0 概述
家庭网络接入Internet现在首要经过PC机接入Internet和选用嵌入式产品经过以太网操控器接入Internet两种方法。前者长处是显着的，如灵活性、很多现有的可用的软件环境和高档的用户接口及软件东西。可是关于智能家庭网络来说，网络的运用者希望能方便快捷地取得服务，所需了解的操作要尽或许地少，并且在任何地方都能对家中设备进行监控;而PC不能随意移动，对设备的操控就会遭到限制。因此，现在在智能家庭网络中，网关产品的规划首要选用嵌入式体系。
一个智能家庭网关可以看成是一个信息处理体系，组成体系的各单元便是衔接在网络各节点的设备。操控渠道一方面辅佐不具有信息化条件的设备完结信息化，即供给信息处理的才能;另一方面又供给一致的信息交流接口及操控规矩，然后完结从内部家庭网络到Internet信息的互通。现在完结信息管理和协议转化的方法有两种:一种是:浏览器+WEB Server+CGI技能;另一种是:监控软件十运用服务器+现场总线驱动技能[1]。以浏览器+WEB Server+CGI为主的技能手段只能获取单个家庭网络中的节点信息。而以监控软件+运用服务器十现场总线驱动为主的技能手段却可以一起获取多个家庭网络的节点信息，有助于完结多个家庭网络的同类节点的实时监控[2](如上网流量监控)。近几年来国内许多高校和一些闻名企业所研发的智能家庭网络体系的协议转化首要以:浏览器+WEB Server+CGI技能为主，有运用规模的限制性。鉴于现有网关产品的种种缺点，本文首要致力于:以监控软件+运用服务器+现场总线驱动技能为中心技能，而浏览器+WEB Server+CGI为辅佐技能规划并完结家庭网关。
图1 网络操控体系模型
1 整体规划剖析
1.1智能家庭网关的规划要求
家庭网关类似于一个巨大的计算机体系，一切的家庭设备都衔接在上面，受它的集中操控。整体而言，网关要起到三个功用：
1）Internet接入功用，包括路由、NAT(地址转化)等等;
2）家庭网络中各种不同通信协议之间的转化，以及家庭网络体系与TCP/IP协议之间的转化;
3）运转家电管理软件，将运用不同通信协议的家用电器都接入到家庭网络中，并一致管理起来;
可以看出，网关是家庭网络中的物理上和逻辑上的中心。
1.2 家庭网关网络操控模型剖析
依据体系的体系结构将家庭网关笼统为站点[3]，将家庭内部的被控方针(智能电冰箱、智能微波炉等等)笼统为节点。其网络操控模型如图1所示。
站点:站点是经过Internet拜访家庭内部网络的驿站，它可以将来自互联网络的各种信息经过协议转化的方法传递到家庭内部网络，一起提取家庭内部网络的各种信息添加TCP/IP协议报头、报尾使之可以在广域网乃至Internet上发布并向远端监控机传递，使远端监控机可以对其操控，而具有此项功用的站点咱们一般称其为家庭网关。
节点：节点担任对单个家用电器施行操控使其依照运用者的要求正常运转，一起以特定的通讯协议将本地信息传送到家庭网关或许接纳来自家庭网关的指令以改动现在的运转状况。所以可以把它理解为以单片机为中心的智能家用电器，因为不同的家用电器要衔接到同一个网关上，要使它们相互衔接又互不影响，选用现场总线是个很好的方法，所以节点还应该支撑现场总线协议。
2 硬件结构
依据前面的剖析，可以确认硬件体系应具有的功用特征，图2给出了智能家庭网关的硬件结构。
图2 体系硬件结构
为确保家庭网关的实用性和可扩展性，网关渠道需求选用高功能的微处理器，廉价的8位处理器己经无法满意规划的要求，考虑到今后体系的晋级以及32位处理器的价格不断下降，规划中决议选用32位的MPU（S3C2410）[4]作为整个体系的中心。
因为网关要完结服务器的功用，因此需求文件体系的支撑，一起需求操作体系来支撑多使命，这些都决议了硬件渠道中需求有扩展的SDRAM和Flash(或许EEPROM )等存储芯片。Flash中存储操作体系和文件体系，体系启动后将复制到SDRAM中运转。通用I/O接口的规划，用于完结外部信号的接入。为完结与外部信号线的衔接，MPU需求支撑必定数量的通用I/O口。
家庭网关要完结与Internet的衔接，需求有相应的衔接模块。Ethernet模块便是为了完结与外部网络的物理衔接。
一起，家庭网关还要衔接内部轻量级网络[5] (家庭网络中一般运用485. 232等轻量级网络互联)。一般这些网络都可以经过UART口与网关相连。而家庭网关的一些操控或调试信息也需求经过UART口输出到宿主机的虚拟渠道。
JTAG接口用于完结MPU中程序的实时监控，绝大多数的32位MCU都支撑JTAG格局的在线调试功用。
X10体系[6]与网关的接口是整个家庭网络操控方面至关重要的一个接口。网关经过一个一般I/0口进行过零点信号检测，经过另一个一般I/O口向电力线载波体系宣布操控指令，终究抵达操控大多数家电的意图(照明，空调，热水器等等)。现在所完结的操控是单向的，因为操控指令数据量少，而受控电器的状况数据可以依据操控指令进行判别，所以这种操控在现在是可以满意运用要求的。
3 软件规划
家庭网关是为家庭智能网络服务的，因为家庭网络自身的杂乱性（网络品种多，终端品种多等），嵌入式网关的软件规划也要考虑许多要素。图3是软件规划体系结构。
图3 软件体系结构
该体系是一个三层体系，不同层次协同作业，各层之间经过不同的协议进行信息交互。为了习惯杂乱的网络环境，该体系选用了以监控软件+运用服务器+现场总线为主，以浏览器+WEB Server+CGI为辅的双技能体系。该3层体系中客户子体系用来运转供给用户接口和前端处理的运用程序（即浏览器和监控软件）。中间层子体系的宿主既是家庭网关，它包括运用服务器和Web服务器用于发布信息和数据及指令的传达，别的它还包括数据库服务器供给可供客户机运用的各种资源和服务。现场操控体系是终究履行操控指令、完结操控方针和功能指标的履行机构。
在本文的三层软件体系结构中，宣布数据库查询的运用可以驻留在数据库以外的任何机器上，客户子体系不管处于何地，只需可以经过网络与数据库服务器进行通讯，就可以宣布查询并检索成果。如果在家庭网络内部进行查询，仅仅从本地数据库中进行检索并回来成果即可。如果在家庭网络外部进行查询那么有必要经过虚拟数据库，找到方针站点及节点，由虚拟数据库发送传送参数指令，现场操控体系接到指令后进行检索，并回来查询成果给虚拟数据库终究显现在用户监控界面中。当用户宣布操控指令时，无论是在家庭网络内部仍是外部，操控指令都可以经过不同的网络协议可靠地抵达被控方针并完结相应的操作，终究把履行成果（成功或许失利）回来给指令的宣布者。在一般的C/S概念中，客户端是廉价的个人PC，服务器是价格昂贵、功用强大的专用Server。但关于本体系来讲，嵌入式家庭网关是运用服务器和Web服务器的宿主，而嵌入式体系自身资源有限，所以在事物处理时不该将过多的使命分配给服务器，防止因服务器负担过重而使整个网络功能下降，要充分发挥客户端计算机的效果，合理分配网络资源，进步数据处理的功率。
4 结语
本文初次将监控软件+运用服务器+现场总线以及浏览器+WEB Server+CGI两种技能融合到智能家庭网关产品中，较好的处理了传统产品的缺点。经过本体系在实践家庭智能网络中的运转标明，该体系抵达了规划初期的各项要求,可以经过Internet实时操控体系中的智能家电并准确的获取家电状况信息。信任在未来的信息家电、智能小区[7]等范畴嵌入式智能家庭网关将得到广泛的运用。
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