专利名称：用于分布式家庭网络的集成网关及其软件框架结构的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及用于分布式家庭网络的集成网关及其软件框架结 构，更具体地说，涉及这样一种用于分布式家庭词络的集成网关及其软 件框架结构，即，提供了一种能够集成可用于家用自动化系统的有线和 无线协议的框架结构，并且允许有线协议和无线协议中的每一个都通过 利用该框架结构的网关结合外部网络协议来工作，从而可以通过单个集 成网关从外部网络来控制各种家用电器，由此可便于实现和维护家庭网 络，并且家用电器与这种网关之间的兼容性可以得到最大化。
背景技术：
一般而言，家庭网络系统是指将家庭中使用的所有电气和电子产品 连接到单个有线或无线系统中并且可以与时间和场所无关地来控制这些 产品的物理网络技术。家庭网络系统自动地控制通过在家用电器之间发 送和接收数据而交换信息、监测和安全保护的功能，以及遥控家用电器 的简单功能。
家庭网络系统连接至互联网或广域网(WAN)并且能够进行外部遥 控。家庭网关扮演了连接诸如互联网或WAN的外部网络和家庭网络的角 色。
家庭网关充当允许外部网络和家庭网络彼此结合地流畅工作的接 口，并且支持独立的个别通信网络技术。
同时，家庭自动化系统被用于以有线和无线的方式来连接家中安装 的各种家用电器，并且使得能够对它们进行更便利的控制和管理，并且 采用诸如电力线通信(PLC)或推荐标准(RS) -485的有线协议，和诸 如射频(RF)或ZigBee的无线协议。
因此，家庭网关系统利用诸如传输控制协议(TCP) /网际协议(IP)的外部网络协议和该家庭自动化系统的有线或无线协议来进行管理，由 此来遥控并监测该家庭自动化系统。
换句话说，其中家庭网络技术和家庭自动化技术彼此结合工作的对
家庭网络系统进行遥控和监测的技术使得能够通过互联网或WAN从远 程位置接入家庭中的家庭自动化系统，并且检查和控制各种家用电器的 状态。
然而，家庭自动化系统的有线和无线协议因各自协议之间的差异而 并不彼此结合地工作，导致仅提供了基于单个通信协议的家庭自动化系 统。
因此，出现了这样的问题，必须用使用相同协议的家用电器来替换 家中安装的各种家用电器，或者在家用电器使用不同协议的情况下必须 安装并管理不同的网关。
艮口，上述家庭网络系统在遥控和监测所有各种家用电器方面存在局 限性。
发明内容
因此，鉴于现有技术中出现的上述问题而提出本发明，并且本发明 的目的是提供这样一种用于分布式家庭网络的集成网关及其软件框架结 构，即，能够集成可用于家庭自动化系统的有线和无线协议的框架结构， 并且允许有线和无线协议中每一个通过利用该框架结构的网关结合外部 网络协议来工作，由此通过单个集成网关从外部网络来控制各种家用电 器。
艮P，本发明的一个目的是提供这样一种用于分布式家庭网络的集成 网关和软件框架结构，即，其将家庭自动化系统中使用的诸如RF或 ZigBee的无线协议和诸如RS-485或PLC的有线协议集成到单个平台中， 由此使得能够通过有线/无线互联网和公共交换电话网络(PSTN)从远程 位置来控制家用电器。
本发明的另一个目的是提供这样一种用于分布式家庭网络的集成网 关和软件框架结构，即，其改进了使用的便利性，由此提高了商业价值。为了实现上述目的，本发明提供了一种用于家庭网络系统中的分布
式家庭网络的集成网关，该家庭网络系统利用客户机通过互联网和PSTN 连接至家庭网关，并且利用家庭通信装置来控制多台家用电器，该集成
网关包括输入/输出接口单元，用于利用该家庭通信装置的协议接口与 这些家用电器进行通信；互联网网关单元，其连接至互联网以进行数据 通信；电话网络接口单元，其连接至PSTN以进行数据通信;微处理器， 用于处理通过该互联网网关单元和电话网络接口单元而发送和接收的数 据；控制单元，用于向该微处理器通知由该输入/输出接口单元、该互联 网网关单元以及该电话网络接口单元生成的中断，并且根据这些中断来 输出用于对该微处理器所处理的数据的发送和接收进行控制的控制信 号；通用异步接收器/发送器(UART)，用于响应于从该控制单元输出的 控制信号来控制数据在该微处理器与该输入/输出接口单元之间的发送和 接收；以及存储器单元，用于存储与多个设备的当前设置状态以及数据 的发送和接收有关的日志信息。
另外，本发明提供了一种用于分布式家庭网络的集成网关的软件框 架结构，该软件框架结构包括数据网络使用代理，用于通过互联网网 关单元对使用以太网的WAN或局域网(LAN)进行控制并且对可以通过 WAN和LAN提供的服务进行管理；电话网络使用代理，用于通过电话 网络接口单元来提供ARS功能，并且按照来自PSTN的请求来遥控和管 理多台家用电器；状态管理代理，用于对与设备的当前设置状态以及已 经存储在存储器单元中的数据的发送和接收有关的日志信息进行管理； 控制网络提取(abstraction)框架，用于执行针对输入/输出接口单元的外 挂功能，并且执行针对上级应用代理的公共服务接口功能；家庭自动化 服务框架，用于提供与该控制网络提取框架之间的接口；以及消息服务 框架，其充当使这些代理和框架组件能够彼此结合地有效工作的核心接 Pl。
本发明提供了这样一种框架结构，其能够集成可用于家庭自动化系 统的有线和无线协议，并且利用基于该框架结构的网关来集中地管理由 家中安装的各种家用电器使用的协议，从而可以通过单个网关来控制之前已经安装的家用电器而不需要替换这些家用电器，由此可易于实现和 维护家庭网络，并且可以使这些家用电器与该网关之间的兼容性最大化。
此外，家庭网络软件开发人可以利用根据本发明的软件框架结构更 加容易地开发软件。
此外，使用便利行得到了改进，从而增加了商业价值。
图1是示出根据本发明的分布式家庭网络系统的构造的框图2是示出根据本发明的用于分布式家庭网络的集成网关的构造的
框图3是示出图2中所示的微处理器的构造的框图； 图4是示出根据本发明的用于操作集成网关的软件框架的结构的框 图；而
图5是示出图4中所示的控制网络提取框架的内部结构的框图。
具体实施例方式
下面参照附图，对本发明的优选实施方式进行详细说明。 图1是示出根据本发明的分布式家庭网络系统的构造的框图。用户 利用个人计算机(PC) 210、诸如移动电话或个人数字助理(PDA)的移 动终端220或者普通电话230，经由互联网300和PSTN 400连接至家庭 网关100，然后利用家庭通信装置500来控制家用电器。
在这种情况下，使用无线应用协议(WAP) 310来通过移动终端220 连接至互联网300，而使用无线电话网络410来通过移动终端220连接至 PSTN 400。
此外，互联网300通过调制解调器320与网关100进行通信。 此外，家庭通信装置500包括LAN设备、TCP/IP设备、ZigBee设 备、RF设备、RS-485设备、PLC设备以及家庭电话网络，并且可以根据
本领域技术人员的意愿进行不同的构造。
图2是示出根据本发明的用于分布式家庭网络的集成网关的构造的框图。该集成网关包括输入/输出接口单元110、互联网网关单元120、电 话网络接口单元130、微处理器140、控制单元150、 UART 160以及存 储器单元170。
此外，利用家庭通信装置500进行数据通信的家庭设备包括诸如笔 记本计算机或PC的有线家庭终端410和家庭无线终端420、诸如数字门 锁和传感器的ZigBee设备430、诸如RF遥控器和RF开关的RF设备440、 诸如热水炉(bioler)和房间控制器的RS-485设备450、诸如PLC电力 插座和PLC开关的PLC设备460，以及家庭电话470。
输入/输出接口单元110利用家庭通信装置500的协议接口与家用电 器进行通信，并且包括与RF设备440相连接的RF接口单元111 、与ZigBee 设备430相连接的ZigBee接口单元112、与RS-485设备450相连接的 RS-485接口单元113、与PLC设备460相连接的PLC接口单元114、与 家庭无线终端420相连接的控制台串行端口 115，以及外设部件互连 (PCI)接口单元116。
互联网网关单元120连接至互联网300以进行数据通信，并且包括 与调制解调器320相连接的WAN 121，和与有线家庭终端410相连接的 LAN 122。
电话网络接口单元130与PSTN400连接以进行数据通信，并且包括 与PSTN 400相连接的外部电话网络131，和与家庭电话470相连接的内 部电话网络132。
微处理器140处理通过互联网网关单元120和电话网络接口单元130 发送来的数据，并且通过处理各种协议而能够实现基于不同协议的通信。 下面，对用于彼此不同的上述协议之间的通信的框架进行详细说明。 控制单元150向微处理器140通知由输入/输出接口单元110、互联 网网关单元120以及电话网络接口单元130生成的中断，根据这些中断 来输出用于对微处理器140所处理的数据的发送和接收进行控制的控制 信号，并且包括中断处理单元151和控制信号处理单元152。响应于中断 而发送和接收数据的方法可以根据本领域技术人员的意愿而作不同修 改。UART 160响应于控制单元150所输出的控制信号，以异步方式在微 处理器140与输入/输出接口单元110之间发送和接收数据，在发送时将 串行数据转换成并行数据，而在接收时将并行数据转换成串行数据。
存储器单元170存储有与各个设备的当前设置状态以及数据的发送 和接收有关的日志信息，并且可以包括诸如主存储器171和闪速存储器 172的多种存储器。
此外，网关100可以包括实时时钟单元101、重置电路单元102，以 及联合测试行动小组(JTAG)调试单元103，从而可以根据本领域技术 人员的意愿来提供各种附加功能。
图3是示出微处理器140的内部构造的框图。微处理器140包括以 太网交换单元141、电话网络控制单元142、接口控制单元143、状态管 理单元144、日志管理单元145以及集成控制模块146。
以太网交换单元141对互联网网关单元120进行控制，并且包括用 于控制互联网网关单元120的以太网交换控制单元141a，和用于根据以 太网交换控制单元141a的控制而支持针对互联网网关服务的动态主机配 置协议(DHCP)、 IP路由以及IP转发的网络地址变换(NAT)服务单元 141b。
电话网络控制单元142通过电话网络接口单元130来提供自动响应 服务(ARS)，并且包括用于控制与电话网络接口单元130之间的通信的 通信控制单元142a、 ARS响应单元142b以及ARS语音数据管理单元 142c。
当通过电话网络接口单元130接收到ARS请求时，向高速串行 (HSS)接口发送语音数据。此后，当用户按下数字时，ARS响应单元 142b分析所按下的数字，并且通过ARS语音数据管理单元142c来发送 与分析出的数字相对应的语音消息，或者执行与分析出的数字相对应的 指令。
通过输入/输出接口 110来发送和接收数据的接口控制单元143通过 UART160向输入/输出接口 IIO发送数据。
将与网关和设备的状态有关的信息存储在存储器单元170中并且管理这些信息的状态管理单元144将这些状态信息存储在主存储器单元151 的临时状态存储单元171b中。将与所发送和接收的消息、以太网交换状 态以及ARS的响应状态有关的日志信息存储在存储单元170中并且管理 这些信息的日志管理单元145将这些日志信息存储在主存储器单元171 的临时日志存储单元171a中。
集成控制模块146对以太网交换单元141、电话网络控制单元142、 接口控制单元143、状态管理单元144和日志管理单元145之间的数据转 换和处理以及所得数据的发送进行控制。
图4是示出根据本发明的用于操作集成网关的软件框架结构的框 图。该软件框架结构包括数据网络使用代理120A、电话网络使用代理 130A、状态管理代理170A、控制网络提取框架FIO、家庭自动化服务框 架F20以及消息服务框架F30。
数据网络使用代理120A通过互联网网关单元120对使用以太网的 WAN或LAN进行控制，管理可通过WAN或LAN提供的服务，并且包 括IP路由代理、DHCP代理、短消息服务(SMS)代理、WAP服务代理 以及web服务代理。
电话网络使用代理130A按照来自PSTN的请求，通过电话网络接口 单元130来提供ARS功能，并且通过该功能来遥控和管理家用电器。
状态管理代理170A对与设备的当前设置状态以及已经存储在存储 器单元170中的数据的发送和接收有关的日志信息进行管理，并且包括 状态管理单元和日志管理单元。
控制网络提取框架F10执行针对输入/输出接口单元110的外挂功 能，并且执行针对上级应用代理的公共服务接口功能，下面对其详细构 造进行说明。
家庭自动化服务框架F20提供与控制网络提取框架F10之间的接口 ， 并且包括RP设备代理、ZigBee设备代理、RS-485设备代理以及PCL设 备代理。
消息服务框架F30充当使这些代理和框架组件能够彼此结合地有效 工作的核心接口，并且包括设备管理器、消息服务管理器、状态管理管理器、用户认证管理器以及日志管理器，并且使这些管理器能够控制这 些代理和框架并进行数据的发送。
图5是示出图4中示出的控制网络提取框架的内部结构的框图。该 控制网络提取框架包括与下级层相连接的RF设备驱动器Fll、 ZigBee设 备驱动器F12、 RS-485设备驱动器F13以及PLC设备驱动器F14，和与 上级代理层相连接的设备文件系统接口 F15、代理登记和删除功能F16、 代理信息结构F17以及公共功能接口 F18。
RF设备驱动器Fll、 ZigBee设备驱动器F12、 RS-485设备驱动器 F13以及PLC设备驱动器F14分别与RF接口 111、ZigBee接口 112、RS-485 接口以及PLC接口 114相连接，并且每个驱动器都具有用于控制数据的 输入/输出的READ功能、WRITE功能以及CTRL功能，和用于进行代 理登记的OPEN功能，以及用于进行代理删除的CLOSE功能。
标识获得通过设备文件系统接口 F15而接入的代理并且登记与该代 理相对应的设备驱动器的代理登记和删除功能F16利用OPEN功能和 CLOSE功能来登记和删除相应驱动器。
代理信息结构F17登记与代理登记和删除功能F16所选定的代理有 关的信息。当代理登记和删除功能F16执行相应设备驱动器的OPEN功 能时，代理信息结构F17获取与通过所执行的OPEN功能而登记的相应 代理有关的信息。
此后，由所登记的代理来执行数据的发送和接收。
在想要使用另一设备驱动器的情况下，代理登记和删除功能F16执 行CLOSE功能，删除在代理信息结构F17中登记的信息，并执行想要使 用的设备驱动器的OPEN功能，由此可以将与相应代理的登记有关的信 息登记在代理信息结构F17中。
因此，可以通过外挂功能来添加或删除想要添加或删除的设备。
公共功能接口 F18根据与己经登记在代理信息结构F17中的与代理 有关的信息，利用READ、 WRITE以及CTRL功能来控制连接至相应接 口的设备。
艮卩，可以由公共功能接口 F18来控制被代理登记和删除功能F16登记过的设备，并且代理登记和删除功能F16可以按照用户的请求来选择
性地删除想要删除的设备。
如上所述，本发明提供了这样一种框架结构，其能够集成可用于家 庭自动化系统的有线和无线协议，并且利用基于该框架结构的网关来集 中地管理家中安装的各种家用电器所使用的协议，从而可以通过单个网 关来控制之前安装的家用电器而不需要替换这些家用电器，由此可易于 实现和维护家庭网络，并且可以使家用电器与网关之间的兼容性最大化。
此外，家庭网络软件开发人员可以利用根据本发明的软件框架结构 来更加容易地开发软件。
因此，本发明是非常有用的，因为使用的便利行得到了改进，从而 增加了商业价值。
尽管出于例示的目的公幵了本发明的优选实施方式，但本领域技术 人员应当清楚，在不脱离所附权利要求中公开的本发明的范围和主旨的 情况下，可以对本发明进行各种修改、增加以及替换。
权利要求
1、一种用于家庭网络系统中的分布式家庭网络的集成网关，该家庭网络系统利用客户机通过互联网和公共交换电话网络(PSTN)连接至家庭网关，并且利用家庭通信装置来控制多台家用电器，该集成网关包括输入/输出接口单元，用于利用该家庭通信装置的协议接口与这些家用电器进行通信；互联网网关单元，其连接至互联网以进行数据通信；电话网络接口单元，其连接至PSTN以进行数据通信；微处理器，用于处理通过该互联网网关单元和电话网络接口单元而发送和接收的数据；控制单元，用于向该微处理器通知由该输入/输出接口单元、该互联网网关单元以及该电话网络接口单元生成的中断，并且根据这些中断来输出用于对该微处理器所处理的数据的发送和接收进行控制的控制信号；通用异步接收器/发送器(UART)，用于响应于从该控制单元输出的控制信号来控制数据在该微处理器与该输入/输出接口单元之间的发送和接收；以及存储器单元，用于存储与多个设备的当前设置状态以及数据的发送和接收有关的日志信息。
2、根据权利要求1所述的集成网关，其中该微处理器包括以太网交换单元，用于控制该互联网网关单元；电话网络控制单元，用于通过该电话网络接口单元来提供自动响应 服务(ARS);接口控制单元，用于通过该输入/输出接口来发送和接收数据；状态管理单元，用于将与该网关和这些设备的状态有关的信息存储 在该存储器单元中并进行管理；日志管理，用于将与所发送和接收的消息、以太网交换状态以及ARS 的响应状态有关的日志信息存储在该存储器单元中并进行管理；以及集成控制模块，用于对该以太网交换单元、该电话网络控制单元、该接口控制单元、该状态管理单元以及该日志管理单元之间的数据发送 进行管理。
3、 一种用于分布式家庭网络的集成网关的软件框架结构，该软件框架结构包括数据网络使用代理，用于通过互联网网关单元对使用以太网的广域网(WAN)或局域网(LAN)进行控制，并且对可以通过该WAN和该 LAN提供的服务进行管理；电话网络使用代理，用于通过电话网络接口单元来提供ARS功能， 并且按照来自PSTN的请求来遥控和管理多台家用电器；状态管理代理，用于对与多个设备的当前设置状态以及己经存储在 存储器单元中的数据的发送和接收有关的日志信息进行管理；控制网络提取框架，用于执行针对输入/输出接口单元的外挂功能， 并且执行针对上级应用代理的公共服务接口功能；家庭自动化服务框架，用于提供与该控制网络提取框架之间的接口 ；以及消息服务框架，其充当使这些代理和框架组件能够彼此结合地有效 工作的核心接口。
4、 根据权利要求3所述的软件框架结构，其中该控制网络提取框架 包括与射频(RF)接口相连接的RF设备驱动器； 与ZigBee接口层相连接的ZigBee设备驱动器; 与推荐标准(RS) 485接口层相连接的RS-485设备驱动器； 与电力线通信(PLC)接口层相连接的PLC设备驱动器； 与上级代理层相连接的设备文件系统接口 ；代理登记和删除功能，用于标识获得了通过该设备文件系统接口而 接入的代理，并且登记与该代理相对应的设备驱动器；代理信息结构，用于登记与该代理登记和删除功能代理所选定的代 理有关的信息；以及公共功能接口，用于根据登记在该代理信息结构中的与代理有关的 信息来控制连接至相应接口的设备。
全文摘要
公开了一种用于分布式家庭网络的集成网关及其软件框架结构，该集成网关包括输入/输出接口单元、互联网网关单元、电话网络接口单元、微处理器、控制单元、通用异步接收器/发送器(UART)以及存储器单元。输入/输出接口单元与家用电器进行通信。互联网网关单元连接至互联网。电话网络接口单元连接至PSTN。微处理器处理通过互联网网关单元和电话网络接口单元而发送和接收的数据。控制单元向微处理器通知中断，并根据这些中断来输出用于控制数据的发送和接收的控制信号。UART响应于这些控制信号来控制微处理器与输入/输出接口单元之间的数据发送和接收。存储器单元存储有与设备的当前设置状态以及数据的发送和接收有关的日志信息。
文档编号H04L12/66GK101310491SQ200680042968
公开日2008年11月19日 申请日期2006年4月24日 优先权日2005年11月18日
发明者崔铉佑, 朴玳佑, 李黄义, 田浩宁 申请人:乐你韩国株式会社