专利名称：数字家庭网络网关之间的通讯方法
技术领域：
本发明涉及数字家庭网络网关之间的通讯方法。
国际、国内知名的IT企业和传统家电制造商纷纷联手开拓网络家电，将信息技术、网络技术引入家电生产领域，网络冰箱、网络微波炉、网络空调等信息化家电新产品层出不穷。
网络家电产品带动了智能家庭、智能小区等相关产业的发展，具有可观的市场前景和利益回报。
网络家电产品由于其很高的技术含量和巨大的市场潜力，已经成为衡量家电企业高科技性和前瞻性的标准之一。
国内网络家电产业在当前发展形势下的一些问题由于媒体宣传导向的影响，普通消费者在提到“网络家电”时，首先想到的就是机顶盒之类的产品，其实信息技术在家电领域中的应用应更加广泛，对人们的生活影响也应更加实际和深远。
从国外许多知名厂商成功地合作开发网络家电的事例中，可以看出IT企业和传统家电企业各有所长，在这一新兴领域中，双方应该紧密合作，充分发挥各自的优势，扩展各自的发展空间。
当前国际上有多种网络家电的标准和协议，我们不能盲目地遵循某一标准，而是应该根据实际情况制定出，符合当前家电发展方向的标准和协议，使自己站在相对有利的竞争位置上。
数字家庭网络解决方案就是在这样一种情况下应运而生的。本申请人于2002年3月27日向中华人民共和国知识产权局提出发明名称为《数字家庭网络系统》的发明专利申请(申请号02103815.5)。数字家庭网络解决方案是符合当前家电发展形势、实现家庭数字网络的一套解决方案，方案集中体现了数字家庭网络要符合一定的标准协议，实现移动终端控制与网络终端控制相结合的方法，是多台智能家电可以用一个移动控制终端，或者可以在INTERNET上通过网络控制终端进行控制。
本申请人于2002年3月27日向中华人民共和国知识产权局提出发明名称为《数字家庭网络中信息家电的控制和相互访问的方法》的发明专利申请(申请号02103816.3)。该方法可以使数字家庭网络中信息家电保持通用性，使不同厂商生产的信息家电可以无缝加入数字家庭网络，并使产品具有添加新功能的能力，同时信息家电之间可以进行互相访问。
本申请中涉及数字家庭网络和设备文件的内容请参阅上述两项专利申请。
数字家庭网络网关之间的通讯方法，其特点在于该方法包括如下步骤(1)家庭控制子网网关通过DHCP(动态主机控制协议)从主网关获得IP地址；(2)主网关通过发送注册命令数据包向子网网关申请注册，子网网关接收到该命令后发送确认信息，则注册成功。注册成功后，所有通信数据包中的主网关编号则为子网网关和主网关确认对方身份的标识，子网网关只接受来自主网关IP地址且主网编号正确的数据包的请求；
(3)主网关通过设置、读取命令从子网网关读取各个设备的状态参数、或设置各个设备的状态参数；(4)子网网关通过汇报命令向主网关提供各个设备的设备描述文件、各个设备的状态参数、各个设备连接状态的设备注册表等内容，使主网关了解整个家庭控制子网的状态；(5)子网网关通过上载命令向主网关发送其所控制的家庭控制子网中某个设备的设备文件或表示整个家庭控制子网的各个设备连接情况的设备注册表。主网关在接收到家电设备文件或设备注册表后，进行设备文件与网页的转换和自身内部的设备管理表格的维护；(6)在主网关、子网网关关闭前，则由关闭方在关闭前发起注销过程。如果注销请求得到对方确认，则本次注册通信中的主网编号无效，在下次注册前，子网网关不接受任何主网关的请求。
数字家庭网络由网络控制终端、移动控制终端和多个通讯模块接收发送装置组成，网络控制终端的主要作用是通过Internet网络控制智能家电，也可以通过本地计算机进行家电控制。网络控制终端具有以下特点(1)网络控制终端给出了清晰的人机界面，可以进入任一个电器的控制选项界面，控制各个家电的所有控制功能，操作十分简单，而且是用户一目了然。
(2)网络控制终端还具有管理各种家电的功能，当有一个新的家电加入到家庭网络系统内，网络控制终端有增加选项，可以通过添加由DEVICEFILE协议所制定的设备文件，来添加新的设备。网络控制终端还有删除已经不能使用设备选项的功能。
(3)网络控制终端与各个家电所拥有的通讯模块可以通过有线RS485通讯和无线通讯两种方式进行数据交换，提高了其本身的通用性。网络控制终端与各个通讯模块之间的通讯协议为数字家庭网络(DHN)通讯协议规范。
移动控制终端的作用是通过无线通讯的方式对现在家庭里已有的智能家电进行集中控制。移动控制终端具有以下特点
(1)移动控制终端有一个清晰的人机界面，通过其上的屏幕可以显示家里所有的电器，通过移动控制终端键盘上的按钮，可以进入任一个电器的控制选项界面，控制选项界面中包括此家电的所有控制功能，选择每一个控制功能选项可以控制此家电的此项功能，操作十分简单，而且是用户一目了然。
(2)移动控制终端是通过无线的通讯方式进行通讯的，可以不受障碍物的限制，在有效距离内可以对每一个移动控制终端上的家电设备进行控制，并且控制更加可靠。
(3)移动控制终端还具有管理各种家电的功能，当有一个新的家电加入到家庭网络系统内，移动控制终端有增加选项，可以通过添加由DEVICEFILE协议所制定的设备文件，来添加新的设备。移动控制终端还有删除已经不能使用设备选项的功能。
(4)移动控制终端与各个家电所拥有的通讯模块可以通过无线通讯方式进行数据交换，移动控制终端与各个通讯模块之间的通讯协议为数字家庭网络(DHN)网络通讯协议规范。
各个家电设备内设置一个通讯模块，这种通讯模块包括有线RS485通讯和无线通讯两种通讯方式，其主要作用是通过使用数字家庭网络(DHN)通讯协议规范与网络控制终端和移动控制终端进行数据交换，以此来实现对本设备所连接的家电进行控制，在增添设备时传输符合DEVICEFILE协议规范的设备文件。
当用户登到Internet网络后，打开家庭控制网络界面，根据界面上显示出来的各个家电选项，进入某一个家电控制界面，控制此家电。
本系统的网络控制终端具有以下特点(1)网络控制终端给出了清晰的人机界面，可以进入任一个电器的控制选项界面，控制各个家电的所有控制功能，操作十分简单，而且是用户一目了然。
(2)网络控制终端还具有管理各种家电的功能，当有一个新的家电加入到家庭网络系统内，网络控制终端有增加选项，可以通过添加由DEVICEFILE协议所制定的设备文件，来添加新的设备。网络控制终端还有删除已经不能使用设备选项的功能。
(3)网络控制终端与各个家电所拥有的通讯模块可以通过有线RS485通讯和无线通讯两种方式进行数据交换，提高了其本身的通用性。网络控制终端与各个通讯模块之间的通讯协议为数字家庭网络(DHN)通讯协议规范。
移动控制终端的作用是通过无线通讯的方式对现在家庭里已有的智能家电进行集中控制。
现在的家庭中如果要对家电进行遥控的话，要一个家电对应一个遥控器，这样会使很多人对各个遥控器发生混淆，以至于相控制一个电器的时候，要去分辨哪一个是这个家电的遥控器，而且没有清晰的显示界面。
本系统的移动控制终端具有以下特点(1)移动控制终端有一个清晰的人机界面，通过其上的屏幕可以显示家里所有的电器，通过移动控制终端键盘上的按钮，可以进入任一个电器的控制选项界面，控制选项界面中包括此家电的所有控制功能，选择每一个控制功能选项可以控制此家电的此项功能，操作十分简单，而且是用户一目了然。
(2)移动控制终端是通过无线的通讯方式进行通讯的，可以不受障碍物的限制，在有效距离内可以对每一个移动控制终端上的家电设备进行控制，并且控制更加可靠。
(3)移动控制终端还具有管理各种家电的功能，当有一个新的家电加入到家庭网络系统内，移动控制终端有增加选项，可以通过添加由DEVICEFILE协议所制定的设备文件，来添加新的设备。移动控制终端还有删除已经不能使用设备选项的功能。
(4)移动控制终端与各个家电所拥有的通讯模块可以通过无线通讯方式进行数据交换，移动控制终端与各个通讯模块之间的通讯协议为数字家庭网络(DHN)网络通讯协议规范。
各个家电设备内设置一个通讯模块，这种通讯模块包括有线RS485通讯和无线通讯两种通讯方式，其主要作用是通过使用数字家庭网络(DHN)通讯协议规范与网络控制终端和移动控制终端进行数据交换，以此来实现对本设备所连接的家电进行控制，在增添设备时传输符合DEVICEFILE协议规范的设备文件。
如图2所示，用户通过Internet访问主网关，访问并控制家庭主网中的各种设备。家庭控制子网网关作为主网中的一个设备，通过以太网网络接口和TCP/IP协议与主网关通信，向主网关提供家庭控制子网中各种设备的状态；报告新设备的加入、退出情况。用户通过Internet访问主网关，主网关对远程访问者进行身份认证；用户通过主网关上的Web页面，进行设备操作和控制；主网关通过子网网关以及家庭控制子网来监控所有设备。
子网网关作为主网中的一个设备，它需支持DHCP(动态主机控制协议)(RFC2131)，主网关也需支持DHCP(动态主机控制协议)。子网网关作为DHCP的客户端与主网关上的DHCP服务端通信，自动获得IP地址。
主网关和子网网关之间的通信协议基于TCP的应用协议，其端口号为1088，实现主网关与子网网关之间通信。另外，考虑到用户在通过Internet远程访问、控制设备时的安全性问题，远程设备访问控制只能通过主网关进行。即远程访问控制是直接对主网关的访问，对家庭控制子网中的设备的控制，通过主网关与子网网关之间的通信以及子网网关与设备之间的通信实现。子网网关作为家庭控制子网在主网中的通信接口，只接受主网关的通信请求，本协议规定了主网关在子网网关注册功能，子网网关只响应已注册的主网关的通信请求，从而保证家庭控制子网中的信息只能被授权的主网关访问。下面详细描述通信数据包的格式，见下表。
其中协议版本号2位，表示通信协议版本，目前为1。保留2位，用于以后的协议扩展，目前无定义。数据包类型4位，用于表示协议数据包的类型，具体定义参见下表所述数据包类型包括注册、注销、设置、读取、汇报、上载、确认和预留部分。
数据包长度2个字节，表示该数据包不包括帧头在内的帧数据的长度，单位为8个字节。
主网编号2个字节，由主网关随机选定，在主网关向子网网关注册后的主网关与子网网关通信过程中，用于确认主网关的身份。
数据数据包中的数据。
注册命令的数据包格式为数据包类型为0，数据包数据包括6个字节的主网关的IP和2个字节的主网编号。
注册数据包格式见下表
该数据包在子网网关连接到主网中，并由主网关以DHCP(动态主机控制协议)分配IP地址后，由主网关发送给子网网关的注册数据包，子网网关接收到请求并确认后，在以后的通信中，子网网关只接受来自主网关IP地址和主网编号与首次注册一致的主网关的通信请求。
主网编号由主网关随机选择，2个字节的长度主要为了避免未授权主网关对子网网关的访问、控制。一旦选定，在主网关注销后的下一次注册前有效。重新注册时，主网编号可重新随机选择。
注销命令的数据包格式为数据包类型为1，数据包数据包括6个字节的主网关的IP和2个字节的主网编号。
注销数据包格式如下表
在主网关关闭、子网网关关闭，或更换主网关时，由主网关发送给子网网关，或子网网关发送给主网关的注销数据包。在接收方收到该数据包，并确认主网编号、主网关IP正确的情况下，给出确认数据包。在注销生效后，在下一次注册前，子网网关不接受来自任何设备的通信请求。注销后，主网编号同时失效，下一次注册时，重新选择主网编号。
设置命令的数据包格式为数据包类型为2，数据包数据包括6个字节的要设置的设备的UDS、1个字节的设置命令个数和对应的设备文件的设置命令(每个设置命令为32个字节)。
设置数据包格式见下表
该数据包用于由主网关发送的控制家庭控制子网中某个设备的参数。其中包括对应的设备的标识和要设置的参数对应的设置命令，该命令由该设备的设备文件给出。一个设置命令数据包可同时设置某个设备的多个参数，参数的个数用1个字节的整数标明，即一个设置命令数据包最多同时可设置255个参数。每个参数设置命令不长于32个字节。
子网网关接收到该命令后，通过家庭控制子网进行对应的操作，并返回给主网关操作成功与否的确认。
读取命令的数据包格式为数据包类型为3，数据包数据包括6个字节的要读取的设备的UDS、1个字节的读取命令个数和对应的设备文件的读取命令(每个读取命令为32个字节)。
读取数据包格式见下表。
该数据包用于由主网关发送的读取家庭控制子网中某个设备的参数。其中包括对应的设备的标识和要设置的参数对应的读取命令，该命令由该设备的设备文件说明。
一个读取命令数据包可同时读取某个设备的多个参数，参数的个数由1个字节的整数说明，即一个读取命令数据包最多同时可读取255个参数。每个参数读取命令不长于32个字节。
子网网关在接收到该数据包后，通过家庭控制子网进行相应的操作，读取的参数，以汇报数据包发送给主网关。
汇报命令的数据包格式为数据包类型为4，数据包数据包括6个字节的所汇报的设备的UDS、1个字节的汇报参数个数和对应的设备文件的参数(每个读取命令为32个字节)汇报数据包格式见下表
该数据包用于由子网网关发送的所控制家庭控制子网中某个设备的参数。其中包括对应的设备的标识和要汇报的参数以及各种异常信息，该参数由设备的设备文件说明。
一个汇报数据包可同时汇报某个设备的多个参数，参数的个数由1个字节的整数说明，即一个汇报命令数据包最多同时可汇报255个参数。每个参数不长于32个字节。
该数据包在既可由主网关的读取命令请求，由子网网关发送。也可由子网网关主动发送。
上载命令的数据包格式为数据包类型为5，数据包数据包括6个字节的要上载的设备的UDS和对应设备的设备文件。
上载数据包格式见下表。
该数据包用于由子网网关发送的所控制家庭控制子网中某个设备的设备文件或表示整个家庭控制子网的各个设备连接情况的设备注册表。设备文件和设备注册表，由数据包中的设备UDS区分，如果UDS是子网网关的UDS，则上载设备注册表，如果是其它设备的UDS，则上载该设备的设备文件。
主网关在接收到设备注册表或设备的设备文件后，进行设备文件与网页的转换和自身内部的设备管理表格的维护。
确认命令的数据包格式为数据包类型为6，数据包数据包括1个字节的确认类型和1个字节的数据内容。
确认数据包格式见下表。
该数据包用于上述注册、注销、设置、读取等数据包的接收者对所接收到数据包的确认处理。具体定义见下表。
数字家庭网络网关之间的通讯方法是(1)家庭控制子网网关通过DHCP(动态主机控制协议)从主网关获得IP地址；
(2)主网关通过发送注册命令数据包向子网网关申请注册，子网网关接收到该命令后发送确认信息，则注册成功。注册成功后，所有通信数据包中的主网关编号则为子网网关和主网关确认对方身份的标识，子网网关只接受来自主网关IP地址且主网编号正确的数据包的请求；(3)主网关通过设置、读取命令从子网网关读取各个设备的状态参数、或设置各个设备的状态参数；(4)子网网关通过汇报命令向主网关提供各个设备的设备描述文件、各个设备的状态参数、各个设备连接状态的设备注册表等内容，使主网关了解整个家庭控制子网的状态；(5)子网网关通过上载命令向主网关发送其所控制的家庭控制子网中某个设备的设备文件或表示整个家庭控制子网的各个设备连接情况的设备注册表。主网关在接收到家电设备文件或设备注册表后，进行设备文件与网页的转换和自身内部的设备管理表格的维护；(6)在主网关、子网网关关闭前，则由关闭方在关闭前发起注销过程。如果注销请求得到对方确认，则本次注册通信中的主网编号无效，在下次注册前，子网网关不接受任何主网关的请求。
主网关如果需要与子网网关通信，进而控制家庭控制子网中的设备，需要注册到子网网关上。一旦注册到子网网关上，子网网关只与注册到自身的唯一一个主网关通信，不接受其它IP网络设备的通信请求。
注册的过程由主网关发起。主网关发送注册命令数据包，其中包括主网关的IP地址，以及由主网关随机生成的2个字节的主网编号，子网网关接收到该命令后，子网网关发送确认后，则注册成功。在注册成功后，所有通信数据包中的主网关编号则为子网网关和主网关确认对方身份的标识，子网网关只接受来自主网关IP地址且主网编号正确的数据包的请求。
在主网关、子网网关关闭前，则由关闭方在关闭前发起注销过程。如果注销请求得到对方确认，则本次注册通信中的主网编号无效，在下次注册前，子网网关不接受任何主网关的请求。
主网关与子网网关之间的通信主要是传递家庭控制子网的连接状态、各个设备的状态等。主网关通过设置、读取命令从子网网关读取各个设备的状态参数、或设置各个设备的状态参数。子网网关通过汇报命令向主网关提供各个设备的设备描述文件、各个设备的状态参数、各个设备连接状态的设备注册表等内容，使主网关了解整个家庭控制子网的状态。
由于本通信协议运行在可靠的TCP传输基础上，其传输的可靠性能够得到保证，本协议的确认功能用于描述注册、注销、设置、读取等操作的成功或失败，而不描述传输本身的正确性。
权利要求
1.数字家庭网络网关之间的通讯方法，其特征在于该方法包括如下步骤(1)家庭控制子网网关通过DHCP(动态主机控制协议)从主网关获得IP地址；(2)主网关通过发送注册命令数据包向子网网关申请注册，子网网关接收到该命令后发送确认信息，则注册成功。注册成功后，所有通信数据包中的主网关编号则为子网网关和主网关确认对方身份的标识，子网网关只接受来自主网关IP地址且主网编号正确的数据包的请求；(3)主网关通过设置、读取命令从子网网关读取各个设备的状态参数、或设置各个设备的状态参数；(4)子网网关通过汇报命令向主网关提供各个设备的设备描述文件、各个设备的状态参数、各个设备连接状态的设备注册表等内容，使主网关了解整个家庭控制子网的状态；(5)子网网关通过上载命令向主网关发送其所控制的家庭控制子网中某个设备的设备文件或表示整个家庭控制子网的各个设备连接情况的设备注册表；主网关在接收到家电设备文件或设备注册表后，进行设备文件与网页的转换和自身内部的设备管理表格的维护；(6)在主网关、子网网关关闭前，则由关闭方在关闭前发起注销过程；如果注销请求得到对方确认，则本次注册通信中的主网编号无效，在下次注册前，子网网关不接受任何主网关的请求。
2.如权利要求1所述的数字家庭网络网关之间的通讯方法，其特征在于该方法所使用的通信数据包包括帧头部分和帧数据部分，其中帧头部分包括协议版本号2位、保留2位、数据包类型4位、数据包长度2位、主网编号2位；帧数据部分包括数据0-512k字节。
3.如权利要求2所述的数字家庭网络网关之间的通讯方法，其特征在于所述数据包类型包括注册、注销、设置、读取、汇报、上载、确认和预留部分。
4.如权利要求1或2所述的数字家庭网络网关之间的通讯方法，其特征在于所述注册命令的数据包格式为数据包类型为0，数据包数据包括6个字节的主网关的IP和2个字节的主网编号。
5.如权利要求1或2所述的数字家庭网络网关之间的通讯方法，其特征在于所述注销命令的数据包格式为数据包类型为1，数据包数据包括6个字节的主网关的IP和2个字节的主网编号。
6.如权利要求1或2所述的数字家庭网络网关之间的通讯方法，其特征在于所述设置命令的数据包格式为数据包类型为2，数据包数据包括6个字节的要设置的设备的UDS、1个字节的设置命令个数和对应的设备文件的设置命令(每个设置命令为32个字节)。
7.如权利要求1或2所述的数字家庭网络网关之间的通讯方法，其特征在于所述读取命令的数据包格式为数据包类型为3，数据包数据包括6个字节的要读取的设备的UDS、1个字节的读取命令个数和对应的设备文件的读取命令(每个读取命令为32个字节)。
8.如权利要求1或2所述的数字家庭网络网关之间的通讯方法，其特征在于所述汇报命令的数据包格式为数据包类型为4，数据包数据包括6个字节的所汇报的设备的UDS、1个字节的汇报参数个数和对应的设备文件的参数(每个读取命令为32个字节)。
9.如权利要求1或2所述的数字家庭网络网关之间的通讯方法，其特征在于所述上载命令的数据包格式为数据包类型为5，数据包数据包括6个字节的要上载的设备的UDS和对应设备的设备文件。
10.如权利要求1或2所述的数字家庭网络网关之间的通讯方法，其特征在于所述确认命令的数据包格式为数据包类型为6，数据包数据包括1个字节的确认类型和1个字节的数据内容。
全文摘要
本发明涉及数字家庭网络网关之间的通讯方法。数字家庭网络网关之间的通讯方法,其特点在于:该方法包括如下步骤:(1)家庭控制子网网关通过DHCP(动态主机控制协议)从主网关获得IP地址;(2)主网关通过发送注册命令数据包向子网网关申请注册;(3)主网关通过设置、读取命令从子网网关读取各个设备的状态参数、或设置各个设备的状态参数;(4)子网网关通过汇报命令向主网关提供信息,使主网关了解整个家庭控制子网的状态;(5)子网网关通过上载命令向主网关发送其所控制的家庭控制子网中某个设备的设备文件或表示整个家庭控制子网的各个设备连接情况的设备注册表;(6)在主网关、子网网关关闭前,则由关闭方在关闭前发起注销过程。
文档编号H04L29/02GK1387345SQ02124249
公开日2002年12月25日 申请日期2002年7月12日 优先权日2002年7月12日
发明者曹京伟, 王陆冰, 王晓娟, 于志杰 申请人:北京长信嘉信息技术有限公司