基于TD和OSGi的智能家庭网络研究

摘要：介绍了智能家庭网络的概念、要求和结构，提出了基于TD网关和OSGi服务平台的智能家庭网络的体系架构，剖析了TD家庭网关的结构，并给出了智能家庭网络内智能设备的软件体系结构。

Abstract: The concept, requirement and structure of home sensor networking is introduced in the paper, and the system of home sensor networking based on TD gateway and OSGi service platform is proposed, the TD home gateway structure is analyzed and the software system structure of intelligent devices of home sensor networking is pointed out.

关键词：智能家庭网络；TD；OSGi

Key words: home sensor networking；TD；OSGi

中图分类号：TP39 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）03-0184-01

0引言

智能家庭网络是指在家庭内部通过一定的传输介质（如电力线、双绞线同轴电缆、无线电、红外等）将各种电气设备和电气子系统连接起来，采用统一的通信协议，对内实现资源共享；对外能通过网关与外部网（如Ethernet，ISDN，TD-SCDMA等）互连进行信息交换[1]。通过智能家庭网络能实现如下功能：对电气设备的控制和管理、家居安全、能源管理、多媒体服务、通过计算机或机顶盒连接互联网[2]。

1TD-SCDMA和OSGi简介

TD-SCDMA作为中国提出的第三代移动通信标准（简称3G）。随着中国移动的TD三期建设，TD网络日渐完善，已经能覆盖重点城市的热点区域。

OSGi规范由OSGi联盟制定，为网络服务定义了一个标准的、面向服务的计算环境。OSGi规范主要面向连接在网络上的家用终端和网关设备，Java的框架结构使其具有平立性、可移植性、可靠性、动态性、安全性等特性[3]。

2基于TD网关和OSGi服务平台的智能家庭网络设计

2.1 网络总体结构

智能家庭网络主要是家庭内部的控制网络，与局域网基本相同，他们都是由自主处理器组成的分布式系统，各处理器之间可通过通信设备互相交换数据。系统主要由控制网络、计算机网络配置和管理子系统以及家庭网关等部分组成。

家庭的电气设备和电气子系统通过网络节点连接到总线上，系统一方面可以通过计算机对网络系统进行初始化配置、调试和故障诊断；另一方面可以通过家庭网关进行远程报警、远程监控、远程抄表[4]。

2.2 TD网关

在计算机网络中，网关往往用来连接不同类型、而且协议差别又较大的网络。为了未来家庭内部的信息家电能连入Internet，并实现远程控制和管理以及信息家电之间的互操作和安全性问题，我们在家庭网络内部设置了一个TD家庭网关，提供一个智能家庭网络的控制平台。

该家庭网关是家庭网络的中心，它具备两方面的接口：与家庭外部的接口和与家庭内部的接口。家庭外部的接口将TCP/UDP数据包封装成TD无线帧，并实现与移动运营商基站的通信，该TD网关同时支持FTTH接口，以实现同Internet的高速通信。家庭网关与家庭内部的接口是指多个物理层接口，有HomeAPI、HomeRF、Bluetooth、802.3、802.11等，通过这些接口，实现与家庭网络中的家电设备相连接。

2.3 软件体系架构

智能家庭网内部各设备之间的软件体系架构图如图所示，Bundle是基于Java的应用，一个Bundle就是一个JAR文件，为了使框架能够获得服务，服务实现被打包成Bundle。

Bundle主要实现下列任务：安装、升级和卸载Bundle，开始和停止Bundle，Bundle的注册、注销和跟踪服务[3]。对每个安装在框架中的Bundle，都有一个相关的Bundle对象。对象用于管理Bundle的Java类的名字域，通过对类的加载和解析，通过建立Bundle的独立名字域，可以避免Bundle的类名冲突。

OSGi框架的注册功能用于在Bundle之间交换Service服务， 它提供了所需的安全性和受控性。通过这种注册机制，Bundle可以向其它Bundle提供服务， 同时也可以使用其它Bundle的服务。注册机制是有安全性保护的，Java环境提供了所需要的平台无关性、可靠性和安全特性。

图中TD网关实现了安全认证Bundle和病毒过滤Bundle来控制远程计算机对家庭内部网络的访问；电表实现了读数Bundle来支持远程读数；电视机实现了点播Bundle和记账Bundle分别来实现电视点播及有线电视计费。

TD-SCDMA是我国提出的第三代移动通信标准，随着中国移动的TD三期建设，TD网络日渐完善；OSGi是最有机会成为智能家庭网络国际标准的协议规范，它运用Java语言来实现，具有最大的平立性和兼容性。研究基于TD网关和OSGi平台的智能家庭网络，开发具有实用价值的产品，具有巨大的现实意义。

参考文献：

[1]叶朝辉，扬士元.智能家庭网络研究综述[J].计算机应用研究，2001，9：1-5.

[2]周新华，曹英其.智能家庭网关的OSGiR3实现[J].计算机工程与设计，2005，26（2）:372-374.

[3]LI YT，WANG F.OSGi-based service gateway architecture for intelligent automobiles. Intelligent Vehicles Symposium， Proceeding， IEEE， 2005：861-865.

[4] 何东之，于敬芝，等.基于环绕智能的智能家居控制系统研究[J].计算机工程，2007，33（10）：261-263.