基于ROF和嵌入式系统的家庭网关设计

论文摘要

目前，家庭网络综合业务呈爆发式增长，现有的无线接入技术的带宽问题成为家庭网络综合业务发展的“瓶颈”。家庭网关(HG)作为家庭内部网络与外部网络连接的枢纽，决定着家庭内部网络与外部网络的连接速度。本论文首先给出了一种基于光纤无线融合接入网中家庭网关系统的结构方案，并在该结构基础上构建了包括60GHz毫米波网关模块、WiMax网关模块和子网关系统模块的主网关系统。通过采用ROF技术在物理上实现了60GHz毫米波网关模块和WiMax无线网关模块，并同时给出了一种基于ARM9和Linux的嵌入式子网关系统的实现方案。该子网关系统通过采用S3C2440A芯片作为子网关系统的处理器，并以该处理为核心扩展子网关系统的硬件设备。结合软件平台用户可通过网页的形式实现子网关系统的远程访问和家庭网络设备管理。在硬件平台设计方面，本文给出了以S3C2440A处理器为核心扩展了SDRAM模块、Ethernet模块、UART模块、NandFlash模块、温度传感模块和基于WiFi的无线传输模块。在软件平台的设计方面，本文第一步修改并移植了boot，然后在Linux内核中添加扩展各个硬件模块的驱动程序。最后将修改后的Linux内核和文件系统等移植到子网关系统中；第二步，在操作系统Linux的基础上，分析和设计子网关系统中的Web服务器，并引入轻型嵌入式数据库SQLite，从而实现用户通过以网页的形式远程访问子网关系统。为了实现与家庭网络设备通信，本文的设计了家庭网络协议，并在此基础上通过编写CGI应用程序和基于HTML语言的网页程序实现动态HTTP请求。最后对网关系统Web服务器和CGI应用程序的响应时间做了测试和分析，证明了子网关系统方案的达到了实际效用的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 光纤无线融合接入网的定义、基本架构和研究意义
• 1.2.1 光纤无线融合接入网的定义及其基本结构
• 1.2.2 光纤无线融合接入网研究的意义
• 1.3 家庭网关系统的发展现状以及趋势
• 1.4 本课题的研究目的和意义
• 1.5 本论文的主要工作和结构
• 第二章 光纤无线接入网中网关系统的结构设计
• 2.1 ROF 技术
• 2.1.1 ROF 通信系统的网络结构
• 2.1.2 ROF 通信系统的关键技术
• 2.2 网关系统的结构设计
• 2.2.1 家庭网关网络位置
• 2.2.2 一种 ROF 层级式结构的网关系统
• 2.3 主网关系统的设计与实现
• 2.3.1 60GHz 毫米波网关模块的物理实现
• 2.3.2 WiMax 网关模块的物理实现
• 2.3.3 子网关系统模块
• 2.4 家庭网络组网方案
• 2.5 网关系统结构性能分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 子网关系统软硬件体系结构设计
• 3.1 子网关系统硬件体系结构设计
• 3.1.1 子网关系统硬件体系结构框图设计
• 3.1.2 硬件芯片选型
• 3.1.3 S3C2440A 芯片
• 3.1.4 硬件电路设计
• 3.2 子网关系统软件体系结构设计
• 3.2.1 嵌入式操作系统的选择
• 3.2.2 子网关系统软件体系分层
• 3.2.3 子网关系统软件开发环境的建立
• 3.2.4 子网关系统应用软件平台的设计与搭建
• 3.2.5 子网关系统中 Web 服务器设计与移植
• 3.2.6 数据库的选择以及移植
• 3.3 本章小结
• 第四章 子网关 WEB 服务器应用程序的设计与实现
• 4.1 基于 WIFI 无线接入技术的家庭网络协议设计
• 4.1.1 WiFi 网络的建立
• 4.1.2 家庭网络协议的设计与实现
• 4.2 WEB 服务器中网页的实现
• 4.3 WEB 服务器中 CGI 应用程序的实现
• 4.3.1 CGI 的功能描述
• 4.3.2 CGI 应用程序的设计与实现
• 4.4 WEB 服务器性能测试
• 4.4.1 影响 Web 服务器性能的因素
• 4.4.2 Web 服务器登陆页面响应时间测试
• 4.4.3 Web 服务器中 CGI 应用程序响应时间测试
• 4.5 本章小结
• 第五章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历
• 攻硕期间取得的研究成果