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          基于嵌入式Linux系統(tǒng)的3G/4G路由器設計

          作者: 時間:2016-09-12 來源:網(wǎng)絡 收藏

          3G的接人技術已經(jīng)從WCDMA/TD- SCDMA/CD-MA2000發(fā)展到HSDPA、HSUPA 以及HSPA+ ,并開始由3G 網(wǎng)絡向4G網(wǎng)絡過渡。目前HSDPA的接入帶寬可以達到7.2 Mbps,HSPA+ 的接人帶寬可以達到21 Mbps,而即將部署的LTE的網(wǎng)絡帶寬甚至達到了100 Mbps 。同時,由于接人移動互聯(lián)網(wǎng) 的智能終端的數(shù)量快速增長,人們對移動互聯(lián)網(wǎng)的應用需求也日益增長。當人們面對幾十兆帶寬甚至是上百兆帶寬時,必定存在帶寬的過剩問題,即人們不需要在任何時刻都需要這么大的帶寬,因而可以將過剩的用戶帶寬分配給更多的用戶。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201609/304513.htm

          目前,WiFi技術能夠支持IEEE的802.11b、802.11g和802.1ln標準,分別支持10 Mbps、54 Mbps和300 Mbps的無線傳輸速率。而在傳輸距離上,WiFi能夠在幾米到100m范圍內實現(xiàn)完全覆蓋。

          本文正是基于3G/4G 不斷增長的接入帶寬以及WiFi技術的各項優(yōu)點,提出了一種共享3G/4G 網(wǎng)絡帶寬的無線設計方案。該方案首先利用嵌入式,構建一個基于WiFi技術的無線局域網(wǎng),智能終端等用戶可以利用自帶的WiFi功能接入該無線局域網(wǎng),然后再將該無線局域網(wǎng)橋接至3G/4G網(wǎng)絡中,從而實現(xiàn)各個智能終端設備對3G/4G網(wǎng)絡帶寬的共享。

          1. 3G/4G設計方案

          的設計是基于三個模塊來實現(xiàn)的,分別為3G模塊、WiFi模塊和Linux硬件平臺,如圖1所示。3G模塊的功能是利用運營商的無線數(shù)據(jù)卡進行PPP撥號,使得路由器能通過運營商網(wǎng)絡連接至互聯(lián)網(wǎng)。WiFi模塊的功能是使得無線網(wǎng)卡工作在AP(Access Point)模式,并配置動態(tài)主機配置協(xié)議的腳本文件,來建立一個2.4 GHz的WiFi無線局域網(wǎng)。Linux硬件平臺模塊的功能主要有兩個方面,一方面要支持無線網(wǎng)卡和無線數(shù)據(jù)卡的驅動,另一方面要通過嵌入式中的iptables數(shù)據(jù)包過濾系統(tǒng)將無線局域網(wǎng)和3G/4G網(wǎng)絡連通。智能終端等設備通過WiFi信道接人到該路由器所提供的無線局域網(wǎng)中,分配到一個IP地址之后,則通過該無線局域網(wǎng)的網(wǎng)關進行數(shù)據(jù)包的接收和發(fā)送,而該網(wǎng)關則通過3G/4G模塊上的網(wǎng)絡撥號接口來接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包至3G/4G 網(wǎng)絡,從而實現(xiàn)了該路由器的設計方案。

           3G/4G路由器設計方案圖

          圖1 3G/4G路由器設計方案圖

          2. 3G/4G路由器硬件結構

          根據(jù)3G/4G路由器設計方案,其硬件結構的三大模塊分別采用深圳天謨公司生產(chǎn)的Devkit8500D評估板、華為公司的E392型無線上網(wǎng)卡和TP-Link公司的TL-WN821N型無線網(wǎng)卡。

          Devkit8500D評估板的基本結構如圖2所示。該硬件平臺采用的是TI公司的DM3730微處理器。

          終端硬件結構圖

          圖2 終端硬件結構圖

          E392型無線上網(wǎng)卡采用高通公司的MDM9x00多模芯片組,同時支持TD-SCDMA/WCDMA 的3G 網(wǎng)絡標準和LTE-TDD/FDD 的4G 網(wǎng)絡標準。目前,利用3G網(wǎng)絡中已經(jīng)部署升級的HSPA+技術,下行峰值速率可以達到21 Mbps,上行峰值速率可以達到5.76 Mbps;部分地區(qū)采用64QAM 調制技術和MIMO技術對HsPA+進行再次升級,下行峰值速率可以達到42 Mbps左右;而即將部署的4G網(wǎng)絡,下行峰值速率可以達到i00 Mbps,上行峰值速率可以達到50 Mbps。

          TL-WN821N 型無線網(wǎng)卡是基于Realtek公司的RTL8192cu芯片設計的,采用MIMO技術和空頻道檢測技術,支持802.11n/b/g,性能穩(wěn)定且能夠提供最大300 Mbps的無線傳輸速率,完全滿足智能終端等設備的帶寬需求。

          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(wǎng),并配置無線局域網(wǎng)的基本信息,通過的 iptables將無線局域網(wǎng)接人到3G/4G網(wǎng)絡中。其關鍵技術具體分為3G/4G 網(wǎng)絡的接入、無線局域網(wǎng)的組建以及iptables的連通三個部分。

          3.1 3G/4G網(wǎng)絡的接入

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

          3G/4G網(wǎng)絡接入流程圖

          圖3 3G/4G網(wǎng)絡接入流程圖

          3.1.1 多模無線上網(wǎng)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(chǎn)商識別碼(VID)以及產(chǎn)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(tǒng)的USB內核成功實現(xiàn)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(tǒng)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(wǎng)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(tǒng)內核中的Devices driver→usb support→usb Serial Converter Support選項,使得Linux系統(tǒng)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(wǎng)卡,完成驅動加載。

          3.1.2 終端模式轉換

          在3.1.1節(jié)中實現(xiàn)的是USB設備的加載,即Linux系統(tǒng)識別出無線上網(wǎng)卡為USB設備并能與之通信。而一般 USB無線上網(wǎng)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(tǒng)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(wǎng)卡能夠正常工作。


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