新型智能家居系统中家庭网关与服务器连接的设计与实现

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1、新型智能家居系统中家庭网关与服务器连接的设计与实现　　在新型智能家居系统中，家庭网关将取代PC机作为家庭控制中心。传统客户端/服务器模式不能保持家庭网关与远程服务器实时连接。基于百万级的家庭网关与服务器保持长连接的目的，采用主从服务器框架进行负载均衡，心跳机制保障网关与服务器实时连接的方案。　　新型智能家居系统中家庭网关与服务器连接的设计与实现　　在新型智能家居系统中，家庭网关将取代PC机作为家庭控制中心。传统客户端/服务器模式不能保持家庭网关与远程服务器实时连接。基于百万级的家庭网关与服务器保持长连接的目的，采用主从服务器框架进行负载均衡，心跳机制保障网关与服务器实时连接的方案

2、。　　　　新型智能家居系统整体框架　　基于传统C/S架构的智能家居系统需要保持一台PC机运行中间件才能达到随时控制的目的，这与智能家居绿色节能的理念相违背。在光纤到户的推动下，PON上行家庭网关在全国得到普及，并且有低功耗保持长时间工作的特点，适合用于智能家居系统中。　　本方案设计一种新型智能家居系统，由家庭网关替代PC成为家庭网络控制中心。围绕家庭网关与远程服务器互联问题展开，探讨一种适合家庭网关与远程服务器的连接方案。基于家庭网关的智能家居系统整体框架如图1所示。智能家居系统由传感器网络，家庭控制中心，远程服务器，手机终端组成。其中传感器网络通过ZigBee、Wi-Fi等无线

3、通信技术组建。　　　　传统的智能家居系统中控制中心采用家用PC和协调器等设备，新型的智能家居系统如图1所示，采用家庭网关充当家庭控制中心的角色。　　新型智能家居系统中家庭网关与服务器连接的设计与实现　　　　远程服务器方案设计　　传统的服务器方案往往使用单一服务器模式，传统业务不需要客户端与服务器保持长连接，客户端获取数据时发送一个连接即可。并且客户端运行在PC机上，客户端对服务器发起连接后，服务器可暂存客户端的IP地址和端口，当服务器需要给客户端发送数据时直接用客户端的IP地址和端口号即可。所以用单一服务器即能满足传统业务的需求。　　当业务量大的时候，传统服务器采用服务器集群技术

4、来保证服务器不因业务量过大而瘫痪。随着智能家居网关用户逐步上升，用户将达到百万级。每个网关都要与服务器保持长连接，同时服务器还要与手机端通信。为了保证服务器的负载会达到百万级时，其仍能正常其正常工作，本方案采用主从服务器框架来实现负载均衡。主服务器负责网关与服务器首次建立连接，然后根据地理位置等因素为网关分配一个从服务器并告知其IP等信息，网关再根据从服务器信息对从服务器发起连接，建立连接后网关与从服务器保持长连接并断开与主服务器的连接。　　主服务器对手机终端也是如此，只负责首次建立连接，判断该手机号控制的网关分配到哪个从服务器，然后让其对从服务器进行连接。　　本方案设计的服务器

5、框架如图2所示，由主服务器和从服务器组成，网关第一次连接或者与服务器连接中断后重连都是对主服务器发起，主服务器收到网关发起的连接信息后进行认证，查看是否在服务网关列表，认证成功后分配从服务器IP和服务号给网关。从服务器用于保持与网关的长连接，一方面可以对网关发送控制命令，一方面可接收网关上报的监控信息。备用主服务器用于主服务器故障时切换使用。　　　　　　家庭网关与远程服务器连接方案的设计　　家庭网关所属的网络环境为电信运营商的子网环境，IP动态更改，并且经过了多层NAT转换，服务器无法对网关发起主动连接。而用户需要随时对家庭设备进行控制，服务器必须随时能够对网关发起连接。为了实现

6、家庭网关与远程服务器互相通信。　　本方案采用socket长连接模式实现，服务器配置固定IP，网关上电后发起对服务器的socket连接，连接成功后保持连接不中断，服务器可通过此socket连接收发网关的信息。　　　　网关与服务器长连接及意外中断恢复的设计实现　　用户需要随时远程监控家庭信息，例如回家路上打开空调，离开的路上关掉电源等，网关也需要随时向用户反馈家庭异常，例如烟雾报警信息，所以家庭网关必须与服务器随时保持连接。　　本方案采用心跳包监控网关与服务器之间的长连接，当网关与服务器连接成功后，服务器每隔一段时间(暂时设置为15s)向网关发送心跳包，网关接收到心跳包后需立即回应心

7、跳包给服务器。若超过5次无回应，则判定为连接断。　　服务器会将次网关在线标志位置为0，同样家庭网关上线后会有监控心跳线程，若连续75s内无心跳信息，则会判定已与服务器断开连接，网关会自动重启连接服务器线程。　　　　　　家庭网关控制权安全性的设计　　家庭网关的控制权必须是保证是家庭成员，不能让陌生人取得控制权，否则会带来不可估量的后果。家庭网关存储有一个可控手机号列表，必须通过本地web连接后才能更改，不能远程更改(防止黑客等利用漏洞远程添加控制权)。网关连接服务器后会上报可控手机