CN1820464A - 家庭网络系统 - Google Patents

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CN1820464A CNA2004800195625A CN200480019562A CN1820464A CN 1820464 A CN1820464 A CN 1820464A CN A2004800195625 A CNA2004800195625 A CN A2004800195625A CN 200480019562 A CN200480019562 A CN 200480019562A CN 1820464 A CN1820464 A CN 1820464A
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Abstract

本发明公开了一种使用居住网络控制协议的家庭网络系统(1)。该家庭网络系统(1)包括：至少一个电气设备(40－49)；第一和第二网络，其基于预定的居住网络控制协议(LnCP)；LnCP接入设备(30、31、35、36)，通过第二网络将其连接至电气设备(40－49)；和网络管理器(20－23)，其经第一网络连接至LnCP接入设备(30、31、35、36)，用于控制和监控电气设备(40－49)。

Description

家庭网络系统
技术领域
本发明涉及家庭网络系统，并且更具体地说，涉及使用居住网络控制协议的家庭网络系统。
背景技术
家庭网络连接各种数字家电使得用户可以在住宅内外总是享受便捷、安全和经济的生活服务。随着数字信号处理技术的发展，称作白色家电的冰箱和洗衣机已逐渐数字化，家电操作系统技术和高速多媒介通信技术已经集成在数字家电上，并且已开发出新的信息家电以改进家庭网络。
如表1中所示，由服务的类型将家庭网络分为数据网络、娱乐网络和生活网络。
表1
  类别   功能   服务类型
  数据网络   PC和外设之间的网络   数据交换、因特网服务等
  娱乐网络   A/V设备之间的网络   音乐、动画服务等
  生活网络   用于控制家电的网络   家电控制、家庭自动化、遥控测量读取、信息服务等
这里，建立数据网络以在PC和外围设备之间交换数据或提供因特网服务，并且在使用音频或视频信息的家电之间建立娱乐网络。另外，建立生活网络以简单控制家电，比如家庭自动化或遥控测量读取。
现有的家庭网络系统包括主设备，其是用于控制其它电气设备的操作或监控其状态的电气设备，和从属设备，其是具有响应主设备的请求的功能和根据电气设备的特性或其它因素通报状态转换的功能的电气设备。示例性的电气设备包括比如洗衣机和冰箱的用于生活网络服务的家电、用于数据网络服务和娱乐网络服务的家电，和比如气体阀门控制设备、自动门设备和电灯的产品。
但是，现有技术未提出家用网络系统中的用于提供控制和监控电气设备的功能的通用通信标准。
另外，现有技术未提供可以应用于包括使用不同传输媒介和/或不同相关传输媒介的网络的家庭网络系统的通用通信标准，和基于通信标准的路由器设备。
发明内容
本发明解决了上述问题。本发明的目的是提供家庭网络系统，其使用用于在家庭网络系统中提供控制和监控电气设备的功能的通用通信标准作为控制协议。
本发明的另一目的是提供使用居住网络控制协议作为通用通信标准的家庭网络系统。
本发明的另一目的是提供家庭网络系统，其提供适用于家庭网络系统的通用通信标准，家庭网络系统包括使用不同传输媒介和/或不同的相关传输媒介的网络，和基于通信标准的路由器。
为了实现本发明的上述目的，提供的家庭网络系统包括：至少一个电气设备；第一和第二网络，其基于预定的居住网络控制协议(LnCP)；LnCP接入设备，其通过第二网络连接至电气设备；和网络管理器，其经第一网络连接至LnCP接入设备，用于控制和监控电气设备。
优选地，第一网络和第二网络是包括不同传输媒介的网络。
优选地，第一网络是使用相关传输媒介的网络，并且该相关传输媒介是电力线。
优选地，相关传输媒介是无线的。
优选地，LnCP接入设备进一步包括用于管理用于网络安全性的家庭码的家庭码控制子层，并且与第一网络通信。
优选地，第一网络和第二网络是使用不同的相关传输媒介的网络。
优选地，LnCP接入设备进一步包括用于管理用于网络安全的家庭码的多个家庭码控制子层，并且与第一网络和第二网络通信。
优选地，家庭码控制子层分别对应于相关传输媒介。
优选地，家庭码控制子层的家庭码具有不同的值。
根据本发明的一个方面，基于居住网络控制协议的接入设备使用的协议具有上层；用于接入连接至至少一个网络管理器的第一网络的第一物理层；和用于接入连接至至少一个电气设备的第二网络的第二物理层。
优选地，将第一物理层和第二物理层连接至包括不同的传输媒介的第一和第二网络。
优选地，将第一物理层连接至使用相关传输媒介的第一网络。
优选地，相关传输媒介是电力线。
优选地，相关传输媒介是无线的。
优选地，上层进一步包括用于管理用于网络安全的家庭码的家庭码控制子层，并且与第一网络连接。
优选地，将第一物理层和第二物理层连接至使用不同的相关传输媒介的第一和第二网络。
优选地，上层进一步包括用于管理用于网络安全的家庭码的多个家庭码控制子层，并且与第一网络和第二网络连接。
优选地，家庭码控制子层分别对应于第一物理层和第二物理层。
优选地，家庭码控制子层的家庭码具有不同的值。
附图说明
图1是示出根据本发明的家庭网络系统的结构图；
图2是示出根据本发明的居住网络控制协议栈的结构图；
图3A和3B是分别示出图2的层之间的接口的结构图；
图4A至4F是分别示出图3A和图3B的接口的具体的结构图。
图5A和5B是示出根据本发明的第一和第二实施例的LnCP接入设备的层的结构图。
具体实施方式
现在将参考附图具体描述根据本发明的家庭网络系统。
图1是示出根据本发明的家庭网络系统的结构图。
参考图1，家庭网络系统1经因特网2接入LnCP服务器3，并且客户端设备4经因特网2接入LnCP服务器3。也就是，连接家庭网络系统1与LnCP服务器3和/或客户端设备4通信。
比如因特网2的家庭网络系统1的外部网络根据客户端设备4的种类包括附加的构成元件。
例如，当客户端设备4是计算机时，因特网2包括网络服务器(未示出)，并且当客户端设备4是因特网电话时，因特网2包括Wap服务器(未示出)。
LnCP服务器3分别根据预定的登录和注销程序接入家庭网络系统1和客户端设备4，从客户端设备4接收监控和控制命令，并且以预定类型的消息的形式经因特网2将命令传送至网络系统1。此外，LnCP服务器3从家庭网络系统1接收预定类型的消息，并且存储消息和/或将消息传送至客户端设备4。LnCP服务器3也存储或产生消息，并将消息传送至家庭网络系统1。也就是，家庭网络系统1接入LnCP服务器3并下载所提供的内容。
家庭网络系统1包括家庭网关10，其用于执行接入因特网2的功能，网络管理器20至23，用于执行设置环境并管理电气设备40至49的功能，LnCP路由器30和31，其用于在传输媒介之间的接入，LnCP适配器35和36，其用于将网络管理器22和电气设备46连接至传输媒介，和多个电气设备40至49。
通过经共享的传输媒介连接电气设备40至49来形成家庭网络系统1的网络。数据链路层使用比如RS-485或小输出RF的非标准化传输媒介，或比如电力线和IEEE 802.11的标准化传输媒介作为传输媒介。
为组成用于经有线或无线传输媒介连接电气设备的独立网络，家庭网络系统1的网络和因特网2分开。这里，独立网络包括物理连接但是逻辑分开的网络。
家庭网络系统1包括主设备，其用于控制其它电气设备40至49的操作或监控其状态，和从属设备，其具有响应主设备的请求和通报它们的状态转换信息的功能。主设备包括网络管理器20至23，并且从属设备包括电气设备40至49。网络管理器23至23包括所控制的电气设备40至49和控制编码的信息，并根据编程的方法或通过接收来自LnCP服务器3和/或客户端设备4的输入控制电气设备40至49。仍参考图1，当连接多个网络管理器20至23时，每个网络管理器20至23必须同时是主设备和从属设备，即物理上是一个设备而逻辑上是用于同时执行主功能和从属功能的设备(混合设备)以执行与其它网络管理器20至23的信息交换、数据同步和控制。
此外，可以将网络管理器20至23和电气设备40至49直接或经LnCP路由器30和31和/或LnCP适配器35和36连接至网络(电力线网络、RS-485网络和RF网络)。
在网络管理器20至23中注册电气设备40至49和/或LnCP路由器30和31和/或LnCP适配器35和36，并且通过产品为其提供固有逻辑地址(例如，0×00、0×01等)。
逻辑地址与产品编码相结合(例如，空调的0×02和洗衣机的0×01)，并且作为节点地址使用。例如，由比如0×0200(空调1)和0×0201(空调2)的节点地址识别电气设备40至49和/或LnCP路由器30和31和/或LnCP适配器35和36。根据预定标准(所有同样的产品、产品的安装空间、用户等)可以使用组地址用于一次性识别至少一个电气设备40至49和/或至少一个LnCP路由器30和31和/或至少一个LnCP适配器35和36。在组地址中，外在组地址是用于通过将地址选项值(以下提及的标志)设定为1而指定多个设备的群集，并且内在组地址通过将逻辑地址和/或产品编码的整个比特值填充为1而指定多个设备。特别地，将内在组地址称为群集编码。
图2是示出根据本发明的居住网络控制协议栈的结构图。根据图2的居住网络控制协议(LnCP)，家庭网络系统1启用网络管理器20至23、LnCP路由器30和31、LnCP适配器35和36以及电气设备40至49以互相通信。因此，网络管理器20至23、LnCP路由器30和31、LnCP适配器35和36以及电气设备40至49根据LnCP进行网络通信。
如图2中所示，LnCP包括应用软件50，其用于执行网络管理器20至23、LnCP路由器30和31、LnCP适配器35和36以及电气设备40至49的内在功能，并提供与应用层60的接口功能用于在网络上遥控和监控，应用层60，其用于为用户提供服务，并且也提供以消息的形式形成来自用户的信息或命令并将该消息传送至下层的功能，网络层70，其用于可靠地网络连接网络管理器20至23、LnCP路由器30和31、LnCP适配器35和36以及电气设备40至49，数据链路层80，其用于提供接入共享的传输媒介的媒介接入控制功能，物理层90，其用于在网络管理器20至23、LnCP路由器30和31、LnCP适配器35和36以及电气设备40至49之间提供物理接口和用于传输的比特的规则，以及参数管理层100，其用于设置和管理每层中使用的节点参数。
具体地，应用软件50进一步包括网络管理子层51，其用于管理节点参数，和接入网络的网络管理器20至23、LnCP路由器30和31、LnCP适配器35和36以及电气设备40至49。也就是，网络管理子层51经参数管理子层100执行设置或使用节点参数值的参数管理功能，和当使用LnCP的设备是主设备时组成或管理网络的网络管理功能。
当网络管理器20至23、LnCP路由器30和31、LnCP适配器35和36以及接入网络的电气设备40至49接入的网络是比如电力线、IEEE802.11和无线的相关传输媒介时(例如，当LnCP包括PLC协议和/或无线协议时)，网络层70进一步包括家庭码控制子层71，其用于执行设置、管理和处理用于逻辑地划分每个独立网络的家庭码的功能。当通过比如RS485的独立传输媒介物理地划分独立的网络时，在LnCP中不包括家庭码控制子层71。每个家庭码由4字节组成，并且被设置为随机值或用户的指定值。
图3A和3B是分别示出图2的层之间的接口的结构图。
图3A示出当将物理层90连接至相关传输媒介时层之间的接口，并且图3B示出当将物理层90连接至独立传输媒介时层之间的接口。
家庭网络系统1从上层将每层需要的报头和报尾添加至协议数据单元(PDU)并将它们传送至下层。
如图3A和3B中所示，应用层PDU(APDU)是应用层60和物理层70之间传送的数据，物理层PDU(NPDU)是物理层70和数据链路层80或家庭码控制子层71之间传送的数据，并且家庭码控制子层PDU(HCNPDU)是物理层70(具体地，家庭码控制子层71)和数据链路层80之间传送的数据。在数据链路层80和物理层90之间的数据帧单元中形成接口。
图4A至4F是分别示出图3A和图3B的接口的具体结构图。
图4A示出应用层60中的APDU结构。
APDU长度(AL)字段示出APDU的长度(从AL至消息字段的长度)，并且具有最小值4和最大值77。
APDU报头长度(AHL)字段示出APDU报头的长度(从AL至ALO的长度)，通常具有3字节，并且可扩展至7字节。在LnCP中，APDU报头可以扩展至7字节以编码消息字段并改变应用协议。
应用层选项(ALO)字段扩展消息设置。例如，当将ALO字段设为0时，如果ALO字段包含不同的值，则忽略消息处理。
消息字段处理来自用户的控制消息或事件信息，并且由ALO字段的值改变它。
图4B示出网络层70中的NPDU结构，并且图4C示出NPDU的具体NLC结构。
LnCP包(SLP)的开始字段示出分组的开始并且具有0×02的值。
目的地址(DA)和源地址(SA)字段分别是分组的接收器和发送器的节点地址，并且具有16比特。
最高1比特包括指示组地址的标志，随后的7比特包括产品的类型(产品码)，并且低8位包括用于区别多个相同类型的网络管理器20至23和多个相同类型的电气设备40至49的逻辑地址。
分组长度(PL)字段示出NPDU的整个长度，并且具有12字节的最小值和100字节的最大值。
服务优先级(SP)字段为传送消息给出传送优先级并且具有3比特。
表2示出每个传送消息的优先级。
当从设备响应主设备的要求时，从设备从主设备获得请求消息的优先级。
表2
  优先级   值   应用层
  高   0   当发送紧急消息时
  中   1   当发送常规分组时当发送用于在线或离线状态改变的事件消息时
  常规   2   当发送用于组成网络的通报消息时当发送常规事件消息时
  低   3   当通过下载或上载机制发送数据时
NPDU报头长度(NHL)字段扩展NPDU报头(SLP的NLC字段)，通常具有9字节，并且最大可扩展至16字节。
协议版本(PV)字段是示出所用协议的版本的一字节字段。高4位包括版本字段并且低4位包括子版本字段。由十六进制分别表示版本和子版本。
网络层分组类型(NPT)字段是用于区别网络层70中的分组种类的4比特字段。LnCP包括请求分组、响应分组和通知分组。必须将主设备的NPT字段设为请求分组或通知分组，并且必须将从设备的NPT字段设为响应分组或通知分组。表3示出由分组种类决定的NPT值。
表3
  解释   值
  请求分组   0
  未使用   1～3
  请求分组   4
  未使用   5～7
  通知分组   8
  未使用   9～12
  用于与家庭码控制子层交互的保留值   13～15
传输计数器(TC)字段是2比特字段，其用于当请求分组或响应分组由于网络层70中的通信错误而未被成功发送时重发请求分组或重复地发送通知分组以改进发送成功率。接收器可检查通过使用TC字段的值复制的消息。表4示出由NPT值确定的TC字段的值的范围。
表4
  分组的类型   值(范围)
  请求分组   1～3
  响应分组   1
  通知分组   1～3
分组数(PN)字段具有2比特，并且被用于通过TC字段检查从设备中的复制分组并处理主设备中的多个通信周期。表5示出由NPT值确定的PN字段的值的范围。
表5
  分组的类型   值(范围)
  请求分组   0～3
  响应分组   复制请求分组的PN字段的值
  通知分组   0～3
APDU字段是在应用层60和网络层70之间传输的应用层60的协议数据单元。APDU字段具有0字节的最小值和88字节的最大值。
循环冗余码校验(CRC)字段是16比特字段，其用于检查所接收的分组的错误(从SLP至APDU)。
LnCP分组的结束(ELP)字段示出分组的结束并具有0×03的值。尽管接收到对应于PL字段的长度的数据，如果未检查ELP字段，则被认为是分组错误。
图4D示出家庭码控制子层71中的HCNPDU结构。
如图4D中所述，将家庭码(HC)字段添加至NPDU的上部。
家庭码包括4字节，并且在可以传输分组的线路距离范围内具有唯一值。
图4E示出数据链路层80中的帧结构。
根据传输媒介改变LnCP的数据链路层帧的报头和报尾的结构。当数据链路层80使用非标准化传输媒介时，帧的报头和报尾必须具有空字段，并且当数据链路层80使用标准化传输媒介时，由协议如上述地形成帧的报头和报尾。当物理层90是比如电力线或IEEE 802.11的相关传输媒介时，NPDU字段是从上层的网络层70发送的数据单元，并且HCNPDU字段是通过添加4字节的家庭码到NPDU的前部获得的数据单元。数据链路层80以相同的方式处理NPDU和HCNPDU。
图4F示出物理层90中的帧结构。
LnCP的物理层90操作发送物理信号至传输媒介和从传输媒介接收物理信号的功能。数据链路层80可使用比如RS-485或小输出RF的非标准化传输媒介或者比如电力线或IEEE 802.11的标准化传输媒介作为LnCP的物理层90。使用LnCP的家庭网络系统1使用通用异步接收器和发送器(UART)帧结构和RS-232的信号电平，使得网络管理器20至23和电气设备40至49可以与RS-485、LnCP路由器30和31或LnCP适配器35和36交互。当通过使用串行总线在设备之间连接UART时，UART在通信线路上控制比特信号流。在LnCP中，将来自上层的分组转换为如图4f中所示的10比特的UART帧，并且经传输媒介发送。UART帧包括一比特开始比特、8比特数据和一比特结束比特，并且不使用校验位。以从开始比特至结束比特的顺序发送UART帧。当使用LnCP的家庭网络系统1使用UART时，不具有附加的帧头和帧尾。
图5A和5B是示出根据本发明的第一和第二实施例的LnCP路由器30和31的层的结构图。如上所述，每个LnCP路由器30和31将分组从一个媒介发送至另一媒介，并且每个LnCP适配器35和36使得能够接入比如RS-485的私人媒介，其是用于在基于LnCP的传输媒介之间，或者网络管理器22或电气设备46与传输媒介之间接入的接入设备。
LnCP路由器30和31和LnCP适配器35和36(以下，称为“接入设备”)使用图5a和5b的层结构200a和200b之一。
参考图5A，在LnCP接入设备30、31、35和36中，层结构200a具有连接至包括不同的传输媒介(例如，串行接口和电力线)的网络的两个物理层90a和90b。除了电力线，可以使用无线作为使用相关传输媒介的网络。层结构200a包括分别对应于物理层90a和90b的数据链路层80a和80b，和用于连接数据链路层80a和80b的网络层70。网络层70的上层与图2的相同，因此未示出。
层结构200a进一步包括用于管理用于网络安全的家庭码的家庭码控制子层71。在连接至相关传输媒介(电力线)的数据链路层80b和网络层70之间形成家庭码控制子层71a。
如图5B中所示，在LnCP接入设备30、31、35和36中，层结构200b具有连接至包括不同的相关传输媒介(例如，无线和电力线)的网络的两个物理层90c和90d。另外，层结构200b包括分别对应于物理层90c和90d的数据链路层80c和80d。网络层70的上层与图2的相同，因此未示出。
层结构200b进一步包括用于管理用于网络安全的家庭码的多个家庭码控制子层71b和71c。分别在连接至相关传输媒介(电力线)的数据链路层80c和80d和网络层70之间形成家庭码控制子层71b和71c。即，家庭码控制子层71b和71c的数目对应于LnCP接入设备30、31、35和36接入的多个相关传输媒介或网络的数目。
家庭码控制子层71b和71c具有不同的家庭码，以在不同的相关传输媒介或网络之间保持安全性。
如前所述，本发明提供家庭网络系统，其使用作为用于提供控制和监控家庭网络系统中的电气设备的功能的通用通信标准的控制协议。
此外，本发明提供使用LnCP的家庭网络系统作为通用通信标准。
此外，本发明提供通用通信标准，其可应用于包括使用不同传输媒介和/或不同相关传输媒介的网络，和基于通信标准的接入设备(路由器和/或适配器)的家庭网络系统。
最后，本发明改进不同传输媒介或不同相关传输媒介之间的网络安全性。
尽管已描述了本发明的优选实施例，应理解不应将本发明限制于这些优选实施例，而是在本发明如下的权利要求的精神和范围内可以由本领字段的技术人员作出各种变更和修正。

Claims (20)

1.一种家庭网络系统，其包括：
至少一个电气设备；
第一和第二网络，其基于预定的居住网络控制协议(LnCP)；
LnCP接入设备，其通过第二网络连接至电气设备；和
网络管理器，其经第一网络连接至LnCP接入设备，用于控制和监控电气设备。
2.如权利要求1所述的系统，其中，该第一网络和第二网络是包括不同传输媒介的网络。
3.如权利要求2所述的系统，其中，该第一网络是使用相关传输媒介的网络。
4.如权利要求3所述的系统，其中，该相关传输媒介是电力线。
5.如权利要求3所述的系统，其中，该相关传输媒介是无线。
6.如权利要求1至5的任何一个所述的系统，其中，该LnCP接入设备进一步包括用于管理用于网络安全的家庭码的家庭码控制子层，并且该LnCP接入设备与第一网络通信。
7.如权利要求2所述的系统，其中，该第一网络和第二网络是使用不同的相关传输媒介的网络。
8.如权利要求7所述的系统，其中，该LnCP接入设备进一步包括用于管理用于网络安全的家庭码的多个家庭码控制子层，并且该LnCP接入设备与第一网络和第二网络通信。
9.如权利要求6所述的系统，其中，该家庭码控制子层分别对应于相关传输媒介。
10.如权利要求9所述的系统，其中，该家庭码控制子层的家庭码具有不同的值。
11.一种基于居住网络控制协议的接入设备，其使用的协议包括：
上层；
第一物理层，其用于接入连接至至少一个网络管理器的第一网络；和
第二物理层，其用于接入连接至至少一个电气设备的第二网络。
12.如权利要求11所述的接入设备，其中，该第一物理层和第二物理层被连接至包括不同传输媒介的第一和第二网络。
13.如权利要求12所述的接入设备，其中，该第一物理层被连接至使用相关传输媒介的第一网络。
14.如权利要求13所述的接入设备，其中，该相关传输媒介是电力线。
15.如权利要求13所述的接入设备，其中，该相关传输媒介是无线。
16.如权利要求11至15中的任何一个所述的接入设备，其中，该上层进一步包括用于管理用于网络安全的家庭码的家庭码控制子层，并且该上层连接至第一网络。
17.如权利要求12所述的接入设备，其中，该第一物理层和第二物理层被连接至包括不同的相关传输媒介的第一和第二网络。
18.如权利要求17所述的接入设备，其中，该上层进一步包括用于管理用于网络安全的家庭码的多个家庭码控制子层，并且该上层连接至第一网络和第二网络。
19.如权利要求16所述的接入设备，其中，该家庭码控制子层分别对应于第一物理层和第二物理层。
20.如权利要求19所述的接入设备，其中，该家庭码控制子层的家庭码具有不同的值。
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