CN109616119A - 一种基于IPv6协议的多功能网关设备 - Google Patents

一种基于IPv6协议的多功能网关设备 Download PDF

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高杰欣
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Abstract

本发明提供一种基于IPv6协议的多功能网关设备，包括壳体，壳体内设有中央处理器，壳体侧面设置有WAN接口、LAN接口、USB接口和电源接口，中央处理器分别与WAN接口、LAN接口、USB接口、电源接口、触摸显示屏连接；壳体上表面设有触摸显示屏，触摸显示屏与中央处理器连接，用于显示与网关设备连接的终端的连接状态；中央处理器还连接有无线AP接入点，无线AP接入点连接有WIFI模块；中央处理器还连接有协议转换模块，协议转换模块包括数据缓存区和数据格式转换区，用于实现IPv4协议数据和IPv6协议数据的双向转换。本发明网关设备，中央处理器中连接有触摸显示屏，能够通过触摸显示屏对网关设备的状态进行查询，以及对网关设备进行设置，操作简单便捷。

Description

一种基于IPv6协议的多功能网关设备
技术领域
本发明涉及智能交互技术领域，特别是一种基于IPv6协议的多功能网关设备。
背景技术
网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。网关在网络层以上实现网络互连，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。网关是一种充当转换重任的计算机***或设备。
随着WLAN(wireless LAN，无线局域网)的广泛应用，家庭中共享网络设备越来越多的使用这种无线接入技术。通常，固网运营商使用有线连接到固定位置，再使用WLAN来组成无线AP(Access Point，接入点)，用户个人终端通过连接无线AP来获取因特网的服务。
目前的网关设备功能比较单一，只提供了带动其他设备；而且对网关设备的状态查看和设置也十分不方便，需要通过电脑或其他终端连接后才能进行查看和设置。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种基于IPv6协议的多功能网关设备。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
一种基于IPv6协议的多功能网关设备，包括壳体，壳体内设有中央处理器，壳体侧面设置有WAN接口、LAN接口、USB接口和电源接口，中央处理器分别与WAN接口、LAN接口、USB接口、电源接口、触摸显示屏连接；
壳体上表面设有触摸显示屏，触摸显示屏与中央处理器连接，用于显示与网关设备连接的终端的连接状态；
中央处理器还连接有无线AP接入点，无线AP接入点连接有WIFI模块；
中央处理器还连接有协议转换模块，协议转换模块包括数据缓存区和数据格式转换区，用于实现IPv4协议数据和IPv6协议数据的双向转换。
在一种实施方式中，触摸显示屏还用于接收用户手势，将用户手势转化成控制指令，并将该控制指令发送到中央处理器，由中央处理器执行相应的操作；触摸显示屏还用于显示中央处理器执行操作的结果。
在一种实施方式中，中央处理器还连接有存储模块，存储模块包括Flash存储单元、Rom单元。
在一种实施方式中，中央处理器还连接有电源管理模块，电源管理模块通过电源接口与外部电源连接，电源管理模块为网关设备提供电源。
在一种实施方式中，壳体底部还设有排气扇，排气扇与中央处理器连接；壳体侧面还设有散热格栅。
在一种实施方式中，中央处理器还连接有语音采集模块，用于采集用户语音信号；
中央处理器包括语音控制模块，用于根据用户的语音信号识别相应的控制指令，由中央处理器执行相应的操作。
在一种实施方式中，语音控制模块还包括：语音指令数据库、增强单元、端点检测单元、特征提取单元和指令识别单元
语音指令数据库，用于预存最少一组控制指令，及其对应的语音特征参数；
增强单元，用于对获取的用户语音信号进行增强去噪处理，输出纯净语音信号；
端点检测单元，用于对纯净语音信号进行端点检测处理，获取该纯净语音信号中的有声部分；
特征提取单元，用于对有声部分进行特征提取处理，获取该有声部分的语音特征参数；
指令识别单元，用于根据该获取的语音特征参数从语音指令数据库中匹配相应的控制指令，输出该控制指令，以供中央处理器执行相应的操作。
本发明的有益效果为：本发明网关设备，中央处理器中连接有触摸显示屏，能够通过触摸显示屏对网关设备的状态进行查询，以及对网关设备进行设置，操作简单便捷。
同时，本发明网关设备，能够实现IPv4协议数据和IPv6协议数据的双向转换，能够满足不同场景中设备种类数量较多的情况下，实现协议数据的统一转换，适用性强。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明一种基于IPv6协议的多功能网关设备的结构图；
图2为本发明中央处理器的框架结构图；
图3为本发明语音控制模块的框架结构图。
附图标记：
壳体1、中央处理器2、WAN接口3、LAN接口4、USB接口5、电源接口6、触摸显示屏7、麦克风8、散热格栅9、开关10、协议转换模块21、存储模块22、电源管理模块23、语音采集模块24、语音控制模块25、无线AP接入点26、WIFI模块27、增强单元252、端点检测单元253、特征提取单元254、指令识别单元255、语音指令数据库251
具体实施方式
结合以下应用场景对本发明作进一步描述。
参见图1、图2，其示出一种基于IPv6协议的多功能网关设备，包括壳体1，壳体1内设有中央处理器2，壳体1侧面设置有WAN接口3、LAN接口4、USB接口5和电源接口6，中央处理器2分别与WAN接口3、LAN接口4、USB接口5、电源接口6、触摸显示屏7连接；
壳体1上表面设有触摸显示屏7，触摸显示屏7与中央处理器2连接，用于显示与网关设备连接的终端的连接状态；
中央处理器2还连接有无线AP接入点26，无线AP接入点26连接有WIFI模块27。
中央处理器2还连接有协议转换模块21，协议转换模块21包括数据缓存区和数据格式转换区，用于实现IPv4协议数据和IPv6协议数据的双向转换。
本发明上述实施方式，中央处理器中连接有触摸显示屏，能够通过触摸显示屏对网关设备的状态进行查询，以及对网关设备进行设置，操作简单便捷。
同时，本发明网关设备，能够实现IPv4协议数据和IPv6协议数据的双向转换，能够满足不同场景中设备种类数量较多的情况下，实现协议数据的统一转换，适用性强。
在一种场景中，由于家庭、学校中的终端设备种类繁多，不同的终端设备采用的协议并不一样，IPv6通信协议在数据传输速率、IP地址容量及数据保密性上远超过IPv4协议，因此一些新型终端采用的是IPv6协议为主，但由于我国网络技术起步较晚，现在我国网络还是采用IPv4协议为主；在连接到网络时，通过网关设备将新型终端基于IPv6的数据转换成IPv4协议接入网络中，满足网络中不同终端设备的需求。
同时，网关设备提供了多种接入方式，能够满足不同接入方式的需要，增加了网关设备的适用性。
在一种实施方式中，触摸显示屏7还用于接收用户手势，将用户手势转化成控制指令，并将该控制指令发送到中央处理器2，由中央处理器2执行相应的操作；触摸显示屏7还用于显示中央处理器2执行操作的结果。
在一种实施方式中，该触摸显示屏7上还设有扬声器。
在一种场景中，网关设备通过触摸显示屏显示与网关设备进行无线或有线连接的终端的连接状态，用户通过触摸显示屏能够查看连接终端的流量信息、IP地址、设备名称等基本信息，同时，也能够通过触摸显示屏进行操作，断开与接入终端的连接或对接入终端进行流量控制，方便用户对网络的管理。
在一种实施方式中，中央处理器2还连接有存储模块22，存储模块22包括Flash存储单元、Rom单元。
在一种实施方式中，中央处理器2还连接有电源管理模块23，电源管理模块23通过电源接口6与外部电源连接，电源管理模块23为网关设备提供电源；
在一种实施方式中，壳体1侧面上还设有开关10，开关10与电源管理模块23连接，用于打开或关闭网关设备。
在一种场景中，网关设备中设置有储存模块，用户能够通过控制触摸显示屏控制中央处理器下载音、视频文件并储存到存储模块中，通过触摸显示屏对音、视频文件进行播放；不仅限于音、视频文件，该中央处理器还能通过触摸显示品播放/显示各种格式的文件，便于用户在没有终端设备的情况下，直接通过网关设备与外部网络连接，并打开指定的文件，增加了网关设备的使用功能。
在一种实施方式中，壳体1侧面上还设有指示灯，指示灯的位置与WAN接口3、LAN接口4、USB接口5以及电源接口6一一对应并通过导线相互连接。
在一种场景中，WAN接口3用于连接宽带；
在一种场景中，路由模块通过WAN接口3将网关设备连接入广域网
在一种场景中，LAN接口4通过网线连接终端设备。
在一种场景中，无线AP接入点26通过WIFI模块27与外部无线终端连接，使外部无线终端以无线的方式与网关设备连接。
在一种实施方式中，壳体1底部还设有排气扇，排气扇与中央处理器2连接；壳体1侧面还设有散热格栅9；
在一种实施方式中，壳体1内还设有温度传感器，温度传感器用于采集网关设备的内部温度信息，将采集的温度信息发送到中央处理器2，当中央处理器2检测到温度信息大于设定的阈值，则控制排气扇运作。
在一种实施方式中，中央处理器2还连接有语音采集模块24，用于采集用户语音信号；
中央处理器2包括语音控制模块25，用于根据用户的语音信号识别相应的控制指令，由中央处理器2执行相应的操作。
在一种场景中，该语音采集模块24为内嵌于壳体1的麦克风8。
在一种场景中，用户通过麦克风8输入“激活”的语音信号后，由语音控制模块25对语音信号进行识别，并输出相应的控制指令，使中央处理器2进入语音控制模式，并通过麦克风8进一步获取语音信号；用户进一步通过麦克风8输入“显示连接状态”的语音信后；由语音控制模块25对语音信号进行识别，并输出相应的控制指令，使中央处理器2将接入网关设备的终端的连接状态及其网关设备连接网络的状态通过该触摸显示屏7进行显示。
在一种实施方式中，参见图3，语音控制模块25还包括：语音指令数据库251、增强单元252、端点检测单元253、特征提取单元254和指令识别单元255
语音指令数据库251，用于预存最少一组控制指令，及其对应的语音特征参数；
增强单元252，用于对获取的用户语音信号进行增强去噪处理，输出纯净语音信号；
端点检测单元253，用于对纯净语音信号进行端点检测处理，获取该纯净语音信号中的有声部分；
特征提取单元254，用于对有声部分进行特征提取处理，获取该有声部分的语音特征参数；
指令识别单元255，用于根据该获取的语音特征参数从语音指令数据库251中匹配相应的控制指令，输出该控制指令，以供中央处理器2执行相应的操作。
在一种实施方式中，增强单元252，对获取的用户语音信号进行增强去噪处理，具体包括：
根据选定的小波基和分解层数，对获取的用户语音信号进行小波分解；
对各个分解尺度下的小波系数进行阈值量化处理；
根据处理后的小波系数进行小波重构，输出纯净语音信号；
其中，对各个分解尺度下的小波系数进行阈值量化处理采用的阈值函数为：
式中，表示第g层阈值处理后的小波系数，ηg表示第g层小波系数，R表示设定的阈值，其中μ表示噪声调整因子，σ表示噪声标准差，根据小波系数的绝对中值所得，Ng表示第g层语音信号的长度。
采用上述方式对获取的用户语音信号进行增强处理，首先对用户语音信号进行小波分解，提取小波系数，然后采用上述阈值函数对小波系数进行处理，之后对阈值处理后的小波系数进行重构获取纯净语音信号，能够有效地去除语音信号在采集过程和传输过程中受到的噪声干扰。其中，该采用的阈值函数具有连续性，避免了阈值处理后出现系数缺失的情况；同时提高了小波系数在极大极小值时与原小波系数的逼近程度，进一步提高了增强处理的性能。
在一种实施方式中，端点检测单元253对纯净语音信号进行端点检测处理，获取该纯净语音信号中的有声部分，具体包括：
对纯净语音信号进行分帧加窗处理，获取N帧纯净语音信号；
对每帧语音信号进行FFT变换，将每一帧语音信号分成M个子带，其中每个子带包括K个采样点，获取每帧语音信号的频谱分量；
计算每帧语音信号的端点判断因子，其中端点判断因子函数为：
其中，γ(n)表示第n帧语音信号的端点判断因子，s(n)表示第n帧语音信号的时域能量，表示噪声时域能量，根据该信号的前t帧语音信号的时域能量的平均值所得，α表示设定的时域能量补偿值，M表示每帧语音信号子带的总数，r(m,n)表示第n帧语音信号第m个子带的补偿因子，β表示设定的补偿经验值，f(m,n)表示第n帧语音信号第m个子带所包含的能量，该子带能量根据频谱分量所得，f(n)表示第n帧的总能量，
将获取的每帧语音信号的端点检测因子γ和设定的端点检测阈值T进行比较，如果端点检测因子大于设定的端点检测阈值，则将该帧语音信号标记为语音帧，否则标记为非语音帧；
若从某一帧语音信号X开始，连续存在5帧语音信号都被标记为语音帧，则将该帧语音信号X标记为起始点；若从某一帧语音信号Y开始，连续存在5帧语音信号都被标记为非语音帧，则将该帧语音信号Y标记为结束点；输出从该起始点与结束点之间的全部语音信号帧作为有声部分。
采用上述的方式进行端点检测，首先对纯净语音信号进行分帧加窗处理，然后对每一帧纯净语音信号进行快速傅里叶变换，获取每帧语音信号的频谱分量，然后根据该频谱分量获取每帧语音信号不同子带的能量，并且根据子带的能量以及该帧语音信号的时域能量计算端点判断因子，通过计算得到的端点判断因子和端点检测阈值进行比较，判断纯净语音信号中的有声部分；通过计算端点判断因子，能够准确地区分语音帧和非语音帧，从而准确获取有声部分，为后续语音信号特征参数提取奠定了基础。
在一种实施方式中，该端点检测阈值T的由下列函数获得：
其中，T表示端点检测阈值，C表示各帧语音信号的端点检测因子集合，C＝{γ(1),γ(2),…,γ(N)}，ω表示设定的修正因子。
采用上述方式对端点检测单元中的端点检测阈值进行设置，能够根据采集的语音信号的实际情况，自适应地设定端点检测阈值，提高了有声部分检测的适应性。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当分析，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种基于IPv6协议的多功能网关设备，其特征在于，包括壳体，所述壳体内设有中央处理器，所述壳体侧面设置有WAN接口、LAN接口、USB接口和电源接口，所述中央处理器分别与所述WAN接口、LAN接口、USB接口、电源接口连接；
所述壳体上表面设有触摸显示屏，所述触摸显示屏与所述中央处理器连接，用于显示与所述网关设备连接的终端的连接状态；
所述中央处理器还连接有无线AP接入点，所述无线AP接入点连接有WIFI模块；
所述中央处理器还连接有协议转换模块，所述协议转换模块包括数据缓存区和数据格式转换区，用于实现IPv4协议数据和IPv6协议数据的双向转换。
2.根据权利要求1所述的一种基于IPv6协议的多功能网关设备，其特征在于，所述触摸显示屏还用于接收用户手势，将用户手势转化成控制指令，并将该控制指令发送到所述中央处理器，由所述中央处理器执行相应的操作；所述触摸显示屏还用于显示所述中央处理器执行操作的结果。
3.根据权利要求1所述的一种基于IPv6协议的多功能网关设备，其特征在于，所述中央处理器还连接有存储模块，所述存储模块包括Flash存储单元、Rom单元。
4.根据权利要求1所述的一种基于IPv6协议的多功能网关设备，其特征在于，所述中央处理器还连接有电源管理模块，所述电源管理模块通过电源接口与外部电源连接，所述电源管理模块为所述网关设备提供电源。
5.根据权利要求1所述的一种基于IPv6协议的多功能网关设备，其特征在于，所述壳体底部还设有排气扇，所述排气扇与所述中央处理器连接；所述壳体侧面还设有散热格栅。
6.根据权利要求1所述的一种基于IPv6协议的多功能网关设备，其特征在于，所述中央处理器还连接有语音采集模块，用于采集用户语音信号；
所述中央处理器包括语音控制模块，用于根据用户的语音信号识别相应的控制指令，由中央处理器执行相应的操作。
7.根据权利要求6所述的一种基于IPv6协议的多功能网关设备，其特征在于，所述语音控制模块还包括：语音指令数据库、增强单元、端点检测单元、特征提取单元和指令识别单元
所述语音指令数据库，用于预存最少一组控制指令，及其对应的语音特征参数；
所述增强单元，用于对获取的用户语音信号进行增强去噪处理，输出纯净语音信号；
所述端点检测单元，用于对所述纯净语音信号进行端点检测处理，获取该纯净语音信号中的有声部分；
所述特征提取单元，用于对所述有声部分进行特征提取处理，获取该有声部分的语音特征参数；
所述指令识别单元，用于根据该获取的语音特征参数从所述语音指令数据库中匹配相应的控制指令，输出该控制指令，以供所述中央处理器执行相应的操作。
8.根据权利要求7所述的一种基于IPv6协议的多功能网关设备，其特征在于，所述增强单元，对获取的用户语音信号进行增强去噪处理，具体包括：
根据选定的小波基和分解层数，对获取的用户语音信号进行小波分解；
对各个分解尺度下的小波系数进行阈值量化处理；
根据处理后的小波系数进行小波重构，输出纯净语音信号；
其中，对各个分解尺度下的小波系数进行阈值量化处理采用的阈值函数为：
式中，表示第g层阈值处理后的小波系数，ηg表示第g层小波系数，R表示设定的阈值，其中μ表示噪声调整因子，σ表示噪声标准差，根据小波系数的绝对中值所得，Ng表示第g层语音信号的长度。
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