论文题目: 家庭网络平台研究与构造
论文类型: 博士论文
论文专业: 控制科学与工程
作者: 娄嘉骏
导师: 钱积新,吴明光
关键词: 家庭网络,家庭自动化,信息家电,家庭网关,嵌入式系统,公共应用语言,片上系统
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 随着信息化技术的迅猛发展,为满足人们对家庭自动化的需求,各类家庭网络协议层出不穷。针对当前对家庭自动化研究的局限性,本文在深入的剖析消费总线协议的基础上,结合平台技术、Internet网络技术以及片上系统技术(SoC)等,提出了面向家电企业的家庭自动化的系统解决方案——家庭网络综合开发平台。设计开发了消费总线硬件平台、软件协议栈、支撑软件、关键设备及演示系统等。在家庭自动化网络的发展成为必然的情况下,进行全面而具有前瞻性的研究工作,为行业的发展积累经验,提供新的思路和方法。 针对以上目标,本文主要从以下几个方面对家庭网络进行了系统地研究: 根据消费总线的分层结构,全面剖析了物理层、数据链路层、应用层的原理和实现方法。基于面向对象思想分析了网络家电通用模型,设计了描述的数据关联和存储结构,并开发了家电模型自动化描述软件。结合CEBus协议栈、家庭网络设备管理器、嵌入式操作系统、通用硬件平台等软硬件,构造了完整的家庭网络开发设计平台(环境)。并通过演示系统的开发,总结了CEBus设备开发的规范流程,验证了平台的通用性和有效性。 TCP/IP协议的广泛应用,尤其是Internet技术的发展和普及,以及家庭网络远程监控的需求,家庭网络和基于TCP/IP协议的网络互联已是必然趋势。本文设计了三款各具特色的家庭网关,提出并实现了TCP/IP和CEBus双协议栈的软件框架,主要以代理服务器的模式实现家庭网络的Internet接入,免去了复杂的客户端软件。 网络家电的成本是制约家庭网络推广的一个重要因素,本文提出并实现了一种新型的双绞线通讯方案,设计了一种改进的脉宽编码方案和信道竞争算法,实现了CEBus网络的物理层和数据链路层功能,突破了一个重要的技术瓶颈。 完成了MCS-51架构的家电控制SoC芯片—ZHHN600总体设计,集成有家电控制的常用接口,设计了基于CSMA/CDCR技术CEBus链路层IP。该芯片已流片完成,并通过了主要功能的测试,为CEBus设备提供了高性价比的硬件平台。此外,还提出了基于ARM内核的家庭网关SoC芯片设计方案,并给出了其软硬件架构和参考平台。两款芯片可构成较完整的家庭网络核心平台。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 家庭自动化的需求与发展
1.2 主流家庭网络协议简介
1.2.1 X-10
1.2.2 LonTalk
1.2.3 CEBus
1.2.4 BACnet
1.2.5 EIB
1.2.6 HBS
1.2.7 其它协议
1.3 消费总线简介
1.3.1 消费总线的发展
1.3.2 消费总线的优势
1.3.3 消费总线的协议框架
1.4 完整的家庭网络
1.5 主要研究内容与论文结构
第二章 消费总线物理层
2.1 低压电力线载波通讯中信道状况分析
2.1.1 低压电力线输入阻抗特性分析
2.1.2 低压电力线衰减特性分析
2.1.3 低压电力线干扰特性分析
2.1.4 结论
2.2 基于X-10的电力线窄带载波通讯
2.2.1 X-10电力线窄带载波编码
2.2.2 X-10载波通讯分析
2.3 基于CEBus的电力线扩频载波通讯
2.3.1 CEBus电力线线性扩频编码
2.3.2 CEBus线性扩频技术分析
2.3.3 电力线耦合模块的设计
2.4 通讯模块的性能测试和分析
2.4.1 目的和原理简述
2.4.2 全频带通讯试验
2.4.3 不同频带的干扰通讯试验
2.4.4 不同频带的带通通讯试验
2.4.5 试验结论
2.5 本章小结
第三章 消费总线数据链路层
3.1 数据链路层相关服务
3.1.1 从物理层获得的服务
3.1.2 向网络层提供的服务
3.2 数据链路层帧结构
3.2.1 数据帧格式
3.2.2 响应帧格式
3.2.3 “前导0”抑制
3.2.4 地址的使用
3.3 数据链路层的通讯机制
3.3.1 避免竞争的方法
3.3.2 冲突检测和竞争解决
3.3.3 无响应服务的重发机制
3.3.4 立即响应和立即重试
3.3.5 有响应服务的重发机制
3.3.6 忙队列
3.4 帧的发送与接收
3.5 数据链路层的实现
3.5.1 P300与主控器的通讯
3.5.2 P300工作参数的设定
3.6 本章小结
第四章 消费总线应用层
4.1 应用层简介
4.2 应用层的工作过程
4.2.1 隐式调用
4.2.2 显式调用
4.2.3 显式重试
4.2.4 条件调用
4.3 节点通讯的数据格式
4.3.1 BF格式的APDU
4.3.2 BV格式的APDU
4.4 节点通讯的安全性
4.4.1 双向身份认证
4.4.2 单向身份认证
4.4.3 加密和身份认证算法
4.5 本章小结
第五章 公共应用语言
5.1 CAL的功能
5.2 CAL的组成
5.2.1 上下文
5.2.2 对象
5.2.3 实例变量
5.2.4 方法
5.3 对象规格说明书
5.3.1 节点控制对象
5.3.2 上下文控制对象
5.3.3 二元开关对象
5.3.4 对象的报告功能
5.4 CAL的语法
5.4.1 命令
5.4.2 操作列表
5.4.3 消息
5.4.4 参数传递
5.4.5 消息的响应
5.5 资源控制功能的实现
5.6 CAL语言应用示例
5.7 本章小结
第六章 设备描述与CAL解释器
6.1 描述设备的数据结构
6.2 上下文描述文件
6.3 CAL解释器
6.3.1 CAL程序的数据结构
6.3.2 分级函数
6.3.3 出错处理
6.4 命令的执行
6.4.1 简单方法的执行
6.4.2 宏的执行
6.5 报告功能的实现
6.6 本章小结
第七章 家电即插即用规范
7.1 HomePnP的依赖性与独立性
7.2 HomePnP的基本概念
7.2.1 三类对象
7.2.2 绑定和互操
7.2.3 状态向量
7.3 上下文绑定
7.3.1 上下文绑定的原理
7.3.2 扩充的上下文控制对象
7.3.3 状态对象动态获取上下文序号
7.3.4 侦听对象绑定到状态对象
7.3.5 请求对象绑定到状态对象
7.4 HomePnP的应用
7.4.1 设备安装
7.4.2 家电系统互操
7.5 本章小结
第八章 CEBus家庭网络开发平台
8.1 硬件平台设计
8.2 设备功能模型描述
8.3 数据结构的建立
8.4 接口函数的编写
8.5 编写传统的设备软件
8.6 运行调试
8.7 消费总线演示系统
8.7.1 四路灯光控制器的开发
8.7.2 亮度传感器的开发
8.7.3 系统调试
8.8 本章小结
第九章 家庭网关的研究与开发
9.1 嵌入式Internet技术
9.2 中间件技术
9.2.1 中间件的特点及优势
9.2.2 中间件的应用领域与分类
9.2.3 CEBus协议栈
9.3 基于Rabbit 2000的简单家庭网关
9.3.1 系统总体设计
9.3.2 家庭网关硬件设计
9.3.3 家庭网关软件设计
9.3.4 设计小结
9.4 基于ARM的家庭网络服务器
9.4.1 家庭网络服务器硬件设计
9.4.2 家庭网络服务器软件平台
9.4.3 家庭网络服务器应用软件
9.4.4 设计小结
9.5 基于SMS访问家庭网络的软件解决方案
9.5.1 开发背景
9.5.2 系统架构
9.5.3 软件设计
9.5.4 设计小结
9.6 本章小结
第十章 家庭网络SoC平台
10.1 SoC平台技术
10.1.1 SoC技术的优势
10.1.2 SoC的设计方法
10.2 双绞线通讯方案
10.2.1 物理层
10.2.2 数据链路层
10.2.3 中继器与路由器
10.3 家电控制SoC芯片设计与实现
10.3.1 芯片的架构
10.3.2 关键IP数据链路层模块的设计
10.3.3 验证、流片与测试
10.4 家庭网关SoC芯片架构
10.4.1 硬件架构
10.4.2 软件架构
10.5 本章小结
第十一章 结束语
11.1 研究工作总结
11.2 挑战与展望
参考文献
攻读学位期间的科研项目和成果
作者简介
致谢
发布时间: 2005-07-27
参考文献
- [1].竞争环境下家庭网关发展研究[D]. 崔瑞媛.北京邮电大学2012
相关论文
- [1].嵌入式Internet的技术实现及其安全问题的研究[D]. 王勇.浙江大学2002
- [2].家庭网关中的资源管理[D]. 张焕强.中国科学院研究生院（软件研究所）2003
- [3].嵌入式系统的硬/软件协同设计研究[D]. 程国达.复旦大学2003
- [4].实时操作系统的若干关键问题研究[D]. 陈晗斐.浙江大学2004
- [5].嵌入式实时系统中关键技术的研究[D]. 毛佳.吉林大学2004
- [6].基于嵌入式网络技术的网络化自动抄表系统的研究[D]. 周志洪.浙江大学2005
- [7].基于UML的嵌入式系统系统级设计方法研究[D]. 陈燕.复旦大学2005
- [8].无线家庭网络电磁环境及关键射频技术的研究[D]. 刘彤.东南大学2006
- [9].基于OSGi的家庭网关及其关键技术研究[D]. 刘伟.复旦大学2005
- [10].基于XML/BACnet的家庭网络系统研究[D]. 王中明.华中科技大学2006
标签：家庭网络论文; 家庭自动化论文; 信息家电论文; 家庭网关论文; 嵌入式系统论文; 公共应用语言论文; 片上系统论文;