基于3G的家庭智能网关软件设计

论文摘要

随着人们对现代生活的追求以及对信息的需求日益增强,智能家居得到迅速发展。3G与物联网因其巨大的应用前景,为智能家居产业发展引入了新的概念及发展空间。家庭网关是智能家居内外连接通信的核心,是进行远程控制、视频监控和多媒体通信等的载体,直接决定了智能家居所能达到的高度和服务水平,因此对基于3G的家庭智能网关的研究意义重大。本论文在基于OMAP3530双核处理器为核心的硬件平台上,通过研究家庭网络技术及嵌入式技术,在嵌入式Linux2.6内核和文件系统支撑下,实现了集3G移动宽带上网、电话/短信、家庭数据网络和对家庭设备远程监控等功能于一体的家庭智能网关。论文首先简要介绍了3G及物联网的发展,对智能家居和家庭网关的概念及发展现状、趋势进行了阐述,并对比了几种家庭网络的关键技术,从而得出本设计所要采用的技术标准;其次,根据家庭智能网关的功能要求,对系统进行需求分析,设计了家庭智能网关的总体结构,并详细介绍了基于嵌入式Linux 2.6内核的系统软件设计与实现,包含了操作系统的移植和相关模块的设备驱动等;接着,本文重点介绍了系统软件平台的关键技术实现,包括PPP拨号、电话/短信、NAT及DHCP技术等,并搭建测试环境进行系统联调,分析了调试结果及遇到的问题;最后,总结论文取得的成果,阐述了后续研究工作的重点及方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 家庭智能网关概述
• 1.2.1 智能家居系统及家庭网关概念
• 1.2.2 国外发展现状及趋势
• 1.2.3 国内发展现状及趋势
• 1.3 家庭网络相关技术对比
• 1.3.1 外部接入技术对比
• 1.3.2 内部组网技术对比
• 1.4 课题特点及论文主要工作
• 1.4.1 课题特点
• 1.4.2 论文主要工作
• 1.5 论文章节安排
• 第二章 基于3G 的家庭智能网关设计方案
• 2.1 系统总体设计
• 2.1.1 系统的功能需求分析和设计目标
• 2.1.2 系统平台的设计要求
• 2.1.3 系统的总体结构设计
• 2.2 系统硬件方案简介
• 2.3 系统软件方案设计
• 2.3.1 系统软件架构选择
• 2.3.2 系统软件架构设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 家庭智能网关软件系统的设计与实现
• 3.1 嵌入式Linux 操作系统概述
• 3.1.1 嵌入式Linux 操作系统特点
• 3.1.2 嵌入式Linux 系统开发流程
• 3.2 嵌入式Linux 系统移植
• 3.2.1 BootLoader 移植
• 3.2.2 内核裁剪与配置
• 3.2.3 文件系统构建
• 3.3 家庭智能网关的驱动程序开发
• 3.3.1 Linux 设备驱动程序概述
• 3.3.2 驱动需求分析
• 3.3.3 3G 模块USB 驱动程序开发
• 3.3.4 3G 和ZigBee 模块的串口驱动开发
• 3.4 本章小结
• 第四章 系统软件平台关键技术实现
• 4.1 关键技术需求分析
• 4.2 PPP 拨号实现
• 4.2.1 PPP 协议概述
• 4.2.2 PPP 技术实现WCDMA 接入原理
• 4.2.3 嵌入式Linux 下PPP 拨号原理及实现过程
• 4.3 电话/短信功能实现
• 4.3.1 基本的AT 命令
• 4.3.2 程序实现
• 4.4 NAT 功能的设计
• 4.4.1 NAT 简介
• 4.4.2 Linux 下NAT 技术实现原理
• 4.4.3 NAT 实现
• 4.5 DHCP 服务器的搭建
• 4.5.1 DHCP 技术概述
• 4.5.2 DHCP 服务器搭建过程
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于3G 的家庭智能网关测试与分析
• 5.1 测试环境介绍
• 5.2 功能测试
• 5.2.1 PPP 拨号测试及分析
• 5.2.2 NAT 功能测试
• 5.2.3 DHCP 功能测试
• 5.3 系统测试
• 5.4 调试过程中的问题分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 下一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 硕士生期间发表的论文