基于先进处理器架构的智能家居多协议网关设计 - 西南民族大学学报 .pdfVIP

第40 卷第4 期 西南民族大学学报·自然科学版 Jul 2014 Journal of Southwest University for NationalitiesNatural Science Edition ___________________________________________________________________ doi: 10.3969/j.issn.1003-4271.2014.04.17 基于先进处理器架构的智能家居多协议网关设计 刘晓霞, 周绍军 (四川水利职业技术学院信息工程系, 四川 崇州 611231) 摘 要: 针对智能家居系统中, 无线传感器网络数据传输不稳定性、数据传输协议单一、转换复杂低效等问题, 特设计 基于 ARM Cortex-A8 的多协议家用智能型网关. 该网关能够将家居环境中的 ZigBee 协议的设备数据信息转换为以太 网、蓝牙、GPRS 等多种协议的数据, 从而实现家居环境的数据与户主进行互联互通. 实验测试表明, 设计的网关具有 良好性能, 能够实现数据转发、协议转换、管理控制功能, 并且有效降低丢包率, 具有良好的实用和通用价值. 关键词: 先进处理器架构; 嵌入式; 多协议; 网关 中图分类号: TP273 文献标识码: A 文章编号: 1003-4271(2014)04-0559-05 1 引言 智能家居中广为使用的技术是无线传感网(Wireless Sensor Network, WSN)技术. WSN 负责将散布家中的各 个传感器组织成网络, 实现数据汇聚、传输, 并且传达、执行控制命令. 但是, 现实中普及应用的网络通信技术, 如蓝牙、GPRS、以太网等与传感网络没有统一的通信标准, 难以直接通信. 因此, 在物联网系统中需要了一种 衔接两种通信网络的设备, 即物联网网关. 物联网网关的作用很简单, 就是将一般通信网络数据和信息转换为 WSN 网络的数据和信息, 实现一般网络与 WSN 间的协议转换和数据转换. 因此, 本文针对智能家居系统中网 络的特定应用场景, 设计一种多协议网关, 能够实现从传感协议到通信协议的转换, 完成Zigbee 网络与以太网、 [8-9] 蓝牙、GPRS 这三种异构网络的结合, 从性能、成本、用户体验考虑软硬件设计, 满足用户需求 . 2 体系架构 智能家居是将各种物联网技术应用于家居环境, 其总体结构可沿用物联网的体系结构, 将其划分为三层, [1] 即: 家居环境现场感知层、数据信息传输层和户主需求的各种应用构成的应用层 . 感知层主要实现和完成家居 环境中各种数据的采集与驱动, 并将采集到的数据按照一定的协议进行封装和保存, 同时接收上层传输来的控 制命令而实现对家居现场的控制; 感知层主要由带有传感设备的不同节点组成, 在智能家居中这些终端节点可 以是洗衣机、冰箱、电视剧、微波炉、窗帘等家居设备. 传输层的作业和任务十分清晰, 就是实现数据和信息的 上传和下达, 即将按照一定协议封装的数据按照一定的传输协议进行传输; 起到承上启下, 是整个系统的数据 和命令的汇聚、中转枢纽; 收集汇聚数据信息, 将其进行初步处理上传至应用层, 同时, 将应用层下达的控制命 令, 准确无误传达至终端节点. 应用层专门为用户定制各种应用而设置的, 主要提供各种用户接口与交互、操作 命令的发送与接收等;