CN2674775Y - 基于j2me的家庭网关接入装置 - Google Patents
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Abstract
基于J2ME的家庭网关接入装置，采用服务器－客户端结构，服务器端主机板基于CPU构建，在主机板上设有以太网、COM、存储器及数字I/O部件，***的ROM存储器采用FLASH存储器，RAM存储器由两块8M的SDRAM组成；以太网控制器的，发送中断IRQ13，接收中断IRQ14；板上由S3C4510B内置的UART扩展两个异步串口，分别配置为RS232和RS485标准，COM1的发送中断IRQ3，接收中断IRQ4。本实用新型提供高度智能化，用户通过自身的移动电话就可以接入家庭网关，实时查看家电设备的状态信息并控制它们的运行。且成本低廉。
Description
一、技术领域
本实用新型涉及一种无线接入的家庭网关。即基于J2ME的家庭网关接入装置。
二、背景技术
家庭网关的定义是：一个将家庭内的网络化信息设备与智能宽带接入网之间的智能化网关。家庭网关很重要的一个职能是集成和管理家庭内的信息家电，并提供Internet接口，使用户可以远程访问并控制信息家电。目前使用户通过Internet接入家庭网关的主要技术有：
1.开发专门的通信程序，并安装在远程计算机。缺点是移动时需将程序随身带在身边，不够灵活。
2.在家庭网关内嵌入web服务器，远程通过浏览网页访问家庭网关。这种方式灵活度大大增加，但还是依赖于计算机，在没有计算机的场合将无法通信。
3.使用蓝牙技术。但需开发配套的终端设备，成本较高，并且通信距离有限。
4.通过电话。这种方式使用语音传播信息，不够直观，交互性不好，在复杂的交互场合难以发挥作用。
J2ME即Java 2微型版。通常运行J2ME程序的硬件只用少量内存(几十K)实现了Java虚拟机，所以俗称“K-Java”。J2ME是SUN的最新杰作，是Java系列的新宠。因为通常运行于无线连接网络的设备，又称之为无线Java。J2ME已经是业内的通常表述的方法。
三、发明内容
本实用新型的目的是：设计一个家庭网关，集成和管理家庭内的信息家电，并基于J2ME技术实现移动电话对家庭网络的接入，使用户能够随时用随身的移动电话接入家庭网络，远程调用家庭网关的软件，实时查看智能家电设备的状态信息并控制它们的运行。
本实用新型的实现方案是：采用服务器-客户端结构，服务器端是基于ARM7CPU设计的主机板，在主机板上设计有以太网、RS232、RS485及数字I/O等端口，与家庭内智能设备及网络设备连接；移植ucLinux操作***和thttpd web服务器；客户端为用户的移动电话。客户端在J2ME平台上调用GPRS的网络连接，发起连接并提交指令或请求数据；服务器通过thttpd与客户端交互，执行用户通过客户端发出的指令；***针对无线接入的安全性实现一种优化的基于公钥密码机制的数字签名算法。
具体而言RAM存储器由两块8Mbyte的SDRAM组成；以太网控制器的发送中断IRQ13，接收中断IRQ14；板上由S3C4510B内置的UART扩展两个异步串口，分别配置为RS232和RS485标准，COM1的发送中断IRQ3，接收中断IRQ4。
本实用新型的特点是：
A.提供高度智能化，用户通过自身的移动电话就可以接入家庭网关，实时查看家电设备的状态信息并控制它们的运行。
B.成本低廉，服务器端基于高集成度的S3C4510B嵌入式处理器构建，经过设计优化，节省硬件成本开销，服务器端上移植的操作***是开放源码的ucLinux，节省软件成本开销。客户端的硬件基础是支持J2ME的移动电话，目前很多人已经拥有这样的随身设备，不需再次投入成本。
C.使用方便、舒适。***在客户端采用先进的导航技术，实现的图形界面友好、直观。
D.安全性好，***实现一种安全方案，防止恶意攻击。
四、附图说明
图1为本实用新型服务器主机板硬件框图及控制电路图
图2为本实用新型客户端软件结构框图
图3为本实用新型NODE数据结构图
图4为本实用新型发送流程图
图5为本实用新型接收流程图
五、具体实施方式
***采用服务器-客户端结构，服务器端是基于ARM7 CPU构建的主机板，在主机板上设计有以太网、RS232、RS485及数字I/O等端口，并移植ucLinux操作***和thttpd web服务器。客户端即为用户的移动电话。客户端在J2ME平台上调用GPRS的网络连接，发起连接并提交指令或请求数据；服务器通过thttpd与客户端交互，执行用户通过客户端发出的指令。
1.服务器端(家庭网关)
本***的CPU采用32位嵌入式微处理器S3C4510B。该芯片基于ARM7内核，并在内部集成以太网控制器、UART、可编程IO等***部件和资源，满足本***控制成本的需要。
1)存储器
***的ROM存储器采用FLASH存储器，包括一个512Kbyte的U1和一个2Mbyte的U2。U1用以引导***，U2存放程序和数据。RAM存储器由两块8Mbyte的SDRAM组成32bit，共16Mbyte的RAM空间。
2)以太网接口
***主机板上的以太网接口是S3C4510B集成的10/100Mbps以太网控制器的外部物理接口，发送中断IRQ13，接收中断IRQ14。***装载的操作***在以太网接口实现TCP/IP协议，和网络连接。
3)UART
S3C4510B片内集成2个通用异步收发器(UART0和UART1)，分别对应板上2个异步串口COM1和COM2。其中COM1配置为RS232，COM2配置为RS485，分别和不同标准的设备连接。***的软件将在这两个端口实现MODBUS和MODBUS PLUS协议，可以和使用这两个标准协议的设备直接联网。COM1的发送中断IRQ3，接收中断IRQ4，I/O基地址0x4EEE000；
COM2的发送中断IRQ5，接收中断IRQ6，基地址0x3EEF000。
4)I/O
S3C4510B有18个可编程I/O口，分别扩展出去，直接作为照明等开关设备的控制信号。
5)LCD驱动器
***采用PCF8566作为LCD驱动器，该芯片已集成了LCD偏置电路、LCD电压选择器、显示RAM、显示锁存器等必要功能电路。在本***中，采用两块PCF8566级联的设计，以实现对大规模LCD显示的支持。同步信号线SYNC将保证级联的两块PCF8566间正确的同步。SYNC是输入输出引脚，一个PCF8566保证SYNC线在有效背极信号最后开始并在所有的其它时间监视SYNC线，当级联中的PCF8566失去同步，将通过第一个PCF8566维持的SYNC复原。
6)服务器端软件设计
在***主机板上移植ucLinux操作***，通过ucLinux管理COM端口，并实现以太网连接。***移植了thttpd web服务器，以和客户端交互。当服务器通过以太网接收到客户端传来的html文档时，通过CGI(通用网关接口)调用相应的程序执行操作。
2.客户端(移动电话)
1)软件结构
客户端软件由以上几个部分组成，GUI是与用户交互的图形界面；Connect模块通过J2ME调用GPRS的网络连接与服务器交互；RMS是存储中间数据的数据结构，RMS由主程序维护，是整个体系的核心部分。GUI将用户的指令放入RMS，由主程序提取，按照通信协议打包并调用Connect模块发送，Connect接收服务器端返回的结果，主程序对协议解析提取数据，放入RMS并通知GUI，GUI从RMS中检索用户感兴趣的信息。
2)用户界面的组织结构
由于在实际的家庭网关应用中，需要监控的数据、报警信息繁多，在CLDC资源有限设备上实现复杂的界面层次及界面之间的导航是困难的，针对这种情况，设计如右图的树模型，树的节点定义为Node类型的数据结构，每个用户界面都从树上的某个节点继承而来。在Node结构中保存父节点、子节点的地址，Point指向前一个打开的节点的地址。这个模型可以很方便地使用树的各种搜索算法实现导航，提供友好的用户界面并加快程序的运行速度。
3 ***安全
在所有的联网设备中，安全是一个重要的问题。这里的网络安全问题主要体现在防止恶意攻击及保证数据传输的完整性上。由于本***的客户端(移动电话)是资源有限的设备，在运行复杂的监控程序的同时没有足够的计算能力再配合服务器使用常规的SSL、HTTPS这类点对点安全性技术。本***使用一种优化的基于公钥密码机制的数字签名算法。
在使用公钥的数字签名算法中，客户端和服务器每一方都拥有一个公钥和一个私钥，无法从公钥推算出私钥，并且用私钥加密的消息只能由相应的公钥解密。在本算法中，为减少计算的开销，消息用明文发送，在发送方发送消息时，首先使用MD5单向散列算法生成128位固定长度的消息摘要，数字签名便由生成的消息摘要实现。散列算法的特点是任何两个不同的输入不可能产生两个相同的输出。因此，一个被修改的消息不可能有相同的散列值。发送方用私钥将消息摘要加密(签名)再连同明文一起发送。接收方重新计算明文的摘要，并用发送方的公钥将收到的消息摘要解密，如两者吻合，即可保证该消息来源可信，同时通过数据完整性验证。这个算法的另一个优点是可以有效防止阻塞攻击。在阻塞攻击中，攻击者通过用伪造的公钥请求填斥服务器，以耗尽它的计算资源。由于本算法在接收消息时，将首先验证明文是否产生正确摘要，如果该摘要不匹配，则拒绝调用公钥解密算法，并将该消息丢弃。
这种安全机制的算法对设备的计算能力要求不高，几乎所有的计算开销是用于消息摘要的，而生成消息摘要的单向散列函数计算速度非常快，很适合移动电话设备，本算法的流程图如图3和图4。
Claims (4)
1、基于J2ME的家庭网关接入装置，采用服务器-客户端结构，服务器端主机板基于CPU构建，其特征是：在主机板上设有以太网、COM、存储器及数字I/O部件，***的ROM存储器采用FLASH存储器，RAM存储器由两块SDRAM组成；以太网控制器的，发送中断IRQ13，接收中断IRQ14；板上由S3C4510B内置的UART扩展两个异步串口，分别配置为RS232和RS485标准，COM1的发送中断IRQ3，接收中断IRQ4，I/O基地址0x4EEE000，COM2的发送中断IRQ5，接收中断IRQ6，基地址0x3EEF000；板上的LCD驱动器为两片PCF8566级联驱动器。
2、由权利要求1所述的基于J2ME的家庭网关接入装置，其特征是RAM存储器由两块8Mbyte的SDRAM组成。
3、由权利要求1所述的基于J2ME的家庭网关接入装置，其特征是客户端在J2ME平台上服务器通过thttpd与客户端交互，执行用户通过客户端发出的指令。
4、由权利要求1所述的基于J2ME的家庭网关接入装置，其特征是在移动电话上为图形界面，定义一个树模型，树的每一个接点都是的Node数据结构，在这个数据结构中保存了父节点、子节点及，前一个被打开的节点的地址。
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