专利名称：基于微微小区基站实现家电智能控制的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通讯系统，特别涉及一种基于微微小区基站实现家电智能控制的 方法及系统。
背景技术：
无线通信系统中，基站是指给终端提供服务的设备，基站与终端之间通过电磁波 进行无线通信。无线通信系统通过基站可以为一定地理范围的终端提供无线覆盖，这个地 理范围称为小区。通常，无线通信系统为了能够大范围的为用户提供无线通信，需要部署覆盖范围 大的基站。这种基站通常称为宏基站(Macro BS)，其覆盖的小区通常称为宏区(Macro Cell)。同时，无线通信系统考虑到用户的不同需求和不同使用环境，需要在某些环境或者 场景下为用户提供更高质量的无线通信服务，一些覆盖范围小、发射功率较低的基站因而 被采用。这些小型基站包括小基站(Micro BS)、微基站(Pico BS)和微微基站(Femto BS) (也可以称为家庭基站、个人基站)。通过在无线通信系统中部署微微基站，可以为家庭或 家庭办公室(SOHO)提供高速和/或专有的无线通信服务。微微基站所服务的小区称为微 微区(Femto Cell)，在微微区内接受服务的终端通常是静止或者仅以低速运动的(例如， 以步行速度运动)终端。一个宏基站最大可覆盖方圆2-3公里或更大的区域，而微微基站的覆盖范围不超 过30米。由于它们覆盖范围的巨大差别，在宏基站的覆盖范围内可能部署有大量(几百甚 至上千)的微微基站以改善室内的通信服务质量。微微基站可同时接入的最大用户数通常 为6个到8个。微微基站通常也分为开放的和专有的两种。在不超过最大用户数的前提 下，开放的微微基站可以对任何用户接入；而专有的微微基站只对专有的用户开放，其他用 户即使在专有的微微基站覆盖区也不能接入专有的微微基站。随着人们经济收入以及世界科技水平的不断提高，家用电器已经由当初的大额耐 用型消费品逐渐转变为现在的普及性消费品。在进入普通家庭的电器类型以及数量不断增 加的同时，如何能够使用户更加容易及有效率地对众多的家电进行管理已经成为一个人们 必须要面对的问题。多年以来，人们对智能家居环境的研究和追求始终没有停止过，其家居 智能化主要有三个方面家庭安全防范(HS)、家庭设备自动化(HA)、家庭通讯(HC)。而在 未来的信息化发展趋势中，数字家庭是家庭信息化的重要方向。对于专有的微微基站由于 只对专有用户开发，且可能是家庭购买，或用户套餐，femtocell BS需要自安装和自维护， 低成本，类似于modem的销售价格，且被通常放置在用户较固定的场所，因此，需要找到一 种方法能使femtocell具有智能家电功能，参与家电管理，以提高femtocell的利用价值， 有利于数字家庭整体的推广，有效的降低用户享受数字生活服务的成本，减少用户在家庭 网关上的重复投入。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种基于微微小区基站实现家电智能控制的系统，能够 利用家庭购置的Femtocell实现家庭的智能家电控制。本发明的另一目的在于，提供一种基于微微小区基站实现家电智能控制的方法， 能够利用家庭购置的Femtocell实现家庭的智能家电控制。本发明的基于微微小区基站实现家电智能控制的系统，包括控制终端、微微小区 基站Femtocell和智能家电控制网关，智能家电执行设备，其中，所述控制终端，为可以接 入微微小区基站Femtocell的设备，用于发送控制消息即包含对家电进行智能控制的控制 指令；所述微微小区基站Femtocell，是部署在室内的微微基站，用于接收所述控制消息， 将所述控制消息发送至相应的智能家电控制网关；所述智能家电控制网关，用于接收所述 微微小区基站Femtocell发来的控制消息，转换为家电控制网络的执行信息；所述智能家 电执行设备，用于根据所述家电控制网络的执行信息执行相应的控制操作。其中，所述智能家电控制网关，接收所述微微小区基站Femtocell发来的控制消 息后，检验控制终端的用户权限，根据消息内容得到预被智能家电执行设备地址以及控制 指令，然后根据该控制指令，对相应的智能家电执行设备执行相应的控制。其中，所述微微小区基站Femtocell通过控制总线连接至所述智能家电执行设 备，或者依照协商资源或设定的固定资源，通过公网向所述智能家电控制网关发送消息，或 者微微小区基站Femtocell通过所述智能家电控制网关转换成预定的无线方式向智能家 电执行设备发送无线消息。其中，在所述微微小区基站Femtocell通过控制总线连接至所述智能家电执行设 备时，智能家电控制网关集成在微微小区基站Femtocell中，通过控制总线与需要智能控 制的家电所处的家庭综合布线系统连接，所述智能家电执行设备，用于通过所述控制总线 接收所述微微小区基站Femtocell发来的控制消息，并通过所述家庭综合布线系统对相应 的电器执行相应的控制。另外，所述家庭综合布线系统中包含一至多个级别的控制器，用于接收智能家电 控制网关下发的控制命令，直到最后一级控制器，以执行相应控制操作。另外，在所述微微小区基站Femtocell以无线帧方式向智能家电控制网关发送消息 时，智能家电控制网关进一步包括无线收发模块，所述智能家电控制网关通过其无线收发模 块与所述微微小区基站Femtocell组成家庭无线网络，所述无线收发模块，用于接收所述微 微小区基站Femtocell发来的控制消息，并将接收到的控制消息发送至智能家电执行设备。其中，智能家电执行设备，支持蓝牙、WLAN、Home RF中一种或一种以上的无线传输 方式，或者有线传输方式。其中，所述智能家电执行设备，在采用WLAN无线传输方式时，支持无线局域网鉴 别与保密基础结构WAPI安全协议。进一步地，所述家庭无线网络中包含一至多个级别的控制器，用于接收智能家电 控制网关下发的控制命令，直到最后一级控制器，以执行相应控制操作。另外，在所述微微小区基站Femtocell通过无线方式控制所述智能家电执行设备 时，智能家电控制网关集成在微微小区基站Femtocell中，通过无线方式控制智能家电执 行设备，所述预定的无线方式为蓝牙、WLAN、Home RF中一种或一种以上，所述智能家电执行
5设备，用于通过所述无线方式接收所述微微小区基站Femtocell发来的控制消息，并通过 所述家庭综合布线系统对相应的电器执行相应的控制。进一步地，智能家电控制网络中可以包含一至多个级别的控制网络，用于接收智 能家电控制网关下发的控制命令，直到最后一级控制网络，以执行相应控制操作。其中，所述控制终端包括接入家庭微微小区基站Femtocell的手机、或者固定电 话、或者电脑、或者遥控设备。本发明的基于微微小区基站实现家电智能控制的方法，包括下列步骤步骤A 控制终端向公网发送控制消息，所述控制消息包含对家电进行智能控制 的控制指令；步骤B:微微小区基站Femtocell接收控制终端通过公网发送来的控制消息，将该 控制消息发送至相应的智能家电控制网关；步骤C 智能家电控制网关接收微微小区基站Femtocell发来的控制消息，对相应 的需要智能控制的家电执行相应的控制。其中，在所述步骤A中所述智能家电控制网关接收所述微微小区基站Femtocell 发来的控制消息后，检验控制终端的用户权限，根据消息内容得到预被控制的电器地址以 及控制指令，然后根据该控制指令，对相应的电器执行相应的控制。本发明的有益效果是依照本发明的基于微微小区基站实现家电智能控制的方 法，依照本发明的基于微微小区实现家电智能控制的系统及方法，使得Femtocell在满足 正常用户的覆盖要求外，还可参与智能家电管理，提高Femtocell的附加性能，利用家庭购 置的Femtocell为网关，控制终端向公网发送控制指令，通过Femtocell实现远程控制智能 家电，从而提高了 femtocell的利用价值，有利于数字家庭整体的推广，有效的降低用户享 受数字生活服务的成本，减少用户在家庭网关上的重复投入。
图1为Femtocell接入公网的工作环境示意图；图2为本发明的Femtocell实现家电智能控制的系统示意图；图3为本发明实施例的Femtocell集成智能家电控制网关的示意图；图4为本发明实施例的智能远程控制流程示意图；图5为本发明实施例的智能远程控制流程示意图。
具体实施例方式以下，参考附图1 5详细描述本发明的基于微微小区基站实现家电智能控制的 系统及方法。如图2所示，本发明的基于微微小区基站实现家电智能控制的系统，包括控制终 端、Femtocell、智能家电控制网关、智能家电执行设备。其中，控制终端，为可以接入Femtocell的设备，用于向公网发送控制消息，所述 控制消息即包含对家电进行智能控制的控制指令。Femtocell，是部署在室内的微基站，负责建立无线移动网络，用于接收控制终端 通过公网发送的控制消息，将该控制消息发送至相应的智能家电控制网关。其中，控制终端包括可以接入家庭微微小区基站Femtocell的手机、或者固定电话、或者电脑、或者遥控设 备。图1为Femtocell接入公网的工作环境示意图。智能家电控制网关，用于接收Femtocell发来的控制消息，检验控制终端的用户 权限，根据消息内容得到预被控制的电器地址以及控制指令，即转换为家电控制网络的执
行信息。智能家电执行设备，用于根据家电控制网络的执行信息执行相应的控制操作，其 中，智能家电执行设备即指预被控制的智能电器。另外，Femtocell可以通过控制总线连接至智能家电执行设备，也可以依照协商资 源或设定的固定资源，以无线帧方式向智能家电控制网关发送消息或Femtocell通过智能 家电控制网关转换成其它无线方式向智能家电执行设备发送无线消息。在Femtocell通过控制总线连接至智能家电执行设备时，智能家电控制网关集 成在Femtocell中，通过控制总线与家庭综合布线系统连接，智能家电控制网关主要是命 令解析和总线端口控制，通过家庭综合布线系统各个工作节点对相应的电器执行相应的控 制。在Femtocell以无线帧方式向智能家电控制网关发送消息时，智能家电控制网关 进一步包括无线收发模块，通过无线收发模块与Femtocell组成家庭小范围无线网络。其 中，无线收发模块，用于接收Femtocell的无线信息，网关转换可以支持蓝牙、WLAN、Home RF 或者其它近距离无线传输方式的协议转换，也可以支持控制总线方式，将接收Femtocell 发来的控制消息，并将接收到的控制消息转换为蓝牙、WLAN、Home RF或者其它近距离无线 传输方式或总线控制命令，发送至智能家电执行设备。Femtocell转换成其它无线方式向智能家电执行设备发送无线消息时，智能家电 控制网关集成在Femtocell中，用于无线协议转换，可以支持蓝牙、WLAN、Home RF或者其它 近距离无线传输方式，通过无线方式控制智能家电执行设备，智能家电的无线方式可以是 蓝牙、WLAN、Home RF中一种或一种以上，所述智能家电执行设备，用于通过所述无线接收方 式接收Femtocell发来的控制消息。在具体实现时，集成在Femtocell上智能家电控制网关，可以根据消息类型选择 有线或无线方式，当采用无线方式时，通过消息类型，进行协议转换，转换成蓝牙、WLAN、 Home RF中一种或一种以上，通过蓝牙、WLAN、Home RF的无线网络进行发送。其中，在采用 WLAN无线传输方式时，特别支持无线局域网鉴别与保密基础结构(WLAN Authentication and Privacy Infrastructure, WAPI)安而集成在智能家电上的控制网关，首先和Femtocell进行预先协商或配置的无线 资源资源，接收Femtocell的无线信息，监听响应的资源信道或以消息触发机制保证信息 的接收，在响应的信道中发现与自己相关的信息时，对控制消息进行解析，识别相应的控制 命令对相应的电器执行相应的控制或通过家庭综合布线系统对相应的电器执行相应的控 制。另外，家庭智能家电控制网络中包含一至多个级别的控制网络，用于接收智能家 电控制网关下发的控制命令，直到最后一级控制网络，以执行相应控制操作。每一级网络可 以和上一级相同也可以不同，可以是有线到无线，也可以是无线到有线，或无线到无线。基于如上所述可知，Femtocell作为家庭智能控制中心，利用其现有的移动无线通讯机制，例如GSM、WCDMA, Wimax等或未来4G网络，也可以是internet网络，构成智能 家电对外网的延伸；安装在家中的Femtocell和其它含有类似与手机接收功能的智能电 器，例如家庭安全监控系统、家庭智能工作电器，组成以现有的移动通讯机制为基础的，以 Femtocell为控制中心的无线网络；为了减低家电的成本，以一个含有智能接收功能的智 能家电作为智能控制工作节点，进一步说，由智能家电控制网关完成无线接收和控制功能， 作为家庭智能网络的无线接入和转换点，可以进行协议转换，转换已有的家庭布线或已有 的红外、蓝牙等电器模块，有线和无线合理结合组成完整的智能家电网，也可以通过无线方 式在室内遥控Femtocel 1，控制其它智能家电执行设备。另外，在具体实现时，智能家电控制网关也可以集成到Femtocell上，进行协议转 换。如图3所示，为Femtocell集成智能家电控制网关的示意图。以蓝牙实现方式为例子， 进行如下说明在Femtocell嵌入的蓝牙模块为主蓝牙模块，其它电子设备为从蓝牙模块， 主从蓝牙的区别在于主蓝牙可以主动发出指令搜索蓝牙设备，建立和断开链接；而从蓝 牙则必须等待主蓝牙的指令才能开始工作。其转换过程如下在下行过程中，无线收发模块 接收的语音或数据信号，分别送至语音处理单元或数据处理单元进行处理后，送到蓝牙模 块通过蓝牙的空中接口传输到蓝牙手机或各种蓝牙适配器中；在上行过程中，蓝牙模块首 先接收蓝牙手机或各种蓝牙适配器的语音或数据信号，经过微处理器后，分别由语音或数 据处理器进行信号处理。另外，室内的无线网络采用许可频段，可以和重叠的宏小区相同也可以不同。本发明的基于微微小区实现家电智能控制的方法，包括下列步骤步骤100 =Femtocell接收控制终端通过公网发送的控制消息，将该控制消息发送 至相应的智能家电控制网关；其中，在步骤100中，可以是用户通过发送手机短信、或者拨通家庭Femtocell通 过语音方式、或者用户通过网络登陆家庭网络或通过遥控设备发送控制消息。步骤200 智能家电控制网关接收Femtocell发来的控制消息，检验控制终端的用 户权限，根据消息内容得到预被控制的电器地址以及控制指令，然后根据该控制指令，对相 应的电器执行相应的控制。如图3所示，为本发明实施例的基于微微小区实现家电智能控制的方法示意图， 包括下列步骤步骤11 =Femtocell初始化以及智能家电控制网关初始化。其中，Femtocell初始化，主要完成与公网同步，进行网络进入的相关操作，如 Femtocell基站注册，测量，获得参数配置；智能家电控制网关初始化，包括设备初始化、设 置参数；设备之间建立连接，如智能家电控制网关注册到Femtocell，资源协商等，主设备 和从设备之间建立连接，如下一级网络是蓝牙，则智能家电控制网关查询周边蓝牙设备地 址，如果地址已知，就采用页信息(Page message)建立连接；如果地址未知，就采用紧随页 信息的查询信息(Inquiry message)建立连接。查询信息主要用来查询地址未知的设备， 它与页信息类似，但需要附加一个周期来收集所有的应答。在初始页状态(PAGE state)，主 设备在16个跳频频率上发送一串相同的页信息给从设备，如果没有收到应答，主设备就在 另外的16个跳频频率上发送页信息。主设备到从设备的最大时延为两个唤醒周期(2. 秒)，平均时延为半个唤醒周期(0. 64秒)，建立连接。其中，智能家电控制网关作为主设备，其它各级受智能家电控制网关控制的控制器(控制节点)为从设备。步骤12 用户通过发送手机短信、或者拨通家庭Femtocell通过语音方式、或者用 户通过网络登陆家庭网络或通过遥控器发送控制消息发送控制消息。步骤13 =Femtocell接收控制信息，进行解码，根据信息类型，按以协商资源或采 用Femtocell设定固定的资源，资源映射，按无线帧格式发送。步骤14 智能家电控制网关在初始化后，监听响应的资源信道或以消息触发机制 保证信息的接收，在响应的信道中发现与自己相关的信息时，解码信令信息，先进行命令识 别，检验权限，根据消息内容得到预被控制的电器地址以及控制指令，并判断是否是最后一 级控制器，如果是，则按解析命令执行控制操作，如果同时分配了上行信道，则功能执行后， 在上行信道反馈响应的执行信息；否则，通过总线或其他无线方式继续向下一级控制器发 送控制命令，直到最后一级控制器，并按解析命令执行相应控制操作。如图5所示，本发明实施例的基于微微小区实现家电智能控制的方法的示意 图。在微微网建立之前，家庭网络中的从设备进行初始化、设置参数操作，在处于就绪 (STANDBY)状态下，未连接的设备每隔1.28秒监听一次消息，设备一旦被唤醒，就在预先设 定的32个跳频频率上监听信息。由于大部分蓝牙模块和芯片都有串口或USB、数字IO 口、模拟IO 口、SPI编程口 等，这就要求智能家电控制网关集成设计时预留蓝牙接口，以方便扩充下一级家庭无线监 控功能。图6是Femtocell集成智能家电控制网关的示意图，该图中无线收发模块(如蓝 牙、WLAN、红外等)完成符合其规范的空中接口，以蓝牙为例，其实现蓝牙HCI层以下协议， 并且提供了符合蓝牙规范的空中接口，Femtocell完成Femtocell基站的功能，智能家电控 制网关集成了家庭无线协议栈和Femtocell协议栈及管理程序，进行相互协议转换，完成 家庭网络与外部网络的通讯。另外，对于采用Femtocell基站的家庭，用户可以通过远程网络的方式控制家电 的工作，实现电脑-—IP网络-—Femtocell-—智能家电。Femtocell与外部互连网相连， 室内构成方式为如前所述的家庭网，即利用其现有的移动无线通讯机制，或通过Femtocell 网关转换为近距离无线或有线家电智能网。综上所述，依照本发明的基于微微小区基站实现家电智能控制的系统及方法，使 得Femtocell在满足正常用户的覆盖要求外，还可参与智能家电管理，提高Femtocell的附 加性能，利用家庭购置的Femtocell为网关，链接外部的用户终端，直接完成远程家电控制 和用户移动终端的家庭遥控，，从而提高了 femtocell的利用价值，有利于数字家庭整体的 推广，有效的降低用户享受数字生活服务的成本，减少用户在家庭网关上的重复投入。以上是为了使本领域普通技术人员理解本发明，而对本发明所进行的详细描述， 但可以想到，在不脱离本发明的权利要求所涵盖的范围内还可以做出其它的变化和修改， 这些变化和修改均在本发明的保护范围内。
权利要求
一种基于微微小区基站实现家电智能控制的系统，其特征在于，包括控制终端、微微小区基站Femtocell和智能家电控制网关，智能家电执行设备，其中，所述控制终端，为可以接入微微小区基站Femtocell的设备，用于发送控制消息即包含对家电进行智能控制的控制指令；所述微微小区基站Femtocell，是部署在室内的微微基站，用于接收所述控制消息，将所述控制消息发送至相应的智能家电控制网关；所述智能家电控制网关，用于接收所述微微小区基站Femtocell发来的控制消息，转换为家电控制网络的执行信息；所述智能家电执行设备，用于根据所述家电控制网络的执行信息执行相应的控制操作。
2.如权利要求1所述的基于微微小区基站实现家电智能控制的系统，其特征在于，所 述智能家电控制网关，接收所述微微小区基站Femtocell发来的控制消息后，检验控制终 端的用户权限，根据消息内容得到预被智能家电执行设备地址以及控制指令，然后根据该 控制指令，对相应的智能家电执行设备执行相应的控制。
3.如权利要求1或2所述的基于微微小区基站实现家电智能控制的系统，其特征在于， 所述微微小区基站Femtocell通过控制总线连接至所述智能家电执行设备，或者依照协商 资源或设定的固定资源，通过公网向所述智能家电控制网关发送消息，或者微微小区基站 Femtocell通过所述智能家电控制网关转换成预定的无线方式向智能家电执行设备发送无 线消息。
4.如权利要求3所述的基于微微小区基站实现家电智能控制的系统，其特征在于，在 所述微微小区基站Femtocell通过控制总线连接至所述智能家电执行设备时，智能家电控 制网关集成在微微小区基站Femtocell中，通过控制总线与需要智能控制的家电所处的家 庭综合布线系统连接，所述智能家电执行设备，用于通过所述控制总线接收所述微微小区 基站Femtocell发来的控制消息，并通过所述家庭综合布线系统对相应的电器执行相应的 控制。
5.如权利要求4所述的基于微微小区基站实现家电智能控制的系统，其特征在于，所 述家庭综合布线系统中包含一至多个级别的控制器，用于接收智能家电控制网关下发的控 制命令，直到最后一级控制器，以执行相应控制操作。
6.如权利要求3所述的基于微微小区基站实现家电智能控制的系统，其特征在于，在 所述微微小区基站Femtocell以无线帧方式向智能家电控制网关发送消息时，智能家电控 制网关进一步包括无线收发模块，所述智能家电控制网关通过其无线收发模块与所述微微 小区基站Femtocell组成家庭无线网络，所述无线收发模块，用于接收所述微微小区基站 Femtocell发来的控制消息，并将接收到的控制消息发送至智能家电执行设备。
7.如权利要求6所述的基于微微小区基站实现家电智能控制的系统，其特征在于，智 能家电执行设备，支持蓝牙、WLAN、Home RF中一种或一种以上的无线传输方式，或者有线传 输方式。
8.如权利要求7所述的基于微微小区基站实现家电智能控制的系统，其特征在于，所 述智能家电执行设备，在采用WLAN无线传输方式时，支持无线局域网鉴别与保密基础结构 WAPI安全协议。
9.如权利要求7所述的基于微微小区基站实现家电智能控制的系统，其特征在于，所 述家庭无线网络中包含一至多个级别的控制器，用于接收智能家电控制网关下发的控制命 令，直到最后一级控制器，以执行相应控制操作。
10.如权利要求3所述的基于微微小区基站实现家电智能控制的系统，其特征在于，在 所述微微小区基站Femtocell通过无线方式控制所述智能家电执行设备时，智能家电控制 网关集成在微微小区基站Femtocell中，通过无线方式控制智能家电执行设备，所述预定 的无线方式为蓝牙、WLAN、Home RF中一种或一种以上，所述智能家电执行设备，用于通过所 述无线方式接收所述微微小区基站Femtocell发来的控制消息，并通过所述家庭综合布线 系统对相应的电器执行相应的控制。
11.如权利要求10所述的基于微微小区基站实现家电智能控制的系统，其特征在于， 智能家电控制网络中包含一至多个级别的控制网络，用于接收智能家电控制网关下发的控 制命令，直到最后一级控制网络，以执行相应控制操作。
12.如权利要求10所述的基于微微小区基站实现家电智能控制的系统，其特征在于， 所述控制终端包括可以接入家庭微微小区基站Femtocell的手机、或者固定电话、或者电 脑、或者遥控设备。
13.一种基于微微小区基站实现家电智能控制的方法，其特征在于，包括下列步骤步骤A 控制终端向公网发送控制消息，所述控制消息包含对家电进行智能控制的控制指令；步骤B:微微小区基站Femtocell接收控制终端通过公网发送来的控制消息，将该控制 消息发送至相应的智能家电控制网关；步骤C 智能家电控制网关接收微微小区基站Femtocell发来的控制消息，对相应的需 要智能控制的家电执行相应的控制。
14.如权利要求13所述的基于微微小区基站实现家电智能控制的方法，其特征在于， 在所述步骤A中所述智能家电控制网关接收所述微微小区基站Femtocell发来的控制消 息后，检验控制终端的用户权限，根据消息内容得到预被控制的电器地址以及控制指令，然 后根据该控制指令，对相应的电器执行相应的控制。
全文摘要
本发明提供一种基于微微小区基站实现家电智能控制的系统及方法，其中，该系统包括控制终端、微微小区基站Femtocell、智能家电控制网关、智能家电执行设备，其中，控制终端，为可以接入Femtocell的设备，用于发送控制消息即包含对家电进行智能控制的控制指令；Femtocell，是部署在室内的微微基站，用于接收所述控制消息，将所述控制消息发送至相应的智能家电控制网关；所述智能家电控制网关，用于接收Femtocell发来的控制消息，转换为家电控制网络的执行信息，所述智能家电执行设备，用于根据家电控制网络的执行信息执行相应的控制操作。本发明能够利用家庭购置的Femtocell实现家庭的智能家电控制。
文档编号H04W88/08GK101959328SQ20091015793
公开日2011年1月26日 申请日期2009年7月17日 优先权日2009年7月17日
发明者王文焕, 皮波 申请人:中兴通讯股份有限公司