发送低字节，位编号(从右到左)从字节低位开始。

串行通讯的发送和接收线可以共用，这种情况下发送指令时必须禁用自己的接收功能。发送和接收线共用时组成对等网，否则只能组成由通用智能网络主节点统一管理的局域网。

七为自动监测波特率，当接收到发生无法纠正的错误数据流时，应该不停地每隔一个足够的空闲延时发送波特率校正标记以便目标进行波特率参数的自动测试，及时纠正通讯错误。在使用标准波特率时连续接收到2个不含结束标记并且无用(无效或者校验错误)的包时，建议发送波特率校正标记，以便目标节点及施纠正波特率；若连续错误累计达到4次，在多波特率情况下建议改用默认波特率。

八为总线竞争，由于各通用智能网络节点的数据发送端(也就是通用智能网络主节点接收端)是直接通过线与接在一起的，所以各节点在发送数据时存在总线竞争。主节点在接收到结束字节后可以发送容许其特定节点占用总线的信号，在主节点没有发送容许占用总线的信号的情况下，各节点也可以在进一步检测到的总线空闲T16后竞争使用总线。

九为数据包的秩：为了方便区分通用智能网络节点之间的数据包，引入用16字节秩Rank来描述包的发送序号Sn、发送时间和响应时间：

TmSend	TmRet	Sn
				4B	4B	group	serial
4B	4B
		双字发送时间	双字回应时间			发送序号

关于数据流校验纠错：

一是PQ校验：每14个字节(或者不足14个字节时的全部字节)之前先后加上Q校验字节q和P校验字节p，这种RS码校验可以非常有效地纠正数组中的单字节错误。全部数据流不仅可以检错，还可以纠错，但是数据传输率较低。把模2加法仍然记为“+”，选本原元00000001和本原多项式x⁸+x⁴+x³+x²+1，RS码和具体数值的对应方式可以有左位对应低位和右位对应低位两种。为了方便尤格中的数据处理，规定码的右位对应低位。数据次序按发送前后为q，p，b(0)…b(13)共16字节，序号为i的RS码和码值r的序号记为r(i)和i(r)，校验方程为：

s0＝q+p+b(0)+b(1)+…+b(13)＝0

s1＝q·r(0)+p·r(1)+b(0)·r(2)+…+b(13)·r(15)＝0

不难得到校验字节p和q的方程为：

q＝b(0)·r(1)+b(1)·r(26)+b(2)·r(199)+b(3)·r(76)+b(4)·r(114)+b(5)·r(167)+

   b(6)·r(88)+b(7)·r(176)+b(8)·r(96)+b(9)·r(252)+b(10)·r(221)+b(11)·r(103)+

   b(12)·r(74)+b(13)·r(200)

p＝b(0)·r(25)+b(1)·r(198)+b(2)·r(76)+b(3)·r(103)+b(4)·r(166)+b(5)·r(87)+

   b(6)·r(175)+b(7)·r(95)+b(8)·r(251)+b(9)·r(220)+b(10)·r(102)+b(11)·r(74)+

   b(12)·r(199)+b(13)·r(8)

二是CRC校验：2个前导0x00表示采用16位CRC校验，只能检错，不能纠错，但是数据传输率较高。16位CRC校验码数据流采用标准磁盘存储中使用的生成多项式x¹⁶+x¹²+x⁵+1，2字节校验码的高位为p，低位为q，把q和p先后加在原数据流之后。

三是嵌入式校验：前面16个或者更少的字节组成一个数据包中唯一的PQ校验组，后续数据不采用任何校验方法。这种校验方法可以用来判断指令头是否存在，特别适合嵌入到本身具有校验功能的其他数据流中进行传输，比如嵌入到Internet网络中进行传输。

四是混合校验：对嵌入式校验进一步采用16位CRC校验，使用标准磁盘存储中使用的生成多项式x¹⁶+x¹²+x⁵+1，2字节校验码的高位为p，低位为q，把q和p先后加在原数据流之后。这种校验方法可以同时兼顾到指令头的纠错和传输的高效数，而且对数据包的核心指令头进行了PQ和CRC两次校验，特别适合于大量数据的网络传输。在嵌入式传输时，由于被嵌入的数据流一般有自己的校验手段，混合校验自动放弃CRC校验，仅采用嵌入式校验。

与现有技术相比：

本实用新型采用的通用智能网络节点分为主节点和从节点，一个通用智能网络子网包含一个主节点和若干被主节点管理的从节点，从节点只能通过主节点和其它通用智能网络子网中的节点建立联系，主节点管理的从节点个数为2ⁿ-2个，n的取值范围为1至24；通用智能网络子网之间能用兼具主节点和从节点特征的通用智能网络节点相串接，而构成包含有多个子网的通用智能网络；

通用智能网络节点含有物理层、协议层、应用接口层；硬件控制器至少内嵌一个通用智能网络协议子集，并具有专用的通用智能网络标识，并能根据协议实现即插即用功能，而且还能实时利用、控制直至共享其内部的资源；

通用智能网络协议内容具有版本号、通用智能网络标识及其标识集、数据包的秩、群地址标识、字节流的纠错和校验、通讯数据包的结构、最小网络；版本号表示协议的更新情况；数据包的秩用于描述网络通讯中数据包的顺序及其优先级；群地址标识用于确定网络通讯中数据包的群体目标，并记录数据包的路由过程；字节流的纠错和校验采用标准的RS(16，2)码校验纠错方式，或者采用16位CRC校验。本实用新型可用于智能家电的联网、设备的远程监控、小区数据采集系统的共享管理、各种仪表的数据共享的，由各种硬件控制单元及其相互之间的软件协议构成的通用智能网络节点及其组成的网络。该通用智能网络节点及其组成的网络能够在通用智能网络协议下组成一个由各种MCU和PC组成的，数据处理能力和智能化程度高，使用灵活，控制范围大的的新型网络，而且网络中各个厂家生产的产品可以互通信息，使得最终用户对信息产品的选择余地更大，进一步促进信息产品业的技术更新和提高。

附图说明

图1为本实用新型实施例之一的典型三级通用智能网络结构原理图；

图2为本实用新型实施例的通用智能网络的层次结构示意图；

图3为本实用新型实施例的通用智能网络专用芯片功能结构。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

从图1至图3所示，为本实用新型一较佳实施例。

图1为本实用新型实施例之一的典型三级通用智能网络结构原理图。

具有通用智能网络节点的通用智能网络，可以使用各种程序语言来实现自动化程度极高的过程控制功能，包括具有至少一个经联结媒体联网的通用智能网络节点，通用智能网络节点包括能控制各种控制单元及其联结媒体的硬件控制器。

通用智能网络节点分为主节点和从节点，一个通用智能网络子网包含一个主节点和若干被主节点管理的从节点，从节点只能通过主节点和其它通用智能网络子网中的节点建立联系，主节点管理的从节点个数为2ⁿ-2个，n的取值范围为1至24；通用智能网络子网之间能用兼具主节点和从节点特征的通用智能网络节点相串接，而构成包含有多个子网的通用智能网络。

通用智能网络节点能够单独构成一个一级子网，该子网直接接入因特网；或能够通过一个由通用智能网络主节点管理的子网后接入因特网；或能够通过子网串接后的子网串接入因特网。

其中部分节点可以单独构成一个一级子网，如信息电视可直接接入因特网，有些节点，如空调机可以通过一个一级子网，比如“尤格2”后接入因特网；有些节点，如“其它产品”可以分别通过由两个通用智能网络子网串接成的一个两级通用智能网络，比如“尤格1”和“尤格1的子格2”后接入因特网，另一些节点，如“电灯”和“其它电器”则可以通过由三个主控器构成的一个三级通用智能网络，比如“尤格1”、“尤格1的子格2”和“尤格1的子格2的子格1”后接入因特网。当然在需要时，所有的节点或者子网还可以直接通过无线基站，通过电磁波或者红外等方式实现立交桥式的点对点互访。

图2为本实用新型实施例的通用智能网络的层次结构示意图。

通用智能网络是在通用智能网络通信协议控制下的网络，可以简单地归结为物理层、协议层、应用接口层和应用层共4个层次；通用智能网络节点含有物理层、协议层、应用接口层；其中物理层由通用智能网络节点及其通讯所用的硬件媒体构成，作为通用智能网络的基本控制单元，必须至少保证满足其通用智能网络协议的一个子集，各节点之间通过满足协议层要求的联结媒体联结在一起；上层应用通过应用接口层，或者通过通用智能网络操作系统，和通用智能网络中的各种资源联系；用户通过应用层，或者运行在通用智能网络操作系统中的应用程序，和通用智能网络中资源交流。通常所说的通用智能网络指通用智能网络节点、通用智能网络通信协议和可能的通用智能网络操作系统，并不包括应用层，简单地记为Uignet(Uig，UigCP，UigOS)。

通用智能网络协议内容具有版本号、通用智能网络标识及其标识集、数据包的秩、群地址标识、字节流的纠错和校验、通讯数据包的结构、最小网络；版本号表示协议的更新情况；数据包的秩用于描述网络通讯中数据包的顺序及其优先级；群地址标识用于确定网络通讯中数据包的群体目标，并记录数据包的路由过程；字节流的纠错和校验采用标准的RS(16，2)码校验纠错方式，或者采用16位CRC校验；最小网络是通用智能网络协议为微型通用智能网络量身定做的一个子集。

通用智能网络节点物理层由通用智能网络节点及其通讯所用的硬件媒体配接构成，作为通用智能网络的基本控制单元，该物理层内嵌有通用智能网络协议的一个子集，各通用智能网络节点之间通过满足协议层要求的联结媒体联结在一起，上层应用通过通用智能网络节点中的应用接口层，或者通用智能网络操作系统和通用智能网络中的各种资源联系，通用智能网络协议管理者向用户提供利用应用接口层建立的通用智能网络操作系统。

图3为本实用新型实施例的通用智能网络专用芯片功能结构。

通用智能网络硬件控制器所包含的通用智能网络专用芯片，其功能结构包括与用户设备配接的五路应用接口，第一路经输出控制、媒体接口、输入控制、接收缓冲接校验纠错；第二路经数据采集、增加校验、发送缓冲接输出控制；第三路经返回结果接增加校验；第四路接数据过滤；第五路接输入控制。

硬件控制器能根据通用智能网络协议，实现即插即用功能，而且还能实时利用、控制直至共享其内部的资源；通用智能网络使用的硬件控制器及其联结媒体必须至少满足一个通用智能网络协议子集，并具有专用的通用智能网络标识；

硬件控制器能直接定制成专用芯片，或通过几种嵌入有通用智能网络协议某个子集的MCU、DSP、ARM、PC的控制单元组合而成；该硬件控制器通过应用接口和用户设备发生联系，应用接口为加有驱动的数据IO口，或者是具有一定驱动能力的模拟电信号；用户设备为一个直接的控制对象，或者另一个独立的智能控制系统；用于通用智能网络节点之间联结的连接媒体方式有电话线、电力线、RS485线路以及Internet网；接口方式可以自主选择为串口，或者并口。

媒体连接能够直接和其它通用智能网络节点组成网络，各通用智能网络节点之间在数据传输中能够根据实际情况自动决定合理波特率；其方式有采用并口传输、采用标准UART异步格式串行通讯，或者嵌入到其它媒体传输。通讯过程中容许应答的设备称之为激活设备，反之称之为沉默设备。

通讯数据包通过其顶级主格进入Internet，进入Internet前由顶级主格加上标准的Internet传输协议；数据包首先发送属性字节bh，然后发送可选的群标设IDG，进一步发送后续数据流，同一标识中先发送右面即低位的标志；后续数据流部分首字节作为包的扩展属性st，用于确定数据包的各种用途；通讯数据包用P(m)或者P(m，st)描述，无后续数据部分的数据包用P(m，NULL)描述，其中m是数据包的型号。

通讯数据包型号m，取0表示系统数据包，取1表示互相连接使用的数据包，取2表示控制通用智能网络节点的数据包，取3表示消息数据包，取4或者5保留用于将来扩展，取6表示最小网络使用专用数据包，全网络使用型号m取0到5的数据包；最小网络和全网络的工作互相隔离、互相独立，最小网络无群标识IDG，并且发送和应答的数据包类型必须对应一致。

Claims (5)

1、具有通用智能网络节点的通用智能网络，包括具有至少一个经联结媒体联网的通用智能网络节点，所述的通用智能网络节点包括能控制各种控制单元及其联结媒体的硬件控制器，其特征是：

所述的通用智能网络节点分为主节点和从节点，一个通用智能网络子网包含一个主节点和若干被主节点管理的从节点，从节点经主节点和其它通用智能网络子网中的节点建立联系，主节点连接的从节点个数为2n-2个，n的取值范围为1至24；通用智能网络子网之间能用兼具主节点和从节点特征的通用智能网络节点相串接，而构成包含有多个子网的通用智能网络；

所述的通用智能网络节点含有物理层、协议层、应用接口层；所述的硬件控制器至少内嵌一个通用智能网络协议子集，并具有专用的通用智能网络标识；

所述的通用智能网络协议内容具有版本号、通用智能网络标识及其标识集、数据包的秩、群地址标识、字节流的纠错和校验、通讯数据包的结构、最小网络。

2、根据权利要求1所述的具有通用智能网络节点的通用智能网络，其特征是：所述的通用智能网络节点，能够单独构成一个一级子网，该子网直接接入因特网；或能够通过一个由通用智能网络主节点管理的子网后接入因特网；或能够通过子网串接后的子网串接入因特网。

3、根据权利要求1或2所述的具有通用智能网络节点的通用智能网络，其特征是：所述的子网相互间相连接有能实现立交桥式的点对点互访的无线基站。

4、根据权利要求1或2所述的具有通用智能网络节点的通用智能网络，其特征是：所述的通用智能网络节点的物理层由通用智能网络节点及其通讯所用的硬件媒体配接构成，作为通用智能网络的基本控制单元，该物理层能满足其通用智能网络协议的一个子集，各通用智能网络节点之间通过满足通用智能网络协议要求的联结媒体相联结。

5、根据权利要求1或2所述的具有通用智能网络节点的通用智能网络，其特征是：所述的硬件控制器为几种嵌入有通用智能网络协议某个子集的MCU、DSP、ARM、PC的控制单元组合而成；该硬件控制器通过其应用接口和用户设备连接，应用接口为加有驱动的数据IO口；用户设备为一个直接的连接对象；用于通用智能网络节点之间联结的连接媒体方式有电话线、电力线、RS485线路以及Internet网；接口方式为串口，或者并口，数据的基本传输单元为8位；通用智能网络具有专用的通用智能网络标识。

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