如何在OPENWRT開源路由器上搭建智能家庭網關系統的設計論文

　　近年來，隨著科技的發展以及人民生活水平的提高，智能家居技術在大眾的日常生活中得到了快速的普及與發展。越來越多的智能化家電設備也隨之進入千千萬萬的家庭之中。為了減輕用戶使用負擔、提高家電管理的便捷度、搭建家庭網絡與公共網絡溝通的橋梁，家庭網關技術應運而生。家庭網關作為家居智能化的核心組件，其主要功能在于使得家庭用戶和放置在家庭中的各種智能家電設備連接到互聯網，或者使智能家電設備之間能夠互相通信。然而，現有的家庭網關設備普遍具有成本高、標準不統一、網絡處理慢等問題。此外，現有的家庭網關在網絡流量管理、用戶接入方面也存在很多不足之處。針對現有家庭網關設備使用過程中出現的諸多問題，本文使用OpenWRT開源路由器技術，結合眾多家庭網絡中常用傳感器設備，組建了一個家庭網絡硬件平臺，并在此基礎上研究了基于OpenWRT無線路由器的智能網關（OWIG）系統的設計與實現。本文首先闡述了家庭網關技術在智能家居解決方案中的應用現狀，然后分別介紹了本文中用到的家庭網關技術、開源路由器技術以及LuCI WEB技術。接著，本文探討了在OpenWRT路由器上搭建智能家庭網關的需求，并以此為基礎設計了OWIG系統。該系統由以開源路由器為核心的硬件平臺以及以LuCI為基礎架構的軟件平臺兩個部分組成。其中，硬件平臺用于搭建智能網關所在網絡環境;軟件應用平臺用于負責OWIG系統的數據處理以及業務邏輯處理。在實現環節，本文首先設計了OWIG系統的硬件平臺，討論了諸多傳感器設備的連接與傳輸問題。然后設計了OWIG系統應用服務框架，并根據軟件應用框架設計了數據預處理模塊和業務邏輯模塊。在數據預處理模塊詳細設計了WEB界面與OpenWRT系統之間的消息處理過程，重點講述了Lua腳本與OpenWRT內部UCI接口交互的執行流程。在業務邏輯模塊設計過程中，將業務需求劃分成用戶管理模塊、設備管理模塊、文件管理模塊以及應用服務模塊四個部分，然后分別針對各個業務邏輯模塊進行了詳細地實現。特別地，針對現有家庭網關流量控制不足的問題，本文在軟件應用平臺設計過程中，結合Linux NETFILTER/IPTABLES防火墻技術和TC流量管理技術，詳細闡述并設計了家長控制功能以及訪客網絡技術的實現。最后，本文做了大量實驗對系統功能和性能進行了測試。為了測試系統的性能，本文使用系統CPU使用率，單位時間網絡數據傳輸速率以及系統請求并發能力作為性能指標，并分別設計了實驗場景對其進行測試。特別地，本文還使用Apache Benchmark工具對軟件平臺的WEB服務器進行了壓力測試。結果表明本文所設計的OWIG系統是符合設計要求的。