智能家居系统的嵌入式家庭网关的研究与设计

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1、摘要摘要智能家居系统以家庭自动化、网络化和信息化为特征已经成为了物联网应用领域的研究热点之一。针对智能家居系统中多种通信技术之间互联的困扰，本文对系统中的核心组网设备--家庭网关进行研究，给出了一种具有可扩展和多协议转换的家庭网关系统的设计方法。主要研究工作如下：（1）在家庭网关硬件设计方面，首先，分析了家庭网络组网方式，提出了一个基于分级网关的可扩展的家庭网络组网模型。针对家庭网关硬件平台设计问题，通过分析比较现有的家庭网关系统的设计方案，提出了主/从式架构的嵌入式网关设计模型，并给出了基于DM

2、3730微处理器的网关硬件结构设计。在模拟环境中，研究了嵌入式Linux操作系统的移植的配置方法，给出了实现的过程。（2）在家庭网关软件设计方面，针对异构网络通信协议转换问题，给出了一种多协议、可配置的家庭网关设计方法和实现技术。通过采用ClassAD任务描述语言，设计多协议转换方法。并在网关系统中引入了插件式扩展机制，提高了系统在多种通信协议下的可扩展性。针对异构设备互通和互操作问题，采用中间件机制，给出了一种基于中间件机制的接口访问方法，并设计了家庭设备控制模型和设备控制协议，降低设备管理控制

3、复杂度，提高了控制效率。针对家庭网关软件设计问题，通过分析研究物联网M2M应用系统体系结构和软件设计方法，实现了兼容WMMP通信协议的家庭网关软件系统，给出了网关对于感知数据的解析与协议转换处理方法。平台仿真实验结果表明了该网关设计方法的正确性、有效性和先进性。（3）针对家庭设备远程管理中数据在不同平台之间通信困扰，在论文设计的家庭网关软硬件基础上，构建了一个智能家居管理平台的原型。系统运用了模块化的设计方法，分别给出了平台不同组成部分的详细设计。在以C/S应用服务架构为核心，引入了Web服务通信

4、技术，给出了一个智能家居系统的中不同模块间的通信流程设计。该设计优势在于可以保证数据在不同平台之间的通信，又能够减轻网关服务器负担，有效降低了对家庭网关硬件性能要求。关键词：家庭网络；嵌入式家庭网关；网络协议；协议转换；互操作；访问控制IAbstractAbstractIntelligenthomesystem,characterizedashomeautomation,networkingandinformation,hasbecomeoneoftheresearchhotspotsintheI

5、nternetofthing(IOT)applicationdomain.Inanintelligenthomesystem,toreleasetheinterconnectionproblembetweenmuitipledifferentkindsofcommunicationtechnologies,theresidentialgatewaywhichisthecorenetworkingequipmentwasresearchedtogiveakindofextensiblescalabl

6、eandversatilemulti-protocolconversiondesignmethodofresidentialgatewayinthispaper.Themainworkisasfollows:（1）Intheaspectofresidentialgatewayhardwaredesign,firstly,differentnetworkingmethodswereanalyzedandthedomesticnetworkofanextensiblenetworkmodelwaspu

7、tforwardbasedonthehierarchicalgateway.Forthedesignproblemsofresidentialgatewayhardwareplatform,themaster-slaverarchitecturegatewaydesignmodelwasputforwardbytheanalysisoftheexistinggatewaydesigns.ThegatewayhardwareplatformdesignwasgivenbasedontheDM3730

8、microprocessor.Theembeddedlinuxoperatingsystemmigrationmethodwasstudiedandthetransplantprocesswasimplementedinsimulationhardwareplatforminthispaper.（2）Intermsofresidentialgatewaysoftwaredesign,forheterogeneousnetworkcommunicationprotocolconver