（通信与信息系统专业论文）基于sip协议的嵌入式家庭网关研究.pdf

摘要 随着人们生活水平的提高和自身对生活环境的不断追求，智能家居成为未 来生活的必然需求之一，而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、多媒体通信等的载体，对智能家居家庭网关的研究已经 成为世界热点之一。 本文针对现有智能家居家庭网关不能解决不同标准终端混合接入问题，率 先提出了家庭网关p 2 p 化的解决方案，解决了混合终端接入问题，同时实现了 智能小区资源共享，优化了家庭网关的路由算法，并提出了家庭网关p 2 p 环境 下应该进行的健壮性研究。本文在总体开发方案上采用嵌入式开发流程，以 q q 2 4 4 0 v 3 开发板为基板，对l i n u x 系统、应用软件进行相应的裁剪和移植，实 现了论文设计的家庭网关的软硬件平台。 为实现基于s i p 协议的嵌入式家庭网关，本文做了大量的研究工作： ( 1 ) 在对比h 3 2 3 协议基础上，将3 g p p 和t f 推崇的s i p 协议引入家庭网关， 使得家庭网关能够更好的接入下一代核心网和3 g 网络，并且基于s i p 协议 的家庭网关能够支持丰富的多媒体功能。s i p 协议通过扩展信息包头可以方 便的实现新功能的拓展，极大的提升了家庭网关的扩展性。 ( 2 ) 为实现非标准s i p 终端接入智能家居及实现整个智能小区的资源共享，本文 引入c h o r d 算法，使整个智能小区的家庭网关构成c h o r d 环。智能家居终端 信息和智能小区共享信息按照c h o r d 算法均衡的存储于各个家庭网关的 s d r a m 中，利用c h o r d 路由算法能够实现不同标准混合终端之间的定位与 会话。 ( 3 ) 为方便智能家居终端布线，本文采用z i g b e e 技术设计了无线收发模块，其性 能远优越于蓝牙技术，使得家庭网关实现了有线终端和无线混合的灵活接 入，提升了用户体验。 ( 4 ) 将r a d i u s 认证软件和i p t a b l e s 防火墙进行a r m 平台移植，配合s i p 协议 本身支持加密传输，使得整个智能家居的安全性得到极大的提升。 ( 5 ) 本文设计的家庭网关中，s i p 协议采用o p e n s e r 协议栈实现，并且为了进一 步实现其与r a d i u s 认证机制的融合，本文修改了o p e n s e r 协议栈、r a d i u s 认证模块的相关配置，实现了r a d i u s 认证软件、o p e n s e r 协议栈、m y s q l 数据库的整合。 ( 6 ) 家庭网关p 2 p 化方案解决了不同标准混合终端接入及智能小区资源共享问 题，但是同时也使得家庭网关应用于新的、复杂的环境，为进一步提升整个 智能家居乃至于智能小区的健壮性，本文提出了p 2 p 环境家庭网关健壮性研 究包括的内容，并研究和设计了相关的健壮性机制。 本文在对家庭网关进行总体设计的基础上，分别进行硬件平台架构和软件 平台架构。其中硬件平台是在q q 2 4 4 0 v 3 开发板基础上进行二次开发的，根据 本文设计家庭网关的使用环境，对i n t e m e t 接口模块进行改进，使用d m 9 0 0 0 芯 片替代c s 8 9 0 0 a ，使得家庭网关可以接入1 0 0 m b i t s s 的物理连接。i n t e r n e t 接口 模块的改进，满足家庭网关多媒体通信和数字电视接入的要求。在硬件平台中， 主要设计开发了z i g b e e 无线收发模块，使用f r e e s c a l e 的m c l 3 1 9 3 作为家庭网 关的无线射频芯片，m c l 3 1 9 3 和f r e e s c a l e 的无线控制器芯片m c 9 s 0 8 g t 6 0 一 起组成无线收发模块。采用m c l 3 1 9 3 和m c 9 s 0 8 g t 6 0 构成无线收发模块直接 通过串口与微处理器连接，不用设计和实现z i g b e e 协议栈，极大的缩减了家庭 网关的研发成本和研发周期。家庭网关的软件平台架构分为嵌入式系统实现和 应用软件实现，本文中主要研究了应用软件实现。嵌入式系统的实现分为b o o t l o a d e r 、系统内核、文件系统的裁剪和a r m 移植。应用软件的研究包含o p e n s e r 协议栈、r a d i u s 认证、c h o r d 算法，o p e n s e r 协议栈的a r m 移植在家庭 网关实现了s i p 协议，为多媒体通信提供了载体；r a d i u s 认证模块的a r m 移 植使得家庭网关更加安全，通过修改配置文件实现了与o p e n s e r 协议栈、m y s q l 数据库的融合；c h o r d 算法是本文实现家庭网关p 2 p 化的关键，通过s h a 1 算 法具体来实现c h o r d 算法，设计了c h o r d 算法的功能模块并研究了模块间的通 信机制。 为解决不同标准混合终端接入问题，家庭网关将运用在p 2 p 环境下，新的 使用环境使得家庭网关的健壮性具有新的特点。本文对家庭网关的健壮性研究 主要分为四个方面：家庭网关外部连接健壮性、家庭网关资源转移备份、c h o r d 算法三表及时更新、c h o r d 算法路由优化。家庭网关外部连接健壮性研究使得终 端消息及会话能够被路由，防止单链路的中断；家庭网关资源转移备份使得家 庭网关保存的非标准s i p 终端消息和共享消息能够在家庭网关重启时得到有效 的保护；c h o r d 算法三表指的是f i n g e r t a b l e 、反向f i n g e r t a b l e 、后继备份表， f i n g e r t a b l e 在消息路由时有着至关重要的作用，反向f i n g e r t a b l e 和后继备份表 主要在家庭网关资源转移备份时使用。f i n g e r t a b l e 和反向f i n g e r t a b l e 在本文设 计时采用事件触发更新，后继备份表使用h e a r t b e a t 参数来进行实时更新。c h o r d 算法三表的更新反映了c h o r d 网络的拓扑结构变化，将对家庭网关终端之间的 定位、呼叫、会话产生决定作用；家庭网关处理的信息量大，信息路由速度是 其健壮性的直接体现，本文中根据家庭网关中设计的f i n g e r t a b l e 和反向 f i n g e r t a b l e 将f u l lc h o r d 路由算法引入，使得路由效率相对于原始c h o r d 算法提 高了将近5 0 。 为验证基于s i p 协议的嵌入式家庭网关的性能，本文对家庭网关进行了功能 测试，并截取了标准s i p 终端语音会话、视频会话及不同标准混合终端三方会议 三个典型试验的运行图像。测试试验说明本文设计的家庭网关功能达到论文开 题要求，支持多媒体通信，解决了不同标准混合终端接入问题。基于s i p 协议的 嵌入式家庭网关还在杭州地区进行了规模性实际使用，取得了良好的效果。 基于s i p 协议的嵌入式家庭网关具有以下创新点： ( 1 ) 提出了家庭网关p 2 p 化的方案，将c h o r d 算法引入到智能小区以实现家庭网 关构建c h o r d 环，解决了智能家居不同标准混合终端接入问题，实现了智能 小区资源的共享。 ( 2 ) 提出了在p 2 p 环境下家庭网关健壮性机制新的特点，并且进行了相关健壮性 研究。 本文设计的基于s i p 协议的嵌入式家庭网关解决了不同标准终端混合接入 问题，支持多媒体通信，同时具有可拓展性、高安全性、高健壮性，并且通过 实验验证和规模性实际使用测试，具有一定的经济意义和社会意义。 关键词：智能家居，家庭网关，s i p 协议，z i g b e e 协议，c h o r d 算法 i i i a bs t r a c t ，i t ht h ep r o m o t i n go fs t a n d a r do fl i v i n ga n dc o n t i n u o u ss e e k i n gf o ro u r h a b i t a t i o n i n t e l l i g e n th o m ew i l lb e c o m eo n eo fo b l i g a t o r yn e e di no u rf u t u r el i f e t h es t u d yo fh o m eg a t e w a yw i l lb e c o m eo n eo fh o t s p o ti nt h ew h o l ew b r i d w h i c hi s f o rt h a th o m eg a t e w a yi st h ec o r ei nt h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e ni n s i d ea n do u t s i d e o ft h ei n t e l l i g e n th o m e b e s i d e st h a t ，h o m eg a t e w a yi sac a r d e ro fl o n g - r a n g e c o n t r o l ，v i d e om o n i t o r , m u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o na n ds oo n t h eq u e s t i o no ft h a tt h et e r r n i n a l so fd i f f e r e n ts t a n d a r d sa r eu n a b l et oa c c e s st o t h eh o m eg a t e w a yi sa i m e di nt h ep a p e r t h es o l u t i o no fi ti sp r o p o s e di nt h ep a p e r , a n dw h i c hi st ou s eh o m eg a t e w a yi np 2 pe n v i r o n m e n t t h er e s o u r c eo ft h es m a r t c e l lc a nb es h a r e db yt h es o l u t i o n t h er o u t i n ga l g o r i t h mi so p t i m i z e da n dt h e r o b u s t n e s ss t u d yo fh o m eg a t e w a yi np 2 ps u r r o u n d i n gi sr a i s e di nt h ep a p e r t h e e m b e d d e dd e v e l o p m e n tp r o c e s si sa d o p t e da st h et o t a ld e v e l o p m e n tp r o g r a n l t h e d e v e l o p m e n tb o a r d o fq q 2 4 4 0 v 3i s a d o p t e d a ss u b s t r a t e t h e c u t t i n ga n d t r a n s p l a n t a t i o ni sa c h i e y e di nd e v e l o p m e n tb o a r d ，l i n u xs y s t e m ，a n da p p l i c a t i o n s o f t w a r e ，w h i c hr e a l i z et h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r ep l a t f o r mo ft h eh o m eg a t e w a y n u m e r o u ss t u d yw o r k sa r ed o n et or e a l i z et h ee m b e d d e dh o m eg a t e w a yb a s e d o ns i pp r o t o c o l ： ( 1 ) t h es i pp r o t o c o lw h i c hi sa c c o r d e dg r e a ti m p o r t a n c eb yi e t fa n d3 g p pi sp u l l e d i n t oh o m eg a t e w a yb a s e do nt h ec o m p a r i s o nt oh 3 2 3 t h en e x tc o r en e t w o r k a n d3 gn e t w o r kw i l lb es w i t c h e di n t ob vs i pp r o t o c 0 1 t h er i c hm u lt i m e d i a f u n c t i o n sw i l lb es u p p o r t e db yu s i n gs i pp r o t o c 0 1 t h en e wf u n c t i o nw i l lb e a c h i e v e db ye x p a n d i n gt h ei n f o r m a t i o np a c k e th e a d e r , w h i c hr a i s e st h ee x p a n s i o n o fh o m eg a t e w a y ( 劲t h ec h o r da r i t h m e t i ci sp u l l e di n t oh o m eg a t e w a yt os w i t c hi nn o n s t a n d a r ds i p t e r m i n a la n ds h a r er e s o u r c e si ni n t e l l i g e n ts u b d i s t r i c t t h ec h o r dl o o pi sf o r m e d b yh o m eg a t e w a y t h es d r a mo fh o m eg a t e w a yi su s e dt os t o r et h ei n f o r m a t i o na b o a tt h et e r m i n a lo fi n t e l l i g e n th o m ea n ds h a r i n go fi n t e l l i g e n ts u b d i s t r i c t ， w h i c hi sa p p l i e dt or e a l i z et h el o c a t i n ga n dc o m m u n i c a t i o no fd i f i e r e n ts t a n d a r d t e r m i n a l s ( 3 ) t h ez i g b e ep r o t o c o li sa p p l i e dt od e s i g nt h em o d u l eo fw i r e l e s s ，w h i c hw i l lb e c o n v e n i e n tt oi n s t a l lt e r m i n a l s t h ez i g b e ei sm o r es u p e r i o rb l u e t o o t ht e c h n o l o g y t h ew i r e da n dw i r e l e s st e r m i n a l sc a nb es w i t c hf l e x i b l yi nh o m eg a t e w a y ，w h i c h w i l lp r o m o t et h ee x p e r i e n c eo fu s e r s ( 4 ) t h er a d i u sa n di p t a b l e sa r et r a n s p l a n t e dt oa r m ，w h i c hp r o m o t et h es e c u r i t y o fh o m eg a t e w a yb yc o o r d i n a t i n gw i t he n c r y p t e dt r a n s m i s s i o no fs i pp r o t o c 0 1 佑) t h es i pp r o t o c o li sc o m et u r eb yo p e n s e ri nt h ep a p e r t h eo p e n s e ra n d r a d i u sa r ef u s e db ya l t e r i n gt h ec o n f i g u r a t i o no ft h e m w h i c hb r i n g sa b o a tt h e i n t e g r a t i o no fr a d i u s o p e n s e r ，a n dm y s q l ( 6 ) t h eq u e s t i o nw h i c hi sh o wt h ed i f f e r e n ts t a n d a r dt e r m i n a l ss w i t c hi na n dh o wt h e r e s o u r c e sw i l lb es h a r e di sr e s o l v e db yt h ep 2 ps o l u t i o no fh o m eg a t e w a y t h e i v h o m eg a t e w a yi su s e di nn e wa n dc o m p l e xe n v i r o n m e n ta n dt h en e wr e s e a r c h c o n t e n to fr o b u s t n e s si sr a i s e d t h er e l a t i v er o b u s t n e s sm e c h a n i s mi ss t u d i e da n d d e s i g n e d ，w h i c hp r o m o t et h er o b u s t n e s so fi n t e l l i g e n th o m ea n di n t e l l i g e n t s u b d i s t r i c t t h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r ep l a t f o r ma r ed e s i g n e df o rt h eh o m eg a t e w a yb a s e d o nt o t a la r c h i t e c t u r ei nt h ep a p e r t h eh a r d w a r ep l a t f 0 1 i i li sd e s i g n e da g a i no nt h e b a s i so fq q 2 4 4 0 v 3 t h em o d u l eo fi n t e r n e ti si m p r o v e da n dt h ec $ 8 9 0 0 ai sr e p l a c e d o fd m 9 0 0 0 w h i c hl e t st h er e t i c l eo f1 0 0 m b i t s sc a nb ep u l l e di n t ot h eh o m e g a t e w a y t h er e q u i r e m e n to fm u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o na n dd i g i t a lt vw i l lb em e t b yt h ei m p r o v e m e n to fi n t e r n e tm o d u l e t h ew i r e l e s sm o d u l eo fz i g b e ei sm a i n l y d e v e l o p e di nt h eh a r d w a r ep l a t f o r m t h em o d u l ei sr e a l i z e db ym c l 3 1 9 3a n d m c 9 s 0 8 g t 6 0 ，w h i c hi sp r o d u c e db yf r e e s c a l e t h em o d u l ei sd i r e c t l ya t t a c h e dt o m c ub vs e r i a lp r o ta n dt h ez i g b e ep r o t o c o ls t a c kn e e dn o tb ed e s i g n e db yy o u r s e l f , w h i c hc u t sd o w nt h er e s e a r c hp e r i o da n dr e d u c e st h ec o s t t h es o f t w a r ep l a t f o n ni s a c h i e v e db ye m b e d d e ds y s t e ma n da p p l i c a t i o ns o f t w a r ea n dt h ea p p l i c a t i o ns o f t w a r e i s m a i n l ys t u d i e d t h ee m b e d d e ds y s t e mi s r e a l i z e db yc u t t i n go u ta n da r m t r a n s p l a n t m e n to fb o o t l o a d e r , s y s t e mk e r n e l ，a n dr o o tf i l e s y s t e m t h eo p e n s e r p r o t o c o ls t a c k ，r a d i u sm o d u l e a n dc h o r da r i t h m e t i ca r ei n c l u d e di nt h ed e v e l o p m e n to fs o f t w a r ep l a t f o m t h es i pp r o t o c o li sa c h i e v e db yo p e n s e r w h i c h p r o v i d e st h ec a r d e rf o rt h em u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o n t h es e c u r i t yi sr a i s e db y r a d i u sm o d u l ea n dt h ei n t e g r a t i o no fr a d i u s ，o p e n s e r a n dm y s q li sr e a l i z e d b ya l t e r i n gc o n f i g u r a t i o nf i l e t h ec h o r da r i t h m e t i ci sr e a l i z e db ys h a 1a r i t h m e t i c a n di ti st h es t i c k i n gp o i n tt oa c h i e v ep 2 pn e t w o r kf o rh o m eg a t e w a y t h ef u n c t i o n m o d u l ei sd e s i g n e da n dc o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s mi sr e s e a r c h e di nt h ep a p e r t h eh o m eg a t e w a yi su s e di np 2 pe n v i r o n m e n tf o rs w i t c h i n gi nd i f f e r e n t s t a n d a r d so ft e r m i n a l s w h i c hl e tt h er o b u s t n e s so fh o m eg a t e w a yh a sn e wf e a t u r e f o u rf i e l d sa r ei n c l u d e di nt h es t u d yo fr o b u s t n e s sf o rt h eh o m eg a t e w a yi nt h ep a p e r ： t h er o b u s t n e s so fe x t e r n a lc o n n e c t i o n ，d i v e r t i o na n db a c k u p i n gt h er e s o u r c e so fh o m e g a t e w a y ，t h eu p d a 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e r s e f i n g e r t a b l e ，w h i c hp r o m o t e st h er o u t i n ge f f i c i e n c yn e a r l y5 0 t h a nt h e o r i g i n a lc h o r da r i t h m e t i c t h ef u n c t i o nt e s t sa r ed o n ef o rv a l i d a t i n gt h ef u n c t i o n so fh o m e g a t e w a yw h i c h i sd e s i g n e di nt h ep a p e r t h ep i c t u r e sa b o a tt h r e et y p i c a lf u n c t i o nt e s t sa r ei n t e r c e p t e d ： t h ev o i c es e s s i o nb e t w e e ns t a n d a r ds i pt e r m i n a l s ，t h ev i d e os e s s i o nb e t w e e ns t a n d a r d s i pt e r m i n a l s ，a n dt h r e e p a r tc o n f e r e n c eb e t w e e nd i f f e r e n ts t a n d a r d so ft e r m i n a l s t h e r e q u e s t sw h i c hr a i s e da tt h es t u d yp l a na r es a t i s f i e di nt h eh o m eg a t e w a y , w h i c hi s p r o v e db yt h ef u n c t i o nt e s t s t h eh o m eg a t e w a yd e s i g n e di nt h ep a p e rc a nr e s o l v e t h eq u e s t i o nt h a td i f f e r e n ts t a n d a r d sc a nn o tb es w i t c h e di n t oh o m eg a t e w a ya n d s u p p o r t st h ec o m m u n i c a t i o nf o rm u t i l m e d i a t h ee m b e d d e dh o m eg a t e w a yb a s e do n s i pp r o t o c o li sa c t u a l l yu s e di nh a n g z h o ua n dt h er e s u l ti sg o o d t h em e r i t so ft h ee m b e d d e dh o m eg a t e w a yb a s e do ns i pp r o t o c o li n c l u d e s ： ( 1 ) t h ep 2 ps o l u t i o nf o rh o m eg a t e w a yi sr a i s e da n dt h ec h o r da r i t h m e t i ci sp u l l e d i n t oi n t e l l i g e n ts u b d i s t r i c tt or e a l i z et h ec h o r dl o o pf o rh o m eg a t e w a y t h e q u e s t i o nt h a td i f f e r e n ts t a n d a r d so ft e r m i n a l sc a nn o tb es w i t c h e di n t oo r i 西n a l h o m e g a t e w a yi ss e t t l e da n dt h es h a r i n g b eb r o u g h ta b o a ti nt h ep a p e r ( 2 ) t h en e wf e a t u r e so fr o b u s t n e s sw h i c h o fr e s o u r c e si ni n t e l l i g e n ts u b d i s t r i c tc a l l a r ee m b o d i e di np 2 pe n v i r o n m e n ta r e p r o p o s e di nt h ep a p e ra n dt h er e l a t e dr o b u s t n e s sm e c h a n i s mi ss t u d i e d t h eq u e s t i o no ft h a tt h et e r m i n a l so fd i f f e r e n ts t a n d a r d sa r eu n a b l et oa c c e s st o t h eh o m e g a t e w a yi sr e s o l v e db ye m b e d d e dh o m eg a t e w a yb a s e do ns i pp r o t o c 0 1 t h em u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o ni ss u p p o r t e di ni ta n di th a se x p a n s i o n ，h i g l ls e c u r i t y a n dh i 【g hr o b u s t n e s s t h eh o m eg a t e w a yd e s i g n e di n t h i s p a p e ri sv e r i f i e db y e x p e r i m e n ta n de x a m e db ya c t u a lu s e t h e r ei se c o n o m i cs i g n i f i c a n c ea n ds o c i m s i g n i f i c a n c ei nt h ed e s i g n e dh o m eg a t e w a yi nt h ep a p e r k e yw o r d s ：i n t e l l i g e n th o m e ，h o m eg a t e w a y , s i pp r o t o c o l ，z i g b e ep r o t o c o l ，c h o r d a r i t h m e t i c v i 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特，l i j j j l l 以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：幺肆e t 期：边孕址 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论 文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录 本学位论文，并向社会公众提供信息服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生。签鼽啦导师。签钳弛聃埠幺2 武汉理工火学硕士学位论文 1 1 论文概述 1 1 1 论文研究背景 第1 章绪论 随着网络技术、计算机技术、通信技术的不断发展以及人们物质生活水平 的不断提高，人们对家居品质的要求也与日俱增。曾经在科幻片中我们幻想着 诸多的情景：不用打开电脑就可以接收e m a i l 和短消息；坐在沙发上就可以控制 家里所有的灯，并可调节亮度；躺在床上就能关掉卫生间的换气扇；不必下楼 就能为客人打开家门；下班途中拨一个电话就可以启动您家中的空调；每天晚 上，所有的窗帘都会定时自动关闭；可以随时随地视频电话，可以任我所需的 多方会议。这些曾经的科幻梦想，不断刺激着消费者对家居的追求，也不 断激励各个科研机构和厂商不断推动科技进步，现在，这个“科幻已经不再 是梦，所有的场景成为现实生活的真正需求。因此，智能家居这个概念开始深 入人心。 智能家居又称智能住宅，在国外常用s m a r th o m e 表示。与智能家居含义近 似的有家庭自动化( h o m ea u t o m a t i o m 、电子家庭( e l e c t r o n i ch o m e 、e h o m e ) 、数 字家园( d i g i t a lf a m i l y ) 、家庭网络( h o m en e t n e t w o r k sf o rh o m e ) 、网络家居 ( n e t w o r kh o m e ) 、智能家庭建筑( i n t e l l i g e n th o m e b u i l d i n g ) ，在我国香港和台湾 等地区，还有数码家庭、数码家居等称法。 智能家居一般是以住宅为基础平台，综合建筑装潢、网络通信、信息家电、 设备自动化等技术，将系统、结构、服务、管理集成为一体的高效、安全、便 利、环保的居住环境【1 1 【2 】【3 】。 智能家居可以作为一个目标或者一个系统，利用先进的计算机、网络通信、 自动控制等技术，将与家庭生活有关的各种应用子系统有机地结合在一起，通 过综合管理，让家庭生活更舒适、安全、有效和节能。与普通家居相比，智能 家居不仅具有传统的居住功能，还能提供舒适安全、高效节能、具有高度人性 化的生活空间；将一批原来被动静止的家居设备转变为具有“智慧 的工具， 武汉理t 大学硕士学位论文 提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的 生活方式，帮助人们有效地安排时间，增强家庭生活的安全性，并为家庭节省 能源费用等。 智能家居主要由宽带接入、家庭网关、信息家电网络、信息家电等组成，其 中家庭网关是整个智能家居的核心，不仅仅为家庭内部网络和家庭外部网络提 供网络连接，同时，要对家庭网络实现监控、远程控制，信息的路由选择、内 外网络之间的协议转换等功能【4 】【5 1 。因此，本文将家庭网关作为研究的对象。 在我国正在大力研究下一代核心网，3 g 通信、三网合一也是重要的研究课 题之一，如何设计一种能够广泛支持复杂终端接入，并且与下一代核心网实现 兼容的家庭网关成为本文研究的切实背景。 1 1 2 论文研究的目的和意义 研究智能家庭网关与用户对智能化家居体验的迫切需求相惜相关，其目的 和意义不言而喻，因此，智能家居成为全世界共同研究的课题之一。智能家居 化的系统雏形从2 0 世纪8 0 年代开始出现，我国在这方面起