adhoc模式的家庭网络无线通信系统的研究及实现.pdf

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1、大连理工大学硕士学位论文Ad hoc模式的家庭网络无线通信系统的研究及实现姓名：王孝丰申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：刘军民20051201人连理工犬学硕士学位论文摘要随着I n t e m e t 技术的发展，尤其是无线网络技术的发展，智能家庭网络f I H N，I n t e l l i g e n t H o m e N e t w o r k s)的组网模式呈现出多样性。随时随地控制家电是I H N 发展的最终趋势，而家庭网络的发展模式也呈现出多样性。如何协调好家庭网络中各个智能设备之间的关系并方便的进行控制，已成为家庭网络发展中必然遇到的问题。本文通过对无线网络中A

2、dh o c 技术的研究，并结合当前家庭网络的发展，提出了一种基于A dh o c 模式的无线多跳蜂窝家庭网络拓扑结构。在由多个蜂窝子网组成的家庭网络中，家庭中的设备都可以看作一个可以自由加入和离开网络的节点，所有的节点被明确的分为两种类型：移动基础节点(M o b i l eB a s eN o d e，M B N)和移动从节点(M S N，M o b i l eS l a v e N o d e)。M B N 由可以工作在基础结构模式、L A N 接口、W L A N 等模式下的接入点(A c c e s sp o i n t)组成，除了自身的功能以外，还具有数据转发的功能，而安装有无线模

3、块的M S N 只能通过与其相连的M B N 与外界通信。这种模式的家庭网络与传统的无线网络的显著区别是网络中信息的传播依靠设备节点中继完成，可以实现信息的远距离无线传播。由此可以看出由多个子网组成的网络是一种分布式的结构，从而非常适合远距离控制。基于A R M 9 平台的硬件资源，引入嵌入式操作系统来实现A dh o c 网络及对网络家电的管理。L i n u x 是一种免费的嵌入式网络操作系统，其内核包含T C P I P 协议栈，可以满足A dH o c 无线网络之间以及与I n t e m e t 互联互通的需要。因此，选择L i n u x 作为系统的资源管理平台，同时用户可以通过操

4、作图形用户界面来实现所需要的功能。本文详细阐述了A R M 9 硬件平台的搭建、L i n u x 的移植、外设接口以及无线网络模块驱动程序的编写。作为研究与实现的重点，在编写L i n u x 下无线模块网络驱动的基础上，采用A O D V(A d h o c 按需距离矢量路由协议)路由协议实现了L i n u x 下A d h o e 模式的无线家庭网络结构。最后采用A R M 9+L i n u x 平台设计了智能家庭网络管理系统终端。关键词：嵌入式L i n u x：家庭网络；A O D V；A dh o c；L i n u x 移植王孝丰：智能家庭网络中A dh o c 模式的无线通

5、信系统的研究及实现R e s e a r c ha n dR e a l i z a t i o no fW i r e l e s sC o m m u n i c a t i o nS y s t e mi nA dh o cM o d e l b a s e dH o m eN e t w o r kA b s t r a c tW i t l lt h ed e v e l o p m e n to fI n t e r n e t e s p e c i a l l yt h ed e v e l o p m e n to fw i r e l e s st e c h n o l

6、o g y t h es e tm o d e lo fI H N(I n t e l l i g e n tH o m eN e t w o r k s)h a sb e c o m ev a r i o u s T h em e t h o do fw i r e l e s sa c c e s s i n gI n t e m e tw h e r e v e na n dw h e n e v e ri st h eu l t i m a t et e n d e n c yo fI H Nd e v e l o p m e n t a n dt h ed e v e l o p m

7、 e n to fh o m en e t w o r ka l s os h o w si t Sd i v e r s i t y H o wt oC 0 0 r d i n a t et h er e l a t i o n s h i p sa m o n gt h ei n t e l l i g e n td e v i c e si uh o m en e t w o r ka n dh o wt oc o n t o ld e v i c e sc o n v e n i e n t l yh a v eb e c o m eap r o b l e mw h i c hm u

8、 s tb ed e a l tw i t l li nt h eh o m en e t w o r kd e v e l o p m e n t T 1 1 r o u g l l 出er e s e a r c ho fA dh o et e c h n o l o g ya n dt h ed e v e l o p m e n to fh o m en e t w o r k，t h i st h e s i sp r o v i d e st h ed e s i g no fa nA dh o cM o d e l b a s e dA r c h i t e c t u r e

9、o fI H N I I l 廿l i ss y s t e mw h i c hb a s i cn e t w o r ki sc o m p o s e do fs e r v e lc e l l u l a rs u b n e t t h ed e v i c e(n o d e)i nt h eh o 目n en e t w o r kc a nj o i na n dl e a v et h en e t w o r kf r e e l y，N o d e si nt h i sn e t w o r ka r ed i s t i n c t l yd i v i d e

10、di n t ot w ot y p e s：M o b i l eB a s eN o d e(M B N)a n dM o b i l eS l a v eN o d e(M S N)T h eM B Nc o n s i s t so fac o m b i n a t i o n o fa l lA Pt h a to p e r a t e si nt h ei n f r a s 订u c t L l r em o d e，L A Ni n t e r f a c e，a n dW L A Nc a r d T h eM S N w h i c hu s e saw i r e l

11、 e s sm o d u l e、c a no n l yc o m m u n i c a t ew i t ho t h e rn o d e sv i ai t sa s s o c i a t e dM B N B e s i d e si t so w nf u n c t i o n，t h eM B Nn o d ef d e v i c e)i ns u b n e th a sa na d d i t i o n a la b i l i t yo fg o r k i n sa sar o u t e r T h em o s td i s t i n c t i o n

12、b e t w e e na dh o cw i r e l e s sn e t w o r ka n dt r a d i t i o n a lw i r e l e s sn e t w o r ki S 也a tt h ef r o m e rd e a l sw i t ht h ef o r w a r d i n ga n dh a n d l i n gt h ei n f o r m a t i o nb yn e t w o r kn o d e s S ot h en e t w o r ki Sm a d eo faf u J l 一d i s t r i b u t

13、 e ds t r u c t u r e，w h i c hi ss u i t a b l ef o rt h ec o n t r o lo f f a rd i s t a n c e B a s e do nt h eh a r d w a r eo fA R M 9p l a t f o r m，w ei n t r o d u c ea no p e r a t i o ns y s t e mt or e a l i z et h eA dh o en e t w o r ka n dm a n a g et h eh o m ed e v i c e L i n n xi S

14、a ne m b e d d e do p e r a t i o ns y s t e mw eC a l lg e ti tf r e e l y，i t sk e r n e li n e l u d eT C P I Pp r o t o c o lw h i c hC a ns a t i s f yt h ed e m a n do fc o n n e c t i o nb e t w e e nA dh o cn e t w o r ka n dI n t e m e t S ow es e l e c tL i n u xa st h es o u r c em a n a

15、g ep l a t f o r m W h e nL i n u xs t a r t，t h er o u t e rp o g r a mc o u l db er u na u t o m a t i c a l l yb yL i n u x，a n dt h eu s e rc a l lc o n t r o lt h eh o m ed e v i c eb yt h eG U Ii n t e f f a c em e a n t i m e T h et h e s i sh a sd e s c r i b e dt h eb u i l do fA R M 9h a r

16、 d w a r ep l a t f o r l T l，p o r t i n go fL i n u xa n dp r o g r a m m i n gd r i v e r so fp e r i p h e r a le q u i p m e n ta n dw i r e l e s sn e t w o r km o d u l ei nd e t a i l s A st h ee m p h a s e so fr e s e a r c ha n dr e a l i z a t i o n，b a s e do nd r i v e r so fw i r e l

17、e s sm o d u l eu n d e rL i n u x，w er e a l i z e dt h es t r u c t u r eo fA dh o cm o d e l b a s e dw i r e l e s sh o m en e t w o r kw h i c hi n t r o d u c e d盔垄堡三奎堂堡圭塑丝壅A O D V(A dh o cO n D e m a n dV e c t o r)r o u t i n gp r o t o c 0 1 h 1t l l i sp a p e r，w ed e s i g nh e 埘r e l e

18、s sh o m en e t w o r ka n dt h et e r m i n a l 伊o m a d e do nL i n u xa n dA R M 9 K e yW o r d s：E m b e d d e dL m u x；H o m eN e r o；A O D V；A dh o e；L i n u xP o r t m g独创性说明作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我

19、一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。大连理工大学硕士研究生学位论文大连理工大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。作者签名：亟聋圭导师签名趔年上奠月卫日大连理工大学硕士学位论文弓口I n t e m e t 的发展已经极大的改变了人们的生活，人们可以通过网络上的计算机完成曾

20、经需要几经周折才能做到的事情。比如家庭办公、炒股、浏览新闻、查阅资料等等，这些极大方便了人们的工作，使人们能够将更多的精力放到更重要的事情上。但在智能家庭网络的概念出现之前，人们的家居生活还是传统的、没有发生根本的改变。虽然各种新兴的家电层出不穷，但它们的操作方式还是如以前一样，人们不得不在设备面前对它们发出各种指令。设想一下，如果早上出门之前忘记关闭电视机，或者想要在回家之前打开空调。这些在过去看来似乎是不可能的事情，但是人们的生活中确实有这样的需要。随着各种家电的兴起，如何更方便、快捷的操作家电成为解决这一矛盾的关键所在，智能家庭网络的出现恰恰解决了这一问题，从根本上方便了人们的生活。目前

21、，真正的信息家电产品品种极少，绝大多数尚处于开发研究阶段。而家庭网络功能的完全实现是要建立在信息家电充分普及的基础上。因此在能够满足人们各种生活需要的信息家电被研制开发然后大量投入市场之前，所构建的家庭网络的功能是不完整的。尤其是手持终端，基本上就是传统遥控器的集成，无法实现智能家庭网络控制中心的一些网络功能。目前家庭网络的组建一般有三种方案H J：a)在住宅中重新布线。新的住宅中可以按照其采用的家庭网络标准重新布线，实现家中的设备互联，但造价比较高，一次性投入比较大，比较适合新小区建设。b)利用原有的布线。目前有允许通过电话线，在家庭计算机之间实现文件、打印机等资源共享，还可以利用家庭中的电

22、力线来进行家庭设备的联网。c)使用无线网络。随着短距离无线通信技术的成熟和成本的不断下降，无线网络技术也进入了家庭网络领域。当繁杂的线缆、复杂的房屋结构、手持的信息设备不能随时随地便捷她使用、需要时常改变家庭布局而又无法移动信息家电后面的网络接口等问题困扰人们的时候，提高网络的灵活性、移动性便成了一种强烈的需求。无线的家庭网络便在试图改变这一切，使这样的问题不再存在。本课题正是在这样的背景下，针对这种需求，对家庭无线网络体系结构进行研究，把一种新型的无线架构技术A dh o c 技术应用到当前的家庭网络中来，提出了一种全新的、基于A dh o c 模式的家庭网络体系结构，并给出了家庭网络相对于

23、O S I 的分层模型，然后对分层模型的每一个层面做了分析。最后采用嵌入式L i n u x 和A R M 9 处理器在手持终端上实现了A dh o c 网络模式，同时给出了通过手持设备控制家电的方案。王孝丰：智能家庭网络中A dh o c 模式的无线通信系统的研究及实现1 概述1 1 智能家庭网络概述家庭网络是采用一定的拓扑结构和物理媒介，通过相应的控制协议将家庭内部的各种信息家电等设备互联起来的网络系统。智能家庭网络(I n t e l l i g e n tH o m eN e t w o N s)更是在此基础上发展起来的具有人性化的家庭网络系统。1 1 1 智能家庭网络的组成智能家庭网

24、络的一般结构如图1 1 所示，一个智能的家庭网络应该包含以下几个部分：图1 1 典型的家庭网络组成F i g 1 1T h e C o m p o s i t i o no f T y p i c a l H o m e N e t w o r k(1)控制网络系统控制网络系统主要体现在对传统家电、灯光系统、安全报警系统、自动窗帘等系统的控制上。此类系统需要控制的信息量比较少，比如开关量、少数模拟量，在网络上传输的是占用带宽比较窄的控制信号，所以被称为控制系统。(2)信息家电系统信息家电系统区别于传统的家电系统，此类系统有一个明显的特征可以与I n t e m e t 互联。例如网络冰箱带有显

25、示器，可以实现网上购物，可以远程查询所存物品信息等。信息家电系统的特征是具有一定的通信量，但不是很大。是智能化家庭的重要组成部分。大连理工大学硕士学位论文(3)数字通信系统数字通信系统由各种数字设备(如数字P D A、数字录像机、数字电视等)和家用计算机、移动电脑、I P 电话等网络设备组成。此类系统需要大量的网络带宽来实现数据通信，如视频、音频的存储、点播和传输，他们数据传输量大，可构成独立的数据传输网络。如何实现这些设备与家庭网络中其它子网互联已成为家庭网络研究的重点。(4 1 传感网络系统传感网络系统由各种传感器组成，例如光线传感器、温度传感器、湿度传感器等。主要体现了智能家庭网络中的“

26、智能”两个字，目前环境感知技术的研究更加加深了“智能”的含义。上面的分类方法把一个智能家庭网络分为控制网络系统、信息家电系统、数字通信系统、传感网络系统，但是这种划分并不是绝对的，有些设备同时具有几个网络的特征。控制网络控制具有少量信息的传统家电和一些简单的电器；信息家电系统除控制信息外还有少量数据传输量，可利用现有网络，也可专门设立网络；数据通信网络由于其高速率以及带宽要求，规范其标准很重要；传感网络是家庭网络中不可缺少的一个重要环节。这么多的不同标准的网络在一起，需要一个中心来把它们与外界联系起来。目前有两种方式：一种是通过特殊的路由器把不同的媒介类型联系在一起，其功能是实现下层的协议转换

27、，由于各媒介之间通信速率之间的差异，这种方式的相关规范还有待成熟，以后会成为发展的主流；另一种就是通过家庭网关来实现智能代理，所有与外界相连的工作由家庭综合网关进行代理而不直接进行交互，这是一种比较好的方案，相信在未来相当长的时期里，仍会流行。1 1 2 标准和规范国外的智能家庭网络的概念出现于2 0 世纪7 0 年代末，各大公司为了各自的利益纷纷达成发展联盟，制定各自的标准。经过几十年的发展各大发展联盟形成了多种标准，这些标准有通信协议方面的、总线方面的、音频视频方面的、网络接口方面的等。如美国早期的x 1 0 协议，美国电器协会发布的消费总线(C E B u s)标准，家用电话网络联盟提出

28、的H o m e P N A，世界八大电器厂商提出的家用音频视频互操作H A M 标准，以及微软公司支持的通用即插即用N P N P 规范。下面分别简单介绍这些标准。(1)X 1 0 协议5】X 一1 0 技术是在1 9 7 6 至i j l 9 7 8 年之间开发出来的，于1 9 7 8 年生产出第一个商用控制组件。x 一1 0 协议是对电子设备进行远程控制的通信协议，适用于X 1 0 发送器和接收器之间，以家庭内普遍存在的电力线系统为通信媒体，系统的铺设简单且不用重新布线，因而降王孝丰：智能家庭网络中A dh o c 模式的无线通信系统的研究及实现低了初始投入。在家庭自动化如安全监控、电器

29、控制等方面得到广泛应用。x 1 0 协议虽然是企业规范，但已成为一个事实上的控制标准。它同时也存在一些缺点：发送器和接收器之间仅能传送有限的控制命令如：开、关、暗、亮、全开、全关，X 一1 0 的许多设备间只能进行单向通信，没有反馈机制。因而其控制方案是不完善的，通信媒体单一，通信速率较低(不超过1 0 k b p s)等。(2)C E B u s 6 C E B u s 是C o n s u m e r E l e c t r o n i c s B u s 的缩写，是美国电气工业协会(E I A)I 拘消费电子小组制定的家用消费产品的网络通讯标准。C E B u s 是一个完全面向报文分组

30、(p a c k e t)的对等网络，使用载波侦听多重访问和冲突检测与冲突分辨协议(C S M A C D C R)。C E B u s 网络节点结构遵守I S O O S I 开放系统互连模型，而C E B u s 协议栈为四层结构，分别是物理层、数据链路层、网络层和应用层，其结构如图1 2 所示。传输层的功能分别被分配到网络层和应用层之中，而会话层和表示层在C E B u s 网中则是不必要的。其各层功能、层与层之间的服务调用及提供关系和协议数据单元(P D U)的格式符合O S I 模型规范，这里就不再赘述。另外增加的一层叫做系统管理层(L S M)，它的主要功能是站点的初始化、监视站点

31、协议功能及整个网络性能。应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层图1 2 C E B u s 分层模型F i g 1 2L a y e r e dM o d e lo f C E B u sC E B u s 支持灵活的网络拓扑结构，只要具有相应媒体的接口组件，一个设备可以连接到网络的任何地方，信号可以在多种媒体之间通过路由器(R o u t e r)进行传输。路由器的网络结构由物理层、链路层和网络层组成，而没有应用层。该标准支持分布式控制方案，不需要集中控制器即可进行工作。当前该标准主要应用于家庭器具的控制网络，是最重要的网络标准之一。(3)L o n W o r k s三大连理工大学

32、硕士学位论文该技术是于1 9 9 1 年由E c h o l o n 公司开发的，它将传统控制技术及最新网络技术结合起来，为传统控制领域提供了网络化解决方案，是重要的现场总线标准。L o n W o r k s 的支持速率可达1 2 5 M b p s，网上可以连接3 2 k 个设备节点，通过使用网桥、路由器等手段可以组成较大型的网络系统。其支持媒体有电力线、双绞线、红外线、无线电、电缆线、光纤，并开发了支持多种媒体的接收传送器。L o n T a l k 通信协议是L o n w o r k s 技术的核心，它提供了I S O O S I 的七层服务，并固化于N e u r o n 芯片之中

33、。媒体访问控制采用P r e d i c t i v e P P e r s i s t e n t C S M A 算法，该算法保留了以太网协议C S M A 的优点，同时克服了它在控制方面的缺点，使网络在负载较重的情况下仍能以接近最大吞吐率进行工作。L o n T M k 提供了使用区、子网和结点的分层逻辑寻址方式，提高了寻址效率，使得网络中节点的替换和增加非常方便。L o n W o r k s 提供了功能强大的开发系统，为系统设计及节点开发提供了集成开发环境和工具。当前，L o n W o r k s 的编程语言和应用软件仅能够应用于其专用网络，没有实现通用与专用功能的分离，这在一定程

34、度上影响了其兼容性和在家庭控制中的优越性。(4)H o m e P N AH o m e P N A(H o m eP h o n e l i n eN e t w o r kA l l i a n c e)是家庭电话线网络联盟制定的统一电话线网络的工业标准。H o m eP N A 标准是利用现有电话线高速接入互联网的技术，它采用频分复用技术。在现有的铜线和光纤网络上提供每个用户1 M b p s 1 0 M b p s 的高速数据传输。H o m eP N A 技术能够分离通过一条电话线传送的声音和数据业务。声音传送的波段在2 0 H z。3 4 k H z 之间，而x D S L 利用2

35、 5 k H z 一1 1 M t t z 这一波段，H o m e P N A 设备则利用5 5 M H z 一9 5 M H z 波段，因此当用户利用同一条电话线访问因特网时可以使用电话或发传真，不会相互影响。(5)H o m e R FH o m e R F 是由H o m e R F I 作组开发的，是在家庭区域范围内的任何地方，在P c 和用户电子设备之间实现无线数字通信的开放性工业标准。作为无线技术方案，它代替了需要铺设昂贵传输线的有线家庭网络，为网络中的设备，如笔记本电脑并1 I n t e m e t 应用提供了漫游功能【2 J。H o m e R F 工作组于1 9 9 8

36、年制定了共享无线访问协议S W A P(S h a r e dW i r e l e s sA c c e s sP r o t o c 0 1)。该协议主要针对家庭无线局域网，其数据通信采用简化的I E E E 8 0 2 1 1 协议标准，沿用了以太网带有冲突检测的载波监听技术(C S M A C D)。在进行语音通信时它采用D E C T(D i g i t a lE n h a n c e dC o r d l e s sT e l e p h o n y)标准，使用T D M A 时分多址技术。H o m e R F 工作频段是2 4 G H z，支持数据和音频传输。基于该协议的网络

37、是对等网，也就是说，网上的每一个节点都是相对独立的，不受中央节点的控制。因此，任何一个王孝丰：智能家庭网络中A dh o c 模式的无线通信系统的研究及实现节点离开网络都不会影响到网络上其它节点的正常工作。它的另外一个特点是低功耗，很适合笔记本电脑。就短距离无线连接技术而言，它通常被看作是蓝牙和I E E E 8 0 2 1l 协议的主要竞争对手。(6)H i p e r L A NH i p e r L A N 是目前最为完善的无线局域网(W L A N)协议。它的特点是：高速传输、面向连接、支持Q o S、自动频率配置、支持小区切换、安全保密、网络与应用无关。H i p e r L A N

38、标准定义了许多支持无线网络功能的信令和测量方法，包括动态频率选择、无线小区切换、链路适配、多波束天线和功率控制等【7 。H i p e r L A N 标准是对目前无线接入系统的补充，与其他蜂窝系统比较，它的户外移动性虽然受到限制，但适用面广。其典型的应用环境如办公室、家庭、展览厅、机场、火车站等热点地区，向终端用户提供高速数据传输。(7)I E E E8 0 2 1 1 1#议规范I E E E8 0 2 1 1 是无线局域网的主流标准之一，主要规范了物理层(P H Y)和介质访问层(M A C)的特性，使局域网的概念从通常的线缆连接扩展到了中短距离的无线连接。该标准采用2 4G H z 的

39、I S M 频段进行通信，具体是从2 4 G H z 一2 4 8 3 G H z，这一频段被分成最多1 4 个信道(根据不同的地区，。这个数值会有所变化)。8 0 2 1 1 定义的理论传输速率分为1 Mb p s 和2 M b p s，在8 0 2 1 l b 中，由于改进了调制方式，传输速率又增加了5 5 M 和1 1 M 两个级别。标准中定义了两种设备：接入点(a c c e s sP o i n t，简称A P)，移动站(S t a t i o n，简称S T A，典型的设备就是装有无线网卡的笔记本)1】0为了适应无线环境下的数据传输，8 0 2 1 1 自身有一些相应的特点：M A

40、 C 层数据的收发是基于C S M A C A(载波侦听多路访问冲突避免)算法，即如果根据监测机制发现介质忙，系统会根据退避算法进行延迟，然后再进行检测，直到检测到介质空闲为止，而不象有线网络中的c s M A c D 那样，在检测到冲突后广播该信息；在物理层，为了适应无线介质下数据的收发，系统对M A C 层的数据包进行了一定的处理，主要在M A C 帧前加上了数据收发时用于同步的前导码头和该数据帧的一些基本信息(长度、速率)等等由上文对已有技术分析来看，在速度上I E E E 8 0 2 1 1 b 占优势，其较快的速度允许连接5 台以上P C，传送更大的文件和图形，并可在整个家庭网络上分

41、发视频和音频，是一种应用于高端的W L A N 技术。因为I E E E 8 0 2 11 b 提供的高带宽，是以将数据分割为T C P I P 包为代价的，这样会对“流式媒体”的播放产生不好的影响。8 0 2 1 1 功能也正在向前发展，将I E E E 8 0 2 1 1 b 提速至2 2 M b p s，且支持语音呼叫，在直接序列或跳频网络上结合语音和数据功能。目前，I E E E 8 0 2 1 l b 已在企业无线网络应用中占据了主导地位。大连理工大学硕士学位论文H o m e R F 标准则在零售市场略占上风，但由于技术没有公开，目前只有几十家企业支持，而且，其抗干扰等方面的弱点也

42、对它的应用前景有一定的影响。但是，H o m e R F标准在传送音乐、声音以及影像数据方面很有优势，不存在牺牲质量的问题。鉴于家庭控制网络对传输速率和语音图像的质量没有苛刻的要求，因此这里完全有理由采用蓝牙技术。而对于家庭数据网络，采用I E E E8 0 2 1 1 b 无线技术，相关平台采用L i n u x 操作系统。在家庭网络中家庭设备节点既包括平时很少移动的家电设备，还包括需要适应实时性要求比较高的笔记本之类的移动设备。由此，结合家庭网络环境的特点，本文提出了基于A d h o e 模式的家庭网络结构。下面对相关技术做详细介绍。1 2 嵌入式L i n u x 概述嵌入式操作系统(

43、E O S)是相对于一般操作系统而言的，它具备了一般操作系统最基本的功能，如任务调度、同步机制、中断处理、文件功能等。但嵌入式系统仅具有这些功能是不够的，为了适应不断发展的嵌入式产品的要求，E O S 需要具有以下特点：更好的硬件适应性，也就是良好的移植性，占有更少的硬件资源；高可靠性；提供强大的网络功能，支持T C P I P 协议及其他协议；友好的图形G U I；有些应用要求E O S 具有实时性能；L i n u x 从1 9 9 2 年问世到现在，十几年的时间内己发展成为一个功能强大、设计完善的操作系统，目前L i n u x 已可以与各种传统的商业操作系统分庭抗礼，占据了相当大的市场

44、份额。与此同时，L i n u x 在嵌入式领域同样获得了飞速发展，目前正在开发的嵌入式系统中，4 9 的项目选择L i n u x 作为嵌入式操作系统。L i n u x 之所以能在嵌入式系统市场上取得如此迅速的发展，与它自身的优良特性有着不可分割的关系，归纳而言，嵌入式L i n u x至少具有以下几点优势：1 开放的源码，丰富的软件资源L i n u x 是自由的操作系统，它的开放源码使用户获得了最大的自由度，不存在黑箱技术。L i n u x 上的软件资源十分丰富，每一种通用程序在L i n u x 上都可以找到。2 助能强大的内核，性能高效、稳定，多任务L i n u x 的内核非常

45、稳定，它的高效和稳定性己经在各个领域，尤其在网络服务器领域，得到了事实的验证。L i n u x 内核小巧灵活，易于裁减，这使得它很适合嵌入式系统王孝丰：智能家庭网络中A dh o c 模式的无线通信系统的研究及实现的应用。3 支持多种体系结构O N X 8 6，A R M，M I P S，A L P H A，S P A R C，P P C，N E C，M O T O R O L A 等。目前，L i n u x 己经被移植到数十种硬件平台上，几乎支持所有流行的C P U。4 完善的网络通讯、图形、文件管理机制L i n u x 自产生之日起就与网络密不可分，网络是L i n u x 的强项，

46、L i n u x 内核的结构在网络方面是非常完整的。另外，L i n u x 还支持多种文件和图形系统。5 软件开发者的广泛支持L i n u x 沿袭U N I X，遵循国际标准，可以方便地获得众多第三方硬、软件厂商的支持。L i n u x 的自由精神吸引了成千上万的程序员投入至E J L i n u x 的开发和测试中来，这使得L i n u x在短时间内就成为一个功能强大的操作系统。6 价格低廉有效降低产品成本，对成本敏感的嵌入式系统来说至关重要，L i n u x 恰好具有这一特性，在价格上极具竞争力。由于嵌入式L i n u x 具有天生秉承的优势，越来越多的企业和科研机构已经把

47、目光转向了嵌入式L i n u x 的开发和应用上。1 3 蓝牙技术简介蓝牙l u e t o o t h)是由E r i c s s o n、I B M、I n t e l、N o N a 和T o s h i b a 公司作为原始发起组织而推出的一种小范围无线通信的标准。它借用1 0 世纪中、后叶丹麦国王H a r a l d I I 的名字，含有将四分五裂的局面统一起来的意思。其目的是解决移动电话边界设备的连线问题。蓝牙通过将无线通信技术与数据通信技术的融合，为所有的移动装置之间提供一个有效的无线连接。各种移动设备包括移动电话、无线电话、笔记本、手持电话、个人数字助理f P D A)、数

48、码相机等，都可以通过蓝牙来进行连接。1 3 1 蓝牙技术原理蓝牙(B l u e t o o t h)是一种在区域性环境内提供便携式产品以无线通信方式相互连接的系统，目前已为许多电脑制造商及通信器材厂商所支持。蓝牙是一种短距的、点对多点的声音和数据传送的无线连接技术【3】。蓝牙采用2 4 0 2 2 4 8 0 G H z 段高频无线频率，中心频率为2 4 5 G H z，比现有的G S M l 8 0 0 M H z 还要高。也许相对W A P 而言，它规范了更为具体的硬件及频率应用等内容。蓝牙宽带协议结合电路开关和分组交换机，适用于语音和数据传输。每个声道支持6 4 k b p s 同步(

49、语音)链接。而异步信道支持任意方向上高达7 2 3 2 k b p s 和回程方向大连理工大学硕士学位论文5 7，6 k b p s 的非对称链接。因此，它可足够快地应付蜂窝系统上的非常大的数据比特率p J。从技术上讲，蓝牙属于小范围的无线多媒体通信，使用跳频(F H，F r e q u e n c yH o p p i n g)和时分多址(T D M A，T i m eD i v i s i o nM u l t iA c c e s s)等先进技术，来建立多种通信与信息系统之间的信息传输。其目的是在小范围内将各种移动通信设备、固定通信设备、计算机及其终端设备、各种数字数据系统(包括数字照相

50、机、数字摄像机等)甚至各种家用电器，使用一种廉价的无线电缆(W i r e l e s sC a b l e)方法将它们联接起来。由于它的应用将几乎可以渗透到所有通信及信息传输领域，具有极为广泛的应用前景，因此经推出即受到众多厂商的重视。1 3 2 蓝牙组网方式图1 3 分布式网络示意图F i g 1，3S k e t c h M a p o f D i s t r i b u t i n g N e t w o r k蓝牙根据网络的概念提供点对点和点对多点的无线链接。在任意一个有效通信范围内，所有设备的地位都是平等的。首先提出通信要求的设备称为主设备(M a s t e r)，被动进行通信的