李輝遒 ，陳 欽 ，寧曉崢 ，黃 堅(jiān) ，李志德 ，張學(xué)聃 ，董宇涵

（1.中國電信股份有限公司深圳分公司 深圳 518048；2.清華大學(xué)深圳研究生院 深圳 518055）

1 引言

大型體育賽事上，除各國的運(yùn)動員為奪取金牌將進(jìn)行激烈的競爭之外，廣大參與賽事報(bào)道的攝影記者也進(jìn)行了另外一場激烈的競賽，即在最短時(shí)間內(nèi)將賽事現(xiàn)場圖片傳出賽場，以便新聞社最先完成賽事報(bào)道。通常情況下，攝影記者在拍完新聞?wù)掌?，采用人工傳遞的方式將照片存儲介質(zhì)送到媒體工作間，然后通過電腦把照片傳給文字編輯進(jìn)行編輯出版。這種方式從圖片拍攝到發(fā)稿成功，花費(fèi)的時(shí)間在15 min以上，對于無法實(shí)現(xiàn)固定網(wǎng)絡(luò)接入的區(qū)域，還沒有一種快速、高效、實(shí)時(shí)的新聞和圖片發(fā)布方式。

本文提供的基于下一代互聯(lián)網(wǎng)的無線即拍即傳系統(tǒng)，可以為專業(yè)記者提供無線即拍即傳服務(wù)。本系統(tǒng)手持終端為支持IPv6和IEEE 802.11n的無線讀卡器（已申請專利）。當(dāng)記者拍完照片之后，將SD卡插入無線讀卡器中，立刻就可以將照片通過高速無線局域網(wǎng)發(fā)送到云端服務(wù)器，無需購買價(jià)格昂貴的帶有無線傳輸模塊的專用相機(jī)。新聞社通過網(wǎng)絡(luò)，在云端服務(wù)器上對新聞圖片進(jìn)行在線瀏覽、在線編輯，選擇出色的圖片進(jìn)行下載，快速地配上文字后即可完成發(fā)稿，工作效率比傳統(tǒng)方式提高幾十倍，實(shí)現(xiàn)新聞圖片即拍即傳功能。即拍即傳系統(tǒng)將先進(jìn)的無線技術(shù)應(yīng)用到圖片報(bào)道工作中，為新聞媒體的工作方式帶來了革命性的進(jìn)步。

無線即拍即傳研究主要包括無線讀卡器的研發(fā)、讀卡器軟件的開發(fā)（無線讀卡器驅(qū)動及應(yīng)用軟件）以及圖片云平臺開發(fā)。無線讀卡器是無線即拍即傳系統(tǒng)中最重要的組成部分。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 總體架構(gòu)

無線即拍即傳系統(tǒng)包括無線接入終端 (讀卡器、電腦等)、無線接入層(Wi-Fi)、數(shù)據(jù)傳輸層、Wi-Fi管理平臺及圖片處理云服務(wù)平臺等部分。圖1為無線即拍即傳系統(tǒng)架構(gòu)。

系統(tǒng)中的無線局域網(wǎng)、WLAN管理平臺(AC、認(rèn)證等)、圖片處理云平臺（IPv4/IPv6雙棧系統(tǒng)）均接入Admin網(wǎng)。Admin網(wǎng)同時(shí)與IPv4網(wǎng)絡(luò)和IPv6網(wǎng)絡(luò)（CERNET2）相連，各新聞機(jī)構(gòu)通過電信網(wǎng)絡(luò)訪問云端服務(wù)器，使用各種云端服務(wù)；CERNET2用戶，可以通過CERNET2接入Admin網(wǎng)，訪問云端服務(wù)，使用各種云端服務(wù)。本系統(tǒng)同時(shí)為IPv4網(wǎng)絡(luò)的用戶和IPv6網(wǎng)絡(luò)的用戶提供服務(wù)，還為部分天翼用戶提供即拍即傳業(yè)務(wù)，這些用戶可以通過天翼手機(jī)或上網(wǎng)卡將手機(jī)或者相機(jī)拍攝的圖片上傳到云端服務(wù)器，使用各種云端服務(wù)。

圖1 無線即拍即傳系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)開發(fā)中采用如下技術(shù)，解決高密度Wi-Fi接入及簡化數(shù)據(jù)傳輸操作復(fù)雜度問題。

（1）密集部署的快速無線IEEE 802.11n網(wǎng)絡(luò)能容納大量的圖片數(shù)據(jù)傳送

本系統(tǒng)通過在大型賽事場館記者席和比賽規(guī)定的FOP區(qū)部署IEEE 802.11n的無線網(wǎng)絡(luò)，IEEE 802.11n協(xié)議向下兼容IEEE 802.11a/b/g（如相機(jī)無線模塊），同時(shí)能使單讀卡器上下行速率達(dá)到100 Mbit/s或以上，使攝影記者能快速上傳相片。

同時(shí)為避免用戶上傳時(shí)出現(xiàn)帶寬沖突，系統(tǒng)采用5.15～5.85 GHz的前 4個(gè)頻段 （頻點(diǎn)為 5.19 GHz、5.23 GHz、5.27 GHz、5.31 GHz，頻寬為 40 MHz）。單個(gè) AP配置 3.5 dBi低增益偶極子天線，并間隔設(shè)置頻段，功率設(shè)置為0.1 W，覆蓋范圍約為20 m。當(dāng)頻率發(fā)生沖突時(shí)，后臺AP控制器將自動調(diào)整AP功率。通過低功率、高密度的方式覆蓋，在場館內(nèi)攝影記者區(qū)任何一個(gè)位置都能接收到4個(gè)頻段的信號，并由讀卡器自動選擇上傳頻段，讓同一場館同時(shí)使用4個(gè)頻段進(jìn)行快速傳輸。

網(wǎng)絡(luò)保持了對IPv6的完全支持。利用自動隧道技術(shù)將IPv4與IPv6之間的通道完全打通，保證兩者有效兼容。分配的IPv6地址遵循聚類原則，一片子網(wǎng)在路由表中能夠僅用一條記錄表示，大大縮短了路由表長度，提高了路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組的速度。

（2）操作簡便的無線讀卡器減輕記者負(fù)擔(dān)，簡化記者操作，提升上傳速率

為降低攝影記者的使用門檻，無線即拍即傳系統(tǒng)專門針對攝影記者的穿著和使用習(xí)慣，定制了專業(yè)的無線讀卡器，具有以下特點(diǎn)。

讀卡器采用4.3英寸屏幕，大小為117 mm（長）×78 mm（寬）×14.2 mm（高），適合攝影記者裝入攝影馬甲口袋內(nèi)。操作界面采用雙語模式，攝影記者可采用圖形或文字界面的模式，選擇或刪除相關(guān)的圖片，點(diǎn)擊“上傳圖片”，即可完成上傳操作，如全部上傳，操作時(shí)間僅為5 s內(nèi)。

為增強(qiáng)讀卡器的快速讀寫能力，讀卡器采用了高速的ARM處理器(TI OMAP3530)，同時(shí)配備支持IEEE 802.11n的高速雙頻無線網(wǎng)卡。根據(jù)讀取的信息不同，最高可讀寫及傳送2 Mbit/s的圖片和視頻信息。同時(shí)讀卡器采用1300 mA的電池，可滿足2 h的不停上傳和10 h的待機(jī)，電量可支持記者一整天的上傳使用。

同時(shí)讀卡器采用了兼容IPv6的嵌入式Linux系統(tǒng)，加載最新版dhclient客戶端，支持IPv4及IPv6雙棧協(xié)議地址的自動獲取，雙棧地址同時(shí)工作，增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗壓能力，保證了大批記者同時(shí)上傳時(shí)良好的用戶體驗(yàn)。在IPv4地址不夠的情況下，終端可以采用單IPv6地址聯(lián)網(wǎng)，滿足更多記者需求。

（3）具有轉(zhuǎn)發(fā)和圖片編輯功能的云端平臺便于圖片編輯進(jìn)行在線編輯和轉(zhuǎn)發(fā)

接收攝影記者圖片的多媒體云平臺采用SaaS云服務(wù)的方式為圖片編輯提供在線瀏覽、編輯、整理、檢索、下載服務(wù)，有利于圖片編輯在簡單處理后進(jìn)行圖片轉(zhuǎn)發(fā)，并由相應(yīng)人員再次審核。

平臺支持IPv6，用戶可以對網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密并對IP報(bào)文進(jìn)行校驗(yàn)，在加密與鑒別選項(xiàng)中提供了分組的保密性和完整性，極大增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的安全性，保證各家新聞媒體之間的公平有序競爭。

2.2 讀卡器照片傳輸流程

讀卡器網(wǎng)卡啟動，無線傳輸功能被激活，網(wǎng)卡向WLAN控制器中的DHCP服務(wù)器發(fā)出請求，申請IPv4及IPv6地址。DHCP服務(wù)器根據(jù)讀卡器的MAC地址，按照認(rèn)證系統(tǒng)策略，為其分配一個(gè)IPv4及IPv6地址，并通知讀卡器。讀卡器獲得IP地址后，開始向云端服務(wù)器傳送用戶選定的圖片。讀卡器從存儲卡中讀取一張圖片的文件名和拍攝時(shí)間，并在“發(fā)送記錄”中尋找是否有相同文件名和拍攝時(shí)間的發(fā)送記錄。如果有相同的記錄，則忽略該圖片；如果沒有相同的記錄，則發(fā)送該圖片。讀卡器成功發(fā)送完一張圖片之后，將該圖片的文件名和拍攝時(shí)間記錄在“發(fā)送記錄”中。重復(fù)以上步驟，直到所有圖片發(fā)送完畢。待機(jī)時(shí)間達(dá)設(shè)定時(shí)間后，讀卡器進(jìn)入節(jié)電模式。圖2為讀卡器照片傳輸流程。

2.3 安全認(rèn)證

安全認(rèn)證包括Wi-Fi接入安全認(rèn)證、系統(tǒng)平臺安全認(rèn)證。

Wi-Fi接入的安全認(rèn)證，通過MAC地址綁定、IEEE 802.1x認(rèn)證實(shí)現(xiàn)Wi-Fi的安全接入。圖片處理云平臺通過IP地址限定、賬號密碼安全認(rèn)證、防火墻、權(quán)限控制等方式實(shí)現(xiàn)平臺的安全使用。圖3為加密認(rèn)證過程。

圖2 讀卡器照片傳輸流程

圖3 加密認(rèn)證過程

用戶拿到讀卡器后，需要經(jīng)過一個(gè)加密驗(yàn)證的過程。開機(jī)后顯示用戶登錄窗口，當(dāng)用戶輸入用戶名和密碼并點(diǎn)擊“確定”按鈕之后，開始調(diào)用并執(zhí)行IEEE 802.1x認(rèn)證程序。認(rèn)證通過后即可進(jìn)行相關(guān)的圖片數(shù)據(jù)發(fā)送工作。

3 詳細(xì)設(shè)計(jì)

3.1 無線讀卡器設(shè)計(jì)

無線讀卡器（讀卡器硬件架構(gòu)如圖4所示）由電源系統(tǒng)、微處理器、SDRAM、flash、無線局域網(wǎng)網(wǎng)卡、觸摸液晶屏、存儲卡插槽等部分組成。電源系統(tǒng)將采用鋰電池供電，液晶屏?xí)@示目前電池的剩余電量，當(dāng)電量過低時(shí)，無線讀卡器將提醒用戶及時(shí)為電池充電。無線局域網(wǎng)網(wǎng)卡將支持IEEE 802.11a/b/g/n無線局域網(wǎng)協(xié)議。用戶可以通過觸摸式液晶屏進(jìn)行各種設(shè)置和應(yīng)用操作，如輸入用戶名和密碼、查看并選擇上傳圖片、完成上傳操作等。

圖4 讀卡器硬件架構(gòu)

3.2 軟件設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)包括無線讀卡器及圖片處理云平臺（供媒體單位進(jìn)行圖片處理）的開發(fā)設(shè)計(jì)。

3.2.1 無線讀卡器

無線讀卡器（讀卡器系統(tǒng)軟件架構(gòu)如圖5所示）的操作系統(tǒng)選擇Linux系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)包括設(shè)備驅(qū)動軟件、數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議支持軟件及專用的圖片傳輸客戶端應(yīng)用軟件的適配開發(fā)。

首先需要在硬件設(shè)備之上建立板級支持包和設(shè)備驅(qū)動程序，再移植Linux操作系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)層通信采用IPv4/IPv6雙棧協(xié)議，傳輸層采用TCP，應(yīng)用層采用FTP。在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧之上，無線讀卡器提供全新的應(yīng)用程序，主要功能是將圖片文件從存儲卡中讀出，通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧發(fā)送到指定服務(wù)器。硬件驅(qū)動程序和軟件系統(tǒng)都經(jīng)過節(jié)電優(yōu)化，從而達(dá)到長時(shí)間工作的效果。

圖5 讀卡器系統(tǒng)軟件架構(gòu)

3.2.2 云平臺

圖片處理云平臺提供給媒體單位使用，主要用于照片的在線查看、預(yù)覽、編輯等，或者將記者上傳照片自動上傳到媒體單位指定服務(wù)器中。圖片處理云平臺軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)如圖6所示。

圖6 圖片云平臺系統(tǒng)

4 業(yè)務(wù)流程

4.1 總體業(yè)務(wù)流程

圖7為總體業(yè)務(wù)流程。

圖7 總體業(yè)務(wù)流程

4.2 照片上傳

用戶使用自帶的普通存儲卡進(jìn)行拍照，相機(jī)在存儲卡上存儲照片。當(dāng)用戶需要上傳相片時(shí)，將存儲卡從相機(jī)中取出，插入讀卡器。讀卡器會顯示SD卡中存儲的圖片列表。用戶通過讀卡器觸摸液晶屏上顯示的SD卡中的圖片列表，選擇單張或者多張需要上傳的圖片進(jìn)行上傳（如圖8所示）。上傳完畢后，用戶將存儲卡從讀卡器中取出，插入另外一張存儲卡，繼續(xù)上傳圖片。

在照片上傳過程中，讀卡器會自動記錄上傳圖片的上傳記錄。讀卡器中插入存儲卡后，軟件系統(tǒng)會自動分析其中照片是否已經(jīng)上傳，避免重復(fù)上傳。圖片上傳無需用戶干預(yù)，用戶可以在插入存儲卡后繼續(xù)拍照或者進(jìn)行其他工作。

圖8 無線讀卡器圖片傳輸界面

4.3 圖片云處理平臺

媒體單位可以通過圖片云處理平臺實(shí)現(xiàn)在線圖片預(yù)覽、編輯處理、賬號權(quán)限等服務(wù)。此外，媒體單位可以通過后臺配置，實(shí)現(xiàn)將記者上傳的圖片自動上傳到媒體單位的指定服務(wù)器中，供媒體單位使用。圖片云處理平臺的功能架構(gòu)如圖9所示。

5 應(yīng)用情況

圖9 圖片云處理平臺的功能架構(gòu)

大運(yùn)會期間，香港衛(wèi)視、深圳特區(qū)報(bào)、深圳衛(wèi)視等媒體單位均體驗(yàn)了無限即拍即傳服務(wù)。其中，一張4 MB高清相片傳輸耗時(shí)3～4 s，上傳78.3 MB視頻用時(shí)43.2 s。賽事期間，云平臺開放3G軟件（支持Android、Windows mobile兩類手機(jī)）下載的界面，其中多位3G用戶均通過即拍即傳平臺拍攝并傳輸照片。

本系統(tǒng)也應(yīng)用于日常生活中，用戶拍攝完照片后，可在云平臺上設(shè)置直接將相片推送至指定IP地址的電子相框處，實(shí)時(shí)共享拍攝的相片。

IPv6的采用，使得每個(gè)終端有唯一確定的真實(shí)IP地址，便于尋址、定位；IPSec加密傳輸保證了照片在傳送過程中的安全；基于流的管理，區(qū)別不同內(nèi)容，提供高質(zhì)量的圖片傳送服務(wù)。

6 結(jié)束語

本系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用了基于下一代互聯(lián)網(wǎng)以及IEEE 802.11n協(xié)議的無線網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)主要解決場館等高密度區(qū)域的無線數(shù)據(jù)傳輸問題，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及4G的發(fā)展，無線讀卡器可向同時(shí)支持Wi-Fi及3G/4G雙模化方向發(fā)展，使用戶可以在更廣泛的領(lǐng)域使用。無線讀卡器的操作系統(tǒng)，可采用Android，同時(shí)開發(fā)基于Android系統(tǒng)的應(yīng)用軟件，以便于移植到手機(jī)與Pad中。IPv6的采用，在提高傳送效率和安全性的同時(shí)，可以與大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)結(jié)合，為基于不同用戶的特征推送差異化服務(wù)提供基礎(chǔ)。

1 張其光，凌江，葉明.“即拍即傳”業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn).廣播與電視技術(shù),2009(1)

2 盧亞輝，盛凌志，姚飛.一種服務(wù)北京奧運(yùn)會的Wi-Fi無線圖片傳輸技術(shù).移動通信,2009(8)