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家庭网络发展研究开题报告

发布时间:2016-10-17编辑:毕业论文

  目前在智能家庭网络中,网关产品的设计主要采用嵌入式系统。家庭内部的各种互连信息终端通过家庭网关实现协议转换和媒体格式转换功能,从而作为对等实体进行信息资源共享。

  1.结合毕业设计(论文)课题情况,根据所查阅的文献资料,每人撰写2000字左右的文献综述

  1 数字家庭网络发展现状随着通信和信息技术的发展,数字时代已经深入人心。

  人们对数字化、网络化的需求已经从办公室延展到家庭,数字家庭网络应运而生,从通信、娱乐到日常生活,可以得到全方位的数字体验。数字家庭网络是将公共网络功能和应用延伸扩充到家庭,并以有线或者无线方式连接各种信息终端,提供集成的话音、数据、多媒体、控制和管理等功能,达到信息在家庭内部终端与外部公网及家庭内部终端之间的充分流通和共享。

  同时家庭网络发展的目标是使多媒体信息在家庭信息终端由有限的流动转为可管理的无约束流动[1]。数字家庭网络是计算、数字家电和移动信息终端通过有线或无线网络无缝协作,在家庭中共享数字媒体内容,并提供集成的话音、数据、多媒体应用,并提供自动控制与远程管理等功能,达到信息在家庭网络中的共享以及与外界公网的充分流通和共享[2]。

  目前的家庭没有真正意义上的网络,各个网络都是独立引入用户家庭的如电话网络、Intern接入、移动网络等,各网络间没有互连互通,缺乏不同网络的不同设备之间的信息交互。构建真正意义的家庭网络的基础是首先构建家庭内部的宽带化网络,消除家庭内部的多种网络孤岛现象,将家庭内部的各种信息设备和终端经由家庭网关组网,其次是强化建设数字家庭的基础设施即信息终端、数字设备、多媒体设备的网络化。尤其是体现数字家庭中的多媒体共享,再次通过家庭网关使得家庭内部网络与公网相连接,为家庭不同节点的各信息端提供宽带接入,通过同一个高速管道实现集成的语音、数据和视频服务,并增强把内容和服务带到家庭每个角落的能力。

  2 家庭网关设备及其作用家庭网关是数字家庭的核心和家庭网络的控制中心,主要完成家庭内部网络不同通信协议之间的转换和信息共享以及同外部通信络之间的数据交换功能,家庭网关既是家庭智能化系统的中心,负责家庭内部信息终端和智能设备的管理与控制,还是通信网络的接入节点。简单的说,家庭网关是家庭内部多种智能设备之间实现联网,以及从家庭内部到外部网络实现互联的一座桥梁。

  从技术角度说,家庭网关在家庭内部以及从内部到外部实现桥接/路由、协议转换、地址管理和转换,承担防火墙的职责,并提供可能的VoIP/Video over IP等业务[3]。狭义的家庭网关可以是传统接入设备如路由器、交换机、IDA、DSL Modem、基于计算机的软网关。但它们都主要实现了接入功能,提供数据、语音、多媒体等业务,而不具备家庭内部网络之间的信息共享。

  目前主要的家庭网关设备有流行于北美的SOHU路由器网关、cable网关、DSL网关以及数字机顶盒网关等。真正意义上的家庭网关首先从组网的角度看,是将家庭内部局域网汇聚到宽带接入网,从而提供通用高速互联接入的关键通信网络设备,同时为不同宽带汇集点。其次家庭网关是家庭中所有语音、视频和数据业务的中心入口和控制点,支持家庭内部信息终端的互联通信和数据传输。

  3 家庭网关基本功能分析作为提供多种接入方式的驻地用户网关和家庭网络的枢纽设备,家庭网关应该能够提供以下四个基本功能[4]:

  3.1 接入功能。支持 XDSL、Cable、FTTB+LAN等多种可选择的接入方式,对家庭网络而言屏蔽接入网。从而将内部家庭网络安全连接到外部接入网,实现接入网和家庭网络转换的网关基本功能。同时实现网络地址分配和转换(NAT)和IPV6,使得家庭信息终端透明的实现互联网接入,与外部互联网进行信息资源共享。

  3.2 内部组网功能。支持传统电话线、基于铜线的Ethernet、无线的ViFI、无线的ZigBee等多种内网,以及标准PC外围接口如USB、IEEE1394等,为家庭内部提供不同类型、不同结构子网的桥接能力,实现家庭内部的多种局域网或互联方式的互通。从而针对不同的带宽需求应用提供相适应的局域网或互联技术!实现家庭内部各种信息终端通过家庭网关对外部网络的访问,以及外部网络对内部终端的远程控制和监视。

  3.3 语音通信功能。提供VoIP、FoIP等传统语音通信功能.通过一条或多条模拟电话线路,从而将用户侧的模拟电话终端连接到分组网络,实现语音打包、拨号检测、振铃音和号码音等信号音, 从NGN的观点看实现了NGN的用户驻地网关功能。

  3.4 家庭信息中心功能。家庭内部的多种内网通过家庭网关实现无缝连接和互通,家庭内部的各种互连信息终端通过家庭网关实现协议转换和媒体格式转换功能,从而作为对等实体进行信息资源共享,主要是数字多媒体资源的交互式共享,实现音频和视频信息的综合预处理,体现数字家庭的娱乐性。同时还可以考虑利用家庭网关进行信息存储。

  4 家庭网关的技术实现家庭网络接入Internet目前主要通过PC机接入Internet和采用嵌入式产品通过以太网控制器接入Internet两种方式。前者优点是明显的,如灵活性、大量现有的可用的软件环境和高级的用户接口及软件工具。但是对于智能家庭网络来说,网络的使用者希望能方便快捷地获得服务,所需熟悉的操作要尽可能地少,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,对设备的控制就会受到局限。因此,目前在智能家庭网络中,网关产品的设计主要采用嵌入式系统[5]。嵌入式系统设计原则:

  1)价格。由于嵌入式设备对价格非常敏感,通常要求价廉质优,故在设计产品时,在满足功能要求的情况下尽量降低成本。

  2)环境。在功能要求满足的同时,要考虑到该产品在恶劣环境下,能否正常工作,比如温度、电源功耗等等。

  3)使用。用户在使用时,操作应尽量简单。基于此原则,目前国内外嵌入式网关的设计有二种方案:第一种方案,是基于软件来实现TCP/IP协议栈;第二种是直接利用TCP/IP协议栈芯片。第一种方案在大批量生产时,具有成本低的优点,因为用软件设计的TCP/IP协议栈,是一次投交多次使用;但开始投次比较大且设计复杂,因为需要实时操作系统的支持,而第二种方案,尽管在大指生产时成本高,因为每个智能设备都要嵌入TCP/IP协议栈芯片;但是在非大批量生产时具有投次比较大,设计简单、灵活的特点,因为不需要实时操作系统的支持[6]。

  5 家庭网关面临的挑战首先是家庭组网问题。数字家庭中,智能终端接口类型丰富,从有线到无线,从低速到高速;同时,设备物理位置,遍布全屋范围,屋内布线情况、障碍物等,都可能对组网造成极大影响。其次是QOS能力。由于同时有多种不同类型的业务经过家庭网关,所以对网关的QOS能力提出了很高的要求,包括:如何在复杂的组网模式下,区分不同的业务流;能否做到对不同优先级业务流进行合适的调度。再次是远程管理能力。家庭网关作为运营商网络的一部分,必须具备远程控制、远程检测、远程设置等能力。最后是安全性。作为家庭设备连接宽带网络的关口,家庭网关承担着保护家庭网络安全的重大责任,因此,网关必须具备防攻击、防入侵的能力。

  参考文献

  1 黄威. 推动数字家庭业务的家庭网络中的关键设备——家庭网关. 大众科技 2005-11.

  2 蔡觉婷. 数字家庭网络技术与发展. 电信网技术. 2005,(6):64-67.

  3 吕炜. 家庭网关. 中兴通讯技术增刊. 2004-10.

  4 倪兵. 数字家庭网络与家庭网关. 当代通信. 2006,(15):73-75.

  5 严丽平, 曾辉, 宋凯, 甘岚. 嵌入式智能家庭网关的研究与设计.微计算机系统.2005,(12-2):14-16.

  6 赵国安, 高航, 张有成. 有W3100A构成嵌入式网关的家庭智能系统. 单片机及嵌入式系统应用. 2006-5-26.

  7 Meitai. 家庭网关:拓展宽带应用的利器. 人民邮电报. 2006-11-8.

  8 白清利, 张东来. 嵌入式家庭网关功能分析与设计实现. 微计算机信息(嵌入式与SOC). 2006,(7-2):10-13.

  9 王 莉, 黄光明, 赵 丽. 蓝牙关键技术与智能家居. 单片机及嵌入式系统应用. 2004-12-7.

  10 张秋余, 魏政, 宋静, 嵌入式家庭网关的研究. 微机发展. 2003,(11):93-95.

  11 相明科, 家庭网关的功能设计. 运城学院学报. 2004,(4):18-19.

  12 刘述, 孙明俊. 家庭网关在家庭网络中的作用与功能. 电信网技术. 2005,(6):9-12.

  13 Shen Lian Feng, Man Lei ,Yuan Yuheng ,etal. Research and development on the home net work in China. In Proceedings of the 9th International Symposium on Consumer Electronics (ISCE20005). Macau,china,July 2005.

  14 Bluetooth SIG. Specification of the Bluetooth system. Volume 1,core version 1.1,2001

  15 娄嘉骏, 吴明光. 基于消费总线的嵌入式家庭网关的设计. 浙江大学学报(工学版). 2004,(4):402-407. 2.本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段及途径:家庭网关是整个家庭网络与外部网络发生联系的桥梁,通过家庭网关可以实现家庭内部网络同外部网络之间的信息传输。

  具体设计方案如下:

  1 硬件设计:首先选择S3C4510B 嵌入式微处理器为系统核心,其次采用RTL8201以太网收发器来实现家庭网关同外部因特网的连接,最后利用蓝牙无线收发模块来实现家庭网关同由家庭网络之间的连接。

  2 软件实现: Linux是一个极具吸引力的开放源码的操作系统,它具有源码公开、价格低廉、功能强大及易于移植等优点,提供了实时系统所需的基本功能。而μCL inux是Linux的一个嵌入式版本,也具有上述的优点。在选定了嵌入式网关的硬件平台后,通过移植嵌入式操作系统uClinux,并在uClinux上开发相应的驱动程序、应用程序和嵌入式Web服务器来开发一个方便、实用的家庭网关。

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