淺析IPv6家電網絡控制電路的設計

張秋俊

科技的飛速發展改變了人們生產和生活的方式，家電的研發給人們的生活增添了諸多便捷，隨著信息化時代的到來，網絡的應用范圍也在不斷擴展，在家電中應用網絡進行電路的控制已經成為大勢所趨。文章首先分析了當前家電網絡技術的一些要求，隨后探討了將IPv6技術應用到家電網絡控制的優勢所在，設計出了一套完整的家電網絡控制電路，旨在更好地提升家用電器網絡的便捷性和可靠性，為人們提供更優質地服務。

一、家電網絡的技術要求

隨著信息化進程的不斷推進，家庭網絡將會在未來給更多的家庭帶來更便捷地生活，因此家庭網絡必須具備一定的技術要求，且操作不能過于復雜，才可以讓用戶自主的使用家庭網絡。家庭網絡技術要求如下：

第一個技術要求是需要充足的地址空間，這樣才可以為大量的家用電器設備匹配唯一的IP地址，才可以有效的保障用戶的隱私和網絡安全；第二個技術要求是用戶需要對家庭網絡進行少量的維護和配置，要盡可能的降低用戶安裝和維護家庭網絡的時間，以便增加用戶使用新技術的熱情。除此以外還應當確保操作的簡便性和易接受性，要確保新用戶和老用戶都不會在配置、維護和操作的過程中遇到問題；第三個要求是在家庭網絡中引用更多的家電設備，可以讓PC機、機頂盒等家電設備通過技術應用到家庭網絡當中；第四個要求是確保通信方式的靈活性和多樣性，要打破傳統的銅線連接的家庭網絡方式，通過傳輸以太網、藍牙和電力線等媒介來擴充網絡的連接方式；最后便是確保家庭網絡實現遠程訪問，家庭網絡不僅可以接受合法的訪問，也可以拒絕其他的非法訪問。

二、IPv6的技術特征以及構建家庭網絡的優勢

伴隨著互聯網在全球大范圍的發展，IPv4因其提供服務的局限性和地址匱乏的原因將逐漸被IPV6取代。為了確保網絡的安全性，更新一代的因特網協議IPv6，它具有比IPv4更完美地性能，譬如：使用簡潔、地址充足等諸多優點，在彌補IPv4協議不足之處時還對其進行了相應改進，相信在未來每個家庭都會擁有自己的家庭網絡，都可以享受網絡帶來的諸多好處和便捷。IPv6協議的主要特征及應用優勢如下所示：

1.無限地址空間

相比IPv4，IPv6具有128位地址長度，可以為每一個用戶提供唯一的IP地址，同時對IP主機獲取的地址類型也進行了調整與修改，將原有的廣播地址替代為現在的任意點播地址，其中用于鏈接一個或多個主機的組播地址基本上沒有修改，相信在未來很長的一段時間內，IPv6能夠有效地彌補IPv4地址不足的問題，為網絡設備提供一種理想的地址。

2.提高家電網絡的安全性

IPv6利用數據包頭的擴展部分提供了一種路由器級別的安全性，IPv6的安全性主要體現在兩方面，首先，接收IPv6數據包的接受者可以要求發送者使用IPv6認證頭進行“登錄”操作，這種算法獨立的登錄可以確保了數據包接收的安全性，減少受到網絡攻擊的危險。其次，使用IPv6的封閉安全頭對數據包進行加密，這種加密的算法是獨立的，這樣就不用擔心一些敏感數據被第三方竊取。通過這種方法用戶可以實時監測非法設備的接入，也可以利用其監測設備的數據地址和原設備的實際地址是否保持一致。

3. IPv6系統以及服務器具有較強的自動配置能力

相較于原有的IPv4系統，IPv6系統及服務器擁有較強的自動配置能力。這使得家庭網絡在添加家用電器時不需要做任何額外的配置操作。根據家電自帶的地址前綴，IPv6網絡系統可以根據本地地址信息完成自動配置。在這種模式之下，用戶可以很輕松地添加新的家用電器，而不需要重新置入新家用電器的IP地址，不僅簡化了操作流程，同時也能夠有效降低操作難度。

4.移動便捷

移動IPv6為新服務和新功能提供了較大地靈活性，IPv6為每個移動設備設置了一個與接入互聯網位置無關的固定的家鄉地址，當設備在家鄉之外的地址進行使用時可以利用轉交地址提供動節點，這樣就可以獲取自己的位置信息。移動IPv6確保了用戶漫游到外地時還能保證發送的移動客戶分組不會丟失，而且應用層與傳輸層在移動時不會產生中斷，確保了通信的連續性。因此IPV6能夠確保家電網絡的移動性，用戶可以在任意地點對自己的家庭電器網絡進行訪問、傳輸數據以及發布指令。

要滿足以上要求，IPv6相較于IPv4網絡技術就容易的多。IPv6家電網絡系統在設計之初就考慮了該種情況，將可移動IPv6作為IPv6家電網絡系統的基礎部分之一，在移動網絡環境之下可以更好地完成端到端的數據傳輸任務。此外，IPv6的自動配置功能可讓使用移動網絡數據的用戶可以更加容易與主機進行配置。這意味著用戶無需任何主動操做便可以完成配置，隨時隨地的對家庭電器網絡進行訪問。

三、IPv6家電網絡控制電路的設計

家電網絡控制系統主要包含五部分，分別為CPU模塊，儲存器模塊、PHY模塊、電源模塊以及串口行模塊，這些模塊共同作用是確保家電網絡控制電路的安全運行。

1. CPU模塊

CPU模塊主要由實時時鐘和DS80C400（微型網絡控制器）所集成，DS80C400是目前集成化最高的8051器件，DS80C400包含4個數據指針，能夠有效地加速數據儲存器與微型控制元件之間的數據傳輸速度，每個指針在完成特定的數據處理后都會對相關的指令進行遞增或遞減的操作，與此同時DS80C400微型控制原件中的硬件算數加速模塊便提升了32位的運算位移速度，從而有效擴展了CPU的優越性能。

在CPU中加入實時時鐘可以準確的控制數據在傳輸過程中所花費的時間，在采集網絡數據的過程中加入了時間戳，也有利于對數據的管理和記錄。

2.儲存器模塊

家電網絡控制電路中主要包括1M SDRAM和2 M FLASH ROM。1 M SDRAM主要作用是用于文件系統存儲器及堆，可以將用戶的應用程序存儲在HTML的網絡當中。2 M FLASH ROM利用DS80C400片選擇信號CEO，CE1通過讀取SDRAM進行控制，使得每一個SDRAM的存儲容量都能達到2 M，此次的家電網絡設計的過程當中，主要是利用兩個512 K的SDRAM以及電池來保護電力，利用板載電池來存儲SDRAM的數據，以免發生斷電時數據會發生損壞和丟失等問題。

3. PHY模塊

PHY模塊的主要作用是根據用戶的實際需求對網絡傳輸速率進行調整，利用半雙工工作模式或者是全雙工的工作模式確定是否應用協商模式。LXT972ALC自身具備監測功能和自動協商功能，在通電后LXT972ALC的自動協商功能，可監測芯片的操作環境，加入的PHY模塊如果不支持自動協商，那LXT972ALC則需要在連接脈沖的作用下才能夠對操作環境進行設置。

4.電源模塊

整個系統電路需要三種電壓電源提供電力，分別為5V、3.3V以及1.8V電壓。系統供電電壓為5V，經過內部的MAX1692電壓轉換器將電壓轉化為3.3v，后再由內部MAX1792電壓轉化器轉化為DS80C400內核所需要的1.8V工作電壓。

5.串行口模塊

DS80C400內部擁有三個全雙工串口，當這些串口與外部RS-232設備接口連接時，就需要安裝外接收發起器才能實現電平匹配，將負責單片機輸入和輸出的端口轉變為符合RS-232的電平。串行口模塊主要實現了兩個功能，一是在調試程序時與計算機實現實時通信，及時了解到內存和寄存器的實際情況，二是通過接口來連接家電與計算機，借助TIMI交互工作來實現TCP通信，實現家電之間相互訪問。

四、結束語

IPv6家用電器控制網絡系統剛剛起步，但是隨著科技的不斷進步，其應用范圍也在不斷進行擴展，并得到了消費市場的肯定與認可，衍生出了各式各類基于IPv6技術的電子產品。國際國內的多家科研公司，都將IPv6技術的研發提上了日程。這種良好地市場氛圍以及科研環境，正是IPv6技術在家庭電器網絡領域發展的重要時刻，相信IPV6技術可以有效地促進我國家電網絡領域的快速發展。