摘 要 隨著NGN和軟交換技術(shù)的推進(jìn),未來具有復(fù)雜計(jì)算能力的智能終端設(shè)備將取得傳統(tǒng)的啞終端。本文分析了面向NGN的
智能移動(dòng)終端的硬件體系結(jié)構(gòu)、軟件組成、網(wǎng)絡(luò)通信和協(xié)議框架,并給出了一種基于Linux、采用無線局域網(wǎng)接入、支持H.323語音通信的
智能通信終端的實(shí)現(xiàn)方案。
關(guān)鍵詞 NGN 多媒體通信 智能終端 H.323 無線局域網(wǎng) 嵌入式系統(tǒng)
1 引言
目前通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展遵循著這樣一個(gè)趨勢,即由傳統(tǒng)的面向語音傳輸?shù)膯我粯I(yè)務(wù)網(wǎng)向著新一代的面向數(shù)據(jù)、語音、視頻的綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)演進(jìn)。傳統(tǒng)的語音通信網(wǎng)是在電話網(wǎng)的基礎(chǔ)上建立的,雖然經(jīng)歷了多年的數(shù)字化改進(jìn),出現(xiàn)了面向數(shù)據(jù)傳輸?shù)腄DN(Digital Data Network)技術(shù),面向綜合業(yè)務(wù)的B-ISDN技術(shù)以及高速的數(shù)字接入技術(shù),但整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特征依然沒有改變,其交換方式仍以電路交換為主,而其復(fù)雜的信令體系使網(wǎng)絡(luò)控制高度集中化,缺乏靈活性,這些特征對于實(shí)現(xiàn)包括數(shù)據(jù),多媒體信息在內(nèi)的綜合業(yè)務(wù)來說都是不利的因素。為了解決這個(gè)問題,業(yè)界提出了下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN:Next Generation Network)的概念,其核心思想是業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng),即媒體與傳輸分離,傳輸與控制分離,它并不要求物理層面上實(shí)現(xiàn)電視網(wǎng),電信網(wǎng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)的結(jié)合,而是在高層業(yè)務(wù)上實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)的融合,為語音,數(shù)據(jù),視頻等各種業(yè)務(wù)在三網(wǎng)上的傳輸提供一個(gè)統(tǒng)一開放的平臺(tái)。在這種情況下,傳統(tǒng)的高度集中化的網(wǎng)絡(luò)控制思想是不可行的,新的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)要求進(jìn)一步簡化網(wǎng)絡(luò)的控制功能以實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的統(tǒng)一,這就要求終端的智能化,即采用新一代的智能終端來取代傳統(tǒng)的包括語音電話、電視在內(nèi)的啞終端。智能化的終端具有強(qiáng)大的計(jì)算處理能力,能夠完成應(yīng)用層面各種通信協(xié)議。智能化的通信終端和傳統(tǒng)的啞終端相比,其軟硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)都要復(fù)雜的多,但通信的靈活性和協(xié)議得可擴(kuò)展性卻強(qiáng)得多。
本文給出了一種多媒體智能通信終端的實(shí)現(xiàn)方案,它采用嵌入式Linux操作系統(tǒng),基于IEEE 802.11b無線局域網(wǎng)接入技術(shù),遵循TCP/IP協(xié)議,支持IP v6和移動(dòng)IP v6,支持符合SIP及ITU-T H.323標(biāo)準(zhǔn)的多媒體通信業(yè)務(wù)。該終端具備很強(qiáng)的靈活性和擴(kuò)展性,可以支持未來的無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和未來的新型多媒體會(huì)話協(xié)議。
2 智能移動(dòng)終端的技術(shù)框架
2.1 硬件體系結(jié)構(gòu)
智能化、無線通信能力、易攜帶性和移動(dòng)性是終端設(shè)備發(fā)展的趨勢,這得益于集成電路技術(shù)、軟件開發(fā)技術(shù)和無線通信技術(shù)的快速發(fā)展。具備無線通信能力的智能移動(dòng)終端可以極大的方便人類的生活,使得任何人(Who)可以在任何時(shí)間(When)、任何地點(diǎn)(Where)與任何對象(Whom)進(jìn)行文字、聲音甚至視頻(How)的通信,從而實(shí)現(xiàn)人類通信技術(shù)長久以來的目標(biāo)。目前,典型的智能移動(dòng)終端包括筆記本電腦,智能手機(jī)設(shè)備(Smart Phone)和具備無線通信能力的個(gè)人數(shù)字助理(PDA: Personal Digital Assistant)等。在硬件體系上,智能終端設(shè)備擁有核心處理器(CPU)、存儲(chǔ)器(Memory)、外圍設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)通信能力,相當(dāng)于超微型的計(jì)算機(jī)設(shè)備。
2.2 嵌入式操作系統(tǒng)
嵌入式操作系統(tǒng)運(yùn)行在智能終端設(shè)備上,向用戶應(yīng)用提供任務(wù)調(diào)度、設(shè)備管理、內(nèi)存及其他資源分配等基本功能。隨著終端設(shè)備計(jì)算能力的提高,運(yùn)行在其上的操作系統(tǒng)能力已經(jīng)接近通用的主流操作系統(tǒng)。主流的通用嵌入式操作系統(tǒng)有2大陣營,即Windows CE系列(含Pocket PC)和嵌入式Linux。相對于Windows CE系列,嵌入式Linux系統(tǒng)具備以下的特點(diǎn):(a)Linux具備更靈活的可裁減性,用戶可以依照需要自行對Linux系統(tǒng)進(jìn)行裁減,這對于在功能、可靠性、體積、成本和功耗方面有嚴(yán)格要求的專用終端系統(tǒng)來說是一個(gè)非常重要的特點(diǎn)。而Windows CE系列缺乏定制能力。(b)Linux的源碼是完全公開的,使得開發(fā)者可以有效地得到因特網(wǎng)中龐大的開放源代碼資源,降低整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)難度,開發(fā)成本和開發(fā)周期。(c)Linux具備強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支持功能,在眾多開發(fā)者和維護(hù)著的努力下,Linux幾乎支持當(dāng)前流行的所有網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議,包括TCP/IP,IPX,AppleTalk和Bluetooth。(d)Linux是GNU授權(quán)的自由軟件,用戶使用Linux不需要支付任何費(fèi)用,從而降低系統(tǒng)開發(fā)成本。
目前,國際上有數(shù)以百計(jì)的嵌入式Linux開發(fā)計(jì)劃,它們面向不同的應(yīng)用場景。本文的實(shí)現(xiàn)方案也選用了Linux作為嵌入式操作系統(tǒng)。
2.3 智能終端的移動(dòng)多媒體通信
缺乏通信能力的終端只能為用戶提供有限的計(jì)算和存儲(chǔ)服務(wù),而終端一旦具備移動(dòng)通信能力,它就可能接入覆蓋全球的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò),從而聯(lián)絡(luò)其他用戶,訪問互聯(lián)網(wǎng)上數(shù)以千萬計(jì)的公司、企業(yè)、大學(xué)、圖書館等資源,衍生出復(fù)雜的服務(wù)類型。目前,移動(dòng)通信能力包括各種無線接入手段,如無線局域網(wǎng)(WLAN),藍(lán)牙,GSM/GPRS,CDMA和未來的3G網(wǎng)絡(luò)。智能終端增加不同的無線通信模塊,就可以接入不同的無線網(wǎng)絡(luò)。
本文的實(shí)現(xiàn)方案采用了經(jīng)由無線局域網(wǎng)IEEE 802.11b接入互聯(lián)網(wǎng)的方式。IEEE 802.11b無線局域網(wǎng)工作在2.4G的ISM頻段,采用擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。IEEE 802.11b的媒體接入控制協(xié)議(MAC)原理類似于以太網(wǎng)絡(luò),采用載波偵聽的方式來控制網(wǎng)絡(luò)中信息的傳送,區(qū)別是以太網(wǎng)采用的是CSMA/CD(載波偵聽/沖突檢測)技術(shù),而IEEE 802.11b無線局域網(wǎng)則引進(jìn)了沖突避免技術(shù)。IEEE 802.11b無線局域網(wǎng)在發(fā)射功率為100mW時(shí),傳輸距離為100米左右。IEEE 802.11b最高可以提供11Mbps的數(shù)字傳輸速率,可以滿足H.323或SIP的話音通信需求。
H.323和SIP是目前主流的多媒體的會(huì)話協(xié)議,二者都需要智能的終端設(shè)備支持,在某種程度上,H.323和SIP體現(xiàn)了NGN和軟交換的思想,即基于簡化和統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),而采用具有復(fù)雜計(jì)算和控制能力作為未來網(wǎng)絡(luò)的終端設(shè)備,因此文中提出的基于智能終端設(shè)備的IP語音傳送技術(shù)是面向未來NGN框架的。
3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
本文提出一種智能終端多媒體通信的實(shí)現(xiàn)方案,它采用高性能PDA作為移動(dòng)終端,以嵌入式Linux為操作系統(tǒng),通過無線局域網(wǎng)接入互聯(lián)網(wǎng),基于H.323協(xié)議實(shí)現(xiàn)IP語音和多媒體業(yè)務(wù)。
3.1 硬件,操作系統(tǒng)和軟件架構(gòu)
系統(tǒng)的核心部件是各種嵌入式處理器,它的選擇根據(jù)實(shí)際情況決定。常用的嵌入式處理器包括ARM、MIPS以及M68000等,目前,Linux對以上提到的處理器都支持。其次,網(wǎng)絡(luò)接口的實(shí)現(xiàn)也是一個(gè)重要的因素,一般的解決方案包括采用現(xiàn)有的802.11芯片或通過通用的總線與802.11無線網(wǎng)卡相連接等。存儲(chǔ)系統(tǒng)、音視頻設(shè)備以及用戶輸入設(shè)備則是一般嵌入式系統(tǒng)的基本組成部分,它們的實(shí)現(xiàn)主要取決于用戶的需求,應(yīng)用環(huán)境,開發(fā)成本和周期等因素了。智能終端可以完全定制,可以采用通用的高性能可擴(kuò)展的PDA。操作系統(tǒng)采用嵌入式Linux,經(jīng)過適當(dāng)裁剪以適合嵌入式應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議支持IP v4和IP v6,網(wǎng)絡(luò)的編程采用通用的套接字接口。
無線網(wǎng)絡(luò)的選擇可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐木W(wǎng)絡(luò)條件和應(yīng)用需求而決定。本文選擇IEEE802.11b無線局域網(wǎng)。通信應(yīng)用層軟件包括互聯(lián)網(wǎng)瀏覽、文件傳輸、語音通信和視頻通信等。智能終端的H.323或SIP(會(huì)話初始化協(xié)議)屬于應(yīng)用層軟件,它運(yùn)行在嵌入式操作系統(tǒng)上,通過訪問網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和聲音設(shè)備,實(shí)現(xiàn)"軟"VoIP終端功能。通信應(yīng)用的軟件實(shí)現(xiàn)使得系統(tǒng)具備更好的靈活性和可擴(kuò)展性,即在系統(tǒng)硬件不做任何改動(dòng)的條件下,用戶不僅可以實(shí)現(xiàn)目前流行的多媒體通信協(xié)議如SIP或H.323協(xié)議棧,也可以根據(jù)特殊的需要自行開發(fā)合適的通信協(xié)議,或者支持任何將來可能出現(xiàn)的通信協(xié)議。這是智能終端最大的特點(diǎn),也是NGN業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)特征的體現(xiàn)。
3.2 典型應(yīng)用場景
典型的智能終端應(yīng)用的場景如圖1所示。圖中智能終端接入IEEE 802.11b無線網(wǎng)絡(luò),連接到IP網(wǎng)絡(luò)。H.323網(wǎng)關(guān)連接IP網(wǎng)絡(luò)和PSTN網(wǎng)。從PSTN來的呼叫被H.323網(wǎng)關(guān)受理,把其中的話音流轉(zhuǎn)換成IP數(shù)據(jù)包經(jīng)過IP網(wǎng)絡(luò)傳到智能終端;同時(shí)受理智能終端的呼叫,轉(zhuǎn)向PSTN目的終端(電話)。智能終端也可以和其他的計(jì)算機(jī)或者智能終端通信,或者訪問Internet網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器。
3.3 實(shí)際方案
在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中,我們采用了HP公司的iPAQ系列PDA作為硬件平臺(tái),采用Linux(內(nèi)核版本2.4.18)作為操作系統(tǒng),在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)了H.323協(xié)議棧,并基于觸摸屏實(shí)現(xiàn)了友好的用戶界面。具體的硬件配置參數(shù)列表如下:
測試網(wǎng)絡(luò)環(huán)境包含數(shù)個(gè)無線接入點(diǎn),交換機(jī),H.323網(wǎng)守和網(wǎng)關(guān)等,并連接到PSTN網(wǎng)和INTERNET。在搭建的測試環(huán)境上,我們進(jìn)行了以下的測試:1. 通過智能終端上的H.323 VoIP客戶端軟件與PSTN的電話進(jìn)行語音通信;2. 通過智能終端上的H.323 VoIP客戶端軟件與局域網(wǎng)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行話音通信;3. PSTN網(wǎng)絡(luò)的電話呼叫移動(dòng)智能終端并進(jìn)行話音通信;4. 移動(dòng)智能終端訪問局域網(wǎng)及Internet的網(wǎng)絡(luò)資源,包括Web瀏覽和文件傳送。測試結(jié)果表明智能終端可以在移動(dòng)的條件下和PSTN網(wǎng)絡(luò)的固定電話(或IP網(wǎng)的計(jì)算機(jī)終端)進(jìn)行相互間的話音呼叫和通信,話音質(zhì)量較好,性能穩(wěn)定,可以達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的要求,并且在語音通信期間,智能終端可以瀏覽互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)頁,傳送文件。
若需要支持SIP協(xié)議,本文的終端僅需要安裝支持SIP協(xié)議的應(yīng)用層軟件。網(wǎng)絡(luò)中需要增加支持SIP的網(wǎng)關(guān)/代理等設(shè)備。
4 結(jié)束語
本文闡述和分析了NGN概念和核心思想,認(rèn)為隨著NGN和軟交換技術(shù)的推進(jìn),網(wǎng)絡(luò)將為語音、數(shù)據(jù)和視頻等業(yè)務(wù)提供統(tǒng)一開放的平臺(tái),具有復(fù)雜計(jì)算能力的智能終端設(shè)備將取得傳統(tǒng)的啞終端,成為未來NGN網(wǎng)絡(luò)終端的主流。隨后本文分析了面向NGN的智能移動(dòng)終端涉及的技術(shù),包括硬件體系、操作系統(tǒng)、應(yīng)用層軟件和網(wǎng)絡(luò)接入方式,并給出了一種基于嵌入式Linux操作系統(tǒng)和無線局域網(wǎng)接入的,支持H.323協(xié)議和SIP協(xié)議的智能終端方案的實(shí)際實(shí)現(xiàn)。在可預(yù)見的將來,具有復(fù)雜計(jì)算能力和無線通信能力的終端設(shè)備,將支持豐富的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,具有難以估量的產(chǎn)業(yè)機(jī)會(huì)和商業(yè)前景。