E5122的家庭网络控制系统

2024-05-29

E5122的家庭网络控制系统（共9篇）

E5122的家庭网络控制系统篇1

基于E5122的家庭网络控制系统

摘要：对家庭控制的系统方案、系统组成、硬件配置、软件设计、工作原理、功能以及技术性能进行论述。该系统通过单片机采集数据，通过网络协议处理器将数据打包成以太网协议包，发送到以太网上，从而实现基于以太网的远程控制。

关键词：E5122以太网控制系统RTL8019AS

引言

随着信息技术、计算机网络技术的迅猛发展和广泛普及，越来越多的家庭通过Internet或Intranet来获得信息和资讯。作为现代化的智能化住宅小区，向社区内的广大住户提供宽带多媒体综合信息资讯服务，是智能化住宅的重要体现，也是信息社会发展的客观需要。建设部住宅产业办公室提出了我国住宅智能化的概念，即住宅小区智能化是利用4C(计算机、通信、网络、自控、IC卡)技术真正实现远程家庭的智能控制，通过有效的传输网络,将远程信息服务与管理、物业管理与安防、住宅智能化系统集成,为住宅小区的服务与管理提供高技术的智能化手段,以期实现快捷高效的超值服务管理,提供安全舒适的家居环境。

1系统简介

家庭智能控制系统的开发基于短信息技术、自动控制技术、计算机技术、数字通信技术及加密技术。系统利用相关的网络、计算机系统和控制器，以无线网络和有线网络为基本控制指令和数据信息传送方式，实现手机无线遥控和数据传送。通过专设的短信控制中心和服务中心，为家庭和小区管理提供全方位的数字化服务。家庭智能控制系统具有手机远程控制、自动报警、呼叫社区服务、物业管理等功能，还可以根据用户群的需要向生活连网服务、智能办公等方向无限扩展。

设备接入Internet/Intranet网，原则上讲，只要实现TCP/IP网络协议就可以。TCP/IP协议及其应用是一项复杂的系统工程。该协议的建立经过了缜密的设计过程，全套协议的实现是比较复杂的。在嵌入式系统中，实现该协议有一定的难度。在实际的应用中，如果要完全实现该协议，比较合理的方案是直接利用集成的TCP/lP协议的芯片，将系统中央控制单元和TCP/IP协议处理单元进行分离。

另一方面，实现其它几个方案中，可以对原有的TCP/IP进行精简，保留实际应用系统所需要的一些协议，使得核心芯片既能实现网络的数据传输，又可以完成监控任务。对原有的TCP/IP协议迸行精简，可以大大减轻系统实现的难度，并提高系统的效率和可靠性。

图1

2系统工作原理

该系统的原理框图如图1所示。

家庭中的三表度数作为采集信号，通过采样保持电路处理以后，送入单片机进行处理。单片机把数据通过串口送入E5122网络协议处理器中进行打包处理，将数据打包成TCP/IP协议包，该数据包通过RTL8019AS以太网控制器发送到以太网上。采用CPLD芯片EPM7128S作为译码和驱动电路。在本应用场合，家庭用户终端对数据交换的速率要求不高，在1MB/s以下。所以可以采用一般的高速单片机，写入TCP/IP协议，这样既可以满足要求，价格又能让用户接受。

3芯片介绍

(1)网络接口控制器RTL8019AS

RTL8019AS是Realtek公司高集成度的专用以太网接口芯片，支持EthernetII、IEEE802.3、10Base5、10Base2、10BaseT，支持UTP、AUI&BNC、PnP自动探测模式，并且内嵌16KBSRAM用于收发缓冲，降低了对主处理器的速度要求。支持8位、16位数据总线模式;支持跳线、无跳线模式;有全双工的通信接口，可以通过交换机在双绞线上同时发送和接收数据，使带宽从10M增加到20M，是用来进行以太网通信的理想芯片。

RTL8019AS有3种工作方式：

①跳线方式，网卡的I/O和中断由跳线决定;

②即插即用方式，由软件进行自动配置plugandplay;

③免跳线方式，网卡的I/O和中断由外接的93C46里的内容决定。

网卡使用哪种方式由RTL8019AS的第65脚JP决定。65脚JP为高电平时(接到VCC或通过一个10kΩ的电阻上拉)使用跳线方式;RTL8019AS引脚悬空时，输入状态为低电平(其它引脚也是这样，悬空的输入脚电平为低电平，里面有一个100kΩ的下拉电阻)。64脚AUI，该引脚决定使用AUI还是BNC接口。我们用的网卡接口一般是BNC的，很少用AUI。BNC接口方式支持8线双绞或同轴电缆。高电平时使用AUI接口，悬空为低电平，使用BNC接口。IOCS16B引脚用电阻下拉为低电平，选择8位数据总线模式，省去BROM模块，只需8根数据线SD0~SD7。基地址选择引脚IOS3、IOS2、IOS1、IOS0空接为低电平。因为芯片内部都接有下拉电阻，此时I/O基地址为300H，所以地址线SA8、SA9接高电平。又因为寄存器的地址偏移量为00H~1FH共32个，所以只用了地址线SA0~SA4，其余地址线接地即可。芯片的中断线由IRQS2、IRQS1、IRQS0决定，全部空接时中断线为INT0，8根中断线7根空接。SMEMRB和SMEMWB引脚决定网络接口类型时，10BaseT、10Base2或10Base5采用悬空方式时为低电平。即为自动选择方式。AUI引脚决定使用AUI还是BNC接口，悬空时为低电平。使用BNC接口，支持双绞线或同轴电缆，所使用的引脚有：TPIN+、TPIN-、TPOUT+、TPOUT-，接入网卡耦合隔离变压器中，利用RJ45插头实现与网络的连接。

(2)TCP/IP协议解析芯片E5122

122是上海精致科技公司研制的飞虹系列网络协议处理器。外部晶振22.1184MHz，工作电压5V。以硬件实现TCP/IP协议，提供API接口，极大地方便了使用，由外部集成RAM。对用户端以I2C协议或RS-232接口方式进行通信，通信接口支持带I2C接口MPU，为不带I2C接口MPU提供I2C驱动程序。E5122与网络的接口为以太网接口，通过以太网控制芯片RTL8019连接到以太网。串行速率最大达115.2Kbps，达到真正实时传送。

E5122是完成TCP/IP协议的专用芯片，用以实现以太网和串口之间的协议转换。可以为串口设备提供完善的网络通信解决方案，只需外接MPU。本系统采用的MPU型号是：89C52单片机。单片机程序中，只需要简单调用API函数即可实现。E5122结构如图2所示。设备做为服务器端，即首次连接网络时，客户机端主动请求连接服务器端作为被动端监听，并接收连接的局域网内连网接收远端客户的主动查询访问，并将设备信息返回给客户;同样，还可以作为客户机主动和局域网内，或Internet上的主机进行通信。E5122芯片外部使用32KBRAM，用来作为以太网数据缓冲，使用256字节(最少为256字节)的串行EEPROM(I2C总线接口)存储系统参数。用户通过串口与E5122连接实现通信。E5122完成TCP/IP协议和串口通信协议。支持普通串口和用户设备进行交互，通过外接RTL8019AS以太网控制芯片来实现网络连接。

当系统初次运行时，E5122会对RTL8019AS进行初始化工作，并设置其工作模式以及中断源等。

当RTL8019AS接收到数据时，会触发E5122中断。此时E5122通过A8~A13和A15来选择RTL8019AS的寄存器地址和存储器地址，控制和实现数据的读取。当有数据通过E5122发送给RTL8019AS时，通过地址线设置RTL8019AS相应寄存器进行数据发送。

4硬件电路设计

在具体使用中，由于单片机本身的限制，进行了一系列的简化设计。采用跳线工作方式，JP引脚接高电平;E5122与RTL8019AS接口用于传输网络数据。

当系统初次运行时，E5122会对RTL8019AS进行初始化工作，设置RTL8019AS的工作模式以及设置中断源等。当RTL8019AS接收到数据时，会触发E5122中断，此时E5122通过A8~A13和A15来选择RTL8019AS的寄存器地址和存储器地址，控制和实现数据的读取。

当有数据通过E5122发送给RTL8019AS时，通过地址线设置RTL8019AS相应的寄存器进行数据发送。

接口电路图如图3所示。

5应用中的几个技术问题

在系统的实际应用过程中，要注意以下几个问题。

(1)传输速度

在系统中，上位PC机与下位测控设备之间数据交换的速度，取决于以太网接口模块的传输速度。而以太网模块的传输速度取决于以太网接口芯片的速度、单片机的处理速度，以及和设备交换数据的方式。

在一般的测控系统中，要传送的仅仅是控制命令和测量数据，数据量不大。模块与测控设备之间采用RS-232、RS-485、CAN等串口方式连接，其通信速率仅几十kb/s或上百kb/s。这时以太网接口芯片的速度(10Mb/s)和微处理器的速度就远大于串口通信速度。因此传输速率主要就取决于串口的通信速率。

当要传送的数据速率要求很高时(如图像)，它与测控设备之间就不能再采用串口连接，而必须采用并口连接，这时传输速率就取决于微处理器的处理速度。此时，要选用一些高速的单片机，如P89C52RX系列或SX系列等单片机。

(2)IP地址

以太网测控系统中，测控设备通过该模块进入以太网，就必须确定自己的IP地址。IP地址的获得有两种方式：有动态获得IP地址和固定分配IP地址。由于E5122不支持RARP反向地址解析协议，因此无法获得动态IP地址，只能使用固定IP地址。

(3)安全控制

在小型封闭的局域网中进行测控，安全问题不大，但在广域网甚至因特网上进行测控，安全控制就至关紧要。为此，采用48~128位的用户密码来保护测控设备的安全。合法用户可以修改、设定自己的密码。网络非法用户即使窃取了IP地址，没有用户密码，也无法操作设备。

(4)实时性问题

测控系统在很多场合都要强调它的实时性，但以太网不是一个实时系统。由于它的`载波侦听碰撞检测(CSMA/CD)通信方式，决定了以太网中IP包的传输会有延迟，甚至丢包，这是利用以太网组成分布式测控系统最大的缺点。但是，现在以太网的速度越来越快，百兆网甚至千兆网，或在一些小型封闭的局域网中，网络的繁忙程度大为减轻，IP包几乎没有碰撞，传输延迟、丢包现象就大大减小，不会影响测控系统的正常工作。同时，在系统的网络层之上，可增加应答协议，丢包的问题就可基本克服。

(5)连接方式

该模块有两个插座：一个是RJ-45插座，可用双绞线直接连接到以太网;另一个是25脚插座，内含RS-232或RS-485总线接口。

结语

随着21世纪的到来，人类逐步跨入了信息时代。随着科技的进步以及对生活质量要求的不断提高，人们对家电的选择和使用，已经从只关心家电的单项功能转向追求家电品位和控制的便捷性。信息技术和网络化技术的发展，为家用电器居家环境集中控制和远程遥控提供了可能。将信息技术与家电控制技术相融合，在更大程度上实现家庭生活的信息化和自动化，满足人们舒适、高节奏的生活需要，使所有的消费电子产品具有了连入网络的能力，正是消费类电子产品下一步的发展趋势。家电的网络化将给已趋饱和的家电消费市场带来新的需求。对这方面的进一步研究，使得人们的生活方式、工作方式以及思维方式都发生了巨大的变化;同时也刺激了人们对各种数据源和网络服务需求的日益增长，为信息社会注入新的生机和活力，具有重要的理论、实用和商用价值。

E5122的家庭网络控制系统篇2

关键词：数字家庭,网络,一次成型,局部修复

数字家庭利用先进的计算机技术、网络技术和传感器技术, 将各种家用设施通过家庭网络集中管理, 为人们提供智能、舒适的居住环境。数字家庭网络包含信息网络和控制网络。节点比较灵活的网络适合采用移动自组网, 这样的话, 数字家庭系统就不能照搬移动自组网技术, 因为他的节点是比较稳定。为了在数字家庭系统之争应用移动自组网技术, 就要对他进行进一步的改善, 是他能够适应数字家庭系统。本文基于这一背景, 对数字家庭无线控制网络的组网技术中一次成型和局部修复机制技术进行了较为详细的分析。

1 组网技术

1.1一次成型机制

一次成型机制的组网过程如图1所示。

由图1可知, 假定中心节点的初始地址是00, 功能节点在首次组网前由于没有分配到地址, 地址都是FF。但它们都有唯一出厂ID号, 假定分别是A、B、C、D、E、F。定义组网指令ZW, 该指令包括发送节点的地址及要求的组网代码。中心节点00在初始状态发送ZW指令, 包含自己的地址码00。假定节点A在中心节点00的通信范围内, 当A收到中心节点00的组网指令ZW后, 立即返回一个组网确认指令RZW, 该指令包含A节点的ID号。中心节点00在收到A节点的组网确认指令RZW后, 分配A节点一个地址码01, 通过分配地址指令AD发送。节点A在收到中心节点00的AD指令后, 知道自己加入了网络, 并分配到了地址01, 随后立即返回一个地址分配确认指令RAD给中心节点00。中心节点00在收到节点A的RAD指令后, 节点A加入网络成功, 同时拥有了通往中心节点的路由。节点A在加入网络后, 立刻向周围节点转发组网指令ZW, 该指令同样包括自己的地址码01。假定节点D在节点A的通信范围内, 在接收到ZW指令后, 返回RZW指令给地址码为01节点A。节点A根据自己的路由将节点D的RZW指令返回给中心节点00, 并将自己的地址码01加入到RZW指令中。中心节点00收到节点D的RZW指令后, 根据RZW指令, 返回过程中所经过节点的地址码, 使节点D拥有通往该节点的路由。根据该路由发送AD指令给节点D, 并分配地址码04。AD指令包含去往节点D的路由信息, 返回给节点D。即先发送到地址码为01的A节点, 再发送给节点D。节点D在收到AD指令后, 即可知其分配到了地址码04, 同时也拥有了通往中心节点的路由, 随即返回一个RAD指令给中心节点00。随后节点D继续向周围节点发送ZW指令。以此类推, 来使其他节点加入网络。

按照一次成型的方法进行组网, 就可以使网络增加许多的特性:第一, 拓扑结构建立起来了, 节点和地址一一对应, 路由表是独一无二的, 掌握着流向中心节点的路线, 节点地址码在路由表中有所保存, 错做就简单了许多;第二, ID号和相应的地址都在中心节点中有留下记录, 路由在中心节点中也有出现;第三, 节点在接受信息的同时, 都会进行记录, 将这些信息的发出地址做一个记录。简单来说, 就是每个节点都有其他节点的地址码, 但这些节点必须是在他的通信范围之内才有效。建成组网后, 节点要按照一次成型路由系统进行试验, 是否能够进行通信。从上面的步骤看来, 组网并不复杂, 操作性强。

1.2局部修复机制

在一次成型组网的基础之上, 建成网络, 这时的节点都具有独一无二的路由。只要其中的某一个节点变化, 其他的节点的路由就会受到干扰, 网络就无法正常工作。对此, 科学的组网必须要有完善的修复机制, 这样才不会使网络陷入瘫痪。在数字家庭无线控制网络中, 少数的节点的罢工与网络的结构没有太大的联系, 那么就可以参考这个方面的知识, 成功设计出修复机制。节点的变化情况有三情况, 点添加, 节点失效, 节点删除。下面就从这四个方面展开。

(1) 节点失效:节点的电池没有能量是, 节点就无法正常工作。 (2) 节点添加:每一个节点都有属于自己的独一无二的路由, 在进行节点添加时, 就无需手动输入, 只要进行搜索, 就会出现该节点的信息, 然后按照上面的提示一步步进行, 就可以完成节点的添加工作。这样看来, 新添加的节点的地位下降了, 并不是一个主节点, 而沦为一个子节点。 (3) 节点删除:当节点失效的失效的时候, 就可以进行节点删除的工作。当网络发生问题时, 会自行修复, 这样的话就能保证网络的正常工作。但是当中心节点发出不进行修复的命令, 就可以进行节点删除的工作。

参考文献

[1]汪开元, 洪慧, 沈明华.数字家庭无线控制网络组网策略研究[J].计算机工程, 2011, (22) :91-93+98.

[2]巫晓倩, 张倩.数字家庭关键技术专利状况分析[J].电子知识产权, 2012, (01) :48-58.

[3]黄标, 彭木根, 王文博.无线数字家庭组网技术研究[J].中国无线电, 2005, (11) :61-65.

E5122的家庭网络控制系统篇3

关键词:无线防盗系统;单片机控制; 无线传感器

中图分类号:TP277 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2012) 12-0087-01

智能化防盗技术经历了20多年的发展,成为现在的数字化、网络化、智能化。随着科技信息的发展,无线智能控制防盗系统是智能化小区建设必不可少的部分并为小区住户的安全提供可靠的保障。本课题采用无线网络与单片机控制技术,使用无线传输,无需重新进行布线,尤其适用于已装修和布线不便的场合。

一、本课题的主要研究内容

本系统运用无线传感器技术,使用双音多频的解编码技术,实现语音报警、主动拨号及电话控制,实现了家庭安防的无线网络控制;其核心处理器是用AT89C51单片机作为开发平台构建的。如果在家庭中使用此报警系统,可以有效的为人们的工作、生活学习解决后顾之忧,大大提高防盗的成功率。

利用多传感器采集技术,无线发送接收,将警情信息按照一定的模式进行分析并将判断结果以数据的形式传送出去的安保技术集成。实现功能主要有:

(1)电话自动拨号与语音报警;(2)无线遥控布防、撤防,密码可自行设定;(3)远程操作,异地监控;(4)无线发射接收;(5)报警拨号个数、顺序可自行设定;(6)短信报警通知用户。

二、硬件电路设计

本设计是以AT89C51单片机为核心来实现报警控制的。通过AT89C51单片机引脚实现DTMF收发电路和语音电路的控制。系统的硬件除了核心部件80C51外,主要由DTMF收发、射频发射、射频接收、语音、GSM网短信收发、传感器和键盘七个部分组成。

(一)DTMF收发电路设计

在本系统的远程通信设计中,要实现电话线远程通信,最关键的是对DTMF收发电路的设计,这一部分需要实现铃声识别、自动拨号、远程按键数字信号识别、忙音识别功能。所以,我们可选用MT8888双音多频(DTMF)收发器,使之与单片机、音频放大电路结合,来检测各种信号音和产生DTMF信号,并把产生的DTMF信号传送到电话线上。

(二)语音电路设计

本系统主要采用语音芯片实现语音的提示及报警功能。ISD1420芯片是一个集单片语音记录和回放于一体的芯片,记其录时长是20秒,可被分为160小段,每小段125毫秒[12]。当REC 脚是低电平时,录音;当PLAYE或者PLAYL是低电平时,放音。ISD1420芯片可以连续录音,也可以分段录音。

地址输入端A0~A7的有效值范围为00000000~10011111,这表示最多可将其划分为160个存贮单元,最多可录放160段语音信息。用A0~A7表示每段语音信息的起始地址,此起始地址又可直接反映录放的起始时间。其关系见公式:

TQ=0.125s×(128A7+64A6+32A5+16A4+8A3+4A2+2A1+0)

(三)编码与发射模块

此设计的编码芯片使用PT2262。PT2262特点:CMOS工艺制造,低功耗,外部元器件少,RC振荡电阻,工作电压范围宽:2.6-15v ,数据最多可达6位,地址码最多可达531441种。

(四)解码与信号接收模块

与PT2262相对应的解码芯片是PT2272。PT2272解码芯片收到信号以后,把信号中地址码经两次比较核对,如果核对正确VT引脚就会输出高电平,并输送到AT89C51 的INT1脚,可以触发中断处理程序,然后读取D0—D3脚的数据码,可以获取报警传感器的状态和报警类型。

(五)短信息收发模块

短信息业务是GSM网络的一项基本业务,已经被越来越多的系统运营商和系统开发商所重视。目前,常用的GSM模块有西门子的TC35系列、Wavecome的WMO2系列、中兴的ZXGM18系列、爱立信的DM10/DM20系列、Falcom的A2D系列等,各种模块的功能与用法差别很小。西门子TC35系列的模块性价比高,并且比较早的获得了国内无线电设备的入网许可证,因此本设计短信收发模块就选用的西门子TC35系列的TC35i模块。该模块提供了标准的AT指令接口,为短消息、语音和传真、数据的传输提供了快速、安全、可靠的渠道,方便用户的应用开发和设计。

(六)传感器的选用

在日常的家庭警情中,最常见的也是我们需要重点防范的就是不法分子的非法入侵,基于此实际情况,我们考虑使用红外传感器和无线门磁传感器。

(七)键盘、显示及外部存储电路

为了保证报警探测器的准确性,需为报警系统设置密码布防与撤防。本设计采用4行3列矩阵键盘,其中行线与P1.0—P1.3相连,列线与P1.4—P1.6相连。列线经10KΩ电阻接+5V电源拉高,共12个按键,分别设定为0—9,*、#等按键号码。其中“*”键用来表示系统要进行修改和查询,“﹟”键用来表示一次输入完毕。

三、软件设计实现

本系统程序设计主要使用模块化的程序设计思想,其中主程序是通过调用各子程序从而实现各部分功能的。进行软件设计的时候,需要先进行总体的设计,然后对各子功能模块进行设计,各子功能模块均被调试通过后,再根据总体设计的主函数流程,把各子功能模块组合起来,就构成了最终的应用程序。根据主函数流程要求、总体设计方案要求及各硬件电路的功能,把软件设计分为报警处理子程序、短信报警子程序、振铃检测子程序、用户设置子程序、远程控制子程序等。报警处理模块、短信报警模块、振铃检测模块都是作为外部计数器中断或外部中断的子程序来完成的。

此外,该系统结合电话网络和GSM移动通信网络,将警情用电话、短消息两种形式来实现报警,这样可以使报警更快速,更可靠。

参考文献:

[1]葛传力,宋伟.安全防范系统及其评估[J].安徽:安徽科技,2007(7):36-37.

[2]冯海燕.智能化安防技术的发展前景[J].安保技术与管理,2005(3):60-62.

E5122的家庭网络控制系统篇4

关键词：电力线通信技术,家庭网络系统,信息家电

一、前言

现今, 我国的智能家居系统主要是以安全为主, 正慢慢向家电控制的网络化发展。家庭网络就是在整个家庭范畴之内 (社区与住宅) 对信息家电提供一个网络接入的平台, 最终使得家庭照明系统、安全报警系统、个人电脑以及水表等各种信息化产品的运作和谐稳定。家庭网络最主要的使用性能, 能够使得人机间出现技术障碍的机率下降, 从而表现出机器的柔性以及智能性功能。

二、关于电力线通信技术的发展现状及其前景

电力线通信技术 (PLC) 是使用正交频分复用于扩频技术, 达到数据通信的科学可靠, 从而使得数据在电力线上实现宽带传输。PLC将对通信技术产生巨大的影响。因为PLC所需的通信线路主要使用已经有的家庭电力线, 这种方式在家庭网络通信中十分的实用。

HPA是一个传输媒体的家庭网络推进的组织, 它是由包含3Com、Intel等家用网络市场的90多个国际组织以及厂家联合建立的组织。它希望将家庭电力线网络技术的发展更加规范化。HPA的家庭电力线网络的工业选取的是Intenon的Power Packet技术作为前提条件, 此技术能够快速实现家庭的网络化, 其速度能达到14Mbps, 并且还提出了使用Power Packet家庭联网技术中的一种处理芯片, 使得未来的家庭网络化的速度更快。Power Packet是一种家用电力线网络模型中媒介层与物理层的设计, 它能够为人们提供电话运用以及多媒体等业务。在2001年2月, HPA对分布在全球不同地区的500个家庭进行实验。实验主要地区为加拿大、美国, 而在欧洲、亚洲进行了小范围的实验。在2001年6月, HPA发布了第一个电力家庭网络的工业规范化标准, 即Home Plugl.0, 这给电力线家庭网络产品的市场化发展奠定了基础。

三、关于网络化家庭功能研究

建设家庭网络化的前提条件就是实现对家庭网络系统的功能定位以及分析, 目前, 家庭网络不断发展, 由最初的控制系统发展为家庭智能服务提供全面的网络化系统, 该系统包括电器控制、数据通讯以及家庭娱乐等。

利用电源的插座实现家庭内部的联网, 并提供互联网以及多媒体业务;对连接家庭服务器的信息家庭实现异地和本地的实时监控, 并对家庭事务进行各方面的管理, 从而实现在无人干预的情景下对家庭内外出现的事件提前设定, 使得其在出现事情时做出相关反应, 进而实现网络结构以及控制平台的整体化, 使得连接的方式灵活机动, 并具备成本低、可靠度高、兼容性高等特点, 最终为家庭创造出安全、舒适的生活环境, 这就是电力线家庭网络的基本目的。

四、关于家庭电力线网络系统

1. 关于家庭电力线网络系统概述

家庭网络系统就是一种综合了家庭控制以及多媒体于一身的家庭信息化网络平台, 将家庭内的三表、安全系统、娱乐系统以及照明系统等设备进行联网控制与管理, 并实现各种信息交流的系统。此外, 家庭服务器具备网关的功能, 使得在家庭内能够实现Internet的连接。

家庭网络系统的运行方式有点与点对等、客户/服务器两种, 可以根据实际的家庭所需选择合适的运行方式。家庭网络终端能够掌握家庭所在地址, 在家庭网络中的各类信息家电能够达到Home Pn P的技术标准。在家庭服务器的帮助下, 信息家电能够对家庭中的网络进行协调与控制。

2. 关于家庭电力线网络系统的体系以及协议

从网络自身而言, 家庭电力线网络系统主要将家庭电力线当作传送媒介的局域网络, 与一般的四层网络体系的结构比较相符, 四层包括物理层、数据链路层、网络层以及传送层。通常只在物理层使用的是电力线接口, 而在另外三层都与协议标准上的网络协议标准相一致。制定与健全的电力线通信技术标准Power Packetl.0, 使得家庭电力线网络的物理层实现了标准协议的接口。物理层在标准协议接口的保证下, 实现家庭电力线系统能够顺利在目前的网络协议下运转。如下图所示:

五、关于家庭电力线网络的安全性与可靠度

在家庭网络系统中, 其安全性与可靠度十分重要。为加强该系统的可靠度, HPA将Powerpacket技术运用在家庭网络中, 该技术能够有效的解决数据在传送过程中存在的可靠度问题。

由于家庭网络系统与互联网相联系, 使给他人登入某个家庭的网络系统提供了途径, 非法分子利用该途径对家庭网络系统进行恶意的破坏, 其后果不可想象。因此, 家庭网络系统的安全性必须受到一定的重视, 保证家庭网络系统能够安全可靠的运转, 进而保障居民的生命财产安全。

在家庭网络系统中, 服务器是保证安全的重要组成部分, 因此, 要确保该系统的安全可靠, 就需要对家庭网络系统设置密码, 访问该系统的人员必须输入密码, 或是设置身份证验证措施, 从而降低非法入侵的机率。此外, 在家庭服务器上设置防火墙, 对非法入侵的行为进行过滤。对于信息家电的操作, 可以加强其程序在运转时的安全性能, 进一步加强对非法行为的屏蔽功能, 从而预防他人对家庭网络系统的恶意破坏。

六、结束语

电力线通信技术具有覆盖面广且无需使用专门的电缆等优势, 因此为许多家庭提供了便利。通过快速的电力线通信技术能够为家庭网络系统提供一个较好的网络平台, 从而加快家庭网络化的发展速度, 为人们的生活营造一个安全、舒适、便捷的环境。由此可见, 家庭网络系统的发展前景是十分广阔的, 具有极大的市场发展潜力。

参考文献

[1]Microchip Technology.使用于家电产品的电力线通信技术[J].电子与电脑.200 (805)

[2]王诗, 刘晓平.电力线通信技术在矿井通信系统中的应用[J].辽宁工程技术大学学报 (自然科学版) .200 (901)

打造完美的家庭WiFi网络篇5

让WiFi访问更便捷

除了可以不花流量外，WiFi的一个最大好处就是可以让局域网内的网络设备互相访问，对于平时的小文件共享，我们完全可以用酷盘、快盘等网盘来解决。只要手机端和PC端同时安装同一网盘，并在PC端设置好同步的文件夹，就能在手机端轻松地共享其中的文件。

不过，如果移动用户想访问PC上视频、PDF这样的大文件，用网盘共享并不实际，无论是使用网盘同步还是数据线都不是很合理的选择。因此最好办法是自力更生，让移动用户可以直接访问储存在PC平台的文件。这样，局域网内的种种不便自然也就烟消云散了。其实，用户只需分别在PC端和移动设备安装一款名为Bdrive的小工具，将整个WLAN变成一个小型的云环境，即可轻易将这一问题解决。

准备工作

如果想使用Bdrive把PC打造成数据服务器，我们首先要开启路由器的UPnP功能和Windows系统中的SSDP服务。

在浏览器地址栏中输入http：//192.168.1.1登录路由器（不同的型号路由器IP地址可能有所差异，用户可自行查阅说明书），在出现的登录界面中，输入路由器的用户名和密码（默认都是admin），回车，进入路由器设置界面。单击展开左侧的“转发规则”项，选择其下的“UPnP设置”子项。在右侧单击“开启”按钮（如图1）。然后选择左侧的“系统工具/重启器由器”项，在右侧单击“重启路由器”按钮，重启路由器，路由器的UPnP功能即会被开启。

启用SSDP服务。在Windows 7的“开始”菜单的搜索栏中，输入“服务”，回车，打开“服务”窗口。双击右侧的SSDP Discovery，在出现的“Discovery的属性”对话框中，切换到“常规”标签，将“启动类型”设置为“自动”，单击“确定”按钮（如图2），即可启用系统的SSDP服务。

安装并设置Bdrive

在PC中安装Bdrive（下载地址：http：//www.bdrive.com/en/）。系统重启后，运行Bdrive程序，并根据软件提示注册基本信息后即可进入程序主界面。

接下来需要用户指定要共享的云端资源。可以共享某硬盘分区中的所有文件，也可以指定只共享某些文件夹，如此处我们是要共享PC中的视频文件，可以直接指定共享视频所在的文件夹。

在主界面中，切换到Folders（文件夹）标签，单击Add（添加）按钮，打开“浏览文件夹”对话框。选中视频所在的E盘，单击“确定”按钮。然后在出现的Set Password（设置密码）对话框中，为云端资源设置一个共享密码，以后其他设备只有输入该密码才能访问这些资源，当然也可不设置。设置完毕，单击OK按钮（如图3），共享资源的添加工作就完成了。

返回主界面，刚才添加的资源会出现在列表中，记下BID列中的字母或数字（每个共享资源对应一个独立的BID），以后其他设备必须输入该BID才能访问云端的相关资源。默认情况下，程序赋予每位用户的权限都是可读写（Read /Write），如果我们架设服务器的目的并不单单是自己使用，而是想将其同时共享给其他朋友，那么这一权限明显地是过于“宽大”了。这时，可以在Permission（权限）列中单击当前的权限，然后单击其右侧的下拉箭头，在出现的下拉菜单中将权限选择为Read Only（只读）。这样，既可保证所有用户顺利地访问其中的资源，又可防止他们利用手中的权限对文件进行修改或删除。

设置手机端

接下来，我们还要对自己的移动设备进行设置，以便让它们能轻松地访问其中的资源。

在手机或平板端安装并运行Bdrive Classic（下载地址：http：//baid.us/kaMy），进入Bdrive Test Server（测试Bdrive服务）界面，单击屏幕下方的菜单按钮，在出现的菜单中单击Add BID（添加BID）按钮，打开相应的界面，输入我们要访问的云资源所对应的BID（如图4），单击Add（添加）按钮，返回上级界面，我们会发现该资源已出现在列表中了。在弹出的对话框中输入访问密码，即可像使用本机文件一样，对其进行播放、编辑、上传、下载等操作了。

基于Ad hoc的家庭无线网络篇6

关键词：Ad hoc；ADSL；无线网络；加密技术

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 15-0000-02

Home Wireless Network Based Ad Hoc

Miao Cheng

(CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.,Shanghai200011,China)

Abstract:In the current wireless network technology in order to"home wireless network"is the theme design is based on Ad hoc wireless LAN(WLAN)applications,in the case of no wireless router,make 2 computers with wireless network adapter associated with the Internet.Ad hoc at present the practical application based on relatively small,so the formation of ad hoc networks connected to the Internet is very meaningful.

Keywords:Ad hoc;ADSL;Wireless network;Encryption

在目前的无线网络技术中，Ad hoc网络和无线局域网分别作为最重要的研究和最热点的应用。以“家庭无线网络”为主题，设计基于Ad hoc的无线局域网（WLAN）应用，在没有无线路由器的情况下，使2台带有无线网络适配器的计算机联入Internet。

无线局域网可分为两大类。第一类是有固定基础设施（Infrastructure）；第二类是无固定基础设施（Ad hoc）。所谓“固定基础设施”是指预先建立起来的、覆盖一定地理范围的一批固定基站，比如一台无线路由器，两个无线工作站这样的一个基本服务集BSS，BSS覆盖范围称为一个基本服务区BSA。在以“固定基础设施”方面，前人进行了大量的研究，目前的移动通讯网络，许多家庭无线网络都采用这种模式进行通讯，一系列建立起来的理论和实践技术目前都比较成熟，1997年IEEE制订出无线网络协议标准802.11，编号为ISO/IEC 8802-11[W-802.11]。由于先前的“固定基础设施”已经比较完善，而且由于Infrastructure必须要有一个中心基站，对于家庭无线网络而言，能够使用最为经济的成本，能够快速访问对等网络中的计算机网络资源，很显然，基于ad hoc的无线局域网就能够满足这些需求，而且目前基于Ad hoc的实际应用相对来说比较少，所以组建自组网络连入Internet是非常具有意义的。

一、“基于Ad hoc的家庭无线局域网”基本工作原理和特点

目前无线局域网按照传输技术分为三类：红外线局域网、扩频局域网和窄带微波局域网。由于家庭无线网络，需要进行图片、音像、语音等媒体的加载，传输速率要求不能太慢，市场上主流的无线网络适配器为11Mbps和54Mbps两种，可以有效避免无线网络辐射对人体的危害。

（一）基本工作原理

家庭无线局域网采用的IEEE 802.11协议，MAC层主要采用CSMA/CA冲突避免方法，在MAC层还采用一种虚拟侦听（VIRTUAL CARRIER SENSE，VCS）机制，VCS可以有效的避免冲突的可能性，由于无线局域网不可能和有线局域网中一样，当数据发生碰撞时，电缆中的电压就会随着发生变化，那么有线网络中的CSMA/CD来检测电压的变化，而在无线局域网中由于无线电波可以向四面八方进行传播，发送结点和接收结点都有可能发生碰撞，所以在无线局域网中，CSMA/CD的碰撞检测方法是没有作用的，应该采用CSMA/CA对数据冲突进行避免、减少数据碰撞，保证数据通讯顺畅。

（二）ADSL简介

家庭无线局域网当中关键的目的除了进行对等网络结点之间的资源共享，还需要能够接入到Internet网络，国内电信企业在接入方式上提供了两种途径：一种称为非对称数字用户线（ADSL），另一种称为有线通电缆调制解调器的接入方式，由于后者主要以有线电视光缆作为传输介质，而且它的接入速度受到诸多原因，故在家庭无线局域网中我选择了ADSL作为接入Internet方式。

ADSL技术是数字用户线XDSL中的以电话交换网为基础的网络，目前它的下/上行速率达到1.5Mbps/64kbps（5.5km），下/上行速率达到6Mbps/640kbps（3.6km），接入用户端的投资非常小而且只需要家庭中装有固定电话就可以方便的实现。

ADSL技術ADSL2是由ITU-T颁布了更高速率的G.922.1标准，它使下/上行速率达到8Mbps/800kbps，改善了线路质量评测和故障定位功能，采用了无缝速率自适应技术SRA（Seamless Rate Adaptation），根据线路的实时状况，自适应地调整数据率。

ADSL技术网络主要由数字用户线接入复用器DSLAM，用户线组成，DSLAM当中有许多的接入端接单元ATU，居民家庭通过在家中的adsl modem，普通电话线传输请求信号给电话分离器PS，PS再传输给DSLAM，随后请求信号链入区域宽带网，区域宽带网传送给ISP，随后响应信号随着请求信号建立的链路，逆向传送给居民家庭，完成Internet的连接工作。

（三）“基于Ad hoc的家庭无线网络”的加密

由于家庭内部结点计算机数据的私密性，又因为Ad hoc网络无法准确控制无线信号范围，外界有很大机会能访问到该无线网络，如果这些数据没经过加密的话，很容易通过诸如数据包嗅探工具来抓包、分析并窥探传输的。所以要建立一个结构性能稳定且能高效低成本组建的Ad hoc网络，安全性成为必不可少的一环。这里介绍两种最为常用的加密技术，WEP和WPA。

基于IEEE802.11的第一个安全加密协议为802.11无线对等保密（Wired Equivalent PrivacyWEP），它的加密方式使用的是rsa数据安全性公司开发的rc4 prng算法。这种加密算法加密解密的速度非常快，提供了相当的强度，用于提供等同于有线局域网的保护能力。因此可以为Ad hoc网络提供比较好的安全保护。

介绍完WEP的加密技术，接着在谈一下WPA。WPA加密即Wi-Fi Protected Access，其加密特性决定了它比WEP更难以入侵，所以如果对数据安全性有很高要求，那就必须选用WPA加密方式了（Windows XP SP2已经支持WPA加密方式）。WPA作为IEEE 802.11通用的加密机制WEP的升级版，在安全的防护上比WEP更为周密，主要体现在身份认证、加密机制和数据包检查等方面，而且它还提升了无线网络的管理能力。

二、“基于Ad hoc的家庭无线局域网”的搭建

（一）搭建家庭无线网络设备

1.能够连入Internet网络的ADSL Modem（有线或者无线）。

2.带有无线网络适配器的计算机（也可以配置了网络适配器）。

3.计算机操作系统为Windows XP Professional版本。

（二）搭建家庭无线网络要求

1.区分带有无线功能计算机两种基本通信模式：infrastructure（基础架构）网络和Ad hoc（点对点）网络。

2.掌握802.11协议的对等网络Ad hoc、无线网络的分层结构、特点、接入技术等。

3.由于无线环境中存在较强的突发干扰和随机干扰，传统TCP的基本假设在无线环境中不再成立，了解提高TCP协议在Ad hoc网络中性能的TCP-BUS协议。

4.由于无线网络安全的脆弱性，能够提供无线网络安全方案，比如密钥管理、入侵检测、响应方案等一系列提高安全性技术。

5.绘制基于ad hoc家庭无线网络（WLAN）拓扑结构，能够较为准确的描述无线网络的连接状况。

（三）搭建家庭无线网络配置步骤

利用Windows XP系统自身的家庭无线网络向导进行家庭无线网络配置比较简单，集成了网络密钥，SSID等一系列功能。安装了无线网卡后，将鼠标移到相应网络连接项就会在状态欄显示如下图所示提示，表明当前的无线网络连接还不可用。

STEP1：在如上图所示无线连接图标上单击右键，在弹出菜单中选择“查看可用的无线网络”选项，即打开如下图所示窗口。此时连接显示无连接状态。

STEP2：单击更改高级设置，有一张“无线网络配置”选项卡，单击“添加按钮”，会出现“无线网络连接属性关联选项卡”，在选项卡内填入SSID：default，由于是家庭无线网络，所以我选择网络验证为开放式模式，数据加密为WEP格式，网络密钥为5或40个字符，“这是一个计算机到计算机的（临时）网络，未使用无线访问点”复选框打勾，随后在无线网络连接属性中出现default网络。在每一台ad hoc网络中配置方法同上。单击查看无线网络连接配置窗口中出现点对点default网络。至此，ad hoc网络建立完成。

STEP3：建立好Ad hoc无线网络，接着使用一台网络结点网络适配器有线方式接入ADSL MODEM，实现Internet连接，在本实例中使用有线方式接入。使用IPCONFIG命令可以看到Ad hoc无线网络中连接Internet服务器的IP地址，一共有2个IP地址，一个为无线网络适配器地址，一个为连接入Internet有线网络适配器地址。图二为Ad hoc无线网络中另一台网络结点IP地址。

STEP4：分别在两台笔记本上都打开网络安装向导，将有网络适配器的网络计算机选择“这台计算机直接连接入Internet”，另一台Ad hoc网络结点选择“通过网络上的其他计算机连接到Internet”，设置相同的工作组名称为thomas home，这样就使用Windows XP自带的网络配置好了ad hoc网络接入Internet的Internet网关。

如何打造和谐的家庭网络环境篇7

家庭作为整个社会的构成单位, 也正面临着网络的两难境地。2005年1月, CNNIC (全称“中国互联网络信息中心”) 发布第15次中国互联网络发展状况统计报告显示, 中国上网用户总数为9400万;上网计算机达到4160万台。越来越多的家庭离不开网络, 从原始的仅仅为了搜寻信息、资料, 发展到现今衣食住行, 整个社会的运行都搭上了互联网的快车, 并打上了互联网的烙印, 互联网已经从单一的行业互联网发展成为深入各行各业的社会大众的互联网, 无时无刻不在影响着人们的生活。如今的许多家庭已经发展成为网络家庭, 儿童上网的趋势已经不可逆转, 在我们的身边有越来越多的孩子加入小网民之列。

家庭教育面对网络的来势汹汹, 又各显百态:有无可奈何妥协;有“缴械投降”任其“自由发展”;有“抵抗到底”, 让孩子承受着各种各样的“戒网瘾”方法的折磨……面对那么多“防治”“对抗抵御”的现状, 我不禁想问:我们为何不改变一下面对“网络成瘾”局面的思路?如果能够引领着孩子, 让他们“大大方方”“平平安安”地进入网络, 来个“全家总动员”又何妨呢?于是本人就作了以下的设想和思考。

一、防重于治, 筑起“网络沉迷”的防护墙

打开电脑, 进入各种形式的教育网站和论坛中, 我发现不仅有成人的身影, 还同时闪现着许多儿童的脚印。如今, 孩子们的娱乐项目发生了很大的变化。纵现社会上的现象:手机功能的不断增多 (以苹果为例) , 电子产品的日新月异、电脑游戏的精彩纷呈, 在各种公共场所, 孩子们聚集在一起捧着iphone手机、ipad上网、游戏, 操作熟练。我不禁有些担忧, 如果没有了网络的生活, 这些孩子会不会抓狂呢?

再看看社会上各种关于“网络成瘾”造成的家庭悲剧的报道, 我们不难发现在这些极端的网瘾案例的背后隐藏了一个共同点, 就是家长对孩子的沉溺行为严重后知后觉。刚开始任由孩子与网络“亲密接触”, 没有及时引导, 没有及时采取措施, 导致孩子越陷越深, 难以自拔。长大后出现问题了, 又要拼命压制, 于是自相矛盾, 孩子痛苦, 父母伤心。难道真的只是孩子的错吗?

我觉得家长首先要以身作则。一个学生曾对我说:“为什么我爸爸每天都在玩电脑, 我就不可以呢?”看着孩子义愤填膺的面容, 我很无奈。俗话说:“上梁不正, 下梁歪。”如果父母的表率作用在开始的时候就已经偏离了轨道, 那么还怎么去责问孩子?因此, 给孩子正确的引导, 以防孩子们被“潜移默化”, 是作为家长不可推卸的责任。

二、通胜于堵, 寻求合理的网络家庭沟通方式

面对孩子对网络成瘾的现象, 家长往往采取各种强硬的手段进行“围剿”:拔掉网线、砸坏电脑、严防死守、大刑伺候……一味地堵住孩子接触网络的途径, 从另一方面更加激起了他们对于网络的渴望。这种做法不但解决不了问题, 更会让家庭矛盾日益恶化。

但我们也应该辩证地看待孩子上网, 甚至可以与他们一起畅游网络, 了解他们的感受, 尽量与他们拥有共同的话题。

谁不曾因为沉迷于其他的事物而遭到父母的责骂?每一位父母都可以尝试回忆自己的少年时代, 也许当时我们只是迷恋其中的一些虚幻的感觉, 也可能为了慰藉心中的某种失落, 填补心中的某种空缺。试想当年我们不也期待着自己父母的理解和宽容吗?我们的孩子也会如此啊!当孩子觉得被理解被接纳时, 他们就会信任父母, 也就更加愿意对父母敞开心扉。一旦孩子愿意和父母正面谈起网瘾的感受, 解决这一问题就指日可待了。如果在一个比较宽松的家庭氛围中, 父母能去了解孩子的所爱, 去理解孩子的“沉迷”, 或许, 这样的“沉迷”也就不存在了。人性化的沟通, 才能真正达到沟通的效果。

三、了解胜于抵触, 创造和谐的家庭网络环境

我发现在面对网络时, 出现了组建于不同网络发展时期的家庭, 家庭教育方式存在着很大的差异, 而这些差异使得不同家庭呈现出不同的家庭网络环境。

一种是组建于网络发展前期的家庭。父母亲本身很少接触网络, 或者由于家庭条件有限、知识水平有限, 本身对于网络了解不深, 在他们的眼里, 网络是洪水猛兽, 他们对于“网络生活”存在很深的误解和排斥, 在和孩子的沟通中不允许存在网络。

另一种是组建于网络发展中期的家庭。父母对于网络有一定的了解, 但是由于对于网络的认识只限于互联网刚起步时期的阶段, 后来没有进一步的接触和了解, 与孩子对网络的认识有代沟, 但并不是十分排斥网络。

以上两种家庭, 面对孩子出现对网络不可自拔、沉迷的现象, 容易采取暴力抵抗的方式。因为父母的认知让他们觉得“远离网络、坚决抵制上网”才是最彻底、最有效的方法。但是, 仔细分析一下, 这种想法有多么的不合理和可怕:如果不让孩子们接触网络, 就意味着让这些孩子成为信息时代的文盲或者半文盲。在面对网购、网银、网络产业盛行的时代, 这些孩子远离网络, 那么他们如何和这个社会、这个时代对话?如果处于青春期、叛逆期的孩子们无法压制心中对网络世界的强烈的欲望, 面对父母的强烈反对、暴力抵挡, 他们会怎样, 我不禁有些后怕。不在抵抗中死亡, 就在抵抗中爆发!2011年3月20日中央电视台的《今日说法》播出的节目“被推下楼的母爱”, 就讲述了一个15岁的少年崔元 (化名) 因不满母亲阻挠其玩网络游戏, 一怒之下把母亲勒死并将尸体推下楼……

如果这些父母对网络有一些科学、合理的认识, 是不是结果也会有所改变?只有和孩子达成一致的网络认知, 了解孩子的心理需求, 家长和孩子才能真诚与平等地对话。

基于蓝牙技术的家庭网络初级方案篇8

家庭网络的主要目的就是实现家用电器之间的联网,同时又可以根据实际情况扩展家庭安防网络。它具有以下特点:1)终端设备以各类家用电器为主,没有统一的接口标准;2)网络设备的布置和房屋的建筑结构有很大关联;3)网络结构要求有很高的动态特性。

由于上述特点,具有廉价成本、低功耗、高传输速率的蓝牙技术[1,2,3]将是下一代家庭智能网络的主要选择之一。因此,笔者将结合家庭应用的具体环境来研究和解决蓝牙技术在家庭网络中所遇到的问题。

1 家庭网络中蓝牙技术的应用现状

近年来,随着蓝牙技术的不断发展以及家用电器的信息化,对于如何将蓝牙技术与家庭网络结合起来的研究成果越来越多。其中主要有特定蓝牙设备的研发和各种改进型的蓝牙组网算法的研究。

文献[3]主要设计了蓝牙固话转换系统,提出了一种将家居环境中的语音设备有序地连接起来的软硬件解决方案,不过没有具体涉及到网络拓扑结构的问题。

文献[4]利用FSH分组中的CoD字段来标识每个蓝牙设备所在的网络编号信息,在蓝牙设备发现过程结束前识别出非协作设备,并阻止它们参与到设备发现过程中,从而有效地缩短了蓝牙设备的组网时间。

文献[5]通过对BTCP算法的改进,主要是对微微网数量的控制,有效地降低了网络建立时间,并减少了网络建立过程中总消息数目。

以上研究结果,都不是很特定的针对家庭应用。笔者将结合家庭应用的具体环境,具体分析蓝牙网络建立过程中房屋建筑结构所带来的影响。同时对蓝牙散射网形成的重要过程进行分析,得出适合家庭应用的网络参数。

家庭网络中应用蓝牙技术的问题及解决方案

2.1 面临的问题

蓝牙系统的网络结构有两种形式(见图1):微微网(piconet)和散射网(scatternet)。

微微网是通过蓝牙技术连接起来的网络的基本单元。微微网建立的时候,定义其中一个设备为主设备,其他设备均为从设备。

将多个微微网组合起来,这就是散射网络。散射网络是由多个独立的非同步的微微网组成的,它根据跳频顺序来识别每个微微网。每两个微微网的连接节点称为桥接点。

在建立散射网的时候,结合家庭应用具体环境,会发现房屋建筑结构所带来的信号阻隔。一堵水泥砖墙带来的信号衰减大致为10~15 d B,而假如是钢筋混凝土结构的,衰减就为15~30 d B,甚至更高,某些结构的钢筋混凝土墙甚至可以做到信号屏蔽。以上是蓝牙技术在家庭网络中具体应用时主要碰到的两个问题。首先,桥接点蓝牙模块往往在不同的微微网中处于不同的状态,而且不同微微网的频率是不同的,当桥接点长期频繁地处于状态切换并且数据量增大,就会产生瓶颈效应。其次,房屋的建筑结构改变了网络拓扑结构。因为墙壁之类的阻隔,使得直线距离小于信号有效覆盖范围的两台设备无法通信,比较轻的情况就是导致了微微网数目的增加,最严重的情况就是两个被隔离开的空间里的设备无法形成一个统一的网络。

2.2 初步的解决方案

结合以上对两种实际情况的分析,可以得出需要解决的问题关键点有两个:1)因为桥接点蓝牙模块处于角色转换所带来的时延;2)因为建筑阻隔带来的信号衰减。为此,提出以下的解决方案:根据房屋具体的内部建筑结构,在两个空间的交接处安置一个特殊的蓝牙设备,该蓝牙设备有两个蓝牙模块,其工作由一个廉价的嵌入式处理器(例如MSP430)来控制。定义蓝牙设备所在的空间信息[4],每一个这种特殊的蓝牙设备只与指定空间的蓝牙设备建立连接。

在空间交接处安置蓝牙设备,这个可以最大限度实现两个空间蓝牙设备的通信,同时这类蓝牙设备往往是作为两个空间的蓝牙网络的桥接点。在此类蓝牙设备上安置两个蓝牙模块,并且定义每个蓝牙模块只需要与指定空间的蓝牙设备进行通信,这样一方面解决了作为网络桥接点蓝牙设备的瓶颈问题,另一方面使得每个空间内的蓝牙网络都相对独立,减少了蓝牙散射网形成的复杂度,大大提高了建立速度。如图2所示,11个分散在4个相对隔离的空间的蓝牙设备分别在各自空间内形成蓝牙网络,而4个具有两个蓝牙模块的特殊蓝牙设备则将4个独立的网络连成了一个统一的网络。此方案同时也解决了微微网间的干扰问题。

3 蓝牙设备发现过程分析和仿真

3.1 蓝牙的设备发现过程分析

蓝牙的设备发现过程是蓝牙散射网形成的重要环节,直接影响到网络拓扑算法的效率,并且对整个网络的拓扑结构产生很大影响。

蓝牙基带规范规定蓝牙点到点连接建立过程由两步组成:1)通过查询过程收集相邻设备信息;2)通过寻呼过程建立设备间的连接。图3描述了两个蓝牙设备建立连接的过程。

笔者所研究的设备发现过程采用的是对称的设备连接机制,每个设备随机选择查询或查询扫描状态,并在这两个状态交替,同时再采用图3所描述的非对称过程尝试连接其他设备。与其他文献不同的是,笔者研究的重点是设备随机选择查询或者查询扫描状态的概率p。

假设网络中有n个设备开始进行设备发现的过程,它们初始都随机选择查询或查询扫描状态。每个设备的状态选择都是独立随机事件,将n个设备的状态变化合并为过程X,则X为一个独立随机过程。假设每个设备处于某一状态的时间长度服从[0,b]上的均匀分布,全部设备处于某一状态的时间长度也是个独立随机过程。两个处于相对状态的设备能够成功地进行一次查询,当且仅当扫描节点保持扫描状态的时间长度不小于图3所示的(2)和(5)之间的时间长度,即两个同步延迟加上一个随机向后延迟。令T=2FSD+RBD,其中,FSD和RBD分别在[0,Tcov]和[0,rmax]上均匀分布,Tcov=20 ms,rmax=639.375 ms,于是T可以近似考虑为在[0,rmax]上的均匀分布。考虑在散射网组建的情况下,某一设备处于查询扫描状态的时候,其邻设备里面必须要有一个处于扫描状态,才能成功地被至少一个相邻设备发现。定义这种情况下处于扫描状态的设备进行一次成功地查询概率为Pc,则有

可以得到,当的时候,Pc=(Pc)max。这个结果所求出的p值并不适合实际应用,只能表明有以下可能性:对于不同的设备数,存在不同的p值能够使得每个处于查询状态的设备被发现的概率达到最高,从而能够减少设备发现过程的时间。

3.2 模拟仿真及结果分析

本文的实验基于NS2仿真环境,其中蓝牙模块采用辛辛那提大学的UCBT。仿真实验有2个,实验1实现了散射网下的设备发现过程,主要研究了p对设备发现过程的影响。实验2实现了LMS随机分布式创建算法[6],主要研究了p对散射网连通性的影响。两个实验的模拟场景中,设备都是随机地放置在7 m×7 m的平面内。实验1中p值分别取0.34,0.5,0.66,图4和图5分别为p取3个不同值的情况下,随着设备数量的增加,设备发现过程中查询过程和寻呼过程所需要的时间的变化情况。实验2中设置了足够长的仿真时间,设备数分别取10,20,30,40,图6为4个不同设备数量的情况下,网络连通性随着p值的增加而变化情况。

图4和图5的仿真结果表明,p值的不同对查询过程所需要的时间影响很大,但是对寻呼过程所需要的时间影响很小。因为在设备发现的过程中,查询过程结束后,一对需要建立连接的设备都已经获取到双方的时钟和ID信息,就能够在寻呼阶段很快速地建立连接。

文献[4]指出,查询阶段的延迟是导致蓝牙散射网建立速度慢的主要原因,图5则表明相对于一般所采用的p取值0.5时,增大或者减小p的值,使得一开始设备选择初始状态就有一定的倾向,能够有效地减少查询过程所需要的时间,而且随着设备数量的增加,效果越来越明显。

图6所显示的仿真结果本质上是p值和散射网形成算法效率之间的关系,需要注意两点:1)当设备数量为10时,p值对于算法效率的影响很小;2)当p值处于[0.42,0.5]时,散射网的连通性比较高而且稳定,当p位于这个区间外的时候,散射网连通性的稳定度就大大下降。结合前面仿真实验1的结果,可以得出以下结论:1)p值为0.5时,设备发现过程中的查询过程所需要的时间最大,但是散射网连通性最高而且最稳定;2)适当减少p值,可以牺牲一定散射网的连通性的稳定度来提升散射网建立的速度。

结合2.2节中提出的家庭蓝牙网络模型,当采用实验2所实现的蓝牙散射网形成算法的时候,可以选择p=0.42,一方面保证了散射网连通性,一方面提高了散射网的建立速度。

4 小结

本文一方面结合家庭应用的具体环境,分析了蓝牙散射网在家庭应用中遇到的桥接点瓶颈问题和建筑结构阻隔信号问题,并且提出了一个适合家庭应用的初步解决方案。此方案同时能够有效地解决微微网间的干扰问题。另一方面从后验的角度出发,考虑到主从设备数量在散射网中的不等性,研究和分析了设备选择查询或者查询扫描状态的概率p对设备发现过程的影响,在一个比较极端和理想情况建立了某一设备被其他设备发现的概率方程。并且进行了基于NS2的仿真实验,通过分析仿真结果和建立的概率方程,得出了一个最适合LMS随机分布式创建算法的p值,能够同时保证散射网的连通性和加快设备发现过程。而随着蓝牙3.0时代的到来,基于新的蓝牙协议的研究将是笔者未来的工作重点。

参考文献

[1]SALONIDIS T,BHAGWAT P,TASSIULAS L,et al.Distributedt opology construction of Bluetooth personal area networks[C]//Proc.I EEE Information and Communication2001.[S.l.]:IEEE Press,2001:1577-1586.

[2]AGGARWAL A,KAPOOR M,RAMACHANDRAN L,et al.Clusteringa lgorithms for wireless ad hoc networks[C]//Proc.the4th InternationalW orkshop on Discrete Algorithms and Methods for Mobile Computinga nd Communications.MA,USA:[s.n.],2000:54-63.

[3]蒋喜焰,王峰.短距离蓝牙通信在智能家居中的应用设计[J].电脑与电信,2008(10):72-74.

[4]左建春,蒋凡.一种改进的蓝牙设备发现过程及其仿真[J].计算机仿真,200(5):94-97.

[5]杨帆,钱志鸿,王雪.一种改进的蓝牙分散网构成算法[J].哈尔滨工业大学学报,2008(11):1825-1829.

家庭网络指南大全(上) 篇9

家庭网络根本不像单单把设备A与设备B连接起来这么简单。今天我们将详细介绍构建家庭网络的基本步骤。我在这里着重讨论电脑网络，但也会讨论用来把媒体内容从电脑传送到客厅的消费电子设备，以及互联网连接。

下列忠告有些既适用于房主，也适用于租户；但如果房子是租的而不是自己的，那么你对物理环境的控制权就要小得多。比如说，房东可能不喜欢你在墙上钻孔拉5类增强线。

需要用网络来做什么?

你在掏出信用卡购买网络设备之前，先弄清楚试图用家庭网络来做什么。

你仅仅是希望把几台笔记本电脑以及可能配备无线功能的手机连接到互联网，以便上网访问吗?若是这样，一个802.11n接入点也许可以将就着使用。

你经常在家办公，需要通过虚拟专用网(VPN)技术接入企业网络吗?若是这样，你需要一款能够支持VPN穿透(VPN passthrough)的很不错的路由器。

你是狂热的在线游戏玩家吗?你需要经常连接至大规模多人在线游戏，还是借助PlayStation Network或Xbox Live之类的服务来玩游戏?若是这样，你不但需要购买一款很不错的路由器，还要关注路由器的重要功能，如端口转发。

你经常通过互联网看电视吗，使用Hulu等服务或者电视网络自己的网站?如果你将视频从互联网流式传送到家中的多个地方，就需要一套可靠的网络基础架构——可能是有线网络。

能明确给出上述问题的答案，非常有助于确保你不用花太多的钱，就能构建起适合自家的网络。

网络基础架构方面的选择

大多数房主在整个住所传送数据有三个选择：有线以太网、无线和HomePlug(电力线网络)。

有线以太网

说到在家里传送数据，如今没有什么网络技术比千兆以太网更快的了。(虽然万兆以太网正开始进入到企业网络，但这项技术对大多数房主来说仍然成本过高。)千兆以太网的最大传输速度相当于每秒125兆字节，但你很少实际看到这么快的速度。这个速度与中档硬盘差不多一样快，不过网络开销会导致速度到不了千兆。

如今千兆的主要标准是1000Base-T，即IEEE 802.3ab。1000Base-T使用铜质双绞线。如果你打算使用千兆以太网，就需要5类增强线(Cat 5e，俗称超五类)。(也可以使用6类线，不过这对千兆以太网来说是大材小用。)

不过在购买5类增强线时要小心——有些号称“Cat 5e”的较便宜线缆可能不是实心铜线，或者规格小于标准的24线规；如果使用这类成本较低的线缆，得到的传输速度可能会降低。确保从信誉可靠的厂商购买线缆，尽量不要挑选最便宜的线缆。

千兆以太网的弱点恰恰正是其强项：它需要实际布线。所以，你需要把5类增强线拉到需要这种高速连接的任何房间。

结构化线缆

如果你使用房间里面的其他几种线缆(电话线、光缆线或同轴线等)，那么采用结构化线缆也许能一举两得：这种线缆把所有线缆并成一条线。“结构化线缆”这个术语实际上涵盖众多产品，包括配线板、接线盒及其他装置，但这里主要讨论的是实实在在的线缆。

虽然结构化线缆比单条线缆要粗，但它简化了在整个房间布线的工作，不过还是需要在墙壁上钻孔。

在我的家庭办公室(地下室)，我在地上铺了5类增强线，捆扎成束。如果在不用作接待好多客人的单单一个房间，这种方法很合适；但是对客厅这样的社交场地来说，却是不尽如人意的解决办法——线缆需要从墙壁后面穿过。

如果你无法(或不会)把线缆拉到整幢房子，下一个最佳方案是无线。

无线

我得先提醒一句：如果你打算将无线用作家庭网络，请三思而行。虽说802.11n很不错——传输速度高达每秒300兆比特，也不为布线而操心，但如果你想要经常流式传送媒体、移动大文件，它并非理想选择。

比如我家有一个Windows Home Server，有几个用户帐户。我们还将该服务器用来存储各种应用程序。通过有线千兆以太网安装大型应用程序所花的时间只比从光盘安装长一点，但是通过802.11n链路来安装软件要花很长时间。

另一方面，如果你只想连接几台少量的电脑，无线也许很适合。无线是一种快捷简单的连接方式，可以连接几台商务笔记本电脑、具有无线功能的手机以及苹果iPad或上网本等轻型设备。

如果你喜欢无线技术在连接笔记本电脑和手机方面的便利，可以考虑选择混合网络：结合使用无线和千兆以太网。下文会讨论可能适合混合模式网络的一种场景。

需要哪种无线?

如果你只能使用无线，一定要选择802.11n。802.11n路由器和接入点的价格已大幅下跌，所以没有道理使用比较老的802.11g设备，除非你对网络的要求极低(同时可以参阅《PCWorld》的无线路由器和网络评论文章：http://www.pcworld.com/browse.html?cat=2114&type=3)。

你在开始购买无线设备之前，确保知道自己要买哪种设备——市面上既有“无线路由器”，也有“无线接入点”。

路由器负责把从互联网进入的流量路由转发到网络上的相应系统。它们通过内置的网络地址解析(NAT)功能来处理这项任务。路由器还充当内部网络与外部互联网之间的防火墙，但这是一种额外功能。

过去，接入点的作用仅仅是连接配备无线功能的电脑，而不负责路由转发。早期的接入点需要与路由器连接起来。如今，这种定义已变得有点模糊，大多数面向家庭的接入点拥有内置路由器，但缺少有线以太网交换机。

家庭路由器包含了有线以太网交换机。注意：你仍能找到只通过有线链路来连接、没有内置接入点的路由器。

我在这里所用的“路由器”术语是指带无线内置接入点的有线路由器。本文中的接入点是指没有内置有线以太网交换功能的无线路由器。不过，路由器比大多数接入点贵不了多少，所以应考虑购买一个——因为你从来不知道是否以后需要更强的灵活性。

确保802.11n性能良好的关键是选择合适的路由器。路由器的功能和性能相差很大，不过要是你的客厅很小，又只有一两个系统连接至路由器，也许根本不用理会这种差异。

如果你关注传输速度或覆盖范围，Small Net Builder(http://www.smallnetbuilder.com/)提供了比较详细的性能评比。较便宜的路由器可能只支持快速以太网，只有一个无线无线电模块。在选购路由器时，要关注以下几项重要特性：

同时双频：这类路由器可同时支持2.4GHz和5GHz(或5.8GHz)。只有少数几款路由器完全支持5.8GHz；你会得到更高的带宽，但同时覆盖范围会变小，特别在穿墙而过的情况下。一些较新的路由器含有一对5GHz无线电模块。

多根天线：你需要至少有两根天线的802.11n路由器。一些家庭路由器似乎看不到有什么天线，但里面嵌入了多根天线。这适用于大小一般的房子。

可换天线：如果你需要更广的覆盖范围，可以考虑选择带外置可换天线的路由器。这种路由器通常连接至小型的同轴电缆式接头。天线从许多地方都能买到，有多种尺寸和配置。

你可能还要关注更高级的路由器，比如支持服务质量(QoS)以改善媒体流式传送、支持游戏(如果你是在线游戏玩家)以及访客接入(如果造访你家的一帮朋友需要接入)，具体看你有什么样的需要了。

无线网络方面要注意的一个关键问题是，你的带宽分摊给了多个客户端连接。假设有个802.11n路由器拥有300-mbps带宽，再设想一下：把十台电脑通过无线网络连接至该路由器。这十台电脑必须共享这300 mbps。幸好，大多数现代路由器相当智能化，可以根据需要分配带宽；有些路由器允许你设置带宽分配限额。

一些路由器支持的另一项功能是无线智能流处理(WISH)，你可以将某些类型的流量优先传送到特定的客户端或一组客户端。如果你从一个系统(家庭服务器)将视频流式传送到另一个系统(客厅的电脑或联网的高清电视)，可能需要启用WISH。同样，WISH还可用于确保VoIP连接保持可靠。

扩展无线网络

有时你可能需要把无线网络扩展到使用有线设备，比如Xbox 360游戏机或BD 2.0联网蓝光播放机。

无线网桥正是你所需要的东西。市面上既有只有一个以太网端口用来连接一个设备的网桥，也有拥有内置以太网交换机用来同时连接某一地方多个设备的网桥。

另外，你可能只要扩大网络的覆盖范围。标准接入点常常有网桥或扩展器模式，但你也会找到专用的范围扩展器，实际上为无线信号充当了中继器。

电力线网络(HomePlug)

如果你需要为某些电脑或设备提供可靠的带宽，又没法拉5类增强线，可以考虑HomePlug电力线网络架构。HomePlug使用你家里现有的电力线来传输网络信号。这些年来，HomePlug标准一直在完善，目前产品包含服务质量(QoS)设置，提供高达200 mbps的最大传输速度。

这个总带宽不如802.11n，但HomePlug连接供单个客户端使用。当然可以把以太网交换机插入到HomePlug连接，但缺点是分摊了这个带宽。

HomePlug的问题在于，总带宽完全取决于所布的电线。实际速度差异很大——崭新的适配器在布局合理的房间能获得超过100 mbps的速度，但在旧建筑物只能获得10 mbps至15 mbps。

比较新的房子常常意味着线缆比较好，但如何布线也是个因素。在我家里，我们采用间断布线方式——要想把信号从地下室传送到顶楼睡房，唯一的办法就是借助断路器板。这常常是个瓶颈，有时甚至会完全阻挡HomePlug信号。

混合模式网络

我家使用了有线与无线混合模式网络。如前所述，我在地下室的办公室沿踢脚板铺设了成捆的5类增强线。我们还出钱请专业电工把结构化线缆拉到了几个主要房间，包括客厅、家庭活动室和孩子睡房。一切系统用结构化线缆连接起来，接入到地下室的总控板，具体在靠近其中一个家庭办公室(共有两个)的贮藏区。