摘要：设计基于OSGi标准和Zigbee无线通信协议的分布式家庭网关.首先提出基于Zigbee家庭网络的无线组网方案 同时提出无线家庭网关的硬件实现方案，并给出基于OSGI标准的软件开发的步骤。最后分析了家庭网关的实际应用。

　　1 引言

　　随着internet的普及和数字家庭的深人心.消费电子、计算机、通信3c一体化趋势日益明显www.cechina.cn，家庭网络化已经成为家庭现代化的潮流。家庭网络可看作当作一种分布式网络，普通家电通过嵌入网络接口和能实现本地控制的I/O口，成了网络用具(Internet Personal Appliances)，通过家庭网关实现网络用具的远程控制.采用基于IEEE802.15.4标准的Zigbee协议，真正实现宽带网络家庭的最后一公尺延伸，使家庭组网更加便捷。

　　2 家庭网络总体设计

　　2.1家庭网络的结构

　　图1家庭网络的总体结构。其中家庭网关是家庭网络的核心，是连接家庭中彼此孤立分散的子网或网络用具、实现信息的交互和共享，并将家庭内网和外部网连接，实现内外网络互通和鉴权的设备。

　　实现家庭内部组网方面，本系统采用Zigbee无线通信标准。网关采用GPRS无线方式连接外部网络，同时预留RJ45接口。网关全部采用无线通信方式，可以避免家庭布线的繁琐，方便了网关在家庭中的布置，同时使种网关不仅能够应用于家庭CONTROL ENGINEERING China版权所有，也能应用在车载等移动系统。

　　2.2 Zigbee协议概述

　　Zigbee是基于802.15.4标准开发的关于组网、安全和应用软件方面的技术标准。Zigbee协议包括高层应用规范(profile)、汇聚层、网络层、数据链路层和物理层。其中数据链路层和物理层标准由IEEE802.15.4负责制定，网络层以上由Zigbee联盟制定。

　　Zigbee技术一开始就是被设计用来构建包括恒温装置、安全装置、家用电表等小型设备的无线网络。作为家庭网络的组网节点控制工程网版权所有，覆盖范围在10m～75m，具有低功耗特性，同时协议实现简单且免收专利费，工作频段为免执照频段等。Zigbee技术的这些特点弥补了低成本、低功耗和低速率无线通信市场的空缺，丰富和便捷的应用为家庭网络化提供了很好的实现手段。值得一提的是，低能耗和极低的时延是蓝牙等无线技术所不能比拟的。

　　2.3 网络用具

　　对于网络用具，目前还没有统一的标准，IETF草案中按功能把它分成胖网络用具(fat IPA)和瘦网络用具(thin IPA)。功能较复杂的胖网络用具定义为：IPA=[network interface][application control][I/O control]，即具备网络接口和本地系统控制的I/O端口，同时具备嵌入式应用程序的家用设备.如网络冰箱、网络空调、家庭多媒体系统等需要实现复杂控制功能；如灯、门等实现相对简单的控制功能，需网络接口和I/O控制端口.属于瘦网络用具。网络用具和普通家用设备的区别主要在于有没有网络接口.能否实现网络控制。

　　3 家庭网关的设计

　　设计家庭网关是本系统的关键。特别地.作为家庭网络建设的核心.家庭网关的设计思路已经提了不少.本节将主要从j个方面作一些探讨。

　　3.1基于OSGi的分布式网关模型

　　开放服务网关起始(OSGi)是OSGi组织制定的一个面向网络开放服务的规范(specification).基于这个规范开发的OSGi框架(Framework)可以部署在嵌入式设备中.框架是具有管理服务和升级服务等功能的网关设备软件平台。它的实现是以java技术为基础.具备了java平台独立等各种优点，可以独立于不同的制造商.通过API整合不同的标准.具有跨平台和良好的兼容性，为实现不同通信技术并存和支持多种设备互连奠定基础。本系统网关系统构架设计部署如下图2：

　　OSGi框架是OSGi服务平台的核心.是通过java类和java API实现的一些功能集，它负责实现各种服务集(bundles)的实时部署、管理和维护工作.通过对服务集的控制来实现网关的各种功能。服务集是服务的实现载体，OSGi框架和其它所有的功能都是以服务集的方式通过java类和API实现。通过UPnP(Universal Plug and Play)技术可使网络用具的部署变得非常方便。当网络用具和家庭网关在物理层连接后，OSGi框架的设备管理器就会检测到设备服务注册，然后借助驱动定位器和驱动选择器从网络或本地下载能跟设备匹配的驱动程序。这样.当用户想在家里添置网络设备时CONTROL ENGINEERING China版权所有，无需手动安装驱动程序就可以实现设备的"网络即插即用"把家庭网络设计成分布式，具有很多优势.外部网络只要访问家庭网关，就可以透明地访问不带IP的家庭网络用具CONTROL ENGINEERING China版权所有，同时也解决了家庭网络用具之问互操作性问题。

　　3.2网关硬件实现方案