专利名称：一种通信实现方法及其器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种国际通信标准的补强扩展技术实现方法及其器件。
背景技术：
进入21世纪以来，网络成为日常生活中的一部分，现实中存在的东西几乎都与网络有关。人类借助的普及的无线和有线网络，使得信息流通不断加速，覆盖面不断扩大。在网络从点到点、人到人、房到房、物到物的合纵连横发展过程中，改造现有网络的价值充分体现，如有线电视网、电力网、电话网和无线网，都是在原有的连接上实现了双向宽带。网络的发展还在继续，从家庭、个人延伸到万物。家庭网络是基于家庭的通信信息、娱乐、安全、 能源管理的网络，支撑着家庭数字化、智能化。个人网络由手机、个人电脑、便携式到人体健康监控微型设备，综合了个人的工作、娱乐和生命。传统网络正向物联网演进，万物互联互通的物联网时代正在快速到来。网络应用的增加导致对带宽和稳定性需求日益增加，成为家庭网络发展的瓶颈。基于单一介质的网络技术，如基于电话线的HPNA (home phoneline networking agreement，家居电话线联网协议)、同轴电缆的MoCA(Multimedia over Coax Alliance，同轴电缆多媒体联盟)、电源线的HomePlug (Home Plug PowerLine Alliance，家庭插座电力线联盟)，由于它们之间的不兼容性，在应用中已经暴露出资源孤岛的先天局限性，发展前景受到严重影响。2010年6月由ITU-T (国际电信联盟远程通信标准化组织)通过的G. hn标准，统一了有线家庭网络技术。G.hn是基于有线介质，包括电话线、同轴电缆、电源线的统一的宽带通信技术。在带宽、QoS (Quality of krvice，服务质量)、安全性等方面远超出现有单一的针对电话线、同轴电缆、电源线的宽带网技术，很适合我国推广，其主要优越性是
1. 基本技术起点高。mbps的物理速率，目前在同轴电缆已达到800Mbps，电话线已达到400Mbps，电力线为500Mbps，超过现有技术许多倍。能满足今后几十年的需求；QoS 和安全性也得到加强。2. 适合我国网络基础发展不平衡的现状。电话线、同轴电缆、电源线多种介质资源共享。只要一种介质存在，就可以实现宽带联网。多种介质同时存在时，可以择优，可以叠加。择优就是可以从电话线、同轴电缆和电力线中任选其中之一。叠加就是同时使用多个网络介质。3. 光纤到楼/村成为共识后，G. hn综合利用，成为接入网和家庭网基于有线介质的最佳解决方案。G. hn是针对家庭网络而设立的有线介质传输标准，但也存在一些根本性的问题。 主要是
1.仅包含有线介质，形成有线覆盖，没有包含无线以形成覆盖面。无线是网络从线到面、支持移动的关键元素。
2.只考虑宽带，未包括实际应用中的很多窄带。未来家庭网络的多数设备如传感器、开关、控制器、执行器都是窄带设备，各种智能应用如智能光源、智能家电、智能能源、智能医护、智能安全多数是窄带应用。这些窄带应用如果采用G.hn网元，成本太高。现有的资源也不能复用。现代通信形成了不同应用的多个网络，包括有线网络和无线网络。基于不同介质的各种网络的机制和协议壁垒森严、互联互通困难。而在实际应用中，许多网络之间的交互，同时需要多个网络的支持。例如，我国幅员辽阔，各地通信网络基础不一。在城市，电话线、有线电视、电力线、无线，甚至光纤都已到户，电力线到每一个房间。家庭网以及基于家庭网的扩展可以采用任何一种有线介质和无线。对需要特别高带宽高稳定的场合，可以采用电话线、有线电视、电力线和无线同时传输。在农村、边远山区和落后地区，可能只有电力线实现了到户到房。此时可以采用G. hn的电力线方式以及本发明的扩展方式。有的地方甚至连电力供应都没有，此时可以直接采用本发明的无线扩展方式，供电则可以用太阳能、风能等解决。通过本发明，不管有什么通信介质甚至没有有线介质，也可实现通信和联网，可以从不同介质和网络中优选方案。解决了通信网络到户、到房间、到万物的组网联网问题。 而多种网络的存在也提供了网络冗余备份的条件。长期以来，网络的重复建设、重复处理增加了系统的复杂性，浪费了许多宝贵的资源。然而，最好的解决方案是利用现有网络资源作低成本改造，实现融合网络通信，目前一种解决方法是采用软件实现的专用网关设备，但这种方式使网络融合的解决方案变得很复杂，成本高。而且交互之处形成瓶颈，处理速度受限，时延增加，信息流通不顺畅。不适合大规模推广应用。然而需要解决上述问题，最好的解决方法是技术体制上分布网关，利用硬件和软件结合的方法实现高效率低成本，消除瓶颈，使得信息流通处理顺畅。因此，应当由硬件模块或芯片来承担通信中复杂的、重复性的底层协议工作。因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
为了解决G. hn的局限性问题，本发明提出了 G. hn补强扩展的技术架构实现方法， 并提出了实现的模块或器件装置；基于G. hn的技术优势和不足之处，本发明的目的在于提供一种网络补强和扩展的技术架构和器件模型，具有优势互补、资源共享的特点，使网络末端技术趋以完善，扩展变得简单，增加覆盖，降低复杂度和成本，有利于应用的拓展。为了达到上述技术目的，本发明采取了以下技术方案
一种补强扩展G. hn的通信实现方法，其采用G. hn扩展网关实现以下步骤
A、在扩展无线介质时，由G.hn设备的Phy层和MAC层与非G. hn设备的无线Phy和MAC 层设置在一起，同时分别接收外部数据；
B、接收数据时由虚拟协议栈桥接，调用G.hn真实协议栈和相应的无线真实协议栈处理。所述的通信实现方法，其中，还包括步骤
C、在扩展窄带时，G.hn设备的Phy层和MAC层与非G. hn设备的窄带Phy层和MAC层设置在一起，同时分别接收数据；D、接收数据时由虚拟协议栈桥接，调用G. hn真实协议栈和相应的窄带真实协议栈处理。所述的通信实现方法，其中，所述步骤B还包括
通过虚拟协议栈对所述外部数据进行网络检测和协议检测，并建立网络连接； 在处理通信协议时，由所述虚拟协议栈调用相应的真实协议栈，进入软件处理流程。所述的通信实现方法，其中，所述步骤D还包括
通过虚拟协议栈对所述外部数据进行网络检测和协议检测，并建立网络连接； 在处理通信协议时，由所述虚拟协议栈调用相应的真实协议栈，进入软件处理流程。所述的通信实现方法，其中，在发送数据时，由真实协议栈直接调用相应的MAC层向外部发出数据。一种补强扩展G. hn的通信实现器件，其采用G. hn扩展网关，其中，设置用于同时分别接收外部数据的G. hn设备Phy层和MAC层与非G. hn设备无线Phy和MAC层，设置在同一通信实现器件中，用于扩展无线介质；
在所述通信实现器件的网络层，通过软件实现一用于接收数据时桥接的虚拟协议栈， 用于调用G. hn真实协议栈和相应的无线真实协议栈处理。所述的通信实现器件，其中，还包括设置在一起的G. hn设备Phy层和MAC层与非 G. hn设备窄带Phy层和MAC层，用于同时分别接收数据，扩展窄带；
所述虚拟协议栈用于桥接，在接收数据时调用G. hn真实协议栈和相应的窄带真实协议栈处理。所述的通信实现器件，其中，将G. hn设备的G. hn芯片与需要扩展的非G. hn设备的芯片做成一个G. hn扩展模块。所述的通信器件，其中，G. hn系列设备也包含G. fast和G. hnem和今后扩充的技术，其中G. fast用于接入网段，G. hnem用于窄带通信。所述的通信实现器件，其中，所述非G. hn设备的无线方式在接入网端，采用ΜΙΜΟ、 WiFi、UWB、Wimax、Zigbee、Zwave中的任一个；在家庭内网段，采用无线宽带和窄带的ΜΙΜΟ、 WiFi, UffB, Wimax、Zigbee、Zwave中的任一个或多个的组合。所述的通信实现器件，其中，在家庭内网的扩展段，选择子网方式，并通过一扩展网关，以宽带的ΜΙΜΟ、WiFi、UWB、Wimax中的任一种和窄带的Zigbee、Zwave中的任一种或多种的组合无线方式向外延伸。本发明G. hn补强扩展的技术实现方法及其器件，提供了一种通信机制及其实现通信的方法和装置，由于利用G. hn统一了有线介质和优秀的网管特性，基于G. hn进行无线和窄带的扩展，可以最大限度地利用网络的现有资源，实现不同介质、网络的互补，有线和无线互补，宽带和窄带互补，降低了通信的复杂性和成本，提高了可靠性，增加了网络的覆盖，实现G. hn从线到面的飞跃，从宽带到全带的飞跃。
图1为本发明家庭网与其他网络的关联连接的架构示意图。图2为本发明实现方法中G. hn补强扩展技术架构示意图。图3为本发明实现方法中G. hn扩展通信网络架构示意图。
图4为本发明实现方法中基于家庭网的窄带应用功能示意图。图5为本发明实现方法中基于G，hn网络扩展的模块和器件网络架构示意图。图6为本发明实现方法中G. hn扩展通信的虚拟协议栈模型图。图7为本发明实现方法中G. hn扩展网关的硬件模块图。图8为本发明实现方法中G. hn扩展网关数据接收处理流程示意图。图9为本发明实现方法中G. hn扩展网关数据发送处理流程示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于G. hn的补强技术，以多种有线介质共享互补，有线无线互补，宽带窄带互补为特点，形成综合优势，无线扩展形成覆盖面，窄带应用可以极大降低成本，而成本也是消费电子产品的关键元素。本发明补强扩展方案为接入网、家庭网和基于家庭网的拓展应用提供了发展空间。本发明家庭网络的整体连接示意图如图1所示，以家庭网关为节点。向上连接接入网，向下包括家庭娱乐网、通信网、能源网、健保网，以及扩展的其他子网等。本发明所提供的一种G. hn补强扩展的技术架构实现方法，增加了无线方式和窄带通信方式，如图2所示，现有家庭网络中仅G. hn已不足于覆盖，也不经济，而本发明实施例中以G. hn为主干，扩展非G. hn设备，形成一个完备的G. hn补强扩展网络，覆盖至多个网本发明G. hn设备包括电话线猫(modem，以下都采用其俗称猫)、同轴电缆猫、电力线猫，非G. hn设备包括WiFi猫，MIMO猫、UWB猫，Zigbee猫，窄带电力猫等。在本发明家庭网络中包含了众多的窄带设备，所有家电都分别对应有一个猫，非家电设备如烟雾检测器、 煤气检测器、读卡器、摄像机等也都对应有一个猫，参见图3和图4所示，所有设备的都具有一个猫。这些窄带设备不需要成本高的G. hn网元，可以采用更经济有效的窄带解决方案家庭网络的窄带设备；可以采用与G.hn补强扩展网络相同的介质，形成宽带与窄带复用的综合网络。其中无线方式有以下含义
在接入网端，可以选择任意的无线方式，如MIMO WiFi (ΜΙΜΟ(Multiple-Input Multiple-Out-put)多输入多输出系统是一项考虑用于802. Iln的技术)，WiFi (无线局域网)，UWB (Ultra Wideband，无载波通信技术)，Wimax (Worldwide Interoperability for Microwave Access，全球微波互联接入)，Zigbee (—种自组网的无线窄带技术，国际标准IEEE 802. 15. 4), Zwave (国际Z波联盟的自组网无线窄带技术，非国际标准)等。在家庭内网段，可以选择宽带和窄带的ΜΙΜ0，WiFi，UWB，Wimax，Zigbee，Zwave等及其组合，使家庭内网符合实际应用需求，并降低成本，其中宽带是指M级的带宽，窄带是指K级带宽，每个标准的不同版本带宽都不同。在家庭内网的扩展段，选择子网方式，通过一个扩展网关，以宽带的ΜΙΜ0，WiFi, UffB, Wimax和窄带的Zigbee，Zwave等及其组合的无线方式向外延伸。
所述的扩展网关，满足G. hn规范，使得通过其拓展的子网与G. hn兼容，通过G. hn 扩展网关实现。所述窄带的通信方式有以下含义
基于有线的窄带的通信方式中，包括基于电力线、同轴电缆、电话线的窄带通信技术和基于无线的窄带通信技术。其中，窄带通信使用的资源(包括频谱、地址等)与宽带分开，对宽带没有干扰和影响，这是因为宽带带宽的特点，描述和消耗比较大，例如互联网，而窄带如需远程控制电灯，信息很小，但数量很大；两者如果不分开，就会互相干扰，造成不稳定。在接入网端，可以选择任意的窄带通信方式，包括有线的电力线、同轴电缆、电话线和无线；在家庭网段，可以选择任意的窄带通信方式及其组合，使家庭网络符合实际应用需求。在家庭网的扩展段，选择子网方式，通过一个扩展网关，以窄带的通信方式向外延伸。 所述的扩展网关，满足G. hn规范，使得通过其拓展的子网与向上与G. hn兼容。本发明所述G. hn扩展网关，如图7所示，具有如下特征如果只扩展无线介质， G. hn的Phy层(物理层)和MAC层(Media Access Control，媒体访问控制子层协议))与非 G. hn的无线Phy和MAC层做到一起，接收数据时由虚拟协议栈桥接，调用G. hn真实协议栈和相应的无线真实协议栈处理。如果只扩展窄带，G. hn的Phy和MAC层与非G. hn的窄带 Phy和MAC层做到一起，接收数据时由虚拟协议栈桥接，调用G. hn真实协议栈和相应的窄带真实协议栈处理。本发明中G. hn扩展通信的虚拟协议栈模型如图6所示。如果同时扩展无线介质和窄带，如图5所示，G.hn的Phy和MAC层与非G. hn的无线Wiy和MAC层、以及窄带Wiy和MAC层做到一起，由虚拟协议栈桥接，接收数据时调用G. hn 真实协议栈、相应的无线真实协议栈处理和窄带真实协议栈处理。本发明方法和器件采用了硬件和软件方法构造扩展网关，硬件实现方式有两个 一是G. hn芯片与需要扩展的芯片做成一个G. hn扩展模块，这个模块需要一个协议处理软件嫁接两个芯片提供物理层和MAC层；二是可以融合成一个芯片，如图5所示的方法。这两个方法都能实现OSI七层架构的物理层和MAC层，其他采用软件实现。而芯片的方法成本最低。在网络层，采用软件的方法，建立一个虚拟网络协议栈，通过调用与发送接收方吻合的真实协议来处理信息，将G. hn和需要扩展的网络融合到一起。在扩展网关芯片架构上，G. hn的MAC层与无线MAC层并行做到一起，使这些MAC层能同时接收从外部不同有线网络介质发来的数据，包括无线。本发明所述G. hn扩展网关，发送数据的处理流程如图8和图9所示，具有如下步骤和特征
数据处理模块调用真实协议栈向其MAC层发送数据；MAC层通过其Phy层直接发出数据。具体地，如图8所示，本发明G. hn扩展网关进行数据接收处理的过程包括由 G. hn设备和非G. hn设备的MAC层同时分别接收外部数据；并统一将外部数据转交给虚拟协议栈；通过虚拟协议栈对所述外部数据进行网络检测和协议检测，并建立网络连接；有数据处理单元对所述外部数据进行分析获得通信协议，由虚拟协议栈调用相应的真实协议栈，然后进行数据处理。如图9所示，本发明G.hn扩展网关进行数据发送处理的过程包括在数据处理后，通过真实协议栈发送给相应的MAC层，由相应的MAC层向外部发送数据。本发明提供的G. hn补强扩展技术架构，是以G. hn为主的架构，是G. hn家庭网络完备的基础上向外扩展的架构。新的G. hn扩展网络定义是以G. hn为主体的，包括无线通信，兼容窄带技术，通过G. hn扩展网关向外延伸的网络架构。为了实现G. hn补强扩展技术架构，需要采用硬件和软件方法构造扩展网关，硬件实现OSI (Open System Interconnect，开放式系统互联)七层架构的物理层和MAC (Media Access Control，媒体访问控制子层协议)层，如图6所示，方式有两个一是G. hn芯片与需要扩展的芯片做成一个G. hn扩展模块，二是融合成一个芯片。芯片架构上，G.hn的MAC层与无线MAC层并行做到一起，使这些MAC层同时接收从外部不同网络发来的数据，包括无线。在网络层，采用软件的方法，建立一个虚拟网络协议栈，通过调用与发送接收方吻合的真实协议来处理信息，将G. hn和需要扩展的网络融合到一起。扩展子网的网关(Gateway)或主端(Master)是基于G. hn的设备，包括电力线、同轴电缆、电话线和无线的宽带和窄带应用，主要用来解决扩展子网与G. hn的兼容性问题。扩展子网的客户端(Slave)是电力线、同轴电缆、电话线和无线的宽带或窄带应用，与G. hn兼容的问题已经由网关解决，客户端此时主要考虑能力、性能和实用性。本发明从硬件或器件上支持G. hn组网，继承了 G. hn统一有线传输介质和性能特性，增加了新的无线介质，使本系统的通道、能力、灵活性增加，复杂性大大降低，从根本上解决了家庭网及其组网扩展能力。并且，本发明基于国际标准，建立在现有网络的基础上，能有效地发挥现有网络的潜能，减少了由于网络互联互通带来的重复建设和投资，系统复杂度降低，可靠性、安全性有保障，支持大规模组网，简单易用、兼容IPV6协议，与现有通信网络和通信系统的发展方向吻合，支持各种智能产业的应用，是低成本的网络解决方案，有利于新网络和应用的迅速推广。综上所述，本发明提供的通信机制及其实现通信的方法，由于利用了 G. hn统一了有线介质和优秀的网管特性，基于G. hn进行无线和窄带的扩展，可以最大限度地利用网络的现有资源，实现不同介质、网络的互补，有线和无线互补，宽带和窄带互补，降低了通信的复杂性和成本，提高了可靠性，增加了网络的覆盖，实现G. hn从线到面的飞跃，从宽带到全带的飞跃。其实现了以下效果
1、网络叠加互补三种有线网络介质和无线的融合互补，宽带和窄带的网络互补，形成一个全新的组合网络，G.hn网络成为主干，其他的网络为子网。组合网络在覆盖面、功能和应用上远大于G. hn网络。2、资源复用现有网络的所有资源在新的组合网络中可重复使用，无缝升级，新的
模块和器件(芯片)在组合网络中作为系统中的扩展网关，即两个以上网络的互联互通桥 M
TTC。3、软硬件互补扩展网关的交互放到最底层。由软硬件互补实现。降低网络扩展的复杂度和开销，使组网的复杂度大幅降低，因而成本大幅降低。4、应用叠加扩展不仅实现了介质的互补和网络的互补，覆盖的叠加，更重要的是应用基于G.hn主干的网络可以无限扩展。从而带来许多前所未有的、覆盖万物的应用，有广阔的发展前景。5、本发明模块和芯片实现的方法简单，有利于新的技术推广。本发明的扩展通信技术对当前我国的多网融合、智能能源网、智能电网、物联网的普及和推广将起到支撑作用，有着无限的发展潜力，继承了 G. hn统一有线传输介质和性能特性，增加了新的无线介质，使本系统的通道、能力、灵活性增加，实现了线到面的通信覆盖；增加了新的窄带通信非G，hn设备，使得组网和应用的成本降低，实用性提高。应当说明的是，本发明实现方法和器件中，采用电话线、同轴电缆、电力线和无线， 几乎包含了所有介质，宽带和窄带包含了所有的应用。采用本发明可以根据需求优选方案， 优选介质，优选带宽，实现最低成本，适合推广运用。可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种补强扩展G. hn的通信实现方法，其采用G. hn扩展网关实现以下步骤A、在扩展无线介质时，由G.hn设备的Phy层和MAC层与非G. hn设备的无线Phy和MAC 层设置在一起，同时分别接收外部数据；B、接收数据时由虚拟协议栈桥接，调用G.hn真实协议栈和相应的无线真实协议栈处理。
2.根据权利要求1所述的通信实现方法，其特征在于，还包括步骤C、在扩展窄带时，G.hn设备的Phy层和MAC层与非G. hn设备的窄带Phy层和MAC层设置在一起，同时分别接收数据；D、接收数据时由虚拟协议栈桥接，调用G.hn真实协议栈和相应的窄带真实协议栈处理。
3.根据权利要求1所述的通信实现方法，其特征在于，所述步骤B还包括 通过虚拟协议栈对所述外部数据进行网络检测和协议检测，并建立网络连接； 在处理通信协议时，由所述虚拟协议栈调用相应的真实协议栈，进入软件处理流程。
4.根据权利要求2所述的通信实现方法，其特征在于，所述步骤D还包括 通过虚拟协议栈对所述外部数据进行网络检测和协议检测，并建立网络连接； 在处理通信协议时，由所述虚拟协议栈调用相应的真实协议栈，进入软件处理流程。
5.根据权利要求1至4任一所述的通信实现方法，其特征在于，在发送数据时，由真实协议栈直接调用相应的MAC层向外部发出数据。
6.一种补强扩展G.hn的通信实现器件，其采用G.hn扩展网关，其特征在于，设置用于同时分别接收外部数据的G. hn设备Phy层和MAC层与非G. hn设备无线Phy和MAC层，设置在同一通信实现器件中，用于扩展无线介质；在所述通信实现器件的网络层，通过软件实现一用于接收数据时桥接的虚拟协议栈， 用于调用G. hn真实协议栈和相应的无线真实协议栈处理。
7.根据权利要求6所述的通信实现器件，其特征在于，还包括设置在一起的G.hn设备Phy层和MAC层与非G. hn设备窄带Phy层和MAC层，用于同时分别接收数据，扩展窄带；所述虚拟协议栈用于桥接，在接收数据时调用G. hn真实协议栈和相应的窄带真实协议栈处理。
8.根据权利要求6或7所述的通信实现器件，其特征在于，将G.hn设备的G. hn芯片与需要扩展的非G. hn设备的芯片做成一个G. hn扩展模块。
9.根据权利要求6所述的通信实现器件，其特征在于，所述非非G.hn设备的无线方式在接入网端，采用ΜΙΜΟ、WiFi、UWB、Wimax、Zigbee、Zwave中的任一个；在家庭内网段，采用无线宽带和窄带的ΜΙΜΟ、WiFi、UWB、Wimax、Zigbee、Zwave中的任一个或多个的组合。
10.根据权利要求9所述的通信实现器件，其特征在于，在家庭内网的扩展段，选择子网方式，并通过一扩展网关，以宽带的ΜΙΜΟ、WiFi、UWB、Wimax中的任一种和窄带的 Zigbee, Zwave中的任一种或多种的组合无线方式向外延伸。
全文摘要
本发明公开了一种通信实现方法及其器件，其方法采用G.hn扩展网关实现以下步骤在扩展无线介质时，由G.hn设备的Phy层和MAC层与非G.hn设备的无线Phy和MAC层设置在一起，同时分别接收外部数据；接收数据时由虚拟协议栈桥接，调用G.hn真实协议栈和相应的无线真实协议栈处理。本发明G.hn补强扩展的技术实现方法及其器件，提供了一种通信机制及其实现通信的方法和装置，由于利用G.hn统一了有线介质和优秀的网管特性，基于G.hn进行无线和窄带的扩展，可以最大限度地利用网络的现有资源。
文档编号H04L29/06GK102394840SQ20111035703
公开日2012年3月28日 申请日期2011年11月11日 优先权日2011年11月11日
发明者刘显福 申请人:刘显福