家庭网关设备管理论文

2022-04-19

摘要：本文通过比较三种无线组网技术，提出WiFi在家电无线组网中的优点，然后详细描述了基于WiFi技术的家庭无线网络体系结构，并重点分析了家庭网关与信息家电方面的无线网络架构技术。关键词：WiFi；组网；应用随着电子高科技产品的迅猛发展，如今的笔记本、手机等终端产品大多都支持WiFi。今天小编为大家精心挑选了关于《家庭网关设备管理论文(精选3篇)》的相关内容，希望能给你带来帮助!

家庭网关设备管理论文篇1：

家庭网关技术进入实战演练

在电信运营商所关注的家庭网络发展中，家庭网关作为连接家庭内部与外部电信网络的桥梁是推动电信业务与应用延伸到家庭的核心设备;经过对该技术的不断探讨,其已经进入更深一步的实战阶段。

近年来，固网运营商来自话音、纯宽带业务收入的增幅在不断下降，其需要从纯数据、话音的单业务运营走向应用、视频、语音、数据结合的多业务运营转型;另一方面，移动运营商同样面临利润单薄，市场后劲有待增强的挑战，对家庭网络的发展也寄予了很大的关注。

家庭网络关键技术

家庭网关作为数字家庭网络的核心设备，涉及的技术众多，包括：宽带接入技术、家庭内部联网技术、IP地址获得与分配技术、远程管理技术、QoS技术、安全技术、宽带业务相关适配技术等。

家庭网关采用的宽带接入技术将随着业务与应用带宽的需求逐步发展，现阶段主要以ADSL2+为主，今后将以VDSL2为主，最终发展方向为E/GPON。

目前主流的家庭网络内部联网技术有以太网技术和WLAN技术。仍处于研究发展中的技术包括：利用电话线的HPNA技术、利用电力线的PLC技术、利用同轴电缆的MoCA技术以及无线的UWB、ZigBee技术等。家庭联网技术必须具有低成本的特性，才能够使芯片根植于用户终端设备中，从而具有较大的市场需求。

家庭网关的大规模部署需要大量IP地址资源，支持IPv6将是家庭网关最终的发展方向。但目前的情况是核心网络中虽然基于IPv6的传送技术已经成熟，但业务与应用还处于开发阶段。所以家庭网络的业务与应用将会在很长时间内仍是基于IPv4的。家庭网关未来仍以支持IPv4为主，需要解决多种业务与应用的NAT穿越问题。

家庭网关的远程管理和公用电信网络的网络设备管理有很大不同。公用电信网络的网元数量一般比较少，而家庭网关的数量则非常庞大，没有良好的运行和管理工具，无法维护和管理家庭网络。传统人工操作和排除故障的方式很难满足家庭网络的维护和管理要求。家庭网关的远程管理需要解决的问题主要是管理通道、管理协议和管理内容。远程管理的信息是承载在IP包上的，管理通道,主要是指如何传送承载管理信息的IP包，这主要与具体的接入技术相关。如何保证管理通道的可用性和管理通道的带宽是目前相关接入技术需要解决的问题。管理协议主要是指IP层之上的管理内容传送协议。管理协议的选择主要需要权衡安全性和协议复杂性，今后家庭网关的管理协议将主要采用DSLFORUM制订的TR-069。管理内容方面需要根据具体的运营维护需求进行详细的规定，主要包括：设备的自动配置、设备的软件和固件的升级、设备的状态和性能监测以及故障诊断。

家庭网络的业务与应用是端到端的，只在端到端的其中一段采用QoS技术对整个端到端业务的质量而言是没有意义的。因此，家庭网关将作为运营商实施业务端到端服务保证的重要控制点。家庭网关QoS技术的选择需要权衡成本和服务质量效果，目前较多采用802.1D(原IEEE802.1p)的二层优先级标记技术。

家庭网络的业务和应用呈现的是多元化和个性化的特点，为了便于业务的运营、维护和管理，尤其当家庭网络规模发展时，家庭网络的结构应尽可能向简单化发展，设备层次尽量少。理想的家庭网络中的设备为两层：家庭网关和用户终端。但是家庭网络需要一个发展过程，在其发展当中，业务适配设备(如：IAD、STB等)将会长期出现在家庭网络中，但其数量将会逐渐减少，相关功能将集成到家庭网关或智能终端中。由于智能终端多为用户私有财产，运营商通常不能对其进行远程管理和控制，因此为了便于运营商对业务服务质量的端到端管理与控制，业务适配功能将尽量集成到家庭网关中。另一方面，由于家庭网络的业务和应用是一个不断丰富发展的过程，因此家庭网关在业务适配方面需要很强的可扩展性，以适应未来业务的部署。

家庭网关标准的三个方向

近年来，围绕家庭网络标准研究的多数标准化组织主要集中在三个领域：家庭内部信息共享业务、公共网络提供的信息类业务、控制类业务，其中：

——国内的CCSA与ITU-T、ETSI、OSGI、OMA、DSLFORUM、HGI的研究领域相似，都涉及“公共网络提供的信息类业务”。

国内的闪联与UPnP、DLNA等标准组织的研究领域相似，都涉及“家庭内部信息资源共享业务”。

国内的e家佳(ITopHome)与X-10、CEBUS、CIC(HPnP)、LONWORKS、EIB、ECHONET等标准组织的研究领域相似，都涉及“控制及监测业务”。

还有一些标准组织专注于家庭联网技术的研究，主要有：IEEE、MoCA、HPA、HPNA等。

虽然目前研究家庭网关相关技术的标准组织较多，但从设备方面对家庭网关进行标准研究工作的只有国内的CCSA以及国外的DSLFORUM、HGI等，这些标准组织主要从运营商的通用需求出发，对家庭网关进行了相关规定。而各国运营商在实际布署家庭网关会提出更具体的要求，并采用定制设备的方式向设备制造商定制符合当前业务需求的家庭网关，最终向用户布署的家庭网关将是贴有运营商标志的设备。

蓄势待发

在国内，中国电信已于2006年底开始启动家庭网关的定制工作，在2007年开始逐步进行家庭网关的试点和推广工作。由于家庭网关的部署也需要相应的管理平台、业务平台的配套改进，因此其家庭网关在2007年的部署规模可能不会很大。

在国外，大多数运营商也还处于部署家庭网关的初级阶段，个别运营商早几年开始部署家庭网关目前已初见成效，其中尤以法国电信的效果最为突出。

从2001年开始，在法国本土家庭用户方面，法电遇到了Iliad公司和NeufCegetel公司等运营商的激烈竞争，其面临固网客户不断流失，传统的家庭通信收入不断下滑的被动局面。鉴于现状，法电于2002年启动复兴计划——Ambition2005，到2005年中该计划的执行初见成效，其用户数增长显著，收入、现金流增长强劲，净负债有效减少。“FTAmbition2005”战略的实施促使法电重新回到欧洲顶尖运营商之列。此时其适时提出为期3年的综合信息通信服务运营商转型战略“NexT”，并酝酿出最新的三年计划——“FTAmbiton2008”，确定集团到2008年针对家庭用户的目标为：超过1200万户宽带用户，其中800万户Livebox用户。

Livebox是法电面向家庭用户推出的家庭网关，具备ADSLModem的功能，有以太网、Wi-Fi和蓝牙接口，适配所有类型的终端。通过Livebox的ADSL接入，家庭用户可以看电视、实现可视电话之间的通信、玩网络游戏等。从2005年初开始布署Livebox，到2005年底其用户就达到了155.9万户，2006年底猛增到410万户(Livebox用户数约为宽带接入用户总数的50%)，使法电彻底扭转了其在家庭通信方面的收入下滑趋势。2006年底，依靠Livebox推广，法电针对家庭用户收入占法电2006年总收入的43.49%，成为法电重要的业务收入来源。

法电部署家庭网关的思路非常清晰，值得我们借鉴——通过战略性部署Livebox，把运营商网络边缘延伸到用户家中，并把Livebox作为未来面向家庭用户开展多种创新业务的平台，包括：

*积极开展VoIP业务，以减少话音业务流失

*通过宽带业务捆绑，增强用户黏性和ARPU

*通过融合业务抵御单一网络业务的流失

从2003年以来，我国宽带接入用户以每年1000万户左右的速度高速发展，截至2007年6月，我国宽带接入用户已达5943.2万户。今后，若对新增宽带接入用户主要部署家庭网关，家庭网关的国内市场需求量会很大。家庭网关将在今后逐步克服诸多挑战：远程管理、QoS、安全，遵从可扩展、可管理的低成本的电信级设备的发展思路，成为保证电信业务与应用成功延伸到家庭的重要设备。

作者：刘　谦

家庭网关设备管理论文篇2：

浅析WiFi无线组网及应用

摘要：本文通过比较三种无线组网技术，提出WiFi在家电无线组网中的优点，然后详细描述了基于WiFi技术的家庭无线网络体系结构，并重点分析了家庭网关与信息家电方面的无线网络架构技术。

关键词：WiFi；组网；应用

随着电子高科技产品的迅猛发展，如今的笔记本、手机等终端产品大多都支持WiFi。就目前的形势看来，基于WiFi标准的无线网络终将成为最普遍的无线组网形式。在家庭中，也能将电子产品和所有的家用电器以某种形式组成无线网络，进行统一的控制和管理，并且连接到互联网上进行远程调控。

一、无线组网技术

（一）无线组网技术的方式

1.HomeRF

HomeRF是专程给家庭用户制定的一种无线局域网技术，是由HomeRF工作组研发的，能达到1Mbp/s～10Mbp/s的传输速率。采用载波监听多重访问冲突避免、时多分址和跳频扩谱方式等技术，利用一台主机实现语言设备和移动数据之间通信。HomeRF技术能与TCP/IP协议很好的集成，而且支持多播、广播以及48位IP地址。可HomeRF却有抗干扰性差和开放性不佳等缺点。

2.Bluetooth（蓝牙）

蓝牙是一种无线通信技术，只能用于短距离传输，能利用无线网络将蜂窝式移动电话和便携式电脑连接起来，以达到计算机与通信紧密相连，能任意进行数据的传输与交换。但它的传输速率仅能达到1Mbp/s，而且宽带有限且传输距离较短，无法为日常应用提供服务。

3.WiFi

WiFi采用IEEE802.11协议的无线传输技术，用于短程传输，能在几百英尺的范围以内，支持接入互联网的无线电信号。1997年发行了WiFi的第一个版本，对介质访问接入的物理层和控制层进行了定义，对无线局域网的基本传输介质和基本网络结构进行了规定，对介质访问层和物理层的特性进行了描述。物理层运用了DSSS、红外或FSSS技术。在1999年又添加了IEEE802.lla与IEEE802.llg标准。它的传输速率能达到54Mbp/s，能普遍支持图像、语言、数据和多媒体等业务应用。

（二）WiFi组网的优点

1.无线电波覆盖面积比较大。一般蓝牙无线电波的覆盖面积非常小，仅在半径为15米左右的范围内，而WiFi能覆盖半径高达100米的范围，甚至是整个大楼。

2.WiFi传输速率较快。WiFi的传输速率能达到54Mbp/s，能满足大部分个人和社会信息化的要求。而且只要在无线电波覆盖的范围以内，用户能随时随地的访问网络，随时随地的享受类似视频点播、网上证券、视频会议、网络游戏以及远程教育等宽带信息的增值服务，能实现移动式办公。

3.不需要布线能摆脱地理条件的束缚，能为需要移动办公的用户提供方便。只要在相应的地方设置“热点”，就能高速的接入互联网。只要在电波覆盖范围内的用户，只需把能支持无线接入的PDA或笔记本拿到这个范围内，就能接入互联网。

4.辐射小。IEEE802.11标准里有规定，发射功率必须在100毫瓦以内，而实际的发射功率仅在60～70毫瓦之间，手机发射功率仅为200毫瓦～1瓦，而手持式对讲机却高为5瓦。两者相比，WiFi电子产品的辐射小很多。

5.WiFi应用普遍。支持WiFi基本成为像电脑、手机、MP4等电子产品的标准配置，而且WiFi非常适合用于家庭里主导网络，能满足家庭里其他支持WiFi的家电设备通信连接需求，实现家庭的无线化和数字化。

二、WiFi的组网方式

WiFi分为两种设备接入，一种是无线站，由一台PC机和一块无线网卡组成；另一种是无线接入点，主要用来连接有线和无线网络的，一般由一个有线网络接口和一个无线输出口组成，通过802.ld协议桥接。

WiFi包括两种模式，一种是infrastructure模式，一种是adhoc模式。infrastructure模式指的是无线网络里包括最少一个能连接有线网络的无线接入点，另外还必须大量的无线终端站。因为用户需要能对有线网络设备或服务进行访问，因此一般都使用这种WiFi模式。而adhoc模式，通常也被叫做IBSS或点对点模式。

三、WiFi在家庭组网的应用

（一）针对家庭网关的网络结构

为了连接家庭内部网络与外部因特网，在它们之间必须具备一个家庭网关。家庭网关是家庭无线网络的关键组成部分，它不仅实现了家庭无线网络的各类通信协议间的转换和共享信息，并与因特网进行数据交换，而且还能较好的控制和管理家庭中的各种网络终端。同时，这个网关还应具备防火墙的功能，保证网络终端设备的安全。

（二）WiFi技术的家庭组网

WiFi一般用在在家庭组网中的家庭网关与各种信息家电上。我们能利用遥控器、手持网络终端或个人电脑连接家庭网关，并使用家庭网关有效的控制与管理各种信息设备。因而，能使用客户/服务器的网络体系结构。家庭网关相当于体系里的服务器，用来控制与管理各种信息设备，这样就建立了一个瘦客户端与胖服务器网络体系。

1.家庭网关部分

家庭网关是家庭网络中不可缺少的部分，它用来连接所有的控制设备与家电设备，然后再和外部因特网相连。因此网关不仅需要具备WiFi功能，而且还得提供如HTIP、WebServer、TCP/IP等高层应用以及图形用户界面功能。然而这些应用层必须使用统一的设备管理协议，来控制和管理网络中设备的状态查询、参数配置、删除和添加等事项。UDCP使用客户/服务器网络结构。其中控制设备、各信息家电是所谓的服务器，客户则是家庭网关。

家庭網关是在嵌入式Linux的基础上架构的。因此通过嵌入式的Linux系统来提供WiFi功能，实现HTTP、TCP/IP、Web-Server高层应用和图形用户界面功能。用户必须通过首先身份验证，才能登陆到家庭网关上，利用系统功能来控制和管理信息家电。

嵌入式Web服务器还能被用于家庭网中。当我们登陆到网关后，就能使用这种服务器所提供的Web页面功能来控制和管理各种信息家电。

家庭网关开启后，完成系统的初始和相应服务加载后，处理接收到的用户查询或控制请求，再经过转化，利用WiFI传递给控制设备或信息家电。另外，家庭网关还能将WiFi接收到的家电当前状态信息，处理后传送给控制设备。

2.信息家电部分

在信息家电上实现WiFi功能可以采用两种方式。一种是本身自带WiFi功能的信息家电，要想实现WiFi功能是最简便的。现如今，很多家用电器都支持WiFi功能。第二种是本身不支持WiFi功能而需要扩展的信息家电，扩展可以采用Rabbit公司研发的相应的开发包一级WiFi核心模块来进行。一般家庭网关就能实现信息家电的高端使用功能，因此上层协议不必采用WiFi，只对它进行控制。

信息家电将接收到的状态信息传送给扩展设备或自身，然后将接收到的数据转化成UDCP报文，再利用WiFi传递给家庭网关。此外，信息家电还能利用WiFi接收到家庭网关信息，并将信息进行处理与转换后用来查询或控制家电，同时通过WiFi把家电动态的信息状态反馈到家庭网关。

四、WiFi的发展方向

目前WiFi由于价格低、便捷、高效，成为最普遍的无线组网技术，而且逐渐在无线领域站稳了脚步。可是WiFi技术在商用上仍然存在很多缺陷，一是由于自身技术的限制，无法解决安全性、漫游性和计费等问题。二是WiFi没有明确的盈利方式，单独来运营WiFi，成本高收益低，打消了电信运营商的投资积极性。因此目前只用于这些方面：

（一）弥补高速有线接入技术的不足

为了弥补XDSL、以太网等有线接入技术的不足，引进了WiFi技术，WiFi技术具有成本低、移动性强的优点，能更方便的用于本身采用有线接入方式但需要无线延伸的情况，譬如建立临时会议室等。因为它们在传播速率、可靠性以及覆盖范围上存在差异，因此可以使用WiFi技术来对高速有线接入进行补充。

（二）弥补蜂窝移动通信的不足

蜂窝移动通信覆盖面积高、移动性高，可传输速率偏低，利用WiFi技术的高速传播速率可以弥补它的不足。同时WiFi不但能使用蜂窝移动通信网络里完善的计费和鉴权机制，还能融合蜂窝移动通信网络的覆盖率广的优点，进行多接入切换。实现蜂窝移动通信与WiFi相结合，从而增大业务量。

（三）弥补3G的不足

用来对3G进行补充。WiFi技术在提供上网、接收email等应用之外，并无强制性、独占性的应用服务出现，因此很难吸引大量用户族群。历史证明，必须混合使用各种接入方式，才能提高可靠性、有效性和经济性。

五、小结

如今大部分的电子产品和家用电器具有支持WiFi功能，同时由于WiFi的普及与相关软件的开发，使得家用电器功能得到很大飞跃。随着互联网的发展和普及，把家庭中具有网络功能的家用电器，利用无线组网技术连接起来，并与外部因特网进行连接，从而实现家居系统的功能化和智能化。

参考文献：

[1]莫晓明，陈静.智能家居的无线组网技术[J].微处理机，2007（01）.

[2]熊少英.共享WIFI系统设计与实现[D].西安电子科技大学，2012.

[3]王昌达，鞠时光.无线组网技术中的安全问题[J].计算机科学，2006（07）.

[4]李晓阳.WiFi无线互联技术在智能家居中的应用[N].电子报，2012，9.

作者簡介：刘剑（1976.1-），男，陕西西安，中国电信股份有限公司西安分公司项目主管，工程师，研究方向：无线网络建设及维护。

作者：刘剑

家庭网关设备管理论文篇3：

基于ZigBee和Android的智能家居终端控制系统的设计

摘要：本文提出一种基于移动互联网的智能家居终端系统方案，智能家居本地网关部分由ZigBee无线传感器与家庭宽带网络组成，基于移动互联网的智能设备，通过控制终端软件与家庭宽带网络连接，并通过本地网关获取信息和控制智能家居设备，从而实现基于移动互联网的智能家居系统。其核心是解决移动互联网终端设备与智能家居设备之间的相互通信。

关键词：智能家居；移动互联网；ZigBee；Android

Mobile Internet-based Smart Home Terminal System Design

JIANG Xin-dao，ZHANG Qin

（Anhui Vocational College of Electronic and Information Technology， Bengbu 233060， China）

Key words： smart home；mobile Internet；ZigBee；Android

1 整體框架设计

整个智能家居框架结构由三部分组成：ZigBee本地网络、家庭网关和智能终端，如图1。其中，ZigBee本地网络由若干ZigBee无线模块连接家中的各种设备，用以采集基础数据和发送控制信号。家庭网关负责连接本地网络与远程控制终端，内（ZigBee）外（TCP/IP）网之间的协议转换和家居基础数据的管理，是整个家居系统的核心组件。

2 网关设计

ZigBee网络采用星形结构，供电方式选择直流供电。移动终端设备与家庭网关数据交互采用http超文本传输方式，具体流程如图2。

智能家居设备通过传感器采集温度、压力等数据，经I/O接口与ZigBee相连，通过ZigBee协议将这些基础数据传送给家庭网关。家庭网关的ZigBee模块设计如图3所示。

网关与ZigBee适配器之间的I/O接口选择串口接口（兼容性更好）。其控制过程如图4所示。

ZigBee模块设计：

本文选用CC2430芯片作为主要部件，再配合晶振时钟电路和射频电路，可以实现预期效果。CC2430的典型应用电路如图5所示。

数据库设计：因为要对设备进行管理，所以要在数据库中添加设备管理表。同时还要对用户权限进行设置，因此还要有权限管理表。网关部分的数据库设计如图6所示：

功能框架设计：整个网关系统由用户管理、设备管理、终端管理、权限管理和日志管理5大管理模块组成。

3 终端软件设计与实现

3.1 终端数据库设计利用SQLite数据库实现数据存取功能

1）数据库结构设计：家居设备表用来存储家居设备的信息，诸如编号、名称、IP地址等。其中，设备的类型指所使用的传感器的类型。操作类型则是指允许对设备进行的操作，如电器设备的开、关等。设备状态表用来存储某设备某时间段的状态。

2）数据库代码实现：由于Android系统的开放性， SQLite数据库用户仅需继承其提供的开放接口，就能实现SQLite数据的基本操作。数据操作类结构见图8。

具体代码如下：

3）控制系统功能框架设计：控制系统由五大模块组成，分别是登录、开关、温度、监控和计量模块。各模块之间的结构如图9所示。

4）登录模块：实现终端用户的身份认证。用户登录流程见图10。

（1）用户登录：通过Android系统打开登录界面，输入用户名和密码，该数据通过Android系统提交给家庭网关进行比对处理，再反馈给Android用户界面。

（2）用户注册：通过Android系统打开登录界面，输入新的用户名并设置新的密码，数据通过Android系统提交给家庭网关比对、存储，处理后再反馈回Android界面。

（3）家庭网关数据的获取：通过超文本传输协议HTTP访问家庭网关，通过HttpPost向家庭网关提交数据请求，家庭网关首先要对数据请求进行判断，然后对数据进行处理，最后将处理的结果再次通过HTTP协议反馈给终端设备。具体处理流程见图11，代码如下：

5）主控模块负责智能家居设备的管理工作。

一方面，用户通过Android终端控制器向家庭网关发送控制信息，家庭网关通过ZigBee网络将控制信息发送给指定的家居设备；另一方面家居设备也可以通过ZigBee网络向家庭网关发送数据，再由家庭网关将数据信息发送到Android终端上，通过Android界面显示。数据交互过程见图12：

3.2 模块设计与实现

1）登录模块：用户通过登录模块进入远程控制系统，进入控制界面。登录流程见图13：

用户打开系统后会出现登录界面（见图14左图），如注册新用户，则弹出右侧注册界面。

2）主控模块：负责完成对智能家居的控制。具体流程如图15所示：

当用户进入主控模块，则可实现对家中各房间的控制，主控界面见图16。

进入房间后，可以对房间内各智能家居设备，如灯具的开关，空调的开关、视频监控等进行控制。同时，用户还可以新建房间，也可以自定义房间图标显示的房间信息。

3）温度监控：温度监控过程如图17所示：

4 系统测试结果与分析

4.1 硬件环境

Zigbee模块采用广州星博技术公司生产的无线智能控制板（图18）；智能网关采用高性能计算机一台（CPU四核 2.4GHz，内存8GB，硬盘1TB）；终端选择华为荣耀8和红米5两款手机；家居设备：松下P50U30C电视机*1，摄像头*2，温控电路模块*2，戴尔Vostro14-5480笔记本电脑*1，光控电路模块*2，开关控制器*4，串口调试器*1。

4.2 软件环境

家庭网关端：操作系统采用Windows 2008 Server并安装数据库管理软件MSSQL2008；移动终端采用安卓操作系统，同时开启GPRS。

4.3 测试结果分析

1）开关监控：较为成功地实现了家居开关状态的管理。本次实验主要目的是分析开关状态切换的延迟对操作结果的影响，共进行4组，每组5次。实验结果见表3：

实验表明：当切换间隔很短，会造成开关操作失败。原因分析：1）网关接收数据需要一定的时间进行处理； 2）开关控制器也有响应时间。这对我们网关程序设计提出要求：必须充分考虑开关切换时间间隔问题。

2）温度监控：测试过程同上。主要问题：1）温度采集区域差异性，如卧室与客厅存在温度差异；2）温度传感器的不稳定性会导致每次获取的温度有差异。

3）视频监控：本次实验主要分析视频信号传送中，清晰度与流畅度之间的关系，实验结果见表4：

实验结果：视频采集清晰度高则画面的流畅度就差。原因：當视频采集的像清晰度提高，则需传送的数据量就增大，而对应的网络带宽不变，所以画面变得不够流畅。解决方法：在家庭网关部分加入图像压缩技术。

5进一步的工作

本文通过Android操作系统、ZigBee无线通信和移动通信网络实现了智能家居系统基本功能。但实现的主控模块相对较少，仅实现了对设备开关、视频监控的控制。进一步的工作目标为：1）实现对家居设备的较高级控制，如对家用电脑的控制。2）尝试ZigBee和WIFI混合，提高组网灵活性。

参考文献：

[1] 张良.智能家居控制系统的设计与开发[D].重庆：重庆大学，2011.