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正文內(nèi)容

基于wifi技術(shù)的井下無線調(diào)度通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案(編輯修改稿)

2025-06-08 22:52 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 技術(shù)及VoIP技術(shù)分析 無線局域網(wǎng)連接到因特網(wǎng)上。 組建簡便。無線局域網(wǎng)的組建在硬件設(shè)備上的要求與有線網(wǎng)相比,更加簡潔方便, 而且目前支持無線局域網(wǎng)的設(shè)備已經(jīng)在市場上得到了廣泛的普及,不同品牌的接入點(diǎn) AP以及客戶網(wǎng)絡(luò)接口之間在基本的服務(wù)層面上都是可以實(shí)現(xiàn)互操作的。而全球統(tǒng)一的 WiFi標(biāo)準(zhǔn)使其與蜂窩載波技術(shù)不同,同一個(gè),WiFi用戶可以在世界各個(gè)國家使用無線 局域網(wǎng)服務(wù)。 完全開放的頻率使用段。如前文所述,無線局域網(wǎng)使用的ISM頻段是全球開放的頻 率使用段,使得用戶端無需任何許可就可以自由使用該頻段上的服務(wù)。 動(dòng)態(tài)拓?fù)涮匦浴S脩舳丝稍诰W(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍內(nèi)任意移動(dòng),隨時(shí)加入或退出。但拓?fù)? 結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化不會(huì)給客戶端帶來任何影響。 與以太網(wǎng)的兼容性。其相互兼容的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和協(xié)議使有線和無線之間通過網(wǎng)橋即可 實(shí)現(xiàn)無線局域網(wǎng)與以太網(wǎng)的連接。 (2)WiFi與藍(lán)牙技術(shù)的簡單比較。 需要指出的是,WiFi網(wǎng)絡(luò)的這些特性并不會(huì)使其替代有線局域網(wǎng)成為唯一的局域網(wǎng) 組網(wǎng)方案。事實(shí)上,它將作為一個(gè)有力的補(bǔ)充,完善局域網(wǎng)的服務(wù),即為用戶端提供可 移動(dòng)性。而與其他無線局域網(wǎng)技術(shù)相比,如藍(lán)牙技術(shù),兩者采用了完全不同的協(xié)議和方 案,其不同主要體現(xiàn)在: 協(xié)議。藍(lán)牙技術(shù)使用的是L2CAP協(xié)議,WiFi使用的IP技術(shù)。 通信方式。藍(lán)牙技術(shù)屬于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信,而wiFi屬于點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信。 覆蓋范圍及流量限制。藍(lán)牙的授蓋范圍通常為lom,流量為720Kbps;相比之下, WiFi要強(qiáng)大得多,其覆蓋范圍為500m,802.11b的流量為11Mbps。 功率消耗。藍(lán)牙的功率消耗要遠(yuǎn)小于WiFi的要求,因此對(duì)于一些便攜式小功率消 耗的設(shè)備。 WiFi與藍(lán)牙技術(shù)使用的都是2.4CHz頻率段.然而,雖然WiFi網(wǎng)絡(luò)的特性使其受到 越來越廣泛的關(guān)注和應(yīng)用,其自身也存在著一些不足,最主要的就是安全問題。如果 WiFi網(wǎng)絡(luò)想得到更大的發(fā)展,“安全”將是WiFi所要面臨的挑戰(zhàn)。還有功率消耗問題、 進(jìn)一步統(tǒng)一頻譜分配方式,以及擴(kuò)大覆蓋范圍并保證通信質(zhì)量等。 經(jīng)上述分析可以看出,由于WiFi網(wǎng)絡(luò)的特性以及其協(xié)議本身限制其設(shè)備的功率, 使得WiFi設(shè)備可以設(shè)計(jì)成符合煤礦安全要求的本質(zhì)安全型設(shè)備,改變井下無線通訊長 久以來一直徘徊在窄頻范圍的現(xiàn)狀,WiFi無線通訊方式在井下勢(shì)必得到更多的運(yùn)用。 9 西安科技大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 2.2 VoIP技術(shù)分析 2.2.1 VoIP的基本原理與實(shí)現(xiàn)方式 (1)VoIP的基本原理 VroIP(V0ice over IP)就是IP電話,是基于IP網(wǎng)絡(luò)的語音傳輸技術(shù)。其基本原理是通 過語音壓縮算法對(duì)語音數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼處理,然后把這些語音數(shù)據(jù)按IP等相關(guān)協(xié)議 進(jìn)行打包,經(jīng)過IP網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)包傳輸?shù)浇邮盏?,再把這些語音數(shù)據(jù)包串起來,經(jīng)過解 碼解壓縮處理后,恢復(fù)成原來的語音信號(hào),從而達(dá)到由IP網(wǎng)絡(luò)傳送語音的目的。IP電 話系統(tǒng)把普通電話的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可接入因特網(wǎng)傳送的IP數(shù)據(jù)包,同時(shí)也將 接收到的IP數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換成聲音的模擬電信號(hào)。經(jīng)過IP電話系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換及壓縮處理,每 個(gè)普通電話傳輸速率約占用8.11kps帶寬,因此在與普通電信網(wǎng)使用同樣的傳輸速率為 64kps的帶寬時(shí),IP電話數(shù)是原來的5.8倍。更廣義地講,VOIP技術(shù)還可以進(jìn)行包括話 音、傳真、數(shù)據(jù)甚至圖像的傳輸。 當(dāng)前的VoIP業(yè)務(wù)根據(jù)服務(wù)對(duì)象不同分為專用VoIP網(wǎng)和公用VoIP網(wǎng)。前者是大型 企業(yè)或地理位置相對(duì)分散的部門利用己有的in仃anet網(wǎng)建立的可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)部通話的系 統(tǒng);后者則是由ITSP網(wǎng)絡(luò)電話服務(wù)提供商建立的面向公眾的可提供商業(yè)性VoIP業(yè)務(wù)的 系統(tǒng)。按用戶對(duì)話音質(zhì)量及實(shí)時(shí)性要求的不同來分,包括實(shí)時(shí)VoIP和非實(shí)時(shí)的VoIP(如 語音郵件)。 (2)VoIP的實(shí)現(xiàn)方式 目前,VoIP終端的實(shí)現(xiàn)方式主要有3種:帶揚(yáng)聲器的個(gè)人電腦PC、傳統(tǒng)電話機(jī)、 IP電話機(jī)。每種終端連接不同的網(wǎng)絡(luò),并且都支持相互之間的通信。其中,IP電話機(jī)是 一種新的電話終端,具有以太網(wǎng)或非對(duì)稱數(shù)字用戶線路ADSL(Asymmetric Digital Subsc曲er Line)接口,只需將IP話機(jī)連接在家中的寬帶網(wǎng)接口上,并通過話機(jī)鍵向服務(wù) 提供商進(jìn)行注冊(cè),就可以像普通電話機(jī)一樣進(jìn)行通信。實(shí)際上,在VoIP通信中phone to phone通信方式仍然占據(jù)主導(dǎo)地位。例如,中國已經(jīng)大規(guī)模開展的長途IP電話業(yè)務(wù),就 是一種phone to phone形式的IP電話業(yè)務(wù)。用戶兩端的電話機(jī)通過本地電路交換網(wǎng)絡(luò), 如PSTN,綜合業(yè)務(wù)數(shù)碼網(wǎng)絡(luò)ISDN(Inte伊ated Service Dighl Nemork)、移動(dòng)網(wǎng)或程控交 換機(jī)PBX(PIIivate B咖ch EXchange)接入到IP網(wǎng)中,而voIP提供一種像樹干一樣的功能, 將兩端的電路交換網(wǎng)絡(luò)連接起來以提供長途電話服務(wù)。為了達(dá)到傳統(tǒng)的電路交換網(wǎng)絡(luò)和 IP網(wǎng)的互通,必須在兩種網(wǎng)絡(luò)之間架設(shè)網(wǎng)關(guān)。當(dāng)PC被當(dāng)作VoIP用戶終端使用時(shí),能 夠直接接入到IP網(wǎng)絡(luò)而不需要網(wǎng)關(guān)的存在。但在這種情況下,用戶PC上需要安裝特殊 的客戶端軟件,例如微軟的NetIlleeting,Tom.Skype等。 lO 2 WFi無線技術(shù)及VoIP技術(shù)分析 2.2.2 VoIP的關(guān)鍵技術(shù)分析 目前被廣泛接受的VOIP控制信令體系包括國際電信聯(lián)盟ITu(Intemational Telecommunication Engineering Task UIlion)的H.323標(biāo)準(zhǔn)和國際互聯(lián)網(wǎng)I程任務(wù)組IETF(Imemet Force)的會(huì)話初始化SIP(SessioIlIIlitiation Protoc01)協(xié)議。兩者實(shí)現(xiàn)的信 令控制功能相同,但設(shè)計(jì)風(fēng)格和實(shí)現(xiàn)方法不同?;谶@兩種不同標(biāo)準(zhǔn)引發(fā)了VoIP兩大 發(fā)展方向。 (1)基于H.323標(biāo)準(zhǔn)的VoIP系統(tǒng) H.323標(biāo)準(zhǔn)基本上是一種兼顧傳統(tǒng)呼叫流程和IP網(wǎng)特點(diǎn)發(fā)展而來的標(biāo)準(zhǔn)體制,代 表了VoIP的大潮流?;冢龋常玻车模郑铮桑邢到y(tǒng)結(jié)構(gòu)其整個(gè)工作過程主要就是由H.323協(xié) 議套裝來完成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能。 H.323系統(tǒng)由網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)守、多點(diǎn)控制器McU(Micro Controller unit)和終端組成。 網(wǎng)關(guān)的主要功能是實(shí)現(xiàn)從一種網(wǎng)絡(luò)模式到另一種網(wǎng)絡(luò)模式的轉(zhuǎn)變。 H.323網(wǎng)守主要供大型v0IP網(wǎng)絡(luò)的中央呼叫控制使用,在點(diǎn)到點(diǎn)VoIP呼叫過程中 可以不用,但在稍具規(guī)模的VoIP網(wǎng)絡(luò)中,如果沒有網(wǎng)守,則在整個(gè)呼叫的建立、拆除、 尋址等過程中會(huì)消耗大量的網(wǎng)絡(luò)資源。網(wǎng)守的功能就是對(duì)呼叫進(jìn)行集中的尋址和管理, 將本來由網(wǎng)關(guān)做的工作接管過來,有效利用資源,減少消耗。 MCU主要為3個(gè)或多個(gè)H.323終端提供支持,管理會(huì)議資源、終端之間的協(xié)商、 處理媒體流等。若僅基于Intemet范圍內(nèi)提供IP電話服務(wù),則網(wǎng)關(guān)和MCU的功能可以 去掉. H.323終端可以是以下的任何一種: ?裝在PC上的H-323客戶端軟件,比如NetSpeak,Intemet Phone。 帶H.323硬件卡的PC,比如VCON,Intel Proshare/T'eamstation。 ?無線H.323電話,比如Symbol ?下一代的語音、視頻電話等。 (2)基于SIP協(xié)議的VoIP系統(tǒng) TecllIlology。 VOIP技術(shù)的另一個(gè)發(fā)展方向是遵循IETF倡導(dǎo)的SIP協(xié)議,是專門針對(duì)VoIP設(shè)計(jì) 的協(xié)議。 SIP是文本格式的客戶.服務(wù)器協(xié)議:客戶機(jī)發(fā)起請(qǐng)求,服務(wù)器進(jìn)行響應(yīng)。SIP協(xié)議 采用SIP規(guī)則資源定位語言描述,它不像H.323協(xié)議那樣提供了所有的通信協(xié)議,而只 是提供了呼叫的建立與控制功能,它應(yīng)用于IP電話,與H.323協(xié)議相比,具有簡單、 靈活的特點(diǎn),不像H.323協(xié)議那樣復(fù)雜。提供了一種既可在終端設(shè)備或代理服務(wù)器之間, 也可向網(wǎng)關(guān)設(shè)備傳輸呼叫控制信息的方法,這是IETF MMuSIC工作組的勞動(dòng)結(jié)晶。同 樣地,像許多現(xiàn)有的因特網(wǎng)協(xié)議一樣,SIP中也包含了常用的HTTP協(xié)議。SIP是一種 西安科技大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 輕量級(jí)協(xié)議,因?yàn)樵搮f(xié)議使用的是能被終端設(shè)備輕易生成并分析的簡單文本命令。SIP 只使用6個(gè)指令管理呼叫控制信息,SIP協(xié)議的簡單易行是極低成本應(yīng)用系統(tǒng)選擇該協(xié) 議的重要原因。SIP并未對(duì)媒體傳輸機(jī)制加以定義,因此該協(xié)議能用在媒體傳輸采用專 用設(shè)備的應(yīng)用系統(tǒng),這可提高效率并降低成本。SIP也允許通過任意數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議傳輸呼 叫控制信息,使其在非TCP/IP環(huán)境(如Novell或其他專有協(xié)議)中也能有效使用。 基于SIP的VOIP系統(tǒng)主要的功能部件包括: UA(用戶代理)。這是VOIP系統(tǒng)的終端,包括各種使用SIP協(xié)議的軟件或硬件,例 如一個(gè)IP電話機(jī)或裝有客戶端軟件的PC機(jī)。每個(gè)UA又包括用戶代理客戶(UserAgem Client)和用戶代理服務(wù)器(User Agent Server)。用戶代理客戶用于向用戶代理服務(wù)器發(fā)出 SIP請(qǐng)求并與之建立連接。用戶代理服務(wù)器接收用戶代理客戶的請(qǐng)求,并給予應(yīng)答,內(nèi) 容包括接收、重定向或拒絕呼叫請(qǐng)求。 SIP網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。它包括注冊(cè)服務(wù)器、代理服務(wù)器和重定向服務(wù)器,它們可共存于 一個(gè)設(shè)備,也可以分布在不同的物理實(shí)體中。注冊(cè)服務(wù)器從用戶當(dāng)前的地址中接收更新 信息,同時(shí)還負(fù)責(zé)維護(hù)數(shù)據(jù)庫中每個(gè)用戶的當(dāng)前位置列表。代理服務(wù)器負(fù)責(zé)接收用戶代 理發(fā)來的請(qǐng)求,根據(jù)網(wǎng)絡(luò)策略將請(qǐng)求發(fā)送給相應(yīng)的服務(wù)器,并根據(jù)收到的應(yīng)答對(duì)用戶做 出響應(yīng)。重定向服務(wù)器從服務(wù)器接收SIP請(qǐng)求,并將其中的原地址映射成零個(gè)或多個(gè)新 地址,返回給客戶。與其他服務(wù)器不同的是,它不接收呼叫,也不處理或轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)求。 會(huì)議服務(wù)器。負(fù)責(zé)提供多點(diǎn)通信支持。 (3)兩種標(biāo)準(zhǔn)的比較 最初的H.323標(biāo)準(zhǔn)是為多媒體會(huì)議系統(tǒng)而提出的,并不是用于IP電話的。后來在 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的完善過程中,增加了構(gòu)筑電信級(jí)IP電話網(wǎng)的特性,重點(diǎn)針對(duì)IP電話網(wǎng)的穩(wěn)定 性、冗余性、可擴(kuò)展性等方面做了補(bǔ)充。H.323標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)是吸取了許多電信網(wǎng)的組網(wǎng)、 互聯(lián)和運(yùn)營經(jīng)驗(yàn),能夠與PSTN網(wǎng)以及其他數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和應(yīng)用網(wǎng)互聯(lián)互通.采用H.323技術(shù) 體制,VOIP運(yùn)營商基本上可以繼承傳統(tǒng)運(yùn)營商的管理和運(yùn)維模式,方便組建全國性的 VOIP大網(wǎng)。 SIP技術(shù)基本上是基于動(dòng)態(tài)IIltemet模式來建網(wǎng)的,網(wǎng)絡(luò)不是一個(gè)多層次的網(wǎng)絡(luò), 而是一個(gè)扁平的單層次網(wǎng)絡(luò)。在SIP網(wǎng)上,靠動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫的方式來尋址,甚至可以沒有 長途和短途之分。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是與Intemet緊密結(jié)合,適合開發(fā)新的與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合 的語音應(yīng)用。 雖然兩個(gè)協(xié)議能實(shí)現(xiàn)的信令功能基本相同,也都利用對(duì)P作為媒體傳輸?shù)膮f(xié)議。但 兩者的設(shè)計(jì)風(fēng)格截然不同,與H.323相比SIP具有一些突出的優(yōu)點(diǎn): 首先,SIP是基于文本的協(xié)議,而H.323采用基于ASN.1和壓縮編碼規(guī)則的二進(jìn)制 方法表示其消息,因此,SIP對(duì)以文本形式表示的消息的詞法和語法分析就比較簡單。 其次,SIP會(huì)話請(qǐng)求過程和媒體協(xié)商過程等是一起進(jìn)行的,因此呼叫建立時(shí)間短, 12 2砌砘無線技術(shù)廈vbIP技術(shù)分析 而在H.323中呼叫建立過程和進(jìn)行媒體參數(shù)等協(xié)商的信令控制過程是分開進(jìn)行的。 再次,H.323為實(shí)現(xiàn)補(bǔ)充業(yè)務(wù)定義了專門的協(xié)議,如H450 l、}L4502和}L450 補(bǔ)充業(yè)務(wù)或智能業(yè)務(wù)。 另外,H.323進(jìn)行集中、層次式控制。盡管集中控制便于管理(如便于計(jì)費(fèi)和帶寬管 理等1,但是用于控制大型會(huì)議電話時(shí),H 323中執(zhí)行會(huì)議控制功能的多點(diǎn)控制單元很可 能成為瓶頸。而slP類似于其他的hnemet協(xié)議,設(shè)計(jì)上就是為分布式的呼叫模型服務(wù) 的,具有分布式的組播功能。 目前,許多固網(wǎng)運(yùn)營商在其核心網(wǎng)絡(luò)向vo口過渡的過程中也在內(nèi)部采用了s1P,slP 廣泛應(yīng)用于大量連接這些運(yùn)營商的網(wǎng)關(guān)。sIP本身已經(jīng)從最初致力于P2P通信發(fā)展成為 了下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)綜合協(xié)議體系的核心,這種NGN是由電信傳統(tǒng)派設(shè)想出來、并 由第三代伙伴計(jì)劃(3GPP)組織定義的。 3 等.而s妒只要充分利用已定義的頭域,必要時(shí)對(duì)頭域進(jìn)行簡單擴(kuò)展就能很方便地支持 2.3口電話調(diào)度系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析 隨著IP電話的迅速發(fā)展以及電話調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)涵與功能的擴(kuò)展要求,IP電話調(diào)度系 統(tǒng)逐漸成為人們進(jìn)一步的研究目標(biāo)。 sIP是基于文本的傳輸協(xié)議,它已成為第三代移動(dòng)通信的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn),較易實(shí)現(xiàn):而 且sIP協(xié)議具有可擴(kuò)展的特性,可以方便的對(duì)其沒有的功能進(jìn)行擴(kuò)充,故本文選用了sIP 協(xié)議作為電話調(diào)度系統(tǒng)的會(huì)話協(xié)議,并以s口協(xié)議元素來展開討論。IP調(diào)度電話系統(tǒng)的 系統(tǒng)框圖如圖2 5所示。 ◇。眵_ 吵。鎣j鬻參<~嗣 掣 蛐 奄 ?!帧#?2“。i_『…, 圖2 5IP調(diào)度電話系統(tǒng)圖 系統(tǒng)主要由IP話機(jī)(調(diào)度用戶)、注冊(cè)服務(wù)器、代理服務(wù)器(sIP服務(wù)器)、調(diào)度主機(jī)、 調(diào)度臺(tái)、媒體服務(wù)器等組成。其中注冊(cè)服務(wù)器、代理服務(wù)器是邏輯功能主體,可分立實(shí) 現(xiàn)也可在同一物理實(shí)體上實(shí)現(xiàn)。 在m調(diào)度電話系統(tǒng)中.注冊(cè)服務(wù)器、代理服務(wù)器主要是做sIP服務(wù)器:IP話機(jī)是 西安科技大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 完成調(diào)度用戶終端的設(shè)備;調(diào)度主機(jī)完成通話調(diào)度及控制監(jiān)聽的功能;調(diào)度臺(tái)是一個(gè)能 完成調(diào)度系統(tǒng)的人機(jī)界面;媒體服務(wù)器進(jìn)行錄音,回放,轉(zhuǎn)發(fā)音頻流,混音等。 2.4本章小結(jié) 本章首先對(duì)802.11b協(xié)議的結(jié)構(gòu)、WiFi的基本工
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