【word】 基于高清双向数字电视机顶盒的物联网家庭网关探讨.doc

基于高清双向数字电视机顶盒的物联网家庭网关探讨设备器件有线电视技术李智浩天津广播电视网络有限公司刘刚天津广播电视网络有限公司滨海分公司摘要:本文通过剖析最新机顶盒处理器的性能,对高清双向机顶盒的架构进行重新设计,并藉此对家庭物联网的搭建做出浅显的探索.关键词:物联网高清双向机顶盒android系统家庭网关物联网是新一代信息技术的重要组成部分.物联网的英文名称叫”thetnternetofthings”.顾名思义,物联网就是”物物相连的互联网”.物联网是通过智能感知,识别技术与普适计算,泛在网络的融合应用,被称为继计算机,互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮.随着物联网技术的发展,终端由专用化,特殊化向标准化的过渡已经成为必然趋势,我们可以把现阶段的互联网认为是通过有线或者无线的方式接入,满足各种用户在生产中的监控,指挥调度,远程数据采集和测量,远程诊断,生活中的各种娱乐,信息获取等要求的一种存在(状态).对于有线网络运营商,对物联网的研究应聚焦在生活使用和行业应用方面,尤其是生活使用,也就是家庭物联网,与日常生活息息相关,密不可分.家庭物联网应用的发展是未来构建数字家庭的基础.对于家庭用户来说,信息家电终端只是物联网的最终体现方式,而对于运营商来讲,信息家电上一级的物联网家庭网关的实现是物联网走入每个家庭的最重要环节,也是未来重要的利润增长点.1高清双向机顶盒升级成物联网家庭网关的必然性相比较电信网络运营商的终端设备,广电网络运营商的机顶盒以其软硬件,经济性方面的优势必然会成为家庭物联网网关的首选.1.1硬件分析多年来,电信网络运营商一直推行”傻终端化”的思路,由于个人计算机的运算能力,处理能力的强大,电信运营商只是把adsl接入方式用户端的modem当作简单的数据”进出通道”,不具备解码音视频,更谈不上控制家庭网络内部各终端等能力.虽然近期电信运营商力推的iprrv机顶盒具备了音视频解码等能力,但因其成本较低,只是对网络流媒体的音视频文件进行简单解码的原因,很难升级成为物联网家庭网关.但是,广电网络运营商的机顶盒却先天具备这一优势.由于电视机本身基本不具备任何音视频解码能力和网络能力,高清双向机顶盒由于定位原因,从诞生的那天起就具备了作为物联网家庭网关的各种硬件基础.高清双向机顶盒内部的中央处理器大多采用主频较高(400mhz以上)的arm处理器,在网络控制,信息传输,数据交换等应用中不存在任何硬件”瓶颈”,能够迅速便捷的实现.因此,高清双向机顶盒可以”无缝”升级成物联网家庭网关.1.2软件分析电信运营商的modem大都使用封闭的操作系统,用户端不需要任何设置就可以实现数据”进出通道”的作用.虽然部分iv机顶盒也引入了嵌入式linux操作系统和中间件,但是因其外部接口,中央处理器能力的限制,很难实现家庭网关的各种软件需求.广电运营商的高清双向机顶盒运行的都是嵌入式linux操作系统,对绝大多数的外接设备和通用接口不存在任何驱动上的障碍.android系统是基于linux核心的,而且高清双向机顶盒处理器厂商基本上都是android系统的合作者,软硬件集成上不存在任何障碍.理论上讲,现阶段所有的高清双向机顶盒都具备升级android系统的可能性,而该系统正是以与互联网紧密的结合,亲和性强的人机界面和丰富的2011年第11期(总第263期)有线电视技术设备器件应用软件而着称,这些也是家庭物联网网关所应具备的最基本条件.1.3经济性分析随着半导体技术的发展,普通的pc机只需要2000多元,但是高清双向机顶盒的售价只有几百元.同时,个人计算机所能实现的网络功能,游戏,娱乐等功能也绝大多数都能在连接高清双向机顶盒的电视机上实现.实际使用中,很少有人仅仅为了实现物联网家庭网关的功能而一天24小时开启个人计算机;但只要打开高清双向机顶盒,即便不打开电视机也能实现物联网家庭网关的基本需求.两者在节能,环保等方面孰优孰劣,一眼就能看出来.因此,高清双向机顶盒必然,也必须升级成物联网家庭网关,在家庭物联网的搭建和使用中发挥至关重要的作用.2一种主流高清双向机顶盒处理器的功能介绍现阶段,很多处理器公司相继推出了采用了arm公司先进的codexa9架构的处理器,一般都具备20002500dmips的处理能力,可以满足未来物联网家庭网关的需要.图1中,该处理器内置l2路以太网,2路usb,1路sata/esata和1路pcie接口,提供灵活的连接方案.同时,该芯片还支持mpeg一2/h.264/avs/realvideo/vc一1等多种格式的高清视频解码,在满足多媒体播放要求的同时,能够提供音频和视频的输入接口,进一步满足可视通讯的要求.另外,3d加速引擎和标准opengles2.0/1.1/1.0接口的提供,使3d游戏成为可能.该处理器中,microphone&linein与该arm处理器采用i2s/pcmbirdge实现,可以实现多种音频格式的兼容;bt.656/601是摄像头与该arm处理器的接口和协议;mii和rmii接口用于该arm处理器和以太网phy的连接;pcie接口提供高速wifi与arm处理器之间的数据交换和管理.这些标准化极强的接口为各种基于linux系统的应用软件一直提供了极为便利的硬件条件.同时,android系统软件商店(appstore)中数以百万计的应用软件大多数都能直接安装在机顶盒上,从文档处理到居家理财,从天气预报到家庭娱乐,从远程控制家里的空调,热水器到观看最新院线电影,一切都是如此的简单.3一种高清双向机顶盒升级成家庭网关的系统分析家庭物联网主要包括家庭物联网网关和家庭物联网应用服务体系两大部分.3.1家庭物联网网关家庭物联网网关是家庭物联网中最核心的信息汇聚和控制单元,可以在现有高清双向机顶盒操作系统基础上实现,进而通过upnp协议扩展,结合dlna架构,实现各类家庭物联网应用.家庭物联网网关的架构如图2所示,包含以下几项核心功能.(1)协议转换:家庭各类子网间及家庭子网和家庭物联网平台间的协议消息头封装与解包.(2)状态控制:收集家庭子网内各终端状态和下图1集成cortexa9核心的arm处理器系统框图2011年第11期(总第263期)设备器件有线电视技术图2物联网家庭网关系统架构框图发控制指令.(3)信息汇聚:收集,处理,转发家庭子网内各终端上报的数据.(4)终端寻址:为家庭子网内各终端分配地址.(5)终端认证:为家庭子网内各终端提供接入认证.(6)远程访问:广域互联网与家庭内部的物联网之间的信息传递.其中,家庭网关代理认证及终端务参数代理配置.家庭物联网网关通过upnp扩展协议实现对子网各不同终端的基础服务发现并进行接入的响应,将子网终端上报的认证请求以代理方式提交至上层管理系统,随后把认证信息反馈给子网终端,网关进而从管理系统获取相关软件,业务的更新数据,并对子网终端进行相应的参数配置.配置完成后,各子终端问,子终端与网关间协同工作,满足用户要求.上述功能均通过android系统进行加载,实现对家庭各子网终端设备的接人,控制,信息处理和本地维护管理等.由于android系统强大的底层驱动能力,可以与绝大多数已知的及未知的,只要是符合标准传输协议的外接设备进行数据传输.3.2家庭物联网应用服务体系以高清双向机顶盒为基础的家庭物联网网关,可以融合家庭内部各个子网通信,娱乐和生活子网,为用户提供丰富的家庭物联网应用.家庭物联网服务平台负责对家庭内部网络与外部网络控播放交互的信息进行汇聚处理,实现对家庭物联网中各部分之间的控制管理,信息交换,数据存储等.典型应用有以下几种:(1)融合短信,语音,视频实时传输的安防,监控应用:通过家庭物联网网关中的有线网络模块或无线射频模块,告警信息处理模块,实时视频获取模块,实现用户家中各种情况的实时监测;通过物联网平台网关实现告警信息的接收,告警信息的编码,sip协议转换,指令接收与上报等管理,远程管理设置与查询;平台联动控制摄像头视频监控,拍照,录像等,将语音,短信甚至视频发送到需求方的手机,pc机,电视机(与网络连接)上.(2)基于internet,家庭内部局域网,短信,手机,固定电话,3z,tt家庭物联网关(输入特殊按键组合)等方式进行智能家电远程控制,查询,管理等应用,实现对家庭内部信息家电的接人,信息处理和本地维护管理(包括全时监控,场景与模式管理等).(3)基于upnpav架构的家庭媒体资源共享应用:通过支持无线和有线网络模块实现对pc机,支持wifi的手机,平板电脑等多屏资源的共享;通过android系统底层的标准驱动,实现键盘鼠标,游戏手柄,家庭远程医疗设备,pos机等设备的管理,实现对mp3播放器,录音笔,数码摄像机,数码相机,数码相框