多模宽带短距离无线接入系统的研究与开发

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1、多模宽带短距离无线接入系统的研究与开发胡静1，沈连丰1，宋铁成1，刘佳2（1.东南大学移动通信国家重点实验室南京210096；2.南京东大移动互联技术有限公司南京210018）摘　要本文提出“智能无线接入+多网融合”的概念，研究了具有多网接入能力的宽带短距离无线接入解决方案。首先给出了系统的总体结构，然后对多模宽带短距离无线接入网关硬件、软件的设计与开发进行了详细介绍。该网关解决了多种无线终端与多个外网间进行短距离宽带无线接入和互联的关键技术，实现了相互间的语音和数据交互功能，性能稳定。关键词　无线接入；嵌入式网关；多网融合1　引言随着移动通信技术的飞速发展，3G、4G及新一代宽带接入技术

2、不断出现。未来的移动通信将以宽带、大容量、多媒体为特色，这使得频率资源和系统容量的矛盾更加突出。针对这一问题，人们提出了许多解决办法，其中短距离无线接入技术是最具代表性的解决方案。目前国际上已提出的短距离无线接入标准主要有：以IEEE802.16为代表的宽带无线城域网技术和标准；以IEEE802.11系列和HiperLAN为代表的无线局域网（WLAN）技术；以IEEE802.15和蓝牙（Bluetooth）为代表的无线个域网（WPAN）标准。另外，红外技术、HomeRF、无线传感器系统等也以各自的特色在低功率无线接入领域占据一席之地。但是，随着互联网速率的提高、无线局域网和无线个域网的发展

3、，短距离接入的速率必然需要提高。同时，在通用平台上的多网融合也是对未来系统的最重要的要求之一。因此，研究开发有利于实现海量数据通信的高速率、低功耗、低成本、快捷可靠的无线传输技术，实现无线接入网的数字化、宽带化和智能化是目前通信和网络发展的重要任务。为实现上述目标，在分析国际上宽带无线接入技术的现状和发展趋势的基础上，作者提出“智能无线接入+多网融合”的概念，并综合各种实用技术和先进技术，研究具有多网接入能力的宽带短距离无线接入解决方案。本文首先给出了系统的总体实现方案，然后对其核心设备——无线接入网关的硬件、软件的设计与开发进行了详细介绍。2　系统总体方案随着具有WLAN和WPAN接入功

4、能的终端设备逐渐增多，人们希望在办公室、家庭、会议场所等人群密度较大的热点区域提供多种短距离无线接入服务，而这就需要布设WLANAP、BluetoothAP、ZigBeeAP等多个接入设备。如果能够将上述多种AP的功能集合在同一个接入设备上，就能够使热点区域内的多种终端同时接入并共享互联网出口带宽。提供多种接入方式的网关设备上也可以提供一些接入选择及备份功能，例如当以太网和GPRS两种互联网接入方式均可用时，可以让用户选择使用何种方式，或者按照资费最低、接入速度最快等规则进行自动选择。而如果当前接入方式意外断开，则可自动通过其他备用方式进行连接，对用户尽量屏蔽接入方式切换带来的影响。另外，

5、宽带短距离无线接入系统在提供数据接入的同时，也需要提供语音接入功能，以使语音终端能够接入本系统的网关设备从而接入蜂窝网或PSTN等外部语音网络。综合上述需求分析，所设计无线接入系统必须能够同时提供宽带短距离无线数据接入功能和短距离语音接入功能，并能够实现数据终端设备间的互联互通及接入互联网、语音终端设备间的互联互通及接入外部语音网络的功能。本系统可以分为网关设备和终端设备两部分。其中终端设备主要包含WLAN终端、WPAN终端及语音终端，网关设备主要包含处理核心、外网接入模块以及与各种终端设备对应的内网接入模块。考虑到本系统的实用性和兼容性，因此对于内网的WLAN接入方式，选择采用具有代表性

6、的IEEE802.11b/g；对于WPAN接入方式，选择采用Bluetooth和ZigBee；对于语音终端的接入方式，则与WPAN共用Bluetooth，因为Bluetooth标准中规定了其可同时支持数据和语音传输。考虑到本系统的外网接入方式需要具有通用性，因此选择以太网和GPRS网络作为接入互联网的方式；选择蜂窝网和PSTN作为接入外部语音网络的方式。由此，可以得到如图1所示的多模宽带短距离无线接入系统总体方案。3　网关的设计与实现3.1　总体设计通过上述的系统总体方案可以看出，网关是系统的核心，既要求能够与多种不同接入方式的终端建立无线连接，又同时要求能够接入外部数据网络和语音网络，网

7、关设备的功能模块框图如图2所示。其中微处理器（microprocessorunit，MPU）为网关的处理核心，负责支撑操作系统的运行并在其基础上驱动各个通信模块，运行不同通信模块所需的驱动程序和协议栈。MPU左边的3个通信模块分别为Bluetooth、IEEE802.11b/g和ZigBee，分别提供3种终端的接入功能。MPU右边的3个通信模块分别为GSM/GPRS、ethernet和PSTN，是3个外网接入模块，使得网