CN105022276A - 智能家居系统及其数据交互方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能家居领域，公开了一种智能家居系统及其数据交互方法。本发明中，智能家居系统包含若干个智能家居节点；终端通过一个智能家居节点访问所述智能家居系统；每一个智能家居节点有广播监听状态和连接状态，若智能家居节点与终端建立连接，则智能家居节点从广播监听状态切换到连接状态；若智能家居节点与终端断开连接，则从连接状态切换到广播监听状态；其中，在广播监听状态下，智能家居节点向其他智能家居节点或终端发送广播包，并监听其他智能家居节点发送的信息；在连接状态下，智能家居节点还接收和转发终端的数据包。本发明的智能家居系统及其数据交互方法，提高了智能家居系统中数据传输的灵活性、有效性和抗干扰性。

Description

智能家居系统及其数据交互方法

技术领域

本发明涉及智能家居领域，特别涉及一种智能家居系统及其数据交互方法。

背景技术

随着移动智能终端的快速发展，家居设备也越来越智能化。智能家居系统是以住宅空间为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术等将与家居生活有关的设备进行集成，构建高效的住宅设施和家庭日程事务的管理系统，提升家居设备安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。

目前，对于智能家居系统中的智能家居节点的控制均是采用中央控制器进行集中式控制的方式，所有数据需要经过中央控制器进行处理和转发，即用户智能终端通过与中央控制器通信实现对智能家居系统中的智能家居节点进行控制。这种集中式控制方式容易在中央控制器中形成数据传输瓶颈，而且也不利于系统的拓展。因此需要构造一种数据交互更加灵活，稳定性更好的控制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能家居系统及其数据交互方法，通过构建网状结构的传输方式，提高了智能家居系统中数据传输的灵活性、有效性和抗干扰性。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种智能家居系统，该智能家居系统包含：若干个智能家居节点；终端通过一个智能家居节点访问智能家居系统；

每一个智能家居节点有广播监听状态和连接状态；其中，智能家居节点在广播监听状态用于向其他智能家居节点或终端发送广播包，监听其他智能家居节点发送的信息；智能家居节点在连接状态，还用于接收和转发终端的数据包。

本发明的实施方式还提供了一种数据交互方法，包含以下步骤：

若智能家居节点与终端建立连接，则智能家居节点从广播监听状态切换到连接状态；

若智能家居节点与终端断开连接，则从连接状态切换到广播监听状态；

其中，在广播监听状态下，智能家居节点向其他智能家居节点或终端发送广播包，并监听其他智能家居节点发送的信息；在连接状态下，智能家居节点还接收和转发终端的数据包。

本发明实施方式相对于现有技术而言，提供了一种能提高数据传输灵活性、有效性和抗干扰性的智能家居系统。智能家居系统包含若干个智能家居节点，终端通过一个智能家居节点访问智能家居系统，每一个智能家居节点有广播监听状态和连接状态。相比于现有技术中利用中央控制器的集中式控制智能家居系统，本发明通过各智能家居节点组成网状结构的智能家居系统，用户可以利用终端通过不同的传输路径直接对该智能家居系统中的各智能家居节点进行控制，避免了中央控制器因为通信拥塞而导致的性能下降，提高了智能家居系统的灵活性和有效性，各智能家居节点通过广播监听功能提高了智能家居系统的抗干扰性；另外，由于该智能家居系统中的各智能家居节点均具有广播收发功能，可以方便对该智能家居系统的规模进行拓展，进一步地增加了智能家居系统的结构灵活性。

通过利用本发明实施的方式，可以更便捷的建立智能家居系统，用户不需要对现有的智能设备例如智能手机，平板电脑做任何硬件修改就可以实现多个智能设备控制智能家居系统；而在智能家居新建节点之间，则可以通过网状网络的实现前述的各项优点。

另外，所述智能家居节点在广播时隙收到终端请求，与终端建立连接时，从所述广播监听状态切换到所述连接状态；

所述智能家居节点在与终端断开连接时，从所述连接状态切换到所述广播监听状态。

另外，所述智能家居节点在至少一个广播信道上发送广播包，在至少一个数据信道上监听其他智能家居节点发送的信息，接收和转发数据包。

另外，所述智能家居节点在广播监听状态下，按照预先设定的时隙，发送广播包和监听其他智能家居节点发送的信息。

另外，所述智能家居节点在监听到其他智能家居节点发送的信息时，在至少一个数据信道上利用固定的时隙关系转发监听到的信息，转发完成后所述智能家居节点重新切换到广播监听状态。

另外，所述智能家居节点在连接状态，每隔固定时间接收所述终端的数据包；在接收的间隙，在至少一个数据信道上利用固定的时隙关系，转发所述数据包或者监听其他智能家居节点发送的信息。

另外，所述智能家居节点在需要自主发出信息时，直接在至少一个数据信道上按照转发时隙转发需发出的信息，转发完成后所述智能家居节点重新切换到广播监听状态或连接状态。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式的智能家居系统与终端交互的原理框图；

图2是根据本发明第一实施方式的智能家居节点的一种广播监听时隙示意图；

图3是根据本发明第一实施方式的智能家居节点的转发时隙示意图；

图4是根据本发明第一实施方式的智能家居节点状态转移示意图；

图5是根据本发明第一实施方式的智能家居节点接收时隙示意图；

图6是根据本发明第一实施方式的智能家居节点接收、转发时隙示意图；

图7是根据本发明第一实施方式的智能家居系统示意图；

图8是根据本发明第二实施方式的智能家居节点的广播监听状态的工作流程图；

图9是根据本发明第二实施方式的智能家居节点的连接状态的工作流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种智能家居系统。该智能家居系统与终端交互的框图如图1所示。其中，该智能家居系统包含N个智能家居节点，与该智能家居系统交互的终端共有F个，M、N、E、F为不小于1的自然数，且M不大于N，E不大于F。终端通过与一个智能家居节点进行数据交互实现对整个智能家居系统的访问，智能家居节点之间通过网状网快速稳定地进行信息交互。智能家居节点可以为遥控器、开关、灯、传感器、电视、空调、洗衣机、监控设备、冰箱等；终端可以为手机、平板等，智能家居节点和终端并不限于以上所述举例，这里不再一一列举。

于本实施方式中，每个智能家居节点有广播监听状态和连接状态，智能家居节点在广播监听状态时用于发送广播包，以及监听其他智能家居节点发送的信息；智能家居节点在连接状态时，还用于接收和转发终端的数据包以及监听其他智能家居节点发送的信息。在两种状态下，智能家居节点都可以以广播方式转发收到的信息或者本节点状态变化引起的需要发送的信息。智能家居节点以及终端采用蓝牙低功耗(BLE)协议进行数据通信，具体通信方式并不限定以上所述，这里不再一一赘述。

蓝牙低功耗(BLE)协议在进行数据交互时采用两种通信信道：广播信道和数据信道；在蓝牙低功耗(BLE)协议4.0以上版本中，有3个广播信道和37个数据信道，智能家居节点可以在3个广播信道进行广播，在3个广播信道或者37个数据信道或者这些信道的子集上进行监听以及转发。智能家居节点可以在至少一个广播信道上发送广播包，在至少一个广播或数据信道上监听其他智能家居节点发送的信息，接收和转发数据包。在本实施方式中，以3个广播信道和4个数据信道为例进行说明，但通信信道的数目不应以此为限，可根据实际需要自由进行选择。

具体地说，广播包包含特定的广播数据，其中该广播数据包含用于说明该智能家居节点是否仅对指定的设备发送的信息，还包含用于确定该智能家居节点是否是可连接的信息。数据包包含各种控制命令、目标智能家居节点的身份标识号以及密文等信息。广播包和数据包的具体内容并不限于以上所述，可根据实际需要自行设定。

当智能家居节点处于广播监听状态时，按照预先设定的时隙，发送广播包和监听其他智能家居节点和终端发送的信息。比如说，如图2所示，A1、A2、A3为3个广播信道时隙，D1、D2、D3、D4为4个数据信道时隙，在每个周期的前3个时隙发送广播包，此处的广播信息便于智能设备接收后对智能家居节点发起连接请求，例如遵循蓝牙低功耗(BLE)协议的广播包格式(Advertising PDU)，智能设备收到广播包后，可以发送连接请求包(Connection Request)建立连接；后4个时隙分别监听4个数据信道，用于Mesh网络的控制以及状态信息交互，例如可以搭载在蓝牙低功耗(BLE)协议的广播包格式里面或者对其进行拓展。在此只是举例说明，预先设定时隙的方式并不限定于此，可根据实际需求自行设定。另外，智能家居节点广播和监听可以使用相同的信道，例如，在一种实现方式里，可以在广播时使用A1～A3，也可以在监听时使用A1～A3；在另一种实现方式里，在进行广播时可以只使用广播信道A1，进行监听时只监听数据信道D1即每次数据的接收仅使用数据信道D1，广播和监听使用的信道的确定方式并不限于以上所述，这里不再一一赘述。

智能家居节点在广播监听状态下监听到数据，即接收到数据时，在至少一个数据信道上利用固定的时隙关系转发监听到的信息，转发完成后智能家居节点重新切换到广播监听状态。比如说，如图3所示，其中，在第n个周期通过数据信道D1接收到数据的智能家居节点可以立刻打断广播监听循环，进入转发模式，在D1～D4信道上循环转发数据，循环重复一次或多次后，智能节点重新回到图2中所示的正常广播监听状态。另外，在转发时，每个信道使用的时隙长度图2中使用的长度可能是不一样的，时隙长度设置为一定的值，以便其他处在图2循环中的节点可以在一个循环的时间内接收到数据。具体转发方式并不限于以上所述，可以根据实际情况确定。

智能家居节点在一个广播时间会分别在各个广播信道中发送一次或多次广播包，由于预先设定了有效的时隙，避免了多个终端在同一时间发送连接请求而导致的数据碰撞。终端扫描功能打开，当终端在智能家居节点的广播覆盖范围内扫描到该智能家居节点时，终端发送连接请求，智能家居节点响应该连接请求，与终端建立连接，并从广播监听状态切换到连接状态；当智能家居节点与终端断开连接时，智能家居节点从连接状态切换到广播监听状态。智能家居节点的状态转移如图4所示，智能终端节点与终端建立连接时，智能终端节点从广播监听状态切换到连接状态；智能终端节点与终端建立连接时，智能终端节点从连接状态切换到广播监听状态。此外，智能家居节点在监听到其他智能家居节点发送的信息时，在至少一个数据信道上利用固定的时隙关系转发监听到的信息，转发完成后智能家居节点重新切换到广播监听状态。智能家居节点在连接状态，在需要转发数据包时，在与终端进行数据交互的间歇，转发该数据包，并在转发完成后，重新切换到连接状态。

此外，值得说明的是，智能家居节点处于连接状态时，用于接收和转发终端的数据包。一个智能家居节点可以与多个终端连接，也可以只与一个终端进行连接。当一个智能家居节点与终端连接时，该智能家居节点可以进行广播，也可不进行广播。不进行广播时，仅使用数据信道进行数据包的接收和转发，具体示意图如图5所示。

智能家居节点在连接状态时，也可以监听其他智能家居节点发送的信息、或转发数据包。此时，智能家居节点每隔固定时间接收来自终端的数据包，在接收的间歇，在至少一个数据信道上利用固定的时隙关系，转发数据包或者监听其他智能家居节点发送的信息。如图6所示，每隔固定的时间在数据信道D(可以是D1～D4中任意一个)与终端进行数据交互，在数据交互的间歇，通过监听D1～D4，或者在D1～D4转发数据，对于蓝牙低功耗物理层来说，D即对应于每个连接间隔(Connection Interval)时，智能节点和智能设备的交互，而D1～D4上的传输则用于实现与其他智能家居节点进行交互。

智能家居节点除了在广播监听状态发送广播包或监听其他智能家居节点发送的信息，或者在连接状态下接收和转发终端的数据包之外，还存在需要发送数据包的情况，也就是说，智能家居节点在需要自主发出信息。比如说，遥控器的某些按键被按下或者智能开关被按下，此时遥控器或智能开关作为智能家居节点需要把这些被按下的控制命令发送出去；智能家居节点在收到需要给出响应的数据包时，需要把响应信息发送出去。此时，不管智能家居节点处于广播监听状态还是连接状态，可以直接在至少一个数据信道上按照转发时隙转发需发出的信息，转发完成后，智能家居节点重新切换到原状态。

智能家居节点判断是否需要对该数据包进行响应，具体判断方式通过举例说明。终端发送的数据包中包含有智能家居节点的身份标识号和组标识号，该身份标识号可以用于唯一确定智能家居节点，该组标识号可以用于确定唯一的属于该组的智能家居节点。智能家居节点通过将自身的身份标识号或组标识号与接收的数据包中的身份标识号与组标识号进行对比，若身份标识号或组标识号相同，则该智能家居节点响应该数据包，并且同时对该数据包以及对该数据包的响应进行转发；若身份标识号与组标识号不同，则该智能家居节点不响应该数据包，并且同时对该数据包进行转发。智能家居节点的具体判断方式并不限定于此，这里不再一一赘述。

为了方便理解，可具体通过举例说明上述智能家居系统，如图7所示，智能家居节点为遥控器和7盏灯(灯11、灯12、灯21、灯22、灯23、灯24、灯31)，终端为手机。一般情况下，7盏灯处于广播监听状态。假设在某一时刻，用户按下遥控器的按键，向灯31发出“开灯”的控制命令。

遥控器在数据信道发出控制灯31开灯的控制命令，由于灯31不在遥控器的无线广播覆盖范围内，遥控器将该控制命令发送给在其无线广播覆盖范围内的灯11和灯12。

灯11与灯12监听到该控制命令，灯11和灯12通过判断对比不响应该控制命令，并对该控制命令在至少一个数据信道上进行转发。其中灯22、灯23与灯24在灯12的无线广播覆盖范围内，灯21和灯22在灯11的无线广播覆盖范围内，灯21、灯22、灯23、灯24接收到该控制命令，其中由于灯21接收到控制命令后不需进行响应，直接转发后，灯21返回到广播监听状态。

灯22可能会先后收到灯11、灯12和灯23转发的控制命令，但灯22可以只转发一次给灯31，然后返回广播监听状态。

灯23同样会先后收到来自灯12、灯22、灯24转发的控制命令，由于不需要给出响应，直接进行转发。

灯24会先后收到来自灯12、灯23转发的控制命令，由于不需要给出响应，直接进行转发。

灯31会收到灯22或灯23转发的控制命令，灯31响应该控制命令。

灯31在响应该控制命令后生成响应信息，并将该响应信息，在至少一个数据信道上按照转发时隙转发该响应信息，转发完成后，灯31重新切换到广播监听状态。

假设手机与灯31建立连接访问该智能家居系统。举例来说，用户可以通过手机获取灯11与灯22的状态，该状态包括灯11与灯22是否开启、亮度、颜色等状态信息，但并不限定于此。

手机在灯31的无线广播覆盖范围内通过扫描、发现、发出连接请求、收到确认连接请求与灯31配对连接。此时，灯31工作在连接状态，手机在数据信道上发送获取灯11与灯22的状态的控制命令，灯31收到该控制命令在数据信道进行转发。

灯31将该控制命令转发给在其广播覆盖范围内的灯22与灯23，灯22与灯23不需对该控制命令进行相应，并在各自的数据信道转发该控制命令。

灯11接收到灯22转发的控制命令，并对该控制命令进行响应，并同时将该控制命令转发给灯21，灯21不需进行响应且在其广播覆盖范围内没有需要转发的灯，灯21返回到空闲状态。灯11响应控制命令将自身的状态反馈命令在其广播覆盖范围内进行转发，灯22接收到灯11的状态反馈信息无需进行响应并进行转发。灯31接收到灯22转发的状态反馈信息，不需进行响应，并将该状态反馈信息通过灯31和手机之间的连接转发给手机，手机接收到该状态反馈信息，并将该状态反馈信息通过用户界面呈现给用户，用户即可了解到此时灯11的状态。

另一方面，灯12先后接收到灯22、灯23、灯24转发的控制命令，并对该控制命令进行响应而生成状态反馈信息。灯12将响应产生的状态反馈信息转发给灯22、灯23、灯24，灯22将该状态反馈信息转发给在其无线广播覆盖范围的灯31，灯31无需响应并将灯12响应的状态反馈信息通过灯31和手机之间的连接转发给手机，手机接收到该状态反馈信息，并将该状态反馈信息通过用户界面呈现给用户，用户即可了解到此时灯12的状态。

在手机与智能家居节点交互的方式中，手机只能与其匹配的智能家居节点进行通信，当需要控制其他智能家居节点时，手机发送控制命令到与其匹配的智能家居节点，在通过该智能家居节点进行广播转发控制目标智能家居节点。

在该智能家居系统中，终端与智能家居节点的数据交互方式构成了智能家居节点的网状结构，用户通过终端控制智能家居系统中的任一智能家居节点均可以通过多条传输路径实现，相比于现有技术中采用中央控制器的集中式控制方法，以及使用中央控制器时若出现故障会导致整个系统瘫痪的情况，采用该数据交互方法提高了智能家居系统的灵活性、有效性和抗干扰性，并且可以方便增加该智能家居系统的规模，进行智能家居节点的有效拓展。

本发明的第二实施方式涉及一种智能家居系统的数据交互方法，该方法判断智能家居节点是否与终端建立连接，若建立连接，则智能家居节点从广播监听状态切换到连接状态；若断开连接，则智能家居节点从连接状态切换到广播监听状态；其中，其中，在广播监听状态下，智能家居节点向其他智能家居节点或终端发送广播包，并监听其他智能家居节点发送的信息；在连接状态下，智能家居节点还接收和转发终端的数据包。

具体地说，广播监听状态的流程如图8所示，包含以下步骤：

步骤801，在广播信道发送广播包，监听数据信道。也就是，智能家居节点处于广播监听状态。如果收到连接请求，则进入连接状态，参看图9。

步骤802，判断是否需要转发数据；若否，则返回步骤801；若是，则执行步骤803。

具体地说，本实施方式中需要转发数据的情形包括但不限于：从数据信道接收到数据，自身状态发生变化，或者需要对之前收到的数据需要响应。智能家居节点在从数据信道接收到数据时，判断该数据是否需要转发给其他节点(比如，不是发给本节点的控制命令，需要转发给其他节点)。智能家居节点在自身状态发生变化时，比如，遥控器被按下时，或者开关被按下时，需要将这些状态转换成指令，发送给相应的其他智能家居节点。智能家居节点在接收到需要作出响应的数据包时，比如，终端收集网络中各智能家居节点的状态时，各节点需要返回自身状态，即可采用转发数据的方式反馈该状态。所有需要从本节点发送出去的数据包，均可在转发时隙进行发送，上述三种情形只是为了帮助理解而给出的具体实例，在此不对这些情形一一进行例举，所有需要从本节点发送出去的数据包的情形，均应在本发明的保护范围之内。

步骤803，在至少一个数据信道上利用固定的时隙关系转发收到的数据或者发送节点自己产生的数据；转发完成返回执行步骤801，也就是，智能家居节点重新切换到广播监听状态。

连接状态的流程如图9所示，包含以下步骤：

步骤901，在广播信道发送广播包，监听数据信道。也就是，智能家居节点处于广播监听状态。

步骤902，判断是否收到来自终端的连接请求；若否，则返回步骤901；若是，则执行步骤903。

步骤903，与终端建立通信连接。

值得说明的是，如果节点从未和节点配对，则连接的过程中包含配对信息交换，否则直接建立连接。

步骤904，通过和终端的连接交互数据，并根据需要在数据信道进行广播转发；同时在数据信道接收数据，并根据需要通过和终端的连接转发给终端。换而言之，在连接状态下，智能家居节点每隔固定时间与终端交换数据包；在连接交换的间隙，在至少一个数据信道上利用固定的时隙关系，转发数据包或者监听其他智能家居节点发送的信息。

步骤905，判断是否与终端断开连接，若否，则返回步骤904；若是，则返回步骤901。

智能家居节点与终端的数据交互方式构成了智能家居节点的网状结构，用户通过终端控制智能家居系统中的任一智能家居节点均可以通过多条传输路径实现，相比于现有技术中采用中央控制器的集中式控制方法，以及使用中央控制器时若出现故障会导致整个系统瘫痪的情况，采用该数据交互方法提高了智能家居系统的灵活性、有效性和抗干扰性，并且可以方便增加该智能家居系统的规模，进行智能家居节点的有效拓展。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的方法实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种智能家居系统，其特征在于，所述智能家居系统包含若干个智能家居节点；终端通过一个智能家居节点访问所述智能家居系统；智能节点之间通过网状网进行信息交互；

每一个智能家居节点有广播监听状态和连接状态；其中，智能家居节点在广播监听状态用于发送广播包，以及监听其他智能家居节点发送的信息；智能家居节点在连接状态，还用于接收和转发终端的数据包。

2.根据权利要求1所述的智能家居系统，其特征在于，所述智能家居节点在广播时隙收到终端请求，与终端建立连接时，从所述广播监听状态切换到所述连接状态；

所述智能家居节点在与终端断开连接时，从所述连接状态切换到所述广播监听状态。

3.根据权利要求1所述的智能家居系统，其特征在于，所述智能家居节点在至少一个广播信道上发送广播包，在至少一个数据信道上监听其他智能家居节点发送的信息，接收和转发数据包。

4.根据权利要求1所述的智能家居系统，其特征在于，所述智能家居节点在广播监听状态下，按照预先设定的时隙，发送广播包和监听其他智能家居节点发送的信息。

5.根据权利要求1所述的智能家居系统，其特征在于，所述智能家居节点在监听到其他智能家居节点发送的信息时，在至少一个数据信道上利用固定的时隙关系转发监听到的信息，转发完成后所述智能家居节点重新切换到广播监听状态。

6.根据权利要求1所述的智能家居系统，其特征在于，所述智能家居节点在连接状态，每隔固定时间接收所述终端的数据包；在接收的间隙，在至少一个数据信道上利用固定的时隙关系，转发所述数据包或者监听其他智能家居节点发送的信息。

7.根据权利要求1所述的智能家居系统，其特征在于，所述智能家居节点在需要自主发出信息时，直接在至少一个数据信道上按照转发时隙转发需发出的信息，转发完成后所述智能家居节点重新切换到广播监听状态或连接状态。

8.一种如权利要求1至7任意一项所述的智能家居系统的数据交互方法，其特征在于，包含以下步骤：

若智能家居节点与终端建立连接，则智能家居节点从广播监听状态切换到连接状态；

若智能家居节点与终端断开连接，则智能家居节点从连接状态切换到广播监听状态；

其中，在广播监听状态下，智能家居节点向其他智能家居节点或终端发送广播包，并监听其他智能家居节点发送的信息；在连接状态下，智能家居节点还接收和转发终端的数据包。

9.根据权利要求8所述的数据交互方法，其特征在于，在智能家居节点监听其他智能家居节点发送的信息的过程中，若监听到其他智能家居节点发送的信息，则在至少一个数据信道上利用固定的时隙关系转发监听到的信息，转发完成后所述智能家居节点重新切换到广播监听状态。

10.根据权利要求8所述的数据交互方法，其特征在于，在连接状态下，所述智能家居节点每隔固定时间接收所述终端的数据包；在接收的间隙，在至少一个数据信道上利用固定的时隙关系，转发所述数据包或者监听其他智能家居节点发送的信息。