智能家居是物联网在家居方面的应用与延伸,是未来家居生活的主要发展方向,也是物联网应用研究的热点领域之一。智能家居网关在智能家居系统中发挥极其重要的作用,其主要功能是完成家庭内部网络的组建,以及与外部网络之间的数据通信和协议转换。智能家居网关可以实现对家庭设备智能化、网络化的控制和管理,是智能家居系统的核心组成部分。本文对智能家居网关的发展历程和发展趋势做了细致的分析和介绍。针对当前智能家居网关在专用性、个性化和成本等方面存在的一些缺点,结合嵌入式、互联网、WIFI、Zig Bee、传感器等技术,提出了一种基于物联网架构的智能家居网关解决方案。本文的研究内容主要有以下几点:(1)基于物联网体系架构,研究设计了由感知控制层、网络通信层和应用服务层组成的三层体系架构的智能家居系统。重点分析了智能家居网关在智能家居系统中的功能和作用,以嵌入式处理器模块为基础,结合以太网接口模块、Wi Fi通信模块、Zig Bee通信模块等,设计了智能家居网关的硬件系统。(2)在OpenWrt操作系统的基础上,设计了智能家居网关的软件系统。通过模块化的方法设计了本地服务器、远程通信接口等应用程序。实现了通过客户端设备对家居设备远程或近程的控制和管理,以及家居环境信息数据的感知和采集。研究设计了基于NTRU算法的客户端和智能家居网关之间的认证协议,增强了系统的安全性。(3)研究分析了智能家居内网的组成及特点,以ZigBee为基础设计了星形结构的智能家居内网。在Z-Stack 2007的基础上,设计了Zig Bee网络管理和设备信息获取程序,实现了智能家居网关对Zig Bee终端设备的管理、控制和信息采集。并通过Zig Bee网络和Wi Fi网络的结合,充分利用Zig Bee通信在组网和功耗方面的优势以及Wi Fi通信在稳定性、传输速率方面的优势,组建了智能家居内网系统。(4)研究设计了智能家居网关个性化设置方案。采用“角色机制”,将用户分为家长级、子女级和访客级3个级别。通过识别用户的身份信息,智能家居网关为不同用户提供不同的功能服务。最后,通过设计智能家居系统验证平台、服务器和手机客户端,对系统进行验证分析。测试结果表明,该智能家居网关方案能够应用于大多家居环境,可以实现对家居环境的感知、采集以及对家居设备的控制,实现了家居智能化、生活便捷化。该方案具有功耗低、稳定性好、成本低、体积小、功能完善等优点。