信息电器中嵌入式Internet技术的研究

论文摘要

在PC机上实现设备的网络化已经是比较成熟的技术,随着技术的发展和人们实际生活的需要,象信息电器这样的设备需要以嵌入式模块而非PC的方式接入Internet。在信息电器中实现嵌入式Internet存在2个难点:一是如何实现,TCP/IP协议栈对硬件平台的要求比较高,传统家用电器中大量存在的是低速低位的微控制器,很难直接接入Internet;二是如何低成本的实现,这直接关系到信息电器的推广应用和普及。本文在对信息电器中的嵌入式网络技术进行了详细分析后,以信息空调为例,研制了一个网络控制模块。此模块以嵌入式Web服务器的方式,为远程用户提供了简便易操作的访问和控制界面,解决用户和空调的异地交互问题。本文主要做了以下几个方面的研究:首先,探讨了嵌入式Internet的实现的特殊性以及信息电器中嵌入式Internet的各种解决方案。其次,提出了单芯片的嵌入式Web服务器的实现方案。在硬件上,它采用IP2022为处理器,只需要少量的外围电路,使系统对器件的开销需求减到了最低。在软件上,实现了精简的TCP/IP协议栈,在底层用虚拟外设技术实现了接口控制,采用动态网页技术,为用户提供远程控制和实时监控功能。针对信息电器接入Internet的网络安全问题,在用户登录中给出了基于MD5的加密措施,使用户的登录信息达到商业级的安全。实验结果表明:该嵌入式Web服务器运行稳定,相比于其它同类方案具有体积小,功耗低,成本低,开发周期短的特点。最后,利用网络仿真工具OPNET,对所设计的网络控制系统进行了业务响应时间参数的仿真,对其在广域网的环境中的性能进行了讨论。本文在理论和实践上,对信息电器的嵌入式Internet问题,均进行了有价值的探索。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 信息电器的概念、研究现状与特点
• 1.2 信息电器中的嵌入式Internet
• 1.2.1 嵌入式Internet 的研究背景、概念、特点
• 1.2.2 信息电器中嵌入式Internet 技术的研究意义
• 1.2.3 信息电器中嵌入式Internet 技术的关键问题
• 1.3 本文研究工作概要及主要章节安排
• 第二章 嵌入式Internet 技术的实现
• 2.1 嵌入式TCP/IP 协议栈实现的特殊性
• 2.2 实现信息电器接入Internet 的方案分析
• 2.2.1 直接实现方案
• 2.2.2 代理服务器方案
• 2.2.3 嵌入式操作系统+高速16/32Bit 处理器的方案
• 2.3 基于IP2022 的单芯片解决方案
• 第三章 单芯片Web 服务器的硬件设计
• 3.1 系统结构
• 3.2 处理器IP2022
• 3.3 与网络接口的设计
• 3.4 与空调控制器的接口设计
• 3.5 外围辅助电路设计
• 第四章 单芯片Web 服务器的软件设计
• 4.1 软件设计概述
• 4.2 开发环境和ipOS 操作系统
• 4.2.1 开发工具及unity 开发环境
• 4.2.2 ipOS 操作系统
• 4.3 IP2022 虚拟外设功能的实现
• 4.4 网络协议在IP2022 上的实现
• 4.4.1 ipStack 协议栈
• 4.4.2 网络协议的具体实现
• 4.5 程序的主体结构
• 4.6 Web 服务器应用程序的编写
• 4.6.1 CGI 接口的设计
• 4.6.2 系统的远程控制软件模块
• 4.6.3 信息数据的远程发布软件模块
• 4.7 系统的网络安全分析与措施
• 4.7.1 嵌入式Internet 所面临的威胁
• 4.7.2 MD5 算法的分析与实现
• 4.8 实验结果
• 第五章 系统网络性能分析
• 5.1 网络仿真的特点
• 5.2 网络仿真软件OPNET 的剖析
• 5.3 网络建模过程
• 5.3.1 数据的获取
• 5.3.2 仿真的过程
• 5.4 仿真结果分析和性能评价
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 后续研究工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文清单
• 附录