无线通信-一种应用于家庭无线控制网络的即插即用方法

说明书摘要第1/1页1一种家庭无线控制网络用的即插即用方法，属于家庭无线控制网络领域，其特征在于，不需要事先为家庭网络中的各个家电设备设定唯一的MAC地址，可以利用各个家电设备上的无线通讯装置中的单片机主控电路的晶振器件的频率误差，或者同时利用上述晶振频率误差和家庭无线网络中的网关的定时功能，来提供用于区分各家电设备身份的信息，从而构成了一个以家庭网关为服务器端，以各家电设备为网络节点的客户端的家庭无线控制网络，其中的各个网络节点均能在地址自动分配的过程中自动产生其唯一的身份标识，以此避免家庭无线控制网络中网关对地址的重复分配，从而实现即插即用。本发明具有可靠性高，适用面广，即插即用，无需MAC地址，且成本低的优点。权利要求书第1/3页11，一种家庭无线控制网络用的即插即用方法，其特征在于：采用单片机控制电路晶振的器件频率误差作为区分所述家庭无线控制网络内各个网络节点身份的信息源，并利用单片机控制电路本身来进行定时，所述方法依次按如下步骤实现：步骤（1）初始化设定服务器端和客户端，其中：服务器端，是一个家庭网关，内设有一个家电设备无线通讯装置，该装置里由互相连接的所述单片机控制电路和无线射频模块组件构成，该装置设有：发送通道Tx、接收通道Rx和监听通道Lx；客户端，是各个被控的家电设备所组成的各网络节点，每个网络节点内设有一个所述的家电设备无线通讯装置，其中，各个单片机控制电路中的CPU的晶振的器件频率误差是各不相同的；步骤（2）设置所述各家电设备无线通讯装置里的网络地址，其步骤如下：步骤（2.1）服务器端开机后，启用发送通道Tx和接收通道Rx，关闭监听通道Lx，并把接收通道和发送通道的地址均设为“Center_Addr.+0x00”，监听通道的地址设置为“0xFFFFFFFF00”；步骤（2.2）客户端开机后，启用发送通道Tx和接收通道Rx，关闭监听通道Lx，并把发送通道和接收通道的地址均设置为“0xFFFFFFFFFF”，在通过服务器端的地址注册操作后，同一个所述家电无线控制网络内的各客户端，其发送通道和接收通道的地址均采用“Center_Addr.+Sub_Addr.”形式，其中，“Sub_Addr.”为标识客户端本身的子地址；步骤（3）服务器端按如下步骤建立地址配置表：服务器端按各客户端的地址发送查询命令，看各客户端是否发回Ack回复信号判断该地址所对应的客户端是否在线；若在线，则把该地址和对应客户端信息记录到地址配置表中，送入地址池内；步骤（4）各客户端上电后，均首先运行事先由程序设定的K个指令，然后再向服务器端发送初始化申请；步骤（5）所述家庭网关在步骤（4）中所述初始化申请后，在设定的时间τ内向各所述网络节点返回一个链路层的确认信号Ack，该时间τ的数量设为100μs；步骤（6）所述各网络节点接收到步骤（5）中所述的确认Ack信号后，进入等待接收初始化数据的状态；权利要求书第2/3页2步骤（7）若所述家庭网关的地址池中分配的地址少于网络节点的个数，则确认网络节点地址存在冲突，该家庭网关收回所有已分配的地址，令K=K×2，返回步骤（4），进行第二轮申请；步骤（8）所述单片机控制电路中的不同晶振频率误差，使得无线家庭控制网络中的各个网络节点均运行K条指令所耗费的时间不出，因为不同节点发送初试化申请的时间也不同。2，一种家庭无线控制网络用的即插即用方法，其特征在于：采用单片机控制电路晶振的器件频率误差作为区分所述家庭无线控制网络内各个网络节点身份的信息源，并利用所述家庭无线网络的网关来进行定时，所述方法依次依据以下步骤完成：步骤（1）初始化设定服务器端和客户端，其中：服务器端，是一个家庭网关，内设有一个家电设备无线通讯装置，该装置里由互相连接的所述单片机控制电路和无线射频模块组件构成，该装置设有：发送通道Tx、接收通道Rx和监听通道Lx；客户端，是各个被控的家电设备所组成的各网络节点，每个网络节点内设有一个所述的家电设备无线通讯装置，其中，各个单片机控制电路中的CPU的晶振的器件频率误差是各不相同的；步骤（2）设置所述各家电设备无线通讯装置里的网络地址，其步骤如下：步骤（2.1）服务器端开机后，启用发送通道Tx和接收通道Rx，关闭监听通道Lx，并把接收通道和发送通道的地址均设为“Center_Addr.+0x00”，监听通道的地址设置为“0xFFFFFFFF00”；步骤（2.2）客户端开机后，启用发送通道Tx和接收通道Rx，关闭监听通道Lx，并把发送通道和接收通道的地址均设置为“0xFFFFFFFFFF”，在通过服务器端的地址注册操作后，同一个所述家电无线控制网络内的各客户端，其发送通道和接收通道的地址均采用“Center_Addr.+Sub_Addr.”形式，其中，“Sub_Addr.”为标识客户端本身的子地址；步骤（3）服务器端按如下步骤建立地址配置表：服务器端按各客户端的地址发送查询命令，看各客户端是否发回Ack回复信号判断该地址所对应的客户端是否在线；若在线，则把该地址和对应客户端信息记录到地址配置表权利要求书第3/3页3中，送入地址池内；步骤（4）所述家庭网关上电后，初始化地址池，然后等待各网络节点的初始化申请；步骤（5）所有等待加入的所述网络的节点将读取自身EEPROM的固定位置的内容，以确定自身的状态，即是否曾经完成过设置，是否具有分配过的地址；然后根据自身状态发送不同的初始化申请：如果曾经完成过设置，则EEPROM中必包含能进行身份认证的信息和曾经发配过的地址，将之作为此节点的身份标识信息，转步骤（10）；若此网络节点没有进行过设置，则通过公共频道（地址设置为“0xFFFFFFFF00”），先向网关发送一个无身份标识的初始化申请，并转入对公共频道（地址设置为“0xFFFFFFFF00”）的接收状态；步骤（6）网关接收到某个网络节点发来的无身份标识的初始化申请之后，将转入发送状态，通过公共频道（地址设置为“0xFFFFFFFF00”），发送一个包含1BYTE的跳频的目标频道J（0x01~0xFE）的计时开始命令给上述节点；步骤（7）步骤（6）完成K秒（由程序设定的常数值）后，网关将通过跳频频道（地址设置为“0xFFFFFFFF00+J”）向步骤（6）中所述的网络节点发送计时停止命令；并转入对公共频道（地址设置为“0xFFFFFFFF00”）的接收和监听状态；步骤（8）网络节点在完成步骤（5）之后，将转入对公共频道（地址设置为“0xFFFFFFFF00”）的监听和接收状态；在接收到网关发来的包含跳频的目标频道J的开始计时命令后，初始化变量COUNTER的值为零，启动指令循环“COUNTER++”，同时转入对公共频道（地址设置为“0xFFFFFFFF00+J”）的监听和接收状态，直到接收到网关发来的计时停止命令；步骤（9）所述网络节点在完成步骤（8）后，对于不同的网络节点，由于晶振频率误差的存在，在相同的时间间隔下，变量COUNTER的计数结果各不相同，此值即可作为身份标识的信息；步骤（10）所述各网络节点将能作为自身身份的标识的信息，作为初始化申请的内容之一，利用公共频道（地址设置为“0xFFFFFFFF00”），向所述家庭网关进行发送此初始化申请，然后转入对公共频道（地址设置为“0xFFFFFFFF00”）的接收状态；步骤（11）所述家庭网关在接收到包含身份标识的初始化信息化，即启动地址分配机制；完成分配之后将所分配的地址作为地址分配命令的一部分，通过公共频道（地址设置为“0xFFFFFFFF00”）进行发送；若所述家庭网关地址池中已分配的地址数少于网络节点的个数，则确认各网络节点的地址有冲突，所述家庭网关便回收所有已分配地址，令T=T×2，返回步骤（4），进行第二轮申请。说明书第1/3页1一种应用于家庭无线控制网络的即插即用方法发明名称一种家庭无线控制网络即插即用方法技术领域本发明属于家庭无线控制网络技术领域，涉及其中的即插即用技术。背景技术新兴的家庭网络技术逐步改变了传统家电设备作为单独控制设备使用的现状，设备之间的互连互通和信息共享成为一种趋势。家庭网络技术虽然实现了设备之间的互连互通，但早期的家庭网络在建立和变动时需要人工进行配置，其过程异常繁琐，不能自动完成，给用户带来了很大的不便，同时阻碍了家庭网络技术的推广。为了解决这一问题，出现了应用于网络的即插即用技术，它用于实现网络配置及组网过程的自动化。然而，这些技术大多构建于IP协议之上，缺乏对家庭网络内部控制网络及无线网络的支持（而控制网络恰恰又是家庭网络和设备网络的主体，是配置最为繁琐的部分）；同时，这些协议在组网的时候依赖于全球唯一的MAC地址，这给即插即用技术的使用带来了较大的限制。现有的相关技术主要包括UPnP、Jini、SLP、Salutaion、DHCP、IPv6、WLAN、Bluetooth、ZigBee等。UPnP、Jini、SLP、Salutaion、DHCP等技术主要针对IP网络设计和实现，其即插即用过程必须依赖于MAC地址且难以用于控制网络。Jini通过代理的机制可以实现控制网络的接入，但在控制网络内部无法实现即插即用。IPv6是较为先进的网络层协议，它在设计时充分考虑了网络自动配置和即插即用机制。IPv6提供两种方式的即插即用：状态自动配置和无状态自动配置。前者采用BOOTP或DHCP协议，而这些协议都是依赖于MAC地址作为网络中各个节点的身份标识；后者采用IEEEEUI-64链路层地址自行生成网络中各节点的IPv6地址，而IEEEEUI-64链路层地址是通过一定的算法由48位MAC地址获得的。可以看到，IPv6的即插即用必须依赖于MAC地址，且无法用于控制网络。WLAN的地址分配采用的是DHCP协议，它依赖于IP协议和链路层MAC地址。蓝牙第2/11页2说明书（Bluetooth）采用自定义的服务发现协议（ServiceDiscoveryProtocol，SDP）实现即插即用，其功能相对简单，且仍然依赖于类似于MAC地址的节点标识，即BD—Address。ZigBee的即插即用过程同样也离不开一个事先分配好的，起MAC地址作用的UniqueIdentifier。中国专利号ZL200520054817.3公布了一种基于无线通信的家庭智能监控网络系统，用户通过互联网、电话等可以对家庭监控信息进行查询或进行远程家电设备的控制。但这种系统的主控机没有自动管理家电设备的功能，系统没有实现即插即用。中国专利号ZL200710028499.7公布了一种无线动态组网中设备自动地址分配的装置及其方法，家庭网络中的设备可以通过和主控机之间的注册等操作，实现设备的自动地址分配。但该方法没有能够解决多个设备同时加入时设备地址冲突的问题。可以看到，现行的所有网络即插即用技术都依赖于一个MAC地址，它用于为网络节点提供独一无二的标识。虽然MAC地址是目前实现网络节点标识的唯一方法，同时也一直在网络配置和组网过程中起着关键的作用，但随着网络技术和应用的发展，基于MAC地址的方案逐渐显现出一些不足：1）MAC地址需要由一个全球机构（如IEEE）进行管理和分配，这需要投入较大的管理成本。2）任何需要生产能应用做家庭网络中的节点设备或接口设备的硬件的厂商都需要向全球管理机构申请及购买MAC地址，这增高了硬件厂商的生产成本和准入门槛，限制了很多中小型企业的发展。这一点会影响到控制网络和设备网络的发展，因为这些网络不同于计算机网络，中小型企业在其发展中扮演着非常重要的角色。3）随着网络规模的增长和设备网络的发展，越来越多的网络节点（包括各种嵌入式设备）需要分配MAC地址，这使得MAC地址空间存在被耗尽的危险。4）目前大多数网络设备或接口（包括家庭网络在内），其硬件中的MAC地址都是可以被改写的（事实上很多小型企业和研发机构确实是这么做的），这极大地增加了网络地址冲突的可能性，使得MAC地址的方案并不能在事实上保证网络节点标识的唯一性。冲突的存在会导致网络节点的失效甚至影响整个网络的功能。MAC地址存在的唯一作用就是提供独一无二的网络节点的身份