嵌入式家庭网关功能分析与设计实现

嵌入式网络技术应用

文章编号：１００８—０５７０（２００６）０７－２－００１０－０３

中文核心期刊《微计算机信息》（嵌入式与ＳＯＣ）２００６年第２２糟第７－２期

嵌入式家庭网关功能分析与设计实现

ＴｈｅＦｕｎｃｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＤｅｓｉｇｎｏｆＥｍｂｅｄｅｄＲｅｓｉｄｅｎｔｉａｌＧａｔｅｗａｙ

（哈尔滨工业大学深圳研究生院）白清利张东来

Ｂａｉ，Ｑｉｎｇｌｉ

Ｚｈａｎｇ，Ｄｏｎｇｌａｉ

摘要：本文以分析和实验为基础．研究了家庭网关应完成的功能厦嵌入式ＴＣＰ／ＩＰ协议拽原理与运行机制，提出了以Ｒａｂｂｉｔ２０００控制芯片为核心的家庭网关设计方案＋并对其软、硬件实现作以详细介绍，从而实现家电与网络的连接与交互。关键词：信息家电：家庭网关；ＴＣＰ／ＩＰ协议栈；Ｒａｂｂｉｔ２０００

文献标识鹤：Ａ中图分类号：ＴＰ３６８．５

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐａｐｅｒｉｓｂａｓｅｄ

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ａｃｈｉｅｖｅｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＡｐｐｌｉａｎｃｅ，ＲｅｓｉｄｅｎｔｉａｌＧａｔｅｗａｙ，ＴＣＰｆｌＰＰｒｏｔｏｃｏｌＳｔａｃｋ，Ｒａｂｂｉｔ２０００

引言

Ｉｎｔｅｍｅｔ的日益普及，信息共享程度的不断提高，

使得网络和信息家电（ＩＡ）已越来越多的出现在人们

　的生活之中。家庭信息化网络技术也成为世界上各大家电制造厂商研发的主要方向。信息家电是将普通家用电器利用数字技术、网络技术及智能控制技术设计改进的新型家电产品。家电网络化方案如图ｌ所示，信息家电可以实现家电互联组成一个家庭内部网络，同时这个家庭网络又可以与外部互联网相连接。从而可实现对家电的集中控制，根据个人起居习惯设定所有网络家电的自动起停时间与自动运转方式。同时可对家用电器的运行状态进行远程控制与故障监测，为人们提供一个高效、便捷、现代化的生活环境。

不同通信协议之间的转换和信息的共享，以及同外部通信网络之间的信息交换功能，从而实现家庭智能设备的远程管理和控制。

１系统方案的提出

作为家庭内部局域网与外部网络交换信息的中间媒介，家庭网关应实现如下基本功能。

（１）嵌入式ＴＣＰ／ＩＰ协议栈ＴＣＰ／ＩＰ协议是一个四层协议系统，包括数据链路层、网络层、传输层和应用层，每一层负责不同的功能。嵌入式ＴＣＰ／ＩＰ协议栈是家庭网关和外部Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络通信的协议基础。在复杂系统中，ＴＣＰ／ＩＰ协议栈一般都作为操作系统的一部分，通过软件实现。当前比较流行的嵌入式操作系统基本上都包含ＴＣＰ／ＩＰ协议栈，适合于中高档微处理器实现。但对于一般的以８／１６位微处理器和单片机为代表的低成本嵌入式系统而言，ＴＣＰ／ＩＰ协议应尽可能精简，一般仪取其内核部分。鉴于单片机内部资源有限，本设计中仅实现ＡＲＰ、ＩＰ、ＩＣＭＰ、ＵＤＰ、ＨＴｌＰ五种协议，提供了一个从网络层到应用层的完整通道。ｆ２）嵌入式Ｗｅｂ服务器（ＷｅｂＳｅｒｖｅｒ）嵌入式Ｗｅｂ服务器是家庭网关面向外部通信网络和远程监控用户的窗口，家庭内部各种智能应用终端的信息和状态均以网页的形式通过Ｗｅｂ服务器传送给远程监控用户。远程监控用户通过网页以ＣＧＩ形式改变和控制家庭智能终端的参数和状态。ｗｗｗｗｅｂ服务器是指当前应用最为广泛的以Ｈ’兀甲协议和ＣＧＩ为基础的网络服务器：ＷＡＰＷｅｂ服务器是指以移动电话为代表的移动终端所支持的无线应用协议为基础的网络服务器，是最为便捷最有前途的网络服务器；电话控制服

⑨

图１家电网络化方案

家电的网络化过程有两个关键技术需要解决，其一是家庭网关的设计，其二是家庭内部组网方式的实现。目前，家庭内部基本连网方式包括有线和无线两种。其中有线方式以双绞线、电话线、电力线等最为典型。而无线方式则以ＨｏｍｅＲＦ，ＢｌｕｅＴｏｏｔｈ为代表。它们在实现过程中各有优缺点。而嵌入式家庭网关则是家庭局域网的核心部分，它主要完成家庭内部网络各种

白清利：硕士研究生

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