基于智能網(wǎng)關(guān)的數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

O 引言

可以預(yù)見，未來幾年將是寬帶網(wǎng)絡(luò)發(fā)展和家庭網(wǎng)絡(luò)普及的上升期，隨著全球3C(Cornputer，Communication，Cosumer)的融合趨勢，數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將是計(jì)算機(jī)、數(shù)字家電和移動信息終端通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)的無縫協(xié)作。

目前的數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)，除了PC和家庭網(wǎng)關(guān)／路由器以外，又出現(xiàn)了媒體適配器及媒體服務(wù)器，這類新設(shè)備將許多媒體處理任務(wù)從PC中分流出來，構(gòu)成一種無中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如何將家庭控制網(wǎng)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)和家庭A／V網(wǎng)這三個相互之間異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)共同構(gòu)成家庭高速信息網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入、防盜報警、室內(nèi)電器自動控制管理、門禁對講、遠(yuǎn)程抄表、遠(yuǎn)程Web監(jiān)控、視頻點(diǎn)播等成為信息技術(shù)領(lǐng)域中的一個研究熱點(diǎn)。

l 數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要研究內(nèi)容

1．1 數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本功能

數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)通過家庭網(wǎng)關(guān)將公共網(wǎng)絡(luò)功能和應(yīng)用延伸到家庭，并以可靈活配置的家庭智能布線系統(tǒng)，連接多種多樣的終端設(shè)備，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。其具備以下功能：

家庭網(wǎng)關(guān)可同時連接多個或不同種類的接入技術(shù)，如支持ADSL和局域網(wǎng)接入。在系統(tǒng)功能上能夠同時處理多種類型的接入網(wǎng)技術(shù)和多種類型的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

家庭網(wǎng)絡(luò)分為三部分：家庭控制網(wǎng)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)、家庭A／V網(wǎng)，這三種網(wǎng)絡(luò)在傳輸速率、帶寬需求、傳輸介質(zhì)、安全要求以及QoS(網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量)要求上均有明顯差異，因此可以使用多種技術(shù)來構(gòu)建，家庭控制網(wǎng)以采用基于X-10總線協(xié)議的PLC電力線載波技術(shù)為傳輸介質(zhì)；而數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)、家庭A／V網(wǎng)以無線為傳輸介質(zhì)，采用超寬頻UWB技術(shù)，以極低功率的信號實(shí)現(xiàn)114 Mb／s的傳輸速率，滿足多媒體業(yè)務(wù)對帶寬的需求。

支持射頻接入技術(shù)，用戶通過家庭網(wǎng)關(guān)內(nèi)置的Web Server功能控制高頻頭選臺，并通過多媒體編碼器實(shí)時捕捉模擬數(shù)據(jù)流，編碼轉(zhuǎn)換為符合數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)(如MPEGl)的數(shù)字媒體流，經(jīng)WLAN傳輸?shù)礁鞫嗝襟w播放終端，實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部各種信息終端的高速信息共享。

家庭網(wǎng)關(guān)能橋接接入網(wǎng)QoS和家庭網(wǎng)絡(luò)的QoS，保障訪問的內(nèi)容不依賴于用以傳送內(nèi)容的硬件和傳輸機(jī)制；通過模塊的遠(yuǎn)程下載功能，靈活地支持最新技術(shù)，使得系統(tǒng)很容易升級，以支持未來新興業(yè)務(wù)。

通過家庭網(wǎng)關(guān)內(nèi)置的Web Server功能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對各種家用電器設(shè)備的控制、調(diào)節(jié)和監(jiān)測，并通過SSID和VLAN技術(shù)保證用戶控制命令和數(shù)據(jù)的安全性。

家庭網(wǎng)關(guān)可通過Intranet VPN接入公司的VPN網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)Intranet、遠(yuǎn)程辦公。

1．2 數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

以PLC電力線載波技術(shù)和UWB無線通信技術(shù)為基礎(chǔ)，開發(fā)基于智能網(wǎng)關(guān)的數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，采用嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)將家庭數(shù)據(jù)通信網(wǎng)、家庭A／V網(wǎng)、家庭控制網(wǎng)有機(jī)的結(jié)合在一起，以標(biāo)準(zhǔn)C和JAVA作為開發(fā)平臺，采用RC232434作為嵌入式系統(tǒng)核心CPU，應(yīng)用嵌入式Linux操作系統(tǒng)作為軟件開發(fā)平臺，采用多SSID技術(shù)、VLAN技術(shù)和VPN技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能路由，并提高QoS品質(zhì)，通過家庭網(wǎng)關(guān)服務(wù)器將小區(qū)網(wǎng)絡(luò)信號、射頻數(shù)字電視信號、電話信號、音視頻信號、家電控制信號同時納入到家庭網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)處理多種類型的接入網(wǎng)技術(shù)和多種類型的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)系統(tǒng)框圖如圖1所示。

1．3 嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)架構(gòu)框圖及分析

家庭網(wǎng)關(guān)架構(gòu)框圖(如圖2所示)有7個模塊：