電子論文基于IPV6的網(wǎng)絡(luò)家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、電子論文-基于ipv6的網(wǎng)絡(luò)家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).txt12思念是一首詩(shī)，讓你在普通的日子里讀出韻律來；思念是一陣雨，讓你在枯燥的日子里濕潤(rùn)起來；思念是一片陽(yáng)光，讓你的陰郁的日子里明朗起來。 本文由烤鴨的幸福貢獻(xiàn) pdf文檔可能在wap端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇txt，或下載源文件到本機(jī)查看。 基于 ipv6 的網(wǎng)絡(luò)家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 張 杰1 張 勇 1 黃道穎 李海燕 2 （1.鄭州輕工業(yè)學(xué)院計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院，鄭州 450002； 2.河南省農(nóng)信聯(lián)社信息科技中心， 鄭州 450002） 摘要：文章介紹了網(wǎng)絡(luò)家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀，總結(jié)了該系統(tǒng)的局限性，在此基礎(chǔ)上，

2、提 出了一種基于 ipv6 的網(wǎng)絡(luò)家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)方案和該方案中遠(yuǎn)程自動(dòng)控制的實(shí) 現(xiàn)方法，以及實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài) html 網(wǎng)頁(yè)的生成方法。 關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)；ip v6；家電控制 中圖分類號(hào)：tp393.09 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 1 design and implementation of network household appliances long-distance control system based on ipv6 zhang jie1 zhang yong1 huang dao-ying1 li hai-yan2 （1.computer science department, zh

3、engzhou university of light industry,zhengzhou 450002 2.science and technology center of henan credit society, zhengzhou 450002） abstract: the paper introduced based on the household appliances long-distance control system model implementation plan, summarized this system limitation, in this foundat

4、ion, studied a realization plan based on the ipv6 household appliances long-distance control system and the automatic control implementation method and the born method of the dynamic and real time html web. key words: network; ipv6; household appliances control 引言 隨著整個(gè)社會(huì)向著數(shù)字化發(fā)展進(jìn)程的速度不斷加快，internet 的規(guī)模

5、、用戶量、業(yè)務(wù)量 呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，現(xiàn)代家庭也將加入“信息化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化”的行列， “通過 internet 遠(yuǎn) 程訪問由家用電器組成的局域網(wǎng)”已成為未來家庭的一個(gè)重要標(biāo)志。現(xiàn)在使用的 ip v4，無(wú) 論從計(jì)算機(jī)本身的發(fā)展，還是從 internet 的規(guī)模和網(wǎng)絡(luò)傳輸速率、服務(wù)質(zhì)量（qos） 、傳輸安 全性等方面來看，都已經(jīng)很不適用了，其主要的問題是：一、32bit 的 ip 地址很快就要耗盡， pda、無(wú)線設(shè)備、3g 移動(dòng)電話等新技術(shù)的應(yīng)用，使 ip 地址短缺的矛盾更加激化，甚至汽車、 冰箱都需要一個(gè)全球單播地址連到 internet 中去，專家估計(jì)“到 2010 年 ip v4 的地址將全部

6、 用完” ；二、網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量（qos）有待提高，以滿足用戶不斷增長(zhǎng)的需求。 ipv6 是下一代 internet 協(xié)議，它保留了 ipv4 許多賴以成功的特點(diǎn)，同時(shí)具備以下新特 性：一、全新的報(bào)文結(jié)構(gòu)，報(bào)文頭包括固定頭部和擴(kuò)展頭部，使路由器在處理協(xié)議頭時(shí)效率 更高。二、巨大的地址空間，128bit 的 ip 地址能使世界上每一個(gè)人擁有 5.71028 個(gè) ip v6 地址” ，并且地址配置更加簡(jiǎn)化。三、對(duì) qos 更好的支持，ip v6 的包頭中有流標(biāo)簽字段，使 路由器可以不打開傳送的內(nèi)層數(shù)據(jù)包就可以識(shí)別流，另外，ip v6 還支持 ipsec，具有鄰居發(fā) 現(xiàn)協(xié)議等。在今后的幾年中，ipv4

7、 將逐步被 ipv6 所取代。 如果用 ipv6 技術(shù)來構(gòu)建家電網(wǎng)絡(luò)和實(shí)現(xiàn)家電的遠(yuǎn)程控制， 可以克服很多 ipv4 的局限性。 因?yàn)閷?duì) ipv6 而言，可提供的安全水平取決于特定網(wǎng)絡(luò)和用戶的要求，而不會(huì)受到技術(shù)限制， 可以提供多種層次的安全水平來滿足不同用戶的需要，另外 ipv6 可以為網(wǎng)絡(luò)中的每一臺(tái)家 1 電分配一個(gè)或幾個(gè)全球惟一的 ip 地址，使得在訪問家電網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可以建立端到端的通信， 并可使用 ipsec 協(xié)議進(jìn)行安全的通信；ipv6 協(xié)議還具有非常強(qiáng)大的自動(dòng)配置能力，使得在家 庭網(wǎng)絡(luò)中增添支持網(wǎng)絡(luò)功能的家電設(shè)備時(shí)幾乎不需要做任何配置， 家電設(shè)備可以自動(dòng)完成自 身的 ip 地址等信息的

8、配置，這使得用戶可以很輕松地在其家庭網(wǎng)絡(luò)中引入新的家電設(shè)備； 最后， 對(duì)家電系統(tǒng)的維護(hù)和升級(jí)等工作都可以由各生產(chǎn)廠家自行處理， 即方便了用戶的使用， 也方便了廠家的在線維護(hù)和管理。因此，使用 ipv6 的地址及數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)家電網(wǎng)絡(luò)的 數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程控制是家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的未來發(fā)展方向。 2 網(wǎng)絡(luò)家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的組成 2.1 網(wǎng)絡(luò)家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀 在 ipv4 網(wǎng)絡(luò)中，由于 ip 地址的匱乏，以及各類家電的控制和狀態(tài)信息組織機(jī)制與網(wǎng)絡(luò) 中數(shù)據(jù)的組織機(jī)制有很大差異， 必須在二者之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換， 因此在家庭局域網(wǎng)中設(shè)置 應(yīng)用網(wǎng)關(guān)將具備網(wǎng)絡(luò)功能的家電組織成一個(gè)局域網(wǎng)，應(yīng)用網(wǎng)關(guān)是網(wǎng)絡(luò)家電

9、的控制中心，圖 1 是網(wǎng)絡(luò)家電控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。 家電局域網(wǎng)通過應(yīng)用網(wǎng)關(guān)接入廣域網(wǎng)， 應(yīng)用網(wǎng)關(guān)將應(yīng)用 請(qǐng)求發(fā)送給計(jì)算機(jī)或相應(yīng)的家電， 獲取數(shù)據(jù)， 并將數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或家電所要求 的格式，從而實(shí)現(xiàn)通過 web 瀏覽器遠(yuǎn)程 家庭網(wǎng)絡(luò)控制中心應(yīng)用網(wǎng)關(guān) 控制家電運(yùn)行和查看家電運(yùn)行狀態(tài)的功 internet 嵌入式主機(jī)板 網(wǎng) 能。 訪問服務(wù)器 微處理器 絡(luò) 內(nèi)存 接 應(yīng)用網(wǎng)關(guān)的硬件平臺(tái)由嵌入式主機(jī) 硬盤接口 口 板、 微處理器、 無(wú)線通信模塊、 微型 hub 串 以太網(wǎng)口 無(wú) 線 行 串并行接口等 及微型 modem 組成。其中，無(wú)線通信 通 信 接 無(wú)線收 控 制 模塊通過異步串行通信實(shí)

10、現(xiàn)與多個(gè)網(wǎng)絡(luò) 口 發(fā)模塊 接 口 家電控制器的連接，微型 hub 和微型 板 modem 可以使用戶通過不同的方式接 入 internet，如撥號(hào)、寬帶網(wǎng)等。 家電 無(wú)線收 家電 無(wú)線收 在應(yīng)用網(wǎng)關(guān)中配置 www 服務(wù)器、 控制器 發(fā)模塊 控制器 發(fā)模塊 sendmail 服務(wù)器、防火墻等，www 服 圖 1 網(wǎng)絡(luò)家電控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖 務(wù)器中有訪問各個(gè)家電的 web 頁(yè)， 可以 使用戶通過 web 瀏覽器遠(yuǎn)程訪問應(yīng)用網(wǎng)關(guān)， 實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的遠(yuǎn)程監(jiān)控； 用戶可以通過 sendmail 服務(wù)器向指定的 e-mail 郵箱收發(fā)郵件， 技術(shù)人員可以通過 sendmail 服務(wù)器了解家電的故障； 防火墻

11、用于過濾數(shù)據(jù)包，與系統(tǒng)中的多級(jí)認(rèn)證體系相配合保證應(yīng)用網(wǎng)關(guān)的安全性。 在這種實(shí)現(xiàn)模式下，雖然可以方便的構(gòu)建和管理家庭局域網(wǎng)，使家庭中的家電（包括計(jì) 算機(jī)）通過一個(gè) ip 地址接入 internet，并能運(yùn)用防火墻技術(shù)、多級(jí)安全驗(yàn)證機(jī)制等手段，保 證家庭局域網(wǎng)的安全性。但由于各類家電的控制信息和狀態(tài)信息、要求的數(shù)據(jù)格式、控制機(jī) 制和組織結(jié)構(gòu)等都不相同，這種集中控制模式具有很大的局限性。首先如果要增加家電，必 須增加相關(guān)通信協(xié)議， 即對(duì)控制系統(tǒng)的維護(hù)需要有一定的專業(yè)知識(shí)， 不方便技術(shù)維護(hù)和用戶 的使用；其次，由于應(yīng)用網(wǎng)關(guān)在體積和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等方面都要求盡可能的小，受存儲(chǔ)容量和響 應(yīng)速度的限制，不可能有大

12、量色彩豐富、形象逼真的 web 頁(yè)面；另外，在家電網(wǎng)絡(luò)控制無(wú) 線通訊中沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。 2.2 基于 ipv6 的網(wǎng)絡(luò)家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì) ipv6 的地址空間允許每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)家電具有一個(gè) ip 地址，即每個(gè)網(wǎng)絡(luò)家電設(shè)備都可以認(rèn) 為是網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，通過無(wú)線網(wǎng)卡與家庭局域網(wǎng)相連，并接入廣域網(wǎng)。圖 2 是基于 ipv6 的網(wǎng)絡(luò)家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖， 網(wǎng)絡(luò)家電通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)組成家電局域網(wǎng)， 并 接入 internet，而“家電信息管理中心” 代替了原有的“家電網(wǎng)絡(luò)控制中心” ，與網(wǎng)絡(luò)家電 具有同等的地位， 其功能是對(duì)家電局域網(wǎng)的用戶和網(wǎng)絡(luò)家電的地址進(jìn)行管理， 同時(shí)對(duì)家電的 電源開

13、啟進(jìn)行管理，也可以將它看成是一個(gè)具有網(wǎng)管功能的網(wǎng)絡(luò)家電。 由于嵌入式系統(tǒng)的功能不斷增強(qiáng)，嵌入式系統(tǒng)的處理能力和存儲(chǔ)容量也有了很大的提 高，結(jié)合 ipv6 協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)家電的特點(diǎn)，并考慮到家庭網(wǎng)絡(luò)用戶使用網(wǎng)絡(luò)家電的方便性和實(shí) 用性，在網(wǎng)絡(luò)家電的嵌入式控制系統(tǒng)中，配置 www 服務(wù)器、sendmail 服務(wù)器、防火墻等 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，www 服務(wù)器中包含 internet 有 家 電 自 身 管 理 和 控 制 的 web 無(wú)線 頁(yè)，使用戶可以通過 web 瀏覽器 接入點(diǎn) 實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的遠(yuǎn)程監(jiān)控， 并能隨時(shí) 與廠家互動(dòng)；用戶可以通過 無(wú)線 家電信 無(wú)線 網(wǎng)絡(luò) 無(wú)線 網(wǎng)絡(luò) sendmail 服務(wù)器向指定的

14、e-mail 網(wǎng)卡 息管理 網(wǎng)卡 家電 網(wǎng)卡 家電 郵箱收發(fā)郵件， 技術(shù)人員可以通過 中心 sendmail 服務(wù)器了解家電的故障， 圖 2 基于 ipv6 的網(wǎng)絡(luò)家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖 并可以通過 web 瀏覽器對(duì)故障點(diǎn) 進(jìn)行在線測(cè)試和維護(hù)； 防火墻用于 保證家電自身的安全性。 2.3 基于 ipv6 的網(wǎng)絡(luò)家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的訪問流程 用戶通過 web 瀏覽器遠(yuǎn)程訪問自己家庭的家電信息管理中心，經(jīng)過管理中心的用戶驗(yàn) 證后，調(diào)用家庭的網(wǎng)絡(luò)家電列表，以 web 頁(yè)的形式送給客戶端，客戶在家電列表中選擇要 控制的家電后，管理中心調(diào)用電源管理模塊，開啟被選中家電的電源，啟動(dòng)家電，家電啟動(dòng) 完畢

15、后，管理中心根據(jù)地址列表，將客戶端的 web 瀏覽器鏈接到家電嵌入式控制系統(tǒng)中的 webserver，管理中心的任務(wù)結(jié)束，客戶端直接訪問家電的 webserver 中的管理、控制、狀 態(tài)等頁(yè)面，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)家電的遠(yuǎn)程監(jiān)控。由于是使用繼電器組實(shí)現(xiàn)的電源管理，所以訪問結(jié) 束時(shí)，家電內(nèi)部電源斷開，使管理中心控制的繼電器組的相應(yīng)組合斷開，實(shí)現(xiàn)家電外接電源 的斷開。 3 網(wǎng)絡(luò)家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 3. 1 家電信息管理中心的實(shí)現(xiàn)與實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài) html 網(wǎng)頁(yè)的生成 家電信息管理中心主要包括家庭局域網(wǎng)用戶管理、網(wǎng)絡(luò)家電管理、電源管理三個(gè)模塊， 家庭局域網(wǎng)用戶管理模塊實(shí)現(xiàn)用戶的增加、 刪除和訪問權(quán)限的分配， 在

16、訪問權(quán)限中有拒絕訪 問、查看家電狀態(tài)、控制家電運(yùn)行、完全訪問等多個(gè)級(jí)別。網(wǎng)絡(luò)家電管理模塊實(shí)現(xiàn)家電設(shè)備 的添加和刪除、ip 地址的分配管理及生產(chǎn)廠家的信息等。電源管理模塊實(shí)現(xiàn)將被選中的家 電編碼后發(fā)送給外部譯碼器，控制繼電器組的通斷，接通家電的電源，并在家電啟動(dòng)后反饋 信息。 當(dāng)用戶通過 web 瀏覽器對(duì)網(wǎng)絡(luò)家電進(jìn)行狀態(tài)查詢或更新設(shè)置時(shí)，嵌入式 web sever 需要 根據(jù)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)生成家電狀態(tài)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的 html 網(wǎng)頁(yè)，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下： 一、規(guī)劃網(wǎng)頁(yè)，制作靜態(tài)部分；即根據(jù)顯示要求將 html 網(wǎng)頁(yè)的內(nèi)容組織規(guī)劃好，將 其分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩部分，完成靜態(tài)部分的制作，形成目標(biāo)文檔。 二、加

17、動(dòng)態(tài)標(biāo)記；在文檔中需要實(shí)時(shí)顯示的位置加入動(dòng)態(tài)標(biāo)記，并統(tǒng)計(jì)標(biāo)記個(gè)數(shù)。 三、采集實(shí)時(shí)信息；用 cgi 程序收集實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換為網(wǎng)頁(yè)所需動(dòng)態(tài)信息。 四、發(fā)送網(wǎng)頁(yè)；用 cgi 程序逐字節(jié)讀出 html 目標(biāo)文檔的內(nèi)容，并輸出至標(biāo)準(zhǔn)輸出， 當(dāng)遇到動(dòng)態(tài)標(biāo)記時(shí)，將對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)信息輸出。重復(fù)此過程直到文件結(jié)束符。 3.2 并發(fā)通信的解決方案 進(jìn)程 a 通信進(jìn)程 c 進(jìn)程 b 無(wú)論是在家電信息控 制中心，還是在網(wǎng)絡(luò)家電的 請(qǐng)求與 c 的 控制中，都涉及到并發(fā)通信 send 區(qū)通信 問題，即當(dāng)一個(gè)進(jìn)程正在與 測(cè)試 send 通信進(jìn)程進(jìn)行通信時(shí)，其它 send 鎖=00 進(jìn)程也要求與通信進(jìn)程通 加鎖 信，則通信

18、進(jìn)程成為臨界資 send 鎖=pid(a) 源，引發(fā)并發(fā)通信操作。通 常對(duì)臨界資源并發(fā)操作可 a 與 c 通信，寫入 使用 p、v 操作解決。但 p pid(b)和通信內(nèi)容 操作的循環(huán)慢且性能較低， 而在網(wǎng)關(guān)中各進(jìn)程的 pid 唯 一，所以可在系統(tǒng)中采用 若 receive 測(cè)試字節(jié)=00， pid 與 p、 操作方法結(jié)合來 v 則將 pid(b)寫入測(cè)試字 確定通信進(jìn)程的使用，下面 節(jié)，將通信內(nèi)容寫入 以進(jìn)程 a 發(fā)數(shù)據(jù)給進(jìn)程 b 為 receive 區(qū)，send 鎖=00。 例說明其具體實(shí)現(xiàn)方案。 觸發(fā)進(jìn)程 b 如圖 3 所示，通信進(jìn)程 接收數(shù)據(jù) c 具有 send 和 receive 兩

19、個(gè) 從 receive 區(qū)， send 區(qū)接收進(jìn)程 a 發(fā)送 區(qū)讀數(shù)據(jù) 的數(shù)據(jù)，receive 區(qū)將數(shù)據(jù) 清測(cè)試字節(jié)為 00 傳送到進(jìn)程 b。當(dāng)進(jìn)程 a 請(qǐng) 清測(cè)試字節(jié)=00 求與通信進(jìn)程通信時(shí)，首先 查看 send 區(qū)的鎖狀態(tài)是否 圖 3 并發(fā)通信訪問示意圖 為 00，若是，則加鎖，即將 進(jìn)程 a 的 pid 寫入 send 區(qū)的鎖字節(jié)，再觸發(fā)通信進(jìn)程將通信內(nèi)容和進(jìn)程 b 的 pid 一起接收 到共享存儲(chǔ)區(qū)；若不是，則說明已有其它進(jìn)程正在與通信進(jìn)程 c 的 send 區(qū)通信，進(jìn)程 a 進(jìn) 入等待隊(duì)列。當(dāng)通信進(jìn)程處理完 send 區(qū)后，查看 receive 區(qū)的測(cè)試字節(jié)是否為 00，若是則 將

20、接收到的 pid（b）寫入測(cè)試字節(jié)，即加鎖，通信進(jìn)程將對(duì)應(yīng)的通信內(nèi)容傳送到 receive 區(qū)，將 send 區(qū)的鎖狀態(tài)清為 00，再觸發(fā)具有測(cè)試字節(jié)中的 pid 的進(jìn)程(進(jìn)程 b)接收通信內(nèi) 容，最后將測(cè)試字節(jié)清為 00；若不是，則說明有其它進(jìn)程還沒有將數(shù)據(jù)從 receive 區(qū)中完 全取出，等待測(cè)試字節(jié)清為 00 后，再向 receive 區(qū)寫入。當(dāng)多個(gè)進(jìn)程等待接收通信內(nèi)容是， 只需等到 receive 區(qū)的測(cè)試字節(jié)中與自身的 pid 相匹配的通信進(jìn)程的到來即可。 結(jié)論 本系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)是：一、在網(wǎng)絡(luò)家電的訪問控制中完全采用網(wǎng)絡(luò)通信，不再使用串行口 和其它無(wú)線收發(fā)模塊；二、實(shí)現(xiàn)了家電電源的遠(yuǎn)程控制管理；三、在網(wǎng)絡(luò)家電的遠(yuǎn)程監(jiān)控和 在線維護(hù)中直接使用端到端的訪問；四、克服了原有家電網(wǎng)絡(luò)控制的局限性，增強(qiáng)了家電網(wǎng) 絡(luò)訪問的安全性。 通過本系統(tǒng)對(duì)