专利名称：一种家庭网关系统的制作方法
技术领域：
本发明属于信息技术领域，具体涉及一种家庭网关系统。
背景技术：
目前，数字家庭已经发展成为一个规模巨大，产业关联性强的行业。随着数字化产 品及信息服务在家庭中的不断渗透和日益融合，数字家庭已经成为新的消费热点。数字家 庭中将各种家庭通信产品、计算机产品、消费类电子产品 ，按照各类家庭数字化需求，形成 家庭网络，通过外部网络接入与社会全方位的信息交互，组成家庭信息、娱乐、控制服务和 信息功能系统。家庭网络是融合控制网络、通信网络、多媒体与数据网络等多种功能网络于一体 的家庭局域网络信息化平台，是在家庭范围或类似用途场所内，实现信息设备、通信设备、 娱乐设备、家用电器、自动化设备、照明设备、保安(监控)装置及水电气热表或概称的三表 三防、家庭求助报警、健康保健等设备互联、资源共享以及家庭外部网络的互联和管理的家 庭信息化平台，是构成网络化家庭的基础平台系统。家庭网关是对家庭网络中所有网关的统称，从逻辑上可以划分为家庭主网关和家 庭子网关。主网关是家庭主网中的一种设备，与家庭主网中的设备实现互联，实现对家庭主 网的配置和管理，还可以联接到家庭外部网络。子网关是家庭子网中的一种设备，与家庭子 网中的设备互联，实现对家庭子网的配置和管理，同时为家庭子网内的各种设备提供与家 庭主网的接口，使各子网设备可以获得各种基于家庭主网的服务。家庭网关从功能上可以 划分为多媒体网关、数据类网关、控制网关和通信类网关等。现在国内已经有很多种类型的家庭网关产品，如海尔和闪联都有自己的网关产 品，然而由于没有统一的标准，这些家庭网关产品仅仅只是支持与特定厂商相关的通信协 议，并且只是对传统的网关做了一些功能上的增强，并不能实现不同厂商之间设备的互联 和资源共享。本发明提出的家庭网关参考模型以一种可配置的组件化的方式去添加和管理 网关对于家庭外部和内部网络通信协议的支持，同时也能够以组件化的方式支持各种功能 型家庭网关的特定需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种家庭网关系统，可以支持目前 家庭网络内部和外部的各种通信协议以及家庭网络特定的功能需求，以实现各种家庭网络 设备的互通互联和资源共享。为了实现上述发明，本发明实施例提供了一种家庭网关系统，所述家庭网关系统 包括适配层用于对各种互异的外部网络通信协议和家庭内部网络通信协议进行相互 转换；网络层用于对家庭内部所使用的各种通信协议的支持；
核心层用于实现网关的基本功能，包括设备管理、网络管理、接口处理以及安全和服务质量控制功能；应用支撑层用于针对不同的功能需求提供相应的组件以支持所需要的各种高级 功能；应用层用于提供各种特定的功能应用。其中1、适配层家庭网关根据不同的产品设计需求，选择各种不同的网络适配器接口，支持不同 的通讯协议和方案。接入网络适配层可以分为外部网络适配器和内部网络适配器，外部网 络适配器支持IP网络、电信网络和广播电视网络的多种通信协议，其中内部网络适配器又 可以分为多媒体与数据网络适配器、通信网络适配器和控制网络适配器。适配器可以采用 软件或者硬件固化的方式实现各种协议之间的相互转换。2、网络层家庭网关需要根据设计需求支持家庭多媒体与数据网络通信协议、家庭控制网络 通信协议、家庭通信网络通信协议以及UPNP、DLNA和IGRS等家庭网络主流的通信协议。家 庭网关需要在网络层实现这些通信协议的识别、转换以及消息的转发。3、核心层核心层是家庭网关中的主要部分，把各种家庭接入网络连接的设备进行统一管 理、集中使用，还能够通过应用支持各类家庭网络应用的开发和实现。核心层主要包括设备 管理、网络管理、接口处理和安全和服务质量控制(QoS)等功能。设备管理是指对家庭网关中所管理的所有网络设备信息进行统一管理，包括在线 设备列表，设备注册表，家电设备运行管理等，同时家庭网络中支持多种网络，在家庭网关 中必须对所管理网络设备的网络地址进行统一管理。网络管理是指在家庭外部网络侧，家庭网关可以与外部网络侧设备配合，完成用 户数据接入功能，网络地址的分配、用户信息的认证等管理控制功能，以支撑网络运营；在 家庭网络用户侧，家庭网关应该能够支持家庭网络运行，提供如地址分配，地址解析、数据 转发等网络管理服务功能。接口处理是指家庭网络必须提供对内和对外多种不同网络的接口，如以太网接 口、无线局域网接口、音视频接口等。接口处理功能包括符合相关标准与规范的物理接口及 其数据处理方法。安全和服务质量控制是指根据家庭网络实际安全需求，采用不同的安全方式，将 相应的安全组件放置在核心层中以进行安全方面的监控和权限管理。此外还要对网络状况 进行监控，合理分配资源以保证相应的服务质量。以用户管理为例，核心层中的安全信息包 括用户库和角色库。用户库以用户为单位，包括用户名、口令、角色等内容。角色库以角色 为单位，包括角色名、角色权限等内容。4、应用支撑层应用支撑层通过各种功能组件的配置和扩展来支持家庭网关所需的各种功能应 用，主要包括控制类组件、媒体类组件、数据类组件和通信类组件等。控制类组件支持各种家电控制和操作类应用，工作基础是核心层通过通用设备描 述文件统一描述在各类家庭接入网络上的家电设备，功能包括读取并列表所有控制类家电设备；读取家电设备通用基本信息，比如家电名称、家电厂家、家电存放地点、家电接入 网络类型等；根据家电支持的操作类型和操作参数来操作家电，如，开/关、电视机的调节 音量、空调的调节温度等；根据支持的状态信息读取家电当前状态，比如，开关状态、空调的 温度、电视的频道等；支持web、电话、短信方式等方式对家电进行远程操作；媒体类组件是一个基本的应用支持组件，主要完成媒体流数据的高速传输和转 发、媒体数据存储、播放等功能。例如远程视频监控、远程病人看护、VoIP应用、家庭内部 多个媒体设备的信息共享和互动、家庭间媒体信息共享、家庭媒体中心等等。数据类组件为传统的家庭网关所提供的服务，仅仅提供不同格式的数据流的转换 和传输。通信类组件主要支持各种基于电信网络的应用，例如手机短信控制、手机家居监 控、电话语音控制等功能。5、应用层
音以及文字等多种人机交 互方式，使用户可以进行简单、易用的人机交互。此外家庭网关根据不同的应用需求，可以 支持信息浏览、交互游戏、远程控制和查询等应用，附图中所列举的应用仅供参考。实施本发明实施例，具有如下有益效果1、将家庭网关分为适配层、网络层、核心层、应用支撑层和应用层等五个层次来分 别实现。各层次具有相互独立性，仅对上一层提供服务，极大地增强了设计的可扩展性和松 散耦合性。2、可以通过适配层支持IP网络、广播电视网络以及电信网络的各种通信协议，从 而通过家庭网关可以实现家庭网络和各种外部网络的互联互通。3、通过网络层可以支持多媒体网络通信协议、控制网络通信协议、数据网络通信 协议、以及UPNP、DLNA和IGRS等设备互联协议，从而可以实现家庭网络内部的互联互通。4、可以通过对应用支撑层的各种组件的扩展和配置，实现各种功能型网关的需 求。多媒体类组件将支持多媒体网关所需要的媒体传输和播放等功能。控制类组件将支持 控制网关所需的传输和转发控制信息的功能。数据类组件将支持点对点高速数据传输和数 据格式转换等功能。通信类组件将支持家庭网络设备通过电信网络进行通信和信息发送的 功能。5、在应用支撑层可以根据实际需要，通过安装软件包的方式添加和配置组件，从 而实现所需的相应功能网关的需求，这样的设计具有良好的可扩展性、灵活性和松散耦合 性。6、在网关基本的设备管理和网络管理功能的基础上添加了针对特定功能应用的 多媒体处理、数据传输、通信等应用功能，极大地扩展了网关的功能，使家庭网关成为了家 庭网络中的中心节点。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例中的家庭网关系统结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明实施例。如图1所示，图1示出了本发明实施例中的家庭网关系统结构示意图，包括适配 层、网络层、核心层、应用支撑层和应用层等五个层次，其中适配层主要对各种互异的外部网络通信协议和家庭内部网络通信协议进行相互 转换，使得网关可以处理各种通信协议。协议转换可以根据实际需求采用软件或者硬件固 化的方式来实现。具体的，家庭网关根据不同的产品设计需求，选择各种不同的网络适配器接口，支 持不同的通讯协议和方案。接入网络适配层可以分为外部网络适配器和内部网络适配器， 外部网络适配器支持IP网络、电信网络和广播电视网络的多种通信协议，其中内部网络适 配器又可以分为多媒体与数据网络适配器、通信网络适配器和控制网络适配器。适配器可 以采用软件或者硬件固化的方式实现各种协议之间的相互转换。网络层网络层提供了对家庭内部所使用的各种通信协议的支持，可以通过软件 的方式来实现各种通信协议的识别、转换以及消息的转发。此外网络层还需要提供相应的 物理接口支持与外部网络和设备的连接。具体的，家庭网关需要根据设计需求支持家庭多媒体与数据网络通信协议、家庭 控制网络通信协议、家庭通信网络通信协议以及UPNP、DLNA和IGRS等家庭网络主流的通信 协议。家庭网关需要在网络层实现这些通信协议的识别、转换以及消息的转发。核心层实现了网关的基本功能，包括设备管理、网络管理、接口处理以及安全和 服务质量控制功能。设备管理可以通过软件的方式维护家庭网络内所有设备的注册表以及 相关运行状态来实现设备的注册、注销、状态查询和消息发送。网络管理可以通过监听网络 上的数据包转发情况以及发送探测信息来监控网络的情况，以进行安全控制和资源分配， 从而保证服务质量。核心层是家庭网关中的主要部分，把各种家庭接入网络连接的设备进行统一管 理、集中使用，还能够通过应用支持各类家庭网络应用的开发和实现。核心层主要包括设备 管理、网络管理、接口处理和安全和服务质量控制(QoS)等功能。设备管理是指对家庭网关中所管理的所有网络设备信息进行统一管理，包括在线 设备列表，设备注册表，家电设备运行管理等，同时家庭网络中支持多种网络，在家庭网关 中必须对所管理网络设备的网络地址进行统一管理。网络管理是指在家庭外部网络侧，家庭网关可以与外部网络侧设备配合，完成用 户数据接入功能，网络地址的分配、用户信息的认证等管理控制功能，以支撑网络运营；在 家庭网络用户侧，家庭网关应该能够支持家庭网络运行，提供如地址分配，地址解析、数据 转发等网络管理服务功能。接口处理是指家庭网络必须提供对内和对外多种不同网络的接口，如以太网接 口、无线局域网接口、音视频接口等。接口处理功能包括符合相关标准与规范的物理接口及 其数据处理方法。
安全和服务质量控制是指根据家庭网络实际安全需求，采用不同的安全方式，将 相应的安全组件放置在核心层中以进行安全方面的监控和权限管理。此外还要对网络状况 进行监控，合理分配资源以保证相应的服务质量。以用户管理为例，核心层中的安全信息包 括用户库和角色库。用户库以用户为单位，包括用户名、口令、角色等内容。角色库以角色 为单位，包括角色名、角色权限等内容。应用支撑层针对不同的功能需求(如多媒体类需求、控制类需求、数据类需求和 通信类需求等)，提供相应的组件以支持所需要的各种高级功能。各种组件可以以软件包的 形式实现，家庭网关可以远程下载相应组件的软件包，安装之后便可以支持相关的功能应用。应用支撑层通过各种功能组件的配置和扩展来支持家庭网关所需的各种功能应 用，主要包括控制类组件、媒体类组件、数据类组件和通信类组件等。控制类组件支持各种家电控制和操作类应用，工作基础是核心层通过通用设备描 述文件统一描述在各类家庭接入网络上的家电设备，功能包括读取并列表所有控制类家 电设备；读取家电设备通用基本信息，比如家电名称、家电厂家、家电存放地点、家电接入 网络类型等；根据家电支持的操作类型和操作参数来操作家电，如，开/关、电视机的调节 音量、空调的调节温度等；根据支持的状态信息读取家电当前状态，比如，开关状态、空调的 温度、电视的频道等；支持web、电话、短信方式等方式对家电进行远程操作；媒体类组件是一个基本的应用支持组件，主要完成媒体流数据的高速传输和转 发、媒体数据存储、播放等功能。例如远程视频监控、远程病人看护、VoIP应用、家庭内部 多个媒体设备的信息共享和互动、家庭间媒体信息共享、家庭媒体中心等等。数据类组件为传统的家庭网关所提供的服务，仅仅提供不同格式的数据流的转换 和传输。通信类组件主要支持各种基于电信网络的应用，例如手机短信控制、手机家居监 控、电话语音控制等功能。应用层主要提供各种特定的功能应用，例如远程信息浏览功能、交互式游戏的接 入、丰富的人机交互界面、家庭网络内设备故障信息的自动反馈等应用。这些应用主要通过 软件的方式在网关上实现，也可以通过网关访问内容提供商和服务提供商所提供的外部应 用。例如带有简单浏览器的家庭网关便可以轻易地进行互联网的信息访问。家庭网关必须具有良好的人机交互界面，支持图形、语音以及文字等多种人机交 互方式，使用户可以进行简单、易用的人机交互。此外家庭网关根据不同的应用需求，可以 支持信息浏览、交互游戏、远程控制和查询等应用，附图中所列举的应用仅供参考。综上，施本发明实施例，具有如下有益效果1、将家庭网关分为适配层、网络层、核心层、应用支撑层和应用层等五个层次来分 别实现。各层次具有相互独立性，仅对上一层提供服务，极大地增强了设计的可扩展性和松 散耦合性。2、可以通过适配层支持IP网络、广播电视网络以及电信网络的各种通信协议，从 而通过家庭网关可以实现家庭网络和各种外部网络的互联互通。3、通过网络层可以支持多媒体网络通信协议、控制网络通信协议、数据网络通信 协议、以及UPNP、DLNA和IGRS等设备互联协议，从而可以实现家庭网络内部的互联互通。
4、可以通过对应用支撑层的各种组件的扩展和配置，实现各种功能型网关的需 求。多媒体类组件将支持多媒体网关所需要的媒体传输和播放等功能。控制类组件将支持 控制网关所需的传输和转发控制信息的功能。数据类组件将支持点对点高速数据传输和数 据格式转换等功能。通信类组件将支持家庭网络设备通过电信网络进行通信和信息发送的 功能。5、在应用支撑层可以根据实际需要，通过安装软件包的方式添加和配置组件，从 而实现所需的相应功能网关的需求，这样的设计具有良好的可扩展性、灵活性和松散耦合 性。
6、在网关基本的设备管理和网络管理功能的基础上添加了针对特定功能应用的 多媒体处理、数据传输、通信等应用功能，极大地扩展了网关的功能，使家庭网关成为了家 庭网络中的中心节点。通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助 软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可以全部通过硬件来实施。基于这样的理解， 本发明的技术方案对背景技术做出贡献的全部或者部分可以以软件产品的形式体现出来， 该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使 得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例 或者实施例的某些部分所述的方法。以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权 利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
权利要求
一种家庭网关系统，其特征在于，所述家庭网关系统包括适配层用于对各种互异的外部网络通信协议和家庭内部网络通信协议进行相互转换；网络层用于对家庭内部所使用的各种通信协议的支持；核心层用于实现网关的基本功能，包括设备管理、网络管理、接口处理以及安全和服务质量控制功能；应用支撑层用于针对不同的功能需求提供相应的组件以支持所需要的各种高级功能；应用层用于提供各种特定的功能应用。
2.根据权利要求1所述实现的家庭网关系统，其特征在于，所述适配层用于支持IP网 络、广播电视网络以及电信网络的各种通信协议，用于实现家庭网络和各种外部网络的互 联互通。
3.根据权利要求1所述实现的家庭网关系统，其特征在于，所述网络层用于支持多媒 体网络通信协议、控制网络通信协议、数据网络通信协议、以及UPNP、DLNA和IGRS设备互联 协议，用于实现家庭网络内部的互联互通。
4.根据权利要求1至3任一项所述实现的家庭网关系统，其特征在于，所述应用支撑层 用于实现各种功能型网关的需求，包括多媒体类组件、控制类组件、数据类组件和通信类组 件其中多媒体类组件用于支持多媒体网关所需要的媒体传输和播放等功能；控制类组件用于 支持控制网关所需的传输和转发控制信息的功能；数据类组件用于支持点对点高速数据传 输以及数据格式的转换等功能；通信类组件用于支持家庭网络设备通过电信网络进行通信 和信息发送的功能。
全文摘要
本发明实施例公开了一种家庭网关系统，所述家庭网关系统包括适配层用于对各种互异的外部网络通信协议和家庭内部网络通信协议进行相互转换；网络层用于对家庭内部所使用的各种通信协议的支持；核心层用于实现网关的基本功能，包括设备管理、网络管理、接口处理以及安全和服务质量控制功能；应用支撑层用于针对不同的功能需求提供相应的组件以支持所需要的各种高级功能；应用层用于提供各种特定的功能应用。实施本发明，各层次具有相互独立性，仅对上一层提供服务，极大地增强了设计的可扩展性和松散耦合性。
文档编号H04L12/66GK101834811SQ20101015363
公开日2010年9月15日 申请日期2010年4月16日 优先权日2010年4月16日
发明者王星杰, 罗笑南 申请人:中山大学