基于异构网络的物联网智能家居系统设计与实现
本文选题:智能家居 切入点:异构网络 出处:《西安电子科技大学》2014年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:随着生活质量的不断提高,人们迫切的希望构建一个安全、舒适、便利、环保的居住环境。智能家居系统作为管理家电设备的有力工具,已经得到广泛的应用。这种系统通过成熟的传感器技术、通信技术,将不同类型的家电设备联系在一起,让人们能够利用便捷的移动终端设备,随时随地掌握家电设备的信息。迄今为止,智能家居领域的先行者已在多方面进行了探索与研究,并取得了显著的成就。本论文从智能家居系统的服务器到家庭网络,再到家庭网络各模块都进行了重新设计。在服务器的实现过程中,为了提高服务端的并发量,使用Netty网络架构;家庭网络由Wi-Fi网络与ZigBee网络构成,其中Wi-Fi网络完成高清、高速率数据的传输,ZigBee网络则负责低速率设备的数据传输。Wi-Fi网络与ZigBee网络之间通过树莓派完成信息交换。在本智能家居系统的设计过程中,智能家居系统分为三部分,一是服务器模块,二是物联网网关模块,三是移动客户端模块。三者之间通信时涉及到Wi-Fi网络、ZigBee网络、互联网络、移动网络所构成的异构网络。服务器模块通过Netty架构实现,该架构使得服务端的通信模块与业务处理模块分开,用户无需关心通信模块的内容而只需要完成业务逻辑的处理。服务器模块为所有的物联网网关和移动客户端提供服务。物联网网关模块作为家庭信息的访问点,是家电设备与服务器模块的枢纽。在智能家居系统的物联网网关模块中,物联网网关程序部署在Open WRT路由器系统中,智能家电系统的采集模块由树莓派完成,因此,高清视频流的传输直接通过树莓派由Wi-Fi网络与路由器进行数据的交互,而低速率、小批量的数据则由ZigBee相关设备采集,通过ZigBee网络汇集于树莓派,然后由树莓派与无线路由进行数据传输。本系统的服务器完成了移动客户端的后台处理,但移动客户端的开发并不在此设计之列。在当前智能家居系统中,家庭娱乐是系统必不可少的模块,因此,存在同一时刻传输多路高清视频流的可能性,而当前Wi-Fi技术所采用的IEEE 802.11n标准在同一时刻只能为一个客户端提供服务,故在本智能家居的设计过程中使用IEEE 802.11ac标准。低速率的ZigBee网络存在多种拓扑结构,本系统从丢包率与组网灵活性的角度出发,选择网状网络作为ZigBee的网络结构。智能家居在业界尚未形成统一的标准,本论文从该系统在服务器与网络模块的设计出发,尝试了一次新的探索。本论文完成了智能家居系统服务器模块、物联网网关模块的设计与实现。在服务端通过Netty架构对服务器的优化,实现服务器程序对多个终端提供服务的功能;在物联网网关模块通过使用Wi-Fi网络完成物联网网关的设计。在本论文的最后,对相关模块进行了功能测试与性能测试,使用CPU的使用率、数据传输速率、响应时间作为性能指标,结果证明该系统达到了预期的设计,并且系统中的各模块已经被企业所采用,取得了一定的经济效益。
[Abstract]:With the continuous improvement of quality of life, people are eager to build a safe, comfortable, convenient, environmentally friendly living environment. As a powerful tool management system Home Furnishing intelligent appliances, has been widely used. This system through the sensor technology, communication technology, different types of home appliances together. People can use mobile terminal equipment convenient, master appliances information whenever and wherever possible. So far, the forerunner of intelligent Home Furnishing field has been investigated and studied in many aspects, and has made remarkable achievements. This paper from the intelligent Home Furnishing system server to the home network, the home network to each module are carried out new design. In the process of realization of the server, in order to improve the quantity of concurrent server, using the Netty network architecture; home network composed of Wi-Fi network and ZigBee network, the In the Wi-Fi network to complete the transmission of HD, high data rate, ZigBee network is responsible for the low rate data transmission equipment of.Wi-Fi network and ZigBee network through the exchange of information. To complete the raspberry pie in the design process of the intelligent Home Furnishing system, Home Furnishing intelligent system is divided into three parts, one is the server module, two networking gateway module three, is the mobile client module. Among the three communication related to Wi-Fi network, ZigBee network, Internet network, heterogeneous network composed of mobile network. The server module through the Netty architecture, this architecture makes the communication module and the business processing module service end user separately, without concern for the content and communication module only needs to be done the business logic processing. Service server module for all networking gateway and mobile client. Networking gateway module as the access point information of the family, is a home appliance The equipment and the server module in the intelligent hub. Home Furnishing system networking gateway module, networking gateway program deployed in the Open WRT router system, acquisition module intelligent home appliance system completed by school, so the transmission of high-definition video streaming of raspberry, raspberry pie by Wi-Fi directly through the network and router for data exchange, and low the rate of small batch data from ZigBee related equipment acquisition, through the ZigBee network together in raspberry pie, and then by the raspberry pie and wireless routing for data transmission. The system server completes the mobile client after processing, but the development of the mobile client is not on this list. In the current design of intelligent Home Furnishing system, family the entertainment system is an indispensable module, therefore, the possibility of the existence of the same time transmit multiple high-definition video streaming, and the technology of Wi-Fi IEEE in 802.11n standard At the same time can only provide services for a client, using the IEEE 802.11ac standard in the design process of the intelligent Home Furnishing in. There are many low rate ZigBee network topology, the system from the packet loss rate and the flexibility of network point of view, select the mesh network as the network structure of ZigBee. Intelligent Home Furnishing unified standard has not been in the industry, this paper from the view of the system in the design of server and network module, try a new exploration. This paper has completed the intelligent system Home Furnishing server module, design and implementation of IOT gateway module. Through the optimization of Netty architecture on the server in the server, the server program provides services to a plurality of terminal function in the Internet of things; gateway module is designed by using the Wi-Fi network to complete the networking gateway. At the end of this paper, the related modules are tested and function It can be tested, using the utilization rate of CPU, data transmission rate and response time as performance indicators. The result proves that the system has achieved the expected design, and the modules in the system have been adopted by enterprises, and achieved certain economic benefits.
【学位授予单位】:西安电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TP391.44;TN929.5;TU855
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,本文编号:1650381
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