家庭網(wǎng)絡(luò)發(fā)展研究開(kāi)題報(bào)告
目前在智能家庭網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)主要采用嵌入式系統(tǒng)。家庭內(nèi)部的各種互連信息終端通過(guò)家庭網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換和媒體格式轉(zhuǎn)換功能，從而作為對(duì)等實(shí)體進(jìn)行信息資源共享。
一、結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫(xiě)2000字左右的文獻(xiàn)綜述：
1 數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)發(fā)展現(xiàn)狀隨著通信和信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字時(shí)代已經(jīng)深入人心。
人們對(duì)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的需求已經(jīng)從辦公室延展到家庭，數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生，從通信、娛樂(lè)到日常生活，可以得到全方位的數(shù)字體驗(yàn)。數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)是將公共網(wǎng)絡(luò)功能和應(yīng)用延伸擴(kuò)充到家庭，并以有線或者無(wú)線方式連接各種信息終端，提供集成的話音、數(shù)據(jù)、多媒體、控制和管理等功能，達(dá)到信息在家庭內(nèi)部終端與外部公網(wǎng)及家庭內(nèi)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(biāo)是使多媒體信息在家庭信息終端由有限的流動(dòng)轉(zhuǎn)為可管理的無(wú)約束流動(dòng)[1]。數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算、數(shù)字家電和移動(dòng)信息終端通過(guò)有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫協(xié)作，在家庭中共享數(shù)字媒體內(nèi)容，并提供集成的話音、數(shù)據(jù)、多媒體應(yīng)用，并提供自動(dòng)控制與遠(yuǎn)程管理等功能，達(dá)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(dú)立引入用戶(hù)家庭的如電話網(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(shè)備之間的信息交互。構(gòu)建真正意義的家庭網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)是首先構(gòu)建家庭內(nèi)部的寬帶化網(wǎng)絡(luò)，消除家庭內(nèi)部的多種網(wǎng)絡(luò)孤島現(xiàn)象，將家庭內(nèi)部的各種信息設(shè)備和終端經(jīng)由家庭網(wǎng)關(guān)組網(wǎng)，其次是強(qiáng)化建設(shè)數(shù)字家庭的基礎(chǔ)設(shè)施即信息終端、數(shù)字設(shè)備、多媒體設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化。尤其是體現(xiàn)數(shù)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(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與公網(wǎng)相連接，為家庭不同節(jié)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(xiàn)集成的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和視頻服務(wù)，并增強(qiáng)把內(nèi)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(shè)備及其作用家庭網(wǎng)關(guān)是數(shù)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(nèi)部網(wǎng)絡(luò)不同通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換和信息共享以及同外部通信絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交換功能，家庭網(wǎng)關(guān)既是家庭智能化系統(tǒng)的中心，負(fù)責(zé)家庭內(nèi)部信息終端和智能設(shè)備的管理與控制，還是通信網(wǎng)絡(luò)的接入節(jié)點(diǎn)。簡(jiǎn)單的說(shuō)，家庭網(wǎng)關(guān)是家庭內(nèi)部多種智能設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，以及從家庭內(nèi)部到外部網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)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(nèi)部以及從內(nèi)部到外部實(shí)現(xiàn)橋接/路由、協(xié)議轉(zhuǎn)換、地址管理和轉(zhuǎn)換，承擔(dān)防火墻的職責(zé)，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(tǒng)接入設(shè)備如路由器、交換機(jī)、IDA、DSL Modem、基于計(jì)算機(jī)的軟網(wǎng)關(guān)。但它們都主要實(shí)現(xiàn)了接入功能，提供數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、多媒體等業(yè)務(wù)，而不具備家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)之間的信息共享。
目前主要的`家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)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(shù)字機(jī)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(nèi)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(shè)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(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的中心入口和控制點(diǎn)，支持家庭內(nèi)部信息終端的互聯(lián)通信和數(shù)據(jù)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(shè)備，家庭網(wǎng)關(guān)應(yīng)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(duì)家庭網(wǎng)絡(luò)而言屏蔽接入網(wǎng)。從而將內(nèi)部家庭網(wǎng)絡(luò)安全連接到外部接入網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)和家庭網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換的網(wǎng)關(guān)基本功能。同時(shí)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)地址分配和轉(zhuǎn)換(NAT)和IPV6，使得家庭信息終端透明的實(shí)現(xiàn)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(nèi)部組網(wǎng)功能。支持傳統(tǒng)電話線、基于銅線的Ethernet、無(wú)線的ViFI、無(wú)線的ZigBee等多種內(nèi)網(wǎng)，以及標(biāo)準(zhǔn)PC外圍接口如USB、IEEE1394等，為家庭內(nèi)部提供不同類(lèi)型、不同結(jié)構(gòu)子網(wǎng)的橋接能力，實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部的多種局域網(wǎng)或互聯(lián)方式的互通。從而針對(duì)不同的帶寬需求應(yīng)用提供相適應(yīng)的局域網(wǎng)或互聯(lián)技術(shù)!實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部各種信息終端通過(guò)家庭網(wǎng)關(guān)對(duì)外部網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)，以及外部網(wǎng)絡(luò)對(duì)內(nèi)部終端的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視。
3.3 語(yǔ)音通信功能。提供VoIP、FoIP等傳統(tǒng)語(yǔ)音通信功能.通過(guò)一條或多條模擬電話線路,從而將用戶(hù)側(cè)的模擬電話終端連接到分組網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音打包、撥號(hào)檢測(cè)、振鈴音和號(hào)碼音等信號(hào)音， 從NGN的觀點(diǎn)看實(shí)現(xiàn)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(nèi)部的多種內(nèi)網(wǎng)通過(guò)家庭網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接和互通，家庭內(nèi)部的各種互連信息終端通過(guò)家庭網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換和媒體格式轉(zhuǎn)換功能，從而作為對(duì)等實(shí)體進(jìn)行信息資源共享，主要是數(shù)字多媒體資源的交互式共享，實(shí)現(xiàn)音頻和視頻信息的綜合預(yù)處理，體現(xiàn)數(shù)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(chǔ)。
4 家庭網(wǎng)關(guān)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)接入Internet目前主要通過(guò)PC機(jī)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(xiàn)有的可用的軟件環(huán)境和高級(jí)的用戶(hù)接口及軟件工具。但是對(duì)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(duì)家中設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控;而PC不能隨意移動(dòng)，對(duì)設(shè)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(shè)計(jì)主要采用嵌入式系統(tǒng)[5]。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則：
1)價(jià)格。由于嵌入式設(shè)備對(duì)價(jià)格非常敏感，通常要求價(jià)廉質(zhì)優(yōu)，故在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，在滿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(yīng)盡量簡(jiǎn)單�；诖嗽瓌t，目前國(guó)內(nèi)外嵌入式網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)有二種方案：第一種方案，是基于軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)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?yàn)橛密浖O(shè)計(jì)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(shè)計(jì)復(fù)雜，因?yàn)樾枰獙?shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持，而第二種方案，盡管在大指生產(chǎn)時(shí)成本高，因?yàn)槊總�(gè)智能設(shè)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(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、靈活的特點(diǎn)，因?yàn)椴恍枰獙?shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持[6]。
5 家庭網(wǎng)關(guān)面臨的挑戰(zhàn)首先是家庭組網(wǎng)問(wèn)題。數(shù)字家庭中，智能終端接口類(lèi)型豐富，從有線到無(wú)線，從低速到高速;同時(shí)，設(shè)備物理位置，遍布全屋范圍，屋內(nèi)布線情況、障礙物等，都可能對(duì)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(duì)網(wǎng)關(guān)的QOS能力提出了很高的要求，包括：如何在復(fù)雜的組網(wǎng)模式下，區(qū)分不同的業(yè)務(wù)流;能否做到對(duì)不同優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)流進(jìn)行合適的調(diào)度。再次是遠(yuǎn)程管理能力。家庭網(wǎng)關(guān)作為運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的一部分，必須具備遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程檢測(cè)、遠(yuǎn)程設(shè)置等能力。最后是安全性。作為家庭設(shè)備連接寬帶網(wǎng)絡(luò)的關(guān)口，家庭網(wǎng)關(guān)承擔(dān)著保護(hù)家庭網(wǎng)絡(luò)安全的重大責(zé)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(shè)計(jì)方案如下：
1 硬件設(shè)計(jì)：首先選擇S3C4510B 嵌入式微處理器為系統(tǒng)核心，其次采用RTL8201以太網(wǎng)收發(fā)器來(lái)實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)關(guān)同外部因特網(wǎng)的連接，最后利用藍(lán)牙無(wú)線收發(fā)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)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(xiàn)： Linux是一個(gè)極具吸引力的開(kāi)放源碼的操作系統(tǒng)，它具有源碼公開(kāi)、價(jià)格低廉、功能強(qiáng)大及易于移植等優(yōu)點(diǎn),提供了實(shí)時(shí)系統(tǒng)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(tái)后，通過(guò)移植嵌入式操作系統(tǒng)uClinux，并在uClinux上開(kāi)發(fā)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序、應(yīng)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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