CN104869054A - 一种用于控制智能家居的家庭网关及其实现方法 - Google Patents
一种用于控制智能家居的家庭网关及其实现方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于控制智能家居的家庭网关及其实现方法,实现方法包括以下步骤:在现有家庭网关中增加OSGI模块;开发OSGI模块与家庭网关远程管理模块的通信接口代码;集成家居设备控制模块的公共库代码和公共驱动库到OSGI模块;开发家庭网关与家居设备之间的硬件通信接口;家庭网关运行时,通过家庭网关远程管理模块安装或卸载家居设备控制模块,控制家居设备的工作。本发明,无需对家庭网关进行硬件改动,软件上能够从远程管理平台上安装和卸载家居设备控制模块,控制家居设备的运行,同时不影响其它家居设备控制模块的正常运行,大大降低了增加智能家居设备控制功能的难度。
Description
技术领域
本发明涉及家庭网关领域,具体涉及一种用于控制智能家居的家庭网关及其实现方法。
背景技术
目前,各大运营商提供的家庭网关,除了具备基本的上网、电话和电视等功能外,也开始涉及对家庭网络的控制,例如:控制各种家电,开启空调、电视机和音响等,某些网关产品还提供安防、远程医疗等功能。现有家庭网关的开发一般基于嵌入式操作***,如嵌入式linux或者vxworks,不同家居设备需要由不同制造厂家提供相应的应用模块和驱动,一般为动态库或者二进制文件形式,各种应用模块和驱动模块与家庭网关之间缺少统一的接口。
在家庭网关上增加智能家居控制功能,一般按照如下方法实现:
改造现有家庭网关的硬件,在现有家庭网关上增加家居设备通信接口,例如:红外接口、CAN(Controller Area Network,控制器局域网络)总线接口,该接口与外部家电或者安防、医疗设备通信;修改现有家庭网关的软件代码,增加相应家居设备的中间件控制模块,通过软件升级,更新家庭网关驱动模块和应用模块,使之支持家居设备。
如果运营商需要增加一种新的家居设备进行控制,或者卸载某个家居设备,就不得不先花时间熟悉该家居应用模块和驱动模块的安装和卸载方法,同时各个家居厂家也不清楚自己的模块装卸和运行是否影响其他厂家的应用模块功能,因此上述实现方法具有以下两点不足:
(1)硬件上,家庭网关需要事先定制,大部分网关只能适用于某种单一家用设备的控制,如家用电器、医疗设备或者安防设备。
(2)软件上,现有家庭网关一般采用嵌入式linux,对于定制的家庭网关,如果涉及到多种家居设备的控制,某种家居设备控制模块的升级或者卸载有时需要重启整个家庭网关,或者会影响到其他家居设备的运行。
综上所述,由于同时涉及硬件和软件的修改,加上没有一个统一的软硬件接口方式,在家庭网关上想增加不同类型的家居设备控制功能难度很大,特别是对于各个运营商成千上万台已在用户家里使用的家庭网关,几乎不可能再增加智能家居设备控制功能,因此,急需一种简单易行的实现方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有的在家庭网关上增加智能家居控制功能的方法同时涉及硬件和软件的修改,加上没有一个统一的软硬件接口方式,使得增加智能家居设备控制功能的难度较大的问题。
为了解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是提供一种用于控制智能家居的家庭网关,包括家居设备控制模块和家庭网关远程管理模块,还包括OSGI模块、公共库模块和硬件通信接口,
家居设备控制模块,通过无线射频信号控制家居设备;
家庭网关远程管理模块,管理家居设备控制模块;
OSGI模块,包括嵌入式java虚拟机、java类库和OSGI框架,OSGI框架作为家居设备控制模块的运行容器,OSGI模块通过家庭网关的镜像升级功能或模块升级功能下载到家庭网关上运行,并在家庭网关的启动脚本中增加相应的命令,使家庭网关启动时同时运行OSGI模块;
公共库模块,包括串口操作模块、家庭网关信息查询模块、HTTP协议支持模块和USB转串口模块,这些模块按照OSGI BUNDLE规范封装后导出相应的服务,供家居设备控制模块调用;
硬件通信接口,由USB转串口模块和无线收发模块组成,家居设备接口通过USB接口与家庭网关连接,家庭网关通过无线射频信号与家居设备进行通信。
在上述技术方案中,当有多个所述家居设备接入所述家庭网关时,通过增加一个或多个USB HUB将多个所述家居设备接口同时***所述家庭网关的所述USB接口。
在上述技术方案中,所述家庭网关远程管理模块与所述OSGI模块的通信接口通过UNIX Domain Socket实现。
在上述技术方案中,所述家居设备控制模块采用bundle的形式在所述OSGI框架上单独的安装和运行。
本发明还提供了一种家庭网关的实现方法,包括以下步骤:
步骤101:在现有家庭网关中增加OSGI模块;
步骤102:在家庭网关的启动脚本中增加相应的命令,使家庭网关启动时同时运行OSGI模块;
步骤103:开发OSGI模块与家庭网关远程管理模块的通信接口代码;
步骤104:集成家居设备控制模块的公共库代码和公共驱动库到OSGI模块;
步骤105:开发家庭网关与家居设备之间的硬件通信接口;
步骤106:家庭网关运行时,通过家庭网关远程管理模块安装或卸载家居设备控制模块,控制家居设备的工作。
在上述技术方案中,当有多个所述家居设备接入所述家庭网关时,通过增加一个或多个USB HUB将多个家居设备接口同时***所述家庭网关的USB接口。
在上述技术方案中,所述家庭网关远程管理模块与所述OSGI模块的通信接口通过UNIX Domain Socket实现。
在上述技术方案中,所述家居设备控制模块采用bundle的形式在所述OSGI框架上单独的安装和运行。
本发明,能够使现有家庭网关通过软件升级、模块更新、应用模块动态安装卸载等方式实现控制多种智能家居设备的功能,如果需要对一种新的智能家居设备进行控制,运营商能够通过远程管理平台,安装该智能家居设备的驱动和控制模块到家庭网关上的OSGI模块中,该控制模块操作家庭网关USB口上的家居设备接口,通过无线射频信号控制该智能家居设备,无需修改硬件,不影响其它家居设备控制模块的正常运行,该实现方法大大降低了增加智能家居设备控制功能的难度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种家庭网关的实现方法流程图;
图2为本发明实施例提供的通信接口的结构图;
图3为本发明实施例提供的一种用于控制智能家居的家庭网关的结构图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做出详细的说明。
本发明实施例提供了一种家庭网关的实现方法,如图1所示,所述方法包括以下步骤:
步骤101、在现有家庭网关中增加OSGI模块。
OSGI(Open Service Gateway Initiative,开放服务网关协议)是面向Java的动态模型***,它为模块化应用的开发定义了一个基础框架,即OSGI框架,来作为家居设备控制模块的运行容器,家居设备控制模块采用bundle(包)的形式在OSGI框架上安装发布和运行,各个家居设备控制模块可以单独进行安装、卸载、启动和停止等,不影响***中其它模块的运行。
bundle具有以下优点:在不重启OSGI框架的情况下,动态的安装、卸载、启动和停止不同的模块,对于某一特定模块,容器可以同时运行该模块的多个版本。
OSGI模块包括三个部分:嵌入式java虚拟机、java类库和OSGI框架,这三个部分目前在internet上都有开源代码,如开源java虚拟机软件可以选用jamvm,java类库软件可以选用classpath-0.98,开源OSGI软件可以选用apache felix,开发者可以自行下载,然后根据家庭网关的嵌入式平台类型进行移植,移植后的OSGI模块可以通过家庭网关的镜像升级功能或者模块升级功能下载到家庭网关上运行,本实施例中采用的OSGI模块是jamvm软件的1.5.4版本,classpath软件的0.98版本和apache felix最新版本。
步骤102、在家庭网关的启动脚本中增加相应的命令,使家庭网关启动时同时运行OSGI模块。
在家庭网关的启动脚本中增加命令:jamvm-jar/usr/local/bin/felix.jar(表示使用jamvm虚拟机启动/usr/local/bin目录下的felix.jar包,该jar包运行后构建了OSGI框架),使得家庭网关启动时同时运行OSGI模块。
步骤103、开发OSGI模块与家庭网关远程管理模块的通信接口代码。
由于开源OSGI缺省提供web管理和命令行管理命令,不适合在嵌入式***上运行,因为嵌入式家庭网关不具备显示屏和键盘,需要通过运营商的远程管理平台来管理家居设备控制模块,该管理平台与家庭网关之间使用TR069协议进行通信,因此需要开发TR069模块(家庭网关远程管理模块)到OSGI模块的通信接口,使得远程管理平台能够安装、卸载、启动、停止、更新和查询OSGI框架上的各个家居设备控制模块,该通信接口的结构图如图2所示,本实施例中TR069模块与PSGI模块的通信接口采用UNIXDomain Socket(UNIX本地socket)实现,TR069模块通过/tmp/osgi/目录下的interfacesock文件发送家居设备控制模块的增删改查命令,OSGI框架启动后轮询interfacesock文件内容,根据不同命令执行相应的操作,之所以采用UNIX本地socket而不是标准socket实现,是因为作为本地进程通信的UNIX本地socket不需要经过网络协议栈解包打包等协议分析工作,效率和可靠性都比标准socket高,下表为通信接口的命令内容和对应功能:
表1、通信接口命令列表
步骤104、集成家居设备控制模块的公共库代码和公共驱动库到OSGI框架。
公共库模块是大部分家居设备控制模块需要用到的功能模块,如串口操作模块、家庭网关信息查询模块和HTTP协议支持模块等,将这些模块集中在一起,在OSGI框架中启动,使得所有的家居设备控制模块都可以引用公共库功能,不必在每个家居设备控制模块中都封装这些功能模块,从而减少***占用资源,提高运行效率。
本实施例中,串口操作模块通过移植java开源串口库rxtx-2.0软件实现,HTTP协议模块通过移植jetty软件实现,家庭网关信息查询模块采用java观察者模式实现,这些模块按照OSGI BUNDLE(包)规范封装后导出相应服务,供其他家居设备控制模块调用。
步骤105、开发家庭网关与家居设备之间的硬件通信接口。
该硬件通信接口由USB转串口模块和无线收发模块组成,USB转串口模块有PL2303(Prolific公司生产的串口-USB口接口转换器),CP2102(Silicon Labs公司生产的串口-USB口接口转换器)等不同芯片实现方案,家庭网关上需要配置相应的USB驱动,无线收发模块根据功率要求和成本要求可以有多种方案选择,这些无线收发模块不涉及网关驱动的改变,家居设备接口通过USB接口与家庭网关连接,通过家庭网关通过无线射频信号与家居设备进行通信。
家庭网关一般都配置有USB接口,因此,当有多个智能家居设备接入时,可以通过增加一个或多个USB HUB(USB集线器),将多个家居设备接口同时***家庭网关的USB接口。
步骤106、家庭网关运行时,运营商可通过远程管理平台在家庭网关上增加或删除家居设备控制模块,控制家居设备的工作。
用户可以通过手机或电脑,经过局域网或广域网连接到家庭网关,与家居设备控制模块通信,从而控制家居设备的工作。
本发明的有效效果:
(1)硬件上只需家居设备制造厂商自带USB通信接口即可接入,无需对家庭网关进行硬件改动;
(2)软件上能够从远程统一的管理平台上安装和卸载家居设备控制模块,控制家居设备的运行,同时不影响其它家居模块的工作。
本发明实施例还提供了一种用于控制智能家居的家庭网关,如图3所示,包括家居设备控制模块和家庭网关远程管理模块,还包括OSGI模块、公共库模块和硬件通信接口,
家居设备控制模块,通过无线射频信号控制家居设备;
家庭网关远程管理模块,管理家居设备控制模块;
OSGI模块,包括嵌入式java虚拟机、java类库和OSGI框架,OSGI模块通过家庭网关的镜像升级功能或模块升级功能下载到家庭网关上运行,并在家庭网关的启动脚本中增加相应的命令,使家庭网关启动时同时运行OSGI模块;
公共库模块,包括串口操作模块、家庭网关信息查询模块、HTTP协议支持模块和USB转串口模块,这些模块按照OSGI BUNDLE规范封装后导出相应的服务,供家居设备控制模块调用;
硬件通信接口,由USB转串口模块和无线收发模块组成,家居设备接口通过USB接口与家庭网关连接,家庭网关通过无线射频信号与家居设备进行通信。
本发明不局限于上述最佳实施方式,任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化,凡是与本发明具有相同或相近的技术方案,均落入本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于控制智能家居的家庭网关,包括家居设备控制模块和家庭网关远程管理模块,其特征在于,还包括OSGI模块、公共库模块和硬件通信接口,
家居设备控制模块,通过无线射频信号控制家居设备;
家庭网关远程管理模块,管理家居设备控制模块;
OSGI模块,包括嵌入式java虚拟机、java类库和OSGI框架,OSGI框架作为家居设备控制模块的运行容器,OSGI模块通过家庭网关的镜像升级功能或模块升级功能下载到家庭网关上运行,并在家庭网关的启动脚本中增加相应的命令,使家庭网关启动时同时运行OSGI模块;
公共库模块,包括串口操作模块、家庭网关信息查询模块、HTTP协议支持模块和USB转串口模块,这些模块按照OSGI BUNDLE规范封装后导出相应的服务,供家居设备控制模块调用;
硬件通信接口,由USB转串口模块和无线收发模块组成,家居设备接口通过USB接口与家庭网关连接,家庭网关通过无线射频信号与家居设备进行通信。
2.如权利要求1所述的一种用于控制智能家居的家庭网关,其特征在于,当有多个所述家居设备接入所述家庭网关时,通过增加一个或多个USBHUB将多个所述家居设备接口同时***所述家庭网关的所述USB接口。
3.如权利要求1所述的一种用于控制智能家居的家庭网关,其特征在于,所述家庭网关远程管理模块与所述OSGI模块的通信接口通过UNIXDomain Socket实现。
4.如权利要求1所述的一种用于控制智能家居的家庭网关,其特征在于,所述家居设备控制模块采用bundle的形式在所述OSGI框架上单独的安装和运行。
5.一种家庭网关的实现方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤101:在现有家庭网关中增加OSGI模块;
步骤102:在家庭网关的启动脚本中增加相应的命令,使家庭网关启动时同时运行OSGI模块;
步骤103:开发OSGI模块与家庭网关远程管理模块的通信接口代码;
步骤104:集成家居设备控制模块的公共库代码和公共驱动库到OSGI模块;
步骤105:开发家庭网关与家居设备之间的硬件通信接口;
步骤106:家庭网关运行时,通过家庭网关远程管理模块安装或卸载家居设备控制模块,控制家居设备的工作。
6.如权利要求5所述的方法,其特征在于,当有多个所述家居设备接入所述家庭网关时,通过增加一个或多个USB HUB将多个家居设备接口同时***所述家庭网关的USB接口。
7.如权利要求5所述的方法,其特征在于,所述家庭网关远程管理模块与所述OSGI模块的通信接口通过UNIX Domain Socket实现。
8.如权利要求5所述的方法,其特征在于,所述家居设备控制模块采用bundle的形式在所述OSGI框架上单独的安装和运行。
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