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如何在OPENWRT开源路由器上搭建智能家庭网关系统的设计论文
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近年来，随着科技的发展以及人民生活水平的提高，智能家居技术在大众的日常生活中得到了快速的普及与发展。越来越多的智能化家电设备也随之进入千千万万的家庭之中。为了减轻用户使用负担、提高家电管理的便捷度、搭建家庭网络与公共网络沟通的桥梁，家庭网关技术应运而生。家庭网关作为家居智能化的核心组件，其主要功能在于使得家庭用户和放置在家庭中的各种智能家电设备连接到互联网，或者使智能家电设备之间能够互相通信。然而，现有的家庭网关设备普遍具有成本高、标准不统一、网络处理慢等问题。此外，现有的家庭网关在网络流量管理、用户接入方面也存在很多不足之处。针对现有家庭网关设备使用过程中出现的诸多问题，本文使用OpenWRT开源路由器技术，结合众多家庭网络中常用传感器设备，组建了一个家庭网络硬件平台，并在此基础上研究了基于OpenWRT无线路由器的智能网关（OWIG）系统的设计与实现。本文首先阐述了家庭网关技术在智能家居解决方案中的应用现状，然后分别介绍了本文中用到的家庭网关技术、开源路由器技术以及LuCI WEB技术。接着，本文探讨了在OpenWRT路由器上搭建智能家庭网关的需求，并以此为基础设计了OWIG系统。该系统由以开源路由器为核心的硬件平台以及以LuCI为基础架构的软件平台两个部分组成。其中，硬件平台用于搭建智能网关所在网络环境;软件应用平台用于负责OWIG系统的数据处理以及业务逻辑处理。在实现环节，本文首先设计了OWIG系统的硬件平台，讨论了诸多传感器设备的连接与传输问题。然后设计了OWIG系统应用服务框架，并根据软件应用框架设计了数据预处理模块和业务逻辑模块。在数据预处理模块详细设计了WEB界面与OpenWRT系统之间的消息处理过程，重点讲述了Lua脚本与OpenWRT内部UCI接口交互的执行流程。在业务逻辑模块设计过程中，将业务需求划分成用户管理模块、设备管理模块、文件管理模块以及应用服务模块四个部分，然后分别针对各个业务逻辑模块进行了详细地实现。特别地，针对现有家庭网关流量控制不足的问题，本文在软件应用平台设计过程中，结合Linux NETFILTER/IPTABLES防火墙技术和TC流量管理技术，详细阐述并设计了家长控制功能以及访客网络技术的实现。最后，本文做了大量实验对系统功能和性能进行了测试。为了测试系统的性能，本文使用系统CPU使用率，单位时间网络数据传输速率以及系统请求并发能力作为性能指标，并分别设计了实验场景对其进行测试。特别地，本文还使用Apache Benchmark工具对软件平台的WEB服务器进行了压力测试。结果表明本文所设计的OWIG系统是符合设计要求的。
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