ZigBee无线家庭网关的设计

论文摘要

随着网络技术和现代通信技术的快速发展,家庭网络化正逐步进入普通家庭的日常生活。家庭网络通过无线家庭网关实现对智能家电终端的远程控制是未来发展的必然趋势。作为整个家庭网络的核心,无线家庭网关主要实现家庭内部网络组建和维护、网络接入以及远程控制等功能。其中无线网关通信与控制技术是一个需要解决的关键问题。本文选择ZigBee技术作为家庭网关的无线通信技术。ZigBee具有短距离、低功耗、低速率、低成本、网络可靠性高的等特点,非常适合家庭网络的组建。通过对家庭网关相关技术的研究,本文设计了一种“松耦型”的ZigBee无线家庭网关,这种类型的家庭网关不仅性能上更优越,而且更利于维护和扩展。首先,以S3C2440为主控芯片,外扩丰富的接口设备,并通过串口连接以CC2430为核心的ZigBee协调器,构建了系统的硬件平台;其次,采用Linux为主控制模块的嵌入式操作系统,在完成了U-Boot和Linux内核的移植以及根文件系统的制作后,编写了串口读写程序以实现与ZigBee协调器的通信;然后,在Z-Stack协议栈上设计了ZigBee协调器模块的应用程序,实现了家庭内网的组建,并能够响应来自主控制器的命令以及来自终端节点的请求;最后,在软件平台上移植了嵌入式Web服务器,并通过CGI程序与HTML页面的设计最终实现了家庭内部网络与外部Internet网络的通信,以及远程用户对家庭内部网络的终端节点的监控。整个系统具有实时、可靠、易操作、可扩展等优点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 课题相关领域发展现状
• 1.2.1 家庭网关技术的发展及现状
• 1.2.2 ZigBee技术的发展及现状
• 1.3 课题的研究背景
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 家庭网关的总体设计方案
• 2.1 系统功能需求分析及注意事项
• 2.2 系统设计方案分析
• 2.2.1 家庭内网方案分析
• 2.2.2 软硬件平台方案分析
• 2.2.3 Internet接入方案分析
• 2.2.4 协调器模块方案分析
• 2.3 ZigBee协议栈及拓扑结构分析
• 2.3.1 IEEE802.15.4标准
• 2.3.2 网络层（NWK）与应用层（APL）
• 2.3.3 ZigBee网络拓扑
• 2.4 家庭网关的总体设计方案
• 2.5 本章小结
• 第3章 系统开发平台搭建
• 3.1 硬件平台的设计
• 3.1.1 系统总体硬件设计
• 3.1.2 协调器模块电路设计
• 3.2 系统软件平台的搭建
• 3.2.1 BootLoader引导程序设计
• 3.2.2 Linux内核的移植
• 3.2.3 根文件系统的制作
• 3.3 本章小结
• 第4章 ZigBee协调器软件设计
• 4.1 Z-Stack介绍
• 4.2 应用程序设计
• 4.2.1 OSAL任务设计
• 4.2.2 ZigBee网络组建
• 4.2.3 通信程序设计
• 4.3 家庭网关通信协议的设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 主控制模块软件设计
• 5.1 串口通信程序设计
• 5.2 嵌入式Web服务器工作原理
• 5.2.1 HTTP引擎
• 5.2.2 CGI程序
• 5.3 嵌入式Web服务器的实现
• 5.3.1 Boa服务器介绍
• 5.3.2 Boa服务器的移植
• 5.4 CGI程序及HTML页面设计
• 5.4.1 登陆模块
• 5.4.2 查询与控制模块
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢