基于5G网络的智能家居控制系统及网络连接控制方法

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，具体涉及一种基于5G网络的智能家居控制系统及网络连接控制方法。

背景技术

在过去的30年里，移动通信经历了从语音业务到移动宽带数据业务的飞跃式发展，不仅深刻改变了人们的生活方式，也很大地促进了社会经济的发展。移动互联网和物联网作为未来移动通信发展的两大主要驱动力，为第五代移动通信（5G）提供了广阔的应用前景。面向2020年及未来，5G将满足人们超高流量密度、超高连接数密度、超高移动性的需求。这些需求对目前的移动网络系统来说，是一个巨大的挑战，网络及终端必须进行革命性的变更才能达到5G愿景。智能家居的设计，其最核心的根本就是各个家居单元的信息能够统一管理控制，创造出1+1>2的效用，更方便、更舒适地服务于人类。在目前的移动通信基础上，各个智能家居单元通常是采用近场通信协议进行智能家居传感器的组网，设置家庭独立网关接入到有线或是无线网络中。对智能家居系统进行远程控制时，访问特定的家庭网关读取数据，进行显示继而进行控制。

现有的这种智能家居组网方案对于目前的通信网络架构来说无疑是最优的，能够汇集各个家居传感器的数据，对网络带宽的要求也不过大，但是其本身还是存在如下几个问题：增加了信令交互，控制终端和被控端的交互都需要经过家庭网关这一网络单元，需要家庭网关先进行消息的解析后再进行分类传输；增加信令长度，由于家庭网关的接入，信令消息需要和家庭网关通信后再进行进一步转发，因此信令长度将会增加；增加传输时延，控制终端和被控端的消息交互，都需要家庭网关先解析然后再转发，这一过程增加了信令的时延。

发明内容

本发明所要解决的是现有智能家居系统中组网结构复杂、控制信令长而复杂、时延较大的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于5G网络的智能家居控制系统，包括5G基站和至少两个智能家居簇，所述5G基站包括无线资源管理模块、云端数据库以及数据库管理模块，所述智能家居簇包括同一个家庭中的所有无线智能家居设备，每个智能家居簇对应一个簇号，每个无线智能家居设备对应一个设备号；所述无线智能家居设备用于直接与所述5G基站建立无线连接，并在建立无线连接后向所述5G基站发送监控数据；所述无线资源管理模块用于为所述无线智能家居设备分配无线资源；所述数据库管理模块用于将所述监控数据存入所述云端数据库，并对所述云端数据库中的监控数据进行管理。

本发明提供的基于5G网络的智能家居控制系统，考虑到在5G网络条件下带宽资源无限丰富但对时延有严格的要求，需要即想即用，因此将家庭网关这一网元彻底移除，各个无线智能家居设备直接接入到信号最强的5G基站中，由5G基站统一规划无线资源及进行数据管理，从而解决了现有智能家居系统中组网结构复杂层次繁多、控制信令长而复杂并且时延较大的问题，实现了在5G场景下智能家居控制网络的扁平化设计，进而使得用户极速连、极速用的需求得以实现，大大提升了用户体验。

可选的，所述无线资源包括2G、3G、4G、5G以及WLAN无线资源。在5G网络中，这些资源被统一管理，根据业务需求、小区负载、干扰等统一调度。

可选的，每个智能家居簇对应的簇号为全球唯一标识。通过采用全球唯一标识作为每个智能家居簇对应的簇号，避免不同智能家居簇的簇号重复而引起错误。

可选的，所述云端数据库包括至少两个存储模块，所述存储模块包括至少一个存储单元；每个存储模块对应存储一个智能家居簇的监控数据，每个存储单元对应存储一个无线智能家居设备的监控数据。通过此种方式存储监控数据，便于管理和查看。当某一智能家居簇中有新的无线智能家居设备加入时，所述数据库管理模块在该智能家居簇对应的存储模块中为该无线智能家居设备分配相应的存储单元；当某一智能家居簇中有无线智能家居设备注销时，其在云端数据库中对应存储单元保存一定的有效时间后被释放。

可选的，所述云端数据库以智能家居簇对应的簇号为索引。

基于上述基于5G网络的智能家居控制系统，本发明还提供一种基于5G网络的智能家居网络连接控制方法，包括：无线智能家居设备开机后选择一种无线制式收听其所在小区的5G基站系统消息，利用系统消息中的无线资源向5G基站发送接入信令；5G基站中的无线资源管理模块接收到所述接入信令后，为所述无线智能家居设备分配无线资源；所述无线智能家居设备接受并利用所述无线资源管理模块分配的无线资源向5G基站发送监控数据；5G基站中的数据库管理模块将所述监控数据存入5G基站中的云端数据库。

可选的，所述接入信令携带无线智能家居设备对应的设备号、无线智能家居设备所属智能家居簇对应的簇号以及无线智能家居设备支持的无线接入方式；所述无线资源管理模块根据无线智能家居设备对应的设备号和无线智能家居设备所属智能家居簇对应的簇号为属于同一个智能家居簇的无线智能家居设备分配连续的无线资源，所述无线资源管理模块根据所述无线智能家居设备支持的无线接入方式为所述无线智能家居设备分配能够接入的无线资源。

根据无线智能家居设备对应的设备号和无线智能家居设备所属智能家居簇对应的簇号分配连续的无线资源，方便当整个智能家居簇不启用的时候可以释放出整块资源，便于资源再使用和管理。进一步地，所有无线智能家居设备都可以分配2G、3G、4G、5G以及WLAN无线资源，在这些无线资源上进行数据收发等，所述无线资源管理模块记录每个无线智能家居设备的接入信令里面所携带的支持的无线接入方式，根据支持的无线接入方式分配合适的无线资源。对于支持多种无线接入方式的无线智能家居设备，所述无线资源管理模块根据小区无线资源干扰情况及资源占用情况进行优选一种接入。当无线资源变化时，这类多种接入方式的终端业务可能会发生迁移，目的是更好的完成业务、保障用户体验。

可选的，所述基于5G网络的智能家居网络连接控制方法，还包括：在所述无线智能家居设备向5G基站发送监控数据完成后，所述无线资源管理模块向所述无线智能家居设备发送资源释放命令，以切断所述无线智能家居设备数据链路，将所述无线智能家居设备迁移到空闲状态。

可选的，所述基于5G网络的智能家居网络连接控制方法还包括：所述无线智能家居设备关机，向5G网络发送去附着命令；所述无线资源管理模块接收到所述去附着命令后，发起5G基站内部及传输网络的资源释放命令，所述无线智能家居设备对应的无线资源被释放。

可选的，所述基于5G网络的智能家居网络连接控制方法还包括：所述无线资源管理模块监测5G基站覆盖范围内无线资源使用情况及干扰情况，当所述无线智能家居设备业务质量发生变化时，所述无线资源管理模块向所述无线智能家居设备发送无线资源重配置命令，将所述无线智能家居设备的无线资源进行迁移。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明提供的基于5G网络的智能家居控制系统及网络连接控制方法，通过将无线智能家居设备直接接入5G基站，解决了现有智能家居系统中组网结构复杂层次繁多、控制信令长而复杂并且时延较大的问题，实现了在5G场景下智能家居控制网络的扁平化设计，进而使得用户极速连、极速用的需求得以实现，大大提升了用户体验。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1是本发明实施例的基于5G网络的智能家居控制系统的结构示意图；

图2是本发明实施例的5G基站的结构示意图；

图3是本发明实施例的无线智能家居设备注册的流程示意图；

图4是本发明一种实施例的无线智能家居设备资源释放的流程示意图；

图5是本发明另一种实施例的无线智能家居设备资源释放的流程示意图；

图6是本发明实施例的无线智能家居设备资源迁移的流程示意图。

具体实施方式

正如背景技术中所描述的，现有网络中各个智能家居单元通常是采用近场通信协议进行智能家居传感器的组网，设置家庭独立网关接入到有线或是无线网络中。对智能家居系统进行远程控制时，访问特定的家庭网关读取数据，进行显示继而进行控制。由于家庭网关的介入无疑会带来网络架构复杂、信令交互的复杂、信令设计复杂及时延问题，与5G网络的初衷相悖。发明人考虑到在5G网络条件下，带宽资源无限丰富但对时延有严格的要求，需要即想即用，因此必须对智能家居的组网及控制进行变更及改造。本发明提供一种基于5G网络的智能家居控制系统及网络连接控制方法，通过将家庭网关这一网元彻底移除、各个无线智能家居设备直接接入到信号最强的5G基站中，由5G基站统一规划无线资源及进行数据管理。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

图1是本发明实施例的基于5G网络的智能家居控制系统的结构示意图，所述基于5G网络的智能家居控制系统包括5G基站10和至少两个智能家居簇，图1示出了三个智能家居簇：智能家居簇11、智能家居簇12、智能家居簇13。由于每个智能家居簇的结构相同，本实施例以所述智能家居簇11为例进行说明。所述智能家居簇11包括同一个家庭中的所有无线智能家居设备，所述无线智能家居设备可以为带有无线控制功能的空调、冰箱、音响、空气净化器等智能终端，本实施例对此不作限定。每个智能家居簇对应一个簇号，每个无线智能家居设备对应一个设备号。在本实施例中，每个智能家居簇对应的簇号为全球唯一标识。图2是本发明实施例的所述5G基站10的结构示意图，所述5G基站10包括无线资源管理模块21、云端数据库22以及数据库管理模块23。

所述无线智能家居设备用于直接与所述5G基站10建立无线连接，并在建立无线连接后向所述5G基站10发送监控数据。所述无线资源管理模块21用于为所述无线智能家居设备分配无线资源，所述无线资源包括2G、3G、4G、5G以及WLAN无线资源。

具体地，当某个无线智能家居设备开启并且启动无线功能时，直接向附近信号最强的5G基站10发起接入信令，所述5G基站10收到接入信令后，由所述无线资源管理模块21为接入的无线智能家居设备分配无线接入资源。无线智能家居设备在向所述5G基站10发起接入信令时，接入信令中可以携带无线智能家居设备对应的设备号和无线智能家居设备所属智能家居簇对应的簇号，所述无线资源管理模块21在获取到这个信息后，为属于同一个智能家居簇的无线智能家居设备分配连续的无线资源，这样当整个智能家居簇不启用的时候可以释放出整块无线资源，便于无线资源的使用和管理。当某个无线智能家居设备关闭时，需要向所述5G基站10申请注销无线链接，所述5G基站10收到注销请求后释放无线资源。

所有无线智能家居设备都可以分配2G、3G、4G、5G以及WLAN无线资源、在这些无线资源上进行数据收发等，所述无线资源管理模块21记录每个无线智能家居设备的接入信令里面所携带的支持的无线接入方式，根据接入方式分配合适的无线资源。对于有多种接入方式的无线智能家居设备，所述无线资源管理模块21根据小区无线资源干扰情况及资源占用情况进行优选一种接入。当无线资源变化时，这类多种接入方式的终端业务可能会发生迁移，目的是更好的完成业务、保障用户体验。

所述数据库管理模块23用于将所述监控数据存入所述云端数据库22，并对所述云端数据库中的监控数据进行管理。在本实施例中，所述云端数据库22包括至少两个存储模块，所述存储模块包括至少一个存储单元。每个存储模块对应存储一个智能家居簇的监控数据，每个存储单元对应存储一个无线智能家居设备的监控数据。

当某一智能家居簇中有新的无线智能家居设备接入所述基站10时，在接入信令中携带该智能家居簇的簇号，所述数据库管理模块23为该无线智能家居设备分配相应的存储单元。当某一智能家居簇中的无线智能家居设备注销时，其对应的存储单元保存一定的有效时间后被释放。进一步的，所述云端数据库22存储的监控数据被读取时，以智能家居簇对应的簇号为索引。

实施例2

在智能家居控制系统中，新开机的无线智能家居设备需要在网络中完成注册才能进行数据的发送和接收。图3是本发明实施例的无线智能家居设备注册的流程示意图，包括：

无线智能家居设备开机后选择一种无线制式收听其所在小区的5G基站10系统消息，利用系统消息中的无线资源向5G基站10发送接入信令。在本实施例中，所述接入信令携带无线智能家居设备对应的设备号、无线智能家居设备所属智能家居簇对应的簇号以及无线智能家居设备支持的无线接入方式。

5G基站10中的无线资源管理模块21接收到所述接入信令后，为所述无线智能家居设备分配无线资源。具体地，所述无线资源管理模块21根据无线智能家居设备对应的设备号和无线智能家居设备所属智能家居簇对应的簇号为属于同一个智能家居簇的无线智能家居设备分配连续的无线资源，所述无线资源管理模块21根据所述无线智能家居设备支持的无线接入方式为所述无线智能家居设备分配能够接入的无线资源。

所述无线智能家居设备接受并利用所述无线资源管理模块21分配的无线资源向5G基站10发送监控数据，5G基站10中的数据库管理模块23将所述监控数据存入5G基站10中的云端数据库22。

实施例3

频谱资源一直都是移动通信系统中的稀缺资源，当数据链路上的数据发送完毕后，需要无线智能家居设备释放资源。图4是本发明一种实施例的无线智能家居设备资源释放的流程示意图，包括：

在所述无线智能家居设备向5G基站10发送监控数据完成后，所述无线资源管理模块21向所述无线智能家居设备发送资源释放命令，以切断所述无线智能家居设备数据链路，将所述无线智能家居设备迁移到空闲状态。在空闲状态下，无线智能家居设备可以被寻呼、接收系统消息、周期性更新等。此时仅是无线资源的释放，无线智能家居设备在所述云端数据库22中的数据仍然是保留的，一段时间后可能会更新。

实施例4

图5是本发明另一种实施例的无线智能家居设备资源释放的流程示意图，包括：

所述无线智能家居设备关机，向5G网络发送去附着命令。所述无线资源管理模块21接收到所述去附着命令后，发起5G基站10内部及传输网络的资源释放命令，所述无线智能家居设备对应的无线资源被释放。一段时间后，该无线智能家居设备的数据资源也被释放。

实施例5

在5G网络下，无线智能家居设备直接接入基站，2G、3G、4G、5G以及WLAN无线资源受基站直接调度，通过重配置命令就可以完成传统无线资源和WLAN无线资源的切换，使得网络信令简单便捷。5G基站监测着其覆盖范围内无线资源使用变化情况及干扰情况，当某个无线智能家居设备业务质量发生变化时，就促使5G基站重新评估其无线资源使用情况，发现不合适则根据终端接入时带给基站的家居设备无线资源支持情况，对无线智能家居设备占用的无线资源进行迁移。图6是本发明实施例的无线智能家居设备资源迁移的流程示意图，包括：

所述无线资源管理模块21监测5G基站10覆盖范围内无线资源使用情况及干扰情况，当所述无线智能家居设备业务质量发生变化时，所述无线资源管理模块21向所述无线智能家居设备发送无线资源重配置命令，将所述无线智能家居设备的无线资源进行迁移。资源迁移后，无线智能家居设备状态不变，业务不受影响，对于用户来说感觉不到资源迁移。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。