通信中继设备、通信中继系统和通信中继方法

技术领域

本发明涉及通信中继设备(例如网关设备)、通信中继系统和通信中 继方法。

背景技术

近年来，各种家庭电子设备(以下，布置在本地区域(例如家庭)中 的电子设备(例如电视、视频和空调)也被称作为家用设备)已经具有通 信功能。作为通信中继设备的家庭网关设备具有协议转换功能。家庭网关 设备使得能够在协议不同的家用设备之间通信，并且通过该通信来配置家 庭网络。家庭网关设备具有将家用设备与外部通信网络(例如因特网)连 接的功能。

顺便地，如日本未审查专利申请公开No.2009-500898(专利文献1) 所表明的，家庭网关设备已具有各种功能。例如，在家庭网关设备中提供 的功能中，有OSGi(开放服务网关倡议)功能和UPnP(通用即插即用) 功能。此OSGi功能是基于由OSGi联盟(标准制定组织)定义的技术规 范的功能。OSGi功能使得能够远程管理家用设备。UPnP功能是按照 UPnP论坛提出的通信协议进行通信的功能。UPnP功能例如使得能够直接 在家用设备之间通信，而无需个人计算机(PC)。

发明内容

本发明的主要目的是提供可变得多功能的通信中继设备、通信中继系 统和通信中继方法而不必担心价格的增加。

根据本发明示例方面的通信中继设备包括：

帧传送装置，用于当接收了作为数据传送单位的帧时，将帧中包括的 目的地信息从表示自己的设备的信息改变为表示预定外部通信设备的信 息，而不改变帧中包括的源信息，并且将改变之后的帧传送到外部通信设 备。

根据本发明示例方面的通信中继系统包括：

上述通信中继设备；和

通信控制设备，其为外部通信设备，由通信中继设备中的帧传送装置 向该外部通信设备发送帧，其中

通信控制设备包括用于经由通信中继设备向对应于源信息的通信设备 回复帧并且经由通信中继设备建立与通信设备的通信连接的通信装置，其 中从所接收的帧提取的源信息被设置为目的地信息。

根据本发明示例方面的通信中继方法包括：

当接收了作为数据传送单位的帧时，将帧中包括的目的地信息从表示 自己的设备的信息改变为表示预定外部通信设备的信息，而不改变帧中包 括的源信息；和

将改变之后的帧传送到外部通信设备。

附图说明

当结合附图时，根据以下详细描述，本发明的示例特征和优点将变得 明显，在附图中：

图1A是示出根据本发明第一示例实施例的构成通信中继设备的控制 配置的框图；

图1B是示出根据本发明第一示例实施例的构成通信中继系统的控制 配置的框图；

图2是示出根据本发明第一示例实施例当传送帧时的控制操作的示例 的流程图；

图3是示出根据本发明第二示例实施例的构成作为通信中继系统的家 庭网关虚拟系统的控制配置的框图；

图4是示出帧中包括的信息的示例的图形；

图5A是示出根据本发明第二示例实施例当建立通信控制设备和家用 设备(通信设备)之间的连接时，从家用设备为通信控制设备发送的帧中 包括的地址信息的图形；并且

图5B是示出根据本发明第二示例实施例当建立通信控制设备和家用 设备(通信设备)之间的连接时，从通信控制设备设备为家用设备发送的 帧中包括的地址信息的图形。

具体实施方式

下面将参考附图描述本发明的示例实施例。

(第一示例实施例)

图1A是示出根据本发明第一示例实施例的构成通信中继设备的控制 配置的框图。根据本发明第一示例实施例的通信中继设备1包括帧传送单 元(帧传送装置)2。帧传送单元2具有当接收了帧(帧是数据传送的单 位)时，将帧中包括的目的地信息从表示自己的设备的信息(地址信息) 改变为表示预定外部通信设备的信息(地址信息)的功能。帧传送单元2 具有将改变之后的帧传送到外部通信设备的功能。当发送帧时，帧传送单 元2不改变所接收帧中包括的源信息。

帧传送单元2如图2所示那样操作。即，图2是示出帧传送单元2的 操作示例的流程图。当接收了帧时(步骤S1)，帧传送单元2将帧中的目 的地信息从关于自己的设备的地址信息改变为关于预定外部通信设备的地 址信息(步骤S2)。在该情况下，帧传送单元2不改变帧中包括的源信 息。随后，帧传送单元2发送(传送)帧(步骤S3)。

通信中继设备1可构成通信中继系统3，如图1B中所示。即，图1B 是示出根据本发明第一示例实施例的构成通信中继系统的控制配置的框 图。除了通信中继设备1之外，通信中继系统3配备有通信控制设备4。 通信控制设备4是外部通信设备，其为通信中继设备1的帧传送单元2进 行的帧传送的目的地。通信控制设备4包括通信单元(通信装置)5。通 信单元5具有使用从通信中继设备1接收的帧中包括的信息来如下创建帧 的功能。所创建的帧为将从所接收的帧提取的源信息设置为目的地信息的 帧。通信单元5具有向通信设备6回复所创建的帧的功能。以该方式，通 信单元5具有经由通信中继设备1建立通信控制设备4和通信设备6的通 信的功能。

在第一示例实施例中，当接收了帧时，不改变帧中包括的源信息，通 信中继设备1将帧发送(传送)到通信控制设备4。结果，通信控制设备 4可获得关于通信设备6(其是帧中的源)的地址信息。换言之，当通信 中继设备1将所接收的帧从通信设备6传送到通信控制设备4时，如果帧 中包括的源信息在通信中继设备1上被改写为关于通信中继设备1的地址 信息，那么通信控制设备4不能获得关于通信设备6的地址信息。另一方 面，在第一示例实施例中，如上所述，通信中继设备1传送对于通信控制 设备4将关于通信设备6的地址信息保持设置为帧中包括的源信息的帧。 结果，通信控制设备4可获得关于通信设备6的地址信息。经由通信中继 设备1，通信控制设备4可如同在相同的家庭网络(广播域)中一样与通 信设备6建立相同的通信。

在第一示例实施例中，通信设备6为通信中继设备1发送的帧通过通 信中继设备1传送到通信控制设备4。从通信控制设备4发送到通信设备 6的帧从通信中继设备1传送到通信设备6。出于此原因，当试图识别通 信中继设备1一侧时，通信设备6可识别通信中继设备1，但是，通信设 备6不能超越通信中继设备1识别到通信控制设备4。因为这点，尽管是 仅仅传送帧的功能，但是对于通信设备6来说，通信中继设备1被识别为 好像执行了通信控制设备4的功能一样。

例如，这里假设通信中继设备1是家庭中安装的家庭网关设备。假设 通信设备6是与通信中继设备1连接的家用设备(例如家庭中的电视和空 调)。假设通信控制设备4是被管理的专用服务器。假设通信控制设备4 将代替通信中继设备1具有家庭网关功能。在该情况下，尽管通信控制设 备4代替通信中继设备1执行家庭网关功能，但是对于通信设备6来说通 信中继设备1(换言之，家庭网关设备)被识别为好像执行家庭网关功能 一样。

出于此原因，可获得以下效果。即，通信控制设备4例如为被管理的 专用服务器。出于此原因，与通信中继设备1相比，在通信控制设备4 中，运算单元(CPU：中央处理单元)的处理速度较快，并且存储单元的 存储容量较大。因此，相比于在通信中继设备1中扩展家庭网关功能的情 况，管理通信控制设备4的管理器(manager)可计划扩展家庭网关功能， 而不必担心通信控制设备4中的存储单元的存储容量和运算单元(CPU) 的处理速度。在第一示例实施例中，当扩展通信控制设备4的家庭网关功 能时，通信中继设备1的家庭网关功能明显扩展了。因此，即使通信中继 设备1的家庭网关功能明显扩展了，实际上通信中继设备1的功能也没有 改变。出于此原因，当家庭网关功能被扩展时，不必执行对通信中继设备 1中运算单元(CPU)的处理速度和存储单元的容量的增加。结果，可抑 制通信中继设备1的价格增加。

如上所述，在第一示例实施例中可提供可变得多功能的通信中继设备 1和通信中继系统3而不必担心价格的增加。

(第二示例实施例)

下面将描述本发明的第二示例实施例。在该示例实施例中，将参考图 3描述作为通信中继系统的家庭网关虚拟系统。即，图3是示出根据本发 明第二示例实施例的构成作为通信中继系统的家庭网关虚拟系统的控制配 置的框图。

第二示例实施例中的家庭网关虚拟系统10包括通信中继设备11和通 信控制设备12，如下所述。

通信中继设备11是所谓的家庭网关设备。通信中继设备11的安装位 置在预定的本地区域中(例如家庭中)。在本地区域中，布置了家用设备 13，家用设备13是具有通信功能的电子设备(通信设备)。家用设备13 布置在本地区域中(例如家庭中)。在家用设备13中，例如有包括个人 计算机(PC)和打印机的信息处理系统的设备，包括蜂窝电话和传真机的 电话系统的设备，以及包括微波、空调、热水器、电视和录像机的家庭信 息机的设备等等。通信中继设备11与上述的一个或多个家用设备13连 接，因此构成了本地计算机网络(LAN(局域网)，家庭网络)19。另 外，不具体限定该计算机网络使用的通信方法，而是可采用适当的通信方 法。在第二示例实施例中，将省略对通信方法的描述。

通信中继设备11包括存储单元14、控制设备15和连接端子(未示 出)。连接端子是用于与其它设备(例如家用设备13)连接的端子(例如 电话线端子和用于LAN的端子)。

存储单元14是包括计算机可读存储介质的设备(例如硬盘存储装 置)，在该介质中存储有各种数据和计算机程序(软件程序；以下简称为 程序)。

控制设备15具有运算单元(例如CPU(未示出))。通过执行存储 单元14中存储的各种程序，控制设备15控制通信中继设备11的整体操 作。例如，通过执行程序，控制设备15具有以下的功能块。即，控制设 备15包括帧传送单元(帧传送装置)17和接口单元(接口装置)18。

接口单元18具有基于上述程序将家用设备13连接到连接端子的功 能。换言之，在第二示例实施例中，存储单元14存储接口单元18执行的 程序。该程序是关于通信连接的程序。该程序被创建为与作为连接目标的 家用设备13用来通信的通信方法相对应。通过基于该程序控制自己的设 备的操作，接口单元18具有通过软件连接通信中继设备11和家用设备13 的功能。

帧传送单元17具有从家用设备13接收如下的帧的功能。该帧是发送 数据时的数据发送单位。图4是按图像示出帧的示例的图形。如图4所 示，当发送(传送)数据时，通信控制信息被附接到该数据。通信控制信 息包括作为数据中的源信息的地址信息和作为数据中的目的地信息的地址 信息。例如，这每一个地址信息是IP(因特网协议)地址。包括该数据的 信息(数据)和通信控制信息的序列可被称为分组。

关于分组的通信控制信息被附接到该分组。通信控制信息包括分组中 的源信息和目的地信息。例如，这每一个信息是MAC(媒体访问控制) 地址。通信控制信息和包括分组的信息的序列被称为帧。此外，IP地址具 有以下类型。例如，一种IP地址是具有基于作为国际标准化组织(ISO) 制订的IPv4(因特网协议版本4)的因特网协议的形式的地址。另一种IP 地址是具有基于作为ISO制订的IPv6(因特网协议版本6)的因特网协议 的形式的地址。因此，存在多种类型的IP地址。取决于通信中继设备11 采用的因特网协议，来适当地设置要采用的IP地址的类型。

帧传送单元17具有为通信控制设备12发送(传送)所接收的帧的功 能。在这种发送的情况下，帧传送单元17不将帧中的源信息改变为表示 通信中继设备11本身的信息(地址信息)。换言之，帧传送单元17将帧 中的源信息保持为表示它代表的家用设备13的信息(地址信息)。帧传 送单元17将帧中的目的地信息从表示通信中继设备11的信息(地址信 息)改变为表示通信控制器12的信息(地址信息)。

除了上述功能外，通信中继设备11配备有当建立通信时执行的协商 功能。存在用于协商功能的各种类型(例如包括认证功能的类型)。在此 采用的协商功能可以是任何类型的。将省略对要采用的协商功能的描述。

通信控制设备12例如是系统操作者所管理的设备(例如服务器)。 通信控制设备12经由通信网络21(例如因特网)与通信中继设备11连 接。通信控制设备12包括存储单元23和控制设备24，如图3中所示。

存储单元23是具有计算机可读存储介质的设备(例如硬盘存储装 置)，该介质存储各种数据和程序。根据第二示例实施例，在存储单元23 存储的计算机程序中，例如有控制家用设备13的操作的应用程序，关于 框架的程序，以及关于控制通信活动的各种程序。

控制设备24包括运算单元(例如CPU(未示出))。通过执行存储 单元23存储的各种程序，控制设备24控制通信控制设备12的整体操作。 换言之，在第二示例实施例中，通过执行存储单元23存储的程序，控制 设备24实现了以下功能块。即，控制设备24包括家庭网关功能单元(家 庭网关功能装置)25和通信单元(通信装置)26。

通信单元26具有建立与家用设备13的连接的功能。在第二示例实施 例中，通信部件26和家用设备13的连接是经由通信网络21和通信中继设 备11的连接。

图5A是示出当建立通信单元26(通信控制设备12)和家用设备13 之间的连接时，从家用设备13为通信控制设备12发送的帧中包括的地址 信息的图形。

假设从家用设备13发送的帧已被通信中继设备11的帧传送单元17传 送到通信控制设备12。作为帧中包括的源信息的地址信息(MAC地址) 是关于家用设备13的地址信息。这是因为如上所述，当通信中继设备11 的帧传送单元17传送帧时，源信息被保持为关于家用设备13的地址信 息，而不改变为关于通信中继设备11的地址信息。

换言之，如图5A中所示，当帧34从家用设备13被发送到通信中继 设备11时，作为帧34中包括的目的地信息的地址信息(MAC地址)是关 于通信中级设备11的地址信息“MACb”。然后，通过帧传送单元17的 地址转换操作，当通信中继设备11的帧传送单元17为通信控制设备12传 送帧34时，作为关于帧34的目的地信息的地址信息(目的地地址信息) 成为关于通信控制设备12的地址信息“MACa”。另一方面，不仅在帧 34从家用设备13发送到通信中继设备11时，而且在从通信中继设备11 传送到通信控制设备12时，作为帧34中包括的源信息的地址信息(源地 址信息)保持为关于家用设备13的地址信息“MACa”。

通信单元26具有当从通信中继设备11接收帧34时，从帧34提取源 地址信息的功能。通信单元26具有创建将所提取的源地址信息设置为目 的地信息的帧35的功能。通信单元26具有发送(回复)所创建的帧35的 功能。

图5B是示出当从通信控制设备12为家用设备13发送帧35时在帧35 中包括的地址信息的图形。如图5B中所示，从通信控制设备12发送的帧 35中的目的地地址信息是关于家用设备13的地址信息“MACa”。另一方 面，通信控制设备12基于所接收的帧34中的源地址信息“MACa”将关 于家用设备13的地址信息“MACa”识别为关于通信中继设备11的地址 信息。出于此原因，从通信控制设备12发送的帧35被发送到通信中继设 备11。结果，帧35遵循与帧34的路线(经由通信中继设备11从家用设 备13到通信控制设备12的路线)相反的路线，并且从通信控制设备12发 送到家用设备13。

通过这些帧34和35的传送，建立了家用设备13和通信控制设备12 的连接。结果，家用设备13和通信控制设备12被视为处于与同一广播域 (家庭网络)一样的状态。因此，通过家用设备13和通信控制设备12成 为相同的广播域，家用设备13可向通信控制设备12发送广播分组。

家庭网关功能单元25(参见图3)具有家庭网关功能。家庭网关功能 具有许多类型。在第二示例实施例中，家庭网关功能单元25执行从那些 各种类型的家庭网关功能中适当选择的一个或多个家庭网关功能。例如， 作为家庭网关功能，家庭网关功能单元25包括应用功能、框架功能、地 址转换功能、路由功能和连接支持功能。即，家庭网关功能单元25包括 各自作为上述家庭网关功能而执行的应用单元27、框架单元28、地址转 换单元29、路由单元30和连接支持单元31。

应用单元(应用装置)27具有基于存储单元23存储的应用程序来控 制家用设备13的操作的功能。换言之，应用单元27用作为控制家用设备 (通信设备)13的操作的设备控制单元(设备控制装置)。

框架单元(框架装置)28具有基于存储单元23存储的关于框架的程 序进行操作的功能。

地址转换单元(地址转换装置)29具有NAT(网络地址转换)功 能。NAT功能是将帧中包括的本地地址(本地IP地址)转换为全局地址 (全局IP地址)或者反之的功能。还存在多个关于NAT功能的版本。例 如，作为NAT的功能的版本，存在分别基于IPv4(因特网协议)和IPv6 (因特网协议)的版本。取决于通信中继设备11等采用的因特网协议， 适当地设置要采用的NAT功能的版本。

路由单元(路由装置)30具有设置对帧进行路由的通信路径的路由功 能。此外，对于关于路由的规范存在许多变化。要采用的路由的规范可以 是任何类型的。

作为一种DHCP(动态主机配置协议)功能，连接支持单元(连接支 持装置)31例如具有当从家用设备13(由通信单元26建立到其的连接) 请求本地IP地址时向家用设备13给予本地IP地址的功能。换言之，连接 支持单元31用作为将通信网络中的本地地址给予通信中继设备11和家用 设备13的本地地址给予单元(本地地址给予装置)。

对于DHCP功能存在多个版本，例如DHCPv4(动态主机配置协议版 本4)和DHCPv6(动态主机配置协议版本6)。DHCPv4是DHCP功能 的基于IPv4(因特网协议)的版本。DHCPv6是DHCP功能的基于IPv6 (因特网协议)的版本。取决于通信中继设备11等采用的因特网协议， 来适当地设置所采用的DHCP功能的版本。

家庭网关功能的类型还具有除了上面提及的类型之外的其它类型。家 庭网关功能单元25还可以执行这些其它类型的家庭网关功能。因为不限 定家庭网关功能的其它类型，所以在第二示例实施例将省略对家庭网关功 能单元25执行的其它类型的家庭网关功能的描述。

第二示例实施例中的家庭网关虚拟系统10按如上所述来配置。在家 庭网关虚拟系统10中，通信控制设备12执行家庭网关功能的许多部分。 然而，明显认识到，好像通信中继设备11执行家庭网关功能一样。换言 之，通信控制设备12用作为虚拟家庭网关设备。这点的原因在于，通过 通信中继设备11的帧传送单元和通信控制设备12的通信单元26，家用设 备13和通信控制设备12可作为相同的广播域(家庭网络)来通信。

如上所述，在第二示例实施例中，通信控制设备12是实质上的家庭 网关设备。出于此原因，当添加(扩展)家庭网关功能时，关于添加功能 的计算机程序的存储位置是通信控制设备12的存储单元23。执行该计算 机程序的设备是通信控制设备12的控制设备(CPU)24。出于此原因，可 实现家庭网关功能的添加(扩展)，而不必担心家庭中作为家庭网关设备 安装的通信中继设备11中的存储单元14的存储容量和控制设备(CPU) 15的处理速度。当升级功能时；换言之在升级计算机程序时，因为计算机 程序存储在通信控制设备12中，所以系统操作者可升级计算机程序。结 果，家庭网关虚拟系统10是在功能的可伸缩性上很优秀的系统。

通信中继设备11安装在包括作为家庭网关设备的家用设备13的本地 区域中。然而，在第二示例实施例中，实质上由通信控制设备12执行家 庭网关功能。出于此原因，如上所述在通信控制设备12中执行家庭网关 功能的添加(扩展)。结果，当计划添加(扩展)家庭网关功能时，不必 计划增加通信中继设备11中的存储单元14的存储容量和控制设备15的处 理速度。换言之，可避免通信中继设备11的价格升高的问题。

即，在第二示例实施例中，以与第一示例实施例类似的方式，通信中 继设备11和家庭网关虚拟系统(通信中继系统)10可获得这样的效果： 可提供多个功能，而不必担心价格增加。

在第二示例实施例中，通信中继设备11和通信控制设备12可作为相 同的广播域(家庭网络)通信。出于此原因，用于通信中继设备11和通 信控制设备12之间的通信的地址可使用广播域(家庭网络)中的本地地 址(本地IP地址)。换言之，不必将全局地址(全局IP地址)给予通信 中继设备11。结果，第二示例实施例中的家庭网关虚拟系统10是考虑了 耗尽(deplte)作为全局地址(全局IP地址)的地址(IPv4地址)的问题 的系统。

通信控制设备12具有对应于一个通信中继设备11的情形和分别对应 于多个通信中继设备11中的每一个的情形。另外，通信控制设备12具有 作为用于家庭网关虚拟系统的专用设备的情形，以及除了主要控制功能之 外具有与家庭网关虚拟系统有关的控制功能的情形。

(其它示例实施例)

本发明不限于第一和第二示例实施例，而是可采用各种示例实施例。 例如，在第二示例实施例中，作为在通信中继设备11的安装位置的示 例，它被提及是在家庭中。相比之下，通信中继设备11的安装位置可以 是其它本地位置，例如公司场所和在公共设施中。而且，由通信中继设备 11和家用设备13构建的计算机网络可以是在上述公司场所中的通信网络 和公共设施中的通信网络。

如上所述，通过控制设备(运算单元(CPU))15和24基于程序上 所表示的处理过程进行操作，实现了第一和第二示例实施例中描述的关于 设备中的通信功能和家庭网关功能的每一个功能。换言之，由软件实现每 一个功能。相比之下，可由硬件实现部分或所有的每个功能。

同时，如专利文献1所表示的，家庭网关设备中包括的功能趋向于增 加。出于此原因，为了家庭网关设备平稳地执行许多功能，对于家庭网关 设备中的CPU需要加快其处理速度，另外，对于存储装置需要增加其容 量。然而，具有快速处理速度的CPU和大容量存储装置是昂贵的。出于此 原因，当家庭网关设备配备这样昂贵的CPU和存储装置时，存在家庭网关 设备的价格增加的问题。

因此，当试图抑制家庭网关设备的价格增加时，将具有快速处理速度 的昂贵CPU和昂贵的大容量存储装置配备到家庭网关设备中将是困难的。 出于此原因，当试图抑制价格增加时，出现了对于家庭网关设备难于进一 步扩展其功能的问题。

相比之下，在第一和第二示例实施例中的通信中继设备和通信中继系 统可变成多功能的，而不必担心价格增加。

尽管已参考本发明的示例实施例具体示出和描述了本发明，但是本发 明不限于这些示例实施例。本领域普通技术人员将会理解，在不偏离权利 要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可在本发明中做出各种形式 和细节上的变化。

本申请基于2010年6月18日提交的日本专利申请No.2010-139498并 且要求其优先权的利益，该申请的公开内容通过引用被全部合并于此。