基于嵌入式Linux的多協(xié)議網(wǎng)關(guān)設(shè)計與實現(xiàn)

吳磊　王猛

摘要：針對當(dāng)前智能家居系統(tǒng)中終端設(shè)備通信控制協(xié)議的多樣性，設(shè)計了一種能夠?qū)⒉捎貌煌瑓f(xié)議的智能家居設(shè)備進行集成的智能多協(xié)議網(wǎng)關(guān)。首先進行了多協(xié)議網(wǎng)關(guān)的模型設(shè)計與驗證，然后設(shè)計了網(wǎng)關(guān)的體系結(jié)構(gòu)模型，最后對多協(xié)議網(wǎng)關(guān)的硬件進行設(shè)計。該多協(xié)議網(wǎng)關(guān)采用以s3c6410作為主處理器的tiny6410核心板、CC2650的藍(lán)牙模塊、ESP8266的WiFi模塊。在軟件方面，主要設(shè)計了軟件的整體結(jié)構(gòu)、主控程序流程。同時在網(wǎng)關(guān)內(nèi)部使用Sqlite數(shù)據(jù)庫來對信息進行保存和更改。最后對此多協(xié)議網(wǎng)關(guān)的實時控制性能和數(shù)據(jù)傳輸性能進行了測試，給出了不同情況下測試得到的數(shù)據(jù)丟包情況。通過測試，本文設(shè)計的多協(xié)議網(wǎng)關(guān)具有一定的實用性。

關(guān)鍵詞：多協(xié)議網(wǎng)關(guān)；嵌入式系統(tǒng)；Linux系統(tǒng)；Sqlite數(shù)據(jù)庫

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）30-0030-05

Design and Implementation of Multi-Protocol Gateway Based on Embedded Linux

WU Lei， WANG Meng

（Computer Institution， North China University of Technology， Beijing 100144， China）

Abstract： In view of the diversity of the communication control protocol of the terminal equipment in the current intelligent home system， an intelligent multi-protocol gateway is designed， which can integrate the intelligent home devices with different protocols. Firstly， the model design and verification of multi-protocol gateway is designed， and then the architecture model of gateway is designed. Finally， the hardware design of multi-protocol gateway is designed. The multi-protocol gateway uses S3C6410 as the main processor of the tiny6410 core board， CC2650 Bluetooth module，ESP8266-WiFi module. In the software， the main design of the overall structure of the software， the main control program flow. At the same time， use the SQlite-database to save and change the information in the gateway. Finally， the real-time control performance and data transmission performance of the multi-protocol gateway are tested， and the data packet dropout is given under different conditions. Through the test， the design of the multi-protocol gateway has a certain practicality.

Key words： Multi-protocol Gateway； Embedded system； Linux operating system； SQLite database

如今人們生活水平越來越高，物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)也更加完善，人們對家居生活也越來越挑剔，為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L地對于家居生活的需要，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)也就成為未來家居環(huán)境建設(shè)的主要方向[1]。但是現(xiàn)階段，由于在家居內(nèi)部智能設(shè)備的通信控制協(xié)議沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)[2]，而每一套智能家居系統(tǒng)都需要配有專用的智能家居網(wǎng)關(guān)[3]，這就造成了資源和人力的浪費，針對這種情況本文提出來了設(shè)計一個能夠支持多種通信控制協(xié)議的家庭智能網(wǎng)關(guān)，硬件上采用基于s3c6410（ARM1176JZF-S）核心處理器的tiny6410開發(fā)平臺，使用串口總線技術(shù)與CC2650藍(lán)牙模塊和ESP8266 WiFi模塊進行通信，以太網(wǎng)接口通過網(wǎng)線與路由器相連，在嵌入式Linux系統(tǒng)上進行編程一方面通過以太網(wǎng)接口與Internet通信，另一方面通過串口和WiFi模塊、藍(lán)牙模塊通信，這樣就使網(wǎng)關(guān)與家居智能設(shè)備完成通信，從而完成不同協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換和控制。

1 硬件設(shè)計

本文所設(shè)計的多協(xié)議網(wǎng)關(guān)的硬件組成部分主要有tiny6410平臺上所集成的s3c6410核心處理器、以太網(wǎng)接口、電源模塊；然后再加上WiFi無線模塊和CC2650藍(lán)牙模塊。

1.1 主控制器

主控制器是整個網(wǎng)關(guān)節(jié)點的核心部分，主要負(fù)責(zé)接收CC2650藍(lán)牙模塊和ESP8266模塊串口傳輸來的智能設(shè)備的具體數(shù)據(jù)信息和等待從以太網(wǎng)傳送過來的控制查詢數(shù)據(jù)信息，然后將從不同協(xié)議傳輸來的信息轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的協(xié)議的信息。主控制器采用S3C6410處理器，這款處理器使用了ARM公司的ARM1176JZF-S內(nèi)核，其處理器主頻最高可達(dá)667Mhz，且具有256M Mobile DDR RAM，32bit數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)，設(shè)計引出了多個串口，為用戶提供了多個接口，方便用戶開發(fā)[5]。所以，在經(jīng)過多方權(quán)衡的比較之后，最后使用s3c6410作為該網(wǎng)關(guān)的主控制器，并以此為核心構(gòu)建外圍模塊。

1.2 供電系統(tǒng)

任一控制系統(tǒng)，電源都是必不可少的一部分，同時由于各個模塊之間的使用電壓和電流的不同，所以要設(shè)計一種合乎系統(tǒng)需求的電源模塊以滿足各不同模塊的供電需求[6]。

網(wǎng)關(guān)的核心處理器所需要的電壓為DC3.3v，且CC2650藍(lán)牙模塊、ESP8266WiFi模塊的正常工作供電電壓是DC3.3v；由于電壓不同，所以在采用由外部電源AC220v進行供電時，需要經(jīng)過穩(wěn)壓電路將其改變?yōu)镈C5v的電源，然后給網(wǎng)關(guān)上的各個模塊使用。

1.3 CC2650藍(lán)牙模塊

在智能家居領(lǐng)域中，一定要注意功耗問題[7]，所以為了滿足低功耗的要求，本文采用了低功耗的CC2650藍(lán)牙模塊。該芯片具有UART等多種引出的接口資源，本文利用串口和核心處理器相連以完成數(shù)據(jù)的傳輸，可以滿足網(wǎng)關(guān)中對藍(lán)牙模塊通信的處理性能要求。

1.4 ESP8266WiFi模塊

由樂鑫公司出品的ESP8266WiFi模塊擁有高性能的無線SOC，與其他廠商具有低功耗和易用性等特點[8]，所以本文所設(shè)計的多協(xié)議網(wǎng)關(guān)中的WiFi模塊采用ESP8266WiFi模塊。ESP8266WiFi模塊采用DC3.3v電源供電，具有SPI/SDIO、I2C/UART等通信控制接口，能夠滿足多協(xié)議網(wǎng)關(guān)中的核心處理器進行信息傳輸?shù)男枰?，本文所用的通信接口采用UART接口。

1.5 以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接口模塊

從開發(fā)的成本和效率來考慮，本文中所設(shè)計的多協(xié)議網(wǎng)關(guān)的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接口模塊選用完全集成的DM9000AEP芯片，該芯片支持10/100Mbps通信速率和半/全雙工通信模式，它還具有節(jié)能模式，在此模式下其能耗較低，并且支持MII接口來連接媒體訪問控制器（MAC），能夠適配RJ45的網(wǎng)絡(luò)接口，它的正常工作電壓為DC3.3v。

2 軟件設(shè)計

設(shè)計了多協(xié)議網(wǎng)關(guān)的軟件體系，其具體結(jié)構(gòu)如圖3所示，多協(xié)議網(wǎng)關(guān)的軟件部分主要包含4個部分：

1） 在CC2650藍(lán)牙模塊指定的開發(fā)環(huán)境進行編程，實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)和藍(lán)牙類型設(shè)備相互通信，然后再燒寫到藍(lán)牙模塊上；

2） 在Arduino開發(fā)環(huán)境對ESP8266WiFi模塊進行編程，然后寫到WiFi模塊上，使之能夠和網(wǎng)關(guān)通信。

3） 在嵌入式Linux操作系統(tǒng)上，通過TCP/IP協(xié)議和Socket編程來完成和Internet的數(shù)據(jù)傳輸；

4） 在tiny6410上啟動定制的嵌入式Linux操作系統(tǒng)，一方面利用以太網(wǎng)口和手機端通信，一方面通過串口總線和無線模塊通信，同時在網(wǎng)關(guān)內(nèi)部利用已經(jīng)移植好的Sqlite數(shù)據(jù)庫來建立用戶信息管理表、家庭內(nèi)部智能設(shè)備信息管理表、情景模式管理表等表格，分別用來管理手機APP用戶的認(rèn)證、家庭內(nèi)部不同協(xié)議的智能設(shè)備的詳細(xì)信息以及手機用戶設(shè)置的情景模式。其中用戶信息管理表的詳細(xì)設(shè)計如表1所示，家庭內(nèi)部智能設(shè)備信息管理表如表2所示，情景模式管理表如表3所示。

2.1 網(wǎng)關(guān)與手機用戶APP的通信設(shè)計

本部分的設(shè)計主要是采用TCP/IP協(xié)議棧來使多協(xié)議網(wǎng)關(guān)和手機客戶端進行通信。網(wǎng)關(guān)的通信采用客戶端-服務(wù)器端方式使用Socket來完成多協(xié)議網(wǎng)關(guān)和手機客戶端的數(shù)據(jù)通信。在控制的過程中，網(wǎng)關(guān)會成為服務(wù)器端，它會不停的監(jiān)聽手機客戶端的連接和數(shù)據(jù)傳輸請求；用戶手機客戶端當(dāng)要進行智能家居的控制時，用戶手機客戶端將會主動向網(wǎng)關(guān)服務(wù)器發(fā)起連接請求。

根據(jù)2014年Google旗下的Nest推出的物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議Thread，所以在多協(xié)議網(wǎng)關(guān)上使用udp服務(wù)器程序來監(jiān)聽手機用戶APP的連接請求。采用UDP服務(wù)器程序，主要是因為它有如下三個關(guān)鍵點：網(wǎng)絡(luò)帶寬需求較小，而實時性要求較高；大部分需求無需維持連接；需要低功耗。

2.2 網(wǎng)關(guān)與智能家居設(shè)備間的通信設(shè)計

網(wǎng)關(guān)與家居智能設(shè)備間的通信和控制分別采用藍(lán)牙和當(dāng)前最為普遍的WiFi無線通信技術(shù)。依據(jù)前文硬件電路設(shè)計，分別使用兩個串口和這兩個無線模塊相接，本次設(shè)計方案采用了一主多的從通信方式，網(wǎng)關(guān)作為主設(shè)備，其他智能設(shè)備作為從設(shè)備。當(dāng)多協(xié)議網(wǎng)關(guān)要控制藍(lán)牙類型的智能設(shè)備時，則通過與藍(lán)牙無線模塊相連的串口發(fā)送控制指令。同理，當(dāng)要控制WiFi類型的智能設(shè)備時，則向與WiFi無線模塊相連的串口發(fā)送控制指令。當(dāng)家庭內(nèi)部首先要布置WiFi智能設(shè)備時，首先要使用smartconfig技術(shù)將家庭內(nèi)部的WiFi智能設(shè)備連接到家庭內(nèi)部的局域網(wǎng)中，然后當(dāng)網(wǎng)關(guān)中接收到來自Internet的命令時，將會通知與之相連的WiFi設(shè)備，這時作為從設(shè)備的WiFi智能設(shè)備將會將自身的信息通過網(wǎng)關(guān)上的WiFi模塊發(fā)送至主控制器。家庭內(nèi)部的藍(lán)牙智能設(shè)備主要是采用conkie系統(tǒng)并使用rpl協(xié)議進行通信和控制。主要是當(dāng)網(wǎng)關(guān)的主控制器接收到來自Internet的指令時，將通過與藍(lán)牙模塊相連的串口發(fā)送至藍(lán)牙根節(jié)點，此時藍(lán)牙模塊將通過rpl協(xié)議進行數(shù)據(jù)的傳輸和控制。

同時為了能夠使手機端實時的得知家庭內(nèi)部的智能設(shè)備是否壞掉，在智能設(shè)備和網(wǎng)關(guān)的通信中設(shè)計了保活報文，在網(wǎng)關(guān)上在一段時間內(nèi)沒有收到同一設(shè)備發(fā)送來的?；钚畔r，將會向手機客戶端發(fā)送通知信息。

網(wǎng)關(guān)與WiFi智能設(shè)備、藍(lán)牙智能設(shè)備的時序圖如圖4所示。

其中各個序號代表的意義如下：

1）采用廣播查找網(wǎng)關(guān)；

2）回復(fù)網(wǎng)關(guān)IP地址；

3）手機使用初始密碼接入網(wǎng)關(guān)；

4）手機查詢設(shè)備；

5）網(wǎng)關(guān)通過wifi根節(jié)點廣播查詢wifi設(shè)備，向藍(lán)牙根節(jié)點發(fā)送查詢指令；

6）wifi、藍(lán)牙終端節(jié)點回復(fù)，信息存至網(wǎng)關(guān)；

7）將藍(lán)牙、wifi設(shè)備信息發(fā)至手機；

8）手機發(fā)送控制指令；

9）網(wǎng)關(guān)控制終端；

10）回復(fù)狀態(tài)信息；

11）回復(fù)至手機端（設(shè)備狀態(tài)信息）。

2.3 網(wǎng)關(guān)主控制器的設(shè)計

網(wǎng)關(guān)的主控制器的主要任務(wù)是調(diào)度藍(lán)牙模塊、WiFi模塊和服務(wù)器程序間的工作，是整個網(wǎng)關(guān)中最關(guān)鍵的一部分。主控制器的主要工作分為以下幾個部分：

1） 隨系統(tǒng)啟動UDP服務(wù)器程序，當(dāng)手機客戶端要進行連接時，會解析手機發(fā)送來報文中的手機MAC字段，然后和網(wǎng)關(guān)內(nèi)部中的用戶信息表進行比對。此部分主要完成手機用戶的認(rèn)證工作。

2） 對智能家居設(shè)備的相關(guān)信息進行收集，并將從串口傳送來的信息按照報文定義的字段進行解析，并將相對應(yīng)的字段保存至家庭內(nèi)部智能設(shè)備信息表，使當(dāng)手機客戶端請求連接網(wǎng)關(guān)時，能夠?qū)⒓揖又悄茉O(shè)備的狀態(tài)信息與用戶手機客戶端所顯示的狀態(tài)信息的同時更新。

3） 此網(wǎng)關(guān)內(nèi)部要維護一張手機用戶設(shè)置的情景模式表，當(dāng)手機客戶端要對某一情景模式控制時，可以實現(xiàn)在此情景模式中的全部設(shè)備的控制。

為了能夠支持多用戶能夠同時控制家庭內(nèi)部的智能設(shè)備，該多協(xié)議服務(wù)器采用如圖5所示的多進程的方式進行網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)聽和數(shù)據(jù)報文的處理。

通過對網(wǎng)關(guān)主要工作的過程分析，主要從以下方面來對其開展研發(fā)設(shè)計：

1） 用于與手機客戶端進行以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進行通信UDP服務(wù)器程序會隨著ARM-Linux系統(tǒng)的啟動而啟動，之后會一直處于監(jiān)聽狀態(tài)并等待手機客戶端的鏈接。當(dāng)有手機客戶端發(fā)起鏈接請求后，該服務(wù)器程序根據(jù)已定義的報文格式，對手機MAC字段解析，并與用戶信息表中已存在的MAC地址進行匹配，若能夠匹配成功，則表示此用戶是已認(rèn)證用戶，可以登錄。若沒有匹配到，則解析報文中的密碼字段，如果匹配成功，則將此用戶的MAC地址存入用戶信息表中，否則提示用戶重新輸入密碼。

2） 當(dāng)服務(wù)器程序接收到用戶發(fā)送來的查詢報文時，服務(wù)器程序會另外創(chuàng)建一個子進程，并將查詢指令通過兩個串口發(fā)送給無線模塊，無線模塊會將查詢到的家庭內(nèi)部的智能設(shè)備信息傳輸至網(wǎng)關(guān)，然后網(wǎng)關(guān)會將這些智能設(shè)備的信息保存至網(wǎng)關(guān)內(nèi)部的智能設(shè)備信息管理表中，同時也會向手機發(fā)送收集到的智能設(shè)備信息。

3） 當(dāng)手機客戶端要實現(xiàn)對智能設(shè)備的控制時，UDP服務(wù)器程序在接收到控制報文時，會先判斷用戶是控制的情景模式還是單個的設(shè)備，如果是要控制情景模式，則會通過情景模式管理表，通過無線轉(zhuǎn)發(fā)模塊從而控制家庭內(nèi)部智能設(shè)備。當(dāng)要控制家庭內(nèi)部的單個智能設(shè)備時，網(wǎng)關(guān)會先查詢智能設(shè)備信息管理表，找到要控制設(shè)備的具體信息，如果是WiFi設(shè)備則會通過指定的串口向WiFi轉(zhuǎn)發(fā)模塊發(fā)送控制指令，如果是藍(lán)牙設(shè)備則會通過與之相連的串口向藍(lán)牙轉(zhuǎn)發(fā)模塊發(fā)送控制指令。這樣會實現(xiàn)對家居智能設(shè)備的控制。

4） 在網(wǎng)關(guān)上的無線轉(zhuǎn)發(fā)模塊當(dāng)接收到家居智能設(shè)備的反饋報文時，會通過各自對應(yīng)的串口發(fā)送給網(wǎng)關(guān)處理程序，這時會將家居智能設(shè)備信息管理表和情景模式管理表中的狀態(tài)標(biāo)識位進行對應(yīng)的改變，同時會向手機客戶端反饋，用于提示用于該控制已經(jīng)成功。同時家庭內(nèi)部智能設(shè)備會定時的向網(wǎng)關(guān)發(fā)送?；顖笪?，用于通知網(wǎng)關(guān)自身一直在該網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)網(wǎng)關(guān)在一段時間之內(nèi)沒有收到某個智能設(shè)備時，會向手機用戶提示此設(shè)備已離開該網(wǎng)絡(luò)。

3 數(shù)據(jù)傳輸格式設(shè)計

本文主要涉及多協(xié)議網(wǎng)關(guān)與家居智能設(shè)備的通信和控制，為了能夠?qū)⑹謾C發(fā)送來的指令能夠準(zhǔn)確的發(fā)送給指定的智能設(shè)備，同時為了兼顧藍(lán)牙和WiFi網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計的數(shù)據(jù)包格式采用tlv（type-length-values）的報文格式如表4所示。

當(dāng)用戶手機客戶端發(fā)送的控制命令送達(dá)至網(wǎng)關(guān)并在網(wǎng)關(guān)在進行了數(shù)據(jù)分析和處理之后，會將具體的控制指令以圖10所設(shè)計的包格式傳輸?shù)絎iFi或者藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)中以實現(xiàn)具體的家居智能設(shè)備的控制。其中包類型分為控制或者回復(fù)等。設(shè)備類型分為開關(guān)、空調(diào)、窗簾等具體的智能設(shè)備，由于存在使用RPL協(xié)議的藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)，所以設(shè)備IP設(shè)置為16字節(jié)，采用設(shè)備MAC作為設(shè)備的唯一標(biāo)識，省去了重新編號的麻煩，設(shè)備狀態(tài)標(biāo)識當(dāng)前設(shè)備的開關(guān)情況。

4 試驗結(jié)果統(tǒng)計

實驗所用的多協(xié)議網(wǎng)關(guān)的實物如圖7所示。

為了能測試該多協(xié)議網(wǎng)關(guān)的性能，測試的環(huán)境如圖8所示，將2個WiFi模塊部署在網(wǎng)關(guān)的WiFi模塊可以到達(dá)的通信距離內(nèi)，同時將4個使用的藍(lán)牙智能設(shè)備部署在網(wǎng)關(guān)的藍(lán)牙模塊能夠覆蓋的范圍內(nèi)。此時2個WiFi類型的開關(guān)和4個藍(lán)牙開關(guān)就分別于網(wǎng)關(guān)上的WiFi模塊和藍(lán)牙模塊組成了一個以網(wǎng)關(guān)為中心節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)。先在相關(guān)的開發(fā)環(huán)境上編寫特定的程序，然后再燒寫到各自的模塊上，讓智能設(shè)備節(jié)點每過20s向多協(xié)議網(wǎng)關(guān)發(fā)送一次測試數(shù)據(jù)。這是可以在用戶手機客戶端編寫同樣的測試程序并讓其運行，讓手機客戶端每個25s向多協(xié)議網(wǎng)關(guān)發(fā)送一次測試的數(shù)據(jù)，在經(jīng)過一段時間之后，統(tǒng)計網(wǎng)關(guān)上接收的測試數(shù)據(jù)情況，根據(jù)每種不同的情況進行不同的分析，然后得出網(wǎng)關(guān)接收/轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的丟包率以及數(shù)據(jù)處理的時延。

4.1 網(wǎng)關(guān)接收數(shù)據(jù)的丟包率測試

網(wǎng)關(guān)接收的數(shù)據(jù)分為下面2種：

1） 網(wǎng)關(guān)的主控制器通過串口總線接收無線模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)，具體的就是上述測試的智能設(shè)備每隔一段時間發(fā)送來的測試數(shù)據(jù)；

2） 網(wǎng)關(guān)主控制器服務(wù)器程序接收來的從手機客戶端發(fā)送來的控制/查詢的命令數(shù)據(jù)。這里，考慮到本網(wǎng)關(guān)的主要工作是與家庭內(nèi)部智能設(shè)備的通信，而且以太網(wǎng)口是tiny6410上已經(jīng)設(shè)計測試好的，所以本測試就不在測試以太網(wǎng)口的數(shù)據(jù)丟包情況，而只是關(guān)注從串口傳送來的測試數(shù)據(jù)。根據(jù)上面的測試環(huán)境，主要是在串口波特率為4800（bit/s）和9600（bit/s）時進行10次測試，將網(wǎng)關(guān)每從串口讀取800個測試的數(shù)據(jù)包作為一次完整的試驗。在對這10次試驗結(jié)果統(tǒng)計分析后求它們的均值。實驗的結(jié)果如表5所示。

表5 多協(xié)議網(wǎng)關(guān)不同串口波特率接收數(shù)據(jù)的丟包率

從實驗的數(shù)據(jù)統(tǒng)計的結(jié)果來看，當(dāng)多協(xié)議網(wǎng)關(guān)的串口被設(shè)置成為不同的波特率的時候，網(wǎng)關(guān)從串口接收的來自家居智能設(shè)備的數(shù)據(jù)的丟失都較低，以上設(shè)置的兩個不同波特率的實驗的平均數(shù)據(jù)丟包率的平均值為0.08%，所以該網(wǎng)關(guān)可以較好地完成數(shù)據(jù)的接收。

4.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的丟包率試驗

關(guān)于數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，主要有2個過程：

1） 網(wǎng)關(guān)將從智能家居設(shè)備節(jié)點發(fā)送來的設(shè)備信息、狀態(tài)等數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)接口使用TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)到Internet的過程。

2） 將從用戶手機客戶端發(fā)送來的控制/查詢命令數(shù)據(jù)經(jīng)過解析封裝后通過網(wǎng)關(guān)的對應(yīng)串口經(jīng)相應(yīng)的無線模塊轉(zhuǎn)發(fā)到智能家居設(shè)備節(jié)點的過程。

根據(jù)上述測試的環(huán)境，通過在網(wǎng)關(guān)內(nèi)部設(shè)置一個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)計數(shù)器來記錄數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)量和丟包量，上述的2種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程的測試結(jié)果如表6所示。

從上述測試的結(jié)果能夠看出，網(wǎng)關(guān)在2中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的過程中都有著比較低的數(shù)據(jù)丟失幾率，從而說明了該網(wǎng)關(guān)在2個過程中都能對數(shù)據(jù)進行較好的轉(zhuǎn)發(fā)。

4.3 網(wǎng)關(guān)處理數(shù)據(jù)時延測驗

網(wǎng)關(guān)處理數(shù)據(jù)的時延是指網(wǎng)關(guān)主控制器在處理完一個從串口或者Internet中讀取的數(shù)據(jù)之后再轉(zhuǎn)發(fā)，這其中經(jīng)過的時間。這時間越短說明網(wǎng)關(guān)處理數(shù)據(jù)的時延就越小，效果就越好。本次試驗就是依據(jù)上文所述的測試環(huán)境，依次將串口波特率設(shè)置為4800bit/s和9600bit/s，然后再對時延就行測試。每當(dāng)網(wǎng)關(guān)從串口讀到1500個數(shù)據(jù)包就進行處理并轉(zhuǎn)發(fā)，然后記錄下來此時的時延，當(dāng)做了同樣的10次試驗之后，最后對這10次的測試結(jié)果來求取數(shù)據(jù)處理時延的平均值，本次試驗統(tǒng)計的結(jié)果如表7所示。

從表7中的測試數(shù)據(jù)可以看到，本文所設(shè)計的網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)處理的平均時延為13.68ms，說明此網(wǎng)關(guān)能及時處理數(shù)據(jù)。

5 結(jié)束語

在智能家居系統(tǒng)中智能家居網(wǎng)關(guān)占有中心地位，起著“翻譯官”的作用，使家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)能和Internet順利的通信。本文主要涉及網(wǎng)關(guān)的硬件和軟件設(shè)計，并在家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸格式方面進行設(shè)計和實驗，實現(xiàn)了能夠同時支持WiFi智能家居設(shè)備和藍(lán)牙智能家居設(shè)備的多協(xié)議網(wǎng)關(guān)。該網(wǎng)關(guān)可以有效地實現(xiàn)家居內(nèi)部不同的通信協(xié)議設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)與Internet網(wǎng)絡(luò)相互連接的功能。

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