國艷群，韓 敏，孫林夫

（1.西南交通大學 CAD工程中心，四川 成都 610031；2.西南電子設備研究所，四川 成都 610036）

隨著數(shù)字技術的發(fā)展，企業(yè)的辦公環(huán)境以及個人的家庭生活都在逐步被改變，數(shù)字電視、多媒體等設備已在企業(yè)及人們的家庭生活中廣泛使用，催生了企業(yè)多媒體系統(tǒng)、數(shù)字家庭[1]等概念的誕生，并且隨著網(wǎng)絡的普及，更是促進了B2C（Business to Customer）商業(yè)模式[2]、家庭辦公[3]等應用的發(fā)展。如何依托網(wǎng)絡，實現(xiàn)企業(yè)/家庭多媒體設備的一體化集成，高效利用當前的媒體網(wǎng)絡，服務企業(yè)商務運行及人們的日常生活成為當前亟待解決的問題。文獻[4]提出了基于專用硬件設備實現(xiàn)電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)以及互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字家庭媒體設計方案，家電廠商更是基于云計算技術[5]，提出了“家庭云”[6]的概念，同時云計算技術也在企業(yè)中廣泛應用。然而，這些設計未從一體化融合的角度開展企業(yè)/家庭的多媒體系統(tǒng)集成工作，且多基于專用設備或?qū)Ｓ密浖?，應用較復雜，難以實現(xiàn)系統(tǒng)的普及推廣。

本文基于云架構(gòu)設計思想及企業(yè)/家庭中廣泛應用的無線網(wǎng)絡，給出了基于云架構(gòu)的企業(yè)/家庭多媒體集成系統(tǒng)設計，可實現(xiàn)各種數(shù)字設備的一體化集成及云存儲、設備遙控、家庭辦公等功能。從企業(yè)的角度，實現(xiàn)了基于媒體終端的商務應用拓展，從家庭的角度，則實現(xiàn)了家庭媒體設備的集成并推動了家庭辦公的發(fā)展，且該設計不需要專用設備支持，并可基于無線網(wǎng)絡靈活擴展，對推動多媒體設備在企業(yè)及家庭中的應用、普及發(fā)展具有重要意義。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

云計算是目前計算機及網(wǎng)絡領域的新興技術，依托網(wǎng)絡將IT資源、數(shù)據(jù)及應用作為服務提供給用戶，為處于云端的設備屏蔽基礎硬件及操作系統(tǒng)，透明地提供計算服務、虛擬存儲等應用。參照云計算架構(gòu)，本系統(tǒng)在架構(gòu)上采用3層體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

系統(tǒng)主要由基礎層、服務層及應用層構(gòu)成，通過服務層，實現(xiàn)對基礎層設備的屏蔽，對外提供紅外集成控制、虛擬存儲及遠程控制等服務，支撐實現(xiàn)云存儲、設備遙控、B2C商務等各種應用，各層主要作用為：

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

1）基礎層：主要包括電視終端、計算機、會議媒體系統(tǒng)、存儲陣列、企業(yè)服務器等設備以及光纖/網(wǎng)線（含ISP等服務運行商）、無線網(wǎng)絡系統(tǒng)等網(wǎng)絡基礎設施，另外還包括Windows，UNIX，iOS等主流操作系統(tǒng)，基礎層位于系統(tǒng)架構(gòu)的底層，為系統(tǒng)應用提供基礎硬件及操作系統(tǒng)支撐。

2）服務層：服務層屬于系統(tǒng)的中間層，對上為應用層提供“無線—紅外”轉(zhuǎn)換服務、虛擬存儲服務、遠程控制服務、企業(yè)信息推送與互動等應用服務，對下實現(xiàn)對基礎層設備與系統(tǒng)的訪問，實現(xiàn)對設備的控制與資源調(diào)度。

3）應用層：是系統(tǒng)的主要業(yè)務應用層，用戶依托基礎層設備及服務層應用服務，實現(xiàn)云存儲、設備遙控、B2C商務、家庭辦公等應用。其中B2C應用主要表現(xiàn)在企業(yè)可通過媒體服務器，將企業(yè)業(yè)務通過家庭中廣泛應用的流媒體設備向個人用戶推送，并收集相應的反饋信息，進一步實現(xiàn)B2C商務應用的拓展。家庭辦公則可通過家庭計算機，通過網(wǎng)絡，遠程訪問企業(yè)相應存儲信息及企業(yè)應用系統(tǒng)，使人們在家庭中完成企業(yè)業(yè)務的處理。

2 系統(tǒng)總體設計

在設備組成方面，企業(yè)多媒體與家庭多媒體有著基本同構(gòu)的設備，區(qū)別主要在于設備的規(guī)格、數(shù)量不同，從集成架構(gòu)上，兩者基本一致。在工程實施上，以當前廣泛應用的媒體設備為例，給出了系統(tǒng)的典型設計，如圖2所示。

系統(tǒng)由數(shù)字電視子系統(tǒng)、多媒體子系統(tǒng)、存儲子系統(tǒng)、控制子系統(tǒng)、網(wǎng)絡子系統(tǒng)及空調(diào)等其他設備組成。

1）數(shù)字電視子系統(tǒng)：典型數(shù)字電視系統(tǒng)由數(shù)字機頂盒及數(shù)字電視構(gòu)成，入戶網(wǎng)絡連接到數(shù)字機頂盒，數(shù)字機頂盒一般以HDMI線纜連接至數(shù)字電視。數(shù)字電視子系統(tǒng)在企業(yè)中可作為視頻會議的終端系統(tǒng)，在家庭中既可以作為電視媒體，也可以通過企業(yè)應用擴展，作為企業(yè)信息的家庭發(fā)布終端。

圖2 系統(tǒng)總體設計

2）多媒體子系統(tǒng)：多媒體子系統(tǒng)在企業(yè)應用中主要表現(xiàn)為企業(yè)的多媒體會議系統(tǒng)，而在家庭中則主要表現(xiàn)為家庭影院系統(tǒng)。一般由DVD、功放、音箱、投影機及幕布組成，在系統(tǒng)設計上，可通過一個HDMI轉(zhuǎn)接頭，將數(shù)字機頂盒信號分成兩路，一路送至電視，一路送至功放，可實現(xiàn)電視信號通過投影方式顯示，實現(xiàn)電視子系統(tǒng)與多媒體子系統(tǒng)的互聯(lián)。

3）存儲子系統(tǒng)：主要由存儲陣列托架及存儲硬盤組成。

4）控制子系統(tǒng)：包括計算機、手機等系統(tǒng)控制終端以及具備學習功能的紅外控制器，可實現(xiàn)網(wǎng)絡信號到紅外控制信號的轉(zhuǎn)換。

5）網(wǎng)絡子系統(tǒng)：主要包括Internet及室內(nèi)無線網(wǎng)絡，是連接企業(yè)、用戶及各種媒體設備的基礎，用戶可可通過Internet接入企業(yè)或家庭內(nèi)部網(wǎng)絡，并在室內(nèi)可直接利用WiFi信號，實現(xiàn)對室內(nèi)各設備的訪問與控制。

6）其他家電設備：包括空調(diào)系統(tǒng)、打印機等，這類設備通過無線或紅外的方式集成接入企業(yè)/家庭系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)應用設計

3.1 無線覆蓋設計

由于本系統(tǒng)的設計基礎為無線網(wǎng)絡，因此無線信號的穩(wěn)定覆蓋是需要解決的首要問題，根據(jù)經(jīng)典無線信號傳播模型，信號的強度隨著距離的增加而降低，其數(shù)學模型遵循Friis公式[7]

式中：PR與PT分別代表接收端與發(fā)射端的功率；GR與GT分別代表接收端與發(fā)射端的信號增益；λ為波長；d為接收端與發(fā)射端的距離，根據(jù)信號衰減模型，距離發(fā)射點d距離處的信號衰減Ld為

從理論公式看，在開闊環(huán)境下，無線信號的接收不受接收端發(fā)射功率的影響，可以達到較好的傳播效果，通過增大無線路由器的發(fā)射功率，可以實現(xiàn)較遠的信號傳播與覆蓋；但在走廊環(huán)境下，信號傳播情況則較為復雜，文獻[8]基于3次樣條插值，擬合給出了信號強度的衰減模型，根據(jù)其衰減模型及室內(nèi)實測情況，在距離增加到一定數(shù)值后，信號衰減值受接收端信號增益的影響較大。

在實際使用中，由于企業(yè)及家居環(huán)境中墻壁、走廊等影響，且接收端（計算機、手機等）設備的信號增益固定且較小，僅依靠簡單增大無線路由器的措施則無法實現(xiàn)室內(nèi)無線信號的覆蓋，在信號較弱的房間或區(qū)域，必須通過“網(wǎng)絡布線+無線AP”的方式，解決信號覆蓋問題，如圖3所示。

圖3 無線覆蓋應用示意圖

3.2 系統(tǒng)存儲體系

隨著高清、藍光等媒介的出現(xiàn)，簡單的存儲設備已經(jīng)難以滿足當前家庭對數(shù)字資源存儲與訪問的需求，企業(yè)的海量應用數(shù)據(jù)同樣也需要具備容量可擴展、可異地訪問的存儲設備，需建立可靈活擴展的虛擬存儲體系。目前，可用的虛擬存儲體系主要有基于主機的虛擬存儲、基于存儲設備的虛擬存儲以及基于網(wǎng)絡的虛擬存儲[9]，從實際應用的方便性考慮，本文采用基于路由器的虛擬存儲設計來實現(xiàn)系統(tǒng)虛擬存儲體系的構(gòu)建，如圖4所示。

通過硬盤陣列托架，實現(xiàn)對系統(tǒng)硬盤陣列的統(tǒng)一管理，目前硬盤接口一般為SATA接口，對于IDE接口等硬盤，可以通過相應的接口轉(zhuǎn)換設備加裝到硬盤托架，共同構(gòu)成系統(tǒng)的物理存儲陣列。將硬盤托架以USB接口的方式連接于路由器，再在路由器上通過固件實現(xiàn)虛擬化存儲，手機、計算機等設備則可基于有線/無線網(wǎng)絡以透明方式實現(xiàn)對存儲資源的訪問。

圖4 虛擬存儲體系

3.3 系統(tǒng)存儲體系

對多媒體設備的控制目前大多為紅外遙控的方式，為實現(xiàn)通過無線網(wǎng)絡控制多媒體設備的功能，需要通過具有紅外學習功能的紅外控制器，來實現(xiàn)對多媒體設備控制，其控制時序如圖5所示，具體控制可分為學習、設備注冊與用戶編程、遠程控制等3個過程。

圖5 遠程控制流程

1）學習過程：設備遙控器向設備發(fā)送紅外控制信號，紅外控制器接收、并存儲波形信號的過程，通過多次操作，可將主要多媒體設備的控制信號記錄并存儲，為實現(xiàn)統(tǒng)一控制奠定基礎。

2）設備注冊與用戶編程過程：通過下載控制端到計算機或手機等設備，通過無線網(wǎng)絡，獲得同一局域網(wǎng)內(nèi)紅外控制器的控制權(quán)，并通過用戶界面，編程實現(xiàn)多個設備的一鍵組合控制。

3）用戶遠程控制過程：用戶通過網(wǎng)絡（Internet或局域網(wǎng)絡），連接室內(nèi)路由器設備，并發(fā)送控制信號，由路由器根據(jù)控制設備類型，選擇以向設備發(fā)送無線控制信號或通過紅外控制器轉(zhuǎn)發(fā)紅外控制信號，實現(xiàn)對多媒體設備的遠程控制。

4 小結(jié)

通過基于云架構(gòu)的企業(yè)/家庭多媒體集成系統(tǒng)設計，將多媒體技術、云計算技術、物聯(lián)網(wǎng)技術相結(jié)合，依托基礎網(wǎng)絡，實現(xiàn)企業(yè)/家庭數(shù)字設備的一體化互聯(lián)與智能控制，既可以實現(xiàn)對企業(yè)/家庭設備的集成與控制，又推動了B2C應用、家庭辦公等應用的普及與發(fā)展。但在系統(tǒng)中，對系統(tǒng)中設備狀態(tài)的監(jiān)控以及因網(wǎng)絡的應用而導致的系統(tǒng)安全仍然是亟帶解決的難點，可考慮通過遠程監(jiān)控系統(tǒng)、通信綁定等技術手段進一步研究解決。

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