【word】 基于高清雙向數(shù)字電視機頂盒的物聯(lián)網(wǎng)家庭網(wǎng)關探討

1、基于高清雙向數(shù)字電視機頂盒的物聯(lián)網(wǎng)家庭網(wǎng)關探討設備器件有線電視技術李智浩天津廣播電視網(wǎng)絡有限公司劉剛天津廣播電視網(wǎng)絡有限公司濱海分公司摘要:本文通過剖析最新機頂盒處理器的性能,對高清雙向機頂盒的架構進行重新設計,并藉此對家庭物聯(lián)網(wǎng)的搭建做出淺顯的探索.關鍵詞:物聯(lián)網(wǎng)高清雙向機頂盒android系統(tǒng)家庭網(wǎng)關物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術的重要組成部分.物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱叫”thetnternetofthings”.顧名思義,物聯(lián)網(wǎng)就是”物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”.物聯(lián)網(wǎng)是通過智能感知,識別技術與普適計算,泛在網(wǎng)絡的融合應用,被稱為繼計算機,互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮.隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展,終端由專用化

2、,特殊化向標準化的過渡已經(jīng)成為必然趨勢,我們可以把現(xiàn)階段的互聯(lián)網(wǎng)認為是通過有線或者無線的方式接入,滿足各種用戶在生產(chǎn)中的監(jiān)控,指揮調(diào)度,遠程數(shù)據(jù)采集和測量,遠程診斷,生活中的各種娛樂,信息獲取等要求的一種存在(狀態(tài)).對于有線網(wǎng)絡運營商,對物聯(lián)網(wǎng)的研究應聚焦在生活使用和行業(yè)應用方面,尤其是生活使用,也就是家庭物聯(lián)網(wǎng),與日常生活息息相關,密不可分.家庭物聯(lián)網(wǎng)應用的發(fā)展是未來構建數(shù)字家庭的基礎.對于家庭用戶來說,信息家電終端只是物聯(lián)網(wǎng)的最終體現(xiàn)方式,而對于運營商來講,信息家電上一級的物聯(lián)網(wǎng)家庭網(wǎng)關的實現(xiàn)是物聯(lián)網(wǎng)走入每個家庭的最重要環(huán)節(jié),也是未來重要的利潤增長點.1高清雙向機頂盒升級成物聯(lián)網(wǎng)家庭網(wǎng)關

3、的必然性相比較電信網(wǎng)絡運營商的終端設備,廣電網(wǎng)絡運營商的機頂盒以其軟硬件,經(jīng)濟性方面的優(yōu)勢必然會成為家庭物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關的首選.1.1硬件分析多年來,電信網(wǎng)絡運營商一直推行”傻終端化”的思路,由于個人計算機的運算能力,處理能力的強大,電信運營商只是把adsl接入方式用戶端的modem當作簡單的數(shù)據(jù)”進出通道”,不具備解碼音視頻,更談不上控制家庭網(wǎng)絡內(nèi)部各終端等能力.雖然近期電信運營商力推的iprrv機頂盒具備了音視頻解碼等能力,但因其成本較低,只是對網(wǎng)絡流媒體的音視頻文件進行簡單解碼的原因,很難升級成為物聯(lián)網(wǎng)家庭網(wǎng)關.但是,廣電網(wǎng)絡運營商的機頂盒卻先天具備這一優(yōu)勢.由于電視機本身基本不具備任何音視頻

4、解碼能力和網(wǎng)絡能力,高清雙向機頂盒由于定位原因,從誕生的那天起就具備了作為物聯(lián)網(wǎng)家庭網(wǎng)關的各種硬件基礎.高清雙向機頂盒內(nèi)部的中央處理器大多采用主頻較高(400mhz以上)的arm處理器,在網(wǎng)絡控制,信息傳輸,數(shù)據(jù)交換等應用中不存在任何硬件”瓶頸”,能夠迅速便捷的實現(xiàn).因此,高清雙向機頂盒可以”無縫”升級成物聯(lián)網(wǎng)家庭網(wǎng)關.1.2軟件分析電信運營商的modem大都使用封閉的操作系統(tǒng),用戶端不需要任何設置就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)”進出通道”的作用.雖然部分iv機頂盒也引入了嵌入式linux操作系統(tǒng)和中間件,但是因其外部接口,中央處理器能力的限制,很難實現(xiàn)家庭網(wǎng)關的各種軟件需求.廣電運營商的高清雙向機頂盒運行的

5、都是嵌入式linux操作系統(tǒng),對絕大多數(shù)的外接設備和通用接口不存在任何驅(qū)動上的障礙.android系統(tǒng)是基于linux核心的,而且高清雙向機頂盒處理器廠商基本上都是android系統(tǒng)的合作者,軟硬件集成上不存在任何障礙.理論上講,現(xiàn)階段所有的高清雙向機頂盒都具備升級android系統(tǒng)的可能性,而該系統(tǒng)正是以與互聯(lián)網(wǎng)緊密的結合,親和性強的人機界面和豐富的2011年第11期(總第263期)有線電視技術設備器件應用軟件而著稱,這些也是家庭物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關所應具備的最基本條件.1.3經(jīng)濟性分析隨著半導體技術的發(fā)展,普通的pc機只需要2000多元,但是高清雙向機頂盒的售價只有幾百元.同時,個人計算機所能實現(xiàn)的

6、網(wǎng)絡功能,游戲,娛樂等功能也絕大多數(shù)都能在連接高清雙向機頂盒的電視機上實現(xiàn).實際使用中,很少有人僅僅為了實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)家庭網(wǎng)關的功能而一天24小時開啟個人計算機;但只要打開高清雙向機頂盒,即便不打開電視機也能實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)家庭網(wǎng)關的基本需求.兩者在節(jié)能,環(huán)保等方面孰優(yōu)孰劣,一眼就能看出來.因此,高清雙向機頂盒必然,也必須升級成物聯(lián)網(wǎng)家庭網(wǎng)關,在家庭物聯(lián)網(wǎng)的搭建和使用中發(fā)揮至關重要的作用.2一種主流高清雙向機頂盒處理器的功能介紹現(xiàn)階段,很多處理器公司相繼推出了采用了arm公司先進的codexa9架構的處理器,一般都具備20002500dmips的處理能力,可以滿足未來物聯(lián)網(wǎng)家庭網(wǎng)關的需要.圖1中,該處理

7、器內(nèi)置l2路以太網(wǎng),2路usb,1路sata/esata和1路pcie接口,提供靈活的連接方案.同時,該芯片還支持mpeg一2/h.264/avs/realvideo/vc一1等多種格式的高清視頻解碼,在滿足多媒體播放要求的同時,能夠提供音頻和視頻的輸入接口,進一步滿足可視通訊的要求.另外,3d加速引擎和標準opengles2.0/1.1/1.0接口的提供,使3d游戲成為可能.該處理器中,microphone&linein與該arm處理器采用i2s/pcmbirdge實現(xiàn),可以實現(xiàn)多種音頻格式的兼容;bt.656/601是攝像頭與該arm處理器的接口和協(xié)議;mii和rmii接口用于該a

8、rm處理器和以太網(wǎng)phy的連接;pcie接口提供高速wifi與arm處理器之間的數(shù)據(jù)交換和管理.這些標準化極強的接口為各種基于linux系統(tǒng)的應用軟件一直提供了極為便利的硬件條件.同時,android系統(tǒng)軟件商店(appstore)中數(shù)以百萬計的應用軟件大多數(shù)都能直接安裝在機頂盒上,從文檔處理到居家理財,從天氣預報到家庭娛樂,從遠程控制家里的空調(diào),熱水器到觀看最新院線電影,一切都是如此的簡單.3一種高清雙向機頂盒升級成家庭網(wǎng)關的系統(tǒng)分析家庭物聯(lián)網(wǎng)主要包括家庭物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關和家庭物聯(lián)網(wǎng)應用服務體系兩大部分.3.1家庭物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關家庭物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關是家庭物聯(lián)網(wǎng)中最核心的信息匯聚和控制單元,可以在現(xiàn)有高清雙向

9、機頂盒操作系統(tǒng)基礎上實現(xiàn),進而通過upnp協(xié)議擴展,結合dlna架構,實現(xiàn)各類家庭物聯(lián)網(wǎng)應用.家庭物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關的架構如圖2所示,包含以下幾項核心功能.(1)協(xié)議轉換:家庭各類子網(wǎng)間及家庭子網(wǎng)和家庭物聯(lián)網(wǎng)平臺間的協(xié)議消息頭封裝與解包.(2)狀態(tài)控制:收集家庭子網(wǎng)內(nèi)各終端狀態(tài)和下圖1集成cortexa9核心的arm處理器系統(tǒng)框圖2011年第11期(總第263期)設備器件有線電視技術圖2物聯(lián)網(wǎng)家庭網(wǎng)關系統(tǒng)架構框圖發(fā)控制指令.(3)信息匯聚:收集,處理,轉發(fā)家庭子網(wǎng)內(nèi)各終端上報的數(shù)據(jù).(4)終端尋址:為家庭子網(wǎng)內(nèi)各終端分配地址.(5)終端認證:為家庭子網(wǎng)內(nèi)各終端提供接入認證.(6)遠程訪問:廣域互聯(lián)網(wǎng)與

10、家庭內(nèi)部的物聯(lián)網(wǎng)之間的信息傳遞.其中,家庭網(wǎng)關代理認證及終端務參數(shù)代理配置.家庭物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關通過upnp擴展協(xié)議實現(xiàn)對子網(wǎng)各不同終端的基礎服務發(fā)現(xiàn)并進行接入的響應,將子網(wǎng)終端上報的認證請求以代理方式提交至上層管理系統(tǒng),隨后把認證信息反饋給子網(wǎng)終端,網(wǎng)關進而從管理系統(tǒng)獲取相關軟件,業(yè)務的更新數(shù)據(jù),并對子網(wǎng)終端進行相應的參數(shù)配置.配置完成后,各子終端問,子終端與網(wǎng)關間協(xié)同工作,滿足用戶要求.上述功能均通過android系統(tǒng)進行加載,實現(xiàn)對家庭各子網(wǎng)終端設備的接人,控制,信息處理和本地維護管理等.由于android系統(tǒng)強大的底層驅(qū)動能力,可以與絕大多數(shù)已知的及未知的,只要是符合標準傳輸協(xié)議的外接設備進

11、行數(shù)據(jù)傳輸.3.2家庭物聯(lián)網(wǎng)應用服務體系以高清雙向機頂盒為基礎的家庭物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關,可以融合家庭內(nèi)部各個子網(wǎng)通信,娛樂和生活子網(wǎng),為用戶提供豐富的家庭物聯(lián)網(wǎng)應用.家庭物聯(lián)網(wǎng)服務平臺負責對家庭內(nèi)部網(wǎng)絡與外部網(wǎng)絡控播放交互的信息進行匯聚處理,實現(xiàn)對家庭物聯(lián)網(wǎng)中各部分之間的控制管理,信息交換,數(shù)據(jù)存儲等.典型應用有以下幾種:(1)融合短信,語音,視頻實時傳輸?shù)陌卜?監(jiān)控應用:通過家庭物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關中的有線網(wǎng)絡模塊或無線射頻模塊,告警信息處理模塊,實時視頻獲取模塊,實現(xiàn)用戶家中各種情況的實時監(jiān)測;通過物聯(lián)網(wǎng)平臺網(wǎng)關實現(xiàn)告警信息的接收,告警信息的編碼,sip協(xié)議轉換,指令接收與上報等管理,遠程管理設置與查詢;平

12、臺聯(lián)動控制攝像頭視頻監(jiān)控,拍照,錄像等,將語音,短信甚至視頻發(fā)送到需求方的手機,pc機,電視機(與網(wǎng)絡連接)上.(2)基于internet,家庭內(nèi)部局域網(wǎng),短信,手機,固定電話,3z,tt家庭物聯(lián)網(wǎng)關(輸入特殊按鍵組合)等方式進行智能家電遠程控制,查詢,管理等應用,實現(xiàn)對家庭內(nèi)部信息家電的接人,信息處理和本地維護管理(包括全時監(jiān)控,場景與模式管理等).(3)基于upnpav架構的家庭媒體資源共享應用:通過支持無線和有線網(wǎng)絡模塊實現(xiàn)對pc機,支持wifi的手機,平板電腦等多屏資源的共享;通過android系統(tǒng)底層的標準驅(qū)動,實現(xiàn)鍵盤鼠標,游戲手柄,家庭遠程醫(yī)療設備,pos機等設備的管理,實現(xiàn)對mp3播放器,錄音筆,數(shù)碼攝像機,數(shù)碼相機,數(shù)碼相框