摘 要 隨著NGN和軟交換技術的推進，未來具有復雜計算能力的智能終端設備將取得傳統(tǒng)的啞終端。本文分析了面向NGN的
智能移動終端的硬件體系結構、軟件組成、網(wǎng)絡通信和協(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
智能通信終端的實現(xiàn)方案。
關鍵詞 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)絡的發(fā)展遵循著這樣一個趨勢，即由傳統(tǒng)的面向語音傳輸?shù)膯我粯I(yè)務網(wǎng)向著新一代的面向數(shù)據(jù)、語音、視頻的綜合業(yè)務網(wǎng)演進。傳統(tǒng)的語音通信網(wǎng)是在電話網(wǎng)的基礎上建立的，雖然經(jīng)歷了多年的數(shù)字化改進，出現(xiàn)了面向數(shù)據(jù)傳輸?shù)腄DN（Digital Data Network）技術，面向綜合業(yè)務的B-ISDN技術以及高速的數(shù)字接入技術，但整個網(wǎng)絡的結構特征依然沒有改變，其交換方式仍以電路交換為主，而其復雜的信令體系使網(wǎng)絡控制高度集中化，缺乏靈活性，這些特征對于實現(xiàn)包括數(shù)據(jù)，多媒體信息在內(nèi)的綜合業(yè)務來說都是不利的因素。為了解決這個問題，業(yè)界提出了下一代網(wǎng)絡（NGN：Next Generation Network）的概念，其核心思想是業(yè)務驅(qū)動，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現(xiàn)電視網(wǎng)，電信網(wǎng)和計算機網(wǎng)的結合，而是在高層業(yè)務上實現(xiàn)三網(wǎng)的融合，為語音，數(shù)據(jù)，視頻等各種業(yè)務在三網(wǎng)上的傳輸提供一個統(tǒng)一開放的平臺。在這種情況下，傳統(tǒng)的高度集中化的網(wǎng)絡控制思想是不可行的，新的網(wǎng)絡體系結構要求進一步簡化網(wǎng)絡的控制功能以實現(xiàn)平臺的統(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大的計算處理能力，能夠完成應用層面各種通信協(xié)議。智能化的通信終端和傳統(tǒng)的啞終端相比，其軟硬件結構的設計都要復雜的多，但通信的靈活性和協(xié)議得可擴展性卻強得多。
本文給出了一種多媒體智能通信終端的實現(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，遵循TCP/IP協(xié)議，支持IP v6和移動IP v6，支持符合SIP及ITU-T H.323標準的多媒體通信業(yè)務。該終端具備很強的靈活性和擴展性，可以支持未來的無線通信網(wǎng)絡技術和未來的新型多媒體會話協(xié)議。
2 智能移動終端的技術框架
2.1 硬件體系結構
智能化、無線通信能力、易攜帶性和移動性是終端設備發(fā)展的趨勢，這得益于集成電路技術、軟件開發(fā)技術和無線通信技術的快速發(fā)展。具備無線通信能力的智能移動終端可以極大的方便人類的生活，使得任何人（Who）可以在任何時間（When）、任何地點（Where）與任何對象（Whom）進行文字、聲音甚至視頻（How）的通信，從而實現(xiàn)人類通信技術長久以來的目標。目前，典型的智能移動終端包括筆記本電腦，智能手機設備（Smart Phone）和具備無線通信能力的個人數(shù)字助理（PDA: Personal Digital Assistant）等。在硬件體系上，智能終端設備擁有核心處理器（CPU）、存儲器（Memory）、外圍設備和網(wǎng)絡通信能力，相當于超微型的計算機設備。
2.2 嵌入式操作系統(tǒng)
嵌入式操作系統(tǒng)運行在智能終端設備上，向用戶應用提供任務調(diào)度、設備管理、內(nèi)存及其他資源分配等基本功能。隨著終端設備計算能力的提高，運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：（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)進行裁減，這對于在功能、可靠性、體積、成本和功耗方面有嚴格要求的專用終端系統(tǒng)來說是一個非常重要的特點。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具備強大的網(wǎng)絡支持功能，在眾多開發(fā)者和維護著的努力下，Linux幾乎支持當前流行的所有網(wǎng)絡通信協(xié)議，包括TCP/IP，IPX，AppleTalk和Bluetooth。（d）Linux是GNU授權的自由軟件，用戶使用Linux不需要支付任何費用，從而降低系統(tǒng)開發(fā)成本。
目前，國際上有數(shù)以百計的嵌入式Linux開發(fā)計劃，它們面向不同的應用場景。本文的實現(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算和存儲服務，而終端一旦具備移動通信能力，它就可能接入覆蓋全球的互聯(lián)網(wǎng)絡，從而聯(lián)絡其他用戶，訪問互聯(lián)網(wǎng)上數(shù)以千萬計的公司、企業(yè)、大學、圖書館等資源，衍生出復雜的服務類型。目前，移動通信能力包括各種無線接入手段，如無線局域網(wǎng)（WLAN），藍牙，GSM/GPRS，CDMA和未來的3G網(wǎng)絡。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。
本文的實現(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，采用擴頻調(diào)制技術進行數(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，采用載波偵聽的方式來控制網(wǎng)絡中信息的傳送，區(qū)別是以太網(wǎng)采用的是CSMA/CD（載波偵聽/沖突檢測）技術，而IEEE 802.11b無線局域網(wǎng)則引進了沖突避免技術。IEEE 802.11b無線局域網(wǎng)在發(fā)射功率為100mW時，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話協(xié)議，二者都需要智能的終端設備支持，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)絡結構，而采用具有復雜計算和控制能力作為未來網(wǎng)絡的終端設備，因此文中提出的基于智能終端設備的IP語音傳送技術是面向未來NGN框架的。
3 系統(tǒng)實現(xiàn)
本文提出一種智能終端多媒體通信的實現(xiàn)方案，它采用高性能PDA作為移動終端，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)議實現(xiàn)IP語音和多媒體業(yè)務。
3.1 硬件，操作系統(tǒng)和軟件架構
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)絡接口的實現(xiàn)也是一個重要的因素，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。存儲系統(tǒng)、音視頻設備以及用戶輸入設備則是一般嵌入式系統(tǒng)的基本組成部分，它們的實現(xiàn)主要取決于用戶的需求，應用環(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展的PDA。操作系統(tǒng)采用嵌入式Linux，經(jīng)過適當裁剪以適合嵌入式應用。網(wǎng)絡協(xié)議支持IP v4和IP v6，網(wǎng)絡的編程采用通用的套接字接口。
無線網(wǎng)絡的選擇可以根據(jù)當?shù)氐木W(wǎng)絡條件和應用需求而決定。本文選擇IEEE802.11b無線局域網(wǎng)。通信應用層軟件包括互聯(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（會話初始化協(xié)議）屬于應用層軟件，它運行在嵌入式操作系統(tǒng)上，通過訪問網(wǎng)絡設備和聲音設備，實現(xiàn)"軟"VoIP終端功能。通信應用的軟件實現(xiàn)使得系統(tǒng)具備更好的靈活性和可擴展性，即在系統(tǒng)硬件不做任何改動的條件下，用戶不僅可以實現(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，也是NGN業(yè)務驅(qū)動特征的體現(xiàn)。
3.2 典型應用場景
典型的智能終端應用的場景如圖1所示。圖中智能終端接入IEEE 802.11b無線網(wǎng)絡，連接到IP網(wǎng)絡。H.323網(wǎng)關連接IP網(wǎng)絡和PSTN網(wǎng)。從PSTN來的呼叫被H.323網(wǎng)關受理，把其中的話音流轉(zhuǎn)換成IP數(shù)據(jù)包經(jīng)過IP網(wǎng)絡傳到智能終端；同時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算機或者智能終端通信，或者訪問Internet網(wǎng)絡的服務器。
3.3 實際方案
在實際實現(xiàn)中，我們采用了HP公司的iPAQ系列PDA作為硬件平臺，采用Linux（內(nèi)核版本2.4.18）作為操作系統(tǒng)，在應用層實現(xiàn)了H.323協(xié)議棧，并基于觸摸屏實現(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)絡環(huán)境包含數(shù)個無線接入點，交換機，H.323網(wǎng)守和網(wǎng)關等，并連接到PSTN網(wǎng)和INTERNET。在搭建的測試環(huán)境上，我們進行了以下的測試：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)的計算機進行話音通信；3. PSTN網(wǎng)絡的電話呼叫移動智能終端并進行話音通信；4. 移動智能終端訪問局域網(wǎng)及Internet的網(wǎng)絡資源，包括Web瀏覽和文件傳送。測試結果表明智能終端可以在移動的條件下和PSTN網(wǎng)絡的固定電話(或IP網(wǎng)的計算機終端)進行相互間的話音呼叫和通信，話音質(zhì)量較好，性能穩(wěn)定，可以達到實際應用的要求，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)議的應用層軟件。網(wǎng)絡中需要增加支持SIP的網(wǎng)關/代理等設備。
4 結束語
本文闡述和分析了NGN概念和核心思想，認為隨著NGN和軟交換技術的推進，網(wǎng)絡將為語音、數(shù)據(jù)和視頻等業(yè)務提供統(tǒng)一開放的平臺，具有復雜計算能力的智能終端設備將取得傳統(tǒng)的啞終端，成為未來NGN網(wǎng)絡終端的主流。隨后本文分析了面向NGN的智能移動終端涉及的技術，包括硬件體系、操作系統(tǒng)、應用層軟件和網(wǎng)絡接入方式，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際實現(xiàn)。在可預見的將來，具有復雜計算能力和無線通信能力的終端設備，將支持豐富的網(wǎng)絡應用，具有難以估量的產(chǎn)業(yè)機會和商業(yè)前景。
