CN110888329A - 设备厂家开放式接入的智能家居平台及其数据处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种设备厂家开放式接入的智能家居平台及其数据处理方法。所述方法包括：智能家居APP通过Html5 WebSocket与云端服务器建立长连接通信；远程智能网关则基于TCP Socket与云端服务器建立长连接通信，并以信息枢纽的身份连接不同类型的终端设备，从而实现智能家居App与终端设备进行数据的通信和交互。所述平台可执行所述方法。本发明实施例可达到低成本的互联互通，同时通过与硬件合作伙伴合作，达到家庭泛在物联的效果，推进物联的普及。
Description
技术领域
本发明涉及电力载波通信技术领域、边缘网络计算技术领域、大数据技术领域、云计算技术领域，以及涉及设备控制、通讯、数据交互等相关物联网技术领域。
背景技术
智能家居是IoT(Internet of Things，物联网)行业里面离用户最近的细分市场。随着国民人均收入及消费支出持续增加，文化水平和时间管理意识提高，生活质量要求日益增强，人们正在寻求一种更为方便快捷的生活方式。目前，智能硬件领域用户规模持续增长，活跃用户保持较为稳定的增长率，有很多智能硬件单品已经到了早期大众阶段，比如智能音箱，已经进入千家万户。根据艾瑞2018年国内智能家居行业研究报告指出，2017年国内智能家居市场规模为3254.7亿元，预计未来三年内市场将保持21.4％的年复合增长率。目前智能家居还有许多瓶颈和壁垒，其中主要的瓶颈是生态***壁垒。有很多用户在选购智能产品的时候都会考虑一个重要的因素：新产品能否和现有的智能***形成联动？目前国内外已经形成了很多生态***，在美国市场，以亚马逊和谷歌智能音箱+语音助手方式搭建生态，占领了绝大多数美国家庭。不过，这一模式在国内行不通，原因在于国内平台的相互独立性，导致设备无法联动的尴尬局面。
发明内容
本发明提出一种设备厂家开放式接入的智能家居平台及其数据处理方法，可达到低成本的互联互通。
在第一方面，本发明提供一种设备厂家开放式接入的智能家居平台的数据处理方法：智能家居App通过Html5 WebSocket与云端服务器建立长连接通信；远程智能网关则基于TCP Socket与云端服务器建立长连接通信，并以信息枢纽的身份连接不同类型的终端设备，从而实现智能家居App与终端设备进行数据的通信和交互。
在一些优选的实施方式中还包括设备接入：使用指定MCU开发板，使用电力载波智能网关，下载SDK开发包，基于SDK开发包开发智能设备。
在一些优选的实施方式中还包括设备开发：下载SDK开发包，适配SDK依赖的设备配置接口，定义设备信息，适配SDK定义的修改连接参数接口，适配SDK定义的设备固件版本查询和升级接口，程序调用SDK初始化及运行接口，程序与SDK进行数据交互。
在一些优选的实施方式中还包括控制界面开发：通过FTP客户端上传html5前端控制界面源代码包，APP客户端进入控制界面，客户端向API服务器请求控制页面url 地址，APP客户端向FTP源代码服务器请求控制页面html文件，APP客户端通过调用 js SDK与长连接服务器建立websocket连接并发送控制命令，APP客户端通过调用js SDK接收长连接发来的Uapps数据。
在第二方面，本发明提供一种设备厂家开放式接入的智能家居平台，其可执行上述方法。
在第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有程序指令，所述程序指令被计算机的处理器执行时使所述处理器执行上述方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果有：
通过提供数据传输通道和标准的平台服务，协助设备厂家更快捷和低成本地开发操作界面和设备，并为终端客户提供低成本、高兼容、方便易用的智能家居技术整合方案。其主要的目标是通过开放式开发机制，实现开放式生态***，最终为终端客户解决生态***壁垒。同时，在技术层面上不同于其他平台，本平台是以电力载波通讯为基础，来整合设备厂家的产品。就当前国内设备普遍无法联动的尴尬局面来说，本平台利用电力载波技术高可靠性和低成本的特性，帮助设备厂商解决设备互联互通问题。更重要的是帮助终端用户，在不改变家庭任何条件的情况下，建立属于自己的智慧家庭。本平台运行可达到低成本的互联互通，同时通过与硬件合作伙伴合作，达到家庭泛在物联的效果，推进物联的普及。
附图说明
图1示出本发明一个实施例的信息交互过程；
图2示出本发明一个实施例的设备厂家开放式接入的智能家居平台的结构；
图3示出本发明一个实施例的设备厂家开放式接入的智能家居平台的数据处理方法的设备接入过程；
图4示出本发明一个实施例的设备厂家开放式接入的智能家居平台的数据处理方法的设备开发过程；
图5示出本发明一个实施例的智能节点模型。
具体实施方式
为了使本发明实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
本实施例提供一种设备厂家开放式接入的智能家居平台及其数据处理方法。以窝窝智能家居APP为例。
为了帮助设备厂商快捷地开发控制界面，实现设备控制、设备通信、数据交互的功能，参考图1，本实施例的智能家居APP通过使用Iframe提供了在APP内部加载呈现html5页面的功能，允许页面通过APP实现对智能设备的实时控制。同时，本平台基于html5 API，提供了丰富的CSS(Cascading Style Sheets)控制组件模板及相关Javascript SDK(jsSDK)，以方便开发者，快速开发控制界面和设备控制功能。在设备控制方面主要是通过不同的信息/数据节点，建立贯穿起始的通讯链路来实现。智能家居APP通过Html5 WebSocket技术与云端服务器建立长连接通信。远程智能网关则是基于TCP Socket与云端服务器建立长连接通信，并以信息枢纽的身份连接不同类型的终端设备，来最终实现智能家居App与终端设备数据通信和交互，如图2所示。
本实施例的设备厂家开放式接入的智能家居平台的数据处理方法还包括设备接入、设备开发和控制界面开发。
参考图3，设备接入：使用指定MCU开发板，使用电力载波智能网关，登录平台官网，下载SDK(Software Development Kit)开发包，基于SDK开发智能设备。
参考图4，设备开发：下载SDK开发包，适配SDK依赖的设备配置接口，定义设备信息，适配SDK定义的修改连接参数接口，适配SDK定义的设备固件版本查询和升级接口，程序调用SDK初始化及运行接口，程序与SDK进行数据交互。
控制界面开发：通过FTP客户端上传html5前端控制界面源代码包，APP客户端进入控制界面，客户端向API服务器请求控制页面url地址，APP客户端向FTP源代码服务器请求控制页面html文件，APP客户端通过调用js SDK(比如Wowo.js)与长连接服务器建立websocket连接并发送控制命令，APP客户端通过调用js SDK(比如 Wowo.js)接收长连接发来的Uapps数据，实现状态改变等。
本实施例的设备厂家开放式接入的智能家居平台通过自定义通讯协议进一步解决设备难以实现互联互通的问题。目前市场上许多智能家居平台服务商，对于控制界面开发这一块，都是根据自己平台的特性，制定相应的数据格式，使开发者不得不要为了遵从其平台的要求，修改自身硬件的应用程序与之匹配，大大的限制了开发者的自由。但作为一个优秀的智能家居平台服务及运营商，应将更多的权限和自由交给开发者，开发者可以在开发自己的应用时获得完全的控制权。平台服务及运营商应把更多精力投入在为开发者提供支持服务，因此在本实施例的设备厂家开放式接入的智能家居平台上，开发者传输的任何数据将完整的发送给终端设备，从客户端发送的是什么形式的数据到远程终端就接收什么形式的数据，无需遵从任何规定、做任何的转译工作。基于上述原因，为了保证设备控制数据从本平台到终端智能设备的完整性和一致性，本发明在整个通讯链路上设计了通用的应用层协议Uapps。
Uapps是本实施例的设备厂家开放式接入的智能家居平台定义的一套统一和开放的、针对物联网智能节点及其应用对象的访问和控制应用支持协议。它支持各种应用层协议数据在智能节点之间传输和交互，不依赖于具体应用层协议，也可以用作智能节点本地接口。它是基于IETF CoAP(Constrained Application Protocol)报文格式及协议，针对TCP连接以及其它非IP网络进行了一定的扩展。CoAP本身是一套针对物联网智能设备而优化的国际开放式应用层支持协议，可是它主要是针对UDP网络而设计的。
1.智能节点及应用对象
参考图5，智能节点指物联网中的一个网络节点，它参与网络组网和具有数据通信能力，同时，关联一个或多个应用对象(AO)，这些应用对象代表智能节点应用层。在实际中，智能节点及其关联的应用对象构成智能设备或智能应用模型。
智能节点应用对象是一个能够提供特定应用层资源或服务的物理或逻辑实体，其资源或服务可供用户进行本地或远程访问，包括数据读写、状态查询、状态控制和设置等。
智能节点模型如图5所示，它包括数据链路层(DLL)、应用支持层(APS)及应用层。APS为应用层AO提供适配，并使用本文定义的Uapps协议在智能节点对等APS层之间传输应用层数据。
管理服务实体(MSE，Management Service Entity)是智能节点内部的一个逻辑AO，提供节点管理服务(例如，进行节点设置等)，可供本地或远程访问。MSE固定使用端口0。
2.地址和识别
智能节点应用对象识别可以是端口号，物理的或逻辑的，对应物理或逻辑应用对象。端口0固定用于节点管理服务实体，它是一个逻辑对象。应用对象识别也可以是由应用层协议定义的ID(AOI)。例如，电能表作为智能节点应用对象，每一只电表具有一个唯一表号，即AOI。特别是，当多个应用对象通过一个总线式端口与智能节点连接时，必须通过AOI寻址目标AO。
3.设备资源标识DRI(Device Resource Identifier)
设备资源标识DRI表达一个智能设备资源或服务项的访问路径，表达如下：
DRI＝[[gwi.]noda]:port/dri-path/resi
或
DRI＝[[gwi.]noda]@aoi/dri-path/resi
注：DRI应符合HTTP URI规范，避免使用URI保留字符：#$^&*+＝。
各组成部分定义如下：
1.应用对象寻址,包括gwi,noda,port或aoi。其中：
·gwi：网关识别，可以不出现。若出现，可以是16进制数字串“0x1234abcd”或10进制数字串“123456”或字符串“xxxxxx”。
·noda：节点地址，可以和gwi一起不出现。若出现，可以是16进制数字串表示的MAC地址“0x1234abcd”，或10进制数字串“1234”表达的网络地址。注：网关本身作为网络主节点，其网络地址为0。
·port:端口号，代表应用对象，为10进制编号，0代表节点管理实体；
·aoi:应用对象识别，由应用层协议定义，可以是16进制数字串“0x1234abcd”或10进制数字串“123456”,或字符串名称“xxxxx”；
1.DRI-PATH：资源路径，可以为空。若出现，形式为“/xxxx/xxxx/…”，表示物理的或逻辑的路径。
2.RESI：资源或服务项名称，可以是数字编号“/123”或字符串名称“/xxxx”。
1.报文格式及协议
1.报文格式
报文包含报文头、变长选项域、以及变长内容域,如下表1所示。
表1 CoAP报文格式
表2 CoAP报文格式定义
2.请求及响应
Uapps基于“请求-响应”模式，客户端向服务端发出请求，服务端进行响应。
任何一端发出的报文可要求接收端予以确认，此时使用CON报文。若不要求接收端确认，则使用NON报文。对于CON报文，接收端在接收到报文后应发送‘确认报文’(ACK)，请求端若在超时前没有接收到ACK则进行重发。对于NON报文，接收端在接收到报文后不发送ACK。
对于CON请求报文，若接收端对请求需要进行应答并可立即产生应答内容，则应答内容在ACK报文中携带，响应码等于2.05，称为“搭载式应答”。若需要应答但产生应答内容需要一定的时间，则先使用空ACK报文(ACK/0.00)对请求进行确认并在报文中给出应答超时时间，然后当应答内容准备好时再使用CON或NON报文单独发送应答，称为“单独应答”。注意，若单独应答使用CON报文，则应答接收端需发送 ACK进行确认。
对于NON请求，接收端不发送确认，若需要应答则直接发送应答。应答可使用NON报文或CON报文发送。若使用CON报文发送应答，则应答接收端需发送ACK报文对进行确认。
在任何情况下，若出现交换状态混乱而无法处理所接收的报文，则发送复位报文(RST)，两端都复位。
报文具有报文序号，接收端可根据序号检测重复接收。
1.请求方法和响应代码
任何一端发送CON或NON请求时，请求方法由c.dd给出(c＝0,dd给出具体方法)。在响应报文中，c.dd给出响应码，c＝类别，dd给出细节。
请求方法/响应码类定义见下表3。
表3请求/响应类定义
对于请求方法定义如下表4。
表4请求方法(类c＝0)
注：若服务端不支持请求中的方法，则服务端应返回响应码4.05。服务端响应代码c.dd定义如下表5。
表5响应码(c.dd)
2.报文选项(Options)
1.Option编码格式
报文可以具有多个选项，每一个选项由代码表示。选项在传输时按代码由小到大的顺序，每一个选项由选项码、选项值长度和选项值组成，其编码格式如下表6。
表6 CoAP选项编码格式
OPT_DELTA为4比特，等于本选项代码相对于前一个选项代码的差值(注：报文中的选项按代码从小到大的顺序传输。对于报文中的第1个选项，在计算差值时，其前一个选项代码假设为0)。若差值为<＝12，则由OPT_DELTA直接表示。若差值为13- 268，则OPT_DELTA设置为13，同时DELTA_EXT为1个字节，等于差值减去13。若差值为269–xx，则OPT_DELTA设置为14，同时DELTA_EXT为2个字节(采用NBO次序传输)，等于差值减去269。
OPT_LEN为选项值的长度。其编码方式与OPT_DELTA相同。
OPT_VAL为选项值，其长度由OPT_LEN及LEN_EXT确定。
2.预定义选项
表7预定义选项
3.Content-Size(数据内容块大小)
报文内容的长度必须明确给出，否则，在互联网传输数据包出现“黏连”的情况下将无法定位报文分界。因此，该选项为必出现选项，给出报文内容的长度，选项值为2字节编码，定义如下表8：
表8报文内容的长度
1.BF：0–单块，1＝分块。
2.当分块时，BLKN定义如下：
0：分块首块；
7：分块尾块；
1-6：分块中间块，每次加1；
1.DL：数据内容(字节数)，1-2046。
在分块发送时，TOKEN不变。每一数据块可要求接收端确认，接收到最后一块后可进行搭载式应答。
1.Uapps-Format(Uapps所定义的数据内容格式)
Uapps扩展选项Uapps-Format给出Uapps所定义的数据内容格式。Uapps-Format格式如下表9：
表9 Uapps-Format选项格式
表10 Uapps-Format定义
控制界面开发指引：
开发者通过FTP客户端上传html5前端控制界面源代码包后，使用APP客户端进入控制界面，客户端向API服务器请求控制页面url地址。APP客户端向FTP源代码服务器请求控制页面html文件。APP客户端通过调用js SDK(Wowo.js)与长连接服务器建立websocket连接，并发送控制命令。APP客户端通过调用js SDK(Wowo.js) 接收长连接发来的Uapps数据，实现状态改变等。
开发者具体需要通过实现项目信息、控制界面html文件、JavaScript三个主要文件，具体如下表11所示：
表11文件规范
| 文件名 | 路径 | 备注 |
| package.json | /package.json | 控制界面项目信息 |
| index.html | /index.html | 控制界面html文件 |
| main.js | /js/main.js | javascript程序入口 |
Package.json为项目信息文件，具体可参照如下示例：
对于项目信息中的属性，具体解释如下表12：
表12控制界面项目信息
| 属性 | 层级 | 备注 |
| info | info | 项目描述信息 |
| name | info.name | 项目名 |
| version | info.version | 项目版本 |
| author | info.author | 项目作者 |
| description | info.description | 项目描述 |
| interface | interface | 设备列表展现 |
| device_on | interface.device_on | 设备开启状态图片 |
| device_off | interface.device_off | 设备关闭状态图片 |
| command | command | 设备通用命令 |
| device_state | command.device_state | 获取设备开关状态通用命令 |
| device_status | command.device_status | 获取设备整体状态通用命令 |
| device_on | command.device_on | 开启设备通用命令 |
| device_off | command.device_off | 关闭设备通用命令 |
Index.html是控制界面的主要展示，需先引用wowo控件模板样式库，后添加设备控制模块DOM，再引用js SDK(wowo.js)，最后引用程序主js文件，可参照如下示例：
Main.js是JavaScript程序入口，通过调用JS SDK接口，编写Wowo.config配置初始化回调函数、编写push回调函数、编写collect回调函数(用于场景模式时，客户端通过界面收集用户所设定的设备状态)，对界面进行配置和数据收发，具体可参照如下示例：
Wowo.js支持如下表13的功能：
表13 Javascript SDK接口列表
对于传输的数据结构，可参照如下示例：
对于数据传输结构的属性，具体解释如下表14：
表14 Uappsjson数据结构
| 属性 | 层级 | 备注 |
| version | version | 版本号 |
| token | token | Token |
| messageId | messageId | 报文流水号 |
| messageType | messageType | 报文类型 |
| messageTypeText | messageTypeText | 报文类型文字 |
| code | code | 请求/响应码 |
| codeText | codeText | 请求/响应码文字 |
| options | options | 选项 |
| uri_path | options.uri_path | 资源标识DRI |
| uri_query | options.uri_query | name＝value列表 |
| uapps_format | options.uapps_format | Uapps数据内容格式 |
| content_format | options.content_format | 内容域内容的格式 |
| content_size | options.content_size | 内容长度 |
| proxy_uri | options.proxy_uri | 代理转发请求Uri |
| payload | payload | 内容域 |
| payloadHex | payloadHex | 内容域16进制文字 |
| payloadText | payloadText | 内容域文字 |
| payloadJson | payloadJson | 内容域json |
本实施例可帮助设备厂商快捷地开发控制界面，实现设备控制、设备通信、数据交互的功能，通过使用Iframe提供了在APP内部加载呈现html5页面的功能，允许页面通过APP实现对智能设备的实时控制。同时，基于html5 API，为设备厂商提供了丰富的CSS控制组件模板及相关Javascript SDK，以方便开发者，快速开发控制界面和设备控制功能。
本领域的技术人员可以理解实施例方法中的全部或部分流程可以由计算机程序来命令相关的硬件完成，程序可存储于计算机可读取存储介质中，程序在执行时，可包括如各方法实施例的流程。而前述的存储介质包括：ROM或随机存储记忆体RAM、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的介质。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种设备厂家开放式接入的智能家居平台的数据处理方法，其特征在于：智能家居APP通过Html5 WebSocket与云端服务器建立长连接通信；远程智能网关则基于TCP Socket与云端服务器建立长连接通信，并以信息枢纽的身份连接不同类型的终端设备，从而实现智能家居App与终端设备进行数据的通信和交互。
2.根据权利要求1所述数据处理方法，其特征在于还包括设备接入：使用指定MCU开发板，使用电力载波智能网关，下载SDK开发包，基于SDK开发包开发智能设备。
3.根据权利要求1所述数据处理方法，其特征在于还包括设备开发：下载SDK开发包，适配SDK依赖的设备配置接口，定义设备信息，适配SDK定义的修改连接参数接口，适配SDK定义的设备固件版本查询和升级接口，程序调用SDK初始化及运行接口，程序与SDK进行数据交互。
4.根据权利要求1所述数据处理方法，其特征在于还包括控制界面开发：通过FTP客户端上传html5前端控制界面源代码包，APP客户端进入控制界面，客户端向API服务器请求控制页面url地址，APP客户端向FTP源代码服务器请求控制页面html文件，APP客户端通过调用js SDK与长连接服务器建立websocket连接并发送控制命令，APP客户端通过调用js SDK接收长连接发来的Uapps数据。
5.一种设备厂家开放式接入的智能家居平台，其特征在于：可执行根据权利要求1至4任一项所述方法。
6.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质中存储有程序指令，所述程序指令被计算机的处理器执行时使所述处理器执行根据权利要求1至4任一项所述方法。
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