基于CDMA和80211的無線多媒體平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

《電子技術(shù)應(yīng)用》

陳端端，裴文江，宋宇波時(shí)間:2008年03月26日

字體:大中小

關(guān)鍵詞:<"cblue""/search/?q=短消息"target='_blank'>短消息<"cblue""/search/?q=鏈路"target='_blank'>鏈路<"cblue""/search/?q=串口"target='_blank'>串口<"cblue""/search/?q=的多"target='_blank'>的多<"cblue""/search/?q=嵌入式平臺(tái)"target='_blank'>嵌入式平臺(tái)

摘要：結(jié)合CDMA和802.11技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種純無線的嵌入式多媒體平臺(tái)。通過CDMA網(wǎng)絡(luò)自主地與遠(yuǎn)程服務(wù)器通信，更新和存儲(chǔ)多媒體文件，并為無線局域網(wǎng)內(nèi)的用戶提供多媒體點(diǎn)播功能。

關(guān)鍵詞：

隨著無線局域網(wǎng)技術(shù)(802.11)和CDMA1X網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與普及，人們已越來越多地享受著無線網(wǎng)絡(luò)帶來的便利。然而，這兩種技術(shù)目前都存在不足。例如無線局域網(wǎng)中，無線接入點(diǎn)AP(AccessPoint)的架設(shè)受制于有線網(wǎng)絡(luò)，尤其在移動(dòng)環(huán)境(如火車、長途汽車)中無法施展所長。CDMA1X網(wǎng)絡(luò)雖然覆蓋范圍廣，不受移動(dòng)環(huán)境的制約，但需要用戶配備專門的CDMA無線上網(wǎng)模塊，且費(fèi)用較高。因此，如何將這兩種技術(shù)結(jié)合，發(fā)揮各自優(yōu)勢，讓人們更加經(jīng)濟(jì)便捷地使用無線網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)成為迫切需要解決的問題。本文針對這個(gè)問題，結(jié)合802.11和CDMA技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種嵌入式平臺(tái)，為用戶提供移動(dòng)環(huán)境下的上網(wǎng)和多媒體服務(wù)，包括各類影視、歌曲等的在線播放。

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)為C/S（客戶端/服務(wù)器端）架構(gòu)，由嵌入式無線多媒體平臺(tái)（客戶端，本文簡稱平臺(tái)）、遠(yuǎn)程控制服務(wù)器（服務(wù)器端，簡稱服務(wù)器）、用戶終端和通信網(wǎng)絡(luò)組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

平臺(tái)包括CDMA模塊、802.11b/g模塊、外接存儲(chǔ)模塊和主控模塊。該平臺(tái)具備兩種功能。首先，用戶終端可以用它上網(wǎng)，其作用類似一個(gè)純無線AP，用戶終端通過802.11b/g無線網(wǎng)卡連接平臺(tái)，運(yùn)用平臺(tái)的CDMA連接Internet實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)功能；其次，它作為一個(gè)多媒體服務(wù)器，為用戶提供多媒體內(nèi)容在線瀏覽服務(wù)。多媒體內(nèi)容由服務(wù)器遠(yuǎn)程管理，以平臺(tái)的CDMA連接作為載體遠(yuǎn)程傳輸，存儲(chǔ)在平臺(tái)的外接存儲(chǔ)模塊內(nèi)，通過802.11b/g無線局域網(wǎng)提供在線瀏覽服務(wù)。整個(gè)系統(tǒng)充分利用現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)資源，豐富了運(yùn)營商的服務(wù)內(nèi)容，方便了人們的日常生活。

2平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)

平臺(tái)主控模塊選用Intel的網(wǎng)絡(luò)處理器IXP425，它包含數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、以太網(wǎng)口、PCISlot、USBHost、UARTRS232<"cblue""/search/?q=串口"title="串口">串口等接口。平臺(tái)的CDMA模塊選擇GIGATelecom公司的CM800，通過串口與主控模塊相連。外接存儲(chǔ)模塊選擇一款筆記本硬盤，通過USBHost接口與主控模塊連接。802.11模塊采用Atheros公司AR5212的無線網(wǎng)卡，連接主控模塊的PCI插槽。

2.1CDMA模塊

CM800是一款工作在800MHz的CDMA模塊。CM800支持IS-95A，B，CCDMA協(xié)議，提供電源開關(guān)控制，采用標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口，可通過外部AT指令進(jìn)行控制，數(shù)據(jù)傳輸速率上限為153.6kbps，支持GPS功能。這里用到了它的RS232接口、電源接口和UIM接口。該模塊連接UIM卡后，主控模塊通過串口進(jìn)行AT指令操作，控制其收發(fā)<"cblue""/search/?q=短消息"title="短消息">短消息和撥號(hào)上網(wǎng)。

802.11模塊采用Atheros公司的AR5212芯片，支持802.11b/g無線局域網(wǎng)協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)54Mbps。該模塊包括Master模式、Manage模式、Monitor模式。這里采用Master模式，即作為AP時(shí)802.11模塊采用的模式。

2.3硬件框架

平臺(tái)硬件主要包括嵌入式處理器、SDRAM、電源、復(fù)位電路、外部晶振電路、JTAG調(diào)試口、UART連接的RS232接口（監(jiān)視口）及通過PCI總線連接的無線網(wǎng)卡，通過外部擴(kuò)展總線連接Flash、ISP1161和ST16C554。平臺(tái)硬件框架圖如圖2所示。

ISP1161作為USB接口的控制芯片直接連接到CPU的ExpansionBus，它是一個(gè)單芯片的通用串行總線(USB)的主控制器(HC)和驅(qū)動(dòng)控制器(DC)。ISP1161的主控制器和驅(qū)動(dòng)控制器均符合USB2.0標(biāo)準(zhǔn)，支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸率上限為12Mbps。這里采用ISP1161的USBHost模式，連接外接存儲(chǔ)設(shè)備，用來保存大容量<"cblue""/search/?q=的多"title="的多">的多媒體文件。

ST16C554是一款串口擴(kuò)展芯片，它連接到CPU的ExpansionBus。ST16C554是一個(gè)通用異步接收/發(fā)送器，是增強(qiáng)的UART，具有16字節(jié)的FIFO，電平觸發(fā)，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)1.5Mbps，最多可擴(kuò)展4個(gè)串口。CPU通過該芯片提供的標(biāo)準(zhǔn)RS232接口控制CM800的讀寫。

由于CM800具有內(nèi)嵌的TCP/IP棧，CPU可以直接通過AT指令控制CM800連接Internet。平臺(tái)通過該連接接收遠(yuǎn)程服務(wù)器傳來的多媒體文件，并將其保存到平臺(tái)的外接硬盤。

3平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)

平臺(tái)軟件主要包括兩部分：(1)通過CDMA撥號(hào)上網(wǎng)建立與服務(wù)器的連接，接收多媒體文件并保存到外接硬盤上；(2)讀取硬盤上的多媒體文件，使無線局域網(wǎng)內(nèi)的用戶可以在線點(diǎn)播。

3.1接收多媒體文件

平臺(tái)上的多媒體文件由服務(wù)器統(tǒng)一管理，進(jìn)行添加、刪除和修改。系統(tǒng)選擇文件傳輸協(xié)議（FTP）實(shí)現(xiàn)這些功能，即在服務(wù)器架設(shè)FTPClient，在平臺(tái)上架設(shè)FTPServer，服務(wù)器向平臺(tái)上傳文件。

3.1.1通信流程設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)FTP傳輸，首先需要建立服務(wù)器與平臺(tái)之間的通信連接。假設(shè)FTPServer的地址是平臺(tái)的CDMA模塊撥號(hào)獲得的地址，則在FTP傳輸之前，要先將這個(gè)地址告知服務(wù)器。由于該系統(tǒng)中服務(wù)器和平臺(tái)都是撥號(hào)上網(wǎng)(服務(wù)器采用ADSL撥號(hào))，每次獲得的IP地址不固定，如果僅用數(shù)據(jù)<"cblue""/search/?q=鏈路"title="鏈路">鏈路一種媒介無法進(jìn)行交互?？紤]到平臺(tái)的CDMA模塊既可以撥號(hào)上網(wǎng)也可以收發(fā)短消息，本文設(shè)計(jì)了基于短消息和數(shù)據(jù)鏈路兩種通信媒介的通信協(xié)議。在服務(wù)器安裝一個(gè)SIM（或UIM）號(hào)碼固定的短信模塊，平臺(tái)預(yù)先知道這個(gè)號(hào)碼(類似所有手機(jī)都知道短消息業(yè)務(wù)中心的號(hào)碼一樣)，有了這個(gè)條件，雙方就可以進(jìn)行通信。

由于CDMA模塊的短消息和數(shù)據(jù)鏈路都是基于對一個(gè)串口的讀寫，若同時(shí)進(jìn)行則會(huì)引起沖突，所以數(shù)據(jù)鏈路建立后就不再收發(fā)短消息。平臺(tái)先通過短消息獲得服務(wù)器IP地址，再建立數(shù)據(jù)鏈路，將獲得的臨時(shí)IP通過數(shù)據(jù)鏈路發(fā)送給服務(wù)器。通信流程如圖3所示。

3.1.2短消息設(shè)計(jì)

短消息包括PDU模式和Text模式，PDU模式可傳送中英文短消息，Text模式只傳送英文短消息。該平臺(tái)使用AT命令控制CDMA模塊，短信采用Text模式。使用的AT命令如表1所示。

短消息是一種相對不穩(wěn)定的通信形式，會(huì)發(fā)生短消息延時(shí)甚至丟失的情況。將其用于通信連接，存在一定風(fēng)險(xiǎn)。該應(yīng)用中平臺(tái)和服務(wù)器處在同一城市，且都采用中國聯(lián)通的CDMA模塊。這些都減少了短消息的延時(shí)。測試發(fā)現(xiàn)從平臺(tái)確認(rèn)短消息發(fā)送成功到收到回復(fù)短消息，中間平均間隔20～30s，平臺(tái)設(shè)置45s為接收短消息的超時(shí)臨界點(diǎn)。

3.1.3通信消息設(shè)計(jì)

為了方便平臺(tái)與服務(wù)器的通信，系統(tǒng)提供了完善的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，整個(gè)通信協(xié)議包括以下消息：Request_Server_IP消息、Answer_Server_IP消息和Send_Client_IP消息。消息協(xié)議的基本格式定義為：ProtocolID、FrameID、MachineID、Context、End，各字段的含義如表2所示。?

測試中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)外網(wǎng)訪問CDMA1X網(wǎng)時(shí)，可能會(huì)受到限制，造成服務(wù)器無法訪問平臺(tái)上的FTPServer。為了解決這個(gè)問題，服務(wù)器和平臺(tái)之間建立了虛擬專用網(wǎng)(VPN)，服務(wù)器做VPNServer，平臺(tái)做VPNClient。系統(tǒng)利用VPN的第二層隧道協(xié)議PPTP在平臺(tái)和服務(wù)器之間構(gòu)建一個(gè)虛擬專用連接，平臺(tái)將獲得的遠(yuǎn)程虛擬內(nèi)網(wǎng)地址作為FTPServer地址。這樣遠(yuǎn)程服務(wù)器可以成功登錄到平臺(tái)的FTPServer，實(shí)現(xiàn)對平臺(tái)上多媒體文件的管理。

3.2播放多媒體文件

本地?zé)o線用戶通過無線網(wǎng)卡連接到平臺(tái)，在平臺(tái)的網(wǎng)頁上點(diǎn)擊多媒體內(nèi)容進(jìn)行在線觀看。平臺(tái)的802.11模塊設(shè)為Manage模式，提供802.11b/g兩種協(xié)議的無線接入，數(shù)據(jù)傳輸速率最高達(dá)54Mbps，可以滿足多個(gè)用戶無線接入和在線瀏覽多媒體內(nèi)容的要求。

由于嵌入式平臺(tái)的資源有限，該平臺(tái)選擇了對配置要求不高的流媒體服務(wù)器。該流媒體服務(wù)器符合IETF關(guān)于Internet多媒體實(shí)時(shí)流文件的標(biāo)準(zhǔn)RTSP(Real-TimeStreamingProtocol)和RTP/RTCP(Real-TimeTransportProtocol/RTPControlProtocol)，音頻采用MP3編碼標(biāo)準(zhǔn)，視頻采用MPEG1/2、MPEG4編碼標(biāo)準(zhǔn)。

平臺(tái)擁有自己的登錄網(wǎng)頁，多媒體播放器被嵌在登錄網(wǎng)頁中，用戶終端通過用戶名密碼的認(rèn)證，可瀏覽外網(wǎng)和觀看平臺(tái)上的多媒體內(nèi)容。

本文設(shè)計(jì)開發(fā)了一種提供多媒體內(nèi)容服務(wù)的嵌入式平臺(tái)，從硬件上實(shí)現(xiàn)了CDMA與802.11兩種無線技術(shù)的結(jié)合，解決了大容量多媒體文件在嵌入式平臺(tái)上的存儲(chǔ)問題；從軟件上實(shí)現(xiàn)了多媒體內(nèi)容的遠(yuǎn)程傳輸和管理，解決了在有限的嵌入式資源下架構(gòu)流媒體服務(wù)器的問題。該嵌入式平臺(tái)充分結(jié)合802.11b/g網(wǎng)絡(luò)高帶寬和CDMA網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣的優(yōu)勢，為擁有無線網(wǎng)卡的PC用戶提供了無線上網(wǎng)和多媒體點(diǎn)播功能，在移動(dòng)場景（如火車、郵輪、長途汽車等）和半移動(dòng)場景（如公園、展覽會(huì)等）中都有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

1