3. 3G/4G路由器關鍵技術

　　3G/4G路由器是指利用WiFi的2.4GHz頻段，組建一個無線局域網，并配置無線局域網的基本信息，通過Linux系統的 iptables將無線局域網接人到3G/4G網絡中。其關鍵技術具體分為3G/4G 網絡的接入、無線局域網的組建以及iptables的連通三個部分。

　　3.1 3G/4G網絡的接入

　　該無線路由器利用E392型多模無線上網卡在嵌入式Linux系統中進行PPP撥號，分別接入到TD-SCDMA，WCDMA以及TD-LTE實驗網中。其具體實現流程如圖3所示。

　　圖3 3G/4G網絡接入流程圖

　　3.1.1 多模無線上網卡驅動加載

　　當一個新的USB設備接入到Linux主機中，主機首先會通過控制端點讀入此設備的配置，接口和端點等信息，利用控制管道完成控制型傳輸，然后主機再對該設備進行枚舉。枚舉即讀取該 設備的許多重要信息，其中最重要的是讀取該設備的生產商識別碼（VID）以及產品識別碼（PID），將這兩個識別碼分別與USB內核中意存在的各個識別碼進行匹配。若匹配成功，即的利用Linux系統的USB內核成功實現了 該設備的USB驅動的加載。

　　本設計方案中采用的嵌入式Linux系統的內核版本號為2.6.32，該內核中與USB設備的VID和PID號相關的源碼存在 kernel/drivers/usb/serial/option.c中，修改該文件并添加本 終端設計方案中所采用的華為E392無線上網卡的VID和PID，過程如下：

　　# define HUAWEI_VENDOR_ID 0x12D1

　　# define HUAWEI_PRODUCT_E1446 0x1446

　　{USB_DEVICE_AND_INTERFACE_INFO（HUAWEI_VENDOR_ID，

　　HUAWEI_PRODUCT_E1446，0xff，0xff，0xff）}

　　然后配置嵌入式Linux系統內核中的Devices driver→usb support→usb Serial Converter Support選項，使得Linux系統內核支持USB串口轉換，然后選擇按模塊重新編譯內核，生成option.ko和usbserial.ko 驅動文件。最后加載這兩個驅動文件并插上該多模無線上網卡，完成驅動加載。

　　3.1.2 終端模式轉換

　　在3.1.1節中實現的是USB設備的加載，即Linux系統識別出無線上網卡為USB設備并能與之通信。而一般 USB無線上網卡設備都具有兩個USB子設備模式，即usb-storage子設備模式和modern子設備模式。此時 Linux系統默認會將該設備識別為usb-storage子設備模式，需要通過USB設備的模式轉換工具usb- modeswitch將USB設備的工作模式轉換為modem模式，這樣才能使得無線上網卡能夠正常工作。

　　首先需要將usb- modeswitch工具移植至開發板，移植過程如下：

　　① 下載并解壓usb-modeswitch一1.2.5.tar.bz2。

　　② 進入usb-modeswitch目錄，修改Makefile，指定交叉編譯器：

　　CC = arm-none-linux-gnueabi - gcc

　　$（PROG）：&（OBJS）&（CC） - o $（PROG）&（OBJS）

　　& （CFLAGS）… 。 - I/home/libusb- 0.1.12/instal1/inc1ude

　　&（LIB） … 。 - L/home/libusb- 0.1.12/install/lib

　　③ make。

　　將生成的usb_modeswitch二進制執行文件拷人Linux系統中，并修改usb_modeswitch目錄下usb_mode- switch.conf配置文件，在該文件末添加該無線上網卡的VID設備號和其usb-storage子設備PID設備號，然后指定其modern子設備號。具體配置信息如下：

　　Default Vendor = 12D1

　　Default Product = 1446

　　Target Vendor = 12D1

　　Target Product = 1506

　　CheckSuccess = 20

　　HuaweiMode = O

　　通過命令usb_modeswitch - W - c usb_modeswitch.conf對無線上網卡進行USB設備的模式轉換，轉換成功后無線上網卡即工作在調制解調器模式下，同時可通過命令 ls/dev可以查看到Linux系統生成4個虛擬USB轉串口設備，即ttyUSB0，ttyUSB1，ttyUSB2和ttyUSB3，可以通過這幾個串口進行PPP撥號，使得3G/4G路由器可以接至TD-SCDMA、WCDMA以及TD-LTE實驗網中。

　　3.2 無線局域網的組建

　　該無線路由器利用無線網卡在嵌入式Linux系統中組建一個小型的無線局域網，一方面提供給智能終端等設備接入，另一方面將無線局域網接入至3G/4G 網絡。其基本流程如圖4所示。

　　圖4 無線局域網組建流程圖

　　3.2.1 無線網卡驅動加載

　　TL-WN821N 型無線網卡采用的WLAN芯片組為Realtek公司的提供的RTI 8192cu芯片，Realtek公司提供了基于Linux系統的該芯片組驅動源碼，根據 編譯環境及Linux內核對驅動源碼進行編譯，即可生成該無線USB網卡的驅動。具體步驟如下：

　　① 下載驅動源碼rtl8188c 8192c usb linux - v3.4.4- 4749.2.121105.tar.gz，并解壓。

　　② 進入到驅動源碼包中，修改Makefile文件，指定編譯環境及Linux內核：

　　CONFIG_PLATFORM_NEW = y

　　ifeq（$（CONFIG_PLATFORM_NEW ），y）

　　EXTRA_CFLAGS + = - DCONFIG_LLTTLE_ENDIAN

　　ARCH ：arm

　　CROSS_COM PILE ：= arm-none-linux-gnueabi-

　　KSRC=/home/linux-2.6.32-devkit8500

　　endif

　　③ make，生成該無線網卡的驅動8192cu.ko。

　　然后加載該驅動，再通過命令ifconfig wlan0 up，將無線網卡的網口wlan0掛載至Linux系統中，可通過ifconfig命令查看該網口的基本配置信息。

　　3.2.2 AP模式轉換

　　將無線網卡驅動加載成功之后，該無線網卡的默認工作模式為工作站模式，即作為客戶端搜索周圍的無線接人點，以接人到其他的無線局域網中，而 3G/4G路由器需要利用無線網卡的模式轉換工具hostapd將該網卡的工作模式由工作站模式切換為AP模式，也稱接入點模式，并利用該模式建立一個無線局域網。hostapd在Linux系統中的移植過程如下：

　　① 下載并解壓hostapd_0.8_rtw_20120803.zip。

　　② 進入主目錄，修改Makefile，指定交叉編譯器：

　　CC = arm-none-linux-gnueabi-gcc

　　③ make。

　　生成hostapd、hostapd_cli，將這兩個二進制文件和rtl_hostapd.conf復制到嵌入式Linux系統中。在 rtl_hostapd.conf配置文件中，可以設置該無線網卡的服務集標識（SSID）、支持的802.11協議版本、工作頻率、無線信道以及加密的方式等一系列該無線局域網的配置信息。通過執行命令hostapd rtl_hostapd.conf-B，完成該無線網卡的工作模式的切換。

　　3.2.3 DHCP配置

　　在無線網卡的AP模式切換完成之后，需要通過DH-CP協議配置該無線局域網的動態地址池及其網關，該無線局域網會根據DHCP協議從配置的地址池中，自動給接入到該無線局域網的智能終端等設備分配一個IP地址。其DHCP協議的配置文件dhcp.conf具體如下：

　　start 192.168.0.20

　　end 192.168.0.254

　　interface wlan0

　　opt dns 8.8.4.4

　　opt subnet 255.255.255.0

　　opt router 192.168.0.1

　　opt lease 864000

　　然后在Linux系統中執行udhcp-fS dhcp.conf，啟動DHCP協議。之后該無線網卡會建立一個無線局域網，并給接入到此無線局域網中的智能終端等設備自動分配一3.3 iptables連通

　　在實現3G/4G 網絡的接人和無線局域網的組建之后，該路由器采用Linux系統中的IP信息報過濾系統，即iptables，將3G/4G網絡和組建好的無線局域網連通。iptables系統需要Linux系統內核中的網絡數據包過濾框架的支持，需要重新配置內核，選中內核中Networking Support → Networking options → Network packet filtering framework，將其框架編譯進Linux內核，然后需要對iptables進行移植，其移植過程如下：

　　① 下載并解壓iptablesj.4.3.1.tar.gz。

　　② 進入主目錄，配置編譯選項：

　　。 /configure-prefix=/usr/local/iptables--host = arm-none-linux-gnueabi--with-curnel=/home/SD_tools/linux-2.6.32-devkit85O0

　　③ make并make install。

　　將生成的iptahles二進制執行文件復制到Linux系統中，并編寫iptables系統的運行腳本文件net-share，該運行腳本文件配置了IP數據包的流向、進入網絡的接口等一系列規則，該路由器進入3G/4G 網絡的接口為無線上網卡進行撥號后產生的pppO網絡接口，其內容如下：

　　echo“1”》 /pr0c/sys/net/ipv4/ip- forward

　　iptables-F

　　iptables-P INPUT ACCEPT

　　iptables-P OUTPUT ACCEPT

　　iptables-P FORW ARD ACCEPT

　　iptables-t nat-A POSTROUTING -o ppp0-j MASQUERADE

　　在Linux系統中執行腳本文件。/net-share，即完成了無線局域網至3G/4G網絡的連通，從而實現了3G/4G路由器的設計。

　　4 實驗結果

　　在嵌人式Linux系統中完成了3G/4G路由器的設計功能之后，利用智能終端等設備對該無線路由器進行功能測試。該路由器的工作環境如圖5所示，分別使用該無線路由器上的無線上網卡接人到TD-SCDMA、WCDMA和TD-LTE實驗網中，然后再使用智能終端等設備自帶的WiFi功能接人到該路由器所組建的無線局域網中。經實際測試，在TD-SCDMA網中，單個智能終端設備的最高下行速率可以達到2.45 Mbps;在WCDMA網中，單個智能終端設備的最高下行速率可以達到7.02 Mbps;而在TD-LTE實驗網中，單個智能終端設備的最高下行速率可以達到85.97 Mbps。

　　5 結語

　　本文基于嵌入式Linux系統設計并實現了3G/4G路由器，經實際測試，該路由器工作穩定，系統可靠性高，可以實現對3G/4G網絡帶寬的共享，而且隨著3G/4G技術的不斷發展，所提供的帶寬也會越來越大，因此該路由器必將有著廣闊的應用市場。