NAT穿透技术及其在智能家居控制系统的应用设计研究

徐晓灼，江凯，王志新，史莉，邹建龙

（1.上海交通大学电气工程系，上海　200240；2.国网上海市南供电公司，上海　200233；3.上海纳杰电气成套有限公司，上海　201111；4.嘉兴清源电气科技有限公司，浙江嘉兴　314031）

NAT穿透技术及其在智能家居控制系统的应用设计研究

徐晓灼1，江凯2，王志新1，史莉3，邹建龙4

（1.上海交通大学电气工程系，上海200240；2.国网上海市南供电公司，上海200233；3.上海纳杰电气成套有限公司，上海201111；4.嘉兴清源电气科技有限公司，浙江嘉兴314031）

随着社会经济与科学技术的不断发展，可再生能源发电和智能家居越来越深入人们的生活。在智能家居控制系统中，如果服务器没有公网IP并且与手机客户端不在同一个局域网中，服务器不能被客户端直接连接，现有的网络通信和NAT穿透方案并不能很好地应用于上述情况。将基于UDP通信协议的Socket通信技术用于智能家居控制系统，针对不同种类NAT的特点，设计了适用于该系统的NAT穿透方案。最后，将此方案应用于户用分布式光伏发电实际系统，验证了该NAT穿透方案在不同的网络环境下都能保证客户端与服务器进行有效通信，实现对智能设备的远程监控。

智能家居；UDP协议；NAT穿透；户用；分布式光伏发电

智能家居是以住宅为平台，利用综合布线、网络通信、自动控制等多项技术，将家居生活有关的设施进行集成，形成的高效管理系统，集安全性、便利性、舒适性和艺术性于一身［1］。随着社会经济和科学技术的不断发展，“三网合一”、“三屏合一”等新概念不断被提出，智能家居已经成为未来家居发展的主流方向［2］。目前智能家居的主要研究方向是基于IP技术的第四代智能家居［3］，它的末端设备使用Zigbee、WiFi等技术，能根据用户需求实现定制化、个性化。

目前，由于智能手机的广泛普及，智能家居的概念也逐渐延伸到智能手机客户端领域。典型的智能家居系统应包括服务器、手机客户端、第三方服务器与硬件模块等。其中，手机客户端APP需要与服务器进行通讯来实现远程控制的目的。这里的服务器可以是一个运行在PC上的程序，客户端APP需要从PC端接收各个设备的状态，并能向PC端发送有效的控制指令。应用程序的网络通讯一般可以通过Socket（套接字）来实现，即手机客户端APP通过Socket通信连接服务器，并进行信息的有效交换，实现远程控制的功能。但如果服务器没有公网IP并且与客户端不在同一个局域网中，服务器端是不能被客户端直接连接的。要在这种情况下实现通讯，就要实现有效的NAT穿透。本文采用UDP协议的Socket通信，在分析常规NAT穿透方式的基础上，设计了适用于智能家居控制系统的NAT穿透方式，并成功应用于计及分布式光伏发电的智能家居控制系统。

1　NAT穿透技术

1.1NAT技术概述

NAT（network address translation），即网络地址转换，是用1个或几个IP地址来实现1个内网中的所有主机和公网中主机相互通信的技术，简单来讲就是将内网私有IP地址转换为可在网络中传播的合法IP地址。NAT技术的出现在一定程度上解决了IP地址不足的问题，而且还能够有效地避免来自网络外部的攻击，隐藏并保护网络内部的计算机。

NAT技术包括静态网络地址转换、动态网络地址转换、网络地址及端口转换、端口映射等。文献［4-6］详细介绍了NAT技术的基本原理与分析应用。需要注意的是，如果服务器处在内网中，NAT技术会阻止位于公网或其他内网中的客户端连接服务器，而且一般也会丢弃来自未知IP地址的数据包。在这种情况下，就需要借助一个有公网IP的第三方服务器来进行NAT穿透。

1.2圆锥形NAT穿透技术

在STUN协议中，根据内网｛IP：端口｝到NAT出口的公网地址｛IP：端口｝的映射方式，把NAT分为4种类型［7］，按照穿透难度由难到易排序，通常依次被称为对称型NAT（symmetric NAT）、端口限制锥形NAT（port restricted cone NAT）、限制性锥形NAT（restricted cone NAT）、完全锥形NAT（full cone NAT），其中穿透较易的后3种可以统称为圆锥形NAT（cone NAT）。

当服务器与客户端双方均处在公网时，不需要进行NAT穿透即可连接成功，而当双方处在内网且均为圆锥形NAT时，才能实现基于UDP协议的内网穿透［8］。文献［9-10］详细分析了通信双方均处在内网时穿透过程中的打洞问题，其关键是服务器端首先必须通过自身的NAT向请求连接的一方发送数据，虽然会被拒收，但是在自身端打洞成功，请求连接方接收后就可以与服务器端成功建立连接。

2　NAT穿透方案设计

2.1通讯协议选择

Socket通信协议分为UDP和TCP 2种。TCP（transmission control protocol）是传输控制协议，UDP（user datagram protocol）则是用户数据报协议。TCP协议是一种面向连接的协议，即双方数据交换之前必须先建立连接，一方作为服务器方，一方作为客户方，因而它可以保证写入流的数据按顺序被读出来，可靠性高，但过程较为复杂，效率较低。UDP则是一种无连接的协议，通信双方并不需要建立一个明确可靠的线路，即一方可同时作为客户端或服务器，所以它不保证报文到达的先后顺序，过程简单且效率高，但可靠性低［11］。

本方案采取UDP协议下的Socket通信，一方面程序编写简单，可以保证客户端一定的简单易用性，另一方面由于智能家居远程控制系统需要通过网络传输的是设备状态以及控制信息，所以并不需要严格保证报文的先后顺序。此外，TCP协议下的NAT穿透过程实际应用时会存在端口预测［12］或所谓“三次握手”［13］的问题，可能对安卓手机客户端的运行造成不便，因此UDP协议的NAT穿透是最佳的选择。

2.2穿透流程设计

第1节阐述的圆锥形NAT穿透方法对于双方均在圆锥形NAT后的情况理论上有100%的成功率，但是若其中一方为对称型NAT，那么在这个过程中它就会向第三方服务器与通信另一方提供不同的端口或IP，因此一般不会成功。例如，通信双方如果分别为对称型NAT和圆锥形NAT，那么无论双方哪一方作为服务器，哪一方作为客户端，接收数据包一方无法在自身的映射表上查询到对应映射项而将数据包丢弃，导致连接失败［14］。

对于智能家居控制系统而言，安卓手机客户端需要与服务器建立有效连接，因此相关程序需要在手机或平板电脑上运行。然而这些电子产品可能会通过对称型NAT联网工作，所以有必要设计一种能以较高的成功率穿透对称型NAT的方法。文献［15］提出了一种用于解决一方是对称型NAT而另一方是圆锥形NAT的穿透方法，它的核心思想是端口猜测，即对称型NAT所分配的端口通常有一定的统计上的规律，因此可以通过对旧端口号进行大量的端口猜测来实现高概率的穿透。然而，对于安卓手机客户端而言，若从统一端口向不同IP发送信息，由于厂商设计等方面原因，NAT设备分配的端口号并无规律可循［16］。进一步的，文献［17］提出了一种准随机猜测方法，对于对称型NAT的穿透有重要的指导意义。

在上述文献思路的基础上，设计以下应用于智能家居控制系统的NAT穿透方案，其步骤示意图如图1所示。

图1　NAT穿透方案步骤示意图Fig.1　The schematic diagram of NAT traversal project

连接过程包含以下5个步骤：

1）手机客户端开启后，直接连接服务器，判断是否需要进行NAT穿透。具体来说，若服务器的IP位于公网中，则可以直接连接成功，通过公网进行网络通讯，并不需要NAT穿透，否则客户端连接失败，则需要继续进行步骤二，借助第三方服务器的协助。

2）手机客户端请求第三方服务器的协助。这里的“第三方服务器”指的是一个有公网IP的用于协助双方进行NAT穿透的服务器，手机客户端须保证必要时连接第三方服务器的可靠性。这一步骤中，客户端向第三方服务器发送消息，第三方服务器接收消息后，对客户端进行回应，告知客户端协助信息已收到，并将客户端的IP地址和端口号发送给服务器，以便服务器发送数据包。

3）服务器往客户端与第三方服务器连接所用的端口发一个数据包，然后往客户端的500个不同端口各发一个数据包。这样做的目的是为了在服务器的NAT上打洞，它并不需要被客户端收到，所以对每个端口各发一个数据包即可。发送结束后通知第三方服务器发送过程已完成。

4）第三方服务器通知客户端，服务器已向它的500个端口发完数据包，客户端确认收到信息后，向服务器与第三方服务器连接所用的端口发多个数据包。若服务器和客户端都在圆锥形NAT或者服务器在不限制端口的锥形NAT后、客户端在对称型NAT后时，此时连接成功。然后客户端用500个不同端口向服务器与第三方服务器连接所用的端口发数据包，并向第三方服务器请求服务器的IP与端口号。这是穿透成功最重要的一步，这时为了减小丢包带来的影响，要尽量多发几个数据包。

5）服务器收到客户端的数据包后，第三方服务器将服务器的IP和端口号回复给客户端，客户端则可以记录下收到回复的端口，使用该端口与服务器通讯。若客户端在一定时间内未收到服务器回应，则可以认为信息丢失，客户端重新向第三方服务器发送协助请求，从步骤2）开始重复进行。

2.3方案成功率分析计算

首先，对于双方都在圆锥形NAT后的情况，显然有100%的成功率。

其次，若客户端在对称型NAT后，服务器端在不限制端口的锥形NAT（即完全锥形或限制性锥形NAT）后，在服务器第3）步打洞成功后，客户端IP发送的消息就都可以被服务器收到，因此在第4）步中客户端往服务器发头几个数据包的时候就可以连接成功。在这种情况下，成功率依然是100%。

本方案最难穿透的一种情况是服务器端在端口限制锥形NAT后，而客户端在对称型NAT后。在这种情况下，完成第3）步后，服务器的NAT会允许来自客户端IP中500个不同端口向自己发送数据。在网络上，每个IP地址拥有65 536个端口，端口号的范围为0到65 535，其中0号端口不能用于双向通信，因此端口号最多只有65 535种可能，进而在第4）步中，客户端每次尝试用一个端口向服务器发送数据包，都有的概率被服务器收到。如此重复尝试500次，其中至少有一个包被服务器收到的概率为：

同时，若考虑已经试过的端口不再重复尝试［18］，穿透成功率应该比97.8%略高。

最后一种情况是双方都在对称型NAT后，此时双方都无法知道对方的端口，而且连接第三方服务器与通信另一端的IP地址和端口可能都不相同，因此本方案无法解决。值得注意的是，文献［19］已经说明，目前供个人和家庭使用的路由器等NAT设备大多数是圆锥形NAT，而服务器端程序最终要运行在用户家庭的PC机上，所以服务器端处在对称型NAT后的概率很小。

在实际应用时，由于某些防火墙设定、移动或联通等运营商对网络连接中NAT穿透可占用端口数的限制等因素带来的不利影响，实际的穿透成功率应该比计算得到的理论穿透成功率略低。

3　应用系统实例

3.1系统概述

本文所涉及的智能家居控制系统是以无线网络技术作为平台，以实现智能设备远程控制的系统。具体而言，本方案应用的是基于ZigBee技术［20-21］，并计及户用分布式光伏发电的智能家居控制系统，其结构示意图如图2所示。

其中，中央控制器和手机客户端可以相互通信，主要进行各部分的能量管理与调度。分布式光伏发电部分由太阳能光伏阵列、逆变器、DC/DC电路、蓄电池、电表等构成。在白天，光照充足，屋顶上的太阳能光伏阵列发出直流电，经过DC/DC电路和DC/AC电路供给用户使用，多余的电首先通过DC/ DC电路向蓄电池充电，再进行余电上网，最大程度地利用光伏产生的清洁电能，并能为用户产生额外的经济效益。夜间或光照不足时段，光伏板发电量小，由蓄电池向外放电以供用户使用，必要时电网也可以向家庭电器供电。由于电能的双向流动，这里的电表中必须包含有双向电表［22］。分布式光伏发电系统并入电网可以对电力系统起到削峰填谷的作用，对电网的安全运行以及能源的充分利用发挥重要作用［23，24］。

图2　计及户用分布式光伏发电的智能家居控制系统结构示意图Fig.2　The schematic diagram of the structure of smart home control system with household distributed photovoltaic

智能家居部分主要实现的是中央控制器和手机客户端对家庭中各智能设备终端的控制，它是通过ZigBee无线网络进行通信的。家庭网络是这一部分的核心，其网络通信原理图如图3所示。

图3　智能家居控制系统网络通信原理图Fig.3　The schematic diagram of the network communication in the smart home control system

其中，家庭ZigBee网络的关键是Zigbee协调点，整个系统由它进行网络设置，然后开始组建网络。一方面，协调点通过串口与PC机相连，与机上的服务器端程序进行串口通信；另一方面，各个加入该网络的节点都必须与协调点相连，受协调点控制。目前系统的ZigBee协调点采用CC2530单片机，并利用星型网络拓扑结构，各智能节点都可以与协调点直接通信。

智能设备终端开关控制的实现方式是在电器与电源之间接入智能插座，而智能插座的核心是基于ZigBee通信的开关继电器模块，ZigBee协调点发送的信息实质上是通过控制继电器的通断来实现设备开关状态变化的。这样，组网后电器上的这个模块就成为无线通信网络的一个节点。另外，插座中集成有适用于单相配电系统的电能计量芯片ADE7755作为电能计量模块的核心，可以通过内部编写程序的方式实现电能数据的采集，并采用1602LCD显示屏加以显示，这样用户就可以实时了解智能设备的电能数据。同时，芯片通过ZigBee网络将电能数据发送至协调点，协调点进一步传输至PC机，这样用户也可以在服务器端查询智能设备的各项电能数据，方便快捷。

PC机上的服务器端程序界面如图4所示。

图4　智能家居控制系统服务器端用户界面Fig.4　The user interface of the server of the smart home control system

只要家中的服务器端程序在正常运行，用户就可以在图3所示的外部网络环境中通过手机客户端APP进行远程监控。这里的外部网络环境可以是移动网络或者WiFi网络。手机客户端用户界面如图5所示。这样，用户可以清晰地查看家中连接的智能设备的运行状况，包括开关情况、实时电能数据，甚至可以查看一段时间以来的设备功率曲线（见图6）。

图5　智能家居控制系统客户端用户界面Fig.5　The user interface of the client of the smart home control system

图6　智能家居控制系统客户端功率曲线示意图Fig.6　The power curve of the client of the smart home control system

3.2方案验证

首先，用户若在家中，可以连接家庭内部WiFi，此时手机客户端和服务器相当于处在同一内网中。模拟此种情况时须将手机连接入内网WiFi中，可以发现穿透最为简单，验证时手机客户端连接速度很快，从用户体验来看，几乎相当于直接进入连接成功界面的速度，可参照图5。

若用户处在一般的移动网络环境下，相当于处于对称型NAT后，这时若所在家庭网络处在端口限制锥形NAT后，那么上述方案的5个步骤需要依次执行。模拟时手机不接入家庭内部WiFi，直接使用移动数据，设置好穿透IP与端口号之后可以发现手机客户端页面底端的显示状态经历如图7所示的变化。在这个过程中，客户端直接连接服务器不成功，则开始尝试NAT穿透，首先服务器会向客户端的500个端口打洞，之后客户端通过500个端口向服务器发送数据包，发送数据包之后等待服务器回应，若服务器收到数据包，则回复客户端，连接成功。实验同样证明了该方案可行性很高，但连接成功的时间相比之前直接连接家庭内部WiFi的情况下略长。

图7　NAT穿透过程客户端状态变化图Fig.7　The changes of the client’s state in the process of NAT traversal

进一步验证手机客户端与服务器端的通信可以发现，客户端可以保持与服务器端的通信，并能远程控制各个智能设备的运行。因此通过上述验证可以证明，该NAT穿透方案具有很高的可行性。

4　结论

在智能家居控制系统中，手机客户端APP必须与用户的服务器进行有效的网络通信才能控制相关设备的运行。本文采用UDP协议的Socket通信，根据实际系统和不同NAT种类的特点设计了NAT穿透方案，并进行了系统验证，证明了该方案在不同的网络环境下都能保证客户端与服务器进行有效通信，实现对智能设备的远程监控，具有很高的可行性。

［1］邵鹏飞，王喆，张宝儒.面向移动互联网的智能家居系统研究［J］.计算机测量与控制，2012，20（2）：474-476.SHAO Pengfei，WANG Zhe，ZHANG Baoru.Mobile internet oriented smart home systems［J］.Computer Measurement&Control，2012，20（2）：474-476（in Chinese）.

［2］南忠良，孙国新.基于ZigBee技术的智能家居系统设计［J］.电子设计工程，2010，18（7）：117-119.NAN Zhongliang，SUN Guoxin.Design of smart home system based on ZigBee［J］.Electronic Design Engineering，2010，18（7）：117-119（in Chinese）.

［3］李广路.基于Zigbee的智能家居系统的研究与实现［D］.成都：西南交通大学，2011.

［4］刘风华，丁贺龙，张永平.关于NAT技术的研究与应用［J］.计算机工程与设计，2006，27（10）：1814-1817.LIU Fenghua，DING Helong，ZHANG Yongping.Research and application of NAT technique［J］.Computer Engineering and Design，2006，27（10）：1814-1817（in Chinese）.

［5］揭摄，孙乐昌，白鹭.NAT技术及其安全性研究［J］.安徽电子信息职业技术学院学报，2004，3（15）：7-9.JIE She，SUN Lechang，BAI Lu.NAT technology and its security［J］.Journal of Anhui Vocational College of Electronics&Information Technology，2004，3（15）：7-9（in Chinese）.

［6］姚政.NAT技术原理探究及在校园网上的应用实例［J］.电脑知识与技术，2008，2（12）：457-460.YAO Zheng.The NAT technique principle investigation and the applied example of campus net［J］.Computer Knowledge and Technology，2008，2（12）：457-460（in Chinese）.

［7］张国印，叶在伟，曲丽君.一种UDP穿越NAT的新方案［J］.计算机工程，2008，34（12）：112-113.ZHANG Guoyin，YE Zaiwei，QU Lijun.Novel solution of using UDP to traverse NAT［J］.Computer Engineering，2008，34（12）：112-113（in Chinese）.

［8］蒙元胜.基于UDP/TCP协议的NAT穿越方案研究［D］.广州：中山大学，2014.

［9］FORD B，SRISURESH P，KEGEL D.Peer-to-peer communication acrossnetwork addresstranslators［C］// USENIX Annual Technical Conference，Anaheim，CA，USA：General Track，2005：179-192.

［10］徐向阳，韦昌法.基于NAT穿越技术的P2P通信方案的研究与实现［J］.计算机工程与设计，2007，28（7）：1559-1561.XU Xiangyang，WEI Changfa.Research and implementation of P2P communications based on NAT-traversal technologies［J］.Computer Engineering and Design，2007，28（7）：1559-1561（in Chinese）.

［11］李元熙.基于TCP/UDP的计算机通讯系统实现［J］.无锡商业职业技术学院学报，2004，4（4）：17-19.LIYuanxi.Realization ofcomputers’communication system based on TCP/UDP［J］.Journal of Wuxi Vocational Institute of Commercial Technology，2004，4（4）：17-19（in Chinese）.

［12］杨晓波.采用PCP协议实现TCP NAT穿越［J］.计算机系统应用，2008，17（6）：105-107.YANG Xiaobo.Implementation of TCP NAT traversing based on the PCP protocol［J］.Computer Systems&Applications，2008，17（6）：105-107（in Chinese）.

［13］朱晶.TCP协议简述与三次握手原理解析［J］.电脑知识与技术，2009，5（5）：1079-1081.ZHU Jing.TCP protocol outlined and three-way handshake principle of analytic［J］.Computer Knowledge and Technology，2009，5（5）：1079-1081（in Chinese）.

［14］魏绍亮，周广平，王学慧.基于UDP协议的NAT穿透技术研究与仿真［J］.计算机时代，2014（6）：12-14.WEIShaoliang，ZHOU Guangping，WANG Xuehui.Research and simulation of NAT penetration technology based on UDP protocol［J］.Computer Era，2014（6）：12-14（in Chinese）.

［15］冯东煜，朱立谷，张雷，等.P2P分布式存储中基于UDT的NAT穿越技术研究［J］.计算机研究与发展，2014，51（增）：204-209.FENG Dongyu，ZHU Ligu，ZHANG Lei，et al.NAT punching technology research based on UDT in P2P-based distributed storage［J］.Journal of Computer Research andDevelopment，2014，51（S）：204-209（in Chinese）.

［16］林俊坤.基于Socket通信的智能家居远程控制系统的研究与设计［D］.上海：上海交通大学，2014.

［17］石硕，林莉，李久仲，等.基于端口准随机猜测的UDP穿越Symmetric NAT的方法［J］.计算机工程与设计，2008，29（1）：76-79.SHI Shuo，LIN Li，LI Jiuzhong，et al.Method of symmetric NAT traversal of UDP through NATs based on guesspseudorandom［J］.ComputerEngineeringand Design，2008，29（1）：76-79（in Chinese）.

［18］王勇，崔修涛，吕钊，等.基于探测对Symmetric NAT与端口受限NAT的穿透方案［J］.计算机应用，2006，26（4）：922-925.WANG Yong，CUI Xiutao，LÜ Zhao，et al.Detectionbased traversal solution for connection between symmetric NAT and port-restrict NAT［J］.Computer Applications，2006，26（4）：922-925（in Chinese）.

［19］MULLER A，EVANS N，GROTHOFF C，et al.Autonomous NAT traversal［C］//Peer-to-Peer Computing（P2P），2010 IEEE Tenth International Conference，Netherlands，Holland，IEEE，2010：1-4.

［20］李小博，黄新波，陈绍英，等.基于ZigBee网络的智能变电站设备温度综合监测系统［J］.高压电器，2011，47（8）：18-21.LI Xiaobo，HUANG Xinbo，CHEN Shaoying，et al.ZigBee network-based intelligent substation temperature monitoring system［J］.High Voltage Apparatus，2011，47（8）：18-21（in Chinese）.

［21］张周，周剑扬，闫沫.ZigBee在智能家居系统中的应用研究［J］.工业控制计算机，2007，19（12）：7-9.ZHANG Zhou，ZHOU Jianyang，YAN Mo.Research on application of ZigBee in smart home system［J］.Industrial Control Computer，2007，19（12）：7-9（in Chinese）.

［22］黎金锋，王志新，王亮，等.计及户用分布式光伏电站的智能家庭能效管理系统控制策略研究［J］.电器与能效管理技术，2014（9）：52-57.LI Jinfeng，WANG Zhixin，WANG Liang，et al.Research on control strategy of smart home efficiency management system with household distributed photovoltaic power station［J］.Electrical&Energy Management Technology，2014（9）：52-57（in Chinese）.

［23］康海云，杭乃善，卢桥，等.分布式光伏发电在智能电网中的作用分析［J］.电网与清洁能源，2013，29（10）：86-90.KANG Haiyun，HANG Naishan，LU Qiao，et al.Role of distributed photovoltaic generation in smart grid［J］.Power System and Clean Energy，2013，29（10）：86-90（in Chinese）.

［24］杜严行，李恒.光伏电站接入方式对局部电网影响及改进方案的研究［J］.电力电容器与无功补偿，2014（2）：9-13.DU Yanxing，LI Heng.Study on influence of connecting way of photovoltaic station to local power grid and on relative improving methods［J］.Power Capacitor&Reactive Power Compensation，2014（2）：9-13（in Chinese）.

（编辑冯露）

Research on NAT Traversal Technology and Its Application Design in the Smart Home Control System

XU Xiaozhuo1，JIANG Kai2，WANG Zhixin1，SHI Li3，ZOU Jianlong4
（1.Department of Electrical Engineering，Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200240，China；2.State Grid Shanghai Shinan Electric Power Supply Co.，Shanghai 200233，China；3.Shanghai Najie Electrical Co.，Ltd.，Shanghai 201111，China；4.Jiaxing Renewable Power Electrical Co.，Ltd.，Jiaxing 314031，Zhejiang，China）

With continuous development of social economy，science and technology，renewable energy generation and smart home are more and more popular in the daily life.In the smart home control system，if the server，which does not have a public IP address，is not in the same intranet with the mobile client，then it is allowed for the client to connect to the server directly.Also，the existing project of network communication and NAT traversal cannot cope with such situations very well.In this paper，the method of UDP protocol Socket is adopted in the smart home control system.Furthermore，according to the characteristics of various NATs，this paper also designs a new NAT traversal project for the system.In the end，this project is applied in the household distributed photovoltaic system，which verifies that this new NAT traversal project can guarantee the successful communication between the mobile client and the server in different network circumstances，meanwhile，the remote control of the smart devices can also be implemented effectively.

smart home；UDP protocol；NAT traversal； household；distributed photovoltaic

1674-3814（2015）11-0067-07

TM615

A

2015-04-23。

徐晓灼（1993—），男，硕士研究生，研究方向为户用分布式光伏发电，智能家居能效管理；

王志新（1964—），男，博士生导师，教授，研究分布式光伏发电，海上风力发电，光伏发电控制，电机控制及系统节能。

国家863计划（2014AA052005）；国家自然科学基金（51377105）；上海市闵行区产学研合作计划项目（2014MH103）；嘉兴市科技计划项目（2014BZ15002）。

Project Supported by National 863 Program（2014AA052005）；Natural Science Foundation of China（51377105）；Science and Technology Program of Minhang District，Shanghai（2014MH103）；Science and Technology Program of Jiaxing（2014BZ15002）.