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UPnP和ZigBee混合网络在智能家庭网络中的应用

作　者: 李想
导　师: 蒋芸
学　校: 西北师范大学
专　业: 软件工程
关键词: 物联网 UPnP协议 ZigBee网络中间件异构网络
分类号: TP391.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着物联网时代的到来、微型计算机的普及以及通信技术快速而稳健的发展。整个社会都进入了智能化、信息化的互通互联时代。人们已经无法满足于对物理设备过于主动的简单控制。让物理设备智能化，实现设备的互联与智能交互、资源共享以及远程控制等都是物联网时代的要求。智能家庭网络是物联网的一部分，和我们的生活紧密相连。实现家庭控制的智能化、网络化是我们享受智慧物联网最为直接的方式。依托于物联网技术，现代化的家庭控制已不再是孤立点式的简单、分散的控制，它以网络为核心，实现所有家电设备的智能互联，协同工作，达到家庭信息的融合与资源共享，为用户提供一个简便而又无处不在的终端控制。为了应对家庭网络中复杂异构的家电设备在互联上的不兼容性问题。本文以现代家庭中使用最为广泛的UPnP技术为核心，设计提出一种新型多功能的通用型UPnP桥接器。与一般的UPnP桥接器相比，该通用型桥接器能够同时对多种异构网络设备进行桥接，并向后兼容新协议设备。在对异构协议的通用性桥接上，桥接器采用分层处理的方法，在底层为每一个异构网络协议编写独立的、协议相关的插件模块，并动态的加载到桥接器，形成一个半开放式的转接引擎。这样UPnP网络就向下屏蔽了各种硬件和异构网络的差异，形成统一的物联网感知层。同时，UPnP向上又可为上层应用提供统一的连接、交互和通信机制。文中以现代家庭网络中广泛使用的ZigBee网络作为异构网络进行桥接，针对ZigBee网络以及节点控制器的特点，设计专用插件模块，使得ZigBee网络节点设备映射到UPnP网络。ZigBee网络和UPnP中间件共同组成了一个混合型的家庭网络，可以应对家庭中各类复杂异构设备的连接，提供智能化控制。最后，实验表明，桥接器在不改变原有内部结构的情况下，可动态的实现对ZigBee网络协议的桥接，而且桥接器对新协议的支持也具有完全的开放性和独立性。以UPnP为家庭网络核心，UPnP桥接器能够较好的完成各类异构家电设备间的互联，实现了家庭网络中资源的共享和异构网络的融合。

全文目录

摘要  8-9
ABSTRACT  9-10
1 绪论  10-17
  1.1 研究背景  10-11
  1.2 智能家居的国内外研究现状  11-15
    1.2.1 智能家庭网络  11-12
    1.2.2 智能家庭网络的联网技术  12-13
    1.2.3 智能家庭网络的中间件技术  13-15
  1.3 本文的工作  15-17
2 UPnP 标准和 ZigBee 网络  17-37
  2.1 UPnP 协议标准  17-30
    2.1.1 UPnP 概述  17-18
    2.1.2 UPnP 网络的组成  18-19
    2.1.3 UPnP 协议栈  19-21
    2.1.4 UPnP 工作过程  21-27
    2.1.5 基于 XML 的 UPnP 描述  27-30
      2.1.5.1 UPnP 的设备描述  27-28
      2.1.5.2 UPnP 的服务描述  28-30
  2.2 ZigBee 网络技术  30-36
    2.2.1 简介  30
    2.2.2 ZigBee 网络配置  30-32
    2.2.3 ZigBee 协议术语  32-34
    2.2.4 ZigBee 协议的体系结构  34-36
  2.3 本章小结  36-37
3 UPnP 通用型桥接器的设计  37-47
  3.1 通用型桥接器（CBU）的框架  37-40
    3.1.1 虚拟 UPnP 设备 (VUD)  38-39
    3.1.2 协议相关插件 (PRP)  39
    3.1.3 管理单元(Manager)  39-40
  3.2 CBU 的软件实现  40-45
    3.2.1 模块间的通讯  40-42
    3.2.2 桥接器的操作流程  42-45
      3.2.2.1 非 UPnP 设备的发现与描述  43
      3.2.2.2 非 UPnP 设备的控制和事件  43-44
      3.2.2.3 非 UPnP 设备的展示 (Presentation)  44-45
      3.2.2.4 CBU 的运行流程  45
  3.3 本章小结  45-47
4 UPnP 和 ZigBee 混合网络的实现  47-63
  4.1 CBU 与 ZigBee 互联方案  47-48
    4.1.1 方案的提出  47
    4.1.2 CBU 对 ZigBee 网络的桥接  47-48
  4.2 混合网络方案的硬件实现  48-50
    4.2.1 CBU 的硬件框架  48-49
    4.2.2 ZigBee 网络的硬件组成  49-50
  4.3 混合网络方案的软件框架  50-54
    4.3.1 CBU 的整体软件框架  50-51
    4.3.2 libupnp 的 SDK 架构  51-52
    4.3.3 使用 SDK 编写一个 UPnP 设备  52-53
    4.3.4 ZigBee-PRP 设计  53-54
  4.4 方案的验证  54-63
    4.4.1 实验环境  54-55
    4.4.2 linux 下 libupnp 的安装  55-56
    4.4.3 编译并运行 CBU 程序  56-57
    4.4.4 实验结果  57-58
    4.4.5 实验过程中使用的描述文档（部分）  58-63
5 总结与展望  63-65
参考文献  65-67
攻硕期间发表的科研成果目录  67

UPnP和ZigBee混合网络在智能家庭网络中的应用

内容摘要

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