家庭網(wǎng)絡(luò )發(fā)展研究開(kāi)題報告

　　目前在智能家庭網(wǎng)絡(luò )中，網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品的設計主要采用嵌入式系統。家庭內部的各種互連信息終端通過(guò)家庭網(wǎng)關(guān)實(shí)現協(xié)議轉換和媒體格式轉換功能，從而作為對等實(shí)體進(jìn)行信息資源共享。

　　一、結合畢業(yè)設計(論文)課題情況，根據所查閱的文獻資料，每人撰寫(xiě)2000字左右的文獻綜述：

　　1 數字家庭網(wǎng)絡(luò )發(fā)展現狀隨著(zhù)通信和信息技術(shù)的發(fā)展，數字時(shí)代已經(jīng)深入人心。

　　人們對數字化、網(wǎng)絡(luò )化的需求已經(jīng)從辦公室延展到家庭，數字家庭網(wǎng)絡(luò )應運而生，從通信、娛樂(lè )到日常生活，可以得到全方位的數字體驗。數字家庭網(wǎng)絡(luò )是將公共網(wǎng)絡(luò )功能和應用延伸擴充到家庭，并以有線(xiàn)或者無(wú)線(xiàn)方式連接各種信息終端，提供集成的話(huà)音、數據、多媒體、控制和管理等功能，達到信息在家庭內部終端與外部公網(wǎng)及家庭內部終端之間的充分流通和共享。

　　同時(shí)家庭網(wǎng)絡(luò )發(fā)展的目標是使多媒體信息在家庭信息終端由有限的流動(dòng)轉為可管理的無(wú)約束流動(dòng)[1]。數字家庭網(wǎng)絡(luò )是計算、數字家電和移動(dòng)信息終端通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )無(wú)縫協(xié)作，在家庭中共享數字媒體內容，并提供集成的話(huà)音、數據、多媒體應用，并提供自動(dòng)控制與遠程管理等功能，達到信息在家庭網(wǎng)絡(luò )中的共享以及與外界公網(wǎng)的充分流通和共享[2]。

　　目前的家庭沒(méi)有真正意義上的網(wǎng)絡(luò )，各個(gè)網(wǎng)絡(luò )都是獨立引入用戶(hù)家庭的如電話(huà)網(wǎng)絡(luò )、Intern接入、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )等，各網(wǎng)絡(luò )間沒(méi)有互連互通，缺乏不同網(wǎng)絡(luò )的不同設備之間的信息交互。構建真正意義的家庭網(wǎng)絡(luò )的基礎是首先構建家庭內部的寬帶化網(wǎng)絡(luò )，消除家庭內部的多種網(wǎng)絡(luò )孤島現象，將家庭內部的各種信息設備和終端經(jīng)由家庭網(wǎng)關(guān)組網(wǎng)，其次是強化建設數字家庭的基礎設施即信息終端、數字設備、多媒體設備的網(wǎng)絡(luò )化。尤其是體現數字家庭中的多媒體共享，再次通過(guò)家庭網(wǎng)關(guān)使得家庭內部網(wǎng)絡(luò )與公網(wǎng)相連接，為家庭不同節點(diǎn)的各信息端提供寬帶接入，通過(guò)同一個(gè)高速管道實(shí)現集成的語(yǔ)音、數據和視頻服務(wù)，并增強把內容和服務(wù)帶到家庭每個(gè)角落的能力。

　　2 家庭網(wǎng)關(guān)設備及其作用家庭網(wǎng)關(guān)是數字家庭的核心和家庭網(wǎng)絡(luò )的控制中心，主要完成家庭內部網(wǎng)絡(luò )不同通信協(xié)議之間的轉換和信息共享以及同外部通信絡(luò )之間的數據交換功能，家庭網(wǎng)關(guān)既是家庭智能化系統的中心，負責家庭內部信息終端和智能設備的管理與控制，還是通信網(wǎng)絡(luò )的接入節點(diǎn)。簡(jiǎn)單的說(shuō)，家庭網(wǎng)關(guān)是家庭內部多種智能設備之間實(shí)現聯(lián)網(wǎng)，以及從家庭內部到外部網(wǎng)絡(luò )實(shí)現互聯(lián)的一座橋梁。

　　從技術(shù)角度說(shuō)，家庭網(wǎng)關(guān)在家庭內部以及從內部到外部實(shí)現橋接/路由、協(xié)議轉換、地址管理和轉換，承擔防火墻的職責，并提供可能的VoIP/Video over IP等業(yè)務(wù)[3]。狹義的家庭網(wǎng)關(guān)可以是傳統接入設備如路由器、交換機、IDA、DSL Modem、基于計算機的軟網(wǎng)關(guān)。但它們都主要實(shí)現了接入功能，提供數據、語(yǔ)音、多媒體等業(yè)務(wù)，而不具備家庭內部網(wǎng)絡(luò )之間的信息共享。

　　目前主要的家庭網(wǎng)關(guān)設備有流行于北美的SOHU路由器網(wǎng)關(guān)、cable網(wǎng)關(guān)、DSL網(wǎng)關(guān)以及數字機頂盒網(wǎng)關(guān)等。真正意義上的家庭網(wǎng)關(guān)首先從組網(wǎng)的角度看，是將家庭內部局域網(wǎng)匯聚到寬帶接入網(wǎng)，從而提供通用高速互聯(lián)接入的關(guān)鍵通信網(wǎng)絡(luò )設備，同時(shí)為不同寬帶匯集點(diǎn)。其次家庭網(wǎng)關(guān)是家庭中所有語(yǔ)音、視頻和數據業(yè)務(wù)的中心入口和控制點(diǎn)，支持家庭內部信息終端的互聯(lián)通信和數據傳輸。

　　3 家庭網(wǎng)關(guān)基本功能分析作為提供多種接入方式的駐地用戶(hù)網(wǎng)關(guān)和家庭網(wǎng)絡(luò )的樞紐設備，家庭網(wǎng)關(guān)應該能夠提供以下四個(gè)基本功能[4]：

　　3.1 接入功能。支持 XDSL、Cable、FTTB+LAN等多種可選擇的接入方式，對家庭網(wǎng)絡(luò )而言屏蔽接入網(wǎng)。從而將內部家庭網(wǎng)絡(luò )安全連接到外部接入網(wǎng)，實(shí)現接入網(wǎng)和家庭網(wǎng)絡(luò )轉換的網(wǎng)關(guān)基本功能。同時(shí)實(shí)現網(wǎng)絡(luò )地址分配和轉換(NAT)和IPV6，使得家庭信息終端透明的實(shí)現互聯(lián)網(wǎng)接入,與外部互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行信息資源共享。

　　3.2 內部組網(wǎng)功能。支持傳統電話(huà)線(xiàn)、基于銅線(xiàn)的Ethernet、無(wú)線(xiàn)的ViFI、無(wú)線(xiàn)的ZigBee等多種內網(wǎng)，以及標準PC外圍接口如USB、IEEE1394等，為家庭內部提供不同類(lèi)型、不同結構子網(wǎng)的橋接能力，實(shí)現家庭內部的多種局域網(wǎng)或互聯(lián)方式的互通。從而針對不同的帶寬需求應用提供相適應的局域網(wǎng)或互聯(lián)技術(shù)!實(shí)現家庭內部各種信息終端通過(guò)家庭網(wǎng)關(guān)對外部網(wǎng)絡(luò )的訪(fǎng)問(wèn)，以及外部網(wǎng)絡(luò )對內部終端的遠程控制和監視。

　　3.3 語(yǔ)音通信功能。提供VoIP、FoIP等傳統語(yǔ)音通信功能.通過(guò)一條或多條模擬電話(huà)線(xiàn)路,從而將用戶(hù)側的模擬電話(huà)終端連接到分組網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現語(yǔ)音打包、撥號檢測、振鈴音和號碼音等信號音， 從NGN的觀(guān)點(diǎn)看實(shí)現了NGN的用戶(hù)駐地網(wǎng)關(guān)功能。

　　3.4 家庭信息中心功能。家庭內部的多種內網(wǎng)通過(guò)家庭網(wǎng)關(guān)實(shí)現無(wú)縫連接和互通，家庭內部的各種互連信息終端通過(guò)家庭網(wǎng)關(guān)實(shí)現協(xié)議轉換和媒體格式轉換功能，從而作為對等實(shí)體進(jìn)行信息資源共享，主要是數字多媒體資源的交互式共享，實(shí)現音頻和視頻信息的綜合預處理，體現數字家庭的娛樂(lè )性。同時(shí)還可以考慮利用家庭網(wǎng)關(guān)進(jìn)行信息存儲。

　　4 家庭網(wǎng)關(guān)的技術(shù)實(shí)現家庭網(wǎng)絡(luò )接入Internet目前主要通過(guò)PC機接入Internet和采用嵌入式產(chǎn)品通過(guò)以太網(wǎng)控制器接入Internet兩種方式。前者優(yōu)點(diǎn)是明顯的，如靈活性、大量現有的可用的軟件環(huán)境和高級的用戶(hù)接口及軟件工具。但是對于智能家庭網(wǎng)絡(luò )來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò )的使用者希望能方便快捷地獲得服務(wù)，所需熟悉的操作要盡可能地少，并且在任何地方都能對家中設備進(jìn)行監控;而PC不能隨意移動(dòng)，對設備的控制就會(huì )受到局限。因此，目前在智能家庭網(wǎng)絡(luò )中，網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品的設計主要采用嵌入式系統[5]。嵌入式系統設計原則：

　　1)價(jià)格。由于嵌入式設備對價(jià)格非常敏感，通常要求價(jià)廉質(zhì)優(yōu)，故在設計產(chǎn)品時(shí)，在滿(mǎn)足功能要求的情況下盡量降低成本。

　　2)環(huán)境。在功能要求滿(mǎn)足的同時(shí)，要考慮到該產(chǎn)品在惡劣環(huán)境下，能否正常工作，比如溫度、電源功耗等等。

　　3)使用。用戶(hù)在使用時(shí)，操作應盡量簡(jiǎn)單�；�于此原則，目前國內外嵌入式網(wǎng)關(guān)的設計有二種方案：第一種方案，是基于軟件來(lái)實(shí)現TCP/IP協(xié)議棧;第二種是直接利用TCP/IP協(xié)議棧芯片。第一種方案在大批量生產(chǎn)時(shí)，具有成本低的優(yōu)點(diǎn)，因為用軟件設計的TCP/IP協(xié)議棧，是一次投交多次使用;但開(kāi)始投次比較大且設計復雜，因為需要實(shí)時(shí)操作系統的支持，而第二種方案，盡管在大指生產(chǎn)時(shí)成本高，因為每個(gè)智能設備都要嵌入TCP/IP協(xié)議棧芯片;但是在非大批量生產(chǎn)時(shí)具有投次比較大，設計簡(jiǎn)單、靈活的特點(diǎn)，因為不需要實(shí)時(shí)操作系統的支持[6]。

　　5 家庭網(wǎng)關(guān)面臨的挑戰首先是家庭組網(wǎng)問(wèn)題。數字家庭中，智能終端接口類(lèi)型豐富，從有線(xiàn)到無(wú)線(xiàn)，從低速到高速;同時(shí)，設備物理位置，遍布全屋范圍，屋內布線(xiàn)情況、障礙物等，都可能對組網(wǎng)造成極大影響。其次是QOS能力。由于同時(shí)有多種不同類(lèi)型的業(yè)務(wù)經(jīng)過(guò)家庭網(wǎng)關(guān)，所以對網(wǎng)關(guān)的QOS能力提出了很高的要求，包括：如何在復雜的組網(wǎng)模式下，區分不同的業(yè)務(wù)流;能否做到對不同優(yōu)先級業(yè)務(wù)流進(jìn)行合適的調度。再次是遠程管理能力。家庭網(wǎng)關(guān)作為運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )的一部分，必須具備遠程控制、遠程檢測、遠程設置等能力。最后是安全性。作為家庭設備連接寬帶網(wǎng)絡(luò )的關(guān)口，家庭網(wǎng)關(guān)承擔著(zhù)保護家庭網(wǎng)絡(luò )安全的重大責任，因此，網(wǎng)關(guān)必須具備防攻擊、防入侵的能力。

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　　具體設計方案如下：

　　1 硬件設計：首先選擇S3C4510B 嵌入式微處理器為系統核心，其次采用RTL8201以太網(wǎng)收發(fā)器來(lái)實(shí)現家庭網(wǎng)關(guān)同外部因特網(wǎng)的連接，最后利用藍牙無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊來(lái)實(shí)現家庭網(wǎng)關(guān)同由家庭網(wǎng)絡(luò )之間的連接。

　　2 軟件實(shí)現： Linux是一個(gè)極具吸引力的開(kāi)放源碼的操作系統，它具有源碼公開(kāi)、價(jià)格低廉、功能強大及易于移植等優(yōu)點(diǎn),提供了實(shí)時(shí)系統所需的基本功能。而μCL inux是Linux的一個(gè)嵌入式版本,也具有上述的優(yōu)點(diǎn)。在選定了嵌入式網(wǎng)關(guān)的硬件平臺后，通過(guò)移植嵌入式操作系統uClinux，并在uClinux上開(kāi)發(fā)相應的驅動(dòng)程序、應用程序和嵌入式Web服務(wù)器來(lái)開(kāi)發(fā)一個(gè)方便、實(shí)用的家庭網(wǎng)關(guān)。

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