摘 要： 結合CDMA和802.11技術，設計了一種純無線的嵌入式多媒體平臺。通過CDMA網絡自主地與遠程服務器通信，更新和存儲多媒體文件，并為無線局域網內的用戶提供多媒體點播功能。
關鍵詞： 嵌入式平臺" title="嵌入式平臺">嵌入式平臺 CDMA 1X 802.11b/g 流媒體服務器
隨著無線局域網技術(802.11)和CDMA 1X網絡的發展與普及，人們已越來越多地享受著無線網絡帶來的便利。然而，這兩種技術目前都存在不足。例如無線局域網中，無線接入點AP(Access Point)的架設受制于有線網絡，尤其在移動環境(如火車、長途汽車)中無法施展所長。CDMA 1X網絡雖然覆蓋范圍廣，不受移動環境的制約，但需要用戶配備專門的CDMA無線上網模塊，且費用較高。因此，如何將這兩種技術結合，發揮各自優勢，讓人們更加經濟便捷地使用無線網絡，已經成為迫切需要解決的問題。本文針對這個問題，結合802.11和CDMA技術，設計了一種嵌入式平臺，為用戶提供移動環境下的上網和多媒體服務，包括各類影視、歌曲等的在線播放。
1 系統結構
系統為C/S（客戶端/服務器端）架構，由嵌入式無線多媒體平臺（客戶端，本文簡稱平臺）、遠程控制服務器（服務器端，簡稱服務器）、用戶終端和通信網絡組成。系統結構如圖1所示。
平臺包括CDMA模塊、802.11b/g模塊、外接存儲模塊和主控模塊。該平臺具備兩種功能。首先，用戶終端可以用它上網，其作用類似一個純無線AP，用戶終端通過802.11b/g無線網卡連接平臺，運用平臺的CDMA連接Internet實現上網功能；其次，它作為一個多媒體服務器，為用戶提供多媒體內容在線瀏覽服務。多媒體內容由服務器遠程管理，以平臺的CDMA連接作為載體遠程傳輸，存儲在平臺的外接存儲模塊內，通過802.11b/g無線局域網提供在線瀏覽服務。整個系統充分利用現有的無線網絡資源，豐富了運營商的服務內容，方便了人們的日常生活。
2 平臺硬件設計
平臺主控模塊選用Intel的網絡處理器IXP425，它包含數據存儲器、以太網口、PCI Slot、USB Host、UART RS232串口" title="串口">串口等接口。平臺的CDMA模塊選擇GIGA Telecom公司的CM800，通過串口與主控模塊相連。外接存儲模塊選擇一款筆記本硬盤，通過USB Host接口與主控模塊連接。802.11模塊采用Atheros公司AR5212的無線網卡，連接主控模塊的PCI插槽。
2.1 CDMA模塊
CM800是一款工作在800MHz的CDMA模塊。CM800支持IS-95A，B，C CDMA協議，提供電源開關控制，采用標準的RS232接口，可通過外部AT指令進行控制，數據傳輸速率上限為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行AT指令操作，控制其收發短消息" title="短消息">短消息和撥號上網。
2.2 802.11模塊
802.11模塊采用Atheros公司的AR5212芯片，支持802.11b/g無線局域網協議，數據傳輸速率可達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802.11模塊采用的模式。
2.3 硬件框架
平臺硬件主要包括嵌入式處理器、SDRAM、電源、復位電路、外部晶振電路、JTAG調試口、UART連接的RS232接口（監視口）及通過PCI總線連接的無線網卡，通過外部擴展總線連接Flash、ISP1161和ST16C554。平臺硬件框架圖如圖2所示。
ISP1161作為USB接口的控制芯片直接連接到CPU的Expansion Bus，它是一個單芯片的通用串行總線(USB)的主控制器(HC)和驅動控制器(DC)。ISP1161的主控制器和驅動控制器均符合USB2.0標準，支持數據傳輸率上限為12Mbps。這里采用ISP1161的USB Host模式，連接外接存儲設備，用來保存大容量的多" title="的多">的多媒體文件。
ST16C554是一款串口擴展芯片，它連接到CPU的Expansion Bus。ST16C554是一個通用異步接收/發送器，是增強的UART，具有16字節的FIFO，電平觸發，數據傳輸速率達1.5Mbps，最多可擴展4個串口。CPU通過該芯片提供的標準RS232接口控制CM800的讀寫。
由于CM800具有內嵌的TCP/IP棧，CPU可以直接通過AT指令控制CM800連接Internet。平臺通過該連接接收遠程服務器傳來的多媒體文件，并將其保存到平臺的外接硬盤。
3 平臺軟件設計
平臺軟件主要包括兩部分：(1)通過CDMA撥號上網建立與服務器的連接，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，使無線局域網內的用戶可以在線點播。
3.1 接收多媒體文件
平臺上的多媒體文件由服務器統一管理，進行添加、刪除和修改。系統選擇文件傳輸協議（FTP）實現這些功能，即在服務器架設FTP Client，在平臺上架設FTP Server，服務器向平臺上傳文件。
3.1.1 通信流程設計
為實現FTP傳輸，首先需要建立服務器與平臺之間的通信連接。假設FTP Server的地址是平臺的CDMA模塊撥號獲得的地址，則在FTP傳輸之前，要先將這個地址告知服務器。由于該系統中服務器和平臺都是撥號上網(服務器采用ADSL撥號)，每次獲得的IP地址不固定，如果僅用數據鏈路" title="鏈路">鏈路一種媒介無法進行交互。考慮到平臺的CDMA模塊既可以撥號上網也可以收發短消息，本文設計了基于短消息和數據鏈路兩種通信媒介的通信協議。在服務器安裝一個SIM（或UIM）號碼固定的短信模塊，平臺預先知道這個號碼(類似所有手機都知道短消息業務中心的號碼一樣)，有了這個條件，雙方就可以進行通信。
由于CDMA模塊的短消息和數據鏈路都是基于對一個串口的讀寫，若同時進行則會引起沖突，所以數據鏈路建立后就不再收發短消息。平臺先通過短消息獲得服務器IP地址，再建立數據鏈路，將獲得的臨時IP通過數據鏈路發送給服務器。通信流程如圖3所示。
3.1.2 短消息設計
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定的通信形式，會發生短消息延時甚至丟失的情況。將其用于通信連接，存在一定風險。該應用中平臺和服務器處在同一城市，且都采用中國聯通的CDMA模塊。這些都減少了短消息的延時。測試發現從平臺確認短消息發送成功到收到回復短消息，中間平均間隔20～30s，平臺設置45s為接收短消息的超時臨界點。
3.1.3 通信消息設計
為了方便平臺與服務器的通信，系統提供了完善的數據通信協議，整個通信協議包括以下消息：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。
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測試中發現，當外網訪問CDMA 1X網時，可能會受到限制，造成服務器無法訪問平臺上的FTP Server。為了解決這個問題，服務器和平臺之間建立了虛擬專用網(VPN)，服務器做VPN Server，平臺做VPN Client。系統利用VPN的第二層隧道協議PPTP在平臺和服務器之間構建一個虛擬專用連接，平臺將獲得的遠程虛擬內網地址作為FTP Server地址。這樣遠程服務器可以成功登錄到平臺的FTP Server，實現對平臺上多媒體文件的管理。
3.2 播放多媒體文件
本地無線用戶通過無線網卡連接到平臺，在平臺的網頁上點擊多媒體內容進行在線觀看。平臺的802.11模塊設為Manage模式，提供802.11b/g兩種協議的無線接入，數據傳輸速率最高達54Mbps，可以滿足多個用戶無線接入和在線瀏覽多媒體內容的要求。
由于嵌入式平臺的資源有限，該平臺選擇了對配置要求不高的流媒體服務器。該流媒體服務器符合IETF關于Internet多媒體實時流文件的標準RTSP(Real-Time Streaming Protocol)和RTP/RTCP(Real-Time Transport Protocol/RTP Control Protocol)，音頻采用MP3編碼標準，視頻采用MPEG1/2、MPEG4編碼標準。
平臺擁有自己的登錄網頁，多媒體播放器被嵌在登錄網頁中，用戶終端通過用戶名密碼的認證，可瀏覽外網和觀看平臺上的多媒體內容。
本文設計開發了一種提供多媒體內容服務的嵌入式平臺，從硬件上實現了CDMA與802.11兩種無線技術的結合，解決了大容量多媒體文件在嵌入式平臺上的存儲問題；從軟件上實現了多媒體內容的遠程傳輸和管理，解決了在有限的嵌入式資源下架構流媒體服務器的問題。該嵌入式平臺充分結合802.11b/g網絡高帶寬和CDMA網絡覆蓋范圍廣的優勢，為擁有無線網卡的PC用戶提供了無線上網和多媒體點播功能，在移動場景（如火車、郵輪、長途汽車等）和半移動場景（如公園、展覽會等）中都有廣闊的應用前景。
參考文獻
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