專利名稱：基于j2me的家庭網(wǎng)關(guān)接入裝置的制作方法
專利說明
一、技術(shù)領(lǐng)域本實用新型涉及一種無線接入的家庭網(wǎng)關(guān)。即基于J2ME的家庭網(wǎng)關(guān)接入裝置。
二背景技術(shù)：
家庭網(wǎng)關(guān)的定義是一個將家庭內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)化信息設(shè)備與智能寬帶接入網(wǎng)之間的智能化網(wǎng)關(guān)。家庭網(wǎng)關(guān)很重要的一個職能是集成和管理家庭內(nèi)的信息家電，并提供Internet接口，使用戶可以遠程訪問并控制信息家電。目前使用戶通過Internet接入家庭網(wǎng)關(guān)的主要技術(shù)有1.開發(fā)專門的通信程序，并安裝在遠程計算機。缺點是移動時需將程序隨身帶在身邊，不夠靈活。
2.在家庭網(wǎng)關(guān)內(nèi)嵌入web服務(wù)器，遠程通過瀏覽網(wǎng)頁訪問家庭網(wǎng)關(guān)。這種方式靈活度大大增加，但還是依賴于計算機，在沒有計算機的場合將無法通信。
3.使用藍牙技術(shù)。但需開發(fā)配套的終端設(shè)備，成本較高，并且通信距離有限。
4.通過電話。這種方式使用語音傳播信息，不夠直觀，交互性不好，在復(fù)雜的交互場合難以發(fā)揮作用。
J2ME即Java 2微型版。通常運行J2ME程序的硬件只用少量內(nèi)存(幾十K)實現(xiàn)了Java虛擬機，所以俗稱“K-Java”。J2ME是SUN的最新杰作，是Java系列的新寵。因為通常運行于無線連接網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，又稱之為無線Java。J2ME已經(jīng)是業(yè)內(nèi)的通常表述的方法。
三
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是設(shè)計一個家庭網(wǎng)關(guān)，集成和管理家庭內(nèi)的信息家電，并基于J2ME技術(shù)實現(xiàn)移動電話對家庭網(wǎng)絡(luò)的接入，使用戶能夠隨時用隨身的移動電話接入家庭網(wǎng)絡(luò)，遠程調(diào)用家庭網(wǎng)關(guān)的軟件，實時查看智能家電設(shè)備的狀態(tài)信息并控制它們的運行。
本實用新型的實現(xiàn)方案是采用服務(wù)器-客戶端結(jié)構(gòu)，服務(wù)器端是基于ARM7CPU設(shè)計的主機板，在主機板上設(shè)計有以太網(wǎng)、RS232、RS485及數(shù)字I/O等端口，與家庭內(nèi)智能設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接；移植ucLinux操作系統(tǒng)和thttpd web服務(wù)器；客戶端為用戶的移動電話?？蛻舳嗽贘2ME平臺上調(diào)用GPRS的網(wǎng)絡(luò)連接，發(fā)起連接并提交指令或請求數(shù)據(jù)；服務(wù)器通過thttpd與客戶端交互，執(zhí)行用戶通過客戶端發(fā)出的指令；系統(tǒng)針對無線接入的安全性實現(xiàn)一種優(yōu)化的基于公鑰密碼機制的數(shù)字簽名算法。
具體而言RAM存儲器由兩塊8Mbyte的SDRAM組成；以太網(wǎng)控制器的發(fā)送中斷IRQ13，接收中斷IRQ14；板上由S3C4510B內(nèi)置的UART擴展兩個異步串口，分別配置為RS232和RS485標準，COM1的發(fā)送中斷IRQ3，接收中斷IRQ4。
本實用新型的特點是A.提供高度智能化，用戶通過自身的移動電話就可以接入家庭網(wǎng)關(guān)，實時查看家電設(shè)備的狀態(tài)信息并控制它們的運行。
B.成本低廉，服務(wù)器端基于高集成度的S3C4510B嵌入式處理器構(gòu)建，經(jīng)過設(shè)計優(yōu)化，節(jié)省硬件成本開銷，服務(wù)器端上移植的操作系統(tǒng)是開放源碼的ucLinux，節(jié)省軟件成本開銷?？蛻舳说挠布A(chǔ)是支持J2ME的移動電話，目前很多人已經(jīng)擁有這樣的隨身設(shè)備，不需再次投入成本。
C.使用方便、舒適。系統(tǒng)在客戶端采用先進的導航技術(shù)，實現(xiàn)的圖形界面友好、直觀。
D.安全性好，系統(tǒng)實現(xiàn)一種安全方案，防止惡意攻擊。
四

圖1為本實用新型服務(wù)器主機板硬件框圖及控制電路圖圖2為本實用新型客戶端軟件結(jié)構(gòu)框圖圖3為本實用新型NODE數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖圖4為本實用新型發(fā)送流程圖圖5為本實用新型接收流程圖五具體實施方式
系統(tǒng)采用服務(wù)器-客戶端結(jié)構(gòu)，服務(wù)器端是基于ARM7 CPU構(gòu)建的主機板，在主機板上設(shè)計有以太網(wǎng)、RS232、RS485及數(shù)字I/O等端口，并移植ucLinux操作系統(tǒng)和thttpd web服務(wù)器。客戶端即為用戶的移動電話?？蛻舳嗽贘2ME平臺上調(diào)用GPRS的網(wǎng)絡(luò)連接，發(fā)起連接并提交指令或請求數(shù)據(jù)；服務(wù)器通過thttpd與客戶端交互，執(zhí)行用戶通過客戶端發(fā)出的指令。
1.服務(wù)器端(家庭網(wǎng)關(guān))本系統(tǒng)的CPU采用32位嵌入式微處理器S3C4510B。該芯片基于ARM7內(nèi)核，并在內(nèi)部集成以太網(wǎng)控制器、UART、可編程IO等外圍部件和資源，滿足本系統(tǒng)控制成本的需要。
1)存儲器系統(tǒng)的ROM存儲器采用FLASH存儲器，包括一個512Kbyte的U1和一個2Mbyte的U2。U1用以引導系統(tǒng)，U2存放程序和數(shù)據(jù)。RAM存儲器由兩塊8Mbyte的SDRAM組成32bit，共16Mbyte的RAM空間。
2)以太網(wǎng)接口系統(tǒng)主機板上的以太網(wǎng)接口是S3C4510B集成的10/100Mbps以太網(wǎng)控制器的外部物理接口，發(fā)送中斷IRQ13，接收中斷IRQ14。系統(tǒng)裝載的操作系統(tǒng)在以太網(wǎng)接口實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議，和網(wǎng)絡(luò)連接。
3)UARTS3C4510B片內(nèi)集成2個通用異步收發(fā)器(UART0和UART1)，分別對應(yīng)板上2個異步串口COM1和COM2。其中COM1配置為RS232，COM2配置為RS485，分別和不同標準的設(shè)備連接。系統(tǒng)的軟件將在這兩個端口實現(xiàn)MODBUS和MODBUS PLUS協(xié)議，可以和使用這兩個標準協(xié)議的設(shè)備直接聯(lián)網(wǎng)。COM1的發(fā)送中斷IRQ3，接收中斷IRQ4，I/O基地址0x4EEE000；COM2的發(fā)送中斷IRQ5，接收中斷IRQ6，基地址0x3EEF000。
4)I/OS3C4510B有18個可編程I/O口，分別擴展出去，直接作為照明等開關(guān)設(shè)備的控制信號。
5)LCD驅(qū)動器系統(tǒng)采用PCF8566作為LCD驅(qū)動器，該芯片已集成了LCD偏置電路、LCD電壓選擇器、顯示RAM、顯示鎖存器等必要功能電路。在本系統(tǒng)中，采用兩塊PCF8566級聯(lián)的設(shè)計，以實現(xiàn)對大規(guī)模LCD顯示的支持。同步信號線SYNC將保證級聯(lián)的兩塊PCF8566間正確的同步。SYNC是輸入輸出引腳，一個PCF8566保證SYNC線在有效背極信號最后開始并在所有的其它時間監(jiān)視SYNC線，當級聯(lián)中的PCF8566失去同步，將通過第一個PCF8566維持的SYNC復(fù)原。
6)服務(wù)器端軟件設(shè)計在系統(tǒng)主機板上移植ucLinux操作系統(tǒng)，通過ucLinux管理COM端口，并實現(xiàn)以太網(wǎng)連接。系統(tǒng)移植了thttpd web服務(wù)器，以和客戶端交互。當服務(wù)器通過以太網(wǎng)接收到客戶端傳來的html文檔時，通過CGI(通用網(wǎng)關(guān)接口)調(diào)用相應(yīng)的程序執(zhí)行操作。
2.客戶端(移動電話)1)軟件結(jié)構(gòu)客戶端軟件由以上幾個部分組成，GUI是與用戶交互的圖形界面；Connect模塊通過J2ME調(diào)用GPRS的網(wǎng)絡(luò)連接與服務(wù)器交互；RMS是存儲中間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，RMS由主程序維護，是整個體系的核心部分。GUI將用戶的指令放入RMS，由主程序提取，按照通信協(xié)議打包并調(diào)用Connect模塊發(fā)送，Connect接收服務(wù)器端返回的結(jié)果，主程序?qū)f(xié)議解析提取數(shù)據(jù)，放入RMS并通知GUI，GUI從RMS中檢索用戶感興趣的信息。
2)用戶界面的組織結(jié)構(gòu)由于在實際的家庭網(wǎng)關(guān)應(yīng)用中，需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)、報警信息繁多，在CLDC資源有限設(shè)備上實現(xiàn)復(fù)雜的界面層次及界面之間的導航是困難的，針對這種情況，設(shè)計如右圖的樹模型，樹的節(jié)點定義為Node類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，每個用戶界面都從樹上的某個節(jié)點繼承而來。在Node結(jié)構(gòu)中保存父節(jié)點、子節(jié)點的地址，Point指向前一個打開的節(jié)點的地址。這個模型可以很方便地使用樹的各種搜索算法實現(xiàn)導航，提供友好的用戶界面并加快程序的運行速度。
3 系統(tǒng)安全在所有的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中，安全是一個重要的問題。這里的網(wǎng)絡(luò)安全問題主要體現(xiàn)在防止惡意攻擊及保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾陨?。由于本系統(tǒng)的客戶端(移動電話)是資源有限的設(shè)備，在運行復(fù)雜的監(jiān)控程序的同時沒有足夠的計算能力再配合服務(wù)器使用常規(guī)的SSL、HTTPS這類點對點安全性技術(shù)。本系統(tǒng)使用一種優(yōu)化的基于公鑰密碼機制的數(shù)字簽名算法。
在使用公鑰的數(shù)字簽名算法中，客戶端和服務(wù)器每一方都擁有一個公鑰和一個私鑰，無法從公鑰推算出私鑰，并且用私鑰加密的消息只能由相應(yīng)的公鑰解密。在本算法中，為減少計算的開銷，消息用明文發(fā)送，在發(fā)送方發(fā)送消息時，首先使用MD5單向散列算法生成128位固定長度的消息摘要，數(shù)字簽名便由生成的消息摘要實現(xiàn)。散列算法的特點是任何兩個不同的輸入不可能產(chǎn)生兩個相同的輸出。因此，一個被修改的消息不可能有相同的散列值。發(fā)送方用私鑰將消息摘要加密(簽名)再連同明文一起發(fā)送。接收方重新計算明文的摘要，并用發(fā)送方的公鑰將收到的消息摘要解密，如兩者吻合，即可保證該消息來源可信，同時通過數(shù)據(jù)完整性驗證。這個算法的另一個優(yōu)點是可以有效防止阻塞攻擊。在阻塞攻擊中，攻擊者通過用偽造的公鑰請求填斥服務(wù)器，以耗盡它的計算資源。由于本算法在接收消息時，將首先驗證明文是否產(chǎn)生正確摘要，如果該摘要不匹配，則拒絕調(diào)用公鑰解密算法，并將該消息丟棄。
這種安全機制的算法對設(shè)備的計算能力要求不高，幾乎所有的計算開銷是用于消息摘要的，而生成消息摘要的單向散列函數(shù)計算速度非?？欤苓m合移動電話設(shè)備，本算法的流程圖如圖3和圖4。
權(quán)利要求1.基于J2ME的家庭網(wǎng)關(guān)接入裝置，采用服務(wù)器-客戶端結(jié)構(gòu)，服務(wù)器端主機板基于CPU構(gòu)建，其特征是在主機板上設(shè)有以太網(wǎng)、COM、存儲器及數(shù)字I/O部件，系統(tǒng)的ROM存儲器采用FLASH存儲器，RAM存儲器由兩塊SDRAM組成；以太網(wǎng)控制器的，發(fā)送中斷IRQ13，接收中斷IRQ14；板上由S3C4510B內(nèi)置的UART擴展兩個異步串口，分別配置為RS232和RS485標準，COM1的發(fā)送中斷IRQ3，接收中斷IRQ4，I/O基地址0x4EEE000，COM2的發(fā)送中斷IRQ5，接收中斷IRQ6，基地址0x3EEF000；板上的LCD驅(qū)動器為兩片PCF8566級聯(lián)驅(qū)動器。
2.由權(quán)利要求1所述的基于J2ME的家庭網(wǎng)關(guān)接入裝置，其特征是RAM存儲器由兩塊8Mbyte的SDRAM組成。
3.由權(quán)利要求1所述的基于J2ME的家庭網(wǎng)關(guān)接入裝置，其特征是客戶端在J2ME平臺上服務(wù)器通過thttpd與客戶端交互，執(zhí)行用戶通過客戶端發(fā)出的指令。
4.由權(quán)利要求1所述的基于J2ME的家庭網(wǎng)關(guān)接入裝置，其特征是在移動電話上為圖形界面，定義一個樹模型，樹的每一個接點都是的Node數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中保存了父節(jié)點、子節(jié)點及，前一個被打開的節(jié)點的地址。
專利摘要基于J2ME的家庭網(wǎng)關(guān)接入裝置，采用服務(wù)器－客戶端結(jié)構(gòu)，服務(wù)器端主機板基于CPU構(gòu)建，在主機板上設(shè)有以太網(wǎng)、COM、存儲器及數(shù)字I/O部件，系統(tǒng)的ROM存儲器采用FLASH存儲器，RAM存儲器由兩塊8M的SDRAM組成；以太網(wǎng)控制器的，發(fā)送中斷IRQ13，接收中斷IRQ14；板上由S3C4510B內(nèi)置的UART擴展兩個異步串口，分別配置為RS232和RS485標準，COM1的發(fā)送中斷IRQ3，接收中斷IRQ4。本實用新型提供高度智能化，用戶通過自身的移動電話就可以接入家庭網(wǎng)關(guān)，實時查看家電設(shè)備的狀態(tài)信息并控制它們的運行。且成本低廉。
文檔編號H04L12/28GK2674775SQ20042002483
公開日2005年1月26日 申請日期2004年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月20日
發(fā)明者馬國強, 徐蘇珊, 吳金勇, 虞致國, 徐健健 申請人:南京大學