適于多種通信設備的多媒體通信終端軟件設計

1 概述

　　應急通信技術是綜合利用現有通信方式，實現通信的快速部署，機動反應的通信技術。它最先應用于軍事，在戰備行動、野外施工、搶險救災和應對突發事件上有重大的作用。隨著嵌入式技術和多媒體通信技術的發展，將手持多媒體1通信終端應用于應急通信中，使得系統更加靈活機動，同時也使得各種信息能在系統中更有效的傳遞。在應急通信系統中，通常同時具有多種有線、無線通信方式。各種有線通信方式通常采用TCP/IP 協議，以太網卡是這類設備的典型。從無線通信方式來說，各類短波電臺更適于惡劣通信環境。同時，采用Ad hoc 方式組網的各種新型網絡電臺在近年來也得到了廣泛的應用，這就要求多媒體通信終端具備通過多種下層通信設備進行通信的能力。因此，設計一種適用于多種通信設備的手持多媒體通信終端具有廣泛的應用前景。

　　針對上述三類設備，本文介紹了一種適用于多種通信設備的多媒體通信終端的軟件實現。終端軟件采用面向對象的方法設計，對通信模塊的接口進行了合理的抽象，將不同的通信設備封裝為統一接口的通信模塊。這樣，在采用不同的通信設備時，終端只需要選擇相應的通信模塊就能進行正常的通信。

　　2 多媒體通信終端的軟件設計

　　終端的硬件平臺采用 Intel 公司生產的嵌入式處理器PXA250 為核心處理器，具有最高400MHz 的處理能力，還支持非常豐富的外圍接口，包括USB 的HOST 接口、CF 接口、串口、以太網等。如圖1 所示，終端支持語音、視頻、靜態圖像、短信息、電子白板和文件傳輸等多種通信業務。每一種通信業務由一個獨立的業務模塊完成。業務模塊由用戶界面控制，并且向用戶界面返回各種控制的反饋信息。業務模塊將產生的各種數據包及其目標地址交給通信模塊；通信模塊將接收到的數據包和源地址交給對應的業務模塊。顯然，不同的通信設備其信道特點是不一樣的，需要為不同的通信設備設計相應的通信模塊。如果所有的通信模塊具有統一的接口并且對業務模塊提供相同性質的服務，那么業務模塊將是完全可重用的。因此，對通信模塊接口的合理抽象，將使得軟件的結構更加清晰，有利于提高代碼的重用性，從而降低軟件設計的復雜度。

　　在對通信模塊的接口進行抽象時，需要遵循兩個原則。首先，對于不同的通信設備，都能利用這個統一的接口進行封裝。本終端支持三種通信設備：以太網卡、網絡電臺和短波電臺。通過以太網進行通信時，終端能夠應用操作系統提供的TCP/IP[2]協議棧，采用TCP 和 UDP 方式進行通信。其中，TCP 協議提供可靠的字節流傳輸服務，而UDP 協議提供不可靠的數據包傳輸服務。多媒體通信終端通過USB 接口與網絡電臺連接，以遙控的方式應用網絡電臺上的TCP/IP 協議棧，也可以采用TCP 和UDP 方式進行通信。通常，網絡電臺之間通過Ad Hoc 方式進行組網。由于TCP 連接在Ad hoc 網絡上具有較低的傳輸效率，通常只使用UDP 方式進行數據傳輸。短波電臺通過串口與多媒體通信終端相連，提供具有隨機誤碼和突發誤碼的比特鏈路。參考ITU-T 的H.223[3]協議，利用各種糾錯碼和檢錯碼，同樣可以在該比特鏈路上實現一個不可靠的數據包傳輸服務。

　　其次，合理界定通信模塊和業務模塊的職能范圍，在保證有效利用信道的前提下，盡可能提高代碼的重用性。對于在通信流程中需要解決的幾個問題，需要根據這個原則來進行劃分。第一，由于多種媒體業務可以進行并發的通信，因此需要標識來自不同業務的數據包，以便接收端辨別數據包的業務類型。采用UDP 方式傳輸數據包時，業務的標識可以通過為不同業務選擇不同的UDP 端口來實現，也可以通過在數據包中增加標識字節來實現。短波電臺通信時，業務的標識可以在數據復接時實現，以獲得更高的通信效率。因此，業務標識的方法與采用的通信設備是相關的，需要在通信模塊中實現。第二，不同業務的數據包在傳輸時有不同的質量要求。各種業務的信令都需要實現可靠的傳輸；靜態圖像、短信息、電子白板和文件傳輸業務的數據包也需要實現可靠傳輸；語音和視頻通信業務可以承受一定數量的丟包，并且在數據包中可以承擔一定程度的誤碼。因此，數據包的可靠傳輸應該在業務模塊中通過ARQ[4]方式實現；通信模塊根據業務的類型決定是否將具有誤碼的數據包提交給業務模塊。最后，應該在通信模塊中實現對通信資源的優化分配，優先保證實時通信業務所需的帶寬資源。

圖1 多媒體通信終端結構圖

　　根據以上分析，通信模塊提供不可靠的數據包傳輸服務，對業務進行標識，根據業務類型實現通信資源的優化分配，并判決是否將有誤碼的數據包提交給業務模塊；業務模塊以ARQ 方式保證數據包的可靠傳輸。在用C++語言進行程序設計時，可以將抽象的通信模塊接口定義為基類，適用于以太網、網絡電臺和短波電臺的通信模塊都是該基類的派生類。下面分別介紹針對三種通信設備的通信模塊設計。

　　2.1 適用于以太網的通信模塊

　　通過以太網卡進行通信時，可以通過套接字(socket)編程[5]實現UDP 數據包傳輸。如圖 2 所示，通信模塊中應用了兩個套接字，分別負責發送和接收數據包。通信模塊主動從各個業務模塊中讀取數據包，并在數據包前添加一個字節的業務標識。為了優先保證語音和視頻通信所需的帶寬資源，通信模塊優先讀取來自語音和視頻業務模塊的數據包進行發送。添加了標識的數據包通過發送套接字發送到目標終端。流量控制模塊按照預先設定的速率控制每秒鐘發送到以太網上的字節數。UDP 接收套接字在收到數據包時，根據數據包的第一個字節判斷業務類型，并將數據包寫入相應業務模塊的接收緩沖區。UDP 協議保證了數據包內不會存在誤碼，因此在此通信模塊中省去了誤碼判斷的功能。適用于以太網的通信模塊是最直觀也是結構最簡單的一個。