具有实时特性的WebSocket家庭智能网关技术研究

发布时间：2017-05-23 14:15

  本文关键词：具有实时特性的WebSocket家庭智能网关技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着物联网与智能家居技术的迅速发展和广泛应用,智慧家居是今后家居领域发展的必然趋势,智能家居系统正朝着网络化、信息化、智慧化方向发展。影响智能家居发展的关键因素是智能网关。智能家庭网关具备智能家居控制枢纽功能。目前,市场上家庭智能网关大多使用HTTP连接,其实时性不足,为此,在研究现有网关常用轮询和Comet实时通信技术的基础上,提出一种基于WAMP环境,直接支持Web,具有良好实时性能的WebSocket家庭智能网关设计方法。基于WAMP环境,在Arduino Yun平台上设计一种基于WebSocket协议的家庭智能网关控制系统架构方案。其中,网关硬件设计部分基于Arduino Yun开发板实现,利用Arduino Yun平台开放的硬件接口,与外围传感电路、家居设备及控制电路相连,构建智能家居系统。在同一家庭环境下,对家居智能设备终端实现远程实时控制和传感器数据实时采集和监测。基于WAMP协议中的RPC和PUB/SUB消息传递模式,实现网关与服务器和家居设备之间的消息传递,并完成家庭智能网关对消息传递的需求性分析。通过WebSocket的全双工实时通信完成对智能家居设备实时有效控制和管理,为终端用户提供运行在具有Web浏览器移动设备的用户界面和手机APP界面,并可经由自定义协议转换控制智能设备。提出一种适用于家庭智能网关的消息传递格式,即JavaScript Object Notation(简称JSON)消息传递格式,具有简单、快速、有效地解析数据并进行逻辑处理的特点,提升网关实时性。基于Crossbar Router云端和4G LTE手机网络等几种网络测试环境,完成了对数据出口分别为100M/1000M,时间点为17:00和21:00两个时段的收发实时性能测试。结果表明:基于WebSocket家庭智能网关具有较好的实时性能。同时,还设计了智能家居网关可视化操作控制平台,实现了在同一界面中对多个终端设备进行远程实时控制和在不同界面中对同一设备的统一控制等功能,较为直观地得到在不同测试条件下家庭智能网关实时控制无线彩色球泡灯和传感器数据的单向延时响应数据,并以此得到相应的性能测试结果对比图。基于WebSocket的家庭智能网关具有直接支持Web连接的实时交互操控特性。
【关键词】：智能网关 实时特性 WebSocket WAMP 远程控制
【学位授予单位】：厦门理工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU855;TN915.05
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 引言9-18
• 1.1 国内外家庭智能网关研究背景和发展现状9-14
• 1.1.1 国内智能网关的研究背景9
• 1.1.2 国内智能网关的发展现状9-10
• 1.1.3 国内智能网关发展历程10-13
• 1.1.4 国外网关的研究背景和发展现状13-14
• 1.2 本文研究的目的与意义14-15
• 1.3 网关关键技术介绍15-16
• 1.4 本文研究内容和创新点16-17
• 1.4.1 研究内容16-17
• 1.4.2 创新点17
• 1.5 本章小结17-18
• 第二章 系统架构与关键技术18-30
• 2.1 系统架构设计18-19
• 2.2 无线通信技术19-21
• 2.2.1 WiFi通信技术19
• 2.2.2 低功耗蓝牙技术(BLE)19-20
• 2.2.3 ZigBee无线通信技术20
• 2.2.4 RF2.4G以及 1G以下无线射频通信技术20-21
• 2.3 WebSocket实时通信21-26
• 2.3.1 WebSocket简介21-22
• 2.3.2 WebSocket握手22-24
• 2.3.3 WebSocket数据传输24-26
• 2.4 实时通信技术26-27
• 2.5 WAMP协议27-29
• 2.5.1 WAMP与WebSocket层次关系27-28
• 2.5.2 Router组成（Router = Broker + Broker）28
• 2.5.3 WAMP消息传递模式28-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第三章 家庭智能网关系统硬件介绍30-40
• 3.1 网关硬件介绍30-36
• 3.1.1 Arduino Yun平台介绍31-34
• 3.1.2 无线通信和传感器选型34-36
• 3.2 终端设备系统介绍36-39
• 3.3 小结39-40
• 第四章 网关远程实时传递设计40-50
• 4.1 PUB/SUB及RPC消息传递40-43
• 4.1.1 家庭智能网关对消息传递模式的需求40
• 4.1.2 Pub/Sub消息传递模式40-41
• 4.1.3 RPC消息传递模式41-42
• 4.1.4 智能家居系统角色组成及与消息传递模式对应关系42-43
• 4.2 服务器到网关的家居设备操控流程43-44
• 4.3 网关到服务器的数据采集监测流程44-45
• 4.4 网关消息传递样式45-49
• 4.4.1 JSON数据交换格式45-46
• 4.4.2 JSON的基础架构46
• 4.4.3 JSON消息格式示例以及家庭智能网关消息设计46-49
• 4.5 小结49-50
• 第五章 网关测试平台设计与实现50-71
• 5.1 实验设计50-58
• 5.1.1 硬件测试环境50
• 5.1.2 软件测试环境50-57
• 5.1.3 实验流程、测试工具以及测试内容57-58
• 5.2 结果及性能分析58-70
• 5.2.1 Web客户端操作流程及测试数据58-66
• 5.2.2 数据结果分析66-70
• 5.2.3 实验结论70
• 5.3 本章小结70-71
• 总结和展望71-74
• 1. 工作总结71-72
• 2. 研究展望72-74
• 参考文献74-76
• 致谢76-77
• 个人简历77-78
• 附录78-90

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