固定网络与移动网络兼容的家庭网关的设计.pdf

77 0A B CD0A 0 E10C1 FGGDAD FC H0CFIJ K F0 L D0LD 0M 0A 0DDI 0A E 0N 0 O0 PDIN KQ B 0 1 0AM F 0 与 移 动 网 络 相 比 固 定 网 络 能 够 提 供 稳 定 14 和AB 6C 以太网接口 无线局域网接口 与无 线模 块通 信 的D 接 口 时 钟 系 统 电 源 系 统 以 及 其 他 电 路 系 统 系统内部结构如图B所示 6789 芯片在处理和转发大批量数据 图形图像 方面有较强的优势 被广泛应用于网络设备 该芯片内 部集成 EFGEE HF 以太网卡 作为家庭网关 百兆以太 网卡目前已经足够使用 为与主控芯片配套使用 系统 选用6789 B I作为无线接口卡以供 8CJ用户接入 6789 B I是一款基于9EBKGG0规范 集成度高 吞吐量 大的 LEEFP GEE RS T频 理论上 它支 持上行 传 输 速 率 为QKP HF 下 行 传 输 速 率 为UKP HF 由 此 可 见 该 款芯片功能强大 支持频率范围广 上下行传输速率高 而且自身良好的D 接口 保证 了与 主控芯 片高 效的 数 据交互 软件设计 作为嵌入式系统 优秀的硬件资源是系统强健的骨 架 而同样优秀的软件资源则是整个系统的灵魂 首先 主控芯片要运行需要有合适的操作系统来支撑 其次 周边接口要运行需要有合适的驱动程序来保障 再次 一个应用系统要运行必须有诸多合适的应用程序来配合 系统应用软件总体架构 系统选用8 0 V操作系统来控制和管理各种软硬件 资源 为了提高系统的运行效率 利用8 0 V对多进程机 制的支持 将家庭网关的应用软件划分C7 I6WI6 NR NJ 拨 号 LI拨 号 H以 及 语 音 通 信U个 并 行进程 应用软件在8 0 V下使用 语言开发 总体设 计框架如图A所示 多进程并行运行机制 对操作系统而言 诸多的应用程序只不过是一个又 一个进程 而如何保证这些应用进程并发 高效 稳定地 运行是本系统软件设计的重点 减少内核常驻进程的数 量是提高系统整体性能的重要手段 基于这样的研发思 路 本文设计了一个 主控 进程 其通过 消息 传递机 制来 统一管理 协调系统的各个应用进程 主控进程所要完成的第一个功能是消息转发 各个 应用进程可以看作是不同的消息客户端 而主控进程可 以看作是消息服务器 两个 消息 客户端 发消 息时 这 两 个进程之间并不能直接通信 而是通过消息服务器进行 消息转发 首先要创建消息服务器 而实际上它只是创 图G网关的应用模型 个人计算机 语音 服务器 数据 服务器 公共交换 电话网络 因特网 基站系统 O FD 7 家庭网关 普通电话机 数字电视机 数字机顶盒 无线局域网 个人计算机 图P系统内部结构 电源系统时钟系统 14 AP 6C P E 无线通信模块 6789G 主控芯片 GEFGEE HF 以太网控制器 6789G P I 无线网卡 D 图A软件总体设计框架 系统初始化 C7 I6WI6 进程 NR 进程 NJ 进程 拨号进程 LI 拨号进程 H 进程 语音通 信进程 主控进程 网络与通信 建了一个 域套接字 该套接字绑定一 个相 应的文 件 消息客户端通过绑定此文件来和消息服务器进行连 接 将所 有消 息客户 端的 名称和 对应 的 套 接 字 一 一 对 应 映射成一 个链 表 消息 服务 器便 通过维 护这 张表来 进行消息转发 这种消息传递的基本架构如图 所示 主 控 进 程 所 要 完 成 的 另 一 个 功 能 是 管 理 动 态 应 用 进程 由于 后续便可通过 远程管理网桥或通过 进程以网页的形式对网桥进行管理 为 了 方 便 局 域 网 中 多 种 具 有 接 入 能 力 的 终 端 接 入 网关 网关需要对外提供多个端口 本网关除了无线网 卡提供的空中接口外 还利用以太网卡控制器将以太网 卡虚拟出8A B 8A 8A 和8A C 个端口 在对以太 网卡初始化的时候 为8A 5配置一个虚拟物理地址并 作为固网上行端 口 命 名为 DE5 为8A 8A 和8A C 配置另一个虚拟物理地址并作为本地局域网下行端口 分别命名为2 45 2 45 和2 45 C 这两组虚拟物理地 址与以 太网 卡的实 际物 理地 址关联 起来 形成一 个 可 维 护的FGH表 这样对于网关H8I而言只有一块以太网 卡 但实际上以太网卡控制器控制着J个端口 当网关 选 用 固 网888KL拨 号 上 网 时 广 域 网 数 据 便 可 通 过 DEM直接透传到C个局域网端口中的任何一个 而处于 平 等地 位的C个 局域 网端口 下挂 的终 端设备 也可 以 相 互访问 广域网通信 广 域 网 通 信 主 要 是 指 网 关 将 局 域 网 数 据 转 换 后 转 发到相应公网上的过程 固定网络与移动网络双网兼容 的家庭 网关 自然要 支持 固定 网络通 信方 式以及 移 动 网 络通信方式 本文针对两种通信方式分别开发了独立的 通信软件 并实现两种通信方式的静态切换 1 20 与无线移动通信模块建立连接通道 控制命令 进程 9 进 程以及 进 程 是 与 无 线 通 信 模 块 进 行 命 令 交 互 的 唯 一 通 道 3 进程通过1 2驱动与无线通信模块交互 而 9 进 程 和 进程进行通信 这样的设计有利于软件接口 统一 避免多个进程 同时 占用1 2数据传 输通 道而引 起阻塞 9 进程作为 用户 接口将 用户 通过 9 页面 配置的拨号参数传递给 拨号进程 当拨号条件被触 发时 进程 这样 拨号信息通过1 2通道下发到 无线通信模块 无线通信模块就会向网络发起拨号 如 果拨号参数配置正确 则一条无线上行数据通路就会被 建立 固 定 网 络 与 移 动 网 络 双 网 兼 容 的 家 庭 网 关 将 固 网 通信和移动网络通信很好地结合在一起 用户可以利用 本网关静态的选择接入方式 例如在进行大数据量业务 时可选择固网上行方式 而当进行语音等小数据量业务 时可切换到移动网络上行方式 从而为家庭用户提供性 价比较高的综合通信业务 本家庭网关无论在硬件设计 还是在软件设计上都采用了比较先进的方法 从而保证 了系统运行的稳定性和可靠性 随着电信网 广电网和 因特网的不断融合 本双网兼容的家庭网关会有很广阔 的应用前景 参考文献 ABC蔡 皓 冯 仁 剑 万 江 文D具 有 多 种 通 信 方 式 的 无 线 传 感 器网络网关AECD传感技术学报 00F B BGHIBGGD A C邹巍D 43J与H 融合之道AECD华 为 技 术 0B0 K BKIB D AHC袁 超 伟 张 金 波 姚 建 波D三 网 融 合 的 现 状 与 发 展AECD北 京邮电大学学报 0B0 HH BI D ALC刘小平 韦玲艳D三网融合业务模式分析AECD通信管理与 技术 00 K H IHKD AKC赵子忠D三网融合 的关键视角 用带宽战略解读