基于无线局域网的多媒体通信系统应用和实现
摘 要：无线局域网(WLAN)上的多媒体通信已经成为目前通信领域的一个研究热点，因为它具有巨大的潜在市场需求。 文中讨论了目前无线局域网技术的特点，以及无线局域网上进行多点多媒体通信的若干关键技术，在此基础上实现一个组网灵活的基于无线局域网的多点视频会议系统。
关键词：多媒体通信；无线局域网；IEEE802.11b；IP组播；视频会议系统?
一、 引言
伴随着数据通信技术和宽带网络建设的发展，数据、话音、图像等多媒体综合业务的通信需求和应用日益增大；与此同时，无线网络技术日益成熟，广泛应用于军事、民用领域。现在，基于IEEE802.11b协议的无线网络的传输速率已达到11 Mbit/s，完全能满足一般的网络传输需求，并且具有组网灵活、跨越物理障碍、便于移动、经济实用等优点。于是，人们不再满足于在有线计算机网络上实现固定终端之间的通信,而是期望将多媒体综合业务的通信扩展到无线通信网络系统中。
本文针对无线局域网(WLAN,即Wireless Local Area Networks)的特点，利用WLAN的IEEE802.11b协议，基于无线局域网实现多媒体通信系统提出了一个解决方案并得到实现。
二、WLAN和IEEE802.11b的特点?
1?WLAN系统特点
采用无线传输媒体的计算机局域网都可以称为无线局域网或者WLAN。WLAN是相当便利的数据传输系统，它利用射频(RF)技术，取代旧式碍手碍脚的双绞线所构成的局域网络，从而具备高度的灵活性和弹性。网络上的各个节点可以根据实际需要很容易地进行组网，不受网络布线的羁绊。
2.WLAN应用方案
WLAN的系统主要有3种构成方式：点对点型、点对多点型和全分布型。
(1)点对点型
点对点型的WLAN结构简单，可在中远距离传输中获得高速率。典型结构是通过无线信道，连接2个固定的有线LAN网络。
(2)点对多点型
它由一个中心节点和若干外围节点组成，外围节点既可以是独立的工作站，也可与多个用户相连，是典型的集中控制式。中心节点作为网络管理设备，监控所有节点对网络的访问，提供逻辑接入点访问有线LAN或服务器，管理外设对广播带宽的竞争。此结构的优点是：可
有效利用信号发射功率，与现有的有线LAN连接容易，用户设备简单，网络管理单一，更可贵的是与微蜂窝技术相结合，目前应用较多。
(3)完全分布型
类似于分组无线网的概念，相关节点在数据传输中也起控制路由选择的作用。路由上每个节点都参与将数据传送到目的节点。分布式结构抗毁性好，移动能力强，但用户节点结构复杂、成本高，存在多径干扰，目前应用前景不明确。
3?IEEE 802.11b协议的简介
1997年6月，IEEE通过了802.11b协议标准。物理层上，该协议工作在2.4 GHz的频段，采用DSSS（直接序列扩频）再配合CCK（补码键控）的调频方式，室内有效距离可以达到100 m，传输速率可以达到11 Mbit/s,兼容802.11。Mac（媒介访问控制）层上，为了避免无线网络中的冲突,802.11b采用冲突避免(CA)协议,全称为CS-MA/CA(载波监听多路访问/冲突避免),类似于以太网的CSMA/CD协议。
为了支持强噪声环境以及扩展覆盖范围,802.11b使用动态速率调整机制,它允许数据速率自动调整到适应无线信道的变化特性。动态速率调整是一个对用户和上层协议栈透明的物理层机制。目前基于802.11b的无线网卡产品已经成熟，市场存在PCMCIA接口、USB接口等不同系列，方便使用，价格便宜。?
4?IEEE 802.11b协议的应用方案
在室内环境中，802.11b协议可以针对不同的实际情况有不同的典型应用。
(1)对等解决方案
它是一种最简单的应用方案，只要给每台电脑或者PDA安装一片无线网卡，然后利用网卡驱动程序，并通过配套的相应无线网络控制软件对每个网卡的ID 号、网络地址进行正确的设置，当无线网络控制软件显示正常后，电脑或者PDA之间就能相互访问，这样一个简单的无线局域网就组成了,如图1所示。这个方案对应于WLAN系统的点对点型。?
（２）单接入点解决方案
接入点（AP）相当于有线网络中的集线器。无线接入点可以连接周边的无线网络终端，形成星形网络结构，同时通过10Base-T端口与有线网络相连，使整个无线网的终端都能访问有线网络的资源，可通过路由器访问Internet；同时接入点配套配备相应的网络管理软件，
具有访问认证、安全管理和网络监测等其它网络管理功能。基于IEEE802.11b协议的无线局域网允许使用任何现有在有线网络上运行的绝大部分应用程序或网络服务,如图2所示。这个方案对应于WLAN系统的点对多点型。?
（３）多接入点解决方案
当网络规模较大，超过了单个接入点的覆盖半径时，可以采用多个接入点分别与有线网络相连，从而形成以有线网络为主干的多接入点的无线网络，所有无线终端可以通过就近的接入点接入网络，访问整个网络的资源，从而突破无线网覆盖半径的限制。?
三、基于局域网的多媒体通信?系统特点和关键技术?
1?H.323的背景及其特点
目前国际电信联盟(ITU)已经制定了一系列的多媒体通信系统协议: H.32x系列。其中H.323是针对无传输质量保证的基于包交换的多媒体通信标准，适用于局域网。H.323终端的系统框图见图3。
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H.323系统实际上包括H.323的终端和H.323作为多媒体通信系统的中心与其它通信系统互连两部分。以下是H.323终端组成部分介绍。
(1)H.245媒体控制协议
协议标准规定了终端消息的句法、语义以及在通信开始或通信过程中进行协商时使用的过程，担任系统控制的功能。通过协议定义的消息和过程，通信双方交换互相信息，决定如何传送语音、视频信号和数据，如何处理错误。H.245分成使用PER（整字节对齐压缩编码）方法对消息编解码和对各个消息处理的状态进行转换机制2个部分。语音和视频信号采用的算法及选项由H.245的交换信息决定。
(2)H.225.0 协议
包括呼叫控制、登录和管理控制和数据打包和解包及传输3个方面的内容。它通过TCP进
行呼叫，UDP进行面向关守(GateKeeper)的登录和管理，以及基于UDP的RTCP/RTP协议进行实时语音和图像数据的传输。
(3)音频编码器
可采用G.723.1语音算法，它是一种窄带语音编码，编码方法为多脉冲最大似然量化和代数码本激励线性预测编码。把8K采样的语音信号压缩成 5.3/6.3 kbit/s。同时提供静音检测，没有声音时传输更少的比特。同时在H.323系统中还允许用不同于G.723.1的其它的语音处理算法，如G.711、 G.722等。
(4)视频编码器?对视频信号可按照H.261或者H.263视频压缩标准进行编码和解码。由于采用了半像素搜索等更好的处理方法，H.263的编码效率比H.261好大约一倍以上。
四、实现方案和关键技术
1?实现方案和过程
结合前文中讨论的技术，我们在实际应用中构建了基于无线局域网的一个视频会议系统。该视频会议系统终端的物理组成：计算机、摄像头、话筒、扬声器、无线网卡、AP、路由器。
(1)实现过程?利用无线网卡、AP和路由器组成无线局域网；每个终端运行视频会议系统软件，然后建立呼叫、应答，决定会议召集人和当前发言人，实现视频会议系统。
?(2)系统特点
局域网中采用无线组网方式，组网灵活、方便，传输中采用组播技术，高效。该系统允许同时传送会议召集人和当前发言人的两路视频到所有的会议参加者。?
2?关键技术
(1)网络环境
基于IEEE802.11b协议的无线局域网络，组网方式采用前面介绍的单接入点解决方案。无线接入点（AP）的10Base-T端口与有线的路由器连接，实现与Internet互联互通；局域网中上的计算机插上无线网卡，通过AP组成实用的无线局域网，AP的监控软件可以对网络中计算机进行安全认证、监测。
(2)组播技术
随着多媒体会议等应用的发展，基于IP的一点到多点的传输已经形成标准即IP组播(Multicast)。在网络IP地址范围224.0.0.0到 239.255.255.255之间的IP地址为多点组播的地址；在PC平台，Win9x、Win2000或者WinXP操作系统下，Microsoft 支持所有的TCP/IP和IP组播的协议和功能。多点组播的好处是降低终端的负担，这种优势随着网络规模和接收者数量的增加而增加。但是必须注意到终端负担的降低是以增加路由器负担为代价的。
在本系统中，对于语音和视频的组播，都由一个单独的线程进行数据读写的处理。当进行会议时，同时传输召集人和当前发言人两路图像的码流，每个终端具有2个独立的解码器，并可同时进行视频显示。
(3)视频会议系统的传输技术
信令传输：呼叫和握手、握手和控制等信令。在系统中采用和H.225.0一样的方法，通过一个TCP的连接进行呼叫和应答。对每一个TCP的连接，在系统中使用一个单独的线程处理读写以及连接等事件。在TCP连接成功后，进行握手信令的处理。
语音和视频的打包和传输：这个部分对应于H.225.0的RTP/RTCP部分。不同的地方在于RTP/RTCP是基于普通的UDP的，而本系统采用UDP之上的IP组播来进行传输。所有的参加会议的用户都同时加入到一个Multicast的组当中，召集人和当前发言人的图像向所有参加人组播。在 G.723.1静音检测的帮助下，所有与会人员在讲话时的话音也向所有人组播。和在H.225.0中一样，语音和视频使用不同的UDP端口号，因此没有合路和分路的问题。类似于RTP/RTCP，在传输语音和视频数据前对它们进行了编号和校验，以便检测传输错误和调整接收包的次序。
每个与会者可以同时接收会议主持人和当前发言人两路视频，用两路独立的解码器进行平行译码和显示。?
五、结束语
本文在基于无线局域网的基础上，实现多媒体应用的多点视频会议系统。该系统具有组网灵活、便于移动的特点，是一个具有较好实用前景的方案。?