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CN114390037A - 一种终端访问家庭网络设备的方法及系统 - Google Patents

一种终端访问家庭网络设备的方法及系统 Download PDF

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CN114390037A
CN114390037A CN202210032004.2A CN202210032004A CN114390037A CN 114390037 A CN114390037 A CN 114390037A CN 202210032004 A CN202210032004 A CN 202210032004A CN 114390037 A CN114390037 A CN 114390037A
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翁志艺
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Abstract

本发明提供一种终端访问家庭网络设备的方法及系统，涉及互联网信息通信技术领域，能够根据接收到的局域网直连通道、中继转发通道和P2P直连通道的实时连接状态，判断当前所处的是局域网还是公网，进而从中选择最优通道作为后续数据的传输通道。本发明能够解决在不同网络状态下自动选取最优传输通道以及实现传输通道间无缝切换的问题，最终实现访问通信顺畅、增加用户体验、快速提升传输效率、保护数据安全的目的。

Description

一种终端访问家庭网络设备的方法及系统
技术领域
本发明涉及互联网信息通信技术领域，具体涉及一种终端访问家庭网络设备的方法及系统。
背景技术
家庭网络设备接入因特网(Internet)，终端(例如：智能手机、个人电脑、浏览器等)可以对家庭网络设备提供的服务进行远程访问。Internet网络可以为全球移动通讯系统(Global System of Mobile communication，GSM)网络、通用分组无线服务(GeneralPacket Radio Service，GPRS)网络、码分多址(Code Division Multiple Access，CDMA)网络、宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA)网络、长期演进(Long Term Evolution，LTE)网络、第五代移动通信系统(The fifth generation mobilecommunication system，5G)网络。目前，终端访问家庭网络设备的方式包括：1.终端通过Internet直接访问。具体地，家庭网关的广域网(wide area network，WAN)接口的网际协议地址(Internet Protocol Address，IP Address)为公网地址时，终端即可通过公网地址访问家庭网关，并进一步访问位于该家庭网关的局域网(local area network，LAN)侧的家庭网络设备。局域网即内网，计算机以NAT(网络地址转换)协议，通过一个公共的网关访问Internet，可向Internet上的其他计算机发送连接请求，但Internet上其他的计算机无法向内网的计算机发送连接请求。内网上网的计算机得到的IP地址是Internet上的保留地址。公网是相对于内网而言的，公网上网的计算机得到的IP地址是因特网的公用地址，是非保留的地址。公网的计算机和因特网上的其他计算机可随意互相访问。2.终端通过VPN(Virtual Private Network)技术与家庭网络设备加入到同一个虚拟专用网络，并进一步访问位于该虚拟专用网络的家庭网络设备。
综上，现有的终端访问家庭网络设备的方式单一，并没有提供两者处于不同网络状态下实现信息传输更稳定、高效同时保证用户使用体验的方式。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种终端访问家庭网络设备的方法及系统，解决在不同网络状态下自动选取最优传输通道以及实现传输通道间无缝切换的问题，最终实现访问通信顺畅、增加用户体验、快速提升传输效率、保护数据安全的目的。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种终端访问家庭网络设备的方法，基于一种系统，该系统包括终端、网络管理服务模块、家庭网络设备、中间服务器以及位于终端侧和家庭网络设备侧的透明网关，该方法包括以下步骤：
在终端侧的透明网关与家庭网络设备侧的透明网关之间预先设置有三种连接的网络通道：局域网直连通道、中继转发通道和P2P直连通道，该局域网直连通道为终端与家庭网络设备之间在局域网下直接进行数据传输的通道，该中继转发通道为终端和家庭网络设备在公网下通过中间服务器进行数据传输的通道，该P2P直连通道为终端与家庭网络设备在公网下基于P2P通信直接进行数据传输的通道；
当终端启动时，会通过透明网关发出建立所述三种网络通道连接的请求；
网络管理服务模块根据接收到的所述三种网络通道的实时连接状态，判断当前所处的是局域网还是公网，进而从所述三种网络通道中选择最优通道作为后续数据的传输通道。
进一步地，所述三种网络通道中，当一种网络通道被选择为最优通道时，其他两个网络通道作为参与后续数据传输的可选择项。
进一步地，对于局域网直连通道，当家庭网络设备提供HTTPS接口时，建立局域网直连通道的方法为：终端向中间服务器发送域名接口的调用请求，中间服务器将该调用请求转发至家庭网络设备，家庭网络设备根据该调用请求将自身的IP地址发送给中间服务器，再由中间服务器将该IP地址发送给终端；终端调用该IP地址对应的status接口，若status接口调用通畅，则建立局域网直连通道。
进一步地，终端调用status接口时预设一个固定时间定时器，进行轮巡调用。
进一步地，对于局域网直连通道，当家庭网络设备不提供HTTPS接口时，建立局域网直连通道的方法为：终端向中间服务器发送域名接口的调用请求，中间服务器将该调用请求转发至家庭网络设备，家庭网络设备根据该调用请求将自身的IP地址发送给中间服务器，再由中间服务器将该IP地址发送给终端；终端使用WebRTC向该IP地址发送UDP数据包，若家庭网络设备或终端正常返回了数据响应包，则终端与家庭网络设备处于同一局域网下，建立局域网直连通道。
进一步地，终端发送UDP数据包时预设一个固定时间定时器，进行轮巡调用。
进一步地，对于中继通道，建立中继通道的方法为：家庭网络设备向中间服务器基于TCP协议的三次握手发送连接请求；终端向中间服务器发送命令请求信息，中间服务器收到该命令请求信息后转发至家庭网络设备；家庭网络设备收到该命令请求信息后，向中间服务器返回信息；中间服务器在接收到该返回信息后转发至终端。
进一步地，对于中继通道，TCP的连接方式为基于心跳保护机制的长连接。
进一步地，对于P2P直连通道，建立P2P直连通道的方法为：家庭网络设备基于UDP协议通过NAT向中间服务器发送连接请求，该中间服务器使用STUN协议；终端基于UDP协议通过NAT向中间服务器发送连接请求，中间服务器将获取的家庭网络设备的公网IP地址和端口信息发送给终端，并将终端的公网IP地址和端口信息发送给家庭网络设备，建立互信关系；终端直接向家庭网络设备发送命令请求信息；家庭网络设备直接将返回的命令请求信息反馈至终端。
一种终端访问家庭网络设备的系统，包括终端、网络管理服务模块、家庭网络设备、中间服务器以及位于终端侧和家庭网络设备侧的透明网关；该终端为用于访问家庭网络设备的载体；该透明网关为设置了透明代理的网间连接器，位于终端侧和家庭网络设备侧的透明网关之间通过三种网络通道实现连接，该三种网络通道为局域网直连通道、中继转发通道和P2P直连通道；该局域网直连通道为终端与家庭网络设备之间在局域网下直接进行数据传输的通道，该中继转发通道为终端和家庭网络设备在公网下通过中间服务器进行数据传输的通道，该P2P直连通道为终端与家庭网络设备在公网下基于P2P通信直接进行数据传输的通道；该网络管理服务模块用于提供网络管理服务，根据根据接收到的所述三种网络通道的实时连接状态，判断当前所处的是局域网还是公网，进而从所述三种网络通道中选择最优通道作为后续数据的传输通道；中间服务器用于转发终端和家庭网络设备之间的交互数据。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种终端访问家庭网络设备的系统示意图；
图2为本发明实施例中的局域网直连通道示意图；
图3为本发明实施例中的建立局域网连通的第一种方式示意图；
图4为本发明实施例中的建立局域网连通的第二种方式示意图；
图5为本发明实施例中的中继转发通道示意图；
图6为本发明实施例中的P2P直连通道示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图作详细说明如下。
本发明实施例提供一种终端访问家庭网络设备的方法及系统，使得终端能够在不同网络状态下(公网或局域网)对家庭网络设备进行快速、可靠、安全地访问，具体说明如下。
1、终端访问家庭网络设备的系统
本发明实施例提供的一种终端访问家庭网络设备的系统，如图1所示，包括终端、网络管理服务模块、家庭网络设备、中间服务器和位于终端侧和家庭网络设备侧的透明网关，两侧透明网关之间通过三种网络通道进行连接。终端是指能够访问到家庭网络设备的载体，包括但不限于手机、电脑、浏览器。透明网关是指设置了透明代理的网间连接器，为便于表述，本发明将位于终端侧的称为透明网关1，将位于家庭网络设备侧的称为透明网关2。透明网关1可集成在终端上，也可独立存在，用于实现终端通过访问透明网关1来达到访问家庭网络设备的目的。透明网关2可集成在家庭网络设备上，也可独立存在，用于实现家庭网络设备通过访问透明网关2来达到访问终端的目的。网络管理服务模块用于提供网络管理服务，根据网络状态对当前两透明网关间网络通道实现管理与分配。网络通道是两侧透明网关之间通信的传输链路，提供三种网络通道选择，即局域网直连通道、P2P直连通道和中级转发通道。家庭网络设备可以是内置单元，也可以是独立设备。中间服务器用于转发终端和家庭网络设备之间的交互数据，例如IP地址信息、请求信息、响应信息、命令信息等。
2、终端访问家庭网络设备的方法
本发明实施例提供的一种终端访问家庭网络设备的方法基于上述系统实现，步骤包括：
当终端被启动时，三种网络通道会同时请求建立连接；
网络管理服务会根据接收到的实时连接状态，合理分配后续传输时的最优通道；最优通道是当前网络状态下相对最稳定、最高效的网络通道，选择最优通道用于实现数据加速传输，优化使用效果，保证用户使用体验；
当终端向家庭网络设备发送访问请求时，透明网关1会通过网络状态服务选择的最优传输的网络通道向对端发送该访问请求；
若局域网直连通道连接成功，则会向网络管理服务发送信号，网络管理服务接收后，则可以识别到当前的网络状态为局域网环境，则透明网关1将该通道设置为后续传输时的最优通道；
若中继转发通道连接成功，则会依照心跳保护机制在全过程中持续保持连接状态，保证数据的顺利传输；
若P2P直连通道连接成功，网络管理服务接收后，则识别到当前的网络状态为公网环境，则透明网关1将该通道设置为后续传输时的最优通道；
作为可选的情况，一种网络通道作为最优通道，其他网络通道也可以用于后续数据的传输，例如当中一种可选的情况是，P2P直连通道连接成功，可将该P2P直连通道和中继转发通道同时用于后续数据的传输，从而实现终端至家庭网络设备处的数据加速传输。上述三种网络通道并没有固定的优先级排列顺序，只要在各自连接条件具备的情况下，都可以单个或多个同时进行后续数据的传输。
3、局域网直连通道
当连接适用于局域网直连通道时，终端与家庭网络设备的连接可以基于TCP协议或UDP协议建立。如图2所示，当终端与家庭网络设备同处于同一网络环境(局域网)下，终端通过TCP协议与家庭网络设备建立连接，连接通畅后，由终端向家庭网络设备直接发送连接请求，两者可直接互相访问并进行命令信息传送。由于终端可以为手机、电脑或Web浏览器等，因此局域网直连通道根据家庭网络设备的配置不同，包含两种建立局域网直连通道的方法(探测连接方法)：
第一种方式如图3所示，具体实施例如下：当家庭网络设备自身提供HTTPS接口时，假设家庭网络设备多块网卡的IP地址分别为：192.168.1.100和192.168.1.200，终端会向中间服务器Network Transit Server发送调用域名如https://1234.domain.com/localips的接口请求，Network Transit Server接收后将该请求信息转发至家庭网络设备，家庭网络设备接收到该调用请求信息后会自动获取设备IP地址即192.168.1.100和192.168.1.200，随即家庭网络设备会将该地址返回至Network Transit Server，由Network Transit Server转发至终端；终端接收到返回的IP地址信息后，会自动调用该IP地址下对应的status接口，如http://192.168.1.100/status和http://192.168.1.200/status，若某一接口调用通畅，则证明连通成功，根据调取成功的接口的地址便可判断出网络状态。在此的终端调用status接口时会预设一个固定时间定时器，进行轮巡调用，例如时间区间可设置为30s或者10s。
第二种方式如图4所示，具体实施例如下：当家庭网络设备自身不提供HTTPS接口时，假设家庭网络设备多块网卡的IP地址分别为：192.168.1.100和192.168.1.200，终端会向中间服务器Network Transit Server发送调用域名如https://1234.domain.com/localips的接口请求，Network Transit Server接收后将该请求信息转发至家庭网络设备，家庭网络设备接收到该调用请求信息后会自动获取到设备IP地址即192.168.1.100和192.168.1.200，随即家庭网络设备会将该地址返回至Network Transit Server，由Network Transit Server转发至终端；终端使用WebRTC(Web Real-Time Communication，即源自网页即时通信，是一个支持网页浏览器进行实时语音对话或视频对话的API)技术向上述局域网IP地址发送UDP数据包，若家庭网络设备侧或终端侧正常返回了数据响应包，即终端与家庭网络设备处于同一局域网。在此，终端发送UDP数据包时会预设一个固定时间定时器，进行轮巡调用，例如时间区间可设置为30s或者10s。
4、中继转发通道
当连接适用于中继转发通道时，终端、中间服务器和家庭网络设备可以基于TCP协议建立连接。如图5所示，当终端与家庭网络设备处于公网下，中间服务器Network TransitServer内部建立数据传输路径Control-connection。第①步，家庭网络设备向NetworkTransit Server基于TCP协议的三次握手(Three-Way Handshake，是指建立一个TCP连接时，需要客户端和服务端总共发送3个包以确认连接的建立)发送连接请求；第②步，终端向Network Transit Server发送命令请求信息(Data-transporting，即终端向家庭网络设备发送的功能请求实，包括但不限于删除、移动、查看、重命名等命令)；第③步，NetworkTransit Server在收到命令请求信息后会将命令信息转发至家庭网络设备；第④步，家庭网络设备在收到转发的命令请求信息后进行确认处理，后通过已建立的数据传输路径Private-connection向Network Transit Server传递信息；第⑤步，Network TransitServer在接收到家庭网络设备返回的信息后通过建立的数据传输路径Public-connection将其转发至终端。
上述TCP的连接方式会保持为长连接，由此会维持高效长连接的心跳保护机制，从而保障即使是在多样化的现实网络环境状态中，连接的状态一般不会发生断连，即便发生断连也会之后再进行重连，该访问方式会一直保持连接状态，保证用户的使用体验。
5、P2P直连通道
当连接适用于P2P直连通道时，终端与家庭网络设备的连接是基于UDP协议而建立，中间服务器与家庭网络设备的连接也同样基于此。如图6所示，当终端与家庭网络设备处于公网下，第①步，P2P(即对等网络，指的是网络中的各设备处于对等的地位，每一台设备既能充当网络服务的请求者，又对其它设备的请求作出响应，提供资源和服务)通信模式下，家庭网络设备基于UDP协议通过NAT向中间服务器发送连接请求。在此中间服务器Network Transit Server使用STUN协议，STUN(Simple Traversal ofUser DatagramProtocol Through Network Address Translators或Session Traversal Utilities forNAT，NAT会话穿越应用程序)是一种网络协议，简单地用UDP穿透NAT，是个轻量级的协议，是基于UDP的完整的穿透NAT的解决方案。它允许位于NAT(或多重NAT)后的客户端找出自己的公网地址，查出自己位于哪种类型的NAT之后以及NAT为某一个本地端口所绑定的Internet端端口。这些信息被用来在两个同时处于NAT路由器之后的主机之间创建UDP通信。第②步，终端基于UDP协议通过NAT向Network Transit Server发送连接请求，此时NetworkTransit Server获取了双方的公网IP及端口信息并将双方信息交互(将家庭网络设备的IP和端口信息发送至终端，将终端的IP和端口信息发送至家庭网络设备。)基于此双方信息交流成功，从而建立互信关系。第③步，终端向家庭网络设备发送的命令请求信息可直接传输至家庭网络设备处；第④步，家庭网络设备返回的命令请求信息直接反馈至终端处。在双方信息交流通道建立后，终端与Network Transit Server建立的UDP连接可以自动断开且不会影响终端与家庭网络设备的信息传递。数据不再需要第三方服务器对命令信息进行转发操作，数据安全性进一步提高，更高效、快速地处理/传输命令信息，节约时间和通信系统传输资源且方便用户进行远程管理。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的适当修改或者等同替换，均应涵盖于本发明的保护范围内，本发明的保护范围以权利要求所限定者为准。

Claims (10)

1.一种终端访问家庭网络设备的方法，基于一种系统，该系统包括终端、网络管理服务模块、家庭网络设备、中间服务器以及位于终端侧和家庭网络设备侧的透明网关，其特征在于，该方法包括以下步骤：
在终端侧的透明网关与家庭网络设备侧的透明网关之间预先设置有三种连接的网络通道：局域网直连通道、中继转发通道和P2P直连通道，该局域网直连通道为终端与家庭网络设备之间在局域网下直接进行数据传输的通道，该中继转发通道为终端和家庭网络设备在公网下通过中间服务器进行数据传输的通道，该P2P直连通道为终端与家庭网络设备在公网下基于P2P通信直接进行数据传输的通道；
当终端启动时，会通过透明网关发出建立所述三种网络通道连接的请求；
网络管理服务模块根据接收到的所述三种网络通道的实时连接状态，判断当前所处的是局域网还是公网，进而从所述三种网络通道中选择最优通道作为后续数据的传输通道。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三种网络通道中，当一种网络通道被选择为最优通道时，其他两个网络通道作为参与后续数据传输的可选择项。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对于局域网直连通道，当家庭网络设备提供HTTPS接口时，建立局域网直连通道的方法为：终端向中间服务器发送域名接口的调用请求，中间服务器将该调用请求转发至家庭网络设备，家庭网络设备根据该调用请求将自身的IP地址发送给中间服务器，再由中间服务器将该IP地址发送给终端；终端调用该IP地址对应的status接口，若status接口调用通畅，则建立局域网直连通道。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，终端调用status接口时预设一个固定时间定时器，进行轮巡调用。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对于局域网直连通道，当家庭网络设备不提供HTTPS接口时，建立局域网直连通道的方法为：终端向中间服务器发送域名接口的调用请求，中间服务器将该调用请求转发至家庭网络设备，家庭网络设备根据该调用请求将自身的IP地址发送给中间服务器，再由中间服务器将该IP地址发送给终端；终端使用WebRTC向该IP地址发送UDP数据包，若家庭网络设备或终端正常返回了数据响应包，则终端与家庭网络设备处于同一局域网下，建立局域网直连通道。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，终端发送UDP数据包时预设一个固定时间定时器，进行轮巡调用。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对于中继通道，建立中继通道的方法为：家庭网络设备向中间服务器基于TCP协议的三次握手发送连接请求；终端向中间服务器发送命令请求信息，中间服务器收到该命令请求信息后转发至家庭网络设备；家庭网络设备收到该命令请求信息后，向中间服务器返回信息；中间服务器在接收到该返回信息后转发至终端。
8.如权利要求1或7所述的方法，其特征在于，对于中继通道，TCP的连接方式为基于心跳保护机制的长连接。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对于P2P直连通道，建立P2P直连通道的方法为：家庭网络设备基于UDP协议通过NAT向中间服务器发送连接请求，该中间服务器使用STUN协议；终端基于UDP协议通过NAT向中间服务器发送连接请求，中间服务器将获取的家庭网络设备的公网IP地址和端口信息发送给终端，并将终端的公网IP地址和端口信息发送给家庭网络设备，建立互信关系；终端直接向家庭网络设备发送命令请求信息；家庭网络设备直接将返回的命令请求信息反馈至终端。
10.一种终端访问家庭网络设备的系统，其特征在于，包括终端、网络管理服务模块、家庭网络设备、中间服务器以及位于终端侧和家庭网络设备侧的透明网关；该终端为用于访问家庭网络设备的载体；该透明网关为设置了透明代理的网间连接器，位于终端侧和家庭网络设备侧的透明网关之间通过三种网络通道实现连接，该三种网络通道为局域网直连通道、中继转发通道和P2P直连通道；该局域网直连通道为终端与家庭网络设备之间在局域网下直接进行数据传输的通道，该中继转发通道为终端和家庭网络设备在公网下通过中间服务器进行数据传输的通道，该P2P直连通道为终端与家庭网络设备在公网下基于P2P通信直接进行数据传输的通道；该网络管理服务模块用于提供网络管理服务，根据根据接收到的所述三种网络通道的实时连接状态，判断当前所处的是局域网还是公网，进而从所述三种网络通道中选择最优通道作为后续数据的传输通道；中间服务器用于转发终端和家庭网络设备之间的交互数据。
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