智能家居系统的嵌入式家庭网关的研究与设计

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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DM3730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。
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