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随着社会经济的快速发展及IT技术的发展,家庭网络化、信息化已经成为人们研究的热门课题,特别在无线家庭网络领域显示出其广阔的产业前景。国内外企业早已敏锐地“嗅”出了这一市场,纷纷投身其中,抢占市场制高点。然而目前国内外无线技术层出不穷且家庭网格标准尚未成熟,因此如何整合各领域优势,提供高效、易推广的家庭网络解决方案成为主要的发展方向。做为家庭网络核心家庭网关更是研究家庭网络系统的关键。
论文以家庭控制子网为主要研究对象,首先讨论了目前智能家庭网络在国内外的发展概况,并结合国内外的发展技术和研究现状,提出了基于IEEE802.15.4无线标准技术及《家庭控制子网通讯协议规范》、《家庭网络设备描述文件规范》等国家家庭网络标准的无线家庭控制子网关设计方案。该无线家庭控制子网关在硬件上采用了ARM9系列芯片作为嵌入式控制核心,使得子网关有了丰富的片上资源、高性能的信息处理能力以及低功耗的优势。采用开源的LINUX操作系统,其模块机制使得Linux内核即保持独立又易扩充,多任务的调度机制使子网关能很容易实现对家庭控制子网的配置、管理、无线数据交换等功能。在无线通信模块上采用了符合IEEE802.15.4无线技术标准的超低功耗芯片,解决了家庭网络内部的无线组网。以IEEE802.15.4无线技术为基础的家庭网络,不仅满足了家庭局域网内任意方向的数据传输,且可组建大容量的网络拓扑结构。在软件上,论文给出了家庭控制子网关的网络通信协议结构,并根据IEEE802.15.4无线技术标准及《家庭控制子网通讯协议规范》分别实现了物理层、MAC层、网络层、应用层的软件设计。在通讯协议之上,子网关实现了对家庭控制子网内所注册设备的设备描述文件解析,并提供有效的设备信息给用户界面。为了给用户提供友好的人机界面,在嵌入式系统上采用了QT来开发图形用户界面,根据被控设备的设备描述文件信息,其各种功能简单明了的呈现在用户面前,同时对用户的操作自动生成相应的网络帧格式并传输给相应子设备。良好的人机界面使得用户能够轻松实现对家庭控制子网设备的管理和操作。
论文中作者不仅给出家庭控制子网关软件和硬件的具体设计实现,同时根据《家庭控制子网接口一致性测试规范》对家庭控制子网关进行了相应验证测试,通过模拟控制子网内设备功能,利用串口调试工具验证了子网关通讯协议以及子网关对子网设备的管理和控制实现。最后论文对所做的工作进行了总结并阐述了系统设计中的不足和今后的工作。