CN105005201A - 智能家居多移动终端数据同步与推送*** - Google Patents

Abstract

本发明公开一种智能家居多移动终端数据同步与推送***，主要通过开源框架Apache？MINA并提出了基于该框架的一种面向智能家居控制的多移动终端数据同步、数据推送***的解决方案。其包括家庭主控数据采集模块、服务端消息处理模块、Android移动端网络数据处理模块；家庭主控数据采集模块用于收集家电状态数据、安防传感警报数据；服务端消息处理模块用于维护移动终端接入的TCP长连接，消息的接收、解析与发送，消息数据逻辑处理，数据库访问；Android移动端网络数据处理模块用于维护与服务器间的TCP长连接，接收家电状态数据、安防警报信息等，并通知上层UI显示给用户。其具有智能化、多终端数据同步、有条不乱的特点。

Description

智能家居多移动终端数据同步与推送***

技术领域

本发明涉及智能家居移动终端的数据同步设计领域，具体是一种基于Apache MINA的智能家居多移动终端数据同步与推送***。

背景技术

近年来随着物联网技术的兴起，以及移动互联网的蓬勃发展，人们也在智能家居控制方面有了新的需求，家居智能化优化人们的生活方式，为人们带来了生活上的便捷体验。许多互联网公司也不断地与家电厂商合作创新，推出各式各样的智能家居控制产品。在这些产品中，大多数都集成了家电控制、监控、管理等功能，在远程移动终端控制方面，尚未做到家居电器的实时信息反馈与多终端同步，实时性欠佳。

目前智能家居控制方面的技术，主流的有基于WIFI、Zigbee、433Mhz等通信技术，其家庭主控一般有基于ARM架构或Intel X86架构的控制终端，移动终端主要以Android、iOS、Windows Phone操作***为主，但是在移动终端上没有提供较好的多终端实时数据同步***，会导致家电状态无法及时获知，甚至导致多终端控制的状态错乱。

因此，有必要做进一步改进。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种架构简单合理、智能化、多终端数据同步、有条不乱的基于Apache MINA的智能家居多移动终端数据同步与推送***，以克服现有技术中的不足之处。

按此目的设计的一种智能家居多移动终端数据同步与推送***，包括家庭主控数据采集模块、服务端消息处理模块、Android移动端网络数据处理模块，其特征在于：所述家庭主控数据采集模块包括：家电控制数据采集程序；其运行于基于x86架构的家庭主控，用于收集智能家居中Wifi节点板通过以太网络反馈的家电状态数据、安防传感警报数据；所述服务端消息处理模块包括：基于Apache MINA的服务端消息处理程序，用于维护移动终端接入的TCP长连接，消息的接收、解析与发送，消息数据逻辑处理，数据库访问；所述Android移动端网络数据处理模块包括：Android应用程序中的长连接维护模块，用于维护与服务器间的TCP长连接；消息接收解析模块，用于正确接收来自服务端的家电状态数据、安防警报信息等，并通知上层UI显示给用户。

所述家庭主控数据采集模块、服务端消息处理模块和Android移动端网络数据处理模块之间通过TCP长连接进行通信，并使用特定的消息协议进行消息传输，使用2字节的心跳包维护连接状态，智能家居的家电状态数据、安防传感警报数据可以通过此种消息，从家庭主控经由服务端推送至多个移动终端，并在UI上显示，多移动终端的状态同步。

消息协议包括4字节长度的消息头以及不定长的消息负载，在4字节的消息头中，第1个字节代表消息类型，第2个字节为预留，第3、4字节为消息长度，确定了消息负载的长度。

Apache MINA的服务端消息处理程序包含Long Connection Handler、LogicHandler以及Database Helper子模块，其将移动终端接入的长连接，通过IoSession的ID作为连接主要标识，存于LongConnHolder的Map以及数据库中。

Database Helper子模块基于Hibernate开源框架，通过DAO访问数据库。

Logic Handler在遵循消息协议的基础上，进行逻辑扩展，支持更多类型消息。

本发明主要通过开源框架Apache MINA并提出了基于该框架的一种面向智能家居控制的多移动终端数据同步、数据推送***的解决方案，主要包括家庭主控数据采集模块、服务端数据处理模块以及Android移动终端处理模块。其中，家庭主控数据采集模块用于收集家电状态数据和安防传感警报数据；服务端数据处理模块用于维护移动终端接入的TCP长连接，消息的接收、解析与发送，消息数据逻辑处理，数据库访问；Android移动终端处理模块用于接收家电状态数据、安防警报信息等，并通知上层UI显示给用户。其具有架构简单合理、智能化、多终端数据同步、有条不乱的特点。

附图说明

图1为本发明一实施例中的智能家居数据同步、推送解决方案总体设计图。

图2为本发明一实施例中的智能家居控制状态数据同步总体架构图。

图3为本发明一实施例中基于Apache MINA的数据同步、推送服务端程序设计图。

图4为本发明一实施例中的智能家居控制状态数据同步协作图。

图5为本发明一实施例中的自定义消息协议说明。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

为了实现本发明，采用的技术方案如下：

参见图1，本智能家居多移动终端数据同步与推送***，主要有三大模块：在家庭主控机上部署基于TCP/IP传输协议的家庭主控数据采集模块、在服务器上部署基于Apache MINA的消息同步、推送的服务端消息处理模块，在Android移动终端运行智能家居应用程序的Android移动端网络数据处理模块。三个模块间均基于TCP/IP网络通信协议。在服务端中的核心模块，引入的Apache MINA开源框架，是基于JAVA异步网络IO接口，提供了网络传输上抽象的事件驱动的异步API，模块基于该框架，维护了多终端与服务器之间的TCP长连接，并为家庭主控提供了家电数据反馈的服务接口。

其中，家庭主控数据采集模块包括：家电控制数据采集程序；其运行于基于x86架构的家庭主控，用于收集智能家居中Wifi节点板通过以太网络反馈的家电状态数据、安防传感警报数据；

服务端消息处理模块包括：基于Apache MINA的服务端消息处理程序，用于维护移动终端接入的TCP长连接，消息的接收、解析与发送，消息数据逻辑处理，数据库访问；

Android移动端网络数据处理模块包括：Android应用程序中的长连接维护模块，用于维护与服务器间的TCP长连接；消息接收解析模块，用于正确接收来自服务端的家电状态数据、安防警报信息等，并通知上层UI显示给用户。

家庭主控数据采集模块、服务端消息处理模块和Android移动端网络数据处理模块之间通过TCP长连接进行通信，并使用特定的消息协议进行消息传输，使用2字节的心跳包维护连接状态，智能家居的家电状态数据、安防传感警报数据可以通过此种消息，从家庭主控经由服务端推送至多个移动终端，并在UI上显示，多移动终端的状态同步。

本发明的主要内容包括基于Apache MINA框架的一种智能家居控制中数据同步、数据推送的设计方案，如下：

1)基于Apache MINA的服务端消息处理模块

该模块是基于Apache MINA开源网络框架的Java应用程序，其服务端消息处理程序主要包括的子模块有：Long Connection Handler(TCP长连接维护)、Logic Handler以及基于Hibernate的数据库访问模块Database Helper，其将移动终端接入的长连接，通过IoSession的ID作为连接主要标识，存于LongConnHolder的Map以及数据库中。Database Helper子模块基于Hibernate开源框架，通过DAO访问数据库。Logic Handler在遵循消息协议的基础上，进行逻辑扩展，支持更多类型消息。

具体工作方式如下：Long Connection Handler通过Apache MINA的Iosession来维护移动终端与服务器之间的TCP长连接，该子模块是基于Apache MINA的IoHandlerAdapter来处理网络数据IO，并将消息进行解析，区分消息类型，如果是来自客户端应用程序的心跳包，则进行心跳包回复，如果是属于带有数据载荷的消息，则交给Logic Handler的MessageDispatcher进行消息分发，随后由不同的逻辑模块去处理消息。各种消息包括了智能家居用户的登录身份验证消息、家庭主控的注册消息、各种类型的推送消息(如状态信息同步的推送消息)等。Logic Handler子模块根据不同类型的消息，进行相应的逻辑处理，在处理消息的过程中，将使用到数据库访问模块。数据库访问子模块基于开源的数据对象关系映射框架Hibernate，提供了简便快捷的数据库访问。

2)在家庭主控上部署的家电主控数据采集模块

该模块是一个基于TCP\IP网络通信的应用程序，部署于家庭主控上，负责家电控制状态数据、安防传感设备数据的采集工作。

具体工作方式如下：家庭主控是一台x86架构的微型计算机，在智能家居解决方案中将放置于对应的家庭居住环境里，其与WIFI节点板块通过WIFI通信互联，WIFI板块作为家电控制数据的中转站，将家庭主控中的控制程序发来的指令，通过433Mhz通信来控制家电。与此同时，家电设备以及安防设备可以通过433Mhz并经由WIFI节点板块传输给家庭主控中的控制程序。而作为控制程序的一部分，主控上部署的家电数据采集模块，可以从中采集到家电设备反馈的设备状态，以及安防设备反馈的传感器数据值。这些数据值再通过固定格式的消息，发往服务器进行消息处理，并推送到多个移动终端。

3)Android移动终端上部署的Android移动端网络数据处理模块

该模块部署于Android移动终端上，并将最新的家电设备状态信息、智能家居安防传感器数据信息进行处理后，通过用户界面展现给智能家居移动终端用户，用户将实时了解家电的最新状态以及安防***的实时报警状态。

具体工作方式如下：在Android移动终端上的网络数据处理模块，包括运行于Android应用程序的后台Service，其与消息处理服务端建立TCP长连接，同时Connection Handler通过心跳包与服务端来维持TCP长连接，保障通信链路的畅通，提高了状态数据同步的实时性。每当接收到从服务端推送过来的消息，将进行解析并处理。如果接收到的是安防传感器的警报数据，将通过Android的响铃或者震动方式提醒用户，如果接收到的是家电设备状态信息，通过Android的Activity UI显示给用户。

本发明基于Apache MINA开源框架，并通过TCP长连接来进行智能家居中多移动终端的数据同步，具有以下几个优点：

1)高并发访问，减少服务端资源开销。Apache MINA开源网络应用程序框架，是通过JAVA的异步网络IO提供了TCP/IP和UDP/IP的支持的，而异步网络IO处理，根据网络socket的状态轮询结果来进行处理，单进程也可以做到高并发访问，相较于传统的多线程处理网络连接的模型，更节约服务器资源，不用为每个请求连接安排独立的线程去处理。

2)基于维护TCP长连接，保障了数据同步的高实时性。移动终端与消息推送服务器之间，以及家庭主控的采集模块与消息推送服务器之间，采用了TCP长连接的通信方式，使服务端可以主动推送数据同步的消息到移动终端，而移动终端不需要主动地去轮询服务器。

3)家庭主控的数据采集模块，将状态数据及时推送到移动终端。家电设备的状态数据通过WIFI节点板反馈到家庭主控计算机上，数据采集模块将最新获取的需要同步更新的数据，立即发送消息到服务器，服务器对该主控进行数据库查询，并将最新消息推送到已登录的移动终端。用户能够获取最新的家电设备状态数据。

4)多移动终端的同步支持。通过多用户多移动终端登录，并将用户注册绑定到对应的家庭主控，则家庭主控能够一对多地进行消息推送，能够将家电设备的状态信息同步到多移动终端中。

自定义的TCP长连接心跳，节省移动互联网数据流量，并能及时检测连接状态。自定义的消息协议，采用了2个byte的心跳包，仅用于维护TCP长连接，不需要轮询请求数据，从而节省了移动互联网数据流量，同时能够及时接收到服务端通过TCP长连接传送过来的同步数据。

数据同步、推送的总体架构；

附图2所示为本发明设计的硬件环境架构，其中移动终端为Android***的智能终端，具有移动互联网访问功能，智能家居的远程控制应用程序运行于其上，用户可以通过Android的智能家居App控制并查看最新的家电状态、安防***警报信息等。图中服务器接入了互联网，其中部署了基于ApacheMINA的消息推送、数据同步核心模块程序，其中也部署了需要用到的数据库MySQL数据库。在每一个家庭中，会有一个家庭主控，家庭主控为x86架构的微型计算机，其中部署了数据控制、采集程序。而WIFI节点板块与主控接入以太网中，它通过433Mhz与家电设备进行通信，包括家电设备、安防设备的控制信息传输与状态信息反馈等。

家庭中的主控接入互联网，与服务器进行连接，并注册、反馈运行状态；与此同时，移动终端也通过互联网连接至服务端，通过TCP长连接进行通信，可以随时接收到服务端的推送消息。而家庭主控采集的家电设备状态信息，就可以通过服务器推送到多个移动终端设备上，通过UI显示出来、提醒用户。

基于Apache MINA框架的服务端消息处理模块；

该模块部署于附图2所示的服务器上，附图3所示为该模块内部架构。因为Apache MINA是基于Java NIO的，其需要Java虚拟机的支持。在ApacheMINA之上，主要有Long Connection Handler(长连接维护子模块)、LogicHandler(逻辑处理子模块)以及另外的基于Hibernate的DBhelper(数据库访问子模块)。长连接维护子模块，利用Apache MINA的IoHandlerAdapter进行连接处理，其将一个TCP连接封装成Iosession对象，在服务器处理连接的时候，将触发sessionOpened()、messageReceived()、sessionIdle()、exceptionCaught()、sessionClosed()等关键回调函数。其中Protocol Parser负责消息协议解析，区分消息类型，读取消息载荷，如果是心跳包类型的消息，则交给Heart Beat Handler处理心跳回包，经过解析后的消息类型与载荷，由Message Dispatcher分发，从而交给逻辑处理子模块，而长连接处理子模块的Protocol Packer还负责将逻辑处理的消息载荷封装，通过网络IO发送出去。在逻辑处理模块中，根据不同的消息类型，进行不同的逻辑处理，Login Handler负责登录身份验证，Timer负责清理60秒内连接但未通过登录的连接。而每个连接，都可以在LongConnHolder中找得到Iosession对象，其Iosession Map以session的ID为键，通过ID可以查找到具体的连接会话。在移动终端用户登录或者家庭主控注册状态时，需要把Iosession的ID保存到数据库中，与设备绑定。而数据库的访问，则交给DBhelper，它将DAO对象通过Hibernate框架操作MySQL数据库。当消息类型不同时，有不同的Handler处理，包括Alarm Message Handler处理安防警报信息、Sync MessageHandler处理状态数据同步信息、Update Message Handler可以处理应用程序更新的消息推送。需要推送的消息，Message Pusher通过获取对应ID的Iosession对象，将处理好的回发消息推送出去。而如果需要增加推送消息及逻辑，可以在遵循消息协议的基础上，通过Logic Handler进行扩展。

部署于家庭主控上的家电主控数据采集模块；

在图1中可以看到每个家庭有一个家庭主控，而该模块作为一个程序运行于主控中，该模块会实时地从家电控制程序中获取家电设备、安防设备通过WIFI节点板反馈的状态数据。该模块与服务端之间是基于TCP协议通信的，模块发给服务器的消息，经过服务器上的基于Apache MINA的核心模块处理后，推送到对应的已登录的智能移动终端中。

基于Android移动终端的Android移动端网络数据处理模块；

如图1所示，多移动终端通过TCP长连接与服务器建立通信信道，而在移动终端中，网络数据处理被放在了Android的Service组件中，作为UI组件的Activity则与后台Service进行通信。该模块包括了Connection Handler来维护TCP长连接，它会每隔25秒发一个心跳消息至服务器，同时也接受服务器发回的心跳。如果长时间没有收到服务器发回的心跳，则认为此连接已经断开。在Service中，还有独立的线程接收网络数据，并把接收到的数据通过Activity显示到UI上，或者开启震动和声音。

数据同步、推送过程；

附图4所示为家电设备状态数据、安防传感数据的同步、推送流程。对于家庭主控，在建立TCP连接后将把家庭主控的唯一识别ID(UUID)进行在线状态注册。移动终端服务端建立连接后进行登录身份验证，否则连接将自动断开。移动终端与家庭主控，均通过心跳包与服务端保持连接、保持状态，一旦心跳包消失，则表示长连接断开、离线。当家庭主控采集到家电设备发过来的安防警报数据或者是控制状态改变数据时，该模块将数据封装、分类，发送至服务器，服务器接收到主控发来的请求推送的消息后，将根据主控的ID查询数据库，把推送消息推送至相应的多个移动终端。移动终端收到推送消息，根据推送消息的种类、进行相应处理，如收到警报消息后通过震动或者响铃方式通知用户，收到家电设备状态同步的推送数据后，进行家电状态的UI同步显示。

消息协议

附图5所示为传输的消息自定义协议。心跳包为2字节长度，规定第一个字节为0x01，心跳回包为0x02，第二个字节为预留。消息协议包括4字节长度的消息头以及不定长的消息负载，在4字节的消息头中，第1个字节代表消息类型(不包含0x01、0x02)，第2个字节为预留，第3、4字节为消息长度，确定了消息负载的长度。

上述为本发明的优选方案,本领域普通技术人员对其简单的变型或改造，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种智能家居多移动终端数据同步与推送***，包括家庭主控数据采集模块、服务端消息处理模块、Android移动端网络数据处理模块，其特征在于：

所述家庭主控数据采集模块包括：家电控制数据采集程序；其运行于基于x86架构的家庭主控，用于收集智能家居中Wifi节点板通过以太网络反馈的家电状态数据、安防传感警报数据；

所述服务端消息处理模块包括：基于Apache MINA的服务端消息处理程序，用于维护移动终端接入的TCP长连接，消息的接收、解析与发送，消息数据逻辑处理，数据库访问；

所述Android移动端网络数据处理模块包括：Android应用程序中的长连接维护模块，用于维护与服务器间的TCP长连接；消息接收解析模块，用于正确接收来自服务端的家电状态数据、安防警报信息等，并通知上层UI显示给用户。

2.根据权利要求1所述的智能家居多移动终端数据同步与推送***，其特征在于，所述家庭主控数据采集模块、服务端消息处理模块和Android移动端网络数据处理模块之间通过TCP长连接进行通信，并使用特定的消息协议进行消息传输，使用2字节的心跳包维护连接状态，智能家居的家电状态数据、安防传感警报数据可以通过此种消息，从家庭主控经由服务端推送至多个移动终端，并在UI上显示，多移动终端的状态同步。

3.根据权利要求2所述的智能家居多移动终端数据同步与推送***，其特征在于，消息协议包括4字节长度的消息头以及不定长的消息负载，在4字节的消息头中，第1个字节代表消息类型，第2个字节为预留，第3、4字节为消息长度，确定了消息负载的长度。

4.根据权利要求1所述的智能家居多移动终端数据同步与推送***，其特征在于，Apache MINA的服务端消息处理程序包含Long ConnectionHandler、Logic Handler以及Database Helper子模块，其将移动终端接入的长连接，通过IoSession的ID作为连接主要标识，存于LongConnHolder的Map以及数据库中。

5.根据权利要求4所述的智能家居多移动终端数据同步与推送***，其特征在于，Database Helper子模块基于Hibernate开源框架，通过DAO访问数据库。

6.根据权利要求4所述的智能家居多移动终端数据同步与推送***，其特征在于，Logic Handler在遵循消息协议的基础上，进行逻辑扩展，支持更多类型消息。